Germanium wird in der Regel als Nebenkomponente in der Zink- oder Kupfer-Metallurgie gewonnen. Ein Beitrag, auch einheimische Ressourcen (z.B. Haldenmaterialien) nutzen zu können, besteht in der Mobilisierung des bodengebundenen Germaniums über Pflanzen (Phytomining). In der Arbeit wurden drei Verfahrenskonzepte für die Germaniumgewinnung über die Akkumulation in Pflanzen entwickelt. Der fermentative Aufschluss des Pflanzenmaterials in einem Biogasprozess ist dabei ein Schlüsselschritt für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Weiterhin erwies sich als maßgeblich, daß es gelang, die Germaniumfraktion nahezu vollständig im festen Gärrest zu binden. Die anschließende energetische Verwertung des germaniumhaltigen festen Rückstandes liefert eine germaniumhaltige Asche, die nasschemisch gelaugt und extraktiv auf GeO2 aufbereitet wird. Eine Machbarkeitsstudie zeigt Möglichkeiten und Grenzen hinsichtlich Kosten und Rentabilität der Germaniumgewinnung über Phytomining.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ................................................................................................... 1 Symbol- und Abkürzungsverzeichnis ...................................................................... 3 1 Einleitung ..................................................................................................... 5 2 Allgemeiner Teil ........................................................................................... 9 2.1 Biomasse als alternative Germaniumquelle ................................................... 9 2.2 Analytik von Germanium ............................................................................. 19 2.2.1 Anpassung der Flüssigkeitsanalytik für die GF-AAS .................................... 23 2.2.2 Anpassung der Feststoffanalytik für die GF-AAS ......................................... 31 2.2.3 Germaniumgehalte von weiteren Naturstoffen ............................................. 40 2.3 Biomasseaufschluss .................................................................................... 48 2.3.1 Charakterisierung von Biomassen zur stofflichen Verwertung ..................... 48 2.3.2 Aufschluss mit Mineralsäuren und Basen .................................................... 53 2.3.3 Fermentativer Aufschluss ............................................................................ 63 2.3.4 Einfluss von Separationstechniken für Gärreste auf die Germaniumverteilung .................................................................................. 78 2.3.5 Thermischer Aufschluss von Biomassen ..................................................... 84 2.4 Anreicherung von Germanium ..................................................................... 88 2.4.1 Flüssig/Flüssig-Extraktion ............................................................................ 88 2.4.1.1 pH-Wert-Abhängigkeit ............................................................................... 91 2.4.1.2 Einfluss der Extraktionsmittelkonzentration .............................................. 93 2.4.1.3 Einfluss des Komplexierungsreagenz‘s .................................................... 94 2.4.1.4 Einfluss der Volumenverhältnisse der Extraktionsphasen ........................ 95 2.4.1.5 Optimierung der Kontaktzeit ...................................................................... 96 2.4.1.6 Einfluss verschiedener Komplexliganden ................................................. 97 2.4.1.7 Extraktion aus Laugungslösungen definierter Germaniumkonzentration .100 2.4.1.8 Anwendung auf reale Prozesslösungen .................................................. 104 2.4.2 Destillation über Germanium(IV)-chlorid .................................................... 105 2.5 Verfahrenskonzepte zur Germaniumgewinnung aus Biomassen ............... 114 2.5.1 Germaniumgewinnung nach Biomasselaugung ......................................... 115 2.5.2 Germaniumgewinnung nach thermischem Aufschluss............................... 117 2.5.3 Germaniumgewinnung nach Fermentation von Biomassen ....................... 119 2.6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zur Germaniumgewinnung aus Biomassen 121 3 Zusammenfassung und Ausblick ........................................................... 130 4 Experimenteller Teil ................................................................................ 133 4.1 Verwendete Chemikalien ........................................................................... 133 4.2 Verwendete Geräte ................................................................................... 134 4.3 Analytik der Graphitrohrofen - Atomabsorptionsspektrometrie ................... 134 4.4 Analytik der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma ........ 135 4.5 Charakterisierung von Biomassen ............................................................. 135 4.5.1 Trockensubstanz ....................................................................................... 135 4.5.2 Extraktgehalt ............................................................................................. 136 4.5.3 Cellulosegehalt .......................................................................................... 136 4.5.4 Holocellulosegehalt ................................................................................... 136 4.5.5 Ligningehalt ............................................................................................... 136 4.5.6 Organische Trockensubstanz .................................................................... 137 4.6 Aufschluss mit Säuren und Basen ............................................................. 137 4.6.1 Laugung von Biomassen ........................................................................... 137 4.6.2 Bestimmung TOC und IR .......................................................................... 137 4.6.3 Verzuckerung von Biomassen ................................................................... 137 4.7 Fermentativer Aufschluss .......................................................................... 138 4.8 Absorption von Germanium an Biomassen ................................................ 139 4.9 Physikalische Gärrestseparationen ........................................................... 139 4.9.1 Zentrifugation von Gärresten ..................................................................... 139 4.9.2 Druckfiltration von Gärresten ..................................................................... 140 4.9.3 Sedimentation von Gärresten mit Zusätzen ............................................... 140 4.10 Thermogravimetrische Analyse ................................................................. 140 4.11 Thermischer Aufschluss ............................................................................ 141 4.12 Wasserlaugung von Aschen ...................................................................... 141 4.13 Flüssig/Flüssig-Extraktion .......................................................................... 141 4.14 Destillation über Germanium(IV)-chlorid .................................................... 142 5 Literaturverzeichnis ................................................................................ 143 6 Anhang ..................................................................................................... 156

