Seltene Erden aus Gips 2017-11-03T13:38:41+00:00

Smart Rare Earth – Seltene Erden aus Gips

Mit dem richtigen Know-How  ist eine Gewinnung Seltener Erden aus Gipsen möglich. Die Gipse fallen bei der Phosphatdüngemittelproduktion als Abfallstoff an. Allerdings ist nicht jeder Gips, der aus der Düngemittelindustrie stammt, gleichermaßen für den Gewinnungsprozess geeignet. Verschiedene Faktoren müssen zusammentreffen, um die Seltenen Erden extrahieren zu können.

Ceritech hat sich im Bereich der Verarbeitung seltenerdenhaltiger Gipse eine herausragende Kompetenz erarbeitet. In den zurückliegenden Jahren haben wir weltweit zahlreiche Gips-Standorte besucht. Als Resultat dieser Arbeiten fand eine Vorauswahl wirtschaftlich interessanter Projekte statt. Unsere Wahl fiel auf Gipse in Litauen und verschiedenen Standorten in Brasilien.

An den untersuchten Standorten hat Ceritech eine umfassende Projektevaluierung und vor-Ort Beprobung. Durchgeführt. Dazu zählen auch mineralogisch-geochemische Untersuchungen. Durch die Untersuchungen kennen wir den Seltenerdengehalt der Gipse und es werden grundlegende technologische Parameter für die Aufbereitung erarbeitet.

Je nach Standort unterscheiden sich die Gipse. Nicht jeder Gips ist beispielsweise weiß. Die als Abfall anfallenden Gipse können unterschiedliche Farben und Partikelgrößen besitzen. Je nach Standort und Düngemittelfabrik unterscheiden sich die Gipse auch in ihrem Wassergehalt und den Begleitmineralen. Alle untersuchten Proben enthalten neben 95 bis 98% Gips weitere 2 bis 5% Nebenbestandteile und Verunreinigungen. Das bedeutet, dass es keinen standardisierten Seltenerden-Gewinnungsprozess für die Gipse geben kann. Je nach Standort ist ein anderes Prozessdesign notwendig.

test test

Exkurs in die faszinierende und vielfältige Welt der Gipse

Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Gipses aus Osteuropa. Die Gipskristalle sind an der lattenartigen Form gut erkennbar. Dieser Gips ist durch seine relativ langen und großen Gipskristalle charakterisiert. Obwohl die einzelnen Kristalle im Bild recht groß erscheinen, hat der tatsächliche Gips eine eher feine bis pudrige Konsistenz. Mit dem bloßen Auge sind die Kristalle nicht erkennbar.
Detailaufnahme eines Gipses, der neben den typischen lattenartigen Gipskristallen auch andere Begleitminerale zeigt. Dabei kann es sich um Schwerspat, Flussspat, Ilmenit oder auch Quartz handeln. Durch ihre unterschiedlichen physikalischen Merkmale können diese mikroskopisch kleinen Bestandteile an- oder abgereichert werden.
Detailaufnahme des links gezeigten Gipses. Die gut ausgebildeten Gipskristalle sind ein Resultat von Kristallisationsprozessen während der Düngemittel- bzw. Phosphorsäureproduktion. Gut erkennbar ist, dass der Gips nur sehr wenige weitere  Begleitminerale aufweist. Aufgabe für Ceritech ist es, diese Begleitminerale zu identifizieren und in unseren Prozess einzubeziehen.
Aufnahme eines Gipses aus dem südlichen Afrika. Auch hier handelt es sich, wie bei allen anderen Gipsen auch um Wasser gesättigte Modifikationen. Dennoch zeigt sich hier ein von anderen Proben abweichendes Kristallwachstum. Je nach Ausbildung der Gipskristalle und deren Größe verhält sich das Material bei der Seltenerdengewinnung unterschiedlich.
Diese Gipsprobe stammt aus Brasilien. Auch hier sind Kristallform und Größe unterschiedlich im Vergleich zu anderen Standorten. In jedem Fall müssen Aufbereitungsprozesse an das jeweilige Material angepasst werden. Von jedem Standort werden mehrere und vor allem auch zeitlich verschiedene Proben untersucht, um Gesetzmäßigkeiten erkennen zu können.

