Das COMET-Projekt COMMBY - Aufbau eines fachübergreifenden Forschungsnetzwerkes zur Nutzung metallhältiger Nebenprodukte
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Orginalarbeit
Berg Huettenmaenn Monatsh (2020) Vol. 165 (8): 338–345
https://doi.org/10.1007/s00501-020-01012-y
© Der/die Autor(en) 2020
Das COMET-Projekt COMMBY – Aufbau eines
fachübergreifenden Forschungsnetzwerkes zur Nutzung
metallhältiger Nebenprodukte
Jürgen Antrekowitsch1, Gustav Hanke2, Helmut Flachberger3 und Frank Melcher2
1
Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie, Montanuniversität Leoben, Leoben, Österreich
2
Lehrstuhl für Geologie und Lagerstättenlehre, Montanuniversität Leoben, Leoben, Österreich
3
Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredlung, Montanuniversität Leoben, Leoben, Österreich
Eingegangen 6. Juli 2020; angenommen 13. Juli 2020; online publiziert 5. August 2020
Zusammenfassung: Recycling spielt seit langem in vielen für primäre Rohstoffe ähneln, allerdings an die besonde-
Bereichen eine nicht mehr wegzudenkende Rolle. In der Me- ren Eigenschaften und Herausforderungen von metallurgi-
tallurgie ist vor allem die Wiederverwertung von Schrot- schen Reststoffen angepasst sein.
ten weit verbreitet und neben primären Erzen eine wichtige Diese Veröffentlichung stellt die Hintergründe des Pro-
Quelle für viele Metalle. Eine alternative Rohstoffressour- jektes COMMBY im Überblick vor und präsentiert die
ce stellen aber auch Nebenprodukte, welche in allen Me- Schwerpunkte „Charakterisierung“, „Evaluierung von Hal-
tallherstellungsrouten anfallen, dar. In vielen Fällen wer- den“ und „Evaluierung der Verfahrenstechnik“. Anhand
den diese jedoch nicht verarbeitet, wodurch oft beachtliche von Beispielen bisher erfolgter Arbeiten werden einige Be-
Mengen an gewinnbaren Wertstoffen verloren gehen. Au- sonderheiten und Herausforderungen in der Evaluierung
ßerdem stellt die Deponierung dieser Reststoffe Firmen vor metallurgischer Nebenprodukte aufgezeigt.
große Probleme, da sie häufig als gefährlicher Abfall einge-
stuft werden, was mit erhöhten Auflagen und Kosten ein- Schlüsselwörter: Nebenprodukte, Zertifizierung, Metalle,
hergeht. Da diese Materialien sich aber aufgrund ihrer Ent- Charakterisierung
stehung teils erheblich von primären Erzen unterscheiden,
ist eine Evaluierung des Materials und das Einbringen in The COMET-Project COMMBY—Development of
bestehende Prozesse oft schwierig beziehungsweise nicht an Interdisciplinary Research-Network for Efficient
möglich. Erschwerend kommt hinzu, dass es für sekundäre Utilization of Metal Containing By-Products
Rohstoffe keine Beurteilungsverfahren gibt, wie sie für pri-
märe Lagerstätten seit langem üblich sind. Solche Verfah- Abstract: Recycling plays an important role in many dif-
ren sind ein wesentlicher Faktor, um Firmen und Investoren ferent fields of daily life. In metallurgy, especially the
Sicherheit in Bezug auf die Beurteilung dieser Ressourcen recycling of scrap is very common and, beside primary
zu geben. ores, a major source for specific metals. However, by-
Das Projekt „COMMBY“ wurde an der Montanuniver- products formed during metal production are hardly used
sität Leoben ins Leben gerufen, um die Verwertung von as secondary resources, even though they often bear con-
metallurgischen Nebenprodukten zu forcieren. In Zusam- siderable amounts of different metals. Thereby, a lot of
menarbeit mit sieben Industriepartnern werden verschie- valuable metals are dumped. Furthermore, dumping of
dene Reststoffe beurteilt und entsprechende Prozesse ent- such materials is challenging, as it is often classified as
wickelt und optimiert. Ein wichtiges Ziel dieses Projekts ist hazardous, causing higher landfilling costs. Metallurgical
es, ein Beurteilungsschema für sekundäre Rohstoffe zu ent- residues are, due to their origin, very different to primary
wickeln. Dieses Schema wird im Aufbau prinzipiell jenem ores. This makes the evaluation and implementation in
existing processes often difficult or even impossible. There
is no guideline for evaluation available, in contrast to codes
Assoc.-Prof. Dr. mont. J. Antrekowitsch ()
Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie, used for primary raw materials. Such certification proce-
Montanuniversität Leoben, dures are of highest importance in order to give companies
Franz-Josef-Straße 18, and investors reliable information concerning the potential
8700 Leoben, Österreich of a secondary resource.
juergen.antrekowitsch@unileoben.ac.at
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At Montanuniversität Leoben the COMMBY project in- aus „prozessfremden“ Metallen, deren Gewinnung im pri-
tends to facilitate the use of by-products as secondary re- mären Prozess aus verschiedensten Gründen nicht in Erwä-
sources. Together with seven industrial partners, different gung gezogen wurde.
