Goldgewinnung aus Elektroschrott mit einer neuen sicheren Methode

Im Jahr 2022 verursachte die Menschheit schätzungsweise 62 Millionen Tonnen Elektroschrott – genug, um mehr als 1,5 Millionen Müllfahrzeuge zu füllen. Gegenüber 2010 entspricht das einem Anstieg von 82 Prozent; bis 2030 soll die Menge auf 82 Millionen Tonnen wachsen.

Zu diesem Elektroschrott zählen ausgediente Laptops und Mobiltelefone, die wertvolle Rohstoffe wie Gold enthalten. Nicht einmal ein Viertel davon wird fachgerecht gesammelt und recycelt. Eine neue Methode, die meine Kolleginnen, Kollegen und ich entwickelt haben, könnte jedoch dabei helfen, Gold sicher und nachhaltig aus Elektroschrott zu gewinnen.

Wie wir in einer heute in Nature Sustainability veröffentlichten Studie darlegen, könnte unsere neue Technik zur Goldgewinnung auch den kleinteiligen Goldabbau für Menschen und Umwelt weniger giftig machen.

Steigende weltweite Nachfrage nach Gold

Gold nimmt seit Langem einen wichtigen Platz im menschlichen Leben ein. Über Jahrhunderte diente es als Zahlungsmittel sowie als Werkstoff für Kunst und Mode. Darüber hinaus ist Gold für moderne Branchen unverzichtbar, darunter die Elektronikindustrie, die chemische Produktion und die Luft- und Raumfahrt.

Während die weltweite Nachfrage nach diesem Edelmetall stark wächst, schadet sein Abbau der Umwelt.

Zu den Problemen gehören Abholzung und der Einsatz giftiger Chemikalien. Im formellen Großbergbau wird das hochgiftige Cyanid häufig verwendet, um Gold aus Erz zu lösen. Cyanid lässt sich zwar abbauen, doch sein Einsatz kann Wildtiere schädigen. Zudem gefährden Rückstandsdämme, in denen giftige Nebenprodukte des Bergbaus gelagert werden, die weitere Umwelt.

Im Kleinbergbau und handwerklichen Bergbau kommt zur Goldgewinnung umfangreich Quecksilber zum Einsatz. Dabei reagiert Gold mit Quecksilber und bildet ein dichtes Amalgam, das sich leicht abtrennen lässt. Anschließend wird das Gold zurückgewonnen, indem das Amalgam erhitzt wird und das Quecksilber verdampft.

Der Kleinbergbau und handwerkliche Bergbau sind weltweit die größte Quelle der Quecksilberverschmutzung. Die Quecksilberemissionen gefährden die Bergleute und belasten die Umwelt. Es werden neue Verfahren benötigt, um die Folgen des Goldabbaus zu verringern.

Eine sicherere Methode zur Goldgewinnung

Unser interdisziplinäres Team aus Wissenschaftlerinnen, Wissenschaftlern und Ingenieurinnen und Ingenieuren hat ein neues Verfahren entwickelt, um Gold aus Erz und Elektroschrott zu extrahieren. Ziel war es, eine sicherere Alternative zu Quecksilber und Cyanid anzubieten und die gesundheitlichen sowie ökologischen Auswirkungen des Goldabbaus zu senken.

Bereits zuvor wurden zahlreiche Verfahren zur Gewinnung von Gold aus Erz oder Elektroschrott beschrieben, darunter Methoden ohne Quecksilber und Cyanid. Viele dieser Ansätze sind jedoch bei Geschwindigkeit, Ausbeute, Skalierbarkeit und Kosten eingeschränkt. Häufig betrachten sie zudem nur einen einzelnen Schritt des gesamten Prozesses der Goldrückgewinnung und vernachlässigen Recycling sowie Abfallmanagement.

Unser Ansatz berücksichtigt dagegen die Nachhaltigkeit entlang des gesamten Ablaufs – von der Goldextraktion über die Rückgewinnung bis zur Raffination. Unsere neue Laugungstechnologie verwendet Trichlorisocyanursäure, eine Chemikalie, die üblicherweise bei der Wasserdesinfektion und Chlorung von Schwimmbädern eingesetzt wird.

Wird diese breit verfügbare und kostengünstige Chemikalie mit Salzwasser aktiviert, kann sie mit Gold reagieren und es in eine wasserlösliche Form überführen.