Wie kommen die Seltenen Erden in den Gips?

Die Herstellung der Phosphordüngemittel geschieht nach einem recht einfachen Prinzip. Grundlage ist ein Phosphaterz, das vom Düngemittelhersteller in einem Tagebau gewonnen wird. Dieses Phosphaterz enthält schon bei seiner Förderung die begehrten Seltenen Erden. Um die Düngemittel herstellen zu können wird das Phosphaterz mit Schwefelsäure umgesetzt. Die Seltenen Erden durchlaufen diesen Prozess weitestgehend unbeschadet. Bei der Umsetzung des Phosphaterzes mit der Schwefelsäure fällt als Abfallprodukt in großen Mengen Gips an. In diesem Gips finden sich dann die Seltenen Erden wieder.

Der Gips kristallisiert bei der Düngemittelherstellung sehr fein aus und wird innerhalb der Düngerproduktion gefiltert, gewaschen und anschließend aufgehaldet oder als Bodenverbesserer an die Landwirtschaft abgegeben.

Die Verarbeitung des Gips zu einem Seltenerden-Konzentrat

Die Seltenen Erden sind innerhalb des Gipsgemenges vornehmlich an ein bestimmtes Mineral gebunden und gelangten schon mit dem primären Phosphaterz in die Schwefelsäurelaugung für die Herstellung der Düngemittel. Die Laugung können die Seltenerdminerale jedoch recht gut überstehen, durchlaufen den Düngemittelprozess und sind danach im Gips wiederzufinden.

Die Gipse aus der Düngemittelproduktion werden dann durch den von Ceritech erarbeiteten Prozess weiterverarbeitet. Aus dem Rohgips  wird dadurch ein seltenerdenhaltiges Vorkonzentrat. Da die Seltenen Erden nur einen Bruchteil der Gesamtmasse des Gipses betragen, wird auch nur ein vergleichsweise geringer Massenteil dem Gips entzogen. Wir gehen in diesem Prozess dabei so vor, dass der Gips nach dem Durchlauf durch unsere Anlagen die gleichen Eigenschaften wie zuvor hat. Er ist  ungiftig und kann, wie bislang auch, in der Landwirtschaft als Bodenverbesserer untergepflügt werden.

Dieses Vorkonzentrat kann man dann mit herkömmlichen Techniken weiterverarbeiten. In einem ersten Schritt wird es mit Schwefelsäure gelaugt. Noch vorhandene Gipsverunreinigungen sind unkritisch, da der Gips während der Säurelaugung nicht stört. Die Seltenen Erden, die sich dann in dieser Lauge in Lösung befinden, können durch etablierte chemische Prozesse sehr rein abgeschieden werden. Dadurch ist uns die Herstellung eines Seltenerdenmischkonzentrats gelungen, das bereits eine Reinheit von 99,44 % aufweist.

Der Mikrokosmos der Seltenerden-Gipskonzentrate

Diese elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt eine Konzentratzwischenstufe, die zahlreiche sehr schön kristallisierte Flourite enthält. Die Flourite sind mit bloßem Auge nicht erkennbar.
Konzentrat aus einen Vorversuch mit Baryt und anderen Mineralen die sich im Konzentrat angereichert haben. Im Vergleich zum Ausgangsmaterial wurde der Gips abgereichert.
Detailaufnahme eines weiteren Konzentrats. Durch verschiedene Arbeitsschritte reichern sich auch hier verschiedene Minerale an. Gips tritt hingegen quantitativ zurück.
Detailaufnahme einer frühen Versuchsreihe. Es wurden verschiedene Methoden der Konzentratherstellung getestet.
Detaillierte Nahaufnahme verschiedener Minerale im Konzentrat. Neben Gips treten Baryt, Ilmenit und auch Quarz auf.