Das Projekt "Teilvorhaben 5: Metallophore" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von B.R.A.I.N. Biotechnology Research and Information Network AG durchgeführt. Vorhabensziel: Ziel des Projektvorhabens ist es, die Eignung biologischer Komplexbildner (Metallophore) zur selektiven Abtrennung von Metallen aus komplexen (Bio)Laugen zu untersuchen. Darüber hinaus soll ein Laborverfahren zur Metallophor-basierten Separation von in Lösung vorliegenden Metallen entwickelt werden. In einem ersten Arbeitsschritt soll das BRAIN BioArchiv nach Metallophor-produzierenden Mikroorganismen durchmustert werden. Mittels der dabei identifizierten Mikroorganismen sollen erste Testchargen an Metallophoren produziert und ggf. aufgereinigt werden. Die Testchargen dienen dann der strukturellen und funktionellen Charakterisierung der enthaltenen bioaktiven Substanzen. Hierbei werden analytische Methoden wie IEF, HPLC-MS, NMR und ICP-MS angewendet. Um die Produktivität der identifizierten Metallophor-bildenden Mikroorganismen zu erhöhen, wird sowohl eine gerichtete als auch eine ungerichtete Stammoptimierung durchgeführt. Mit Hilfe der so optimierten Organismen soll dann eine ausreichende Menge an Metallophoren zur Verfahrensentwicklung hergestellt werden. Ziel ist es, ein Laborverfahren im 100-500 ml Maßstab zu etablieren und damit einen POC für die Bio-Solventextraktion zu erbringen.
Das Projekt "Teilvorhaben 6: Marktanalyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Nickelhütte Aue GmbH durchgeführt. Von den Projektpartnern werden konzentrierte Salzlösungen oder Fällverbindungen der relevanten Rohstoffe erzeugt. Unter dem Hintergrund der langen Erfahrungen mit der hydrometallurgischen Herstellung von Nichteisenmetall - Chemikalien (z.B. Co- und Cu- Salzen) wird eine Markteinschätzung durchgeführt. In deren Ergebnis sollen die Eigenschaften vermarktbarer Chemikalien, Verbindungen oder Metalle ermittelt und Anforderungen für die Arbeiten der Projektpartner aufgezeigt und erörtert werden. Weiter sollen ggf. noch nötige verfahrenstechnische Schritte zur Erreichung dieses Zieles recherchiert und vorgeschlagen werden Die Nickelhütte Aue GmbH führt eine Markteinschätzung der in den von den Projektpartnern erzeugten Salzlösungen vorhandenen Wertstoffe durch. In deren Ergebnis werden Zielprodukte festgelegt und dazu eventuell notwendige zusätzliche Verfahrensschritte vorgeschlagen.
Das Projekt "Teilvorhaben 7: Nachhaltigkeitsaspekte und Akzeptanzfragen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Adelphi Research gemeinnützige GmbH durchgeführt. Das Teilvorhaben dient der Bewertung ausgewählter Nachhaltigkeitsaspekte und Akzeptanzfragen der Rohstoffgewinnung aus Theisenschlamm durch den Einsatz von Bioleaching. Vorgehen: Schritt 1: Auswahl eines Nachhaltigkeitsindikatorensets und vergleichende Analyse der Umwelt- und Sozialauswirkungen durch die Sekundärgewinnung ausgewählter Rohstoffe aus Theisenschlamm und die konventionelle Primärgewinnung der Rohstoffe. Schritt 2: Untersuchung von Akzeptanzfragen der Rohstoffgewinng aus Theisenschlamm durch den Einsatz von Bioleaching. Lokaler und nationaler Partizipationsprozess und Workshops. Schritt 3: Vergleichende Auswertung.