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DFG-Projekt zur Rückgewinnung von kritischen Rohstoffen aus metallischen Recycling-Schlacken

08/30/2021

Das gemeinsam von Frau Jun.-Prof. Nina Gunkelmann (Simulationswissenschaftliches Zentrum Clausthal-Göttingen), Herr Dr. Thomas Schirmer (Institut für Endlagerforschung) und Frau Professor Ursula Fittschen (Institut für Anorganische und Analytische Chemie) im Rahmen des SPP2315 beantragte Projekt „Entstehung kritischer Verbindungen in Recycling-Schlacken - eine Studie der Chemie der Schmelze mit MD Simulation und der festen Produkte in einem mikropraeparativen Ansatz“ ist für die Dauer von 3 Jahren von der DFG bewilligt worden.

Im Rahmen des mit über 500.000 Euro geförderten Projektes soll zum einen mit Hilfe von Molekulardynamiksimulationen (MD) und zum anderen auf Basis von mikropraeparativen Ansätzen das Verhalten der beim Recycling von z.B. Elektronikprodukten und Batterien entstehenden Schlacken untersucht werden. Diese Schlacken enthalten eine Vielzahl an kritischen Technologieelementen, deren Rückgewinnung für eine Kreislauswirtschaft unerlässlich ist. Eingebettet ist das Projekt in das DFG-Schwerpunktprogramm „Maßgeschneiderte künstliche Minerale (EnAM) - ein geometallurgisches Werkzeug zum Recycling kritischer Elemente aus Reststoffströmen“.

Im Rahmen des Projektes soll u.a. der Einfluss von Mangan (Mn) auf die Bildung von LiAlO2 aus Al2O3, MgO, CaO, Li2O, MnO, SiO2-Schmelzen analysiert werden. Mangan tritt insbesondere beim Recycling von Lithiumionen-Batterien, die vom Smartphone bis zum Elektroauto als Energiespeicher verwendet werden, auf und verändert die Bildung von Lithium-Verbindungen erheblich und behindert die Kristallisation von LiAlO2. Die Prozesse, die unmittelbar vor der Erstarrung in der Schmelze auftreten, werden mit Hilfe von Molekulardynamiksimulationen untersucht. Mit Hilfe von Mikroprobenpräparation, der Anwendung von Inkjet-Drucktechnologie und materialanalytischen Werkzeugen wird die Mikrostruktur der erstarrten Verbindungen charakterisiert. Ziel des Vorhabens ist es, die bei der Erstarrung der Schlacken relevanten Prozesse verstehen und vorhersagen zu können, um so das effiziente Recycling von Li-Ionen-Batterien und damit eine zirkuläre Batterieproduktion zu ermöglichen.