PyroLith – Entwicklung eines stabilen Prozesses auf Basis der Prozessketten Pyrometallurgie-Schlackenaufbereitung-Hydrometallurgie zur Rückgewinnung von Li aus Mn-haltigen Schlacken

Eine Option zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien besteht in einer pyrometallurgischen Verarbeitung ganzer Zellen oder feiner Fraktionen nach Aufbruch der Zellen und Abtrennung massiver Gehäuseteile. Ein Vorteil dieses Prozesses besteht in der hohen Robustheit und der Chance, wechselnde Zellgenerationen auf diesem Wege gemeinsam oder in wechselnden Mischungen verarbeiten zu können. Der im Vorhaben gewählte Ansatz soll für die aktuellen 6-2-2 NMC-Zellgenerationen und im Hinblick auf künftige Zellgenerationen ausgebaut werden. Unter geeigneten Ofenbetriebsbedingungen können Co, Ni, Cu sowie Anteile an Fe und Mn in die Metallschmelze überführt werden. Die C-Träger werden als Reduktionsmittel für die in den Zellen enthaltenden Mischoxide verwendet bzw. verbrannt, F wird in den Staub- und Abgasstrom ausgetrieben. Li und Al lassen sich quantitativ in eine Ca- und Si-haltige Schlacke überführen. Bestimmte Anteile an Mn sowie Fe gelangen ebenfalls in die Schlacke. Während in einem reinen Si-Al-Ca-Li-O-System gezielt LiAlO2-Kristalle in einer silikatischen Matrix gezüchtet werden können, verschiebt sich in Anwesenheit von Mn das gesamte System. In Abhängigkeit von Elementkomposition, Redoxpotential und Temperaturprofil in der Schmelze und der Abkühlungsphase entstehen unterschiedliche synthetische Mineralphasen, die sich zudem im Hinblick auf ihre Kornstabilität unterscheiden.

Durch entsprechende Aufbereitung sollen diese Wertträger abgetrennt und eine für baustoffliche Anwendungen geeignete verbleibende Restschlacke erzeugt werden. Aus den Vorkonzentraten soll mittels hydrometallurgischer Methoden der Wertstoff, hier zunächst Li, abgetrennt und soweit aufgereinigt werden, dass daraus wieder ein geeigneter Batterierohstoff erzeugt werden kann. Bei der Gesamtprozessentwicklung ist dabei eine ökologische und ökonomische Bewertung vorzunehmen, die im Vergleich zu anderen Prozessrouten Entscheidungs- und Steuerungshilfen liefert, um zu klären, unter welchen Bedingungen und in welchen Ausprägungen der hier entwickelte Ansatz zielführend ist.