Verteilung der Elemente In, Ga und Sc zwischen wässriger Phase und sekundären Eisen(III)-Mineralen

• Antragsteller: Professor Juraj Majzlan, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433741572

Saure und neutrale Grubenwassersysteme sind weltweit als Bergbauhinterlassenschaften anzutreffen. Häufig fallen in diesen Systemen große Mengen sekundärer Eisen(III)-Minerale aus. Wegen der kristallchemischen Ähnlichkeiten zwischen Fe3+ und den dreiwertigen Kationen der kritischen Metalle In, Sc und Ga, ist zu erwarten, dass diese Elemente das dreiwertige Eisen in den Strukturen der eisenhaltigen Minerale substituieren und eine Mischkristallreihe bilden können. In dem hier vorgeschlagenen Projekt sollen daher die Verteilungskoeffizienten für diese Elemente (Fe, In, Sc, Ga) zwischen der wässrigen Phase und eisenhaltigen Mineralen, die typischerweise aus den Grubenwässern ausfallen, bestimmt werden. Die Verteilungskoeffizienten werden durch eine Kombination kalorimetrischer Verfahren (Lösungs- und Relaxationskalorimetrie) mit thermodynamischen Berechnungen für die Endglieder und Mischreihen, die die genannten Metalle enthalten, ermittelt. Die für die Untersuchungen vorgesehenen Systeme sind alfa-FeOOH – InOOH, alfa-FeOOH – ScOOH, alfa-FeOOH – GaOOH, FeAsO4·2H2O – InAsO4·2H2O und (H5O2)Fe2(SO4)·H2O – (H5O2)In2(SO4)·H2O. Die Untersuchung weiterer Systeme ist möglich. Mit Hilfe der Lösungs- bzw. Relaxationskalorimetrie werden Standardbildungsenthalpien und Standardentropien für die Endglieder abgeleitet sowie die thermodynamischen Mischungsparameter für die jeweiligen Mischreihen bestimmt. Hieraus kann die Verteilung der Elemente quantifiziert werden. Ausgehend von bewährten Synthesevorschriften für sekundäre Eisen(III)-Minerale aus Grubenwässern sollen die jeweiligen In-, Sc- und Ga-Endglieder sowie die entsprechenden Mischreihen synthetisiert und ausführlich charakterisiert werden. Falls die Syntheseprodukte isostrukturell oder strukturähnlich zu den sekundären Fe(III)-Mineralen sind, werden ihre thermodynamischen Eigenschaften gemessen. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Daten können dafür genutzt werden, die Mineralphasen, die die kritischen Elemente In, Sc und Ga besonders stark konzentrieren, zu identifizieren. Indem diese Minerale die kritischen Metalle aus den Grubenwässern konzentrieren, können sie dann selber als wertvolle Rohstoffe dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Lösungskalorimeter
• Gerätegruppe: 8650 Spezielle Kalorimeter