Recycling von SE aus Leuchtstoffpulver - Phase II (Recycling von Seltenen Erden aus Leuchtstoffpulver - Phase II )

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 561.19.17

Schlüsselwörter (Deutsch)

Recycling, Leuchtstofflampen, Leuchtstoffpulver, seltene Erden, Yttrium, Terbium, Europium, Trennverfahren, Metalloxide, Yttriumoxid, Terbiumoxid, Extraktion

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Beim Recycling von Leuchtstofflampen fällt Leuchtstoffpulver an, das einen hohen Anteil an seltenen Erden (Yttrium (Y), Terbium (Tb), Europium (Eu)), fortan SE genannt, enthält. Diese gehören zu den strategischen Rohstoffen der Zukunft, weil diese in vielen neuartigen Technologiebereichen und Industriezweigen unverzichtbar geworden sind.

Bisher wurden die anfallenden Leuchtstoffpulver in der Regel unterirdisch deponiert, mit entsprechenden Kostenfolgen.

Die Ziele des UTF Projektes 484.14.14 Recycling von SE aus Leuchtstoffpulver Phase 1 wurden erreicht. Allerdings kann aus finanziellen Gründen das Recycling aller drei SE nicht gleichzeitig weiterverfolgt werden. Deshalb werden vorerst die Arbeiten auf Y beschränkt.

Als Ergebnis aus der Phase 1 resultiert nun ein Konzept zur Erstellung einer Pilotanlage mittels Flüssig-Flüssig-Extraktion zur Rückgewinnung von SE mit einer Reinheit von 99,9%.

Das Konzept sieht vor eine automatisierte Semi Mixer-Settler-Anlage im Labormassstab zur Rückgewinnung von Y mit einer Reinheit von 99,9%, mittels Flüssig-Flüssig-Extraktion zu entwickeln und zu testen.

Das Projekt wurde an der Sitzung der Koko UT vom 20.06.2017 mit Auflagen grundsätzlich als förderungswürdig eingestuft. Das überarbeitete Beitragsgesuch vom 29.09.2017 konnte danach genehmigt werden.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1    Analysen von Proben nach der Entqueckung von 1kg Leuchtstoffpulver haben gezeigt, dass eine Quecksilber-Dekontamination von unterhalb10ppm Hg möglich ist. Für das Projekt sollen grössere Mengen (40-50 kg) entqueckt werden. Davon werden 10-20 kg quecksilberfreies Leuchtstoffpulver für die Verarbeitung in der Semi-Mixer-Settler-Anlage bereitgestellt werden.

2    Die automatisierte Semi-Mixer-Settler-Anlage im Labormassstab zur Rückgewinnung von Y ist in Betrieb genommen. Meilenstein 1.

3    Die Messdaten dokumentieren die benötigten Extraktionsschritte für eine Reinheit von 99,9 % für Y, der volumetrischen Verhältnisse und der optimalen Konzentrationen der SE-Nitrat-Startlösungen.

4    Die Messdaten dokumentieren, dass Y mit der automatisierten Semi-Mixer-Settler-Anlage im Labormassstab in einer Reinheit von 99,9 % zurückgewonnen werden kann. Meilenstein 2.

5    Neue Industriepartner für ein Nachfolgeprojekt und die spätere Vermarktung der Ergebnisse aus diesem Projekt sind definiert und bereit zur Übernahme der Rückzahlungspflicht gemäss Art 8.

6    Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 5 und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben.

7     Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien (genauere Angaben s. Beilage 3) für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.

8    Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung ist dem BAFU abgegeben und kann auf Nachfrage beim BAFU vorgetragen werden.

Projektziele (Deutsch)

In diesem Projekt soll das Detail-Engineering, die Inbetriebnahme sowie ein Versuchsbetrieb einer automatisierten Semi-Mixer-Settler-Anlage im Labormassstab zur Rückgewinnung von Y mit einer Reinheit 99,9%, mittels Flüssig-Flüssig-Extraktion und den Komplexbildnern getestet werden.

