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ENProjekt 1.3
Resource efficient copper refining process
Einleitung
Das Projekt nimmt im COMET K1-MET Programm eine Sonderstellung ein, da es sich ausschließlich mit innovativen Aspekten der Kupferrecycling-Metallurgie beschäftigt. Damit ergänzt es die anderen Projekte aus Area 1, die auf Eisen und Stahl ausgerichtet sind.
In der Sekundärkupfermetallurgie werden unterschiedliche und komplexe Materialien aus der Metallrecyclingindustrie behandelt. Sie enthalten neben Kupfer weitere wertvolle Nichteisenmetalle wie Silber, Nickel, Zinn, Zink oder Blei. Diese Elemente werden bei der pyrometallurgischen Behandlung von Sekundärmaterialien teilweise in Schlacken- oder Feinstaubströme übertragen. Andererseits enthalten die in der pyrometallurgischen Prozesskette entstehenden Rauchgase Zink, Blei und Zinn. Dieses Projekt befasst sich mit den Wechselwirkungen über die gesamte Prozesskette hinweg. Das Projekt umfasst die Veredelung von Einsatzstoffen über Schmelz- und Raffinationsprozesse zur Gewinnung verbesserter Kupferproduktqualitäten bis hin zur Rückgewinnung aller wertvollen Metalle aus Prozessstäuben und Schlacken. Sowohl für den Stahlsektor als auch für den Nichteisenstahlsektor ist ein ressourcen- und energieeffizienter Prozess mit minimalen CO2-Emissionen (unter Verwendung von Wasserstoff oder alternativen Reduktionsmitteln, wie z. B. biobasierte Quellen, erhöhte Sauerstoffausnutzung und modernsten Verarbeitungsanlagen) erforderlich.
Ziele und Motivation
- Steigerung der Effizienz trockener und containerbasierter modularer Aufbereitungstechniken zur Abtrennung unerwünschter Materialfraktionen wie Kunststoffe, Aluminium oder Edelstahl aus kupferhaltiger Sekundärrohstoffen, um deren Qualität zu verbessern und um pyrometallurgische Schmelz- und Raffinierprozesse auf Schachtofenbasis zu optimieren
- Injektion von feinkörnigen komplexen kupferhaltigen Sekundärrohstoffen und Prozessrückständen zur Erweiterung der Einsatzstoffbasis sowie zur Verbesserung der Effizienz der Kupferraffination
- Einsatz von Wasserstoff und/oder biogenen kohlenstoffbasierten Reduktionsmitteln (z. B. Biokoks) zur Unterstützung hin zu einem CO2-neutralen Schmelzprozess von Sekundärkupfermaterialien und nachgeschalteten Schlackenbehandlungsschritten
- Verstärkte Nutzung von elektrischer Energie für metallurgische Prozesse, um fossile Quellen teilweise zu ersetzen (z. B. durch Plasmaschmelzreduktion).
Vorgehensweise
- Auswahl, Probenahme und Charakterisierung von Kupferrecyclingmaterialien
- Labor- und Pilotversuche zur Abtrennung unerwünschter Partikel durch geeignete Trockenaufbereitung (auch modulare Systeme) und Charakterisierung der abgetrennten Fraktionen
- Versuche im Labor- (1 kg Kapazität) und Semi-Pilotmaßstab (15 kg Kapazität) zur pneumatischen Einblasung von feinen Einsatzstoffen
- Thermodynamische Modelle und Flowsheet-Modelle (FactSage®, HSC-Sim®) zur Sekundärkupferraffination
- Nutzung von Wasserstoff in einem Gleichgewichtsofen im Labormaßstab zur Untersuchung der Reduktionskinetik unter Ar/H2/H2O- und Ar/CO/CO2-Atmosphären
- Reduktionsverfahren zur Schlackenbehandlung in einem Pilot-Plasmaofen
- Prüfung von Brennern mit verschiedenen erneuerbaren Brennstoffen (einschließlich H2) und mit Sauerstoffanreicherung
- Bewertung nicht-fossiler Brennstoffquellen, des CO2-Reduktionspotenzials und der Energieeffizienz (Abwärmerückgewinnung/-speicherung) mit Hilfe von Flowsheet-Modellierung
Ergebnisse und Anwendung
Die trockenbasierte Aufbereitung von kupferhaltigen Recyclingmaterialien mit unterschiedlichen Qualitäten soll verbessert werden, um zu quantifizieren, ob dies ein geeignetes Trennverfahren für unerwünschte Fraktionen sein kann. Es werden geeignete Qualitäten von Sekundärrohstoffen als Inputströme für einen pyrometallurgischen Kupferschachtofenprozess erwartet.
Beim Schachtofenprozess soll der Einsatz von Wasserstoff oder biobasierten Quellen als Reduktionsmittel im Labor- und Pilotmaßstab demonstriert werden. Begleitendes Know-how zur Schlackenreduktion wird durch den Einsatz eines Semi-Pilot-Plasmaofens erwartet.
Es werden Brennerkonzepte erstellt, die mit erneuerbaren Brennstoffen betrieben werden. Der Einsatz alternativer Brennstoffquellen anstelle von fossilen Brennstoffen wird quantifiziert. Die Prozesse werden hinsichtlich Abwärmenutzung und CO2-Reduktionspotenzial bewertet.
Am Ende der Prozesskette soll durch Schlacken- und Staubaufbereitung eine hohe Ausbeute an Wertmetallen erreicht werden, sodass ein Null-Abfall-Konzept möglich ist.