residues are evaluated and processes for treatment are de- Im Hinblick auf den stetigen Anstieg des Bedarfs an Me-
velopedand optimized. A superior aim is to create an eval- tallen und der gleichzeitig größer werdenden Problematik
uation scheme for secondary resources. This guideline will bei der Deponierung erscheint eine möglichst vollständige
be comparable to the existing ones for primary materials, Nutzung aller Nebenprodukte naheliegend und zukunfts-
but adapted for the special properties and challenges of weisend. Auch aus energetischer Sicht muss diese sekun-
metallurgical by-products. däre Rohstoffquelle in Betracht gezogen werden, da bei-
This paper presents the background of the COMMBY spielsweise Aufwände für den Bergbau und zum Teil auch
project and summarizes the focuses “characterisation”, für die Aufbereitung entfallen. Rückstände der Metallpro-
“evaluation of dumps” and “evaluation of process tech- duktion sind oft als „gefährlich“ eingestuft. Das erschwert
nology”. On the basis of some examples, peculiarities die Verbringung erheblich und zwingt Firmen großen Auf-
and challenges of evaluating metallurgical by-products are wand zu betreiben, um diese zu deponieren. In einem be-
presented. sonderen Fall werden beispielsweise eigens riesige Kaver-
nen im Festgestein des umliegenden Gebirges angelegt,
Keywords: By-products, Certification, Metals, um den produzierten Fällungsrückstand zu deponieren [4].
Characterization Aus anderen Betrieben ist bekannt, dass wertvoller und
wirtschaftlich aufzubereitender Rückstand mit einem na-
hezu wertlosen Nebenprodukt vermengt wird, um diesem
1. Einleitung einen minimalen Wert und damit die Chance auf Verwer-
tung zu verleihen. Zusätzlich zu den neu generierten Hal-
Nebenprodukte der metallproduzierenden Industrie wer- den findet sich noch eine Vielzahl an historischen Halden.
den täglich weltweit in großen Mengen produziert. Unab- Diese sind, aufgrund der häufig weniger effizienten Produk-
hängig davon, welcher Prozess angewandt wird, fallen stets tionsmethoden der Vergangenheit, oftmals noch reicher an
mehrere unterschiedliche Rückstände an. Bei pyrometallur- Wertmetallen. Andere Halden wiederum sind aus Sicht des
gischen Prozessen sind dies beispielsweise Schlacken und Wertinhaltes eher unwirtschaftlich, aber aufgrund umwelt-
Stäube, bei hydrometallurgischen Prozessen Laugungs- technischer Überlegungen kritisch. Dabei kann das Gewin-
rückstände und Fällungsprodukte. Diesen metallurgischen nen von Metallen zumindest zur Kostendeckung beitragen.
Prozessen vorgeschaltet sind die im Wesentlichen physika- Oft ist das Potenzial dieser Reststoffe gar nicht bekannt.
lische Unterschiede nutzenden Prozesse der Aufbereitung, Manche werden zwar bereits aufgearbeitet, jedoch oft mit
bei denen ebenfalls unterschiedliche Reststoffe, sogenann- veralteten Methoden, die nur einen Teil der Wertmetalle ge-
te Berge (Tailings), anfallen. Da in vielen Prozessschritten winnen und wiederum große Mengen an problematischen
Komponenten verändert oder neu gebildet werden, ergibt Rückständen generieren. Das größte Problem bei der Ver-
sich eine im Vergleich zum Ausgangsmaterial (Erz) deutlich wertung dieser Reststoffe ergibt sich aus deren besonderer
größere Komplexität in der Zusammensetzung und vor Beschaffenheit. Standardverfahren der Aufbereitung sind
allem im Aufbau entsprechender Rückstände. begrenzt einsetzbar und damit eine wirtschaftlich attrakti-
Diese Materialien werden häufig als wertlos eingestuft, ve Aufkonzentrierung nicht möglich. In weiterer Folge ist
enthalten jedoch sehr oft Metallkonzentrationen von wirt- damit auch eine metallurgische Verarbeitung wirtschaftlich
schaftlichem Interesse (Abb. 1; [1–3]). In vielen Fällen über- schwierig realisierbar, wenn überhaupt ein Prozess exis-
schreiten die Metallgehalte sogar jene von primären Er- tiert, in den das Material sinnvoll eingebracht werden kann.
