Entwicklung eines energieeffizienten und automatisierten Recyclingverfahrens und Anlagenprototyps für die Wiederverwendung von Anodenkomponenten in der elektrolytischen Metallgewinnung 


Im Rahmen des operationellen Programms Europäischer Fonds für regionale Entwicklung NRW 2014 – 2020 (OP EFRE NRW) konnten Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Hochschulen Projektanträge in Leitmarktwettbewerben zu verschiedenen Themengebieten zur Förderung von Investitionen in Wachstum und Beschäftigung einreichen. 

Unter 93 Bewerbungen wurde die Projektidee des Konsortiums bestehend aus der Firma Pentagal Chemie und Maschinenbau GmbH und dem Lehrstuhl für Zuverlässigkeitstechnik und Risikoanalytik der Bergischen Universität Wuppertal als eines von 27 Projekten im Leitmarktwettbewerb „Energie und Umweltwirtschaft“ zur Förderung vorgeschlagen: Mit der „Entwicklung eines energieeffizienten und automatisierten Recyclingverfahrens und Anlagenprototyps für die Wiederverwendung von Anodenkomponenten in der elektrolytischen Metallgewinnung [ENRANOM]“ soll ein Verfahren prototypisch realisiert werden, mit dem unlösliche Anoden, die während der elektrolytischen Metallgewinnung verschleißen, energieeffizient und automatisiert recycelt werden. 

Die elektrolytische Metallgewinnung ist ein wichtiger Prozessschritt in der Primärproduktion von Nichteisenmetallen, da durch dieses Verfahren Reinheitsgrade von über 99,5% erzielt werden. Die zur Elektrolyse verwendeten, unlöslichen Bleianoden erfahren während des Prozesses eine Degradation, so dass ein Austausch regelmäßig erforderlich ist. Da es sich beim Werkstoff Blei um ein giftiges Schwermetall handelt, ist der Umgang innerhalb eines Verwertungsprozesses nicht ungefährlich. Darüber hinaus ist eine sortenreine Trennung der Anodenkomponenten Kupferbügel und Bleiplatte erforderlich.

Die Ziele des Forschungsprojektes sind:

  • Die Entwicklung eines Verfahrens zum effizienten Recycling von in der elektrolytischen Metallgewinnung eingesetzten Anoden auf Basis von statistischer Prozessoptimierung sowie Zuverlässigkeitsmodellen.
  • Die Umsetzung des Verfahrens in Form einer prototypischen Anlage.
  • Die Einsparung von Energie- und Werkstoffressourcen sowie die Minimierung der gesundheitlichen Belastung für Mitarbeiter während des Recyclingvorgangs.

Aufgrund der optimierten Trennung von Kupferbügel und Bleiummantelung sowie einer beliebig häufigen Wiederverwendung des Kupferbügels kommt es zu erheblichen Energieeinsparungen. Die Automatisierung des zu entwickelnden Verfahrens minimiert darüber hinaus das Gesundheitsrisiko von Arbeitern, da der manuelle Umgang mit Blei entfällt.

Der Startschuss für das Forschungsprojekt ENRANOM fiel Anfang März 2016. Die Förderung wurde für den Zeitraum von drei Jahren bewilligt.

EFRE.NRW - Investitionen in Wachstum und Beschäftigung
EU - Investition in unsere Zukunft

Ergebnisse des Projektes / Pressemitteilung Juli 2019

Effiziente und ressourcenschonende Separation von Werkzeugkomponenten in Hinblick auf ein optimiertes Recycling

Im Rahmen des Forschungsprojektes ENRANOM wurde ein Verfahren entwickelt, mithilfe dessen Bleianoden, die in der elektrolytischen Metallgewinnung eingesetzt werden, automatisiert, ressourcenschonend und energieeffizient recycelt werden können. Grundlage für die Verfahrensentwicklung war die Evaluation von drei Konzeptideen in Hinblick auf ökologische, energieeffiziente, umwelttechnische, gesundheitliche und wirtschaftliche Gesichtspunkte. Durch die Durchführung von experimentellen Untersuchungen sowie die Auswertung der Versuchsergebnisse konnte die Konzeptidee der induktiven Erwärmung der Bleianoden als vielversprechendster Ansatz bestimmt werden. Auf Grundlage dieses Ansatzes wurde das Verfahren zum automatisierten Recycling von Bleianoden konzipiert und entwickelt. Darüber hinaus erfolgte ein modularer Aufbau der einzelnen Komponenten der prototypischen Anlage, anhand derer Versuche zur Validierung und Optimierung der Anlage durchgeführt wurden. Die Ergebnisse dieser Versuche wurden ebenfalls dafür verwendet, um das entwickelte Verfahren dem momentan verwendeten, manuellen Verfahren zum Recycling von Bleianoden (Stand der Technik) gegenüberzustellen. Im Rahmen einer Ökobilanz konnte belegt werden, dass das entwickelte Verfahren hinsichtlich der Energieeffizienz, dem Einsatz von Ressourcen sowie der Gesundheitsgefährdung eine größere Nachhaltigkeit aufweist und somit einen großen Fortschritt bei der Produktion und insbesondere beim Recycling von Bleianoden darstellt.

Für den Konsortialführer des Projektes, die Firma Pentagal Chemie und Maschinenbau GmbH, ergibt sich durch die Entwicklung und den Aufbau eines prototypischen Anlagendemonstrators die Erschließung eines neuen Marktes, da bis zum heutigen Zeitpunkt keine vergleichbare Anlage existiert und die Recyclingschritte nach wie vor weitestgehend manuell durchgeführt werden. Durch den Nachweis der Funktionalität, der Energieeffizienz, des schonende Umgangs mit Ressourcen sowie der erheblich verbesserten Arbeitsbedingungen von Bedienern der Anlage besteht ein großes Potential zur weltweiten Vermarktung, wodurch ebenfalls der Wirtschaftsstandorts NRW gestärkt und die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber Großkonzernen sowie Arbeitsplätzen im Bereich Sondermaschinenbau gesichert werden.