Bergbau und Raffination: Kobalt, das leider notwendige Metall

Die Geschichte der Menschheit ist größtenteils eine Geschichte von Konflikten, die oft durch die ungleiche Verteilung von Ressourcen verursacht werden. Seit wir die Bäume verlassen haben, und wahrscheinlich auch schon lange davor, haben unsere Vorfahren darum gekämpft, das zu bekommen, was sie zum Überleben brauchen, und das meist auf Kosten eines anderen, glücklicheren Stammes. Nahrung, Wasser, Land, es spielt keine Rolle; Wenn sie es haben und wir nicht, stehen die Chancen gut, dass es einen Kampf geben wird.

Nur wenige Ressourcen sind so ungleichmäßig auf unserem Planeten verteilt wie Kobalt. Das Metall macht nur einen Bruchteil eines Prozents der Erdkruste aus, und kommerziell bedeutsame Konzentrationen sind selten genug, sodass diejenigen, die welche haben, oft in Konflikt geraten mit denen, die es brauchen. Und wir brauchen es; Was in der Antike hauptsächlich als sattes blaues Pigment für Glas und Keramik begann, ist unter anderem für wichtige Industrielegierungen, Hochleistungsmagnete und die Anoden von Lithiumbatterien unverzichtbar geworden.

Zugang zu unserem begrenzten Angebot an Kobalt zu erhalten und es zu einem nützlichen Metall zu raffinieren, ist kein trivialer Prozess, und leider zwingt es seine übergroße Bedeutung für die technologische Gesellschaft in eine geopolitische Rolle, die viel zum menschlichen Elend beigetragen hat. Glücklicherweise machen Marktkräfte und neue Technologien einst marginale Quellen rentabel, was uns möglicherweise dabei helfen kann, das Kobalt, das wir brauchen, ohne all die Konflikte zu bekommen.

Die chemischen Eigenschaften von Kobalt spielen eine große Rolle bei seiner ungleichmäßigen Verteilung. Wie Aluminium kommt auch elementares Kobalt in der Natur praktisch nicht vor, und zwar aus dem gleichen Grund: Es reagiert leicht mit Sauerstoff und bildet relativ inerte Oxide. Es neigt auch dazu, Mineralien zu bilden, die eng mit anderen Metallen wie Kupfer und Nickel verbunden sind. Tatsächlich ist fast das gesamte heute produzierte Kobalt – 98 % – ein Nebenprodukt beim Abbau und der Raffinierung dieser beiden wichtigen Industriemetalle.

Kobalt bildet auch leicht Mineralien, die Schwefel und leider auch Arsen einbinden. Es gibt über 30 verschiedene Erze, die Kobalt in kommerziell bedeutenden Konzentrationen enthalten, was es schwierig macht, ein Haupterz zu bestimmen. Allerdings ist die Geologie, die diese vielfältigen Erze leicht zugänglich macht, ziemlich begrenzt, und wenn man weiß, in welchen Gesteinsformationen Kobalt-Erze wahrscheinlich vorkommen, lässt sich erklären, warum lebensfähige Vorkommen über den ganzen Globus verstreut sind.

Kobalterze kommen in der Regel in zwei großen geologischen Umgebungen vor: sedimentär und vulkanogen. Sedimentablagerungen, die heute mehr als 50 % des Kobaltabbaus ausmachen, sind Sandsteine ​​und Schiefer, die sich unter alten Ozeanen und Seen gebildet haben, wo sich organische Sedimente ansammelten und schließlich mineralisierten, hauptsächlich mit Metallsulfiden. Zwei große Sedimentvorkommen sind der europäische Kupferschiefer und der zentralafrikanische Kupfergürtel. Beide Lagerstätten enthalten große Mengen an Kupfersulfiden sowie eine erhebliche Menge an damit verbundenen Kobaltmineralien.

