Bergbauschlamm und Grubenwasser
Vom Schad- zum Wertstoff
Flüsse und Gräben reinigen und dabei wichtige Rohstoffe für die moderne Industrie und Wirtschaft aufzubereiten, ist das Ziel des BMBF geförderten Großforschungsprojektes „rECOmine ZauBer“. In diesem erforscht die Universität mit vier regionalen Firmen neue Recyclingtechnologien für Klärschlämme.
Bisher werden Bergbauschlämme und Grubenwasser fast ausschließlich als schadstoffhaltige Abfälle betrachtet. Dabei stecken in ihnen Rohstoffe wie Aluminium, Eisen oder Zink. Diese wollen die Partnerinnen und Partner im Verbundvorhaben extrahieren und die Reststoffe zu nachhaltigen Zukunftsmaterialien weiterverarbeiten.
Als Pilotstandort wurde der Rote Graben in Freiberg ausgewählt. Dort haben es die Forschenden vor allem mit viel eisenhaltigem Wasser und mehr als 13.000 Tonnen Schlamm zu tun. Dieser stammt aus Grubenwässern des Freiberger Reviers auf Niveau der Freiberger Mulde oder auch aus Sickerwässern. Um die Schlammablagerungen nicht ausbaggern und anschließend auf Deponien entsorgen zu müssen, werden sie einfach in eine Filterpresse gepumpt und entwässert. „Dafür führen wir das Wasser und die Schlämme über mehrere Membranen. Diese filtern die festen Bestandteile ab und entfernen in einem weiteren Schritt enthaltene Schwermetalle“, erklärt Prof. Dr. Martin Bertau vom Institut für Technische Chemie an der TU Bergakademie Freiberg.
Am Ende bleibt sauberes Wasser, das in die Ursprungsgewässer zurückgeführt werden kann. Als weiteres Produkt entsteht noch ein Restschlamm, den die Forschenden auf vorhandene Wertmetalle wie Zink oder Eisen aufarbeiten und dabei letzte noch verbleibende Schadstoffe wie Cadmium oder Arsen herausfiltern. Der feste mineralische Rückstand wird in sogenannte Geopolymere überführt, das sind anorganische Bindemittel mit Eigenschaften die Zement gleichkommen oder diesen sogar übertreffen. Am Ende entsteht ein stabiles betonartiges Material.
Die Arbeit mit Geopolymeren ist nicht neu – die Verbindung mit Bergbauschlämmen allerdings schon. „Unser bereits zum Patent angemeldeter Ansatz bietet mit der allein aktuell im Roten Graben in Sachsen geschätzten Menge an Schlamm von 13.000 m³ vielversprechendes Potential für die Entwicklung eines ökonomischen Verfahrens“, erklärt Prof. Dr. Martin Bertau. Immerhin bietet das klimafreundliche Bindemittel ein CO2-Einsparpotential von bis zu 80 Prozent im Gegensatz zur herkömmlichen Betonherstellung und ist zudem hitzestabiler, resistenter gegen Chemikalien und härtet schneller aus als Beton.
Bisher laufen die Versuche im Labormaßstab. Im nächsten Jahr sollen die entwickelten Technologien dann mit einer neu entstehenden Demonstrationsanlage direkt am Roten Graben in den Realmaßstab überführt werden.
Die erprobten Verfahren lassen sich auch in weiteren Gruben und Wasserlösestollen, sowie zur Altbergbausanierung innerhalb des Erzgebirges anwenden. Für einen Überblick werden die Freiberger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erstmals ein spezielles Grubenschlamm-Kataster erstellen.