Hydrometallurgie
Automatisierte hydrometallurgische Prozesse
Versuchsanlagen für Laugung, Solventextraktion und Elektrolyse
Prozesse in der Hydrometallurgie stellen höchste Anforderungen an Präzision, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit. HITEC ZANG entwickelt maßgeschneiderte Versuchsanlagen für Labor und Technikum – vollautomatisiert, prozesssicher und bereit für den Scale-up.
Hydrometallurgische Verfahren arbeiten bei deutlich niedrigeren Temperaturen als die Pyrometallurgie und verursachen signifikant weniger Gasemissionen. Studien zeigen einen um 30–50 % geringeren Energieverbrauch gegenüber Schmelzprozessen. Gleichzeitig ist der Wasserverbrauch strukturell höher, und der Einsatz von Säuren und Lösungsmitteln erfordert eine sorgfältige Abwasserbehandlung. Automatisierung löst diese Herausforderungen nicht — sie schafft jedoch die Datenbasis, um Verbrauch zu messen, zu verstehen und gezielt zu reduzieren.
Was ist Hydrometallurgie?
Die Hydrometallurgie umfasst nasschemische Verfahren zur Gewinnung, Raffination und zum Recycling von Metallen aus Erzen, Konzentraten und Sekundärrohstoffen. Im Gegensatz zur Pyrometallurgie, die bei 800 – 1.500 °C arbeitet, laufen hydrometallurgische Prozesse bei Raumtemperatur oder mäßig erhöhten Temperaturen ab. Das ermöglicht eine hohe Selektivität bei der Metalltrennung und die direkte Produktion hochreiner Metalle — zum Beispiel elektrolytisch gewonnenes Kupfer mit einer Reinheit von 99,99 %.
Typische Verfahrensschritte sind Laugung (mit Schwefelsäure, Salzsäure oder Ammoniak), Fest-Flüssig-Trennung, Solventextraktion, Ionenaustausch, Membranverfahren und Elektrolyse. Anwendungsfelder reichen von der Primärrohstoffgewinnung (Kupfer, Nickel, Cobalt, Lithium, Seltene Erden) bis zur Metallrückgewinnung aus Sekundärrohstoffen wie Schwarzmasse aus Lithium-Ionen-Batterien.
Typischer Prozessablauf
Hydrometallurgische Prozessketten folgen einer klar strukturierten Abfolge, die HITEC ZANG von der ersten Laborstufe bis zur Pilotanlage abbildet:
1. Laugung
- Lösung der Metallionen in wässriger Säure oder Lauge
- atmosphärisch oder unter Druck
2. Fest-Flüssig-Trennung
- Filtration
- Zentrifugation oder Eindickung zur Abtrennung der Gangart
3. Selektive Trennung
- Solventextraktion
- Ionenaustausch oder Membranverfahren zur Metallselektion
4. Metallgewinnung
- Elektrolyse
- Fällung oder Zementation zur Abscheidung des Reinmetalls
Teilprozesse der Hydrometallurgie
HITEC ZANG entwickelt vollautomatisierte Versuchsanlagen für alle wesentlichen Teilprozesse hydrometallurgischer Prozessketten — vom Einzelprozess bis zur integrierten Pilotanlage:
Laugung
Lösung von Metallionen aus Erzen, Konzentraten oder Sekundärrohstoffen mit Säuren, Laugen oder Ammoniakverbindungen – atmosphärisch und unter Druck
Solventextraktion
Selektive Überführung von Metallionen aus der wässrigen in eine organische Phase zur Aufreinigung und Trennung von Metallgemischen
Fällung & Zementation
Gezielte Ausfällung von Metallen durch pH-Einstellung, Reduktionsmittel oder Zementation an Metalloberflächen
Ionenaustausch
Selektive Adsorption und Desorption von Metallionen an Ionenaustauscherharzen – besonders geeignet für verdünnte Lösungen und Spurenmetalle
Elektrolyse
Elektrochemische Abscheidung von Reinmetallen aus der Lösung – ermöglicht Reinheiten bis 99,99 % (z. B. elektrolytisches Kupfer)
Membranverfahren
Trennung und Aufkonzentrierung von Metallionen durch Ultrafiltration, Nanofiltration, Elektrodialyse oder Diffusionsdialyse
Ihre Vorteile mit automatisierten Versuchsanlagen
Automatisierte Hydrometallurgie-Anlagen von HITEC ZANG ermöglichen unbeaufsichtigte Langzeitversuche, lückenlose Messdatenerfassung und eine hohe Reproduzierbarkeit – die Grundlage für valide Forschungsergebnisse und einen sicheren Scale-up in den Produktionsmaßstab.
- Reproduzierbarkeit: Präzise Parameterregelung sichert vergleichbare Ergebnisse zwischen allen Versuchsläufen.
- Prozesssicherheit: Echtzeit-Monitoring kritischer Messwerte mit automatischen Sicherheitsabschaltungen.
- Effizienz: Mehr Versuchsdurchläufe in kürzerer Zeit durch unbeaufsichtigten 24/7-Betrieb.
- Dokumentation: Lückenlose, GLP-konforme Aufzeichnung aller Prozessparameter und Messdaten.
- Ressourceneffizienz: Präzise pH- und Dosierregelung verhindert systematische Überdosierung von Reagenzien – ein messbarer Hebel zur Verbrauchsreduktion.