zen. Die Gehalte ergeben sich einerseits aus technisch nicht Erschwerend kommt weiters hinzu, dass es für die Eva-
gewinnbaren Anteilen des Hauptmetalls und andererseits luierung von potenziellen sekundären Lagerstätten keine
Evaluierungsschemen gibt, wie sie für primäre Lagerstät-
ten seit langem üblich sind. Für primäre Lagerstätten wur-
den entsprechende Zertifizierungsverfahren entwickelt, um
illegale Aktivitäten (wie gezielte Fehlbeurteilungen) mög-
lichst zu unterbinden. Den Firmen und Investoren kann so
mehr Sicherheit in Bezug auf eine realistische Beurteilung
von Lagerstätten gegeben werden. International bedeuten-
de Beispiele derartiger sogenannter „Codes“ sind JORC
und NI 43101. Sie sind jedoch für potenzielle sekundäre La-
gerstätten kaum anwendbar, da diese in vielerlei Hinsicht
deutlich andere Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise
ist die Geologie und Bergbautechnik bei primären Erzen
von entscheidender Bedeutung, während beide bei sekun-
dären Lagerstätten nur von geringer Relevanz sind und vor
Abb. 1: Beispiele für Metallgehalte in Nebenprodukten: 1 Stahlwerks- allem die Prozesstechnik in den Bereichen „Aufbereitung“
stäube; 2 Stäube der Kupferindustrie; 3 Schlacken der Bleiindustrie; 4 Fäl-
lungsrückstände der Zinkindustrie; 5 Gießereistäube; 6 Stäube der Edel- und „Metallurgie“ in den Vordergrund rückt.
stahlindustrie
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2. COMMBY COMMBY gliedert sich dabei in drei Hauptprojekte, dar-
gestellt in Abb. 2:
An der Montanuniversität Leoben wurde ein fachübergrei-
fendes Konsortium ins Leben gerufen, welches sich mit Charakterisierung und Evaluierung
der Beurteilung und Verarbeitung von metallurgischen Ne- Prozess- und Produktentwicklung und Optimierung
benprodukten beschäftigt. Das Netzwerk, welches in die- Entwicklung einer Beurteilungsrichtlinie für sekundäre
sem Projekt gebildet wurde, setzt sich aus den Lehrstühlen Rohstoffe
„Nichteisenmetallurgie“, „Geologie und Lagerstättenlehre“
sowie „Aufbereitung und Veredlung“ der Montanuniver- Die ersten beiden Teilprojekte richten sich dabei vor allem
sität Leoben und sieben internationalen Partnern aus der auf Rückstände, für die es seitens der Industriepartner aktu-
Industrie zusammen. Für alle sieben Firmenpartner sind ell ein großes Interesse der Aufarbeitung gibt. Einige dieser
metallurgische Reststoffe Teil des täglichen Geschäftes, sei Reststoffe werden zurzeit nicht oder mit veralteten, oft we-
es als Produzent, Verwerter oder Prozessentwickler. Durch nig zufriedenstellenden Methoden aufgearbeitet. Der Fo-
die Bündelung aller nötigen Kompetenzen von der Evaluie- kus der in COMMBY untersuchten Nebenprodukte liegt auf
rung eines Materials bis hin zur metallurgischen Verarbei- zink-, blei-, kupfer- und edelmetallhaltigen Rückständen, die
tung sollen für unterschiedliche Reststoffe Möglichkeiten in Form von Stäuben, Schlämmen oder Schlacken anfallen.
der Verwertung gefunden werden. Übergeordnetes Ziel ist Die Hauptvertreter sind in der nachfolgenden Auflistung in-
es, die gewonnenen Erkenntnisse dazu zu nutzen, ein all- klusive spezifischem Anfall (wo bekannt) angeführt.
gemein anwendbares Beurteilungsverfahren für Reststoffe
aus der metallproduzierenden Industrie zu entwickeln. Stahlwerkstäube (15–25 kg/t),
Durch die gängige Trennung der Fachgebiete „Geolo- Rückstände aus der primären Zinkproduktion (600–
gie“, „Aufbereitung“ und „Metallurgie“ sind diese stark in 900 kg/t),
ihren Bereichen spezialisiert. Dieser Vorteil kann allerdings Gießereistäube (10–20 kg/t),
auch zu unzureichender Zusammenarbeit außerhalb des ei- Stäube der Kupferindustrie (20–60 kg/t),
genen Kompetenzbereiches führen. Die Kooperation in ei- Schlacken der Bleiindustrie (600–1000 kg/t) und
nem gemeinsamen Projekt wirkt dem entgegen und garan- Berge der Aufbereitungsindustrie.