Techn. Univ., Diss., 2005--Darmstadt

Moderne Sensorik, Modellierungs- und Optimierungsmethoden im Rohstoffgewinnungsprozess liefern Daten in “Echtzeit” und bieten Entscheidungsassistenz in der Betriebssteuerung und Kurzfristplanung. In den vergangenen Jahren wurden sogenannte „Closed- Loop-Ansätze“ entwickelt, um diese Informationen in Kombination mit moderner Datenverarbeitungstechnologie für eine verbesserte Produktionssteuerung in der Rohstoffgewinnung nutzbar zu machen. Der Beitrag stellt ein Projekt vor, das sich genau dieser Entwicklung widmet, das im Europäischen Rahmenprogramm Horizon 2020 geförderte Projekt Real-Time Mining. Der Fokus des Projektes liegt auf der Gewinnung bergbaugeologisch komplexer Lagerstätten unter Anwendung hoch-selektiver Gewinnungsszenarien. Der Aufbau des Projektes, das Projektziel, die einzelnen Arbeitspakete und Schlüsseltechnologien werden kurz dargestellt. An zwei ausgewählten Beispielen wird auf zwei Hauptkomponenten von Real-Time Mining, die Aktualisierung der Lagerstättenmodelle unter Einbeziehung von Online-Sensorik und die Optimierung der Entscheidungsfindung im Produktionsprozess näher eingegangen.

Moderne Sensorik, Modellierungs- und Optimierungsmethoden im Rohstoffgewinnungsprozess liefern Daten in “Echtzeit” und bieten Entscheidungsassistenz in der Betriebssteuerung und Kurzfristplanung. In den vergangenen Jahren wurden sogenannte „Closed- Loop-Ansätze“ entwickelt, um diese Informationen in Kombination mit moderner Datenverarbeitungstechnologie für eine verbesserte Produktionssteuerung in der Rohstoffgewinnung nutzbar zu machen. Der Beitrag stellt ein Projekt vor, das sich genau dieser Entwicklung widmet, das im Europäischen Rahmenprogramm Horizon 2020 geförderte Projekt Real-Time Mining. Der Fokus des Projektes liegt auf der Gewinnung bergbaugeologisch komplexer Lagerstätten unter Anwendung hoch-selektiver Gewinnungsszenarien. Der Aufbau des Projektes, das Projektziel, die einzelnen Arbeitspakete und Schlüsseltechnologien werden kurz dargestellt. An zwei ausgewählten Beispielen wird auf zwei Hauptkomponenten von Real-Time Mining, die Aktualisierung der Lagerstättenmodelle unter Einbeziehung von Online-Sensorik und die Optimierung der Entscheidungsfindung im Produktionsprozess näher eingegangen.

