Kritische Rohstoffe in einer Kreislaufwirtschaft zurückgewinnen
Die Liste der kritischen Rohstoffen für die EU umfasst derzeit 34. Diese Stoffe sind für die EU-Wirtschaft von großer Bedeutung, aber ihre Versorgung ist gefährdet. Dazu gehören unter anderem Wolfram, Niob und Tantal. Die Rückgewinnung dieser Metalle aus dem in der Produktion angefallenen Schrott und Verarbeitungsabfällen wird nicht nur die Stärke und Unabhängigkeit Europas erhöhen, sondern auch einen wichtigen Beitrag zu einer abfallfreien Wirtschaft leisten. Das Ziel des EU-finanzierten Projekts TARANTULA lautete, diese Bemühungen durch die Entwicklung eines Instrumentariums neuartiger, effizienter und flexibler metallurgischer Technologien mit hoher Selektivität und hohen Gewinnungsraten für Wolfram, Niob und Tantal zu unterstützen.
Geringe Mengen an wichtigen Metallen ohne Ersatzstoffe
Wolfram, Niob und Tantal sind hochschmelzende Metalle, die sich durch ihre außergewöhnliche Hitze- und Verschleißbeständigkeit auszeichnen. Sie sind für viele kritische Anwendungen wie Windenergie, Photovoltaik, Robotik, 3D-Druck und digitale Technologien unverzichtbar. Es gibt keine Ersatzstoffe, und ohne sie wäre die Versorgung mit Produkten wie Schneidwerkzeugen und Stanzformen, Turbinenmotoren, Antriebsmotoren, Drohnen und Mikroelektronik gefährdet. Projektkoordinatorin Lourdes Yurramendi von TECNALIA Research and Innovation erklärt: „Obwohl China über die größten Wolframressourcen und -reserven verfügt, ist es zu einem Nettoimporteur von Wolframerzen und -konzentraten geworden. Die EU-Primärproduktion von Wolframerz – hauptsächlich in Bergwerken in Österreich, Portugal und Spanien – deckt nur einen begrenzten Teil der EU-Binnennachfrage. Ebenso verfügt die EU zwar über einige Niobvorkommen, produziert aber kein Nioberz und ist daher völlig abhängig von Einfuhren. Die brasilianischen Vorkommen decken über 90 % des Niobbedarfs in der EU und weltweit. Außerdem importiert die EU 100 % ihres Tantalbedarfs, hauptsächlich aus Afrika. Die Suche nach alternativen, sekundären Quellen für Wolfram, Tantal und Niob ist von größter Bedeutung.“
Anthropogene Quellen in einer abfallfreien Wirtschaft
Der konventionelle Bergbau sichert Primärrohstoffe aus Lagerstätten. Sekundärrohstoffe werden abgebaut und aus menschlichen Abfällen verarbeitet. TARANTULA „gewinnt“ Wolfram, Niob und Tantal aus Industrieschrott und Industrieabfällen aus der Verarbeitung des abgebauten Erzes (Abraum und Schlacke). Stark eutektische Lösungsmittel vereinfachten die Abtrennung von mehr als 90 % des Wolframs in industriellen Prozessrückständen und Abraumhalden im Labormaßstab. Die anschließende Lösungsmittelextraktion mit ionischen Fluiden erlaubte die Rückgewinnung von über 99 % des extrahierten Wolframs (in Form von Wolframoxid). „Die Ergebnisse von TARANTULA unterstützen das Potenzial des Verfahrens, eine nachhaltige jährliche Wolframversorgung zu bieten, die 50 % der derzeitigen Primärproduktion der EU entspricht“, so Yurramendi. Niob und Tantal sind häufig in derselben Probe enthalten. Mit der mehrstufigen Technologie des Projekts können beide als getrennte, marktfähige Produkte gewonnen werden. Das Team ist der Ansicht, dass durch Optimierungen eine hochwertige Tantal- und Niobqualität erreicht werden kann, die mindestens 120 % bzw. 5 % des Jahresbedarfs der EU entspricht.
Die technologische Reife erhöhen
„Wir haben mehrere umweltfreundliche und skalierbare Technologien entwickelt und erprobt. Eine Kombination aus Iono- und Elektrometallurgie war aus technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Sicht am besten geeignet. Die vielversprechendsten Technologien werden in unserem Prototyp höherskaliert und optimiert. Die Anlage ist für die Herstellung von Metalloxiden mit einer Kapazität von einem Kilogramm pro Tag ausgelegt, wobei die Produkte dank strenger Tests die kommerziellen Spezifikationen der meisten Marktsegmente erfüllen“, fügt Yurramendi hinzu. Das Team demonstriert bereits seine recycelten Werkstoffe in Beschichtungen auf Oxidbasis von jedem der drei und eine Beschichtung auf Wolframkarbidbasis, die sich derzeit im Labormaßstab befindet. Die Ergebnisse von TARANTULA werden die strategische Autonomie und Stärke der EU auf wettbewerbsorientierten Märkten stärken und das Abfallaufkommen verringern.
Schlüsselbegriffe
TARANTULA, Wolfram, Niob, Tantal, Prozessabfälle aus dem Bergbau, kritische Rohstoffe, abfallfreie Wirtschaft, Ionometallurgie, Elektrometallurgie, Beschichtungen