tiert kurze Kommunikationswege und damit effiziente Ar-
beit über einzelne Fachgebiete hinaus. Die Industriepartner Nimmt man nur einige dieser Reststoffe und errechnet den
liefern dabei nicht nur relevante Reststoffe, sondern auch Wert an enthaltenen Metallen, die mangels Aufarbeitung
wertvolles Detailwissen in Hinblick auf deren Entstehung jährlich deponiert werden, erreicht man rasch Euro-Beträge
und Möglichkeiten der Verwertung. Ihr Mitwirken ermög- in Milliardenhöhe, was einmal mehr das große Potenzial
licht praxisnahe Forschung und Entwicklung, welche rasch dieser Nebenprodukte verdeutlicht.
in die Industrie übertragbar ist. Der dritte Teilbereich „Entwicklung einer Beurteilungs-
richtlinie“ nutzt die Expertise aus den ersten beiden Teil-
projekten und ermöglicht damit die Erarbeitung eines Zer-
tifizierungsschemas für Nebenprodukte, welches eine Be-
urteilungsbasis für Investoren und interessierte Firmen bil-
det. Dies wird durch internationale Experten – sogenann-
te „Competent Persons“ – unterstützt, die im Bereich der
Zertifizierung bereits ausreichend Erfahrung aus dem pri-
mären Bereich besitzen und damit zur Erstellung eines ge-
eigneten Schemas beitragen.
3. Charakterisierung
Soll ein Reststoff aufgearbeitet werden, so ist es von ent-
scheidender Bedeutung, alle wesentlichen Charakteristiken
zu kennen. Nur so kann eruiert werden, welche Art der Ver-
arbeitung geeignet ist, beziehungsweise worauf ein neu
entwickelter Prozess ausgelegt sein muss. Der erste Schritt
ist immer eine Gesamtanalyse, um das theoretisch wirt-
schaftliche Potenzial aufzuzeigen. Ergibt sich hierbei, dass
nennenswerte Gehalte an Wertmetallen vorhanden sind,
müssen folgende Fragen geklärt werden, um die Nutzbar-
keit realistisch beurteilen zu können und passende Aufar-
beitungsmethoden zu wählen beziehungsweise zu entwi-
ckeln:
Abb. 2: COMMBY gliedert sich in drei Subprojekte, in denen die sieben
Industriepartner ihre Kompetenzen einbringen
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Abb. 3: Beispiel eines Charak-
terisierungsschemas für me-
tallurgische Nebenprodukte
Welche Phasen beinhalten die gefragten Elemente Elektronenstrahlmikrosonden (EMS), ausgerüstet mit wel-
(Wertmetalle und Störstoffe)? lenlängendispersiven Röntgenspektrometern, erlauben
Wie bedeutend sind die identifizierten Trägerphasen be- genauere Messungen mit deutlich niedrigeren Nachweis-
züglich ihrer Quantität? grenzen. Wenn das Material genügend Voraussetzungen
Wie ist die Morphologie der bedeutenden Komponenten erfüllt (eine gewisse Korngröße aufweist, gut polierbar ist
(Größe, Form . . . )? und die Wertphasen bekannt sind), können automatisierte
Wie verwachsen liegen diese Phasen vor? Methoden der Phasenquantifizierung angewandt werden.
Entsprechende Programme sind für Licht- und Elektro-
Da es sich bei metallurgischen Nebenprodukten häufig um nenmikroskope weit verbreitet. Diese stellen jedoch hohe
sehr feinkörniges Material handelt, stellt vor allem die Korn- Ansprüche an Korngröße und Probenpräparation. Werden
größe eine besondere Herausforderung dar. Abb. 3 zeigt diese nicht erfüllt, müssen Phasen manuell charakterisiert
ein grundlegendes Charakterisierungsschema, wie es im und quantifiziert werden. Bei Elementen, die in geringer
Speziellen für entsprechende Nebenprodukte Anwendung Quantität vorhanden, aber aufgrund ihres Preises trotzdem
finden soll [5]. Am Beginn steht, wie oben erwähnt, eine relevant sind (wie zum Beispiel Silber), sind Trägerphasen
chemische Gesamtanalyse. Diese ist in den meisten Fällen unter Umständen nicht lokalisierbar. In diesem Fall können
mittels Standardverfahren wie zum Beispiel RFA (Röntgen- geochemische Mappingverfahren mit möglichst geringer
fluoreszenzanalyse) und ICP-MS (Massenspektrometrie mit Ortsauflösung eingesetzt werden. Dabei werden Profillini-
induktiv gekoppeltem Plasma) zu bewerkstelligen. Für die en oder Raster bestehend aus vielen Messpunkten mit LA-
Identifizierung und Quantifizierung von Phasen ist es ent- ICP-MS (Laser-Ablation verbunden mit induktiv gekoppel-
scheidend, welche Methoden überhaupt anwendbar sind. ter Plasma-Massenspektrometrie) oder Elektronenstrahl-
Diese sind vor allem durch die Korngröße des Materials, mikrosonde auf feinkörnigen verpressten und polierten
beziehungsweise durch die Vergrößerung des Mikroskops Proben gemessen. Durch das Volumen des angeregten
beschränkt. Röntgendiffraktometrie eignet sich grundsätz- Materials im Bereich von einigen µm3 bis einigen hundert
lich für die Identifizierung der Hauptkomponenten. Ihr µm3 werden Mischanalysen erzeugt, deren Zusammen-
großer Vorteil ist, dass die Korngröße keine entscheidende setzung von der Verteilung unterschiedlicher Phasen im
Rolle spielt. Rasterelektronenmikroskope (REM) sind in angeregten Volumen abhängt. Korrelationen bestimmter
vielerlei Hinsicht das Mittel der Wahl zur Charakterisierung Elemente in solchen Mikrovolumina erlauben Rückschlüsse
von feinkörnigem Material bis zu einer Korngröße von auf Trägerphasen und deren quantitative Relevanz. Korre-
einigen Mikrometern. Neben der morphologischen Be- liert beispielsweise das häufig vorkommende Blei mit dem
schreibung der Partikel ist auch eine Phasenbestimmung seltenen Silber positiv, weist das auf Bleiphasen hin, die
mittels (semi-)quantitativer chemischer Messung möglich. als Silberträger dienen. Korreliert Silizium negativ mit allen
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Wertmetallen, sind Silikate offensichtlich keine relevanten 4. Evaluierung von Reststoffhalden
Trägerphasen.
