Versteckter Rohstoff: Wie eine Studie zeigt, stecken in den Abfällen industrieller Mahlprozesse ungenutzte Ressourcen des seltenen Metallrohstoffs Scandium. Demnach enthalten die als Strahl- und Strahlmittel verwendeten Granatsande knapp 100 Milligramm Scandium pro Kilogramm. Dieses Scandium bleibt auch nach mehrmaligem Gebrauch im Sand. Ein Recycling dieser Sande für die Scandium-Produktion könnte sich daher lohnen, so die Forscher.

Scandium ist ein ebenso gefragter wie seltener Rohstoff. Dieses Übergangsmetall ist aufgrund seiner geringen Dichte sehr leicht, weist aber dennoch eine hohe Zugfestigkeit auf. Daher wird es als Aluminium-Scandium-Legierung in der Luftfahrt eingesetzt, um Gewicht und damit Treibstoff zu sparen. In Festbrennstoffzellen senkt Scandium die Betriebstemperaturen und verlängert deren Lebensdauer. Experten erwarten, dass sich die Nachfrage nach diesem silberweißen Leichtmetall künftig vervierfachen wird.

Das Problem ist jedoch, dass Scandium keine eigenen Vorkommen bildet, sondern nur als Nebenprodukt anderer Erze vorkommt – und das nur in sehr geringen Mengen. Weltweit werden deshalb jährlich nur 15 bis 20 Tonnen Scandium gefördert, das meiste davon in China, Australien oder der Ukraine. Das Metall gilt daher in der EU als kritischer Rohstoff mit ungesicherter Versorgung. Daher wird intensiv nach neuen Wegen zur Gewinnung des Hightech-Metalls gesucht.

Franziska Klimpel von der Jacobs University Bremen und ihre Kollegen haben nun eine mögliche Quelle für Scandium entdeckt. Ausgangspunkt ihrer Studie war die Erkenntnis, dass bestimmte Granatminerale Scandium enthalten können. „Die eisen- und magnesiumreichen Granatmineralien Almandin (Fe3Al2 (SiO4) 3) und Pyrop (Mg3Al2 (SiO4) 3) können einen hohen Scandiumgehalt aufweisen, da das Scandium leicht in das Kristallgitter dieser Mineralien aufgenommen wird“, erklären die Forscher .

Das Interessante daran: Diese Mineralien werden in der Industrie oft in Form von Granatsand verwendet, da sie aufgrund ihrer Härte ein gutes Schleifmittel sind. Sie werden hauptsächlich zum Sandstrahlen, aber auch zum Wasserstrahlschneiden und Filtern verwendet. Granatsand wird typischerweise drei- bis zehnmal wiederverwendet, bevor seine guten Schleifeigenschaften nachlassen und er wird entsorgt.

Hier setzt die Studie von Klimpel und ihrem Team an: Sie untersuchten, wie viel Scandium in frisch gewonnenem Granatsand, in verkaufsfertigen industriellen Granatsanden und in den zur Entsorgung vorgesehenen „gebrauchten“ Schleifsanden enthalten ist. Dazu analysierten sie Proben aus Minen in Indien und Australien, aber auch Granatsande und deren Abfallprodukte, die in Deutschland verkauft wurden.

Das Ergebnis: Sowohl die frischen Granatsande als auch die industriell aufbereiteten Schleifsande enthalten fast 100 Milligramm Scandium pro Kilogramm Sand. „Diese Scandium-Konzentrationen liegen deutlich über den Durchschnittswerten von rund 21,9 Milligramm pro Kilogramm für die kontinentale Kruste“, berichten Klimpel und ihre Kollegen. Gleichzeitig zeigen diese Werte, dass auch die Weiterverarbeitung der Granatsande zu Schleifsand die Scandiumkonzentration nicht reduziert.

Aber noch wichtiger: Auch wenn diese Schleifsande mehrmals wiederverwendet und schließlich als Abfall entsorgt wurden, bleibt das Scandium darin. „Damit kann industrieller Granatsand als potenzieller Sekundärrohstoff für Scandium eingestuft werden: Das Metall könnte gewonnen werden, nachdem der Sand bereits zum Schleifen und Schneiden verwendet wurde“, so die Forscher.

Grundsätzlich könnte zumindest ein Teil des Scandiumbedarfs in Europa durch das Recycling von gebrauchtem Schleifsand gedeckt werden. Das allein würde nicht ausreichen, um die Lieferengpässe zu beseitigen. Denn weltweit werden nur rund 1,2 Millionen Tonnen Granatsand produziert, wie Klimpel und ihr Team erklären. Dennoch könnte die Gewinnung von Scandium aus den entsorgten Schleifsanden dazu beitragen, die Kosten für Scandium in Europa zu senken und die Versorgung zu stabilisieren.

Eine Tonne Granatsand enthält nach Angaben des Forscherteams Scandium im Wert von etwa 132 US-Dollar. Eine Gewinnung des Metalls aus Frischsanden oder die Gewinnung der Sande ausschließlich für die Scandium-Produktion ist daher wirtschaftlich nicht vertretbar. Bei den bereits zur Entsorgung vorgesehenen Schleifsanden könnte dies hingegen anders aussehen. Zudem dürften die Nachfrage und die Preise für Scandium in naher Zukunft weiter stark steigen, so die Wissenschaftler.

Wenn Granatsande recycelt werden, trägt dies außerdem zur Kreislaufwirtschaft und Abfallvermeidung bei. „Die Nutzung von Abfallprodukten als Sekundärrohstoff gewinnt in der EU zunehmend an Bedeutung und gesellschaftlicher Akzeptanz, weil eine Entwicklung hin zu einer Kreislaufwirtschaft angestrebt wird“, schreiben Klimpel und ihre Kollegen. (Wissenschaftliche Berichte, 2021; doi: 10.1038 / s41598-021-84614-x)

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