Recycling: Seltene Erden aus dem Grubenwasser

Teaserbild-Quelle: Robin Worrall, Unsplash

Saure Grubenwässer, wie sie in Kohle- und Erzbergwerken oder an Berghalden anfallen, enthalten wertvolle Rohstoffe, zum Beispiel seltene Erden. Forscher an der Forscher an der Pennsylvania State University haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich solche Stoffe beinahe 100prozentig zurück gewinnen lassen. Bisherige Behandlungsmethoden schafften allenfalls 70 Prozent.

Ohne seltene Erden gäbe es keine Smartphones, Laser oder Windgeneratoren. Gewänne man solches Material aus den Abwässern zurück, sorgte dies nicht nur für einen nachhaltigeren Umgang mit seltenen Erden. Es verringerte auch die Abhängigkeit von Lieferanten solcher Stoffe, wie China. Das Land beherrscht 85 Prozent des Marktes.

In der Regel werden saure Grubenwässer mit gelöschtem Kalk versetzt und so neutralisiert. Gleichzeitig verwandeln sich die darin enthaltenen Metalle in Hydroxide oder vielmehr Feststoffe, die abgeschieden werden. In manchen Ländern werden sie jedoch gar nicht behandelt, sodass sie die Umwelt massiv belasten.

CO2 und gelöschter Kalk

Indem man nun zusätzlich zum gelöschten Kalk CO2 in die Wässer leitet, lassen sich mehr seltene Erden gewinnen, aber auch Mineralien und Metalle. Dies hat das Team um Mohammad Rezaee, Assistenzprofessor für Bergbau-Engineering von der Pensylvania State University, herausgefunden.

Die Forscher dosierten den Kalk 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 lassen sich 85 Prozent der seltenen Erden abschöpfen. Das CO2 verwandelt die Metalle in feste Minerale oder vielmehr sogenannte Carbonite.

Wie die Metalle ins Grubenwasser geraten

Die Metalle gelangen durch eine Kette von chemischen Reaktionen in die Grubenwässer. Zunächst reagiert das durch die Bergbauaktivitäten freigelegte Eisensulfid (Pyrit) , indem es Dank Luft und Wasser zu Schwefelsäure zu oxidiert. Diese zersetzt wiederum das Gestein, das unterschiedlich Metallen enthält, allerings in sehr niedriger Konzentration. Die Wertstoffe bleiben in den Wässern, aus denen sie jetzt weitgehend entfernt werden können. Dies bringt laut den Wissenschaftlern nicht nur neue Einnahmen, sondern löst auch das Problem mit giftigen Metallen wie Cadmium. (mgt/mai)