Als Beispiel der Anwendung des Schemas ist im Folgen- Wie auch im Falle von primären Ressourcen, spielt die Eva-
den die Untersuchung von Laugungsrückständen der Zink- luierung der Lagerstätte eine bedeutende Rolle. Wenn das
industrie (Jarosit) angeführt. jeweilige Nebenprodukt nicht unmittelbar nach dem Anfall
Zink wird heutzutage fast ausschließlich über einen hy- im Betrieb einer Verwertung zugeführt werden soll, endet
drometallurgischen Prozess gewonnen. Dabei wird das sul- es auf Halden. Diese unterscheiden sich in Art und Aufbau
fidische Sphaleritkonzentrat geröstet und anschließend in je nach Gefährlichkeit des Materials sowie der lokalen Ge-
mehreren Laugungsschritten in Schwefelsäure gelaugt [6]. setzgebung. Die Evaluierung einer derartigen anthropoge-
Die dabei anfallenden Rückstände stehen seit längerem im nen (sekundären) Lagerstätte gestaltet sich jedoch völlig
Fokus der Forschungstätigkeiten und stellen daher ein gu- anders, als dies bei primären Lagerstätten der Fall ist. Die
tes Beispiel für die Evaluierung der Verwertungsmöglich- wesentlichsten Charakteristiken von sekundären Halden im
keiten dar [7]. Mehrere unterschiedliche Jarositrückstän- Vergleich zu primären Erzlagerstätten sind:
de wurden im Detail charakterisiert. Chemische Analysen
zeigten durchwegs beachtenswerte Gehalte an Blei, Zink Die horizontale Ausdehnung ist zumeist sehr genau be-
und Silber, untergeordnet auch Kupfer und in manchen Fäl- kannt, häufig auch die vertikale.
len Gold. Bezugnehmend auf die oben angeführten Fragen Je nach Alter gibt es Hinweise auf das deponierte Mate-
werden im Folgenden die wichtigsten Charakteristiken aus- rial bzw. die deponierten Materialien.
zugsweise beschrieben: Es handelt sich überwiegend um Nebenprodukte, wel-
Als eindeutige Blei- und Zinkphasen konnten Bleisul- che zumindest einen oder auch mehrere Aufbereitungs-
fid, Bleisulfat, Bleioxid, Zinksulfid und Zinkoxid identifiziert schritte durchlaufen haben.
werden. Es stellte sich auch heraus, dass das Mineral Ja- Besonders im Falle von Stäuben ist die Morphologie
rosit (welches den größten Teil des Rückstandes ausmacht) aufgrund der Entstehungsgeschichte überaus komplex,
ebenfalls Blei und Zink einbaut. Ähnliches gilt für Fällungsprodukte.
Da das Mineral Jarosit im Rückstand dominant ist, sind Durch die zumeist erfolgte einfache Schüttung ist die Ent-
alle anderen blei- und zinkführenden Phasen von unterge- nahme von kompakten Bohrkernen nicht möglich. Ande-
ordneter Bedeutung. re Verfahren zur Probenextraktion müssen angewendet
Die Korngröße ist durchwegs sehr fein mit ca. 95 % klei- werden.
ner 100 µm und 60 % kleiner 10 µm. Die Morphologie weist Immer wieder finden sich auf entsprechenden Halden
keine technisch bedeutenden Besonderheiten (z. B. Korn- Fremdmaterialien, die nicht für die jeweilige Halde vor-
form) auf. gesehen waren.
