http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png

Entwicklung eines Verfahrenskonzepts zur Rückgewinnung von kritischen Metallen aus Elektronikschrott

Flerus, Benedikt^RWTH*

2022 & 2023

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Benedikt Flerus, M.Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2022

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2023

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Friedrich, Bernd (Thesis advisor)^RWTH* ; Stauber, Rudolf (Thesis advisor) ; Goldmann, Daniel (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-10-14

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-00554
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/862810/files/862810.pdf

Einrichtungen

1. Lehrstuhl für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling und Institut für Metallhüttenkunde und Elektrometallurgie (522610)
2. Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (520000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Gallium (frei) ; Indium (frei) ; Pyrolyse (frei) ; Recycling (frei) ; Smartphone (frei) ; WEEE (frei) ; critical metals (frei) ; kritische Metalle (frei) ; pyrolysis (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Im Mittelpunkt dieser Dissertation steht die Entwicklung eines Verfahrenskonzepts zur weitgehenden Rückgewinnung von Indium und Gallium aus Elektronikschrott. Aufgrund der hohen Bedeutung von Indium und Gallium für technologische Anwendungen und des gleichzeitigen Versorgungsrisikos für beide Metalle in Europa, besteht auf Seiten von Politik und Wirtschaft ein hohes Interesse an der Ausarbeitung von entsprechenden Recyclingstrategien. Das hier vorgestellte Konzept soll die bestehenden Recyclingrouten für Elektronikschrott jedoch nicht ersetzen, sondern ergänzen und damit zu einem ganzheitlichen Elektronikschrottrecycling beitragen. Stellvertretend für Elektronikschrott und andere komplex zusammengesetzte Rohstoffquellen dienten in dieser Arbeit entsorgte Smartphones als Ausgangsmaterial zur Rückgewinnung von Indium und Gallium. Im ersten experimentellen Teil wird bestätigt, dass Indium während der Pyrolyse vollständig über Halogenierung und Gasphasentransport vom Rest des Materials separiert werden kann. Durch die Verflüchtigung der Kunststofffraktion kann eine Massenabnahme des Einsatzguts von bis zu 30 % erzielt werden. Die damit einhergehende Versprödung des Materials begünstigt zudem eine Weiterverarbeitung des Pyrolyserückstands durch mechanische Verfahren. So wird im zweiten Schritt gezeigt, dass das im Pyrolyserückstand zurückbleibende Gallium gemeinsam mit anderen (kritischen) Technologie- und Edelmetallen durch einen Mahl- und Siebprozess in einer Feinfraktion angereichert werden kann. Für die nachfolgende selektive Extraktion des Galliums aus der erzeugten Feinfraktion erwies sich eine alkalische oxidative Drucklaugung als adäquates Verfahren. Die Resultate dieser Forschungsarbeit belegen, dass die thermische Aufbereitung via Pyrolyse eine Schlüsseltechnologiebei der selektiven Rückgewinnung (kritischer) technologie- und Spurenmetalle aus entsorgten Smartphones darstellt.

The present thesis focusses on the development of a process concept which allows an extensive recovery of indium and gallium from electronic waste. Due to the high importance of indium and gallium for technological applications as well as the supply risk for both metals in Europe, the elaboration of alternative recycling strategies is on behalf of both policy and economy. However, the recycling concept presented in this study shall not substitute but rather supplement existing recycling routes for electronic waste in order to allow a holistic recycling. Regarding this research project, discarded smartphones were chosen as the raw material for the recovery of indium and gallium. In the first experimental part it is proven that pyrolysis is a suitable technology to completely separate indium from the rest of the input material by halogenation and vapor phase transport. Furthermore, the overall mass of the input material can be reduced up to 30 % due to the volatilisation of organics. Simultaneously, the embrittlement of the material facilitates subsequent mechanical treatment of the pyrolysis residue. In the second experimental part it is shown, that gallium, which remains in the pyrolysis residue, can be concentrated in a fine fraction together with other (critical) technology metals by grinding and sieving. Regarding the following selective extraction of gallium from the fines, oxidative alkaline leaching was identified to be an appropriate procedure. The results of this scientific work prove that the thermal treatment via pyrolysis is a key technology for the recovery of(critical) technology- and trace metals from smartphones.

OpenAccess:
PDF
(additional files)

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online

Sprache
Multiple

Externe Identnummern
HBZ: HT021800547

Interne Identnummern
RWTH-2023-00554
Datensatz-ID: 862810

Beteiligte Länder
Germany