Metal Recovery by Crystallizashion
- Reference number
- UKR22-0082
- Project leader
- Rolik, Iryna
- Start and end dates
- 230101-241231
- Amount granted
- 1 000 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Electrification is the way to decarbonize our energy system. While batteries, electric motors and generators replace fossil fuel, our society relies on an increasing amount of critical materials. This calls for an unprecedented effort in creating metal recovery technologies to ensure metal circularity for a truly sustainable energy system. Crystallization is needed for producing high purity metal salts of high economic and strategic value, suitable as raw material in the production of materials for new devices (e.g., cathode material or magnets). To that end, antisolvent crystallization is a promising avenue for securing high quality crystals in terms of purity, morphology and crystal size distribution. However, it is a young technique in the production of metal salts and several knowledge gaps remain. In particular, the kinetic modeling of the crystal nucleation and growth are not yet available. This limits the possibilities of up-scaling processes. This project focuses on developing knowledge in crystallization of metal salts to provide engineers new tools for enabling circular flows of critical materials. We will use the facilities at KTH resource recovery laboratory to study the crystallization of critical metal salts with relevance to industry and electrification of society. The project will deliver novel data and a kinetic model that will enable up scaling of critical material recovery processes and secure a sustainable supply of strategic materials.
Popular science description
Sverige har satt upp ett ambitiöst mål: att vara koldioxidneutral till 2035 och därefter vara klimatpositiv. En viktig möjliggörare är elektrifiering av transporter och industrin. Den stora flaskhalsen i detta scenario är tillgången på nyckelmetaller som behövs för att tillverka dessa enheter. Batterier kräver till exempel litium, kobolt och nickel. Generatorer som används i vindturbiner eller kärnkraftverk/termiska kraftverk samt elmotorer använder ofta permanentmagneter – därav neodymium. Dessa metaller är avgörande för omvandlingen av energisystemet och identifierades (bland annat) som kritiska råvaror av Europeiska unionen. Traditionell (linjär) tillgång av dessa metaller begränsas av storleken på befintliga gruvor och tidigare investeringar och även av geopolitik. Nuvarande gruvor drivs ofta av olja vilket inte förespråkar en väsentlig ökning av gruvdrift. Alla dessa argument kräver att man skapar ett cirkulärt flöde av kritiska metaller för att begränsa behovet av gruvdrift och hantera avfall på ett hållbart sätt. En praktisk konsekvens är att de megafabriker som planeras för att producera elektrifieringsrelaterade enheter bör kompletteras med megaåtervinningsfabriker för att möjliggöra ett verkligt cirkulärt materialflöde, tex Re:volt-anläggningen av Northvolt i Sverige. Dessa nya processer ska producera högkvalitativt material, med andra ord utvinna resurser från avfall och leverera en "färdig att använda" produkt. Den hydrometallurgiska vägen är ett attraktivt men ungt alternativ. Detta kräver att man undersöker förträngningskristallisation av kritiskt material i detalj och ta fram kinetiska modeller för att kunna dimensionera reaktorer sant förutse renhet av kristaller. Att fylla dessa kunskapsluckor kommer att göra det möjligt för ingenjörer att skapa en ny generation av återvinningsprocesser för att skapa ett verkligt cirkulärt materialflöde för hantering av elektrisk utrustning. Detta projekt syftar till detta. Vi kommer att undersöka detaljerna i kristallisationsprocessen för att förstå hur man maximerar återvinningsgraden och säkerställer en produkt med hög renhet. Vi kommer också att tillhandahålla modelleringsverktyg som ger ingenjörer möjlighet att skapa framtida hållbara återvinningsprocesser och möjliggöra verkligt cirkulära materialflöden. Tillsammans kommer vi att etablera Sverige som en pionjär och ledare för storskalig återvinning av elektrisk utrustning och säkra en säker och hållbar källa till kritiskt material.