Vulkanogene Erzvorkommen hingegen stammen aus hydrothermalen Prozessen, bei denen Kupfer- und Kobaltsulfidmineralien aus Flüssigkeiten ausfallen, die durch hydrothermale Quellen strömen. Diese Mineralvorkommen bilden sich ursprünglich auf dem Meeresboden, aber tektonische Aktivitäten und andere geologische Prozesse legen diese Mineralien schließlich frei oder bringen sie nahe genug an die Oberfläche, um einen relativ einfachen Zugang zu ermöglichen. Vulkanogene Kobaltvorkommen sind in der Tat sehr selten, nur eine Handvoll davon sind über den ganzen Globus verstreut, und sie sind die einzigen Formationen, in denen Kobalt als Primärprodukt und nicht als Nebenprodukt des Kupfer- oder Nickelabbaus abgebaut wird.

Der überwiegende Teil des derzeit geförderten Kobalts ist ein Nebenprodukt der Kupferproduktion, und da die Erze der beiden Metalle in ihren Sedimentvorkommen so eng miteinander verbunden sind, ist es nicht möglich, gezielt das eine oder das andere abzubauen. Der Prozess der Gewinnung von Kobalt aus seinen Erzen ist also im Wesentlichen derselbe wie der Abbau und die Raffinierung von Kupfer, die wir bereits in dieser Serie behandelt haben. Kurz gesagt, zerkleinertes Sulfiderz aus riesigen Tagebauen wird in Gruben mit undurchlässiger Auskleidung aufgeschüttet, um eine reichhaltige Mineralsuppe aufzufangen, die durch einen ständigen Schwefelsäureregen aus dem Gestein ausgelaugt wird. Durch Elektrolyse wird Kupfer aus der Lösung herausgezogen, zurück bleibt ein verbrauchter Elektrolyt, der relativ reich an Kobalt und anderen Metallen ist.

Eine Reihe chemischer Fällungsschritte und ein sekundärer Auslaugungsschritt entfernen selektiv die anderen Metalle aus dem Elektrolyten und reichern das Kobalt in der Lösung schrittweise an, bis es schließlich durch Zugabe von Kalk ausgefällt werden kann, um Kobalt(II)-hydroxid zu erzeugen. Trotz der Assoziation von Kobalt mit der Farbe Blau hat der Niederschlag einen schönen Rosaton; Das berühmte Pigment „Kobaltblau“ entsteht nur, wenn Kobalt(II)-oxid mit Aluminiumoxid gemischt wird.

Bei den wenigen kommerziell nutzbaren vulkanogenen Kobaltquellen wie der Bou-Azzer-Mine in Marokko und dem neuen Idaho Cobalt Operations (ICO)-Projekt ist der Gewinnungsprozess ganz anders, vor allem weil die Kobaltkonzentration im Gestein meist deutlich geringer ist . Der Plan für das ICO-Projekt, das die einzige Kobaltmine in den Vereinigten Staaten und die erste seit Jahrzehnten sein wird, die eröffnet wird, zeigt, was es mit der Gewinnung von Kobalt als Primärprodukt aus diesen Lagerstätten auf sich hat.

Das ICO-Projekt befindet sich außerhalb der Stadt Salmon, Idaho, mitten im Salmon-Challis National Forest. Der Standort liegt in einer 1,6 Milliarden Jahre alten geologischen Formation, die als Idaho Cobalt Belt bekannt ist und erstmals in den 1940er Jahren erschlossen wurde, als nach dem Zweiten Weltkrieg der Bedarf an einer heimischen Kobaltquelle offensichtlich wurde. Bis Anfang der 1980er Jahre war dort ein Tagebau in Betrieb, als billigere ausländische Kobaltquellen es für die Mine schwierig machten, rentabel zu bleiben.

Ein Tagebau mitten in einem unberührten Wald wäre heutzutage natürlich schwer zu verkaufen, daher werden die neuen Eigentümer der Mine, die australische Jervois Mining, in den Tiefschachtabbau investieren, um an das Erz zu gelangen, bei dem es sich hauptsächlich um Kobaltit handelt , eine Verbindung aus Kobalt, Arsen und Schwefel (CoAsS). Die von ihnen identifizierten Adern enthalten bis zu 1 % Kobalt, was für eine vulkanische Lagerstätte ziemlich reichhaltig ist, und kommen neben einigermaßen reichem Chalkopyrit-Kupfererz sowie einer guten Menge Gold vor.

