Bis zu 99 Prozent: Rück­gewinnung kritischer Rohstoffe aus Spülwässern

Das ferroDecont-Verfahren wurde vor vier Jahren von Peter Müller, Robert Mischitz und Christian Weiß an der Montanuniversität Leoben entwickelt. Dabei wurden erstmals die bei konventionellen „Pump & Treat“-Verfahren benötigten Chemikalien zur Grundwasserbehandlung bei Altlastensanierungsprojekten durch nullwertiges Eisen Fe(0) substituiert. (Foto: Paul-Georg Meister / pixelio.de)

Mithilfe dieser Methode können aber auch weitere schwermetallhaltige Wässer effizient gereinigt werden. Ein von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft unterstütztes Projekt namens „Recomet – Recovery of Metals“ versuchte jetzt herauszufinden, welche kritischen oder potenziell kritischen Rohstoffe aus Spülwässern zu gewinnen sind.

Für das ferroDecont-Verfahren, das zunächst auf die Reinigung des Wassers und die Entsorgung von Störstoffen abzielte, hat sich mittlerweile ein Paradigmen-Wechsel vollzogen. Nachfolgende Projekte mit der zum Patent angemeldeten Technologie konnten nachweisen, dass sich Beryllium, Indium, Neodym, Germanium, Antimon (Stibium), Niob, Molybdän und Wolfram, Mangan und Vanadium, Nickel, Cobalt, Zink sowie Aluminium mittels Eisen oder Eisenhydroxiden fixieren und gewinnen lassen; für Gallium und Tantal lagen bislang keine Erkenntnisse vor.Eine erste Reihe von Versuchen im Recomet-Projekt sah zunächst die Auflösung entsprechender Salze mit einer Anfangskonzentration von 50 Milligramm pro Liter von jeweils einem Element vor. Die Konzentration von Beryllium, Magnesium, Gallium, Indium, Neodym, Germanium, Antimon (Stibium), Niob, Tantal, Wolfram, Vanadium, Molybdän und Rhodium wurde durch Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma, die von Mangan, Nickel, Cobalt, Zink, Chrom und Aluminium durch Photometrie bestimmt. Waren die Elemente unzureichend löslich, wichen die Konzentrationen vom Idealwert ab. Die Lösungen wurden im Verhältnis 1:1 mit Eisengranalien versetzt und 24 Stunden in einem Überkopfschüttler bewegt. Durch Absiebung der Eisengranalien und anschließender Reduktion, Adsorption, Fällung und Abrasion entstand Schlamm, der Partikel im µm-Bereich enthielt. Ihn filtrierten, trockneten und wogen die Forscher ein und untersuchten ihn auf seine Massenbilanz.

Neue Erkenntnisse über Gallium und Tantal

Die Ergebnisse des Verfahrens mittels nullwertigem Eisen bestätigten den bisher in der Literatur bekannten Stand des Wissens, brachten jedoch auch weitergehende Erkenntnisse: Für Rhodium, Indium, Tantal, Cobalt, Molybdän, Gallium, Aluminium, Neodym und Nickel liegen die Wirkungsgrade bei über 99 Prozent. Dabei waren Indium, Neodym, Molybdän und Gallium nach Versuchsende in der Lösung auch per Massenspektroskopie nicht mehr nachweisbar, weshalb für diese Elemente die Bestimmungsgrenzen als Endkonzentrationen herangezogen wurden. Zu den neuen Ergebnissen zählt, dass Gallium und Tantal mit dem Verfahren zu über 99 Prozent entfernt wurden, während die Rückgewinnung von Niob, Antimon (Stibium), Beryllium, Germanium und Wolfram mit Wirkungsgraden von über 90 Prozent möglich ist. Lediglich im Fall von Magnesium und Mangan zeigte das Verfahren keine erfolgversprechende Wirkung.

Parameter noch unerforscht

Allerdings, so die Forscher im Recomet-Projekt, lassen die bisherigen Ergebnisse keine Rückschlüsse darauf zu, welches die Parameter sind, die die Reaktionen und damit die Effizienz der Rückgewinnung bestimmen. Hierbei werden als Erstes Ionenradius und -ladung, Dehydrationsenergien der Ionen, pH-Wert und Oberflächenbeschaffenheit der sich bildenden Korrosionsprodukte genannt. Auch sollten der unterschiedliche pH-Wert durch eingesetzte Metallsalze, die geringe Wasserlöslichkeit verschiedener Salze, der divergierende Abrieb der Eisengranalien und unterschiedlich lange Filtrationszeiten genauer untersucht werden. Ungeklärt ist überdies, ob in Abwässern mit polymetallischen Rückständen mehrere fixierte Metalle in derselben oder in unterschiedlichen Phasen auftreten.Insgesamt kommen die Forscher zu dem Schluss, dass die ersten Ergebnisse des weiterentwickelten ferroDecont-Verfahrens erfolgversprechend ausgefallen sind. Vor allem sehen sie gute Chancen für die Rückgewinnung von Seltenen Erden- und Platin-Gruppen-Elementen, Technologiemetallen wie Tantal, Gallium und Niob und Stahlveredlern wie Molybdän, Nickel und Cobalt. Da diese Elemente in vielfältigen, breit gefächerten industriellen Produktionsabläufen vorkommen, besitzt das Verfahren nach Ansicht der Entwickler hinsichtlich der Versorgungssicherheit der einheimischen Wirtschaft ein hohes Potenzial.

Der vollständige Bericht von D. Höllen, L.-M. Krois, P. Müller, R. Mischitz, T. Olbrich & R. Olbrich zu „Rückgewinnung kritischer Metalle aus Spülwässern mittels Fe (0)“ ist nachzulesen in DepoTech 2014, Tagungsband zur 12. DepoTech-Konferenz, hrsg. vom Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft, Leoben 2014, ISBN: 978-3-200-03797-7.

(EUR0215S30)