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Projekt
Entwicklung einer kontinuierlichen Prozesskette zur mechanischen Abtrennung von EnAM aus erstarrten Metallschlacken
Antragsteller
Dr.-Ing. Marco Gleiß
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470336895
Im Rahmen des Schwerpunktprogramms „Maßgeschneiderte künstliche Minerale (EnAM) - ein geometallurgisches Werkzeug zum Recycling kritischer Elemente aus Reststoffströmen" (SPP 2315) untersucht der Antragsteller ein modulares Anlagendesign zur mechanischen Aufbereitung von EnAM aus erstarrten Metallschlacken. Für die mechanische Aufbereitung der in der erstarrten Metallschlacke vorliegenden EnAM-Kristalle wird eine Prozesskette bestehend aus verschiedenen Grundoperation wie Naß-Zerkleinerung, Vorklassierung, selektive Separation mittels Flotation und Filtration, Waschung, mechanische und thermische Trocknung entwickelt, um an deren Ende ein pulverförmiges Produkt für die Weiterverarbeitung zu erhalten. Im Fokus der mechanischen Aufbereitung stehen Gallium- und Indiumoxid, welche vermehrt in sehr dünnen Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-basierten (CIGS) Solarzellen und LCD-Bildschirmen zu Einsatz kommen. Die Entwicklung der Prozesskette erfordert ein umfangreiches Prozessverständnis der einzelnen verfahrenstechnischen Grundoperationen und wird im Wesentlichen von den Dispersitätseigenschaften (Partikelgröße, Partikelform, Benetzbarkeit, Zusammensetzung) dominiert, welche das Prozessverhalten in erheblichem Maße beeinflussen. Dadurch ist zunächst eine umfassende Charakterisierung der Materialeigenschaften im Labormaßstab notwendig, um Eigenschaftsfunktionen für die Aufreinigung von Gallium- und Indiumoxid abzuleiten. Anschließend dienen die Eigenschaftsfunktionen als Kriterien für das Apparatedesign. Durch die experimentelle Untersuchung von Kinetiken und des Verweilzeitverhaltens der einzelnen Prozessschritte wird eine Abstimmung der Einzelapparate in der Prozesskette erreicht. Die Überwachung der Effizienz der einzelnen Prozesseinheiten erfordert Off-line- und On-line-Messgeräte (UV-Vis-Spektroskopie, Ultraschallmesssystem, FT-IR-Spektroskopie, etc.) zur Charakterisierung der Zusammensetzung und Partikelgrößenverteilung während der Aufbereitung. Ein weiterer, wichtiger Aspekt ist die Etablierung der Zweiphasen-Flotation für die genannten Stoffsysteme durch die Auswahl geeigneter Trägerflüssigkeiten und Sammlermoleküle, sowie die Übertragung von der Batch- auf die kontinuierliche Flotation der EnAM im Zweiphasensystem. Die Optimierung der Prozessführung (Gleich-/Gegen- oder Kreuzstrom) des neuartigen Flotationsbehälters inklusive der notwendigen Begasungseinheit erfolgt in Abhängigkeit der Strömungsbedingungen. Der Fertigung der Flotationszelle basiert auf dem 3D-Druckverfahren, um gezielt geometrische Variationen untersuchen zu können. Zusätzlich steht ein modulares Anlagendesign im Fokus des Vorhabens, welches eine schnelle Integration neuer verfahrenstechnischer Grundoperationen bei Aufbereitung weiterer EnAM-Stoffsysteme erlaubt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortlich
Professor Dr.-Ing. Hermann Nirschl