Jarositpartikel zeigen häufig eine Zonierung. Diese
Zonen unterscheiden sich meist in ihren Zink- und Blei- Grundsätzlich erfolgt am Beginn einer Evaluierung die Cha-
gehalten. Außerdem kommen Silber-Kupfer-Einschlüsse rakterisierung von ersten Proben, die möglichst repräsen-
in Quarzen und Feldspäten häufig vor. tativ für die Halde sind. Das heißt, dass sie nicht zu ober-
Insgesamt können für eine Verarbeitung folgende flächennahe bzw. an sehr exponierten Stellen entnommen
Schlüsse gezogen werden: werden dürfen.
Nach parallelen Evaluierungen geeigneter Verwertungs-
Methoden der Aufbereitung sind wenig erfolgverspre- verfahren muss bei positiver Entscheidung zur weiteren
chend, da die Wertmetalle in allen quantitativ relevanten Vorgehensweise eine detaillierte Beprobung der Halde mit
Phasen eingebunden sind. Die intensive Verwachsung Hilfe eines Bohrrasters erfolgen. Die bereits zur Verfügung
würde die Aufbereitung dieses Reststoffes deutlich er- stehenden Informationen, wie Analysen zum Zeitpunkt der
schweren. Verhaldung, bzw. Daten aus früheren Beprobungen sowie
Ein hydrometallurgischer Prozess müsste aufgrund der der Materialtyp, entscheiden dabei über die Anzahl der Pro-
Komplexität des Materials und damit der Vielzahl an ben und die Rasterdichte.
Phasen, die gelaugt werden müssen, ebenfalls sehr Zu den wichtigsten Ergebnissen einer entsprechenden
komplex gestaltet sein. Beprobung zählen:
Die Anwendung eines pyrometallurgischen Prozesses,
bei dem sämtliche Elemente in einem zweistufigen Pro- Homogenität/Heterogenität der Halde
zess gewonnen werden können, scheint am vielverspre- Typ und Position etwaiger Fremdstoffe
chendsten. Verteilung der Wertmetalle
Für die Verwertung in einem pyrometallurgischen Pro- Verteilung der Verunreinigungskomponenten
zess muss das Material getrocknet und pelletiert werden. deponierte Menge
Die geringe Korngröße würde die Handhabung deutlich Korngrößenverteilungen
erschweren und zu einem hohen Austrag (Verlust) mit
dem Abgas führen. Nachfolgend ist ein Evaluierungsprozess am Beispiel einer
Die Temperatur für die Kalzinierung sollte zwischen 800 Schlackenhalde der Bleigewinnung in Südosteuropa be-
und 900 °C liegen, um den Schwefel zu entfernen, ohne schrieben.
jedoch Wertmetalle zu verflüchtigen. Schlacken der Bleiindustrie enthalten häufig Zink, wel-
ches gemäß Literatur bereits ab etwa 8 % noch in der
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Abb. 4: Lageplan der Bohrun-
gen auf der Schlackenhalde
sowie das Bohrgerät
Bleihütte durch sogenanntes Verblasen gewinnbringend Leider zeigen viele andere Halden in derartigen Beprobun-
wiedergewonnen werden kann. Dennoch finden sich welt- gen immer wieder starke Diskrepanzen im Wertmetallge-
weit zahlreiche Halden mit Zinkgehalten deutlich über 8 % halt sowie häufig die Einbindung völlig fremder Reststoffe,
Zink. die nichts zum Wertinhalt beitragen bzw. aufgrund von un-
Erste Untersuchungen von Proben, unter Einbezug be- erwünschten Elementen negative Auswirkungen haben.
reits vorhandener Daten, führten zum nächsten Schritt, der Mit positiven Beispielen wie dem beschriebenen, aber
Evaluierung möglicher Verarbeitungsprozesse. Die Ergeb- besonders bei negativen Fällen zeigt sich die Wichtigkeit
nisse, im Speziellen der Zinkgehalt von 9 % sowie mög- dieses Schrittes für eine Zertifizierung.
liche bestehende bzw. optimierbare Verfahrenskonzepte,
zeigten ausreichend Potenzial, um die detaillierte Halden-
beprobung umzusetzen. Abb. 4 zeigt eine Aufnahme der 5. Evaluierung der Verfahrenstechnik
Halde mit den unterschiedlichen Positionen der Bohrungen
sowie das verwendete Bohrgerät. In Zertifizierungssystemen für primäre Rohrstoffe wie
Aufgrund der zahlreich vorhandenen Vorkenntnisse war JORC oder NI-43101 stellt die Verfahrenstechnik ledig-
eine vergleichsweise geringe Anzahl an Bohrungen not- lich einen sogenannten „Modifying Factor“ dar. Dies ist
wendig, um zu den oben beschriebenen Erkenntnissen zu nur einer von mehreren Faktoren, welcher bestimmt, in-
gelangen. wieweit eine Ressource zu einer Reserve wird, d. h. eine
Dennoch ergaben die Arbeiten 80 Proben, welche im De- wirtschaftliche Gewinnung des Metalls zum jetzigen Zeit-
tail analysiert und ausgewertet wurden. punkt erlaubt. Hintergrund ist die Annahme, dass für die
Im beschriebenen Fall ergaben sich überaus zufrieden- häufigsten Minerale ein Standard-Aufbereitungsprozess
stellende Werte, die folgende generelle Rückschlüsse er- sowie ein Standard-Metallgewinnungsprozess vorliegt
möglichten: und vielfach auch nur ein einziges zu gewinnendes Metall
im Fokus steht.