Um das Gold aus der Lösung zurückzugewinnen, haben wir ein schwefelreiches Polymer-Sorbens entwickelt. Polymer-Sorbentien trennen einen bestimmten Stoff aus einer Flüssigkeit oder einem Gas ab. Unser Material entsteht, indem ein grundlegender Baustein, ein Monomer, durch eine Kettenreaktion miteinander verknüpft wird.

Unser Polymer-Sorbens ist besonders interessant, weil es aus elementarem Schwefel hergestellt wird – einem preiswerten und sehr reichlich verfügbaren Ausgangsstoff. Die Erdölindustrie erzeugt mehr Schwefel, als sie verwenden oder verkaufen kann. Unsere Polymersynthese eröffnet daher eine neue Verwendung für diese bislang zu wenig genutzte Ressource.

Das Polymer konnte Gold gezielt binden und aus der Lösung entfernen, selbst wenn das Gemisch zahlreiche andere Metallarten enthielt.

Die einfachen Verfahren zur Laugung und Rückgewinnung wurden an Erz, Leiterplatten aus veralteten Computern und wissenschaftlichen Abfällen erprobt. Entscheidend ist zudem, dass wir Methoden entwickelt haben, um sowohl die Laugungschemikalie als auch das Polymer-Sorbens zu regenerieren und zu recyceln. Ebenso haben wir Verfahren etabliert, mit denen das in diesem Prozess verwendete Wasser gereinigt und wiederverwertet werden kann.

Bei der Entwicklung des recycelbaren Polymer-Sorbens entdeckten wir spannende neue Chemie: Mithilfe von Licht lässt sich das Polymer herstellen und, nachdem es Gold gebunden hat, wieder „zerlegen“. Dieses Recyclingverfahren wandelte das Polymer zurück in seinen ursprünglichen Monomer-Baustein um und trennte ihn vom Gold.

Das zurückgewonnene Monomer konnte anschließend erneut zu dem goldbindenden Polymer verarbeitet werden. Dies ist ein wichtiger Nachweis dafür, dass der Prozess den Grundsätzen einer Kreislaufwirtschaft entspricht.

Ein langer und komplexer Weg bis zur Anwendung

In künftigen Arbeiten wollen wir mit Industrie, Behörden und gemeinnützigen Organisationen zusammenarbeiten, um unsere Methode in kleinteiligen Bergbaubetrieben zu testen. Unser langfristiges Ziel ist ein robustes und sicheres Verfahren zur Goldgewinnung, das hochgiftige Chemikalien wie Cyanid und Quecksilber überflüssig macht.

Dabei sind zahlreiche Herausforderungen zu bewältigen, etwa die Ausweitung der Produktion des Polymer-Sorbens und der chemischen Recyclingprozesse. Für eine breite Anwendung müssen wir außerdem sicherstellen, dass Geschwindigkeit, Ausbeute und Kosten mit herkömmlicheren Verfahren des Goldabbaus konkurrenzfähig sind. Unsere ersten Ergebnisse sind ermutigend. Dennoch liegt noch ein langer und komplexer Weg vor uns, bevor unsere neuen Techniken Cyanid und Quecksilber ersetzen können.

Unsere weiterreichende Motivation besteht darin, die Lebensgrundlage der Millionen handwerklichen Bergleute und Kleinbergleute zu unterstützen, die bei der Goldrückgewinnung auf Quecksilber angewiesen sind.

Sie arbeiten meist in abgelegenen ländlichen Regionen, in denen es nur wenige andere wirtschaftliche Möglichkeiten gibt. Unser Ziel ist es, diese Bergleute wirtschaftlich zu unterstützen und ihnen zugleich sicherere Alternativen zu Quecksilber anzubieten. Auch der zunehmende „urbane Bergbau“ und das Recycling von Elektroschrott würden von sicheren und praktisch einfach umsetzbaren Verfahren zur Rückgewinnung von Edelmetallen profitieren.

Eine erfolgreiche Rückgewinnung von Gold aus Elektroschrott würde außerdem den Bedarf an primärem Bergbau reduzieren und damit dessen Umweltbelastung verringern.

Justin M. Chalker, Professor für Chemie, Flinders University

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz von The Conversation erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.