Tantal-Recycling: Der widerspenstigen Zähmung

Das Förderprojekt IRETA schlägt einen gänzlich anderen Weg ein.

Tantal wird zu den Refraktärmetallen gezählt. Und verhält sich somit (wie Wolfram, Niob, Molybdän und Rhenium) „widerspenstig“. Dementsprechend stellt dieses Metall auch beim Recycling besondere Anforderungen. Und das nicht nur, weil Tantal nur in kleinen Mengen in der Produktion und in kleiner Konzentration in Legierungen eingesetzt wird.

Im Jahr 2015 bestand für Tantal eine Nachfrage in Höhe von 1.950 Tonnen, die bei der Produktion von Kondensatoren (38 Prozent), Oxdide für Optik und Elektronik (18 Prozent), Legierungsadditive (17 Prozent), Sputtertargets und Tantalpulver (je zehn Prozent) und Tantal-Carbide (sieben Prozent) Verwendung fanden. Beim Recycling können per Pyro- oder Hydrometallurgie alle metallischen Bestandteile bis ins Kleinste aufgeschlossen, getrennt und rückgewonnen werden, mit drei Besonderheiten: Die hohe Verdünnung des Metalls machen ein Recycling von Tantal-Kondensatoren aus Elektronikschrott weitgehend wirtschaftlich unattraktiv. Tantal-Schrotte und -Kondensate werden in der Praxis gemeinsam mit Sputtertargets gesammelt und recycelt. Tantal-Oxide in Gläsern benötigen einen aufwändigen Reinigungsprozess, um recycelt und wiedereinsetzbar zu werden. Materialverluste treten bei Tantal im gesamten Stoffstromfluss über Rohstoffaufbereiter und Pulver-/Ingot-Hersteller bis zum Endprodukthersteller auf. Der Materialfluss vom Rohstoffaufbereiter zum Pulver-/Ingot-Hersteller kostet zwei bis vier Prozent, der Prozess bis zum Endprodukt weitere fünf bis acht Prozent. Der interne Materialkreislauf der Pulver-/Ingot-Hersteller erwirtschaftet acht Prozent, der interne Materialkreislauf der Endprodukthersteller ergibt vier Prozent. Zum Materialrücklauf an den Rohstoffaufbereiter steuert der Pulverproduzent 17 Prozent bei, der Endprodukthersteller 18 Prozent in Form von IPS-Schrott und der Endverbraucher 17,5 Prozent in Form von PCS-Schrott. Eine höhere Quote verhindern die Tantal-Kondensatoren aus Elektro(nik)geräten, deren fehlendes Recycling mit 38 Prozent Verlusten zu Buche schlägt.

Eine „Art Cockpitsteuerung“

Interne und externe Materialflüsse für Tantal (Quelle: TK Verlag)

Recyclingmaterialien wie Zinnschlacken, Schlämme und andere Produktionsreststoffe lassen sich mit einem aufwändigen dreistufigen Verfahren, das bei der H.C. Starck Smelting GmbH & Co. KG in Laufenburg praktiziert wird, synthetisch zu Syncon konzentrieren. Das resultierende Tantal- und Niob-Oxid wird zusammen mit Erzkonzentraten bei chemischen Verfahren als Rohstoff beigemischt und weiter aufgearbeitet. Dieses über Jahre gewachsene Verfahren der bisherigen Hüttenproduktion könnte aufgrund gewisser Fehlerhäufigkeiten, unzureichender Messtechnik oder auch ungenauer Bilanzierungen optimiert und/oder optimiert werden. Dazu schlägt H.C. Starck Smelting Verbesserungen auf der Prozessebene bei Sensorik und Analysentechnik, auf der Prozessebene durch speicherprogrammierbare Steuerung und auf der Produktionsebene vor allem durch eine Datenbank zur Langfristspeicherung aller wichtigen Produktionsdaten vor. Alle Ebenen sollten mit der Unternehmerleitebene gekoppelt sein und eine „Art Cockpitsteuerung“ darstellen. Dennoch werde auch dann die Wertschöpfung des Tantal-Recyclings vom Zeitpunkt der Beschaffung, der Produktion und des Absatzes ebenso wie von der Qualität des Produktes, seiner Wirtschaftlichkeit und der Anpassungsfähigkeit des Rückgewinnungsverfahrens abhängen.

Optisch identifizieren, vollautomatisch demontieren

Einen gänzlich anderen Weg schlägt das Förderprojekt IRETA zur „Entwicklung und Bewertung innovativer Recyclingwege zur Rückgewinnung von Tantal aus Elektronikabfällen“ ein. Erforscht werden neue Recyclingwege für die bisher „vernachlässigten“ Tantal-Kondensatoren. Laut Fraunhofer startet der geplante Recyclingweg damit, dass die Kondensatoren über eine optische Erkennungssoftware auf den Platinen von Elektroaltgeräten identifiziert und vollautomatisch demontiert werden. Anschließend folgt eine mechanische Aufbereitung der Kondensatoren zu einem Pulver.

Mit drei verschiedenen Recyclingwegen, die auf chemischem Transport, funktionalisierten Nanopartikeln und elektrochemischer Abscheidung basieren, wird das Tantal aus diesem Pulver in Reinform wiedergewonnen. Eine vergleichende Bewertung soll Aufschluss darüber geben, welcher dieser drei Prozesse für den Aufbau einer Pilotanlage infrage kommt.

Der Beitrag beruht zum Teil auf einem Vortrag von Dr. Frank Schulenburg, Dr. Hartmut Rossel und Dr. Ulrich Bartmann in: Recycling und Rohstoffe, Band 10, hrsg. Karl J. Thomé-Kozmiensky und Daniel Goldmann, Neuruppin 2017, ISBN 978-3-944310-34-3.

Foto: wikimedia / Alchemist-hp

(EU-Recycling 12/2017, Seite 33)