Alternative Formen der arsenhaltigen Phasen im Bergbauabfall - Thermodynamik der ausgewählten Fe,Al Arsenaten

• Antragsteller: Professor Juraj Majzlan, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299245417

Arsen ist ein für die Umwelt und alle Organismen schädliches Halbmetall. Ein erheblicher Anteil der Arsenkontamination in der Umwelt wurde und wird durch den Abbau und die Aufbereitung von Erzen verursacht. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts plane ich, die thermodynamischen Eigenschaften mehrerer Fe-Al-Arsenate zu untersuchen, die vielversprechend für die langfristige Bindung des Arsens erscheinen. Pharmacosiderit, (K,Na,Ba0.5)Fe4(AsO4)3(OH)4·5H2O, wurde in unserer Arbeit und in den Arbeiten anderer Autoren als Mineral identifiziert, das in alten, natürlich kontaminierten Bodenprofilen vorkommt. Im Gegensatz zu Scorodit, FeAsO4·2H2O, zur Zeit die beste Wahl für die dauerhafte Bindung des Arsens, scheint Pharmacosiderit auch in leicht sauren oder neutralen Milieus stabil zu sein. Das Eisen-Orthoarsenat, FeAsO4·0.75H2O, ist eine Hochtemperaturphase (~200 ºC), die während der Hochdruck-Oxidationsverfahren von Pyrit-Arsenkies-Erzen entsteht. Diese Phase ist, auch wenn nur in kleinen Mengen, in den Abfallprodukten vorhanden, die bei Anwendung dieser Technologie entstehen. Es soll deswegen untersucht werden, wie hoch die Löslichkeit der Phase ist. Sollte diese Phase eine geringere Löslichkeit als die anderen anwesenden As-Phasen aufweisen, könnte die jetzige Technologie angepasst werden, um bevorzugt diese Phase zu produzieren. Die Scorodit-Mansfieldit (AlAsO4·2H2O) Mischreihe ist ein anderer vielversprechender Kandidat für die Arsenbindung aufgrund ihrer herabgeminderten Gibbsschen freien Energie der Mischung (und infolgedessen geringerer Löslichkeit) von Fe und Al in der Struktur. Das vorgeschlagene Projekt soll mit einer Kombination verschiedener kalorimetrischer Methoden an synthetischen Proben angegangen werden. Die Proben werden vor den kalorimetrischen Untersuchungen mittels Pulverröntgendiffraktometrie, Rasterelektronenmikroskopie und mit der Elektronenstrahlmikrosonde analysiert. Die Mansfieldit-Probe wird zusätzlich mittels Kernresonanzspektroskopie auf mögliche Verunreinigungen überprüft. Zum Abschluss des Projekts ist die Berechnung und graphische Darstellung einer Reihe von Phasendiagrammen geplant, sowohl für Oberflächenbedingungen (25 ºC) als auch für Hochtemperaturbedingungen (bis zu 300 ºC), um die Stabilität und die thermodynamischen Beziehungen unter den Fe-Al-Arsenaten zu veranschaulichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen