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
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:34081 |
| Date | 21 June 2019 |
| Creators | Schreiter, Norbert |
| Contributors | Bertau, Martin, Heilmeier, Hermann, TU Bergakademie Freiberg |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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