Viele Metalle kommen in komplexen Verbindungen vor und sind nur in niedrigen Konzentrationen verfügbar. Um Rohstoffe zu gewinnen, hat sich Metallrecycling bewährt. Doch die klassischen Verfahren sind innovativen Technologien bisweilen unterlegen. So setzt Bioleaching klare Maßstäbe bei der Metallgewinnung aus schwerlöslichen Verbindungen. Das Hightech-Verfahren ist dafür prädestiniert, Hartmetallschrott mithilfe von Mikroorganismen zu recyceln. Ohne großen Energieaufwand, umweltschonend, nachhaltig – sogar Nanomaterial lässt sich herstellen.
Bioleaching: Wie Sie mit innovativer Technologie Energie und Material einsparen
Metallrecycling trägt dazu bei, wertvolle Ressourcen zu schonen und Rohstoffe zu sichern. Zum klassischen Recycling zählen etwa die Aufbereitung und Wiederverwendung von Massenmetallen wie etwa Eisen, Kupfer, Aluminium, Magnesium, Zink sowie der Edelmetalle Gold, Silber oder Platin. Doch auch Hartmetall, etwa Hartmetallschrott lässt sich erfolgreich recyclen – zum Beispiel durch Bioleaching. Dies ist ein innovatives, rein biologisches Verfahren aus der Hydrometallurgie, bei dem durch den Einsatz von Mikroorganismen deutlich weniger Energie aufgewendet werden muss und große Mengen Material eingespart werden können.
Woraus bestehen Hartmetalle?
Zu Hartmetall zählen beispielsweise Metallverbindungen, die sich zu 80 % aus Wolfram und zu knapp 12 % aus Kobalt zusammensetzen. Sie enthalten kein Eisen. Wolfram-Hartschrotte sind Stücke aus Hartmetall, Wolframmetall oder Wolframlegierungen.
Als Hartstoffe kommen bei Hartmetallschrott auch Titan, Tantal, Chrom oder andere Karbide zum Einsatz. Als Bindematerial wird neben Kobalt auch Nickel, Eisen oder Nickel-Chrom verwendet.
Wie werden Metalle recycelt?
Sortenreine Metalle werden überwiegend mechanisch mit speziellen Maschinen recycelt, d.h. sortiert, zerkleinert oder geschreddert, eingeschmolzen oder granuliert. Nach Weiterverarbeitung werden die recycelten Metalle wieder dem Kreislauf zugeführt. Können Metalle nicht mechanisch getrennt werden oder ist der Schrott nicht sortenrein, kommen chemische oder elektrolytische Verfahren zum Zuge.
Beim chemischen Verfahren des Metallrecycling kommen unterschiedliche Gasphasenprozesse zum Einsatz. Dabei wird das Ausgangsmaterial verdampft. Durch homogene Keimbildung, Gaskondensation, chemische Reaktionen sowie Partikelfusion wird bei diesem Verfahren das reine Metall gewonnen.
Elektrolytische Verfahren separieren die gewünschten Metalle aus den Verbindungen mithilfe von Strom. Hierfür kommt die elektrolytische Raffination mittels Schwefelsäure-Tauchbad zum Einsatz, z.B. zur Gewinnung von Kupfer. Während sich an der Kathode reines Kupfer absetzt, sammeln sich die ungewünschten Verunreinigungen als Anodenschlamm an der Anode ab.
Anders als die klassischen chemischen oder elektrolytischen Verfahren des Metallrecycling basiert Bioleaching auf biologisch-chemischen bzw. biotechnologischen Prozessen mithilfe von Mikroorganismen.
Was ist Bioleaching?
Der Begriff Bioleaching stammt aus der Hydrometallurgie bzw. Biohydrometallurgie, also der Metallgewinnung durch biologisch-nasschemische Prozesse. Bioleaching bezeichnet dabei die Gewinnung von Schwermetallen aus ihren Erzen. Dabei werden unlösliche Erzminerale bzw. Metallverbindungen zu wasserlöslichen Salzen umgewandelt. Dies erfolgt durch den Einsatz spezieller Mikroorganismen und deren Stoffwechselprozesse, die dazu in der Lage sind, aus Roherz Metalle herauszulösen (Biolaugung).
Zu den laugungsaktiven Mikroorganismen des Bioleaching zählen u.a.
- Einzeller und Bakterien, wie z.B. die Sulfid, Schwefel und Eisen oxidierende Schwefelbakterien Acidithiobacillus ferrooxidans
- Sulfid und Schwefel oxidierende Schwefelbakterien wie Acidithiobacillus thiooxidans und
- Bakterien und Pilze
Bioleaching und auch die sogenannte Biooxidation kommen weltweit im Bergbau zum Einsatz, um Metalle wie Kupfer, Kobalt, Gold, Nickel, Zink oder Uran zu gewinnen. Die industrielle Form der Hydrometallurgie bei der Erzaufbereitung im Bergbau wird Biomining genannt. Die mikrobiellen Verfahren des Bioleaching werden gezielt erforscht und stetig weiterentwickelt. Dabei soll u.a. ausgelotet werden, welche besonders nachgefragten Wertstoffe oder wirtschaftskritischen Metalle aus Halden des Bergbaus oder industriellen Rückständen wie Schlämmen oder Schlacken erschlossen werden können. Ebenso wird auf Basis weltweiter Forschungsprojekte nach neuen Mikroorganismen gesucht, die im Rahmen des Biomining dazu beitragen können, im Erz enthaltene Metalle zu gewinnen. Die Biohydrometallurgie bietet jedoch nicht nur Potenzial für die industrielle Aufbereitung, sondern leistet auch einen wichtigen Beitrag zum umweltschonenden Metallrecycling. Die Anwendungsbereiche reichen von der Biolaugung zum Metallrecycling aus Bergbauhalden, Sedimenten und Böden über das Recycling aus Industrierückständen bis hin zu biohydrometallurgischen Verfahren bei Prozesswasser.