Im Bergbausektor werden die Themenfelder soziales und ökologisches Verantwortungsbewusstsein als auch verantwortliche Unternehmensführung, entlang der gesamten Wertschöpfungskette von mineralischen Rohstoffen innerhalb der letzten Dekade intensiv diskutiert. Verstärkt wird dies durch den steigenden Bedarf an mineralischen Rohstoffen für diverse Branchen, wie beispielsweise der High-Tech-Industrie. Hierbei besteht nachweislich in nahezu allen Abschnitten der Wertschöpfungskette eines mineralischen Rohstoffs das Risiko negativer Einflüsse auf die Gesellschaft, Umwelt und die Wirtschaft. Aus diesem Grund entwickelt die DMT GmbH & Co. KG als Projektleitung, TÜV NORD CERT GmbH, beide zugehörig der TÜV NORD GROUP, und weitere Partner aus Industrie und Wissenschaft das Zertifizierungssystem CERA 4in1 – Certification of Raw Materials. Das Projekt wurde teilfinanziert von der European Institute of Innovation and Technology Raw Materials GmbH. Das Ziel des Zertifizierungssystems ist es, die komplette Wertschöpfungskette eines mineralischen Rohstoffs zu umfassen und somit dazu beizutragen, eine Harmonisierung des Markts an Nachhaltigkeitsstandards zu erzielen. Um dies zu realisieren, ist das CERA 4in1 Zertifizierungssystem in vier unterschiedliche, jedoch aufeinander aufbauende, Teilstandards unterteilt. Der CERA 4in1 Performance Standard (CPS) umfasst den nachhaltigen Betrieb eines Unternehmens von den Gewinnungs- und Aufbereitungsprozessen bis hin zu Hüttenbetrieben. In den untergeordneten Implementation Details (ID)-Dokumenten, welche auch als Auditchecklisten definiert werden können, werden dabei die individuellen Gegebenheiten des zu zertifizierenden spezifischen Betriebs berücksichtigt und dienen dadurch als Implementierung der allgemeingültigen CPS-Anforderungen für den spezifischen Anwendungsfall. Der CERA 4in1 Chain of Custody (CCS) umfasst die Rückverfolgbarkeit während des Handels der jeweiligen Zwischenprodukte der einzelnen Wertschöpfungsakteure. Der CERA 4in1 Readiness Standard (CRS) umfasst die komplette Phase der Bergbauplanung und endet mit dem Beginn der Gewinnung. Diese drei Standards beziehen sich auf die vorgelagerte Wertschöpfungskette eines mineralischen Rohstoffs. Der CERA 4in1 Final Product Standard (CFS) umfasst das Kennzeichnen des Endprodukts, für welches die zertifizierten mineralischen Rohstoffe und deren nachgelagerten Produkte verwertet werden. Innerhalb der Dissertation wird die Weiterentwicklung des CPS verfolgt, indem grundsätzlich das CPS-Grundgerüst inhaltlich erweitert und anschließend bewertet sowie ein Modell als Systematik dieses Standards entwickelt und validiert wird. Der Anspruch dieses Modells ist es, alle mineralischen Rohstoffe, deren Lagerstättentypen und besondere Eigenschaften in der Gewinnung bis hin zur Verhüttung, die Betriebsgrößen als auch die lokalen und regionalen Besonderheiten der Betriebsstandorte zu berücksichtigen. Abschließend wird die Effektivität und Erfolgsaussicht des CPS evaluiert. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Effektivität und Erfolgsaussichten des CPS insgesamt von bis zu sechs Parametern abhängig ist. Die „technische und wirtschaftliche Anwendbarkeit“ thematisiert unter anderem die Anwendbarkeit des CPS auf die komplexen und individuellen mineralischen Rohstoffwertschöpfungsketten. Die „internationale Anerkennung“ adressiert die Kompatibilität mit bereits bestehenden Systemen zur Harmonisierung des Angebots an Nachhaltigkeitsstandards. Die „Vertrauenswürdigkeit des Systems“ umfasst die Erlangung der Vertrauenswürdigkeit des CPS seitens diverser Interessensvertreter, während sich der Parameter „Akzeptanz des Kunden“ auf die Bereitwilligkeit der Industrie zur Zertifizierung bezieht. Der „Marktausblick“ steht für die Wirtschaftlichkeit des CPS. Abschließend gilt die „politische Unterstützung“, also die Einbindung des CPS in gesetzliche Regelungen, als optionaler Parameter, da dieser nicht als essentiell eingestuft wird.:ABBILDUNGSVERZEICHNIS XVII TABELLENVERZEICHNIS XIX ABKÜRZUNGEN & AKRONYME XXIII 1 EINLEITUNG 1 1.1 Status quo 1 1.1.1 Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung 5 1.1.2 Internationale Arbeitsorganisation 5 1.1.3 Internationale Allianz für Soziale und Ökologische Akkreditierung und Kennzeichnung 6 1.2 Motivation 12 2 FORSCHUNGSSTRATEGIE 17 2.1 Fragestellung und Zielsetzung 17 2.2 Überblick der Arbeit 18 2.3 Methodik 19 3 CERA 4IN1 ZERTIFIZIERUNGSSYSTEM 22 3.1 Vorarbeiten 22 3.2 Einführung in das CERA 4in1 Zertifizierungssystem mit Schwerpunkt CERA 4in1 Performance Standard 25 3.2.1 Randbedingungen und Zielsetzung des CERA 4in1 Performance Standards 32 3.2.2 Status Quo des CERA 4in1 Performance Standards zu Beginn der Arbeit 32 3.2.3 Weiterentwicklung des CERA 4in1 Performance Standards 36 3.2.4 Bewertung des CERA 4in1 Zertifizierungssystems und des CPS-Grundgerüsts 44 4 ENTWICKLUNG EINES THEORETISCHEN MODELLS ALS SYSTEMATIK DES CERA 4IN1 PERFORMANCE STANDARDS 51 4.1 Zielsetzung des theoretischen Modells 51 4.2 Randbedingungen und Barrieren des theoretischen Modells 51 4.3 Systematik des theoretischen Modells 52 4.3.1 Datengrundlage, Status Quo der CPS-Systematik und genutzte Techniken 53 4.3.2 Identifizierung ökonomischer, ökologischer und sozialer negativer Einflüsse von mineralischen Rohstoffen innerhalb deren Wertschöpfungsketten 56 4.3.3 Entwicklung einer Systematik zur Prävention und Kontrolle der negativen Einflüsse auf die Nachhaltigkeit im Bergbau 59 4.3.4 Gängige Gewinnungs-, Aufbereitungs- bis hin zu Verhüttungsprozesse innerhalb der mineralischen Rohstoffwertschöpfung zur Entwicklung des Grundgerüsts des theoretischen Modells 63 4.3.5 Entwicklung der Systematik des theoretischen Modells 64 4.4 Zweck des theoretischen Modells 65 5 VALIDIERUNG DES THEORETISCHEN MODELLS ANHAND AUSGEWÄHLTER MINERALE 75 5.1 Erläuterung der Methodik und des Zwecks 75 5.2 Erste theoretische Validierung 76 5.2.1 Randbedingungen und Barrieren der ersten theoretischen Validierung 77 5.2.2 Darstellung der Ergebnisse aus der ersten theoretischen Validierung 77 5.3 Problemanalyse 79 5.3.1 Aufgetretene Probleme während der ersten theoretischen Validierung 79 5.3.2 Veränderung der Eingangsparameter 80 5.4 Zweite theoretische Validierung 84 5.4.1 Randbedingungen und Barrieren der zweiten theoretischen Validierung 85 5.4.2 Darstellung der Ergebnisse aus der zweiten theoretischen Validierung 86 5.5 Problemanalyse und Sensitivitätsanalyse 90 5.5.1 Aufgetretene Probleme während der zweiten theoretischen Validierung 90 5.5.2 Sensitivitätsanalyse 95 5.5.3 Veränderung der Eingangsparameter 96 5.5.4 Theoretische Skalierung 104 5.6 Praktische Validierung 105 5.6.1 Erläuterung der Methodik und des Zwecks 106 5.6.2 Randbedingungen und Barrieren 109 5.6.3 Darstellung der Ergebnisse 111 5.6.4 Aufgetretene Probleme und Sensitivitätsanalyse 115 6 FINALE BEWERTUNG DES THEORETISCHEN MODELLS UND DER CPS-SYSTEMATIK 118 6.1 Problemanalyse und Sensitivitätsanalyse 118 6.1.1 Gelöste Probleme und Sensitivitätsanalyse 118 6.1.2 Ungelöste Probleme und Sensitivitätsanalyse 119 7 FAZIT, DISKUSSION, AUSBLICK 121 7.1 Fazit 121 7.1.1 Standardentwicklung 121 7.1.2 Skalierung der Inhalte 122 7.1.3 Automatisierung der Entwicklungsschritte und Auditprozesse 123 7.1.4 Wettbewerb und Akzeptanz 124 7.1.5 Marktausblick 127 7.1.6 Abschlussbewertung 129 7.2 Diskussion 134 7.2.1 Barrieren und Randbedingungen des CPS 134 7.2.2 CPS-Implementierung 135 7.2.3 Auswirkungen 138 7.3 Ausblick 139 7.3.1 Anwendbarkeit, Anerkennung und Zertifizierungsprozess 139 7.3.2 Datenbankanwendung 140 7.3.3 CERA 4in1 Teilstandards und Administration 140 QUELLENVERZEICHNIS 143 ANHANG 155 Anhang A – Schwerpunkte Nachhaltigkeit 155 A.1 Auflistung der Nachhaltigkeitsziele der Agenda 2030 und der Kernthemen nach ISO 26000 155 Anhang B – Tabellenwerke zu Kapitel 4 156 B.1 Vorarbeiten aus Jatlaoui (2018) 156 B.2 Bestehendes umfangreiches Set an Gefahren aus Business Queensland (2019) 162 B.3 Entwicklung des ersten Entwurfs des theoretischen Modells 163 Anhang C – Tabellenwerke zu Kapitel 5 171 C.1 Validierung des theoretischen Modells 171 C.2 Übersicht der umdefinierten Ereignisse 182 C.3 Layout der Auditcheckliste für das Pilotprojekt DRK 193

