Angewandte Elektrochemie in der Biohydrometallurgie
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Mineralische Rohstoffgewinnung
Angewandte Elektrochemie in der Biohydrometallurgie CHRISTOPH TANNE, AXEL SCHIPPERS BUNDESANSTALT FÜR GEOWISSENSCHAFTEN UND ROHSTOFFE (BGR), HANNOVER
Biohydrometallurgy recovers metals based on bioprocess engineering. This includes bioleaching, whereby metals are extracted by microbially catalyzed dissolution of ores in a strong acidic environment. These are favorable conditions for applied electroanalysis and electrochemical engineering. Applicable for process control and improvement are either controlled or spontaneous electrochemistry. These are performed by electrolysis techniques and the establishment of galvanic interactions. DOI: 10.1007/s12268-020-1436-9 © Die Autoren 2020
ó Biohydrometallurgie nutzt Bioverfahrenstechnik zur Metallgewinnung. Bei der dazugehörigen Biolaugung werden Metalle wie Kupfer, Gold, Uran, Nickel, Zink und Kobalt aus Roh- oder Reststoffen herausgelöst. In der industriellen Biolaugung in Form von Halden- oder Tanklaugung, dem Biomining, werden sulfidische Erzminerale prozessiert. Zunehmend interessant werden auch oxydische Erze, Bergbaurückstände und anthropogene Lagerstätten (z. B. Elektroschrott) [1]. Der Schlüssel zur erfolgreichen Biolaugung von sulfidischen Erzen sind spezialisierte Gemeinschaften säureliebender Mikroorganismen (oftmals die Gattungen Acidithiobacillus, Leptospirillum, Sulfobacillus) und deren eisen- und schwefeloxidierende Aktivität [1]. Die oxidative Auflösung der Erze ist eine Form der elektrochemischen Korrosion. Um diese zu fördern, müssen materialschützende Passivierungseffekte verhindert werden, da der Elektronentransfer primär vermittelt stattfindet. Das Redoxpaar Fe3+/Fe2+ ist der dominierende Elektronenmediator im biohydrometallurgischen System. Es bestimmt maßgeblich das Lösungsredoxpotenzial der Lösung. Je höher Konzentration und Verhältnis sind, umso oxidierender ist die Lösung. Wird das Sulfidmineral durch Fe3+ chemisch oxidiert, werden der Metallund Schwefelanteil dadurch in Lösung gebracht. Das Oxidationsmittel (Fe3+) wird dabei „verbraucht“ und zu Fe2+ reduziert. Zu den Reaktionsprodukten gehören neben dem BIOspektrum | 05.20 | 26. Jahrgang
ren passivierenden Schwefel zu Schwefelsäure. Zusätzlich nutzen sie das entstandene Fe2+ als Energiequelle und „regenerieren“ so durch Oxidation das Fe 3+-Reservoir der Lösung. Auf diesem Weg erhöhen sie das Lösungsredoxpotenzial und senken den pHWert [1, 2]. Derartige Systeme sind hervorragend dazu geeignet, um elektrochemisch beobachtet und beeinflusst zu werden. Nachfolgend wird daher auf die prozessierende und analytische Elektrochemie in der Biohydrometallurgie eingegangen.
Vorteile der galvanischen Korrosion Hauptprodukt Sulfat je nach Mineral weiterhin Polythionate, elementarer Schwefel bzw. Polysulfidverbindungen. Letztere können das Erz an der Phasengrenze passivieren, sodass es stofflich und elektrisch isoliert wird. Folglich wird die Laugung gehemmt. Die spezialisierten Mikroorganismen oxidie-
Zur elektrochemischen Korrosion gehört die galvanische Korrosion. Sie kann beim
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