Lithiumabscheidung aus Prozessabwässern mit Hilfe von natürlichen und synthetischen Zeolithen

Lithium ist aufgrund seiner besonderen physikalisch-chemischen Eigenschaften ein zentraler Rohstoff für Lithium-Ionen-Batterien, deren stark wachsender Einsatz den globalen Bedarf massiv erhöht. Die geographisch begrenzten Vorkommen, umwelt- und gesundheitsbelastende Gewinnungsverfahren sowie absehbare Ressourcenerschöpfung machen effizientes Recycling notwendig. Der hohe Graphitanteil der Schwarzmasse führt bei hydrometallurgischen Rückgewinnungsprozessen zu hohen Chemikalienverbräuchen. Durch eine vorgelagerte Schaumflotation kann der Graphit abgetrennt werden, jedoch erzeugt diese große Mengen lithiumhaltiger Abwässer. Ziel dieser Arbeit ist es, das Potenzial natürlicher und synthetischer Zeolithe zur Abscheidung des Lithiums aus den Flotationsabwässern zu untersuchen. Dazu wurden Laborversuche mit verschiedenen Zeolithtypen durchgeführt, bei denen ihre Eignung anhand von Abscheideraten, Zeolithbeladungen und Regenerierbarkeit bei unterschiedlicher Gegenionenkonzentration bewertet wurde. Dabei zeigte sich, dass sowohl natürliche als auch synthetische Zeolithe grundsätzlich einsetzbar sind und Lithium aufnehmen und anschließend wieder abgeben können. Synthetische Zeolithe erreichen mit 10 - 15 mg g⁻¹ höhere Beladungen als natürliche (3 - 3,5 mg g⁻¹), was auf ihre geringeren Si/Al-Verhältnisse und die höhere anionische Feldstärke zurückzuführen ist. Die synthetischen FAU- (13XBFK) und LTA-Zeolithe (4ABFK) weisen vergleichbare Beladungs-, Abscheide- und Regenerationsraten auf. Die Lithiumaufnahme korreliert mit der Ausgangskonzentration des jeweiligen Abwassers und es werden maximale Abscheideraten von 33 - 40 % erreicht. Eine Verdoppelung des Zeolith/Lösung-Verhältnisses bewirkt nur eine moderate Steigerung der Abscheiderate um etwa 11 - 12 Prozentpunkten. Durch Desorption mit NaCl-Lösungen konnten Regenerationsraten von 80 - 95 % erzielt werden, wobei die erforderliche Na⁺-Konzentration von der initialen Beladung abhängt.