Hybride Lithiumgewinnung - Freiberg

Die WK-Potenzial-Initiative

Der Lithiumbedarf hat sich in den letzten Jahren stark erhöht und wird auch in den nächsten Jahren weltweit weiter steigen. Ursachen sind der Ausbau der Elektromobilität, die zunehmende Nutzung von Lithium-Akkus in elektronischen Geräten und zur Speicherung von Sonnenenergie aus Photovoltaikanlagen. Weiltweit ist über einen längeren Zeitraum mit einem weiteren Anstieg der Metallpreise zu rechnen, da die Schere zwischen steigendem Bedarf und Produktion weiter auseinander gehen wird. Deshalb ist eine nachhaltigere Nutzung heimischer Rohstoffe anzustreben.
 

Bei einem sich verschärfenden Wettbewerb um primäre und sekundäre Metallrohstoffe ist die Entwicklung neuer, innovativer Technologien von besonderer Wichtigkeit, um die Aufarbeitung von vorhandenen Primär- und Sekundärrohstoffen mit maximaler Wertschöpfung zu ermöglichen und so die Position deutscher Unternehmen zu stärken. Viele Staaten – so auch Deutschland – verfügen über Lithium-Ressourcen, wie das Lithiumerz Zinnwaldit (Glimmer), Tiefenwässer (lithiumhaltige Sole) und Altbatterien, aber nicht über die Technologie diese Ressourcen für sich zu erschließen.
 
Angesichts der stark steigenden Nachfrage an Lithium ist damit zu rechnen, dass zukünftig in vielen Ländern, u. a. USA, Deutschland, China und Russland, verstärkt auf einheimische Ressourcen zurückgegriffen wird, um den wachsenden Bedarf an Lithiumcarbonat zu decken. Das Projekt soll hierfür notwendige technologische Grundlagen liefern und ist Bestandteil der Lithiuminitiative Freiberg.
 

Die Ziele

Das Verbundprojekt Hybride Lithiumgewinnung verfolgt daher das Ziel, eine regionale Entwicklungs- und Technologieplattform für die Gewinnung, die Aufbereitung und das Recycling von Lithium zu etablieren. Als Ausgangspunkt der hybriden Lithiumgewinnung dienen die im Erzgebirge sowie auch global in großen Mengen vorhandenen Primärroh¬stoffe Zinnwaldit und lithiumhaltige Solen sowie als Sekundärrohstoff gebrauchte kleinformatige Lithium-Ionen-Akkumulatoren (Geräteakkus) und Li-Batterien. Der ganzheitliche Ansatz der hybriden Lithiumgewinnung umfasst sowohl mechanische, metallurgische als auch chemische Prozesse zur Gewinnung von handelsfähigem Lithiumcarbonat aus diesen drei bislang ungenutzten Rohstoffquellen, unabhängig von ihrem quantitativen Verhältnis. Die Verfahren sollen die gesamte Prozesskette von der Erschließung der Rohstoffe bis zum Endprodukt Lithiumcarbonat abdecken und den am Wachstumskern beteiligten Unternehmen erlauben, neue Märkte zu erschließen.
 

Die Projekte

Die anvisierte Entwicklungs- und Technologieplattform erstreckt sich von der Exploration der regional verfügbaren Primärrohstoffe Zinnwaldit und lithiumhaltiger Solen sowie der Sammlung von gebrauchten Geräte-Akkus über die mechanische und chemische Aufbereitung der Rohstoffe bis hin zur Bereitstellung von handelsfähigem Lithiumcarbonat und der verwertbaren Nebenprodukte. Die Arbeiten sind in vier Arbeitspakete unterteilt:
 