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Solventextraktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf e.V., Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Auswahl und Erprobung von Extraktions-chemikalien zur Anreicherung ressourcenkritischer Metalle wie Re, Co, Mo oder Ge aus biometallurgisch erzeugten Lösungen. Die technische und ökonomische Herausforderung liegt in der Entwicklung von hochselektiven, verlustarmen Prozessen zur Anreicherung von niedrig konzentrierten Wertstoffgehalten bei hohen Gehalten der die Extraktion störenden Metalle Zn, Pb und Cu. Die organischen Extraktionschemikalien bzw. Chemikalien-gemische werden an synthetisch erzeugten Metalllösungen erprobt und in einem nächsten Meilenstein auf technische Lösungen mit komplexer chemischer Zusammensetzung übertragen. Im Anschluss werden die gewonnenen Erkenntnisse auf eine mehrstufige Mixer-Settler-Anlage im Labormaßstab übertragen und optimiert, um detaillierte Informationen für ökonomische Betrachtungen zu erhalten. Das Arbeitsvorhaben umfasst in der ersten Projektphase eine systematische Erprobung von Extraktionschemikalien bzw. Chemikaliengemische in Schütteltrichterversuchen mit synthetisch erzeugten Lösungen. Wichtige Auswahlkriterien sind die Löslichkeit und Viskosität der organischen Phase, sowie die Selektivität und Ausbeute der abzutrennenden Metalle. In Zusammenarbeit mit der Abteilung Mikro-biologie werden Forderungen an die mikrobiologisch erzeugten Lösungen erstellt. Die gewonnenen Ergebnisse werden in der zweiten Projektphase auf biometallurgisch aus Theisenschlamm erzeugte Lösungen übertragen und validiert. Die Austauschkinetik ausgewählter Systeme wird untersucht und der Einfluss von eingebrachten organischen Verbindungen auf die Extraktion geprüft. In der dritten Projektphase sind die Ergebnisse der ersten zwei Meilensteine auf eine mehrstufige Mixer-Settler-Anlage zu übertragen. Die erzeugten Konzentrate werden an die Nickelhütte Aue geliefert, um deren Verarbeitbarkeit zu prüfen. Ausgehend von den Ergebnissen erfolgt eine ökonomische Vorbetrachtung der Extraktion.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Metallsorption und Gewinnung refraktärer Metalle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH durchgeführt. Ziel dieses Verbundprojektes ist die praxisreife Entwicklung eines Verfahrens zur Gewinnung von wirtschaftsstrategischen Spurenelementen aus der komplexen Matrix des Theisenschlamms mit einem energieeffizienten, umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Verfahren. Dabei sollen insbesondere Bioleaching und mineralselektive Laugung als Aufschlussverfahren eingesetzt werden. Mit elementspezifischen Verfahren, insbesondere Membrantrennung, Ionenaustausch an Eisenverbindungen, Anreicherung mit Metallophoren und Solventextraktion sollen die komplex zusammengesetzten Aufschlusslösungen verarbeitet und die enthaltenen Wertstoffe gewonnen werden. Im Theisenschlamm tritt eine Reihe von Anionen bildenden Metallen (Re, Ge, Sb, Mo, V, Se) auf. Diese können nach der Mobilisierung aus der Laugungslösung in die Struktur von Eisenhydroxyverbindungen, eingebunden und so ausgefällt werden. Insbesondere für Rhenium, das im Theisenschlamm signifikant angereichert ist, soll ein solcher Prozess erprobt werden. Durch geeignete Desorptionsmittel werden die Wertkomponenten von den Eisenverbindungen gelöst und durch fraktionierte Fällungsprozesse gewonnen. Im Theisenschlamm finden sich die Elemente Pb, Sn und Ag, die einen signifikanten Anteil am Wertstoffinhalt ausmachen, jedoch erfahrungsgemäß nur schwer biologisch laugbar sind. Insbesondere Ag hat jedoch wesentliche Bedeutung für die Rentabilität des Gesamtprozesses. Daher sollen diese Elemente durch geeignete chemische Laugungsverfahren mobilisiert und anschließend durch fraktionierte Fällung aus der erhaltenen Lösung in Form von Konzentraten gewonnen werden. Bei der Gewinnung der Wertkomponenten fallen einerseits feste Laugungsrückstände und andererseits Produkte mit Schadkomponenten an. Dies betrifft ins-besondere die Elemente As, Cd und Hg. Für all diese Materialien werden Möglichkeiten zu Verwertung oder zur Immobilisierung für eine nachhaltig umweltgerechte Entsorgung untersucht.
