Strukturelle Einbaumechanismen von Cr6+, Cu2+ und Ni2+ in Hämatit (alpha-Fe2O3)

• Antragsteller: Dr. Ralph Bolanz
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277091282

Im Rahmen des beantragten Projektes sollen die physiko-chemischen Mechanismen zum strukturellen Einbau von Cr6+, Cu2+ und Ni2+ in Hämatit (alpha-Fe2O3) untersucht werden. Hämatit stellt einen der Hauptbestandteile von Rotschlamm dar, einem toxischen Abfallprodukt der Aluminiumherstellung. Rotschlamm beinhaltet oft hohe Konzentrationen an Cr, Cu und Ni, welche hauptsächlich im dort vorkommenden Hämatit zu finden sind. Da alle drei Metalle einen hohen wirtschaftlichen Wert besitzen, könnte Rotschlamm ein potentieller Rohstoff für zukünftige Recyclingprojekte sein. Für die effizienteste Extraktionsmethode von Cr, Cu und Ni aus Rotschlamm, sind sowohl Informationen über die Trägerphasen, als auch die genauen strukturellen Einbaumechanismen von größter Bedeutung. Für Chrom sind ausschließlich Daten über Cr3+ verfügbar, welches auf Grund der strukturellen Ähnlichkeit zwischen Hämatit (Fe2O3) und Eskolait (Cr2O3) die Fe3+ Position einnimmt, wohingegen der Einbau von Cr6+ in Hämatit bis heute nicht untersucht wurde. Der strukturelle Einbau von Cu2+ und Ni2+ hingegen war bereits mehrfach Gegenstand früherer Untersuchungen ohne empirisch belegbare Modelle. Aus diesem Grund besitzt dieses Projekt drei Hauptziele: (i) Entschlüsselung der strukturellen Einbaumechanismen für Cr6+, Cu2+ und Ni2+ in synthetischem Hämatit; (ii) Transfer der gefundenen Mechanismen für synthetischen Hämatit aus Laborversuchen auf natürliche Hämatitproben aus Rotschlamm; (iii) Einschätzung der aktiven und inaktiven Rotschlammvorkommen in Deutschland für zukünftige Recyclingprojekte.Die vorgeschlagene Studie beinhaltet die Synthese von Cr6+-, Cu2+- und Ni2+-führendem Hämatit, die Charakterisierungen der chemischen und kristallographischen Eigenschaften, sowie die Untersuchung der Nahordnungsumgebung um Cr6+, Cu2+ und Ni2+ in synthetischen und natürlichen Hämatiten. Methoden die bei dieser Studie zum Einsatz kommen sind Pulverröntgendiffraktion (XRD), Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS), DEGAS-Analyse System (Directly coupled Evolved Gas Analysis System), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Röntgenabsorptionsspektroskopie im Nahkanten- (XANES) und Feinstrukturenbereich (EXAFS).Wir erwarten, dass diese Studie unser Verständnis über die heterogenen Substitutionsmechanismen in Hämatit beträchtlich verbessern wird und eine Grundlage für zukünftige Forschungsarbeiten über Rotschlamm als potentiellen Rohstoff etabliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Slowakei
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Peter Uhlík