Mikrobielle Laugung von Seltenen Erden aus Leuchtpulver

Seltene Erden (SE) werden in fast allen neuen Technologien eingesetzt, dennoch gibt es bis heute kein umweltfreundliches Recycling-Verfahren. Bei Verwertung von Energiesparlampen und Leuchtstoffröhren fallen in Deutschland jährlich rund 175 Tonnen Leuchtpulver an [1, 2], die aufgrund der Quecksilber-Belastung als Sondermüll gelagert werden müssen. Gebunden in den schwer wasser-löslichen Drei¬banden-Farbstoffen enthält das Leuchtpulver ca. 10% SE-Oxide [3]. Bei voll-ständigem Recycling könnten aus den Leuchtstoffabfällen folglich 17,5 Tonnen SE Oxide gewonnen werden. Bei den derzeit niedrigen SE-Preisen [4] entspräche das einem Wert von einer halben Million Dollar.
In dieser Arbeit wurde deshalb die mögliche Rückgewinnung von SE aus Leucht-pulver mithilfe von biohydro¬metallurgischen Techniken untersucht. Aufgrund der elektrochemischen Rand¬bedingungen, erscheint die Laugung mit organischen Säuren und metallbindenden Proteinen erfolgversprechender als Oxidations- oder Reduktions¬reaktionen [5, 6] Auf dieser Grundlage und der Literatur [7] wurden verschiedene hetero- und autotrophe aerobe Mikroorganismen (MO) als Rein- und Mischkultur ausgewählt. Mit den MO-Stämmen wurden zwei-wöchige Laugungs-experimente im Batch-Verfahren durchgeführt. Zur Bestimmung des Einflusses der MO wurden außerdem Experimente mit Kulturüberständen ohne MO gestartet. Mittels ICP-MS wurden die Konzentrationen von verschiedenen Metallionen der Dreibanden-Farbstoffe im Überstand bestimmt. Die gebildeten organischen Säuren wurden durch HPLC analysiert.
Erfolgversprechende Ergebnisse konnten mit den chemoorgano-heterotrophen MO Yarrowia lipolytica, Komatogateibacter xylinus und Lactobacillus casei sowie mit der Mischkultur Kombucha erzielt werden. Allen gemeinsam ist die Absenkung des pH-Wertes während der Kultivierung infolge der Bildung von organischen Säuren. Der Mechanismus für die Auflösung der Dreibanden-Farbstoffe ist daher wahrscheinlich mit der Carboxyl-Funktionalität verknüpft. Dennoch schienen auch die MO einen Einfluss auf die Solubilisierung zu haben, da bei den Experimenten mit Kultur¬überständen niedrigere Laugungsraten erzielt wurden. Diese Arbeiten zeigen erstmals, dass eine Biolaugung von Seltenen Erden aus technischen Produkten prinzipiell möglich ist.

[1] Gallenkemper, B. and J. Breer, Analyse der Datenerhebung nach ElektroG über die Berichtsjahre 2009 und 2010 zur Vorbereitung der EU-Berichtspflicht 2012, in Fachgebiet III 1.6, D. Hörig (Editor) 2012, Umweltbundesamt: Dessau-Rosslau, Ahlen.
[2] Lightcycle, Verwertbare Bestandteile von Altlampen, 2014, Riemann, Stephan.
[3] Haucke, E., T. Huckenbeck, and R. Otto, Verfahren zur Rückgewinnung seltener Erden aus Leuchtstofflampen, Osram AG, 2011: Germany.
[4] Argus Media: Metal-Pages, URL: https://www.metal-pages.com (Stand 29.07.2015)
[5] Evans, C.H., Biochemistry of the Lanthanides. Biochemistry of the Elements, Editor. E. Frieden. Vol. 1. 1990, New York, London: Plenum Press.
[6] Morss, L.R., Yttrium, Lanthanum, and the Lanthanide Elements, in Standard Potentials in Aqueous Solution, Editoren: A.J. Bard, R. Parsons, and J. Jordan. 1985, Marcel Dekker, Ink.: New York, Basel. p. 587-629.
[7] Krebs, W., et al., Microbial recovery of metals from solids. FEMS Microbiology Reviews, 1997. 20 (3-4): p. 605–617.