Chile ist das globale Zentrum des Kupferbergbaus und das Land mit der dritthöchsten Anzahl an Tailings-Lagunen weltweit. In den über die trockene nördliche Region verteilten Tailings-Lagunen sind Millionen Kubikmeter Wasser gespeichert. Vor dem Hintergrund einer sich verschärfenden Wasserkrise und der Notwendigkeit einer nachhaltigen Entwicklung des Bergbaus ist die sichere Rückgewinnung von Wasser aus diesen „schlafenden“ Tailings-Lagunen und seine Rückführung in den Produktionskreislauf oder die natürliche Umwelt zu einer großen technologischen Herausforderung für Bergbaunationen geworden.

Am 23. Juli 2026 hat das Advanced Mining Technology Center (AMTC) der Universität von Chile offiziell einen Prototyp eines neuartigen integrierten Systems zur Behandlung und Rückgewinnung von Tailings-Wasser vorgestellt. Durch die Integration von drei Technologiestufen wird erstmals die gleichzeitige Entfernung von Sulfaten, Schwermetallen und Metallen aus chemisch komplexem Tailings-Wasser erreicht. Die behandelte Wasserqualität wird auf den Standard für landwirtschaftliche Bewässerung oder die sichere Einleitung in Grundwasserleiter angehoben. Das Projekt wird durch den ANID FONDEF IDeA I+D 2024 Fonds (Projekt-ID: ID24I10113) finanziert und von Codelco Innovación und Glauben Ecology unterstützt.

Millionen Kubikmeter „Bergbauwasser“ in Tailings-Lagunen gefangen

Als weltweit größter Kupferproduzent verfügt Chile über eine enorme Anzahl von Tailings-Lagunen. Die in diesen Lagunen gespeicherte Wassermenge ist beträchtlich. Aufgrund des langen Kontakts mit Aufbereitungschemikalien und Mineralpartikeln ist die Zusammensetzung des Tailings-Wassers jedoch äußerst komplex – hohe Sulfatkonzentrationen, das gleichzeitige Vorhandensein mehrerer Schwermetalle (Molybdän, Mangan, Kupfer, Eisen usw.) und in einigen Bergbauregionen zusätzlich die Belastung durch das Halbmetall Arsen. Herkömmliche Wasseraufbereitungstechnologien können oft nur einzelne Schadstoffe behandeln, sind zudem kostspielig und energieintensiv, was eine großflächige Anwendung vor Ort im Bergbau erschwert.

Dreistufige Kopplung ermöglicht „vollständige Rückgewinnung“ von Tailings-Wasser

Das AMTC-Team hat ein integriertes System entwickelt, das aus drei Technologiestufen besteht: Nanofiltrationsmembrantrennung, nano-adsorbierendes Material und Bioreaktor. Jede Stufe zielt präzise auf bestimmte Schadstoffe im Tailings-Wasser ab und folgt dabei durchgängig den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft.

Erste Stufe: Nanofiltrationsmembrantrennung – „Präzise Rückhaltung“ von Sulfaten

Die erste Stufe des Systems nutzt die Nanofiltrationsmembrantrennung. Durch die selektive Permeabilität der Membran werden Hauptschadstoffe wie Sulfate aus dem Tailings-Wasser effizient zurückgehalten. Das in diesem Schritt erzeugte „Konzentrat“ (mit hohen Schadstoffkonzentrationen) und das „Permeat“ (vorläufig gereinigtes Wasser) werden anschließend verschiedenen Behandlungspfaden zugeführt, was eine erste Auftrennung und Reduzierung der Schadstoffe ermöglicht.

Zweite Stufe: SolArsenic Nano-Adsorptionssystem – Kernpatenttechnologie des AMTC

Das Permeat und das Konzentrat gelangen gemeinsam in das von AMTC eigenständig entwickelte und patentierte SolArsenic-System. Dieses System verwendet nano-adsorbierende Materialien, die Schwermetalle und Arsen im Wasser effizient einfangen und binden können.

Wichtigster technologischer Vorteil: Die Adsorptionsmaterialien des SolArsenic-Systems sind nicht nur regenerierbar und wiederverwendbar, sondern besitzen auch die Fähigkeit zur selektiven Adsorption von Wertmetallen (Molybdän, Mangan, Kupfer, Eisen usw.). Dies bedeutet, dass das System während der Abwasserbehandlung gleichzeitig Wertmetallbestandteile aus dem Tailings-Wasser zurückgewinnen kann – aus „Schadstoffen“ werden „Sekundärrohstoffe“ gewonnen, was einen zusätzlichen Wertschöpfungspfad für die Tailings-Wasserbehandlung eröffnet.

Dritte Stufe: Bioreaktor auf Basis von Agrar- und Bergbauabfällen – Ein Kreislaufschluss von Abfall zu Dünger

Das nach den ersten beiden Stufen behandelte Wasser gelangt in den Bioreaktor. Die Kerninnovation dieses Reaktors liegt in seinem gemischten Reaktionsmedium, das auf landwirtschaftlichen und bergbaulichen Abfällen basiert.

