The development of a process for the recovery of lithium from pretreated slags by means of flotation

Die Hochtemperatur-Pyrometallurgie gilt als eine der Hauptmethoden zur Rückgewinnung wertvoller Metalle aus End-of-Life Lithium-Ionen-Batterien und ist auch ein entscheidender Ansatz für den Umgang mit anderen Abfällen wie elektrischen und elektronischen Geräten. In typischen pyrometallurgischen Prozessen, wie z.B. im Umicore-Recyclingprozess, werden Metalle wie Cu, Co und Ni zu einer Metalllegierungsschmelze reduziert, während Li und andere elektrochemisch unedle Elemente hauptsächlich in die Schlackenphase übergehen. Die Aufwertung von Li-haltiger Schlacke, insbesondere die effiziente Extraktion von Li aus der Schlacke, ist zu einem zentralen Thema im aktuellen Hochtemperatur-Pyrometallurgie-Recyclingweg für Lithium-Ionen-Batterien am Ende ihrer Lebensdauer geworden. Die Strategie zur „Engineering of Artificial Minerals“ (EnAM) ist eine Methode, die thermodynamische Werkzeuge zur Schlackengestaltung nutzt. Der erste Schritt beinhaltet die Auswahl eines geeigneten Trägerminerals für das Zielelement, gekoppelt mit dem Design der Gangart-Zusammensetzung der Schlacke. Der Zweck ist, das Zielelement im Trägermineral während des Schmelzprozesses anzureichern. Im zweiten Schritt soll die gestaltete Trägermineral- und Gangart-Zusammensetzung die nachfolgende Aufbereitung und hydrometallurgische Behandlung erleichtern. Ein bedeutender Vorteil dieses Ansatzes ist die Fähigkeit, Trägerminerale mit hoher Beladungskapazität für das Zielelement auszuwählen, auch solche, die in natürlichen Erzen nicht existieren oder extrem selten sind. Diese Studie stellt einen ersten Versuch dar, die EnAM-Methode auf das Schlackendesign und die Aufbereitung im System Li2O-CaO-Al2O3-SiO2-MnO anzuwenden. Sie untersucht systematisch die Flotierbarkeit von Li-Trägermineralen γ-LiAlO2, Eukryptit sowie des typischen Schlackenminerals Melilith-Solid-Solution. Die Studie nutzt gängige anionische Sammler wie Natriumoleat und den kationischen Sammler Dodecylamin, die häufig für die Flotation von Aluminiumhydroxidmineralen und Silikatmineralen verwendet werden. Die Verwendung dieser Sammler in dieser Studie trägt zu einem besseren Verständnis des Flotationsverhaltens der Li-Trägerminerale bei. Oberflächenanalysetechniken wurden eingesetzt, um die Adsorptionsmechanismen des anionischen Sammlers Natriumoleat und des kationischen Sammlers Dodecylamin auf diesen drei Mineralien sowie den Unterdrückungsmechanismus von Natriumhexametaphosphat auf Melilith-Solid-Solution zu untersuchen. Darüber hinaus wurde das Potenzial zur Anreicherung und Trennung von Li-haltigen Phasen aus Schlacke durch Flotationstests an mehreren Schlackenproben weiter erforscht. Dies bietet eine Grundlage für die zukünftige Optimierung von Flotationsreagenzienregimen für Li-haltige Schlacken. Da Melilith-Solid-Solution ein typisches Schlackenmineral in vielen verschiedenen Arten von Schlacken ist, hat das Studium seines Flotationsverhaltens und das Verständnis seiner Oberflächeneigenschaften wichtige Implikationen für die Forschung an anderen Arten von Schlacken.