Ob als Rostschutz beim Auto oder als Energiespeicher in Batterien – Zink ist ein wichtiger und alltäglicher Rohstoff. Doch die Verhüttung sulfidischer Zinkerze kostet in der Regel viel Energie und erzeugt zudem eine Reihe von Umweltproblemen. Erst seit kurzer Zeit ist es nun auch möglich, nicht-sulfidisches Zinkerz in großem Maßstab und kosteneffektiv zu nutzen. Der Vorteil: Mithilfe von Laugungsverfahren kann das Erz schadstoffarm aufgeschlossen werden und liefert nach einem Elektrolyseprozess nahezu reines Zink.
Was macht nicht-sulfidische Zinkerze so attraktiv? Um dies zu verstehen, muss man sich kurz deren Pendant vor Augen führen: die sulfidischen Zinkerze. Ihre Aufbereitung und Verhüttung ist ein komplizierter Prozess. Hauptbestandteil der sulfidischen Zinkerze ist das Mineral Sphalerit (ZnS), ein Zinksulfid. Um es für den Verhüttungsprozess nutzbar zu machen, wird das Erz energieintensiv geröstet und anschließend mit erheblichem Energieaufwand verhüttet. Nicht jedes Land hat die Technik und das Geld die dabei anfallenden Schwefelverbindungen, die in die Abluft emittiert werden, herauszufiltern. Somit stellt der durch diesen Prozess mancherorts gebildete saure Regen eine Gefahr für die Umwelt dar.
Zinkgewinnung ohne Nebenwirkungen
Ganz anders hingegen bei den nicht-sulfidischen Zinkerzen: „Durch moderne Technologien sind sie neuerdings in großem Maßstab nutzbar und rücken deshalb in das Interesse der Industrie“, weiß Gregor Borg von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg zu berichten. Der Geologe und Lagerstättenkundler erforscht die Bildungsweise und Erhaltungsbedingungen nicht-sulfidischer Zinkerze, um mit den gewonnenen Erkenntnissen die gezielte Suche nach diesem begehrten Rohstoff zu erleichtern. Speziell die iranischen Lagerstätten Mehdi Abad, Iran Kuh und Angouran haben dabei das Interesse des Wissenschaftlers geweckt. Denn diese sind vorzüglich erhalten und vor allem gut zugänglich.
„Das Zink ist hier als Karbonat oder Silikat gebunden und dadurch recht leicht in Lösung zu überführen“, weiß Mitarbeiter Jörg Reichert zu berichten. „Schwefelsäure genügt, um das Zinkerz aufzulösen. Das einzige Produkt, das bei diesem Prozess in nennenswerten Mengen anfällt ist Gips – ein völlig ungefährliches Produkt für Mensch und Umwelt“, erklärt Reichert die Vorteile der nicht-sulfidischen Erzverarbeitung. Nachdem sich das Zink in Lösung befindet, gelangt die Flüssigkeit gereinigt und filtriert zum entscheidenden Prozessschritt: der Elektrolyse. Das Zink wird aus der Lösung mit Hilfe von elektrischer Energie an Elektroden abgeschieden – genau die Umkehrung jenes Prozesses der täglich in Millionen von Batterien abläuft. Das Produkt, das hierbei entsteht, ist 99,99 Prozent reines Zink. „Der Prozess ist einfach, sauber und das hierbei hergestellte Zink durch seine hohe Reinheit teurer zu verkaufen als jenes Zink, das durch die Sulfidverhüttung gewonnen wird“, ordnet Borg die Bedeutung der Lagerstätten ein.
Dass die neue Technologie auch wirtschaftlich interessant ist, zeigt die Skorpion-Mine in Namibia. Dort wird bereits heute etwa 150.000 Tonnen hochreines Zink pro Jahr gewonnen. Auch die Forschergruppe um Borg war an der Erforschung dieser Lagerstätte wissenschaftlich beteiligt. Ihren Berechnungen zufolge besitzt die Mine eine Reserve von 21,6 Millionen Tonnen nicht-sulfidisches Zinkerz bei einem Gehalt von circa elf Prozent Zink. Damit hat die Lagerstätte eine Lebensdauer von rund 15 Jahren.
Entstehung der Lagerstätten im Visier
Doch wie entsteht eigentlich diese besondere Form der nicht-sulfidischen Erze? Die oxidischen Zinkerze haben sich, so die Forschungsergebnisse, aus ehemaligen sulfidischen Erzkörpern gebildet. Gelangen diese Sulfide in oberflächennahe Bereiche der Erde und somit unter den Einfluss von Luftsauerstoff und Wasser, so setzt ein komplizierter Prozess ein. Der Sauerstoff reagiert langsam mit den Sulfiden, wodurch aus dem ebenfalls im Erz enthaltenen Pyrit (FeS2) Schwefelsäure entsteht. Auch die Zinksulfide werden in leicht lösliche Sulphate umgewandelt und gehen dabei in Lösung. „Da vor allem Eisen und insbesondere dessen Oxide weit weniger löslich und mobil sind als das Zink, verbleiben die Eisenverbindungen im Bereich des ehemaligen Sulfiderzes“, erklärt Reichert die Entstehungsbedingungen.
Ein Teil des Zinkes bindet sich an diese Eisenoxide, die zusammen das besonders farbenfrohe, rote Zinkerz bilden. Erst die Eisenoxide verleihen dem nicht-sulfidischen Zinkerz seine typische leuchtend dunkelrote Farbe. Die durch die Oxidationsprozesse entstandene natürliche zinkhaltige Lösung wandert durch das karbonatische Wirtsgestein und wird auf diesem Weg sukzessive neutralisiert. Dies geschieht so lange, bis Zinkkarbonate stabil werden und aus der Lösung auskristallisieren. Hierbei entstehen Zinkminerale wie Smithsonit, Hydrozinkit und Hemimorphit). Durch einen langsamen, mehrere tausend Jahre währenden Prozess oxidiert so der gesamte sulfidische Erzkörper. Die separierten Zinkkarbonate haben eine weiße Farbe und bilden weißes Zinkerz.
Besonders gute Erhaltungsbedingungen finden diese Erze in trocken-heißen und niederschlagsarmen Klimazonen, wie eben im ariden Wüstenklima des Irans, sie sind aber auch aus feuchteren Gebieten bekannt. „Mit diesem konkreten Modell für die Genese karbonatisch gebundener nicht-sulfidischer Zinklagerstätten im Kopf kann nun nach gleichartigen Lagerstätten gesucht werden – auch um Zink für Batterien zu gewinnen“, beschreibt Borg den Zweck der Forschungen. Die nicht-sulfidischen Zinklagerstätten sind somit ein gutes Beispiel, wie der technologische Fortschritt zusammen mit der geowissenschaftlichen Forschung neue umweltschonende Resourcengewinnung ermöglichen kann.
(Jörg Reichert, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, 07.07.2006 – AHE)
