Gezieltes Redoxverhalten strategisch wichtiger Metalle durch Ionometallurgie

• Antragsteller: Professor Dr. Gero Frisch
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260201987

Ionometallurgie erkundet die Verbindung zwischen Metallspeziation und chemischen Eigenschaften in ionischen Medien bei Raumtemperatur. Heute beruhen metallurgische Prozesse im Wesentlichen auf Energieintensiven Hochtemperaturverfahren (Pyrometallurgie) oder der Verwendung reaktiver und daher gefährlicher wässriger Lösungen (Hydrometallurgie). Ziel der Ionometallurgie ist es, Technologien zur Verfügung zu stellen, die bei Raumtemperatur effizient und selektiv arbeiten.Für spezifische metallurgische Anwendungen werden die Eigenschaften von Metallionen durch gezielte Auswahl der Liganden/Lösungsmittel beeinflusst. Voraussetzung hierzu ist ein grundlegendes Verständnis thermodynamischer Eigenschaften, wie z.B. Redoxpotentialen und Komplexierungsgleichgewichten, sowie Einflüssen der Elektrodenoberfläche und deren Ursache in Struktur-Eigenschafts Beziehungen. Im vorgestellten Projekt werden wir systematisch das (elektro)chemische Verhalten und thermodynamische Eigenschaften strategisch wichtiger Elemente bei Raumtemperatur in ionischen Flüssigkeiten untersuchen; speziell die Elemente der Gruppen 6, 10, 11 und 13. Wir werden elektrochemische Spannungsreihen erstellen um Hinweise zu möglichen neuen Trenn- und Verarbeitungsverfahren zu erhalten. Mithilfe spektroskopischer und elektrochemischer Methoden wird ein Werkzeugkasten erstellt, um Speziation und Eigenschaften von Metallionen gezielt einzustellen. Klassische imidazolium- und phosphoniumbasierte ionische Flüssigkeiten mit Anionen unterschiedlicher Ligandenstärke werden hierzu untersucht. Deep Eutectic Solvents werden uns einzigartige Einblicke in das elektrochemische Verhalten von anionischen im Vergleich zu kationischen Komplexen in ionischen Medien erlauben.Diese Grundlagenergebnisse werden wesentlich zur Entwicklung energieeffizienter und umweltverträglicher Alternativen zu hydro- und pyrometallurgischen Methoden beitragen. Es werden Grundlagentechnologien entwickelt, um das Design neuer metallurgischer Prozesse anzustoßen, die ohne toxische oder kostenintensive Reagenzien, Additive oder Katalysatoren auskommen. Die grundsätzliche Machbarkeit zeigen unsere Vorarbeiten. Anwendungen, wie z.B. ökonomisch und ökologisch vorteilhafte Recyclingprozesse metallischer Wertstoffe aus Technologieabfällen oder die Elektroraffination, werden von den Ergebnissen dieser Forschung profitieren.Neu an dieser Vorgehensweise ist, dass Metallurgie in ionischen Flüssigkeiten von Grundlagenforschung über chemische Thermodynamik und in-situ Speziation geleitet wird anstatt bekannt hydro- oder pyrometallurgische Prozesse nachzubilden oder emprirische Methoden zu verfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Beteiligte Personen: Dr. Daniela Freyer; Professor Karl Scott Ryder, Ph.D.; Professor Dr. Wolfgang Voigt