In der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet. / In the summary the topics of the meeting and important speakers are listed and shortly presented. Topics are the efficency of resources, environmental aspects, secondary mining and human resources in the mining industry of Chile. Technological innovations of the mining industry are also in the focus of the meeting. Some projects for cooperation are introduced. The German-Chilean Raw Materials Forum was organized by the „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ of the Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer.

In der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet. / In the summary the topics of the meeting and important speakers are listed and shortly presented. Topics are the efficency of resources, environmental aspects, secondary mining and human resources in the mining industry of Chile. Technological innovations of the mining industry are also in the focus of the meeting. Some projects for cooperation are introduced. The German-Chilean Raw Materials Forum was organized by the „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ of the Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer.

In der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet. / In the summary the topics of the meeting and important speakers are listed and shortly presented. Topics are the efficency of resources, environmental aspects, secondary mining and human resources in the mining industry of Chile. Technological innovations of the mining industry are also in the focus of the meeting. Some projects for cooperation are introduced. The German-Chilean Raw Materials Forum was organized by the „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ of the Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer.

In der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet. / In the summary the topics of the meeting and important speakers are listed and shortly presented. Topics are the efficency of resources, environmental aspects, secondary mining and human resources in the mining industry of Chile. Technological innovations of the mining industry are also in the focus of the meeting. Some projects for cooperation are introduced. The German-Chilean Raw Materials Forum was organized by the „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ of the Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer.

In recent years, technological innovations have resulted in manifold applications using rare earth elements (REEs), leading to a dramatic increase in demand for them. Because of their unique physicochemical properties, REEs are considered indispensable in modern industry. They are extensively used in new materials, energy conservation, environmental protection and IT devices as well as in military weapon systems. They have also significantly contributed to the miniaturisation of electronic components, such as, for example, cell phones and laptop computers. REEs are essential for green technologies such as wind turbines. They are widely applied in the automotive industry for catalysts, hybrid vehicle batteries, motors and generators, etc. (Hurst, 2010). Due to the similarity of the chemical characteristics of each individual REE, the production processes for REEs with high purity are very complex: the processing and separation can be technically challenging. Furthermore, the chemical extraction processes involved have generated severe environmental problems. Currently, the supply of REEs is concentrated in China. To reduce the dependence on China, many countries have started to search for alternative REE sources, which can be classified into “primary sources” and “secondary sources”. Many REE exploration projects outside China and REE recycling projects have been launched. However, the success of the development of these projects is impacted by various risks, such as political risks, technical risks, environmental risks and social risks. The main research aim of this thesis is to establish a model for the evaluation of REE projects and to provide a basis for investment decision making. In order to complete this task, an analysis of REE deposits and the supply chain for REEs is provided. As results, a data base of potential REEs project is compiled, while an overview of the supply chain for REEs and an analysis of risks across the supply chain are presented. In order to assess potential REE production projects, a new real options valuation (ROV) model using a multi-dimensional binomial lattice approach is developed. For the application of the new real options model, a range of risk parameters and the expected production output of REE products are estimated using the Monte Carlo simulation method. The application of the new real options model is presented for the evaluation of the Bayan Obo mine in China, the Kvanefjeld REE project in Greenland, and a REE recycling project from magnetic scrap.