Weiter soll sichergestellt sein, dass eine genügend grosse Menge von Leuchtstoffpulver für die Weiterverarbeitung in diesem Projekt nach geltenden Vorschriften gelagert und bereitgestellt werden kann.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Mit der BLUBOX-Technologie werden Energiesparlampen und PC-Monitore rezykliert. Diese Gegen-stände werden dabei geschreddert, wobei ein pulverförmiger Rückstand, das sogenannte Leuchtstoffpulver (LSP) übrigbleibt. Dieses Pulver weist hohe Konzentrationen (10-15%) von Metalloxiden aus Seltenen Erden (SE) auf. Grundsätzlich haben SE sehr ähnliche chemisch-physikalische Eigenschaften und sind deshalb schwierig voneinander zu trennen. Die hohe Vergesellschaftung von verschieden SE in elektronischen Apparaten macht eine Trennung zusätzlich schwierig. Im vorangegangenen Projekt (Phase I) wurde ein Prozess entwickelt, welcher die Rückgewinnung von einzelnen SE-Elementen (Yttrium, Europium, Terbium) mit mehr als 99% Reinheit erlaubt. Wiederverwendung von Chemikalien und Rückführung von SE-haltigen Rest-lösungen in den Extraktionsschritten versprechen einen kostengünstigen Prozess. Dazu kommt, dass der Prozess auch einfach für andere SE-Zusammensetzungen und -Abfälle adaptiert werden kann. 

Das jetzt vom BAFU mitfinanzierte Projekt (Phase II) mit dem Paul Scherrer Institut, konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Dabei konnte gezeigt werden, dass der sehr niedrige Quecksilbergehalt des Leuchtstoffpulvers durch umweltsichere Wärmebehandlung weiter reduziert wird (<10 ppm). Eine Laugung im Pilotmassstab mit 32 kg LSP wurde ausgeführt. Ein Mixer-Settler Modul wurde in einer Abluftkapelle installiert und Extraktiontauglich gemacht. Danach wurde damit 99.9% reines Yttrium (SE-Spurenbasis) aus der LSP-Lauge extrahiert. Das PSI Verfahren wurde beim Patentamt angemeldet. Kontakte mit potenziellen Partnern (Recycler, Anlagebetreiber, Verfahrensspezialisten, Verkäufernetz) wurden geknüpft und potenzielle Industriepartner gefunden.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Das PSI plant im Rahmen eines PSI Founder Fellowships eine Spin-off Firma zu gründen, welche auf die Rückgewinnung von SE aus Abfällen spezialisiert ist. Für die erfolgreiche Umsetzung, soll das PSI zusammen mit einem industriellen Partner (vorzugsweise mit dem PSI Spin-off) in einem vom BAFU geförderten Nachfolgeprojekt (PHASE IlI) neben 99.9% Yttrium auch die Extraktion für 99.9% reines Europium und 99.9% reines Terbium mit dem Mixer-Settler Modul durchführen. Zudem sollen alternative Methoden zur thermischen Entqueckung des Leuchtstoffpulvers erarbeitet werden. Ausserdem soll die Wirtschaftlichkeitsanalyse des Prozesses verfeinert und mögliche Geschäftsfelder evaluiert werden. In einem nächsten Schritt zur Implementierung soll die vorhandene Apparatur in einem Container eingerichtet werden, welcher zum Aufbau eines Pilot-Prototyps geeignet ist.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Nach der Projektphase III soll die Pilotanlage soweit fertiggestellt werden, dass diese als Prototyp vom industriellen Partner und/oder dem PSI Spin-off betrieben werden kann. Die auf der Anlage hergestellten Muster aus 99.99% reinen Y-, Tb-, und Eu-Oxiden sollen mithelfen potenzielle Kunden, auch in verwandten Industriebereichen, Anlagenbetreiber und Investoren von der Qualität der Produkte zu überzeugen.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

keine