Reduktives Bioprocessing zur Kobalt- und Nickel-Gewinnung aus Lateriten in Brasilien

Kobalt (Co) wird von der EU als kritischer Rohstoff (CRM) angesehen, da es bei der Batterieproduktion insbesondere für Elektrofahrzeuge derzeit unverzichtbar ist. Für den Industriestandort Deutschland wird in naher Zukunft eine hohe Kobalt-Nachfrage prognostiziert und das Land ist zu 100% von Importen abhängig. Ebenso ist Nickel (Ni) ein für die Batterieproduktion erforderlicher Rohstoff, bei dem eine steigende Nachfrage zu erwarten ist. Derzeit werden 65% des europäischen Kobalt-Bedarfs durch Importe aus geopolitisch instabilen Ländern wie der Demokratischen Republik Kongo, Sambia oder der Zentralafrikanischen Republik gedeckt. Vielversprechende Kobaltquellen sind lateritische Nickelvorkommen. Weltweit werden mehrere Nickel-Laterite auf Kobalt untersucht, und einige von ihnen produzieren bereits Kobalt als Nebenprodukt. Auch Brasilien als wichtiger Nickelproduzent verfügt über eine Vielzahl an Lateritvorkommen. Das Länderrisiko und das Versorgungsrisiko für Rohstoffe aus Brasilien wird als vergleichsweise gering eingeschätzt.

Entwicklung eines Verfahrens zur Kobalt- und Nickelextraktion aus Lateriten auf Basis reduktiver Biolaugung

Zur Extraktion von Metallen aus oxidierten, limonitischen Lateriterzen wird das Verfahren zur reduktive Biolaugung auf der Grundlage des Ferredox-Konzepts unter Verwendung chemolithotropher, acidophiler Bakterien (Acidithiobacillus) entwickelt. Im Labormaßstab wurden die Prozesse bereits getestet, es ist jedoch eine Optimierung und ein Upscaling erforderlich, welche die Hauptaktivität in diesem Projekt darstellen.

Die vorgeschlagene reduktive Bioleaching-Technologie zur Aufbereitung von Lateriterzen hat ein hohes Nachhaltigkeitspotential und ist eine radikale Abkehr von den etablierten Hochtemperatur-technologien für Lateriterze und ermöglicht den Einsatz von wesentlich weniger komplexen Reaktoren bei gleichzeitiger Reduzierung der Kapital- und Betriebskosten bei weitaus geringerem Energie- und Chemikalienverbrauch.

Die Kernkomponenten des vorgeschlagenen reduktiven Bioleaching-Verfahrens sind folgende:

• Chemische und mineralogische Charakterisierung der Proben, wobei definiert wird, ob die Co- und Ni-Träger überwiegend oxydisch (Goethit-dominant) oder saprolitisch (Silikat-dominant) vorliegen, da dies für die Auswahl der idealen Mikroorganismen relevant ist.
• Bakteriell vermittelte schwefel- und säureverbrauchende reduktive Laugung von Limonit, bei der das Eisen(III) im aufgegebenen Erz als Elektronenakzeptor bei der Oxidation von elementarem Schwefel verwendet wird. Dieser Schritt erzeugt eine auf Eisen basierende Pregnant Leach Solution (PLS), die Ni und zugehörige Nebenprodukte (hauptsächlich Co) enthält.
• Rückgewinnung von Wertmetallen aus der eisenhaltigen PLS.
• Eisenoxidation kombiniert mit Eisenausfällung als Jarosit oder Schwertmannit. Während dieses Verfahrensschritts wird das gesamte bzw. das meiste anfallende Eisen(II) in eine lösliche Eisen(III)sulfatlösung und ein Eisen(III)oxysulfat-Präzipitat umgewandelt. Somit kann Eisen ohne Zu-gabe eines Neutralisationsmittels abgetrennt werden, was bedeutet, dass der größte Teil der Schwefelsäure regeneriert werden kann.
• Ein Schritt zur reduktiven Säureerzeugung, bei dem lösliches Eisen(III) wieder reduziert wird, was zu einer Eisen(II) haltigen sauren Lösung führt, die erneut in dem reduktiven Laugungsprozesses eingesetzt werden kann.

Die umfangreichen Entwicklungsarbeiten kombinieren innovatives Bioleaching mit effizienten Metallrückgewinnungstechniken. Die einzelnen Prozessschritte müssen durch zahlreiche gezielte Laborversuche getestet und optimiert werden.

Wirtschafts-, Umwelt- und Nachhaltigkeitsbewertung mit Partnern in Brasilien

Im Projekt erfolgt die Integration der Prozessschritte verbunden mit einem Transfer und Upscaling sowie einer Wirtschafts-, Umwelt- und Nachhaltigkeitsbewertung in Kooperation mit den brasilianischen Partnern. BioProLat zielt darauf ab, die wirtschaftlichen Auswirkungen des bio-hydrometallurgischen Prozesses auf die Metallgewinnung aus Lateriten zu bewerten und zu vergleichen. Des Weiteren hat BioProLat zum Ziel, die Ressourceneffizienz zu verbessern unter Berücksichtigung von wirtschaftlicher, sozialer und ökologischer Nachhaltigkeit, öffentlicher Akzeptanz und Übertragbarkeit auf eine Aufbereitung von Lateriten weltweit.