Neuartige Sammlermoleküle zur Flotation werthaltiger Mineralien auf Basis des Naturstoffes Punicin

Die Rückgewinnung kritischer Materialien aus End-of-Life-Lithium-Ionen-Batterien stellt eine der größten Möglichkeiten der Sekundärrohstoffgewinnung, insbesondere im Kontext einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft, dar. Angesichts des steigenden Bedarfs an Lithium, Mangan und weiteren strategischen Metallen, der durch die Transformation zu Elektromobilität und erneuerbaren Energien vorangetrieben wird, gewinnen effiziente Recyclingverfahren zunehmend an Bedeutung. Besonders die Rückführung von Lithium gestaltet sich als schwierig, da es in pyrometallurgischen Prozessen häufig in schwerlöslichen Schlackenphasen wie Lithiumaluminat (LiAlO₂) oder Lithiummanganaten eingebunden vorliegt. Um diese „Engineered Artificial Minerals“ (EnAMs) gezielt aus komplexen Matrixphasen abzutrennen, bietet sich die physikochemische Methode der Flotation als vielversprechender Ansatz an. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige Flotationssammler auf Basis des Naturstoffs Punicin und seiner strukturellen Isomere entwickelt, synthetisiert und auf ihre Eignung zur selektiven Flotation von EnAMs untersucht. Der Schwerpunkt lag auf der Abtrennung lithiumhaltiger Mineralphasen wie LiAlO₂ und LiMn₂O₄ aus silikatischer Matrix, wie sie typischerweise in pyrometallurgischen Schlacken vorkommt. Die Synthese der Punicin-basierten Sammler erfolgte ausgehend von funktionalisierten Pyridinderivaten sowie dem substituierten 1,4-Dimethoxybenzol als kostengünstigen Edukten. So konnte ein breites Spektrum von 50 literaturunbekannten Verbindungen synthetisiert werden, von denen viele als potentielle Sammler untersucht werden konnten. Die Charakterisierung der Produkte mittels NMR-, UV/Vis- und ESR-Spektroskopie sowie pH-Titrationen belegte die erwartete Struktur und bestätigte die mesomeren und teilweise lichtschaltbaren Eigenschaften der Moleküle. Zur weitergehenden Bewertung der Selektivität und Wirkweise der Sammler wurden ergänzend Kontaktwinkelmessungen, Zeta-Potenzialanalysen sowie Infrarotspektroskopie eingesetzt. Die Anwendung der neuartigen Sammler wurde anhand von Modellmineralien in Mikroflotationsexperimenten überprüft. Dabei zeigte sich, dass mehrere der entwickelten Verbindungen, insbesondere die Derivate mit mittelkettiger Alkylsubstitution (C12), eine signifikante Hydrophobierung der EnAMs bewirken. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass punicinbasierte Sammler ein hohes Potenzial für die selektive Flotation von lithiumhaltigen EnAMs aufweisen. Damit stellt diese Arbeit einen Beitrag zur Entwicklung neuartiger, ökologisch verträglicher und selektiver Flotationsreagenzien dar, die für das Recycling von strategisch relevanten Metallen in technischen Sekundärressourcen eingesetzt werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse eröffnen zudem neue Perspektiven für die Anwendung punicinbasierter Moleküle.