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Kupfer


Erzlaugung

  • Englisch: Bioleaching (mittlerweile auch "neudeutsch"); Lixiviation; Biorecovery (of metals), Bioconversion (of waste materials), Microbial Mining (mikrobieller Bergbau)
  • Französisch: Biolessivage
  • Spanisch: Biolixiviación; Lixiviación
  • Italienisch: Biolisciaviazione

Definition


Biolaugung (bzw. mikrobielle Erzlaugung) ist ein Teilgebiet der Biohydrometallurgie (Metallgewinnung durch biologisch-nasschemische Prozesse). Mikrobieller Bergbau ist ein Prozess, bei welchem Mikroorganismen daran beteiligt sind, Schwermetalle aus ihren Erzen durch Umwandlung unlöslicher Erzmineralien zu wasserlöslichen Substanzen zu gewinnen.


Erzlaugung
Erzlaugung
Agricola - De re metallica libri XII; Der Bergmann bringt das Erz vom Stollen in einem Bottich zum Sammelbehälter
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Erzlaugung

Agricola - De re metallica libri XII; Der Bergmann bringt das Erz vom Stollen in einem Bottich zum Sammelbehälter

Georgius Agricola

Ein altes Verfahren


Schon Georg Agricola beschrieb in seinem 1556 erschienen "De Re Metallica Libri XII" sehr detailliert das Auslaugen vitriolhaltiger Lösungen (1) zur Gewinnung von Eisen und Kupfer.

"Nach dem vierten Verfahren wird Vitriol aus vitriolhaltigen Erden und Gesteinsarten gewonnen. Solche Stoffe werden zunächst zusammmengefahren, aufgehäuft, fünf bis sechs Monate lang dem Frühjahrs- oder Herbstregen, der sommerlichen Wärme und dem Winterfrost ausgesetzt und öfters mit Schaufeln umgewendet, damit die Teile, die unten liegen, nach oben kommen. Auf diese Weise wird alles der Luft ausgesetzt und abgekühlt; die Erde wird lose und locker und das Gestein, was vorher hart war, wird weich. Die Masse wird dann zugedeckt oder unter Dach gebracht und bleibt auch hier wieder sechs, sieben oder acht Monate liegen. Dann wird eine genügende Menge davon in einen großen Behälter gebracht, der zur Hälfte mit Wasser gefüllt ist.


Erzlaugung
Erzlaugung
Agricola - De Re Metallica Libri XII; Verarbeiten der vitriolhaltigen Lösung mit Eisenschnitzeln in der Dampfpfanne
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Erzlaugung

Agricola - De Re Metallica Libri XII; Verarbeiten der vitriolhaltigen Lösung mit Eisenschnitzeln in der Dampfpfanne

Collector

<i>Die Gesteinsmassen werden mit Wasser vermischt und mit Stangen verrührt und bleiben solange im Behälter, bis ihre erdigen Teile sich auf dem Boden absetzen und ihre löslichen Teile wieder vom Wasser aufgenommen werden. Man lässt dann die Lösung in einen anderen, unterhalb aufgestellten Behälter fließen.

Wenn diese Lösung nicht genügend Vitriol enthält, so löst man frische Mengen des Gesteins in ihr auf. Die Lösung lässt man dann, sobald sie klar ist, durch Rinnen in viereckige Bleipfannen fließen, in denen man sie so lange einkocht, als noch Wasser verdampft. Dann wirft man Eisenblechschnitzel hinein, die sich darin lösen sollen (2), und zwar nur so viel, wie die Natur der Lösung es erfordert und lässt weiterkochen, bis die Lösung so reich geworden ist, dass sich nach dem Abkühlen Vitriol ausscheidet</i>."


(1) Agricola beschreibt "Melanteria", d.h., in der Hauptsache Gemenge von Schwefelkies, Kupferkies und deren Verwitterungsprodukte Eisen- und Kupfervitriol. Vitriol ist eine veraltete Bezeichnung für Sulfate von Zn (weißer Vitriol), Fe (grüner Vitriol), Cu (blauer Vitriol bzw. Gemische aus Eisen- und Kupfervitriol.
(2) Bei der Verwitterung von Schwefelkiesen entsteht neben Eisenvitriol auch freie Schwefelsäure, die durch das in Lösung gebrachte Eisen gebunden werden soll.


Erzlaugung - Schema
Erzlaugung - Schema
Schema der Halden-Erzlaugung; adaptiert nach einer Zeichnung von Dr. Rolf Näveke; in: Näveke, R., 1986; Bacterial leaching of ores and other materials; http://www.spaceship-earth.org/REM/Naeveke.htm
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Erzlaugung - Schema

Schema der Halden-Erzlaugung; adaptiert nach einer Zeichnung von Dr. Rolf Näveke; in: Näveke, R., 1986; Bacterial leaching of ores and other materials; http://www.spaceship-earth.org/REM/Naeveke.htm

Rolf Näveke

Die Metallgewinnung durch Erzlaugung (wesentlich Kupfer) war schon etwa 1.000 Jahre v.Chr. im Mittelmeerraum bekannt, es gibt jedoch darüber kaum schriftliche Zeugnisse. Die im Mittelalter und in der darauffolgenden Renaissance bekannten unterschiedlichen Verfahren wurden erstmalig detailliert von Georg Agricola in seinem 1556 erschienenen Buch "De Re Metallica Libri XII" beschrieben (siehe oben). Seit der Mitte des 18. Jh. wird aus den gigantischen Pyritlagerstätten am Rio Tinto in Südspanien durch mikrobielle Erzlaugung Kupfer gewonnen.