Das ICO-Projekt steht gerade erst am Anfang, die Arbeiten an den Minenanlagen und an der Konzentratoranlage, die das Erz vor Ort verarbeiten wird, beginnen. Wenn das Projekt in vollem Gange ist, wird das Erz von der Mine an die Oberfläche transportiert, wo es gelagert wird, bevor es einer Backenbrecheranlage zugeführt wird. Das zerkleinerte Erz wird dann zu einer Kugelmühle geschickt, wo es zu Pulver zerkleinert und unter Zugabe von Wasser zu einer Aufschlämmung verarbeitet wird. Anschließend wird ein Tensid namens Kaliumamylxanthat (PAX) hinzugefügt, bevor die Aufschlämmung in eine Reihe von Schaumflotationstanks geleitet wird. Dabei wird Luft in die Gülle injiziert, die dank des PAX große Blasen bildet. Die Metallsulfide schwimmen nach oben und werden abgeschöpft, während die schwereren Gesteinsbrocken auf den Boden des Tanks fallen. Nach der Eindickung durch Vakuumfiltration wird das Konzentrat getrocknet, abgepackt und zur weiteren Raffinierung mithilfe der oben beschriebenen Elektrogewinnungsmethoden an einen anderen Standort versandt.

Es wird erwartet, dass das ICO-Projekt etwa 45 Millionen Pfund (20.400 Tonnen) Kobalt und 175 Millionen Pfund (80.000 Tonnen) Kupfer produzieren wird, bevor es bis etwa 2030 zur Sanierung des Standorts geschlossen wird. In einem globalen Markt, der jedes Jahr etwa 116.000 Tonnen produziert, Das Idaho-Projekt mag wie kleine Kartoffeln erscheinen, aber die Tatsache, dass neue Kobaltquellen erschlossen werden, ist eine gute Nachricht, vor allem weil es einige problematische Kobaltquellen ausgleichen kann.

Im Jahr 2021 stammten etwa 60 % des weltweiten Kobaltvorkommens aus der Demokratischen Republik Kongo (DRC), die auf einem großen Teil des zentralafrikanischen Kupfergürtels liegt und in der Konflikte um Kobalt nicht fremd sind. Der Großteil davon wird in traditionellen Minen abgebaut und wie oben beschrieben raffiniert, ein großer Teil stammt jedoch von sogenannten „handwerklichen Bergleuten“. Dabei handelt es sich in der Regel um verzweifelt arme Menschen, die hochwertige Kobaltvorkommen außerhalb traditioneller Minen finden und manuell Erz sammeln. Die Arbeit ist unglaublich gefährlich, sowohl im Hinblick auf die üblichen Gefahren, die in jeder Mine auftreten, als auch durch den Mangel an persönlicher Schutzausrüstung, das Vorhandensein giftiger Materialien und die Androhung von Gewalt durch andere Bergleute. Kinder werden als Arbeitskräfte eingesetzt und die Bergleute verdienen manchmal nur ein paar Cent am Tag.

Trotz der Herausforderungen sind die Kleinbergleute unglaublich produktiv – im Jahr 2021 produzierten sie mehr als doppelt so viel Kobalt wie Russland. Die Inbetriebnahme zuvor unrentabler Lagerstätten wie denen im Kobaltgürtel von Idaho könnte einen Teil dieser Nachfrage ausgleichen, was natürlich ein zweischneidiges Schwert ist, da Kobalt für viele Kleinbergbauunternehmen die einzige Einnahmequelle darstellt. Das Ganze mag jedoch akademisch sein, da die weltweite Kobaltnachfrage bis 2025 voraussichtlich auf fast eine Viertelmillion Tonnen pro Jahr steigen wird, was darauf hindeutet, dass der Kampf um Kobalt nur weiter eskalieren wird.