Der Haldenkörper kann mit etwa 1,5 Mio. Tonnen abge- Im Vergleich dazu stellt die Verfahrenstechnik für Neben-
schätzt werden, was die vorangegangenen Annahmen produkte einen der wichtigsten Beurteilungsfaktoren dar,
grundsätzlich bestätigen konnte. der häufig über Verwertbarkeit oder Verbleib auf der Halde
Der Zinkgehalt zeigte sich als weitgehend gleichbleibend entscheidet. Beispielsweise stellt der Mangel an anwend-
über die Halde, was eines der wichtigsten Ergebnisse baren, typischen Aufbereitungsverfahren wie die Flotation
darstellte. und damit das Fehlen eines hochkonzentrierten Ausgangs-
Unerwünschte Kontaminationen durch Fremdsubstan- stoffes die effektive Metallgewinnung vor große Heraus-
zen (anderer deponierter Abfall bzw. Rückstände) konn- forderungen. Des Weiteren sind es meist mehrere Metal-
ten nicht gefunden werden. le, die es parallel rückzugewinnen gilt, sodass oftmals eine
Auch andere Details weisen auf eine weitgehende Ho- Kombination von unterschiedlichen Verfahren ins Auge ge-
mogenität der Halde hin. fasst werden muss und nicht wie bei primären Konzentraten
auf eine Standardprozessabfolge zurückgegriffen werden
kann.
Berg Huettenmaenn Monatsh (2020), 165. Jg., Heft 8 © Der/die Autor(en) 343Orginalarbeit
Abb. 5: Massenbilanz eines Verwertungsverfahrens für Jarosit
Beurteilt man gegenwärtig Prozesse, so betrifft dies nicht Zwischenprodukte erzeugt werden. Diese sind nicht immer
nur den physikalischen oder chemischen Vorgang oder das einfach zu beurteilen und werden je nach Verbindung und
Aggregat selbst. Vielmehr müssen eine Reihe von Begleit- Reinheit als Vorstoff gesehen. In der Vergangenheit wurden
faktoren Berücksichtigung finden, die heute mitentschei- diese Zwischenprodukte häufig als Konzentratersatz für die
dend für die wirtschaftliche Verwertung von Nebenproduk- primäre Metallproduktion verkauft. Solange diese Vorge-
ten sind. hensweise ausreichend lukrativ war, entstand keine Not-
Besondere Bedeutung kommt dem Energieaufwand in wendigkeit, beim Recycling weiter in die Produkttiefe bis
einem Metallgewinnungsprozess zu. Befindet man sich in zum reinen Metall oder marktfähigen Verbindungen vorzu-
jenem Teil der Erde, der als „westliche Welt“ bezeichnet dringen. Heute findet man jedoch immer mehr die Forde-
wird, wo Klimaschutz und Minimierung des CO2-Aussto- rung, die Möglichkeiten einer Produktverbesserung in Er-
ßes große Bedeutung erlangt haben, ist es wohl nur mehr wägung zu ziehen, um einen höheren Wert zu generieren
schwer vorstellbar, dass noch vor wenigen Jahrzehnten der und einen breiteren Markt vorzufinden.
Energieaufwand in Metallgewinnungsprozessen eine deut- Als wesentliches Werkzeug zur Beurteilung eines mögli-
lich geringere Rolle gespielt hat. Waren beispielsweise aus- chen Prozessablaufes dient die Massen- und Energiebilanz
reichend Kohlenstoffträger verfügbar, war der spezifische für das zu verarbeitende Nebenprodukt. Daraus lassen sich
Verbrauch pro Tonne Metall von untergeordneter Bedeu- viele der oben genannten Kriterien entsprechend ableiten.
tung. Der Verbrauch der doppelten bis dreifachen stöchio- Als Beispiel dient im Folgenden die Verarbeitung ei-
metrisch notwendigen Menge, um eine um wenige Prozen- nes Laugungsrückstandes mit den zugehörigen Bilanzen
te verbesserte Metallausbeute zu erlauben, war keine Sel- (Abb. 5).
