Gewinnung von Platinmetallen aus sulfidischen Platinerzen

Sulfidische Platinerze sind sehr typisch für das Merensky-Reef und das UG2-Reef des Bushveld-Gesteinskomplexes in Südafrika. Diese Erztypen werden in erster Linie wegen ihres PGM-Gehalts abgebaut, obwohl sie wertvolle Nebenprodukte wie Nickel, Kupfer und Kobalt enthalten. Der Aufwand, der zur Gewinnung von Platingruppenmetallen (PGM) aus einem bestimmten Erz erforderlich ist, hängt von der Mineralogie des Erzes ab. Obwohl Merensky-Erze oft leichter als andere Vorkommen zu extrahieren sind, sollte dies nicht verallgemeinert werden. Erze aus verschiedenen Bereichen ein und derselben Mine können ganz unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.

Aufkonzentrierung

Der erste Konzentrationsschritt besteht in der Zerkleinerung des Erzes, um die Mineralpartikel freizusetzen. Diese werden dann in Form eines Konzentrats durch Schaumflotation gewonnen. Die Mineralogie des Erzes bestimmt sowohl die für die Freisetzung des Minerals erforderliche Mahlfeinheit als auch die idealen Flotationsbedingungen. Das Flotationskonzentrat kann bis zu mehreren hundert ppm an Edelmetallen und einige Prozent Kupfer, Nickel, Eisen und Schwefel enthalten.

Schmelze

Anschließend wird das Konzentrat in einem Elektroofen geschmolzen. Zum Schmelzen von Merensky-Konzentraten oder Mischungen aus Merensky- und UG2-Konzentraten werden große Anlagen mit sechs Elektroden in Reihe verwendet. Die Zusammensetzung des Flotationskonzentrats muss für den Schmelzprozess geeignet sein; häufig werden spezifische Flussmittel hinzugefügt. Beim Schmelzen trennt sich das Konzentrat in zwei Schichten. Bei der oberen Schicht handelt es sich um eine Silikat-Oxid-Schlacke, die abgestochen und dann entweder verworfen oder zur Konzentration zurückgeführt wird. Die untere Schicht ist eine sulfidische Matte (eisenreiche Ofenmatte), die zur Umwandlung weitergegeben wird. Der Energieverbrauch dieses Prozesses liegt bei etwa 600 bis 1100 kWh pro Tonne Konzentrat. Für das Schmelzen von UG2-Konzentraten sind aufgrund des höheren Chrom- und Magnesiumoxidgehalts höhere Temperaturen erforderlich, und es werden auch turbulentere Schmelzbedingungen bevorzugt, um zu verhindern, dass sich Chromspinell im Ofenherd ansammelt. Die Crocodile River Mine war die Erste, die auf die Verhüttung von unvermischten UG2-Konzentraten setzte. Andere Betreiber entschieden sich dafür, ihre Öfen mit einer Mischung zu beschicken, die Merensky-Konzentrat enthält.

Konversion

Die Ofenmatte wird durch Konversion weiterverarbeitet. Überschüssiger Schwefel und Eisen werden in einem feuerfest ausgekleideten Gefäß oxidiert, und es werden Flussmittel hinzugefügt, um eine eisenreiche Schlacke zu erzeugen, die abgeschöpft und in die Öfen zurückgeführt wird, während die Konvertermatte zur Entfernung des unedlen Metalls weitergeleitet wird. Der Umwandlungs- und Oxidationsprozess unterliegt einer strengen Kontrolle, so dass der Schwefelgehalt für die nachfolgenden Prozessschritte optimiert werden kann. Eine weitere PGM-Anreicherung kann durch einen langsamen und kontrollierten Abkühlungsprozess erreicht werden, der treffend als langsame Abkühlung bezeichnet wird. Während die eisenarme Matte allmählich abgekühlt wird, scheidet sich eine metallische Ni-Co-Fe-Phase ab, die in der sulfidischen Matrix feine Kristalle bildet. Diese Ni-Co-Fe-Phase ist ein ausgezeichnetes Sammlermaterial für die Platingruppenmetalle. Anschließend wird die Matte gemahlen und die angereicherte metallische Phase durch Magnetabscheidung entfernt. Dieses Verfahren vereinfacht den Raffinationsprozess der unedlen Metalle und verkürzt die Verweilzeit der Platinmetalle. Nach dem Umwandlungsschritt liegt der PGM-Gehalt zwischen 600 und 6000 g pro Tonne.