Wie funktioniert Bioleaching?
Beim Bioleaching wird eine un- oder schwerlösliche Metallverbindung überwiegend aus Erzen in eine wasserlösliche Form umgewandelt. Mithilfe von säureliebenden, schwefel- oder eisenoxidierenden Bakterien sowie weiteren organotrophen Bakterien oder Pilzen können als Sulfide, Oxide, Hydroxide, Phosphate, Karbonate oder Silikate gebundene Metalle extrahiert werden. Bei der direkten Biolaugung werden beispielsweise schwerlösliches Eisensulfid (Pyrit), sulfidische Kupferverbindungen oder Molybdänsulfid zu wasserlöslichen Metallsulfaten oxidiert. Beim indirekten Bioleaching produzieren schwefeloxierende Bakterien (Thiobacillus) das Oxidationsmitttel Eisen-III-Sulfat in schwefelsaurer Lösung. Diese Auflösung der Metallsulfide führt dazu, dass Metalle in Lösung gebracht werden können.
Welche Hartschrottelemente eignen sich für das Recycling?
Bioleaching empfiehlt sich zum Recyceln diverser Metalle wie Kupfer, Kobalt oder Gold. Doch auch Hartmetallschrott aus Wolfram oder Wolframcarbid lässt sich mit diesem biohydrometallurgischen Verfahren recyclen. Für die Wiederaufbereitung mittels Bioleaching sind sämtliche Werkzeuge, Werkzeugteile oder Konstruktionsbauteile aus Hartmetall (Hartschrottmetall) geeignet.
Diesen Hartschrott können Sie somit erfolgreich recyclen:
- Sägeblätter, Fräser, Bohrer und andere Präzisionswerkzeuge
- Vollhartmetall (VHM)-Walzringe
- VHM-Werkzeuge
- (un-)beschichtete Wendeschneidplatten
- Trägerwerkzeuge
- Hartmetallmesser aus Planschneidern
- Widia-Produkte
- klassischer Elektroschrott
- ausrangierte Bauteile
- hartmetallhaltige Schlämme und Schlacken aus der Industrie
Wie Sie Bioleaching zum Gewinnen von Nanoteilchen einsetzen
Die klassischen Verfahren des Metallrecycling sind verhältnismäßig energie-, kosten- und zeitintensiv. Sie eignen sich nicht zum Recyceln von Hartmetallschrott aus Wolfram oder Wolframcarbid. Zudem können mit ihnen höchstens Teilchen in Mikron-Dimension hergestellt werden. Die Gewinnung von reinen Nanopartikeln ist mit diesen chemischen oder elektrolytischen Verfahren nicht möglich.
Sollen Rohstoffe aus industriellen Abfällen wie Hartmetallschrott wieder in den Wertstoffkreis zurückgeführt werden, empfiehlt sich die spezielle Technologie des Bioleaching oder der Biolaugung. Denn diese nutzt die Eigenschaften spezialisierter Mikroorganismen, um Metalle aus den Rohstoffen zu laugen, herauszulösen oder aus Lösungen auszufällen, so dass sich wertvolle Nanopartikel bilden. Eine weitere Möglichkeit zur biologischen Gewinnung von reinen Metall-Nanopartikeln ist die Biomineralisation mittels Mikroorganismen (Bakterien, Pilze, Algen).
Warum Bioleaching nachhaltig ist
Vor allem die Vorkommen seltener und/oder stark nachgefragter Metalle neigen sich dem Ende zu. Häufig müssen sie kostenintensiv erschlossen werden. Die natürlichen Metall-Ressourcen sind jedoch begrenzt. Und viele der Rohstoffe liegen in sehr komplexen Verbindungen und nur minimalen Konzentrationen vor, sind daher durch klassische Verfahren kaum wirtschaftlich erschließbar. Das Metallrecycling-Verfahren Bioleaching führt wertvolle Rohstoffe erneut dem Kreislauf zu und verwertet sie wieder.
Auf diese Weise entschleunigt es den Abbau vorhandener Ressourcen und erhält so die (heimischen) Rohstoffvorkommen. Neben den klassischen Aufbereitungsverfahren gilt Bioleaching als ein bedeutender Beitrag zum Recycling – vor allem bei wirtschaftskritischen Metallen. Möchten Sie Hartmetallschrott aus Wolfram recyceln, empfiehlt sich Bioleaching als innovatives, nachhaltiges Verfahren, das auch Werkstoff in Nano-Güte verfügbar macht. Mit dem Beimischen von Nanopulver können Sie bis zu 50 % des ursprünglich benötigten Materials einsparen.
Recyceln statt von Förderung bedeutet aktiver Umweltschutz. Das Metallrecycling benötigt je nach Verfahren signifikant weniger Energie als der Abbau und die Verarbeitung der gleichen Menge Rohstoffe. Biomining als industrielle Form des Bioleaching ist daher eine umweltfreundliche und auch wirtschaftliche Alternative zu konventionellen Verfahren bei der Aufbereitung von Erzen.
Die Argumente für Bioleaching:
- Einsatz komplett biologischer Prozesse
- innovatives technologisches Verfahren
- geringerer Energieverbrauch
- die Vermeidung von klima- und umweltgefährdendem Schwefeldioxid und Kohlendioxid
- die Möglichkeit der biotechnischen Behandlung von Abfällen und Abwässern
Vielfältige geobiotechnische Verfahren kommen bereits zum Einsatz, um Metalle aus Bergbauwässern und industriellen Prozess- sowie Abwässern herauszulösen.
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