Messtechnik für hydrometallurgisches Aufarbeiten von Schwarzmasse

Europa verfolgt das Ziel, kritische Rohstoffe wie Lithium, Nickel oder Kobalt stärker im eigenen Wirtschaftskreislauf zu halten. Diese Metalle sind zentrale Bestandteile von Lithium-Ionen-Akkus und können durch das Recycling von Altbatterien zurückgewonnen werden. Batterierecycling schließt damit den Wandel von der kleinen Sammelkiste hin zur gesamteuropäischen, industriepolitischen Schlüsselaufgabe ab.

Ob die angestrebten Rückgewinnungsraten erreicht werden, entscheidet sich jedoch nicht auf politischer Ebene, sondern im chemischen Prozess. Metalle müssen selektiv gelöst, in hoher Reinheit getrennt und reproduzierbar zurückgewonnen werden. In Europa etabliert sich dafür zunehmend die hydrometallurgische Route. Sie erlaubt, Schwarzmasse aus der mechanischen Vorbehandlung von Altbatterien, die die relevanten Elektrodenmaterialien mit Lithium, Nickel, Kobalt und Mangan enthält, gezielt aufzuarbeiten.

Im Zentrum steht der Laugungsschritt. Hier müssen Temperatur, pH-Wert, Konzentration und Dosierung präzise aufeinander abgestimmt werden. Eine stabile und reproduzierbare Prozessführung ist ohne leistungsfähige Messtechnik nicht möglich. Genau hier setzt Endress+Hauser an.

Metallverhältnisse präzise einstellen

Im Vergleich zum pyrometallurgischen Verfahren, bei dem Materialien bei sehr hohen Temperaturen verbrannt und eingeschmolzen werden, arbeitet die Hydrometallurgie in wässriger Phase. Ziel ist es, die in der Schwarzmasse enthaltenen Metalle gezielt aus der festen Matrix herauszulösen und anschließend sortenrein oder als definiertes Gemisch in hoher Ausbeute wieder auszufällen. Dies ist zugleich die Grundlage für die sogenannte PCAM-Produktion (Precursor Cathode Active Material), bei der ein exakt definiertes Metallhydroxid-Gemisch als Vorstufe für neue Kathodenmaterialien hergestellt wird – ein Trend, der für Recycler höhere Margen verspricht, prozessseitig jedoch deutlich anspruchsvoller ist, da die Metallverhältnisse präzise eingestellt werden müssen. Die führenden Prozessgrößen bleiben dabei pH-Wert und Temperatur, die eingesetzte Messtechnik bleibt somit unverändert entscheidend.

Gerade dieses Spannungsfeld aus Wunschprodukt und Ausbeute macht das Verfahren besonders anspruchsvoll. Der Laugungsschritt erfolgt typischerweise in gerührten Reaktoren, in denen aggressive Säuren oder Laugen auf die Schwarzmasse treffen. Schon geringe Abweichungen in pH-Wert und Temperatur können die Ausbeute reduzieren oder die Produktqualität beeinträchtigen. Hinzu kommen mechanische Belastungen durch abrasive Feststoffanteile sowie chemische Beanspruchung durch stark korrosive Medien. Hydrometallurgische Prozesse sind daher nicht nur chemisch komplex, sondern stellen auch hohe Anforderungen an die eingesetzte Anlagentechnik.

Messen ohne direkten Mediumskontakt

Um die Anlagensicherheit zu überwachen, kommen Temperatur-, Druck- und Füllstandsmessungen zum Einsatz. Bei der Temperaturmessung bieten sich Lösungen an, die ohne direkten Mediumskontakt auskommen, damit Leckagen ausschließen und die Lebensdauer der Sensorik erhöhen. Druckmessgeräte mit keramischen Messmembranen halten chemischer und mechanischer Belastung stand und ermöglichen, Leitungen und Pumpen zuverlässig zu überwachen. Die Kombination aus kontinuierlicher Füllstandsmessung mit Schaumerkennung und Grenzschaltern sichert gegen Überlauf- oder Trockenlaufsituationen ab.

Kemira nimmt Pilotanlage für Eisenphosphat in Schweden in Betrieb

Kemira hat im schwedischen Helsingborg den Pilotbetrieb zum Herstellen von Eisenphosphat aufgenommen. Das Projekt soll zum Entwickeln einer widerstandsfähigeren Wertschöpfungskette für Batterien in Europa beitragen.