  • Erstes Arbeitspaket: Die Arbeitsziele beinhalten die Erfassung und Beschreibung bekannter Lithium-Lagerstätten (regional und international, Solen und Erze) in einem Geoinformationssystem und die auf der geometallurgischen und genetischen Charakterisierung der unterschiedlich gearteten Lagerstätten basierende Entwicklung von Ansätzen zu deren Erschließung und Abbau.
  • Zweites Arbeitspaket: Das Ziel ist ein tragfähiges Urban-Mining-Konzept für die Erschließung lithiumhaltiger Sekundärrohstoffe. Teilziele sind eine Diversitätsanalyse, die anforderungsbasierte Entwicklung von Logistikkonzept und Sammelcontainer, eine Marketing- bzw. Anreizstrategie für das Recycling und ein Prognoseinstrument, welches die Abschätzung ermöglicht, ab wann recyceltes Lithium bzw. die hybride Lithiumgewinnung wirtschaftlich konkurrenzfähig wird. Die Arbeiten werden durch das Gemeinsame Rücknahme-System (GRS) unterstützt.
  • Drittes Arbeitspaket: Die Arbeitsziele liegen in der Verfahrensentwicklung für die mechanischen und metallurgischen Prozesse. Zunächst sind für alle drei Rohstoffquellen separate verfahrenstechnische Prozesszweige wirtschaftlich und möglichst umweltfreundlich zu entwickeln. Ein weiteres Teilziel besteht dann in einem verfahrenstechnisch erprobten Konzept zur Vernetzung der Prozesszweige. Die Umsetzung der Verfahren erfolgt durch Demonstratoren im Labormaßstab.
  • Viertes Arbeitspaket: Die Arbeitsziele liegen im Bereich der Verfahrensentwicklung für chemische Prozesse. Dies beinhaltet die Verfahren zum Aufschluss mit CO2, zur Produktion von Lithiumcarbonat und für die Gewinnung von Wertstoffen auf Fluoridbasis. Weitere Teilziele bestehen in belegbaren Aussagen zur Produktqualität und in der Erarbeitung eines großtechnischen Anlagenkonzeptes basierend auf einem zu realisierenden Demonstrator im Labormaßstab.

Die im Rahmen der Forschung zu erarbeitende Technologieplattform soll durch die am Wachstumskern beteiligten und neu zu gründende Unternehmen international vermarktet werden. Die als Antragspartner auftretenden Unternehmen sind perspektivisch als Teile der Prozesskette bei Erschließung und Abbauplanung des Glimmers und der Tiefenwässer, bei Konzeption und Aufbau der Anlagen für die mechanische Aufbereitung, bei Sammellogistik und Akku-Recycling, beim gesamten pyrometallurgischen Prozess und bei Anlagen und Prozessen der chemischen Aufbereitung einzuordnen. Weitere KMUs werden als Zulieferer und Dienstleister, z.B. für Minenbetrieb, Rohstofftransport und Anlagentechnik, zu integrieren bzw. zu gründen sein.
 

Die Partner

TU Bergakademie Freiberg:
 

  • Institut für Anorganische Chemie
  • Institut für Technische Chemie
  • Institut für Nichteisen-Metallurgie und Reinststoffe
  • Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik
  • Institut für Mineralogie, Professur für Lagerstättenforschung und Petrologie
  • Institut für Geologie, Lehrstuhl für Hydrogeologie und Umweltgeologie
  • Lehrstuhl für Industriebetriebslehre/Produktionswirtschaft und Logistik
  • Lehrstuhl für Internationale Wirtschaftsbeziehungen

Regionale Unternehmenspartner KMU:
 

  • Fluorchemie Dohna GmbH
  • G.E.O.S. Freiberg Ingenieurgesellschaft mbH
  • UVR-FIA GmbH
  • UTF GmbH
  • Nickelhütte Aue GmbH
  • Muldenhütten Recycling und Umwelttechnik GmbH (MRU) Freiberg

Kontakt

Dr.-Ing. Matthias Fuhrland
Technische Universität Bergakademie Freiberg
Gründernetzwerk SAXEED
Akademiestraße 6
09596 Freiberg
Tel.: 03731 /3948 83
E-Mail: matthias.fuhrland[at]saxeed.net 


Laufzeit: 01.03.2011-28.02.2013