Vibromischer-Technologie bei der Metallauslaugung: Wie der FUNDAMIX® die hydrometallurgische Durchmischung unterstützt

Die hydrometallurgische Auslaugung gehört zu den chemisch anspruchsvollsten Mischprozessen in der Verfahrenstechnik. Die Gewinnung von Edelmetallen aus Erz, verbrauchten Katalysatoren oder Elektronikschrott erfordert eine präzise, kontinuierliche Durchmischung einer reaktiven Suspension, ohne die Prozesschemie durch Kontamination zu beeinträchtigen. Die eingesetzte Mischtechnik wird in diesen Prozessen selten als kritische Variable betrachtet, hat jedoch direkte Auswirkungen auf die Auslaugungseffizienz, die Prozessintegrität und die Wartungskosten.

Warum ist die Durchmischung bei der Auslaugung so entscheidend?

Wirksames Auslaugen setzt einen kontinuierlichen, gleichmäßigen Kontakt zwischen dem festen Ausgangsmaterial und der Laugungslösung voraus. Ohne ausreichende Durchmischung setzen sich Feststoffe ab, reaktive Oberflächen werden erschöpft und die Metallausbeute sinkt. In gerührten Auslaugungskreisläufen werden Mischer gezielt eingesetzt, um Feststoffe in der Suspension zu halten und den Feststoff-Flüssigkeits-Kontakt zu verbessern. Die Herausforderung besteht darin, dies gleichmäßig im gesamten Behälter zu erreichen, ohne Totzonen zu erzeugen oder die Prozesschemie zu stören. Konventionelle Rotationsrohrmischer erfüllen diese Anforderungen oft nicht zuverlässig.

Welche Probleme entstehen beim Auslaugen mit herkömmlichen Rotationsmischern?

Rotierende Wellenmischer verursachen in Auslaugungskreisläufen mehrere Komplikationen. Mechanische Dichtungen und Wellenlager sind abrasiven Suspensionen und korrosiven Laugungslösungen ausgesetzt, was zu Verschleißstellen führt, die häufige Wartung erfordern und bei Ausfall ein Kontaminationsrisiko darstellen. Schmierstoffe aus Lagereinheiten können in die Prozessfluide eindringen und die selektive Extraktionschemie beeinträchtigen. In Anwendungen, bei denen die Laugungslösung ein präzise formuliertes, mildes Reagenz ist, kann jeder Fremdeintrag die Selektivität und die Ausbeute verringern. Konventionelle Behälter mit Strömungsbrechern erzeugen zudem Turbulenzprofile, die im größeren Maßstab, insbesondere bei Behältern mit nicht standardisierter Geometrie, schwer gleichmäßig zu steuern sind.

Wie bewältigt ein Vibromischer die spezifischen Anforderungen der Metallauslaugung?

Der FUNDAMIX® Vibro-Mischer erzeugt die Durchmischung durch hochfrequente Vibration eines elektromagnetischen Antriebs, der über eine Welle auf eine perforierte Mischplatte mit konischen Bohrungen übertragen wird. Die oszillierende Platte pumpt die Flüssigkeit durch die Bohrungen mittels des Bernoulli-Effekts und erzeugt dabei ein axiales, wirbelfreies Strömungsprofil im gesamten Behälter. Es sind keine rotierenden Teile, keine mechanischen Dichtungen und keine Schmierstoffe in der Mischanordnung erforderlich. Die Antriebseinheit ist durch eine vorgespannte Membrandichtungseinheit vom Prozessmedium getrennt, die eine 100-prozentige Einhausung bei Drücken von -1 bis 5 bar g gewährleistet, mit höheren Druckstufen durch alternative Dichtungskonfigurationen. Für Auslaugungsanwendungen mit reaktiver oder präzise formulierter Prozesschemie eliminiert dieses Design die Kontaminationspfade herkömmlicher Rührer. Das Fehlen rotierender Komponenten bedeutet zudem, dass kein verschleißbedingter Partikeleinfall durch den Mischer selbst entsteht, was besonders relevant ist, wenn die Prozessreinheit nachgelagerte Rückgewinnungsschritte beeinflusst.