Typische Anwendungsfelder
HITEC ZANG unterstützt Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen in folgenden Bereichen:
Batterierecycling
Rückgewinnung von Lithium, Kobalt, Nickel & Mangan aus Lithium-Ionen-Batterien (Schwarzmasse)
Metallgewinnung
Kupfer, Zink, Nickel, Cobalt aus primären und sekundären Rohstoffen
Kritische Rohstoffe
Seltene Erden, Platingruppenmetalle, Lithium aus Primär- und Sekundärquellen
Kreislaufwirtschaft
Urban Mining, E-Schrott-Aufbereitung, Lösungsmittelrückgewinnung
Aus der Forschung
HITEC ZANG Reaktorsysteme werden international in der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt. In einer 2022 im Journal of Sustainable Metallurgy (Springer) veröffentlichten Studie der KU Leuven (Belgien) kam ein maßgeschneiderter 1-Liter-Glasreaktor von HITEC ZANG für Scale-up-Versuche zur Lithiumchlorid-Reinigung auf Batteriequalität zum Einsatz — ein Verfahren im Bereich der nachhaltigen Metallurgie und des Batterierecyclings.
One-Step Solvometallurgical Process for Purification of Lithium Chloride to Battery Grade
Dženita Avdibegović et al. · Journal of Sustainable Metallurgy · 2022
Unsere Lösungen
Sprechen Sie mit unseren Projektingenieuren – wir analysieren Ihre Anforderungen und entwickeln gemeinsam die passende Lösung.
Fragen & Antworten
Pauschal lässt sich das nicht beantworten — es kommt auf den Vergleichspunkt an. Gegenüber der Pyrometallurgie hat die Hydrometallurgie klare Vorteile: deutlich weniger Gasemissionen, kein Hochtemperaturschmelzen bei 800 – 1.500 °C und ein um 30 -50 % geringerer Energieverbrauch. Auf der anderen Seite ist der Wasserverbrauch höher, und der Einsatz von Säuren, Laugen und organischen Lösungsmitteln erfordert eine aufwändige Abwasserbehandlung. Ob ein konkreter hydrometallurgischer Prozess insgesamt nachhaltiger ist, hängt von Verfahren, Rohstoffqualität und Betriebsweise ab — und davon, wie konsequent Wasser- und Säurekreisläufe geschlossen werden.
Ja. Neben dem Neubau bietet HITEC ZANG die Nachrüstung und Automatisierung bestehender Anlagen an: Integration von Sensoren (pH, Redox, Temperatur, Durchfluss, Trübung), Aufbau einer SPS-Steuerung, Anbindung an eine Prozessleitsoftware sowie Implementierung einer GLP-konformen Messdatendokumentation. So lassen sich gewachsene Laborinfrastrukturen auf den Stand automatisierter Versuchsführung bringen – ohne vollständigen Anlagenersatz.
Ja. Batterierecycling – insbesondere die Aufbereitung von Black Mass aus Lithiom-Ionen-Batterien – ist eine der Kernanwendungen hydrometallurgischer Versuchsanlagen. Das Verfahren ist für diesen Zweck besonders geeignet, weil es eine hohe Selektivität bei der Trennung von Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan ermöglicht und hochreine Fraktionen direkt aus dem Prozess liefert. HITEC ZANG Anlagen sind korrosionsbeständig ausgelegt und für den Einsatz mit aggressiven Medien (Säuren, Laugen, organische Extraktionsmittel) geeignet.
Der Scale-up ist eine der größten Fehlerquellen in der hydrometallurgischen Prozessentwicklung. HITEC ZANG adressiert das durch eine einheitliche Steuerungs- und Sensorarchitektur über alle Anlagengrößen hinweg: Die im Labor validierten Prozessparameter — pH-Wert, Temperatur, Rührerdrehzahl, Dosierraten — werden in der Technikumsanlage direkt übernommen. Das minimiert Übertragungsfehler und macht Laborergebnisse direkt skalierbar. Auf Wunsch unterstützen unsere Ingenieure auch die Auslegung der Technikumsanlage auf Basis Ihrer Labordaten.
HITEC ZANG entwickelt automatisierte Versuchsanlagen für alle wesentlichen Teilprozesse: Laugung (atmosphärisch, unter Druck, mit Schwefelsäure, Salzsäure oder Ammoniak), Fest-Flüssig-Trennung, Solventextraktion (Mixer-Settler-Systeme), Ionenaustausch, Membranverfahren (Ultra-, Nanofiltration, Elektrodialyse) sowie Elektrolyse und Fällung. Die Anlagen sind modular aufgebaut und können zu vollständigen Prozessketten kombiniert werden — vom Einzelreaktor bis zur integrierten Pilotanlage.
Hydrometallurgie, Leaching, Solvo-Leaching, Fällung und Lithium Recovery sind besonders relevante Themen.
Die Menge an Altbatterien – vor allem aus Elektroautos – wird ab ca. 2030 massiv ansteigen, wenn die ersten Generationen von Massen-EVs ihr Lebensende erreichen. Recyclinganlagen müssen dieses wachsende Volumen bewältigen können, ohne dass Kosten und Qualität aus dem Ruder laufen.
Automatisierung macht das möglich – manuelle Prozesse hingegen stoßen schnell an ihre Grenzen.
Schwarzmasse ist ein zentraler Ausgangsstoff im Batterierecycling, aus dem über geeignete Prozessschritte wieder wertvolle Rohstoffe gewonnen werden können.
Zusammensetzung und Qualität der Schwarzmasse variieren stark – je nach Batteriehersteller, Zellchemie und Alterszustand. Das macht automatisierte Analyse und Sortierung davor umso wichtiger.
Viele Recyclingprozesse sind komplex, sensibel und stark parameterabhängig. Automatisierung ist der Schlüssel, um Batterierecycling sicher, reproduzierbar und wirtschaftlich zu machen – und damit die Kreislaufwirtschaft beispielsweise für Elektromobilität überhaupt erst zu ermöglichen.