Theisenschlamm: Aus dem Staub der Kupferverhüttung kehren wertvolle Metalle zurück

Zahlreiche wichtige und seltene Metalle birgt der so genannte Theisenschlamm – Restmaterial aus früherer Kupferverhüttung. Einst achtlos entsorgt, erhält der Verarbeitungsrückstand im 21. Jahrhundert neue Bedeutung. Er wird zum Rohstoff-Lieferanten für den Hightech-Standort Deutschland. Mit innovativen Laugungsverfahren gewinnt der Projektverbund „Theisenschlamm“ die Wertstoffe aus dem Bergbau zurück. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrate­gischer Rohstoffe“ gefördert. „r4“ sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft.

Breite Palette an Rohstoffen

Einst wurde in der Region Kupferschiefer abgebaut – und der unbrauchbare Rest entsorgt. Die Deponie „Teich 10“ in Helbra in Sachsen-Anhalt enthält diese Reste der Kupferverhüttung aus den Jahren 1978 bis 1990, bis zur Still­legung des Unternehmens. Im Gemisch des so genannten Theisenschlamms, zu dem der Abfallstaub inzwischen wurde, schlummern wertvolle Ressourcen. Neben hohen Gehalten an Zink, Zinn, Blei und Kupfer enthält dieses Material zahlreiche wirtschaftsstrategische Rohstoffe wie Molybdän, Rhenium, Kobalt, Germanium und Antimon.

Die Einsatz-Palette der Rohstoffe ist breit: Molybdän, Kobalt und Rhenium sind Bestandteile verschiedener Legierungen und von Katalysatoren. Germanium ist ein Allrounder für Glasfasertechnik, Infrarotoptik und PET-Kunststoffe. Antimon verstärkt halogenhaltige Flammschutzmittel in Kunststoffen und härtet Bleikomponenten von Starterbatterien. Ein vielseitiger Schatz lagert also in Sachsen-Anhalt, den das gleichnamige Projektteam von „Theisenschlamm“ gewinnen will.

Denn in den geschätzten 250.000 Tonnen Theisenschlamm werden allein zehn Tonnen Rhenium vermutet. Das entspricht einem Rohstoffwert von rund 25 Millionen Euro. Mit dieser Menge kann der Bedarf für Speziallegierungen, eingesetzt beim Turbinenbau, oder als Katalysator über einen längeren Zeitraum gedeckt werden.

Verschiedene Rohstoffe in Theisenschlamm

Theisenschlamm enthält zahlreiche wirtschaftsstrategische Rohstoffe.

Birgit Daus, UFZ

Mikroorganismen im Einsatz

Die sieben Projektpartner aus Wissenschaft und Wirtschaft setzen für das Rückgewinnen der Rohstoffe zunächst auf ein spezielles biotechnologisches Verfahren. Mit Hilfe von Mikroorganismen sollen die Metalle aus dem Theisenschlamm gelöst werden. Anschließend kommen verschiedene spezifische Anreicherungsverfahren zum Einsatz, die auf die jeweiligen Elemente abgestimmt sind. Diese Aufarbeitung ist kein leichtes Vorhaben, denn die unterschiedlichsten Elemente liegen auch in unterschiedlichen Konzentrationen vor – gut vermischt und verborgen mit weiteren Bestandteilen des Theisenschlamms. Eine weitere Herausforderung besteht in den hohen Anteilen an organischen Stoffen, die aus dem ursprünglichen Erz, dem Kupferschiefer stammen oder bei der Verarbeitung gebildet wurden. Bis zu zehn Prozent beträgt ihr Anteil, der ebenfalls entfernt werden muss, sollen die Rohstoffe verwertbar sein.

Team aus Spezialisten

Für die Innovation eines praxisreifen Verfahrens vereint das interdisziplinäre Projektteam ganz unterschiedliche Expertisen: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung, Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf und Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie und TU Bergakademie Freiberg übernehmen den wissenschaftlichen Teil; die Firmen „G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH“, „BRAIN AG“ und „Nickelhütte Aue GmbH“ dazu auch die wirtschaftliche Analyse und Verwertung und die Denk­fabrik „adelphi research gGmbH“ Strategie und Akzeptanz-Beurteilung.

Bioreaktor

Bioreaktor zum Leaching des Theisenschlamms.

Cindy Klink, TU Bergakademie Freiberg