KriSTail

Analyse kritischer Rohstoffe mittels innovativer Sondentechnologie an Tailings

Motivation

Kritische Rohstoffe (Critical Raw Materials, CRM) wie Seltene Erden und Platingruppenelemente sind unverzichtbar für Zukunftstechnologien wie Elektromotoren, Windkraftanlagen und Batteriesysteme. Die Europäische Union ist bei vielen dieser Rohstoffe jedoch stark von wenigen Lieferländern abhängig, was Versorgungssicherheit und Resilienz der Wertschöpfungsketten gefährdet. Gleichzeitig werden Bergehalden und -teiche zunehmend als potenziell wertvolle Sekundärquellen für kritische Rohstoffe erkannt, insbesondere dort, wo historische Aufbereitungsverfahren signifikante Restgehalte hinterlassen haben. Die interne Struktur solcher Tailings-Körper ist jedoch räumlich stark heterogen, sodass klassische Bohrungen und ausschließlich ex-situ-Laboranalysen oft nur begrenzte Aussagekraft und eine geringe Tiefenauflösung bieten, bei hohem Zeit‑ und Kostenaufwand und schwierigen Arbeitsbedingungen in wasserhaltigen, instabilen Tailings. Es besteht daher ein dringender Bedarf an robusten, in-situ einsetzbaren Methoden, mit denen CRM direkt im Tailingskörper mit hoher vertikaler Auflösung, reduziertem Bohraufwand und geringerer Umwelt- und CO₂-Belastung charakterisiert werden können.

Ansatz

Im Verbundvorhaben KriSTail entwickelt J&C Bachmann eine hochenergetische in‑situ‑Röntgenfluoreszenzsonde, die hydraulisch in feinkörniges Tailingsmaterial eingepresst werden kann, ohne dass zuvor ein Bohrloch hergestellt werden muss. Kern der Neuentwicklung ist eine kompakte Hochspannungsversorgung (ca. 70 kV) in Kombination mit einer geeigneten Röntgenröhre und einer mechanisch robusten Sondengeometrie, sodass auch Elemente höherer Ordnungszahl, u. a. Seltene Erden und weitere kritische Metalle, detektiert werden können. Die Sonde wird mit der CPT-Technik (Cone Penetration Testing) kombiniert, sodass kontinuierliche geochemische Profile direkt im Bergeteich erfasst werden, ohne zusätzliche Bohrungen.

Das MRE übernimmt die wissenschaftliche Begleitung und Validierung der Sonde durch umfassende Laboranalysen (z. B. ICP‑MS, XRD, RFA) an repräsentativen Tailingsproben sowie den systematischen Vergleich mit den in-situ-Messdaten. In einer gemeinsamen Fallstudie an einem ausgewählten Bergeteich wird der Prototyp schließlich unter realen Einsatzbedingungen demonstriert, die Messergebnisse werden extern validiert und in ein geochemisches Modell der CRM-Verteilung überführt, mit dem Ziel, den Technologiereifegrad TRL 6 nachzuweisen.

Projektziele und Fragestellungen

Übergeordnetes Ziel:

Entwicklung, Labor- und Feldvalidierung einer hochenergetischen in‑situ‑RFA‑Sonde, die eine zuverlässige Identifikation und Quantifizierung ausgewählter kritischer Rohstoffe in Bergeteichen ermöglicht und bis TRL 6 demonstriert wird. 

Teilziele:

• Technische Weiterentwicklung der Sonde: Konstruktion einer kompakten Hochspannungsversorgung (≈ 70 kV) und Integration einer geeigneten Röntgenröhre in die bestehende MPT‑Sondenplattform, einschließlich mechanisch robustem Messfenster und optimierter Abschirmung.
• Quantitative Laborvalidierung: Systematische Laboruntersuchungen an zertifizierten Tailings-Standards, Blindproben und standortspezifischen Tailings, um Genauigkeit, Nachweisgrenzen und den Einfluss von Matrix, Korngröße und Feuchte auf das Sondensignal zu quantifizieren.   
• Standortauswahl und Fallstudie: Identifikation eines geeigneten Bergeteichs, Abschluss einer Kooperationsvereinbarung mit einem Bergwerksbetreiber und Durchführung einer Vorerkundung einschließlich Probennahme und Gefahrenanalyse als Grundlage für die Feldkampagne. 
• Feldvalidierung und Modellierung: Durchführung einer in‑situ‑Messkampagne, Validierung der Felddaten durch Vergleich mit Laborreferenzanalysen und Erstellung eines geochemischen Modells der CRM-Verteilung im Bergeteich zur ersten Bewertung des Ressourcenpotenzials.  
• Anwendung, Leitlinien und Wissenstransfer: Erarbeitung einer Standard Operating Procedure (SOP) für den Sondeneinsatz, Durchführung einer SWOT‑Analyse (Stärken, Schwächen, Chancen, Risiken) inklusive Markt- und Umweltaspekten sowie Veröffentlichung der Ergebnisse (Open‑Access‑Publikation, Konferenzbeiträge, Abschlussarbeiten, Integration in die Lehre).   

Arbeitspakete

• AP 1: Projektmanagement
• AP 2: Standortauswahl für die Fallstudie
• AP 3: Entwicklung der Sonde
• AP 4: Evaluation und Validierung der Sonde im Labor
• AP 5: Evaluation und Validierung der Sonde in der Fallstudie