Untersuchung der Scandium-Rückgewinnung aus Rotschlamm
Quelle: BAM, FB 4.4, Marie Gentzmann
Das Technologiemetall Scandium (Sc) ist seit 2017 in der Europäischen Union als kritischer Rohstoff eingestuft und ist aktuell eines der teuersten Elemente auf dem Markt. Als Wegbereiter für Zukunftstechnologien wie Festoxidbrennstoffzellen und Leichtbau-materialien ist es von großer Bedeutung für die Energiewende. Wie viele andere kritische Rohstoffe wird Sc jedoch aktuell ausschließlich außerhalb Europas gewonnen. Um zukünftig eine Wertschöpfung innerhalb Europas zu ermöglichen und dabei sekundäre Rohstoffe für eine nachhaltige Rohstoffgewinnung zu nutzen, steht insbesondere Rotschlamm im Fokus der Forschung. Dieser Reststoff der Aluminiumoxidproduktion kann an Sc angereichert sein und so als potenzielle Quelle dienen.
Im Rahmen des Horizon2020 Projektes SCALE (GA° 730105) untersuchte die BAM das Vorkommen von Sc in verschiedenen Rotschlämmen. Ziel war es die Mineralogie und Geochemie des Elementes besser zu verstehen, um so das Grundlagenwissen für die Rückgewinnungsprozesse zu erweitern. In der Veröffentlichung werden drei Rotschlämme verglichen, die sich insbesondere durch ihr Ausgangsmaterial Bauxit (als wichtigstes Aluminiumerz) unterscheiden. Mithilfe eines Versuchsplans, welcher mithilfe statistischer Methoden erstellt und ausgewertet werden kann, wird das Verhalten der Rotschlämme während des Gewinnungsprozesses untersucht. Bei diesem Prozess handelt es sich um ein Laugungsverfahren bei dem z.B. Schwefelsäure zum Einsatz kommt. Dabei werden verschiedene Ansätze für die Laugung verglichen, um zu verstehen unter welchen Bedingungen eine möglichst hohe Rückgewinnung erreicht werden kann. Es wird zudem untersucht ob Faktoren wie etwa Temperatur und Säurekonzentration hier eine wichtige Rolle spielen.
Im Anschluss an die Versuche wird die Mineralogie des Rückstanden analysiert, was Rückschlüsse auf mögliche Sc-enthaltende Phasen zulässt. Die Untersuchungen zeigen, dass Rotschlämme verschiedener Herkunft fundamentale Unterschiede im Laugungsverhalten aufweisen. Der unter milden Laugungsbedingungen gewinnbare Anteil an Sc kann stark variieren. Im Bayer Prozess wird ein Anteil des Sc aus dem ursprünglichen Erz gelöst und umverteilt, sodass es im Rotschlamm an Partikeloberflächen adsorbieren oder in neue leicht lösliche Phasen eingebaut werden kann. Dieser Anteil ist vor allem durch die geologischen Bildungsbedingungen beeinflusst. Schließlich kann durch die Kenntnis der Geologie und Geochemie der Ausgangsstoffe eine Abschätzung des Potenzials der Scandium Rückgewinnung und der optimalen Extraktionsbedingungen vorgenommen werden.
Understanding scandium leaching from bauxite residues of different geological backgrounds using statistical design of experiments
Marie C. Gentzmann, Andrea Paul, Juan Serrano, Christian Adam
erschienen im Journal of Geochemical Exploration, Ausgabe 240, Aufsatznummer 107041, 2022
BAM Abteilung Analytische Chemie; Referenzmaterialien
BAM Fachbereich Prozessanalytik
BAM Abteilung Material und Umwelt
BAM Fachbereich Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung