Wissenschaftsbild des Monats

Die guten ins Töpfchen

So wunderbar künstlerisch illustriert kann Rohstoffforschung sein! Die perlmuttartig schimmernden Kugeln in unserem Wissenschaftsbild des Monats sind Luftblasen. Sie schwimmen in einem Wasserbad nach oben.

Das dargestellte Prinzip heißt Flotation (von engl. to float). Es kommt bei der Erzaufbereitung zum Einsatz und ist ein wichtiges Verfahren für die Forscher am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF), das zum Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf gehört.

Metalle kommen in der Natur nicht rein vor, sondern sind in Mineralen gebunden. Natürliche Erze wiederum enthalten oft viele unterschiedliche Minerale.

Um beispielsweise das begehrte Kupfermineral Chalcopyrit zu gewinnen, muss es von dem unbrauchbaren eisenhaltigen Pyrit getrennt werden. Das ist die Aufgabe der Flotation. Fein gemahlenes Erz (als dunkle Bröckchen dargestellt) wird dabei mit Wasser und verschiedenen Chemikalien (rot) vermengt. Letztere lagern sich an die Wertminerale an und umgeben diese wie einen hauchdünnen Film. Dadurch verändern sich die Oberflächeneigenschaften der Minerale, sodass diese Wasser abstoßen. Als Folge haften die Minerale nun an den Luftblasen, die dem Wasser-Erz-Gemisch hinzugefügt wurden, und steigen mit ihnen nach oben. Die "guten" Minerale können so von den restlichen Bestandteilen gelöst werden.

Obwohl das Verfahren der Flotation schon seit 150 Jahren eingesetzt wird, kommt es immer mehr an seine Grenzen. Das liegt daran, dass die Wertstoffe heutzutage extrem klein und fein verteilt vorliegen. Das gilt nicht nur für die natürlichen Erze, sondern auch für Recyclingmaterialien, wie in ausgedienten Lithiumakkus, deren Rückgewinnung einen wichtigen Beitrag leisten könnte, um die steigende Nachfrage nach Rohstoffen zu decken. Die Forscher aus dem HIF wollen die Flotation für ultrafeine Partikel weiterentwickeln, die kleiner sind als ein Mehlkörnchen (< 20 Mikrometer). Dafür untersuchen sie auch grundlegende Zusammenhänge, wie das Verhalten einzelner Partikel im Flotations-Prozess oder deren Wechselwirkungen an den Grenzflächen zu anderen Teilchen. Ein weiterer Schwerpunkt am HIF ist es, Alternativen für die chemischen Zusatzstoffe zu finden, zum Beispiel umweltverträglichere bioaktive Substanzen. Das können bakterielle Zellen, Zellbestandteile, Stoffwechselprodukte oder Biomoleküle sein.

Bild: HZDR/ 3D Kosmos (künstlerische Darstellung)

Franziska Roeder und Anja Weigl

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