DE19613746A1 - Verfahren zur Auftrennung sulfidhaltiger Restprodukte des Bergbaus und der Metallverarbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auftrennung sulfidhaltiger Restprodukte des Bergbaus und der Metallerzeugung, insbesondere von Restprodukten der Buntmetallverhüttung, sowie die Verwendung von Wasserstoffperoxid.

Restprodukte der praktizierten Buntmetallverhüttung, insbesondere der Kupferschieferverhüttung, stellen aufgrund der hohen Gehalte an Schwermetallen, toxischen organischen Komponenten und Radionukliden ein erhebliches Umweltrisiko dar. Beispielhaft sei hier der sogenannte Theisenschlamm genannt, der ein Restprodukt der Mansfelder Kupferschieferverhüttung im Land Sachsen-Anhalt ist. Ähnliche Rückstände der Buntmetallerzeugung kommen auch an anderen Standorten im In- und Ausland vor.

Dieser Theisenschlamm ist ein feinkörniges Gemenge und besteht im wesentlichen aus Sulfiden und Sulfaten der Metalle Kupfer, Blei und Zink, wobei die Zinkphasen überwiegen. Mittlere Gehalte dieser Metalle liegen bei ca. 1,2% für Kupfer, 14% für Blei und 18% für Zink.

Gängige Technologien zur Metallgewinnung erwiesen sich auf dieses Material nicht anwendbar (Leipner et al, Technisch-wissenschaftliche Betrachtungen zur Verarbeitung von Mansfelder Theissenschlamm (Flugstaub) - Erzmetall 44/11: 560-565; Weinheim (1991); Lorenz et al, Theisenschlämme im Mansfelder Revier, Verwertung oder Deponie? - Ein Konzept zur Verwertung, Metall 46/9: 955-957; Frankfurt/Main (1992)).

Die Aufgabe der Erfindung bestand deshalb darin, ein alternatives, kostengünstiges Verfahren zur Auftrennung sulfid- und schwermetallhaltiger Restprodukte des Bergbaus und der Metallerzeugung, insbesondere der Buntmetallverhüttung, zu entwickeln, das es gestattet, die Metalle so zu separieren, daß die entstehenden Produkte als Ausgangsmaterial für eine Metallerzeugung genutzt werden können und die Radioaktivität in einer festen Phase zu konzentrieren.

Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe überraschend einfach durch Umsetzung mit Wasserstoffperoxid gelöst werden kann, indem den Restprodukten Wasserstoffperoxid zugemischt wird.

Das Verfahren ist zur Auftrennung von Restprodukten der Kupferschieferverhüttung sehr gut geeignet, ganz besonders bevorzugt kann das erfindungsgemäße Verfahren für die Trennung der Inhaltsstoffe des Theisenschlammes eingesetzt werden.

Theisenschlamm ist, wie durch Untersuchungen zur Morphologie und Struktur seiner Sulfide gezeigt werden konnte, eine Mischung aus primären Mineralphasen des Erzes und sekundären Prozeßprodukten. Er stellt ein "feste Lösung" aus Partikeln mit einer mittleren Korngröße von 1,25 µm dar, wobei diese Partikel selbst Aggregate von noch kleineren Partikeln sind (< 1 µm).

Erfindungsgemäß wird Wasserstoffperoxid direkt dem feuchten Theisenschlamm zugemischt, wobei eine exotherme Reaktion stattfindet. Die Temperaturen steigen auf bis zu ca. 97°C. Dabei erfolgt zunächst die Oxidation der organischen Komponenten. Nach Abschluß der Reaktion liegen eine feste und eine Flüssigphase vor. Es wird eine nahezu vollständige Trennung des Zinks vom Blei erreicht, wobei die Bleisulfide in schwerlösliches Bleisulfat umgewandelt werden, und das Zink in Form hydratisierter Sulfate in Lösung verbleibt. Die radioaktiven Substanzen folgen dem Blei und sind ebenfalls in der festen Phase konzentriert.

Tabelle 1 ist die Verteilung der einzelnen Elemente in Gew.% zwischen fester und flüssiger Phase nach der Oxidation von Theisenschlamm zu entnehmen (links=feste Phase, rechts=flüssige Phase).

Um das Verfahren effizienter zu gestalten, ist es vorteilhaft, das Ausgangsmaterial (die Restprodukte) mechanisch vorzubehandeln. Erfindungsgemäß kann es vermahlen werden, um die Korngrößen zu reduzieren und neue Oberflächen zu schaffen. Dies hat den Vorteil, daß die Reaktion insgesamt schneller abläuft.

Darüber hinaus kann das Ausgangsmaterial vor der mechanischen Behandlung bei einer Temperatur von bis zu 70°C getrocknet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß umweltgefährdende Restprodukte des Bergbaus oder der Metallerzeugung einfach und kostengünstig aufbereitet werden können.

Insbesondere betrifft das den Theissenschlamm. Das entstandene Bleisulfat kann in weiteren Prozessen zur Metallerzeugung eingesetzt werden. Dasselbe gilt für das entstandene Zinksulfat. Darüber hinaus wird eine Gewinnung der im Theisenschlamm enthaltenen Spurenelemente, insbesondere Rhenium ermöglicht.

Die Behandlung mit Wasserstoffperoxid führt daneben zu erheblichen Verringerungen der Konzentrationen der organischen Komponenten. Insbesondere PAK′s und Biphenyle wurden so verändert, daß die entsprechenden B-Werte der "Hollandliste" in den Produkten nicht mehr überschritten werden.

Gegenstand der Erfindung ist deshalb auch die Verwendung von Wasserstoffperoxid zur Auftrennung sulfidhaltiger Restprodukte des Bergbaus und der Metallverarbeitung.

Nachfolgend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne sie darauf einzuschränken.

Beispiel 1

37 g (30 g Trockensubstanz) einer Mischprobe bergfeuchten Theisenschlammes (Deponie Helbra, Deutschland) werden mit 300 ml destilliertem Wasser gemischt und mechanisch aufbereitet (Laborkugelmühle, Stahlkugeln, 350 Upm 1 Std. Mahlzeit). Danach werden die Feststoffe durch Zentrifugieren abgetrennt (Restwasser enthält im wesentlichen Alkalien, Erdalkalien, Sulfat). Es folgt eine Trocknung bei 65°C.

5 g Material des oben erhaltenen Materials werden mit 350 ml Wasserstoffperoxid (30% Vol.) gemischt und stetig gerührt. Die exotherme Reaktion erreicht ihren Höhepunkt in 90 Min. (97°C). Nach Abklingen der Reaktion und Sedimentation des Feststoffes wird der Feststoff abfiltriert (Gewichtsverlust 40% Restflüssigphase 280 ml).

Claims (6)

1. Verfahren zur Auftrennung von sulfidhaltigen Rest­ produkten des Bergbaus und der Metallverarbeitung, die Schwermetalle enthalten, durch Zumischung von Wasserstoffperoxid bis zum Entstehen einer festen und einer Flüssigphase.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Restprodukte mechanisch vorbehandelt, vorzugs­ weise zermahlen, werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Restprodukte vor der mechanischen Behandlung bei einer Temperatur bis zu 70°C getrocknet werden.

4. Verwendung von Wasserstoffperoxid zur Auftrennung sulfidhaltiger Restprodukte des Bergbaus und der Metallverarbeitung.

5. Verwendung nach Anspruch 4 zur Auftrennung von Restprodukten der Buntmetallverhüttung.

6. Verwendung nach Anspruch 4 oder 5 zur Auftrennung von Theisenschlamm.