tenheit, Kriterien wie „CO2-Footprint“ wurden vernachläs- Dabei sind der Energiebedarf der einzelnen Schritte, die
sigt oder gar nicht beachtet. Leider sind diese Umstände Zwischen- und Endprodukte sowie das Aufkommen even-
besonders im asiatischen Raum auch heute noch gängige tuell neuer Reststoffe, Abwässer und Abgase erkennbar,
Praxis. woraus großteils die oben genannten Beurteilungskriteri-
Zusammengefasst lassen sich folgende Beurteilungskri- en abgeleitet werden können.
terien auflisten:
Verfügbarkeit eines physikalisch-chemischen Prozesses 6. Zusammenfassung
zur Metallgewinnung
Möglichkeit zur simultanen Gewinnung mehrerer ent- Nebenprodukte der metallurgischen Industrie, wie Stäube,
haltener Metalle Schlacken und Schlämme, stellen eine interessante Roh-
Ausbringen der wesentlichen zu gewinnenden Metalle stoffquelle für die Zukunft dar. Besonders in Europa zeigt
Energieaufwand bezogen auf die Wertschöpfung sich eine hohe Verfügbarkeit durch zahlreiche Halden so-
Umweltaspekte und Arbeitssicherheit wie kontinuierlich anfallende Materialien. Die Komplexi-
Komplexität und Standardisierung der Anlagentechnik tät dieser Rückstände stellt vielfach eine Herausforderung
Möglichkeit zur Entwicklung neuer bzw. Optimierung be- hinsichtlich der Metallrückgewinnung dar. Als wesentliche
stehender Prozesse Hürde auf dem Weg zur effektiven Nutzung zeigt sich das
Qualität der Produkte Fehlen eines Zertifizierungssystems, ähnlich jenen für pri-
märe Ressourcen, welches interessierten Investoren oder
Die Produktqualität spielt ebenfalls eine wesentliche Rol- Firmen ermöglicht, diese Rohstoffquellen auf der Basis ve-
le, da aus der Aufarbeitung von Nebenprodukten zumeist rifizierbarer und vertrauenswürdiger Daten wirtschaftlich
nicht unmittelbar börsenfähige Metalle, sondern vielmehr nutzen zu können.
344 © Der/die Autor(en) Berg Huettenmaenn Monatsh (2020), 165. Jg., Heft 8Orginalarbeit
Die Montanuniversität Leoben hat mit drei Lehrstühlen Weitere Details zur Lizenz entnehmen Sie bitte der Lizenzinformation auf
und sieben Industriepartnern ein Projekt gestartet, welches http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de.
sich der Erarbeitung der Grundlagen eines Zertifizierungs-
systems widmet. Das Projekt wird unterstützt durch die For- Literatur
schungsförderungsgesellschaft FFG sowie die Bundeslän-
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nicht mehr zur Verfügung. Das vorrangige Ziel des COMM- 139–143. DOI:10.1016/s0140-6701(05)80312-1
BY-Projektes ist es, die wertvolle, bisher häufig ungenutzte 3. Jamieson, H. E.; Walker, S. R.; Parsons, M. B.: Mineralogical char-
Wertmetallquelle „Nebenprodukte“ für die europäische In- acterization of mine waste, Applied Geochemistry, vol. 57 (2015),
dustrie nutzbar zu machen und damit einen wichtigen Bei- pp 85–105
4. Boliden 2020. https://www.boliden.com/operations/smelters/boliden-
trag zur europäischen Rohstoffversorgung zu liefern. odda, online (Abruf am 15.06.2020)
5. Hanke, G.; Onuk, P.; Antrekowitsch, J.: Characterization Strate-
Funding. Open access funding provided by Montanuniversität Leoben.
gies for Metallurgical By-Products: Case Study Jarosite, FLOGEN,
Sustainable Industrial Processing Summit, SIPS2018 vol. 7, Non-
Open Access Dieser Artikel wird unter der Creative Commons Namens-
ferrous/Mineral Processing/Environmental Protection. Montreal,
nennung 4.0 International Lizenz veröffentlicht, welche die Nutzung,
Canada: FLOGEN Star Outreach, 2018
Vervielfältigung, Bearbeitung, Verbreitung und Wiedergabe in jeglichem
6. Sinclair, R. J.: The Extractive Metallurgy of Zinc. Victoria (Australia):
Medium und Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Au-
Australasian Institute of Mining and Metallurgy; 2001, pp 31–105
tor(en) und die Quelle ordnungsgemäß nennen, einen Link zur Creative
7. Hanke, G.; Antrekowitsch, J.: Characterisation and pyrometallurgi-
Commons Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen
cal recycling of jarosite type residues out of zinc primary metallur-
wurden.
gy. World of Metallurgy – Erzmetall, vol. 71 (2018), iss. 1, pp 25–30
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Berg Huettenmaenn Monatsh (2020), 165. Jg., Heft 8 © Der/die Autor(en) 345Sie können auch lesen