Drucklaugung

Die unedlen Metalle werden durch Drucklaugung mit Schwefelsäure und Sauerstoff aus der Konvertermatte entfernt, während problematische Elemente wie Selen, Arsen und Tellur ebenfalls abgetrennt werden. Das resultierende Konzentrat wird weiterverarbeitet, um raffinierte Edelmetalle herzustellen. Basismetalle sind ein wertvolles Nebenprodukt der PGM-Gewinnung. Ihre weitere Veredelung durch die verschiedenen Produzenten wird weitgehend durch Größenvorteile bestimmt. Bei der Verarbeitung des chromitdominierten UG2-Rifferzes gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, das Chromit-Nebenprodukt zu gewinnen und das Erz vor dem Mahlen mit Merensky-Erz zu mischen. Das von Mintek, Südafrika, entwickelte ConRoast-Verfahren wurde speziell für die Verarbeitung von PGM-Konzentraten mit hohem Chromgehalt entwickelt. Es nutzt die Technologie des elektrischen Lichtbogenofens bei Temperaturen über 1600 °C, um Konzentrate mit niedrigem Schwefelgehalt reduktiv zu schmelzen. Die Platinmetalle werden in Form einer hochwertigen Eisenlegierung zurückgewonnen, die weiter raffiniert werden kann, um die reinen Metalle zu gewinnen.

Gewinnung aus Nickel-Erzen

Sulfidische Nickelerze, wie sie beispielsweise in Sudbury/Kanada und Norilsk/Russland vorkommen, enthalten neben Nickel auch Kupfer und Edelmetalle. Bei der metallurgischen Verarbeitung folgen die Edelmetalle normalerweise dem Weg des Nickels als Hauptmetall, während sich die Platinmetalle im Nickelauslaugungsrückstand anreichern. Die Konzentrate aus der Nickelerzaufbereitung unterscheiden sich von denen aus der Aufbereitung von Merensky- und UG2-Erzen dadurch, dass sie eine geringere PGM-Konzentration bei einem viel höheren Palladiumanteil aufweisen.

Zusammenfassung

Der Konzentrationsprozess involviert Prozessschritte wie Flotation, Schmelzen, Konvertieren und Drucklaugung. Nun müssen wir noch die Frage vom Anfang klären, wie tief muss man graben? Platin- und Goldminen in Südafrika gehen oftmals Kilometer in die Tiefe. In der Mponeng Gold Mine von AngloGold Ashanti südwestlich von Johannesburg wird Gold in einer Tiefe von 2,4 km bis mehr als 3,9 km unter der Erdoberfläche abgebaut. In der TauTona Goldmine, ebenfalls im Besitz von AngloGold Ashanti, wurden Stollen bis auf eine Tiefe von 3,9 km in die Erdkruste getrieben. Auf Platz 8 der tiefsten Minen weltweit folgt die erste Mine außerhalb Südafrikas, die Kidd Creek Kupfer und Zink Mine in Ontario/Kanada. Die Mine befindet sich im Besitz von Glencore/Xstrata und führt in eine Tiefe von 2,9 km. Die Mine startete 1966 als Tagebau-Mine, wurde jedoch immer wieder nach unten erweitert.


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Tonnen Luft wird pro Tonne Gestein in die Mine gepumpt
Millionen Badewannen voll Wasser werden in Südafrikas Minen pro Tag abgepumpt
Gigawattstunden beträgt der jährliche Stromverbrauch der Minenindustrie Südafrikas