Vergleichende Untersuchungen zur Aufbereitung komplexer, sondermetallhaltiger Sulfiderze mittels Flotation und hydrometallurgischer Verfahren im Hinblick auf eine optimierte Wertstoffgewinnung

Haas, Andrea GND

Rohstoffe sind seit alters her eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung von Gesellschaft und Industrie. Dabei spielen sowohl mineralische und metallische Massenroh-stoffe eine entscheidende Rolle als auch jene Rohstoffe, die in nur vergleichsweise geringen Mengen eingesetzt werden und gerade für die heutige und zukünftige Produktion von Hoch-technologieprodukten von besonderer Relevanz sind. Die Verfügbarkeit dieser wirtschafts-strategischen Rohstoffe ist jedoch begrenzt, weshalb viele von ihnen auf der Liste der kritischen Rohstoffe 2017 der Europäischen Kommission geführt werden. Zu ihnen zählen u.a. auch Indium und Gallium. Selbst bei einem flächendeckenden und effizienten Recycling ist der steigende Rohstoffbedarf aus Abfällen nicht zu decken, weshalb auch in Zukunft auf die Primärrohstoffproduktion nicht verzichtet werden kann. Zahlreiche wirtschaftsstrategische Rohstoffe bilden jedoch keine eigenständigen Erzminerale aus, sondern liegen als Begleitelemente in anderen Wertträgern vor oder sie treten nicht in ausreichend hoher Konzentration auf, um eine darauf abgestimmte Erzgewinnung aufzubauen. Vielmehr steht die Gewinnung der Hauptmetallträger im Fokus. Im Verbund damit ist dann die Gewinnung der beibrechenden wirtschaftsstrategischen Metalle zu gestalten. Die vorliegende Arbeit hat sich zum Ziel gesetzt, ein Aufbereitungsverfahren zu entwickeln, welches für zwei Gallium- bzw. Indium-haltige sulfidische Blei-Zink-Erze aus Lautenthal im Harz (Querschlag 500 West und Querschlag 700 West) alle Prozessschritte, von der Zerkleinerung bis hin zur ionenselektiven Trennung mittels Ionenaustauschern, umfasst und dabei neben der Gewinnung der Hauptmetalle die beibrechenden Metalle in den Fokus nimmt. Der erste Schritt des Verfahrens basiert auf dem seit Jahrzenten bewährten Prozess der Flotation, so dass sowohl der Bleiglanz als auch die Zinkblende jeweils in ein Konzentrat überführt werden. Die beiden Sondermetalle Gallium und Indium reichern sich gemäß den Erwartungen im Zinkblendeflotat an. In diesem ersten Schritt konnten für das Erz aus Querschlag 500 West rund 88 % des Bleis, 96 % des Zinks und 94 % des Galliums in das Flotationskonzentrat überführt werden. Für jenes aus Querschlag 700 West wurden Aus-bringen von 92 % Blei und 96 % Zink erzielt sowie 95 % des Indiums und 75 % des Galliums in die Konzentrate überführt. Anschließend wurde für eine verbesserte hydrometallurgische Verarbeitung eine thermische Behandlung der Zinkkonzentrate vor einer schwefelsauren Laugung eingesetzt, so dass für 500 West 97 % des Zinks und 85 % des Galliums in Lösung gebracht wurden (700 West: 96 % Zn, 91 % Ga, 94 % In). Für die ionenselektive Trennung haben sich zwei Ionenaustauscher als geeignet herausgestellt, welche unterschiedliche Ergebnisse generierten. In einen Fall wurde eine gute Selektivität bei gleichzeitig geringerem Ausbringen erzielt, während im anderen Fall hohe Ausbringen, verbunden mit einer etwas geringeren Selektivität nachgewiesen werden konnten. Für beide Fälle wäre eine praktische Umsetzung möglich, so dass keine der beiden Varianten bevorzugt zu behandeln ist. Bei kontinuierlicher Beschickung der Ionenaustauscher können nach vollständiger Beladung und Regenerierung des Harzes theoretischen Berechnungen zufolge die Mindestanforderungen der potentiellen Abnehmer für eine Weiterverarbeitung der Indium- und Galliumhaltigen Lösungen erfüllt werden.

Raw materials have always been an essential prerequisite for the development of society and industry. Both, mineral and metallic raw materials play a decisive role, as well as raw materials that are used in only comparatively small quantities. The latter are particularly relevant for the present and future production of highly technological products. However, the availability of these strategic raw materials is limited. For that reason, many of these critical raw materials have been recorded on the so-called “2017 list of critical raw materials for the European Union”, including indium and gallium. Even with widespread and efficient recycling, the increasing demand for these critical raw materials cannot be covered from the recycling of waste material containing such materials. Therefore, it will not be possible to do cover the needs without mining and processing primary raw materials in the future. However, numerous strategic raw materials usually do not form their own minerals, but are present as accompanying elements in other valuable minerals or they do not occur in a sufficiently high concentration in order to build up a coordinated processing. In these cases, the focus is mostly on recovering the main metal component of such an ore and not the related elements present in low concentrations. Consequently, a fully new approach for the extraction of strategic metals has to be devised. The aim of the present work is to develop a processing method that covers all process steps from comminution to ion-selective separation by ion exchangers to focus on the extraction of the main metals as well as the strategic metals. This work particularly focusses on two gallium- or indium-containing sulfidic lead-zinc ores from Lautenthal in the Harz Mountains (crosscut 500 west and crosscut 700 west). The first step of the new process is flotation, which has been tried and tested for decades, in order to enrich both galena and sphalerite in separate concentrates. As can be expected, the metals gallium and indium accumulate in the sphalerite concentrate. In this first step, around 88 % of lead, 96 % of zinc and 94 % of gallium can be transferred to the flotation concentrate. For the ore from crosscut 700 west, recoveries of 92 % for lead, 96 % for zinc, 95 % for indium and 75 % for gallium have been achieved and were thus transferred to the concentrates. Subsequently, for an improved hydrometallurgical processing, a thermal treatment of the zinc concentrates was used before leaching with diluted sulfuric acid. For the sample 500 west, 97 % of zinc and 85 % of gallium present in the ore were brought into solution (700 west: 96 % Zn, 91 % Ga, 94 % In). It has been established that two ion exchangers, which generated different results, are suitable for the ion-selective separation. In one case, good selectivity was achieved with a lower recovery at the same time, while in the other case high recoveries combined with a lower selectivity could be demonstrated. A practical implementation can be envisaged for both cases, therefore neither of the two process routes is to be treated preferentially. Theoretical calculations show that with continuous feeding of the ion exchanger and after the complete loading and regeneration, the minimum requirements of the potential customers for further processing of the indium and gallium containing solutions can be met.

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Haas, Andrea: Vergleichende Untersuchungen zur Aufbereitung komplexer, sondermetallhaltiger Sulfiderze mittels Flotation und hydrometallurgischer Verfahren im Hinblick auf eine optimierte Wertstoffgewinnung. 2020.

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