Moderne industrielle mikrobielle Bergbauprozesse sind jedoch relativ neu; sie begannen erst in den späten 1940er Jahren, als man die Rolle von Bakterien bei der Erzlaugung entdeckte. Seither wurden verschiedene chemische und chemisch-biohydrometallurgische (mikrobielle) Verfahren zur Gewinnung von Kupfer und Uran aus minderwertigen oder nicht abbauwürdigen Erzen und von Abraumhalden entwickelt. Die ersten kommerziellen Anwendungen dieser mikrobiellen Verfahren waren in situ-Laugungen von Uran in Canada und Halden-Erzlaugung von Kupfer in den USA. In den 1980er Jahren wurde die erste Anlage zur mikrobiellen Gewinnung von Gold (tank bioleaching plant) in Südafrika eingeweiht

Durch mikrobiellen Bergbau ist es möglich, Metalle rentabel aus Armerzen zu gewinnen. Darüberhinaus werden diese mikrobiellen Verfahren mit zunehmender Erschöpfung metallreicher Erzlager immer wichtiger. Aktuell wird auf diese Weise etwa 5% des weltweiten Kupfers gewonnen.


Praxis der Halden-Erzlaugung

Große Mengen von zerkleinertem Abraummaterial mit kleinen Anteilen an Kupfer, Zink oder Nickel werden gesammelt und entweder als Halden aufgetürmt oder in Sammelstellen angehäuft. Das zerkleinerte Gestein wird über Verregnungs- oder Berieselungsanlagen mit angesäuertem Wasser besprüht. Während das Wasser durchsickert, wachsen und vermehren sich Thiobakterien innerhalb des feuchten Gesteinssubstrats. Am Fuß der Halde (bzw. am Boden der Sammelstelle) sickert die metallhaltige Flüssigkeit heraus und wird in Sammelbecken aufgefangen. Aus diesen Becken wird das zu gewinnende Metall extrahiert. Die metallfreie Laugungsflüssigkeit wird über ein Pumpensystem erneut auf der Halde verteilt.

Kupfer-Armerze
Kupfer-Armerze
Kupfer-Armerze bei Las Bombas, N. Chanaral, Sierra Miranda, III Region Atacama, Chile
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Kupfer-Armerze

Kupfer-Armerze bei Las Bombas, N. Chanaral, Sierra Miranda, III Region Atacama, Chile

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Haufenlaugungsbecken
Haufenlaugungsbecken
In situ / Haufenlaugungsbecken vor der Füllung Las Bombas, N. Chanaral, Sierra Miranda, III Region Atacama, Chile
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Haufenlaugungsbecken

In situ / Haufenlaugungsbecken vor der Füllung Las Bombas, N. Chanaral, Sierra Miranda, III Region Atacama, Chile

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Haufenlaugungsbecken
Haufenlaugungsbecken
Haufenlaugungsbecken, gefüllt mit kupferarmem Erz und Schrott; rechterhand Schrotthalden, im Hintergrund Erzlagerstätten; Las Bombas, N. Chanaral, Sierra Miranda, III Region Atacama, Chile
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Haufenlaugungsbecken

Haufenlaugungsbecken, gefüllt mit kupferarmem Erz und Schrott; rechterhand Schrotthalden, im Hintergrund Erzlagerstätten; Las Bombas, N. Chanaral, Sierra Miranda, III Region Atacama, Chile

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Mikrobielle Erzlaugung in industrieller Größe findet man bei Kupfergewinnungsverfahren in Chile, Peru und Australien. Bei diesen Verfahren wird Kupfer aus Mineralien, welche sekundäre Cu-Sulfide wie Covellin (CuS), Chalkosin (Cu2S) und Bornit (Cu5FeS4) enthalten, sowie aus dem Primärsulfid Chalcopyrit (CuFeS2, welcher auch mit Pyrit vermengt sein kann, extrahiert. Dabei entstehen Schwefelsäure und Kupfersulfat. Das Kupfer wird aus der Lösung durch Zementation gewonnen; d.h., die in der Lösung vorliegenden zweiwertigen Kupfer-Ionen (Cu2+) werden mit elementarem Eisen (Schrott) zu elementarem Kupfer reduziert, welches ausfällt; das Eisen geht in Form zweiwertiger Ionen in Lösung. Andere Basismetall-Sulfide, welche "erzgelaugt" werden können, sind Pentlandit (Ni,Fe)9S8, Millerit (NiS), Sphalerit (ZnS) und Galenit (PbS).


Literatur

  • Ehrlich,H.L., 1997; Microbes and metals. Appl. Microbiol. Biotechn. : 48, 687-692
  • Ehrlich, H.L., 2001; Past, present and future of biohydrometallurgy. Hydrometallurgy : 59, 127-134
  • Näveke, R., 1986; Bacterial leaching of ores and other materials; http://www.spaceship-earth.org/REM/Naeveke.htm
  • Neale,J., 2006; Bioleaching technology in minerals processing (Mintek Biotechn. Div., Randburg, South Africa)
  • Rawlings, D.E., 2004; Microbially assisted dissolution of minerals and its use in the mining industry. Pure Appl. Chem. :76, 4, 847-859
  • Taylor,J.H., 1943; The Leaching of Cupreous Pyrites and the Precipitation of Copper at Rio Tinto, Spain. Trans. Inst. Min. Met.: 52, 35-96
  • Watling, H.R., 2006; The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides - a review. Hydrometallurgy (in press)

Quellenangaben



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