Geringer Ressourcenverbrauch, konstante Qualität

Prozesssicherheit bildet die Grundlage für einen stabilen Anlagenbetrieb, garantiert jedoch noch keine hohe Recyclingquote. pH-Wert und Temperatur sind die führenden Prozessgrößen für Ausbeute und Qualität, aber diese Steuerung funktioniert nur mit einem präzisen und reproduzierbaren Dosieren der eingesetzten Chemikalien. Eine exakte Mengenerfassung ist daher unverzichtbar. Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bieten hier entscheidende Vorteile, da sie auch bei aggressiven und feststoffbehafteten leitfähigen Medien zuverlässig arbeiten. Sie messen verschleißarm und nahezu druckverlustfrei und das aufgrund einer 0 × DN Full-Bore-Ausführung teilweise ohne Einlaufstrecke, was insbesondere bei engen Einbauverhältnissen von Bedeutung ist.

Voraussetzung für eine stabile Messung ist ein korrekt ausgeführter Potenzialausgleich, der Störeinflüsse minimiert und die Signalqualität sichert. Besonders vorteilhaft ist die Funktion des echten erdfreien Messens. So entsteht die verlässliche Basis für ein präzises Regeln der Chemikalienzugabe und damit für eine konstante Prozessqualität bei geringem Ressourcenverbrauch.

Hilfskreisläufe und Energieeffizienz im Blick

Hydrometallurgische Prozesse sind temperaturgeführt und daher auf externe Heiz- oder Kühlkreisläufe angewiesen. Messtechnik übernimmt dabei eine doppelte Funktion. Sie sorgt zum einen für stabile Reaktionsbedingungen und ermöglicht ein gezieltes Energiemanagement. Durch das kontinuierliche Erfassen der übertragenen Wärmemengen werden Energieflüsse transparent und Optimierungspotenziale sichtbar. Vergleichende Messungen vor und nach dem Reaktor ermöglichen es, Effizienzverluste oder Leckagen frühzeitig zu erkennen. Ergänzend sichern Leitfähigkeits- und pH-Messungen die Qualität der eingesetzten Wärmeübertragungsmedien. Sie helfen Korrosion oder Ablagerungen vorzubeugen. Präzise Instrumentierung leistet damit nicht nur einen Beitrag zur Prozessstabilität, sondern auch zur langfristigen Wirtschaftlichkeit der Anlage.

TSR und BASF schließen Kooperation zum Batterierecycling

Das Metallrecyclingunternehmen TSR will mit BASF das Recycling von Elektroautobatterien in Europa voranbringen. Die Kooperation umfasst Dienstleistungen wie das fachgerechte Zerlegen und Entladen von Altbatterien sowie das Verarbeiten von Schwarzmasse.

Der geschlossene Kreislauf beginnt im Detail

Batterierecycling wird so zu einem tragenden Element der europäischen Kreislaufwirtschaft. Die regulatorischen Rahmenbedingungen sind gesetzt, die technologischen Konzepte etabliert. Gleichzeitig entwickelt sich die Batterietechnologie kontinuierlich weiter. Hersteller arbeiten daran, den Einsatz kritischer Rohstoffe wie Kobalt zu reduzieren und alternative Kathodenmaterialien einzusetzen. Für das Recycling bedeutet diese Entwicklung jedoch keinen Umbruch. Unabhängig von der konkreten Zellchemie müssen die enthaltenen Wertstoffe aus der Batteriemasse gelöst, getrennt und in definierter Qualität zurückgewonnen werden. Die hydrometallurgische Prozesskette bleibt damit technologisch konstant.

Entscheidend ist also nicht die genaue Zusammensetzung der Batterie, sondern die Fähigkeit, unterschiedliche Eingangsmaterialien stabil und reproduzierbar zu verarbeiten. Genau hier zeigt sich der Wert präziser Messtechnik: Das Rad der Kreislaufwirtschaft dreht sich weiter und die Messtechnik hält es in der Spur.

Forschungsprojekt zum Charakterisieren von Schwarzmassen

Die Zusammensetzung von Schwarzmasse variiert stark über verschiedene Batterien hinweg. Das Forschungsprojekt Sherlock sucht nach einer Möglichkeit, die Zusammensetzung des Materials zu charakterisieren, um Effizienzverlusten oder Qualitätseinbußen bei Rezyklaten vorzubeugen.