Doppelter Nutzen:

Effiziente Entfernung restlicher Sulfate: Der Bioreaktor nutzt die metabolische Aktivität von Mikroorganismen in der Abfallmatrix, um restliche Sulfate im Wasser weiter abzubauen und zu entfernen;

Abfall wird zu Dünger: Die bei der Reaktion anfallenden festen Rückstände sind kein „Sekundärabfall“, sondern werden als „Biokompost“ validiert, der für die Phytoremediation von Tailings-Lagunen eingesetzt werden kann.

Dr. Yasna Tapia, Forscherin am AMTC und Wissenschaftlerin an der Fakultät für Agrarwissenschaften der Universität von Chile, erklärt: „Die Innovation des Bioreaktors liegt darin, dass er nicht nur Sulfate aus dem Wasser entfernt, sondern die dabei entstehenden Rückstände in validierten Biokompost für die Pflanzenrevitalisierung von Tailings-Lagunen umwandelt. Wir bewegen uns auf eine Lösung zu, die auf den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft basiert – Abfall ist nicht länger das Problem, sondern eine neue Ressource.“

Vom Labor zum Industriestandort

Derzeit wurde der Prototyp dieses integrierten Systems im Labormaßstab mit echten Wasserproben aus Tailings-Lagunen vollständig validiert. Das Projektteam arbeitet daran, Tests unter repräsentativen Betriebsbedingungen voranzutreiben und letztendlich die technische Hochskalierung und Vor-Ort-Validierung im industriellen Umfeld zu erreichen.

Von Chile zum globalen Bergbau

Linderung der Wasserknappheit im Bergbau

Das Projekt reagiert direkt auf Chiles nationalen Plan für das nachhaltige Management von Tailings-Lagunen und zielt darauf ab, diese „Umweltverbindlichkeiten“ in „strategische Wasserreserven“ umzuwandeln. Das vom System rückgewonnene Wasser kann sicher für die landwirtschaftliche Bewässerung oder die Grundwasseranreicherung genutzt werden und bietet eine Lösung für den strukturellen Konflikt zwischen Bergbau und Landwirtschaft um Wasser: „Aus dem Bergbau kommend, zurück in die Natur gehend“.

Rückgewinnung von Wertmetallen und Wertsteigerung von Ressourcen

Die Fähigkeit des SolArsenic-Systems zur selektiven Adsorption von Wertmetallen wie Molybdän, Mangan, Kupfer und Eisen macht Tailings-Wasser von einem „zu behandelnden Abwasser“ zu einer „abbaubaren flüssigen Mine“. Dieser Mehrwert hat das Potenzial, die Gesamtbetriebskosten des Wasseraufbereitungssystems erheblich zu senken.

Kreislaufwirtschaftsparadigma: „Null-Abfall“-Design über den gesamten Prozess

Von der Weiterleitung des Nanofiltrationskonzentrats an SolArsenic über die Umwandlung der Bioreaktorrückstände in Kompost für die Tailings-Sanierung bis hin zur Regeneration und Wiederverwendung der Nano-Adsorptionsmaterialien – das System ist auf Designebene so ausgelegt, dass Abfall im gesamten Prozess minimiert und Nebenprodukte als Ressourcen genutzt werden. Dieses Designkonzept, bei dem „der Behandlungsprozess selbst keine sekundäre Verschmutzung erzeugt“, setzt einen neuen Standard für die Umweltmanagement im Bergbau.

Reproduzierbarkeit: Universelle technische Lösung für Tailings-Lagunen weltweit

Chile ist das Land mit der dritthöchsten Anzahl an Tailings-Lagunen weltweit, und der globale Bergbau steht allgemein vor der gemeinsamen Herausforderung der Tailings-Wasserbehandlung. Das von AMTC entwickelte dreistufige integrierte System besitzt aufgrund seines modularen Aufbaus und seiner Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Tailings-Wasserqualitäten das technologische Potenzial für einen Transfer in Bergbaunationen wie Peru, Australien und Südafrika.

Die „Umweltbilanz“ von Tailings-Lagunen neu schreiben

Dr. Andreina García, Projektleiterin bei AMTC, erklärt: „Die Hauptherausforderung dieses Projekts ist der Nachweis, dass die Behandlung von chemisch komplexem Wasser aus Tailings-Lagunen durch nachhaltige, integrierte Verfahren machbar ist. Unser Ziel ist es, Wasserressourcen so zurückzugewinnen, dass sie eine Qualität erreichen, die eine Wiederverwendung in der Landwirtschaft oder eine sichere Einleitung in Grundwasserleiter ermöglicht, und so zu einem kreislauforientierten Bergbau mit einer positiveren Umweltbilanz beizutragen.“

Wenn Tailings-Lagunen nicht länger nur „Umweltverbindlichkeiten“ zur Lagerung von Abraum sind, sondern zu „Ressourcenkomplexen“ werden, die gleichzeitig sauberes Wasser, Wertmetalle und Materialien für die ökologische Sanierung produzieren können, wird der Weg für eine nachhaltige Entwicklung des globalen Bergbaus grundlegend neu geschrieben.