TY - THES

T1 - Untersuchungen zur Reduzierung eines zinkhaltigen Prozessrückstandes aus einer Batterierecyclinganlage

AU - Aigner, Maya

N1 - nicht gesperrt

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Aufgrund des steigenden Aufkommens an Batterieabfällen, welche eine Vielzahl strategisch wichtiger Rohstoffe beinhalten, gilt es bereits heute strukturpolitische Rahmenbedingungen und technische Lösungen für einen nachhaltigen Produktkreislauf zu erarbeiten und umzusetzen. Die stoffliche Verarbeitung von Batterien kann allgemein in mechanische, hydro- und pyrometallurgische Verfahren unterteilt werden. Je nach Zellsystem variieren die Prozessschritte. Aufgrund der unterschiedlichen Materialfraktionen im Energiespeicher bieten die Recyclingeffizienzen je nach Aufarbeitungstechnologie noch beträchtliche Entwicklungspotenziale. Die BATREC Industrie AG ist ein Recyclingdienstleister, welcher sich auf die Stabilisierung, Ver- und Aufarbeitung toxischer Abfallstoffe konzentriert. In einem pyrometallurgischen Verfahren erfolgt die Behandlung zinkhaltiger Altbatterien zur Rückgewinnung der metallischen Wertstoffe. Im Recyclingprozess wird die sekundäre Ressource nach einer vorgeschalteten Pyrolyse im Elektrolichtbogenofen eingeschmolzen. Eisen und Mangan bilden nach der Reduktion mit Kohlenstoff die Ferromanganschmelze. Begleitelemente, Zusatzstoffe und teils unedle Metalle verschlacken. Tiefsiedende Substanzen, wie Zinkmetall und Chloride, verdampfen und gelangen mit festen Partikeln über den Abgasstrom in den Kondensator. In Letzterem fallen Zink und ein Industriereststoff, eine zinkhaltige Salzschlacke, an. Die Masterarbeit befasst sich mit einer betriebsinternen Prozesserweiterung und der Untersuchung und Charakterisierung der Salzschlacke. Die Einführung eines Drehtrommelofens ermöglicht zukünftig eine Aufbereitung dieser zur Reduzierung des Abfallstrom und der Verbesserung des Ressourcenkreislaufes. Die Durchführung erfolgt mittels chemischer, pyro- sowie hydrometallurgischer Analysemethoden und mithilfe von empirischen Ermittlungen am Schmelzaggregat. Die Salzschlacke setzt sich aus einer metallischen- und nichtmetallischen Phase zusammen. Letztere besteht aus oxidischen und chloridischen Komponenten. Die Untersuchungen zeigen, dass sich die Viskosität der Salzschlacke im schmelzflüssigen Zustand mit steigendem Oxidanteil erhöht. Der Chloridanteil und die Gehalte der chloridischen Verbindungen bestimmen den Schmelzpunkt dieser. Beim Umschmelzen des Reststoffes im Drehtrommelofen führt eine trockene, feste Beschaffenheit der nichtmetallischen Phase zu höheren Metallausbeuten da sich das metallische Zink leicht abtrennen lässt. Optimale Schmelzbedingungen ergeben sich laut statistischer Versuchsauswertung bei 478 °C und 05:00 Stunden Versuchsdauer. Mit dem Ziel einer Abfall- und Kostenreduktion gilt die Aggregatseinführung als ökologisch und ökonomisch wertvolle Erweiterung der Recyclinganlage.

AB - Aufgrund des steigenden Aufkommens an Batterieabfällen, welche eine Vielzahl strategisch wichtiger Rohstoffe beinhalten, gilt es bereits heute strukturpolitische Rahmenbedingungen und technische Lösungen für einen nachhaltigen Produktkreislauf zu erarbeiten und umzusetzen. Die stoffliche Verarbeitung von Batterien kann allgemein in mechanische, hydro- und pyrometallurgische Verfahren unterteilt werden. Je nach Zellsystem variieren die Prozessschritte. Aufgrund der unterschiedlichen Materialfraktionen im Energiespeicher bieten die Recyclingeffizienzen je nach Aufarbeitungstechnologie noch beträchtliche Entwicklungspotenziale. Die BATREC Industrie AG ist ein Recyclingdienstleister, welcher sich auf die Stabilisierung, Ver- und Aufarbeitung toxischer Abfallstoffe konzentriert. In einem pyrometallurgischen Verfahren erfolgt die Behandlung zinkhaltiger Altbatterien zur Rückgewinnung der metallischen Wertstoffe. Im Recyclingprozess wird die sekundäre Ressource nach einer vorgeschalteten Pyrolyse im Elektrolichtbogenofen eingeschmolzen. Eisen und Mangan bilden nach der Reduktion mit Kohlenstoff die Ferromanganschmelze. Begleitelemente, Zusatzstoffe und teils unedle Metalle verschlacken. Tiefsiedende Substanzen, wie Zinkmetall und Chloride, verdampfen und gelangen mit festen Partikeln über den Abgasstrom in den Kondensator. In Letzterem fallen Zink und ein Industriereststoff, eine zinkhaltige Salzschlacke, an. Die Masterarbeit befasst sich mit einer betriebsinternen Prozesserweiterung und der Untersuchung und Charakterisierung der Salzschlacke. Die Einführung eines Drehtrommelofens ermöglicht zukünftig eine Aufbereitung dieser zur Reduzierung des Abfallstrom und der Verbesserung des Ressourcenkreislaufes. Die Durchführung erfolgt mittels chemischer, pyro- sowie hydrometallurgischer Analysemethoden und mithilfe von empirischen Ermittlungen am Schmelzaggregat. Die Salzschlacke setzt sich aus einer metallischen- und nichtmetallischen Phase zusammen. Letztere besteht aus oxidischen und chloridischen Komponenten. Die Untersuchungen zeigen, dass sich die Viskosität der Salzschlacke im schmelzflüssigen Zustand mit steigendem Oxidanteil erhöht. Der Chloridanteil und die Gehalte der chloridischen Verbindungen bestimmen den Schmelzpunkt dieser. Beim Umschmelzen des Reststoffes im Drehtrommelofen führt eine trockene, feste Beschaffenheit der nichtmetallischen Phase zu höheren Metallausbeuten da sich das metallische Zink leicht abtrennen lässt. Optimale Schmelzbedingungen ergeben sich laut statistischer Versuchsauswertung bei 478 °C und 05:00 Stunden Versuchsdauer. Mit dem Ziel einer Abfall- und Kostenreduktion gilt die Aggregatseinführung als ökologisch und ökonomisch wertvolle Erweiterung der Recyclinganlage.

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KW - Prozessoptimierung

KW - Abfall Reduzierung

M3 - Masterarbeit

ER -