TY - THES

T1 - Einfluss von Schlackenbildner auf die Legierungsqualität und das Schmelzverhalten von Schwarzmasse von Lithium-Ionen-Batterien im pyrometallurgischen InduMelt-Recyclingprozess

AU - Fercher, Alexander

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - In dieser Masterarbeit wird einerseits untersucht, ob und in welchem Ausmaß die Zugabe von Schlackenbildnern einen positiven Einfluss auf die Schmelzfähigkeit von Schwarzmasse aus Lithium-Ionen-Batterien (LIB) hat. Anderseits wird untersucht, ob dabei die Rückgewinnungsrate von Nickel (Ni), Mangan (Mn) und Kobalt (Co) in der erhaltenen Metallphase erhöht und die Verschlackung von Lithium (Li) dennoch niedrig gehalten werden kann. Dabei wird untersucht, inwiefern sich der Transferkoeffizient von Lithium in die Gasphase verändert. Die Ausbringung von gasförmigem Lithium während eines pyrometallurgischen Recyclingprozesses für Lithium-Ionen-Batterien ist das Alleinstellungsmerkmal des InduRed-Reaktorkonzeptes, welches am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik an der Montanuniversität Leoben entwickelt wurde. Genauer wurden in dieser Arbeit die Kathodenmaterialien LiNi8Mn1Co1O2 (NMC811), LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA) und LiCoO2 (LCO) an der InduMelt-Anlage, der Batch-Version des InduRed-Reaktorkonzeptes, untersucht. Um zusätzlich die Robustheit des InduMelt-Recyclingverfahrens gegen Verunreinigungen zu untersuchen, wurden der LIB-Schwarzmasse Kupfer-, Aluminium- und Eisenanteile beigesetzt. Die Schlackenbildner wurden in die zwei Schlackensysteme CaO-SiO2-MgO (40-45-15) und Al2O3-CaO-SiO2 (15-25-60) zusammengefasst. Die Analyseergebnisse der einzelnen Versuchsreihen wurden mittels Diagrammen ausführlich gegenübergestellt und diskutiert. Als wichtigste Erkenntnis dieser Arbeit geht hervor, dass die Zugabe von Schlackenbildnern eine negative Auswirkung auf die Rückgewinnung von Nickel, Mangan und Kobalt hat, den Lithiumtransferkoeffizient in die Gasphase verringert und zudem zu einem Sicherheitsrisiko für die verwendeten MgO-Tiegeln führt.

AB - In dieser Masterarbeit wird einerseits untersucht, ob und in welchem Ausmaß die Zugabe von Schlackenbildnern einen positiven Einfluss auf die Schmelzfähigkeit von Schwarzmasse aus Lithium-Ionen-Batterien (LIB) hat. Anderseits wird untersucht, ob dabei die Rückgewinnungsrate von Nickel (Ni), Mangan (Mn) und Kobalt (Co) in der erhaltenen Metallphase erhöht und die Verschlackung von Lithium (Li) dennoch niedrig gehalten werden kann. Dabei wird untersucht, inwiefern sich der Transferkoeffizient von Lithium in die Gasphase verändert. Die Ausbringung von gasförmigem Lithium während eines pyrometallurgischen Recyclingprozesses für Lithium-Ionen-Batterien ist das Alleinstellungsmerkmal des InduRed-Reaktorkonzeptes, welches am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik an der Montanuniversität Leoben entwickelt wurde. Genauer wurden in dieser Arbeit die Kathodenmaterialien LiNi8Mn1Co1O2 (NMC811), LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA) und LiCoO2 (LCO) an der InduMelt-Anlage, der Batch-Version des InduRed-Reaktorkonzeptes, untersucht. Um zusätzlich die Robustheit des InduMelt-Recyclingverfahrens gegen Verunreinigungen zu untersuchen, wurden der LIB-Schwarzmasse Kupfer-, Aluminium- und Eisenanteile beigesetzt. Die Schlackenbildner wurden in die zwei Schlackensysteme CaO-SiO2-MgO (40-45-15) und Al2O3-CaO-SiO2 (15-25-60) zusammengefasst. Die Analyseergebnisse der einzelnen Versuchsreihen wurden mittels Diagrammen ausführlich gegenübergestellt und diskutiert. Als wichtigste Erkenntnis dieser Arbeit geht hervor, dass die Zugabe von Schlackenbildnern eine negative Auswirkung auf die Rückgewinnung von Nickel, Mangan und Kobalt hat, den Lithiumtransferkoeffizient in die Gasphase verringert und zudem zu einem Sicherheitsrisiko für die verwendeten MgO-Tiegeln führt.

KW - lithium-ion-batteries

KW - pyrometallurgical recycling

KW - InduRed-reactor

KW - slag formers

KW - NMC

KW - NCA

KW - LCO

KW - recovery of valuable metals

KW - Lithium-Ionen-Batterien

KW - pyrometallurgisches Recycling

KW - InduRed-Reaktor

KW - Schlackenbildner

KW - NMC

KW - NCA

KW - LCO

KW - Rückgewinnung von Wertmetallen

M3 - Masterarbeit

ER -