Welche praktischen Vorteile bietet der Vibromischer für Prozessplaner und Anlagenbetreiber?

Für einen Verfahrenstechniker, der Mischausrüstung für einen Auslaugungskreislauf spezifiziert, bietet der FUNDAMIX® Vibro-Mischer mehrere betrieblich relevante Vorteile. Das System benötigt keine Strömungsbrecher, was die Behälterkonstruktion und die Reinigung vereinfacht. Da keine rotierenden Teile abrasivem Verschleiß ausgesetzt sind, werden die Wartungsintervalle im Vergleich zu herkömmlichen Wellendichtungsrührern deutlich verlängert. Der Energieverbrauch ist gering: Das Modell FM-3, geeignet für Behälter von 50 bis 1.000 Litern, nimmt 200 W auf. Der FM-4, der Behälter von 1.000 bis 10.000 Litern abdeckt, nimmt 450 W auf. Der Betriebstemperaturbereich von -4°C bis 150°C deckt den gesamten Bereich atmosphärischer und mäßig erhöhter Temperaturbedingungen beim Auslaugen ab. Für Prozesse, die eine gleichmäßige, steuerbare Mischintensität ohne mechanische Beanspruchung der Suspension erfordern, können Vibrationsamplitude und -frequenz an die spezifischen Anforderungen hinsichtlich Verweilzeit und Feststoffsuspension angepasst werden.

Wie schneidet die Vibromischer-Technologie im Vergleich zu einem herkömmlichen Rührer beim Auslaugen ab?

Quelle: Gimba, Poux & Aubin, Vibromixers as an Alternative to Stirred Tanks: Design, Performance Characteristics, and Applications. Chemical Engineering & Technology, 2026; 49:e70149. https://doi.org/10.1002/ceat.70149

Welche Größen und Konfigurationsoptionen stehen für Auslaugungsanwendungen zur Verfügung?

FUNDAMIX® deckt Mischvolumina von 1 Liter bis 12.000 Liter ab, wobei über das gesamte Modellspektrum dasselbe vibrationsbasierte Betriebsprinzip zum Einsatz kommt. Die Skalierung eines herkömmlichen Rührbehälters folgt dem Potenzgesetz P ∝ N³D⁵ (wobei N die Drehzahl und D der Rehrerdurchmesser ist), was bedeutet, dass mit zunehmender Behältergröße zur Aufrechterhaltung der Mischleistung entweder eine deutlich höhere Antriebsleistung oder eine grundlegende Änderung des Mischprozesses erforderlich ist. Unter Standard-Betriebsbedingungen ist die Leistung pro Volumeneinheit einer Rushton-Scheibenrohrturbine 5 bis 17 Mal höher als die eines gleichwertigen FUNDAMIX® (Gimba et al., 2026). Der FUNDAMIX® vermeidet diesen Nachteil vollständig durch geometrische Skalierung: Während die Platte proportional mit dem Behälter wächst, bleibt das zugrunde liegende Konstruktionsprinzip vom FM-1 im Labormaßstab bis zum FM-4+ im vollständigen Produktionsvolumen unverändert. Labormaßstäbliche Entwicklungs- und Pilotarbeiten können mit dem FM-1 (1 bis 10 Liter) durchgeführt werden, mit anschließender direkter Skalierung auf Produktionsbehälter der Baureihen FM-3 bis FM-4+. Für Auslaugungsprozesse in korrosiven oder chemisch aggressiven Umgebungen können die benetzten Teile in geeigneten Werkstoffen für die jeweilige Laugungslösungschemie ausgeführt werden. Das System wurde in Metallauslaugungsoperationen eingesetzt, einschließlich der Edelmetallrückgewinnung aus Sekundärquellen, bei denen die Integrität der Prozesschemie und die Zuverlässigkeit der Ausrüstung beide primäre Konstruktionsanforderungen sind.

