SideroGaR

Siderophor-basierte Galliumgewinnung aus Rückständen der Chromerzverarbeitung 

In Rumänien sind ca. 1,95 Mio. Tonnen Reststoffe aus der Chromerzaufbereitung deponiert. Diese enthalten neben erheblichen Mengen Magnesium, Calcium und Chrom auch geringe Mengen des kritischen Metalls Gallium, weshalb sie eine interessante Rohstoffquelle sind. Im Projekt SideroGaR wird eine bio-basierte Technologie für die Gewinnung von Gallium aus diesen Reststoffen entwickelt. Zum Einsatz kommen dafür Siderophore. Das sind kleine organische Moleküle, die durch Mikroorganismen gebildet werden. 

Gallium-haltige Rohstoffe

Reststoffe aus dem Bergbau und der Erzaufbereitung stellen eine bislang wenig genutzte, aber vielversprechende Rohstoffquelle dar, da sie häufig kritische Metalle enthalten, die bisher nicht erschlossen wurden. Gleichzeitig bergen sie ein latentes Umweltrisiko, da enthaltene Schadstoffe freigesetzt werden können. In Rumänien zählen hierzu deponierte Rückstände aus der ehemaligen Chromerzaufbereitung. Diese enthalten neben größeren Mengen an Magnesium, Calcium und Chrom auch Spuren von Gallium (ca. 7 ppm), das von der EU als kritischer Rohstoff eingestuft wird. Das Unternehmen Mureș Magnesium Srl hat ein chemisches Laugungsverfahren entwickelt, mit dem Magnesium und Chrom aus diesen Rückständen gewonnen werden können. Dabei geht Gallium ebenfalls in Lösung, eine wirtschaftliche Rückgewinnung ist bislang jedoch nicht möglich. Genau hier setzt das Projekt an: Mithilfe eines biotechnologischen Verfahrens, das auf der gezielten Metallbindung durch mikrobielle Siderophore basiert, soll Gallium selektiv aus der Laugungslösung abgetrennt und gewonnen werden. Auf diese Weise wird eine möglichst vollständige Erschließung der Rückstände ermöglicht. Dies trägt nicht nur zur Verringerung der europäischen Rohstoffabhängigkeit bei, sondern reduziert zugleich die Menge toxischer Abfälle und die damit verbundenen Umweltgefahren.

Gewinnung von Gallium mit Hilfe von Biologie

Das Projekt SideroGaR wird durch das Helmholz-Zentrum Dresden-Rossendorf koordiniert. Gemeinsam mit der MEAB GmbH sowie der Mureș Magnesium Srl als assoziiertem Partner wird ein Verfahren zur Rückgewinnung von Gallium aus Laugungslösungen entwickelt, die bei der Aufarbeitung von Reststoffen aus der Chromerzaufbereitung anfallen.

Anschließend werden Eisen und Aluminium mithilfe der am HZDR entwickelten und patentierten IronEX®-Technologie in Kombination mit einer Lösungsmittelextraktion entfernt. Das verbleibende Gallium wird danach mittels der ebenfalls am HZDR entwickelten GaLIophore-Technologie selektiv gewonnen und aufkonzentriert. Diese GaLlophore-Technologie verwendet mikrobiell hergestellte Siderophore, das sind kleine organische metallbindende Moleküle. Das gewonnene Gallium-Konzentrat wird von der beteiligten MEAB GmbH weiter aufgereinigt, welches anschließend durch andere Firmen mit etablierten Prozessen zu 4N-7N Ga weiterverarbeitet werden kann. 

Mit dem Projekt wird ein Prozess entwickelt, der die gesamte Wertstoffkette von der Gewinnung des Galliums aus Bergbaureststoffen bis hin zum verkaufsfertigen Produkt für die Halbleiterindustrie abdeckt. Die entwickelte Technologie ist dabei grundsätzlich auch auf andere Bergbaurückstände sowie auf sekundäre Rohstoffe, etwa aus Elektro- und Elektronikaltgeräten (WEEE), übertragbar.

Ergebnisverwertung

Das Projekt ist ganzheitlich ausgerichtet und adressiert mit seinen verschiedenen Akteuren den gesamten Wertstoffkreislauf. Die Firma Mures Magnesium SRL fungiert als Rohstofflieferant und stellt Lösungen aus der Aufbereitung der Haldenmaterialien zur Verfügung. Das HZDR wird als Forschungspartner eine umweltfreundliche Technologie entwickeln, die aus den anthropogenen Lagern Gallium gewinnt und damit die Lager reduziert bzw. optimal nutzt. Die entwickelte Technologie wird nach Projektabschluss von einer geplanten HZDR-Ausgründung vermarktet. Das gewonnene Ga-Präzipitat wird durch den Firmenpartner MEAB GmbH weiter aufgereinigt und für die weitere Aufbereitung zu 4N-7N Ga bereitgestellt. Abnehmer des Galliums sind Unternehmen der Halbleiterindustrie.