Energiespeicher für Elektrofahrzeuge Lithium aus Altbatterien gewinnen

Lithiummaterial Zinnwaldit
Der TU Bergakademie Freiberg gelang es, aus dem Lithiumerz Zinnwaldit Lithiumcarbonat herzustellen. Auch aus Altbatterien ließ sich Li2CO3 gewinnen.

Die TU Bergakademie Freiberg hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich der stark nachgefragte Rohstoff Lithiumcarbonat sowohl aus dem Lithiummineral Zinnwaldit als auch aus Altbatterien gewinnen lässt.

Insbesondere in der Elektromobilität ist Lithium für Energiespeicher derzeit unverzichtbar. Der Marktanteil steigt momentan von Jahr zu Jahr um 8 bis 11 Prozent. Bis 2025 sollen bereits 70 Prozent des gehandelten Lithiums aus dem Bereich Elektromobilität nachgefragt werden. Derzeit liegt der Weltmarktpreis für die wichtigste Verbindung Lithiumcarbonat bei etwa 7.300 US-Dollar je Tonne und ist seit November 2015 um 20 Prozent gestiegen. Bis 2020 könnte laut Experten der Preis auf rund 25.000 US-Dollar je Tonne steigen.

Das Verfahren zur Gewinnung von Lithium aus Altbatterien ist eine Weiterentwicklung des bereits von den Forschern der TU Bergakademie Freiberg entwickelten Verfahrens „Hybride Lithiumgewinnung“. Dabei gelang es den Forschern, aus dem silikatischen Lithiumerz Zinnwaldit Lithiumcarbonat zu gewinnen. Zinnwaldit gehört zu dem Glimmern und enthält unter anderem Aluminium, Eisen, Fluor und Lithium. Das zerkleinerte Material des Zinnwaldit wird zunächst auf zirka 1.000 °C erhitzt. Dabei kommt es zu einer Phasenumwandlung, wobei aus dem Zinnwaldit neue Mineralphasen gebildet werden. Hauptkomponente ist das lithiumreiche Silikat β-Spodumen. So lässt sich mit entwickelten Verfahren unter Zugabe von CO2 und Wasser als Laugungsmedium das im Spodumen enthaltene Lithium zu Lithiumhydrogencarbonat überführen. Die gering konzentrierte Lithiumhydrogencarbonat-Lösung lässt sich mit Hilfe der Elektrodialyse anreichern. Wird das dabei erhaltene Konzentrat erhitzt, entweicht das CO2 und es entsteht Lithiumcarbonat, das einfach abgetrennt werden kann. Das CO2 wird zudem im Kreislauf geführt und nicht in die Atmosphäre abgegeben

Die TU Bergakademie zeigt zudem, dass dieses Verfahren auch für Altbatterien einsetzbar ist. Der entladene Akkumulator wird zunächst zerkleinert. Anschließend werden die darin enthaltenen Metalle und Kunststoffe von den nichtmagnetischen Schicht- und Elektrolytmaterialien, der so genannten „Schwarzmasse“, abgetrennt. In dieser Fraktion befindet sich neben Kobalt unter anderem noch Kohlenstoff und Lithium.Gegenwärtig kann aus der Schwarzmasse lediglich das Kobalt zurückgewonnen werden, das Lithium geht verloren. Die Freiberger Forscher nutzen nun den beim Zinnwaldit bewährten Verfahrensansatz und geben CO2 und Wasser als Laugungsmedium hinzu, bevor die Wertkomponente Kobalt ausgeschmolzen wird. Auf diese Weise wird das in der Masse enthaltene Lithium selektiv abgetrennt und in Lithiumcarbonat umgewandelt. Es steht nun für die Herstellung neuer Lithiumakkumulatoren zur Verfügung.

Mit diesem Verfahren ist es möglich, eine Tonne Lithiumcarbonat zu vergleichbaren Preisen zu gewinnen, wie sie derzeit auf dem Weltmarkt üblich sind.