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09 | 2017

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Special

Special Kreislaufwirtschaft & Recycling Textilfilter für Wertmetalle Am Deutschen Textilforschungszentrum Nord-West (DTNW), Krefeld, wurde im Rahmen des Projektes „Textilfilter für Wertmetalle“ ein Textil entwickelt, das die kostengünstige Rückgewinnung von Edelmetallen aus industriellen Prozesswässern ermöglichen soll. Nach Abschluss der Laborarbeiten wurde, in Zusammenarbeit mit unterschiedlichen Unternehmen, die Praxistauglichkeit des Gesamtkonzepts unter Beweis gestellt. Der Aufarbeitung und Rückgewinnung von hochpreisigen Edelmetallen wie Platin, Gold, Palladium und Silber oder auch strategischen Metallen wie Indium, Gallium, Niob, Tantal und den Seltenen Erden aus Sekundärrohstoffquellen wird in den nächsten Jahren vor allem in rohstoffarmen Staaten wie Deutschland eine stetig wachsende Bedeutung zukommen. Dementsprechend gilt es vermehrt, neue potenziell nutzbare Sekundärrohstoffquellen zu detektieren und gleichzeitig kostengünstige, energieextensive Verfahren zu entwickeln, um die relevanten Metalle möglichst selektiv aus der vorliegenden Matrix zu isolieren und zurückzugewinnen. Neben Elektroschrott stellen industrielle Prozess- und Abwässer eine bedeutende Wertmetallquelle dar, für die grundsätzlich bereits unterschiedliche Methoden zur Aufarbeitung beziehungsweise Rückgewinnung von Metallionen existieren. Wegen der zumeist nur wenig ausgeprägten Selektivität dieser Verfahren lohnt sich die Aufarbeitung – insbesondere von gering konzentrierten Prozess- und Spülwässern – oftmals jedoch nicht, so dass hier wertvolle Ressourcen ungenutzt verloren gehen. Im Zuge einer mehrjährigen Forschungsarbeit wurde am DTNW ein Adsorbertextil für die Rückgewinnung von Ausrüstung des Textils mit Polyvinylamin im industriellen Maßstab. Edelmetallen wie Palladium, Platin oder Gold aus niedrigkonzentrierten Industriewässern entwickelt. Der wissenschaftliche Ansatz dafür liegt in der Eigenschaft bestimmter Polyelektrolyte begründet, Metallionen über ionische Wechselwirkungen oder eine chemische Komplexbildung zu binden. Die Neuartigkeit dieses Vorgehens liegt in der Idee, geeignete Polyelektrolyte an einem textilen Trägersubstrat dauerhaft zu immobilisieren. Gefüllter Filtereinsatz mit Adsorbertextil. Bild: Cornelsen Materialsuche im Labormaßstab Hierfür wurden am DTNW zunächst im Labormaßstab unterschiedliche natürliche oder synthetische Polyelektrolyte an verschiedenen textilen Materialien aus Baumwolle, Polyamid oder Polyester über thermische oder nasschemische Verfahren fixiert. Grundsätzlich eignen sich alle ausgerüsteten Textilien für die Adsorption von Wertmetallionen, wobei die Laboruntersuchungen an Modelllösungen von Palladium, Silber, Platin und Gold ergaben, dass ein mit Polyvinylamin thermisch ausgerüsteter Polyester die besten Ergebnisse hinsichtlich der Metallanreicherung lieferte. Das finale Produkt besteht somit aus Polyester und Polyvinyl amin, und damit aus preiswerten Grundmaterialien, die durch gängige Verfahren der Textilausrüstung einfach und im industriellen Maßstab kombiniert werden können. Leitet man ein edelmetallhaltiges Wasser über das Textil, wird das Metall an diesem zurückgehalten und reichert sich dort an. Nach einer pyrometallurgischen Aufbereitung des metallbeladenen Textils lässt sich das Edelmetall in seiner reinen Form zurückgewinnen. Bild: DTNW 20 UmweltMagazin September 2017