Das Projekt "Geochemische und ökotoxikologische Charakterisierung von kontaminierten Feststoffen und ihren Feinkornanteilen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Arbeitsbereich 1-03 Umweltschutztechnik durchgeführt. Im Rahmen dieses Projektes sollen mittels eines fächerübergreifenden Analyseneinsatzes das Schadstoffpotential kontaminierter Reststoffe und Sedimente charakterisiert werden. Als Schadstoffquelle dienen Theisenschlämme, die als Abraummaterial bei der Kupfergewinnung aus Kupferschiefer in großen Mengen anfallen. Aus diesen Deponien im Mansfelder Land werden durch Witterungseinflüsse große Mengen an Schwermetallen und PAK's in die umliegenden Gewässer verfrachtet und dann in unterschiedlichem Maße an den Sedimenten fixiert. Da die Sorptionseigenschaften von Feststoffen eng mit den Stoffeigenschaften einzelner Schadstoffe verzahnt sind, müssen in einer ersten Phase geochemische Grunddaten erstellt werden. In einem zweiten Schritt werden die Anreicherungen von organischen Schadstoffen untersucht. Neben einer möglichst umfassenden Gesamtanalyse werden einzelne Korngrößenfraktionen sowohl chemisch als auch physikalisch abgetrennt, dann chemisch, geochemisch und toxikologisch analysiert. Dabei stehen die feinstkörnigen Partikel im Mittelpunkt des Interesses. Das Ziel ist eine Identifikation der umweltgefährlichen Fraktionen und Stoffe. Das Projekt soll die Frage beantworten, ob durch geochemische und ökotoxikologische Methodenkombinationen eine generelle Schlussfolgerung auf die Reaktivität der kontaminierten Feststoffe möglich ist. Dies wäre die Grundlage für eine Voraussage des Umweltverhaltens der Schadstoffe, die für eine mögliche Sanierung genutzt werden kann.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Projektkoordination, Elementspeziation und mikrobiologische Detailuntersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Analytik durchgeführt. Ziel des Projektverbundes ist die praxisreife Entwicklung eines Verfahrens zur Gewinnung von wirtschaftsstrategischen Spurenelementen. Diese sollen am Beispiel des Theisenschlamms neben den ebenfalls zu verwertenden Hauptmetallen mittels mineralspezifischem Bioleaching und elementspezifischer Anreicherung gewonnen werden. Dabei stellen sowohl die Vielzahl zu betrachtender Elemente, die großen Konzentrationsunterschiede und die komplexe Matrix eine wissenschaftliche Herausforderung dar. Dies gewährleistet jedoch, dass die gewonnenen Erkenntnisse eine allgemeine Gültigkeit besitzen und zur Aufbereitung ähnlicher sulfidischer Materialien mit voraussichtlich geringerer Komplexität genutzt werden können. Ziel dieses Verbundprojektes ist die Gewinnung aller Wertelemente aus der komplexen Matrix des Theisenschlamms mit einem energieeffizienten, umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Verfahren. Zur Erreichung des Ziels sind in dem Verbund die interdisziplinären Expertisen von 3 Forschungseinrichtungen, einer Universität und 3 Firmen gebündelt worden. Die Teilprojekte am UFZ umfassen die Projektkoordination, die Probennahme des Theisenschlammes und dessen Charakterisierung und 2 Arbeitspakete, die sich mit der Entwicklung von Methoden zur Analyse der relevanten Metallspezies zur Optimierung der Verfahrensschritte und mit mikrobiologischen Detailuntersuchungen beschäftigen. Diese Detailuntersuchungen umfassen zum Beispiel die Identifizierung der Sulfid-Minerale lösende Mikroorganismen im Biofilm oder die Bestimmung des bakterielle Metabolismuses anhand der Aufnahmeraten von C, N, S, und P als Maß für Wachstum und metabolische Aktivität.
