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pte20200806019 Umwelt/Energie, Forschung/Entwicklung

Grubenwässer werden nun zur Rohstoffquelle

Forscher der Pennsylvania State University haben es vor allem auf seltene Erden abgesehen


Grubenabwasser einer Kohlengrube in Pennsylvania (Foto: psu.edu)
Grubenabwasser einer Kohlengrube in Pennsylvania (Foto: psu.edu)

State College (pte019/06.08.2020/11:30) - Saure Grubenwässer, die in Kohle- und Erzbergwerken sowie an Berghalden anfallen, enthalten wertvolle Rohstoffe wie Mineralien, Metalle und seltene Erden. Mit einem Verfahren, das Forscher an der Pennsylvania State University http://psu.edu entwickelt haben, lassen sich diese jetzt zu fast 100 Prozent zurückgewinnen. Bisherige Behandlungsmethoden schafften allenfalls 70 Prozent.

Belastung für die Umwelt

Ohne seltene Erden gäbe es keine Smartphones, Laser oder Windgeneratoren. Fast alle Industriestaaten müssen diese Metalle importieren, meist aus China, das 85 Prozent des Marktes beherrscht. Die Rückgewinnung aus Abwässern würde diese Abhängigkeit ein wenig verringern, ebenso wie ein kluges Recycling.

Traditionell werden saure Grubenwässer mit gelöschtem Kalk versetzt. Dieser neutralisiert die Flüssigkeit. Gleichzeitig verwandeln sich die darin enthaltenen Metalle in Hydroxide, das sind Feststoffe, die abgeschieden werden. In manchen Ländern werden sie jedoch gar nicht behandelt, sodass sie die Umwelt massiv belasten. "Unsere Arbeit zeigt, dass wir das Problem durch eine Modifizierung der bisherigen Behandlungstechnik lösen können", sagt Mohammad Rezaee, Assistenzprofessor für Bergbau-Engineering. Gleichzeitig sänken die Kosten für die Behandlung durch den Erlös der zurückgewonnenen Metalle.

CO2 steigert den Ertrag

Die höhere Recyclingquote gelang Rezaees Team, indem es zusätzlich zu gelöschtem Kalk CO2 in die Wässer leitete. Den Kalk dosierten sie so, dass die Neutralität der Wässer in zwei Stufen erreicht wird. Zunächst wird ein pH-Wert von 5 erreicht. In diesem Zustand gibt das Abwasser 90 Prozent des darin enthaltenen Aluminiums frei. Beim pH-Wert 7, also Neutralität, lassen sich 85 Prozent der seltenen Erden abschöpfen. Das CO2 verwandelt die Metalle in feste Minerale, die als Carbonite bezeichnet werden.

Die Metalle gelangen durch eine Kette von chemischen Reaktionen in die Grubenwässer. Zunächst reagiert Eisensulfid (Pyrit), das durch die Bergbauaktivitäten freigelegt wird, mit Luft und Wasser, um dann zu Schwefelsäure zu oxidieren. Diese zersetzt das Gestein, das einen bunten Strauß an Metallen enthält, allerdings in sehr niedriger Konzentration. Die Wertstoffe verbleiben in den Wässern, aus denen sie jetzt weitgehend entfernt werden können. Das bringt nicht nur neue Einnahmen, sondern löst auch das Problem mit giftigen Metallen wie Cadmium.

(Ende)
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