Hochtemperaturprozesse in der Metallurgie

Im Institut für Nichteisen-Metallurgie und Reinststoffe (INEMET), geleitet von Prof. Dr.-Ing. Alexandros Charitos, sind die Forschungsaktivitäten folgenden Arbeitsgruppen zugeordnet: Pyrometallurgie, Hydrometallurgie und Elektrometallurgie, Halbleiterwerkstoffe, Salzschmelzmetallurgie, End-of-Life (EoL) Recycling, Strategic Metals (Metallurgy & Recycling) und Prozesssimulation & Nachhaltigkeit. Aufgrund des Bezugs zu Hochtemperaturprozessen sind sechs Arbeitsgruppen im ZeHS beheimatet. 

Das Team des INEMET entwickelt nachhaltige und kreislaufwirtschaftsfähige Verfahren für Primär- und komplexe Sekundärrohstoffe, die ohne eine Verknüpfung von Pyro-, Hydro- und Elektrometallurgie nicht möglich sind. Die an unserem Institut entwickelten Prozesse tragen zudem zum European Green Deal bei und verbessern die Rückgewinnung kritischer und strategischer Rohstoffe aus EoL-Produkten, Abfallströmen oder niedrig konzentrierten Ressourcen. Begleitend und zunehmend einen wichtigeren Stellenwert einnehmend, werden prädiktive thermodynamische Simulationen intensiv genutzt und digitale Zwillinge der kreislaufwirtschaftsfähigen Prozesse entwickelt. Das ist vor allem für die Dekarbonisierung und Elektrifizierung metallurgischer Prozesse von entscheidender Bedeutung. 

Am ZeHS werden derzeit mehrere europäische und nationale Projekte durchgeführt. Im Rahmen der von GrInHy 3.0 (BMWE, 03EI3087C) und PUREcycle (BMFTR, 033R424A) finanzierten Arbeiten entwickelt das INEMET Verfahren zur Rückgewinnung von Platingruppenmetallen (PGMs) und Seltenerdoxiden (REOs) aus ausgedienten Elektrolyseuren – eine Technologie, die für die Erzeugung von grünem Wasserstoff unverzichtbar ist. Ein weiteres erfolgreiches Beispiel für die Arbeit des INEMET ist das ReLiFe-Projekt (EIT Raw Materials, 22020), das sich auf das Batterierecycling konzentriert. Das INEMET hat Schritte wie die Lithiumlaugung optimiert und an der Entwicklung einer Pilotanlage von den Projektpartnern mitgearbeitet. Im Graduiertenkolleg 2802 (DFG, 461482547) untersucht das INEMET innovative Anoden in einer Hochtemperatur-Salzschmelzelektrolyse zur Dekarbonisierung der Aluminiumproduktion. In REEsilience (EU, 101058598) werden nachhaltige Elektrolysekonzepte für die Gewinnung der kritischen Seltenen Erden entwickelt.

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Experimentelle Arbeiten im Labor
Experimentelle Arbeiten im Labor: Wissenschaftler arbeiten an der Rückgewinnung kritischer Metalle aus Elektrolyseuren
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Beschickung einer Glovebox mit sensiblen Proben
Beschickung einer Glovebox mit sensiblen Proben: Präparation pyrophorer Selten-Erd-Pulver für pyrometallurgische Untersuchungen

Im Bereich der Pyrometallurgie stehen die Dekarbonisierung metallurgischer Prozesse (H2, Plasma) und die Digitalisierung im Fokus. Im EU-Horizon-Projekt Mine.io (101091885) werden innovative Sensoren zur intelligenten Ofensteuerung integriert. Das BMWE-Projekt GreenTBRC (03EN2119B) untersucht den Einsatz von H2 und NH3 für das CO₂-freie Rückgewinnen von Wertmetallen aus Schlacken, während im BMFTR-Projekt PLATOM (01LJ2508B) Mikrowellen-Plasmabrenner für eine CO₂-freie Kupferproduktion entwickelt werden. Das Projekt H4Cu (BMWE, 03EN2108B) erforscht die Substitution von Erdgas durch Wasserstoff in der Kupferhalbzeugherstellung. Zudem wird im DBU-geförderten Projekt KlimaZinn (38517/01) der Einsatz biogener Reststoffe, und grünen Wasserstoffs in der Zinnmetallurgie untersucht. In weiteren EU-Horizon-Projekten entwickelt das INEMET ein druckbetriebenes Wirbelschichtreduktionsverfahren mit Wasserstoff in einem kontinuierlichen Pilotwirbelschichtreaktor, um CO₂-Emissionen entlang der gesamten Prozesskette zu reduzieren. Anwendungsbeispiele umfassen unter anderem die Reduktion von Ilmenit und Lateriten zur Gewinnung von Titan bzw. Nickel. 

Einen vollständigen Überblick über die INEMET-Projekte finden Sie auf unserer Website: https://tu-freiberg.de/fakult5/inemet/projekte

 

Projektleitung und Kontakt

Alexandros [dot] Charitos [at] inemet [dot] tu-freiberg [dot] de (Prof. Dr.-Ing. Alexandros Charitos)

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Labor-Pyrolysereaktor
Labor-Pyrolysereaktor: Synthetisierung regenerativer Reduktionsmittel für die Pyrometallurgie im Pyrolyseverfahren