Kreislaufwirtschaft & Recycling Special Bild: DTNW Bild: DTNW Unterschiedliche Stufen der Edelmetallrückgewinnung: beladenes Textil, palladiumhaltiges Industrieabwasser, unbeladenes Textil, zurückgewonnenes Palladium als unpolierter Schwamm, Asche und als poliertes Reinmetall. Schematisches Gesamtkonzept innerhalb des Projektverbundes mit allen Projekt - beteiligten: Deutsches Textilforschungszentrum Nord-West gGmbH, Heimbach Filtration GmbH, Textilausrüstung Roessing GmbH, Cornelsen Umwelttechnologie GmbH, Unimicron Germany GmbH, Wieland Edelmetalle GmbH. Kommerzialisierung des Konzepts Um die Kommerzialisierung des Gesamtkonzepts weiter voranzutreiben, hat das DTNW mit unterschiedlichen Unternehmen aus den Bereichen Textilherstellung und -veredlung, Anlagenbau sowie Metallverarbeitung strategische Allianzen und weiterführende Forschungskooperationen geschlossen. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in der Maßnahme „r+Impuls“ geförderten Forschung & Entwicklungsvorhabens „Edelmetalladsorber“, unter dem Förderkennzeichen 033R153A-F, konnte auch die Machbarkeit des Gesamtkonzepts unter industriellen Einsatzbedingungen erfolgreich nachgewiesen werden. In einem ersten Pilotversuch wurden mehrere hundert Liter eines palladiumhaltigen Prozesswassers, das bei der Herstellung von Leiterplatten anfällt, bis hin zum reinen Edelmetall aufgearbeitet. Ein weiteres Upscale steht unmittelbar bevor. Dann sollen bis zu 10 000 l Prozesswasser vom Palladium befreit werden, wobei eine Ausbeute von etwa 5 kg mit einem derzeitigen Marktwert von rund 120 000 € erwartet werden. Das Projekt startete Anfang des Jahres 2016 und läuft bis Ende 2017. Damit eröffnet sich dem Konsortium die Chance, mit der Entwicklung in den Markt zu treten. Das Geschäftsmodell sieht sowohl stationäre als auch mobile Filtermodule vor, die beim Kunden vor Ort edelmetallhaltige Prozesswässer abreichern. Das wertstoffbeladene Textil wird dann extern in eine, in den ursächlichen Prozess rückführbare, konzentrierte Metalllösung überführt oder dem Kunden als reines Edelmetall vergütet. Für den konkreten Fall der Palladiumrückgewinnung aus Prozesswässern der Leiterplattenindustrie können die Kosten der Metallrückgewinnung um etwa zwei Drittel gesenkt werden. Rückgewinnung strategischer Metalle Darüber hinaus kann das Adsorbertextil mittelfristig auch für die Rückgewinnung von strategischen Metallen wie Indium, Gallium, Niob, Tantal und den Seltenen Erden aus Sekundärrohstoffquellen genutzt werden. Solche Metalle, die für eine Vielzahl von in Deutschland hergestellter Hochtechnologieprodukte unentbehrlich sind, müssen wegen bestehender Exportabhängigkeiten als strategische Rohstoffe eingestuft werden. Entsprechende Untersuchungen zur Rückgewinnung des Seltenerdmetalls Lanthan liegen dem DTNW bereits vor. Neben der geopolitischen Bedeutung dieser Ressourcen geht ihre Gewinnung, beispielsweise in China und Zentralafrika, derzeit noch mit sehr hohen Umwelt- und Klimabelastungen einher, die sich durch das neu entwickelte Verfahren aber zumindest teilweise vermindern lassen. Zudem eignen sich die polyelektrolytmodifizierten Textilien auch zur Dekontamination und Sanierung von chromatbelasteten Grundwässern und Böden. Das Adsorbertextil lässt sich bereits heute bei der Rückgewinnung von wertvollen Edelmetallen nutzen. Der Textilfilter sichert Sekundärrohstoffe und trägt zu einem schonenden Umgang mit Ressourcen im Sinne der Kreislaufwirtschaft bei. Für den Beitrag zum Klimaschutz wurde das Verfahren im Jahr 2015 mit der Aufnahme in die KlimaEx po.NRW gewürdigt. Zukünftig soll das von den Projektpartnern konkretisierte Gesamtkonzept auf unterschiedliche Branchen ausgeweitet werden. Hierbei soll als visionärer Ansatz auch die Möglichkeit betrachtet werden, die erarbeitete Technik ebenso bei der Gewinnung von Primärrohstoffen – etwa aus Sickerwässern im Bergbau oder auch aus Oberflächengewässern – zu nutzen. Klaus Opwis, Thomas Mayer-Gall, Jochen S. Gutmann, Deutsches Textilforschungszentrum Nord-West gGmbH, Krefeld, opwis@dtnw.de UmweltMagazin September 2017 21

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