Das Projekt "Teilvorhaben 4: Selektive mikrobielle Laugung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Biowissenschaften durchgeführt. Ziel ist die Gewinnung aller Wertelemente aus der komplexen Matrix des Theisenschlamms mit einem energieeffizienten, umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Verfahren. Unter den Aspekten eines geringen Energieverbrauches und Chemikalieneinsatzes bietet sich das Bioleaching als Aufschlussverfahren an, wobei hochkomplexe Laugungslösungen erzeugt werden. Dies stellt für die elementspezifischen Verfahren der Trennung, Konzentration und Reinigung eine Herausforderung dar. Für die innovative Verfahrensentwicklung sollen komplementär die Membrantrennung, Ionenaustausch an Schwertmannit, Anreicherung mit Metallophoren und die Solventextraktion genutzt werden. Mineral-spezifische Biolaugung (Mikrobiologie): Mit definierten Kulturen wird die Theisenschlamm-Laugung zur selektiven Abtrennung von Metallen im Bioreaktor etabliert. Durch stufenweise Prozessführung sollen die Wertmetalle nacheinander unabhängig von ihrem quantitativen Vorkommen in Lösung gebracht werden. Selektivität bei Konzentrierung/Membrantrennung (ITUN): Durch den Einsatz von Membranverfahren soll eine selektive Abtrennung bzw. Aufkonzentrierung unter der Beachtung der um Größenordnungen höher konzentrierten Begleitelemente erfolgen. Zur Ermittlung der Abtrenncharakteristik der Membranmaterialien sollen zunächst Screenings durchgeführt werden. In den darauffolgenden Schritten werden u.a. Chelatbildner integriert. Es werden Möglichkeiten zum Up-Scaling abgeleitet. Charakterisierung der Organik (IAC): Die Analysen der organischen Bestandteile im Theisenschlamm zur Beurteilung eventueller Risiken und zur Verfolgung ihres Verbleibs während des Prozesses setzen die Entwicklung geeigneter Probenvorbereitungsschritte voraus, die zu optimieren sind. Identifizierungen organischer Verbindungen sind anschließend mit Hilfe ein- und zweidimensionaler Gaschromatographie und ultra-hochaufgelöster Massenspektrometrie zu untersuchen und es sind ausgewählte Verbindungen zu quantifizieren.
Das Projekt "Schwermetallmobilisierung und -migration in komplexen Haldenkoerpern am Beispiel des Verhuettungsstandortes Helbra, Mansfelder Revier" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Fachbereich 09, Institut für Angewandte Geowissenschaften I, Fachgebiet Lagerstättenforschung durchgeführt. Die Halden des Kupferschieferbergbaues im Mansfelder Revier sind durch die Verkippung unterschiedlichster Abfallstoffe des Foerderund Huettenbetriebes (u.a. Theisenschlamm) charakterisiert. Durch Verwitterung setzen die an der Oberflaeche instabilen Erzminerale und Verhuettungsprodukte unterschiedliche Schwermetalle in toxischen Konzentrationen frei. Die Untersuchungen konzentrieren sich zunaechst auf die Haldeninventarisierung der potentiellen Schadstofftraeger: mineralogische Charakterisierung von Erzen, Ausschlaegen und Bergematerial ueber polarisationsmikroskopische, roentgenographische und elektronenmikroskopische Untersuchungsmethoden. Ein RFA-Screening liefert die chemischen Konzentrationen von Hauptkomponenten und potentiell toxischen Schwermetallen. Ueber Lysimeterexperimente im Gelaende wird das elementspezifische natuerliche Eluationspotential an Kupferschiefererzen, Schlacken und Bergen bestimmt und mit den mineralogischen Daten sowie der Schwermetallverteilung in angrenzenden Bodenprofilen und in der Vorflut zur Charakterisierung der Migrationspfade verknuepft. Erhoehte Schwermetallfreisetzungen konnten nur aus Theisenschlamm nachgewiesen werden, wobei etwa gleichhohen Konzentrationen von Pb und Zn (ca. 10 Gew. Prozent) nur hohe Zn-Belastungen in den Eluaten (ca. 6.000 mg/l) gegenueberstehen waehrend Pb in mineralischer Phase fixiert bleibt und im Eluat kaum vertreten ist (ca. 6,0 mg/l); Grund dieses unterschiedlichen Mobilisierungsverhaltens ist aus den jeweiligen Eh-pH-Phasendiagrammen erklaerbar.
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