Das biologische Auslaugen stellt einen aufkommenden und nachhaltigeren Ansatz in der Hydrometallurgie dar, bei dem herkömmliche chemische Laugungsmittel durch Mikroorganismen ersetzt werden, die Zielmetalle selektiv auflösen. Bei diesem Verfahren werden Bakterien einem Reaktor zusammen mit dem metallhaltigen Ausgangsmaterial zugegeben und setzen biogene Verbindungen frei, die Gold oder andere Edelmetalle bei nahezu neutralem pH-Wert extrahieren. Arbeitsfähige Prozesse zur biologischen Goldgewinnung aus Elektronikschrott haben bereits den Pilotmaßstab erreicht, wobei 2024 das erste Gold aus städtischen Abfallströmen gewonnen wurde. Der FUNDAMIX® Vibro-Mischer eignet sich gut für diese Anwendungsklasse: Sein abgedichtetes, schmierstofffreies Design schützt die mikrobielle Umgebung vor Kontamination, während der sanfte axiale Fluss den für eine effiziente Bioextraktion erforderlichen Feststoff-Flüssigkeits-Kontakt aufrechterhält, ohne die Organismen zu beeinträchtigen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Rehrern kann der FUNDAMIX® die Oberflächenturbulenz reduzieren und damit die Schaumbildung minimieren, was eine häufige Herausforderung bei biologischen Prozessen mit Bakterienkulturen darstellt. Dieselbe Technologie ist in der konventionellen hydrometallurgischen Auslaugung und der biologischen Verarbeitungsindustrie gleichermaßen etabliert. Dies macht den FUNDAMIX® zu einer natürlichen Brückentechnologie für das Bioleaching, einer Disziplin, die selbst die Schnittstelle dieser beiden Bereiche darstellt. Für Prozessplaner, die an dieser Schnittstelle arbeiten, bietet es eine einheitliche, konsistente Mischplattform, die auf beiden Seiten validiert ist.

Mit der Expansion des Hydrometallurgiesektors auf die Verarbeitung von Sekundärquellen, von Elektronikschrott über verbrauchte Katalysatoren bis hin zu Batteriematerialien, werden die Anforderungen an die Mischausrüstung zunehmend spezifischer. Chemiegeführte Auslaugungsprozesse, bei denen Selektivität und Reagenzeffizienz die Wirtschaftlichkeit bestimmen, benötigen Durchmischungssysteme, die die Prozessumgebung nicht beeinträchtigen. Mit seinem abgedichteten, schmierstofffreien Antrieb und dem kontrollierten axialen Strömungsprofil eignet sich der FUNDAMIX® Vibro-Mischer für diese Anwendungsklasse sowohl im Pilot- als auch im Produktionsmaßstab.

Wichtige Erkenntnisse

• Vibrationsbasiertes Mischen eliminiert rotierende Teile, mechanische Dichtungen und Schmierstoffe und beseitigt damit Kontaminationspfade in reaktiver Auslaugungschemie.
• Der FUNDAMIX® Vibro-Mischer nutzt einen elektromagnetischen Antrieb und eine oszillierende perforierte Platte, um ein kontrolliertes axiales Strömungsprofil ohne Strömungsbrecher oder Rotationswellen zu erzeugen.
• Die Betriebsparameter umfassen -4°C bis 150°C und -1 bis 5 bar Überdruck, mit höheren Druckoptionen für Druckauslaugungsbedingungen.
• Das System skaliert von 1 Liter bis 12.000 Liter nach demselben Betriebsprinzip und unterstützt die Laborentwicklung bis hin zur vollständigen Produktion.
• Geringer Energieverbrauch und das Fehlen verschleißanfälliger Rotationskomponenten senken sowohl die Betriebskosten als auch den Wartungsaufwand in Auslaugungskreisläufen.