Konsortiet undersøger nye måder at reducere arsen i kobberkoncentrater

Som verdens største kobbereksportør støder Chile på et stigende antal svovlbaserede malmlag indeholdende giftig arsen i sine kobberminer. Konventionelle strategier til adskillelse og deponering af arsen har vist sig at være begrænsede på dette område. Det tysk-chilenske projekthold, ledet på tysk side af Fraunhofer Research Institution for Materials Recycling and Resource Strategies IWKS, arbejder på at optimere og fremme kobberproduktionsprocesser, så Chile er i stand til at tackle problemet med arsen på den mest effektive måde. omkostningseffektiv og miljøvenlig måde fremadrettet.

Kobber er et halvmetal med mange nyttige egenskaber:Det er en leder af elektricitet og varme, med en blød konsistens og et meget karakteristisk udseende. Derfor er det ingen overraskelse, at der er stor efterspørgsel efter dette råmateriale, især inden for elektroteknik, kommunikationsteknologi, byggeri og kunsthåndværk. Selvom kobber nu er let genanvendeligt, er den globale efterspørgsel stigende, hvilket kræver fortsat udvinding af kobber. Chile er verdens største kobberproducent og -eksportør. Alene i 2021 udvindede den omkring 5,6 millioner tons kobber, hvilket svarer til cirka en fjerdedel af verdens samlede minedrift. Det gør kobberindustrien til en af ​​landets vigtigste indtægtskilder.

Kobberet i Chile udvindes i kobberminer med åben grube i Atacama-ørkenen. Her sprænges malm fra huller med diametre på op til to kilometer. Denne malm har et kobberindhold på omkring to procent, som udvindes i flere trin:Malmen bliver først formalet og derefter udsat for flotation, som involverer den våde kemiske opskumning af materialet, for at adskille den højkobberholdige malm fra lavkobbermalm. Det resulterer i kobberkoncentrat, som Chile også sælger. Den indeholder omkring 20 til 30 procent kobber. Koncentratet smeltes derefter i højovne og renses til sidst i elektrokemiske elektrolyseprocesser for at opnå rent kobber.

Arsen giver nye udfordringer

Ud over kobber indeholder de udgravede malmlag ofte også arsen, som på grund af sin giftighed skal udvindes fra malmen. Dette sker næsten automatisk, når malmen opvarmes:Arsenet bliver til gas. I Chile er den nuværende procedure at opfange gassen, opløse den i svovlsyre og derefter omdanne den til fast calciumarsenat eller calciumarsenit i en proces kendt som udfældning. Disse calciumforbindelser deponeres derefter i Atacama-ørkenen. Tidligere har det faktum, at disse forbindelser er vandopløselige, aldrig givet nogen problemer, da Atacama-ørkenen er en af ​​de tørreste regioner i verden. Klimaforandringerne har dog forårsaget en stigning i nedbør i de senere år, hvilket nu rejser spørgsmålet om miljøforurening. Samtidig er nogle miner gennemtrængende lag, der ikke længere er iltbaserede, men svovlbaserede og dermed indeholder mere arsen. Som følge heraf vil mængden af ​​arsen, der skal deponeres, stige i fremtiden, især i betragtning af, at der i øjeblikket ikke er nogen industrielle anvendelser for arsen.

Mange tilgange, ét mål

"Disse to udviklinger får nu chilenske mineoperatører til at genoverveje måden, hvorpå de tidligere bortskaffede arsen og tilpasse sig disse nye omstændigheder uden forsinkelse," forklarer Anna-Lisa Bachmann, der arbejder ved Fraunhofer Research Institution for Materials Recycling and Resource Strategies IWKS i Alzenau og koordinerer projektet "ReAK—Reduction of Arsenic in Copper Concentrates". "Vi undersøger nye måder at separere og deponere arsen på som en del af dette projekt, så miljøbelastningen minimeres mest muligt," siger forskeren. Fraunhofer IWKS lancerede et første projekt i 2018, som samlede et konsortium af adskillige tyske og chilenske partnere fra både forskning og industri. Projektet startede officielt i september 2019 med støtte fra det tyske forbundsministerium for uddannelse og forskning.

Siden da er flere forskellige potentielle procestrin blevet undersøgt mere detaljeret, startende med den videre forarbejdning af arsenrigt kobberkoncentrat. "Vi sætter en række mulige muligheder på prøve med den hensigt at identificere de mest effektive individuelle moduler og den mest succesrige rækkefølge af trin," beskriver Bachmann. Konsortiet udforsker en række processer, herunder arsen-selektiv flotation, sulfateringsristning og mikrobiel og sulfidudvaskning.

Alternative oxidationsprocesser, der resulterer i mere stabile og mindre giftige arsenic5+-forbindelser i stedet for ustabile og vandopløselige arsenic3+-forbindelser, overvejes også. "En mulighed for dette oxidationstrin kunne være brugen af ​​hydrogenperoxid, men det er meget dyrt," forklarer Bachmann. "Det er grunden til, at vi hos Fraunhofer IWKS undersøger elektrokemisk oxidation med diamantelektroder som et levedygtigt alternativ i løbet af dette projekt. De har et særligt stort elektrokemisk vindue, hvilket resulterer i dannelsen af ​​hydroxylradikaler i vandige opløsninger. Disse oxiderer derefter det opløste arsen effektivt og pålideligt uden behov for yderligere kemikalier." Andre projektpartnere evaluerer også UV- og ozonstøttede såvel som mikrobielle oxidationsprocesser.

Skræddersyede anbefalinger til handling

Det første trin i alle arbejdspakker er at teste, om den pågældende metode rent faktisk virker, og om den leverer det ønskede resultat. Fraunhofer IWKS vil sammenligne deres omkostningseffektivitet og miljøpåvirkning i forbindelse med livscyklusvurdering og livscyklusomkostningsanalyser, så snart alle de individuelle resultater er tilgængelige.

"Vi vil bruge dette til at udvikle et nyt koncept for lossepladser, der vil give anbefalede handlinger til den chilenske regering under hensyntagen til både statslige krav og de tilgængelige økonomiske ressourcer," slutter Bachmann. Dette er særligt relevant i betragtning af, at meget af Chiles kobberindustri, inklusive en af ​​minerne, der deltager i projektet, er statsejet.

En række af disse tests er allerede gennemført, og andre forventes at blive afsluttet snart. Mens gensidige prøveleverancer og personlige møder er blevet forsinket som følge af Corona-pandemien, er Anna-Lisa Bachmann fortsat overbevist om, at alle partnere i fællesskab vil have udviklet en lovende strategi inden sommeren 2023, hvilket i væsentlig grad vil hjælpe den chilenske kobberindustri. + Udforsk yderligere

Arsen fra chilenske miner fundet i Antarktis