Die metallurgische Verarbeitung von Manganknollen nach dem „Zero-Waste-Konzept“

Zur Wertschöpfung beim Abbau mariner mineralischer Rohstoffe gehören neben der Gewinnung und dem Transport des Rohstoffs vom Meeresboden auch die Extraktion der Metalle und die Herstellung verkaufsfähiger Zwischenprodukte. Ein Verfahren zur Extraktion von Metallen aus Manganknollen existiert im industriellen Maßstab noch nicht, da es keine landgebundenen Lagerstätten gibt, die den Manganknollen ähnlich sind und daher keine entsprechende Verarbeitungsindustrie aufgebaut wurde. Die Entwicklung eines solchen Verfahrens sowie der Aufbau entsprechender Industrieanlagen beanspruchen nach aktuellen ökonomischen Modellen 50-60 Prozent der Investitionskosten und rund die Hälfte der Betriebskosten eines industriellen Manganknollenabbaus. 

Manganknollen sind potenzielle Rohstoffe für die Metalle Kobalt, Nickel, Kupfer und Molybdän, die allerdings nur in relativ geringen Mengen in den Knollen enthalten sind. Sie machen lediglich bis zu drei Gewichtsprozent aus. Bisher wurden im Labormaßstab Extraktionsverfahren entwickelt, die sich in den meisten Fällen nur auf diese Metalle beschränken. Es ist u.a. aufgrund des Nachhaltigkeitsaspektes jedoch nicht mehr vertretbar, den Großteil der Knollen, nämlich die Eisen- und Manganoxid-Trägerphasen, ungenutzt zu deponieren. Aus diesem Grund wurde von den Instituten für Metallurgische Prozesstechnik & Metallrecycling (IME) und Aufbereitung mineralischer Rohstoffe (AMR) an der RWTH Aachen gemeinsam mit der BGR ein kombiniertes hydro- und pyrometallurgisches Verfahren entwickelt, welches die Verwendung der gesamten Knolle im Sinne eines „Zero-Waste“-Ansatzes ermöglicht. Unter „Zero-Waste“ wird hierbei die Herstellung verkaufsfähiger Zwischenprodukte aus den Manganknollen verstanden, ohne dass eine Restphase deponiert werden muss. Benutzte Reaktionsmittel wie Flussmittel oder Säuren sollen entweder im Kreislauf geführt oder in die Zwischenprodukte eingebaut werden.

Konventionelle Verarbeitungsverfahren für mineralische Rohstoffe bestehen in der Regel aus einer mechanischen Aufbereitung zu Voranreicherung von Wertstoffen in Konzentraten, gefolgt von einer metallurgischen Weiterverarbeitung zu Metallen. Die mechanische Aufbereitung von Manganknollen mittels konventioneller Aufbereitungsverfahren wie zum Beispiel Magnetscheidung, Dichtetrennung oder Flotation ist nicht durchführbar, weil die Trägerphasen der Metalle (Mangan- und Eisenoxide) sehr feinkörnig ausgebildet und miteinander verwachsen sind. Daher müssen die Knollen nach einer Trocknung und Vorbrechung komplett aufgeschlossen werden. Hierzu wurde der sogenannte INCO-Prozess des früheren deutsch-kanadischen Konsortiums Ocean Management Inc. (OMI) adaptiert und weiterentwickelt (siehe Friedmann et al., 2016). 

Beitrag erstellt am 6. Dezember 2018

• Friedmann, D. & Friedrich, B. (2016). Optimized Slag Design for Maximum Metal Recovery during the Pyrometallurgical Processing of Polymetallic Deep-Sea Nodules. In R. G. Reddy, P. C. Pistorius & U. Pal (Hrsg.), Advances in Molten Slags, Fluxes, and Salts: Proceedings of the 10th International Conference on Molten Slags, Fluxes and Salts (S. 97-104). Cham: Springer. doi:10.1007/978-3-319-48769-4_10