In der modernen Halbleiterproduktion fallen erhebliche Mengen an Prozessabwässern an, deren Behandlung aufgrund ihrer speziellen Zusammensetzung oft eine Herausforderung für die betroffenen Industriebetriebe darstellt. Insbesondere bei der Herstellung von germaniumhaltigen Bauteilen wie Wafern oder Chips, können durch den Ätzprozess mit Wasserstoffperoxid (H2O2) stark belastete Prozessabwässer entstehen, die neben H2O2 auch hohe Konzentrationen an gelöstem Germanium enthalten. Obwohl Germanium und seine Verbindungen im Allgemeinen als wenig toxisch gelten, sollten sie nicht in die Umwelt gelangen. Eine effiziente und umweltschonende Entfernung sowohl des Germaniums als auch des H2O2 aus dem Abwasser ist daher unerlässlich.
Adsorption von Germanium mit GEH
Ein von der Robert Bosch GmbH veröffentlichtes Patent (Nr. DE102021212510A1) stellt hierzu ein innovatives Verfahren zur Abwasserbehandlung und ein entsprechendes System zur Entfernung von Germanium aus wässrigen Lösungen vor. Kernstück ist ein Adsorptionsfilter mit GEH® (granuliertes Eisenhydroxid).
Es konnte gezeigt werden, dass Eisenhydroxid eine sehr hohe Adsorptionskapazität für Germanium besitzt, wenn dieses als vierwertiges ortho-Germanat (GeO44-) vorliegt.
Effektive Reduktion von Schadstoffen
Beim Durchströmen des Adsorptionsfilters wird das Germanat selektiv gebunden und sehr effizient aus dem belasteten Abwasser entfernt. In der Praxis konnten so Germaniumkonzentrationen von 130 mg/L bis unter 0,25 mg/L reduziert werden. Die Einhaltung der Abwassergrenzwerte ist somit gewährleistet.
Katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid
Ein weiterer besonderer Vorteil des GEH® ist seine Fähigkeit, gleichzeitig mit der Adsorption auch vorhandenes Wasserstoffperoxid katalytisch zu zersetzen. Dabei entsteht neben Wasser auch elementarer Sauerstoff, der auf einfache Weise durch Entlüftung aus dem Reaktionssystem entfernt werden kann.
Vorteile gegenüber konventionellen Verfahren
Im Gegensatz zu herkömmlichen polymeren Ionenaustauscherharzen, die üblicherweise in der Prozesswasserbehandlung eingesetzt werden, weist granuliertes Eisenhydroxid eine sehr hohe Stabilität in Gegenwart von Wasserstoffperoxid auf und kann daher auch über längere Zeiträume eingesetzt werden.
Prozessaufbau und Betriebsweise
Der Behandlungsprozess wird in mehreren hintereinander geschalteten Adsorberbehältern durchgeführt, wodurch eine höhere Betriebssicherheit und Kontinuität erreicht werden. Bei Prozesswässern mit höheren H2O2-Konzentrationen erfolgt der Betrieb im Aufstrom durch den ersten Filter, während bei geringeren Konzentrationen die Behälter typischerweise im Abstrom betrieben werden.
Eine individuelle GEH Anlagenberatung unterstützt bei der optimalen Auslegung und Anpassung der Filtersysteme an die jeweilige Abwasserzusammensetzung.
Nachhaltige Ressourcennutzung durch Germanium-Rückgewinnung
Wenn das Eisenhydroxidgranulat seine Beladungskapazität erreicht hat und durch frisches Material ersetzt werden muss, besteht die Möglichkeit, das adsorbierte Germanium zurückzugewinnen und als Rohstoff wiederzuverwenden. Dies kann beispielsweise durch Auswaschen des gesättigten Granulats mit einer basischen Lösung, wie Natronlauge, erfolgen. Da Germanium ein eher seltenes Element ist und die Ressourcen von geopolitischer Bedeutung sind, ist die eine Rückgewinnung dieses Halbmetalls deshalb nicht nur umweltschonend, sondern auch von wirtschaftlichem Interesse.
Adsorption von Germanium mit GEH
Ein von der Robert Bosch GmbH veröffentlichtes Patent (Nr. DE102021212510A1) stellt hierzu ein innovatives Verfahren zur Abwasserbehandlung und ein entsprechendes System zur Entfernung von Germanium aus wässrigen Lösungen vor. Kernstück ist ein Adsorptionsfilter mit GEH® (granuliertes Eisenhydroxid).
Es konnte gezeigt werden, dass Eisenhydroxid eine sehr hohe Adsorptionskapazität für Germanium besitzt, wenn dieses als vierwertiges ortho-Germanat (GeO44-) vorliegt.
Effektive Reduktion von Schadstoffen
Beim Durchströmen des Adsorptionsfilters wird das Germanat selektiv gebunden und sehr effizient aus dem belasteten Abwasser entfernt. In der Praxis konnten so Germaniumkonzentrationen von 130 mg/L bis unter 0,25 mg/L reduziert werden. Die Einhaltung der Abwassergrenzwerte ist somit gewährleistet.
Katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid
Ein weiterer besonderer Vorteil des GEH® ist seine Fähigkeit, gleichzeitig mit der Adsorption auch vorhandenes Wasserstoffperoxid katalytisch zu zersetzen. Dabei entsteht neben Wasser auch elementarer Sauerstoff, der auf einfache Weise durch Entlüftung aus dem Reaktionssystem entfernt werden kann.
Vorteile gegenüber konventionellen Verfahren
Im Gegensatz zu herkömmlichen polymeren Ionenaustauscherharzen, die üblicherweise in der Prozesswasserbehandlung eingesetzt werden, weist granuliertes Eisenhydroxid eine sehr hohe Stabilität in Gegenwart von Wasserstoffperoxid auf und kann daher auch über längere Zeiträume eingesetzt werden.
Prozessaufbau und Betriebsweise
Der Behandlungsprozess wird in mehreren hintereinander geschalteten Adsorberbehältern durchgeführt, wodurch eine höhere Betriebssicherheit und Kontinuität erreicht werden. Bei Prozesswässern mit höheren H2O2-Konzentrationen erfolgt der Betrieb im Aufstrom durch den ersten Filter, während bei geringeren Konzentrationen die Behälter typischerweise im Abstrom betrieben werden.
Eine individuelle GEH Anlagenberatung unterstützt bei der optimalen Auslegung und Anpassung der Filtersysteme an die jeweilige Abwasserzusammensetzung.
Nachhaltige Ressourcennutzung durch Germanium-Rückgewinnung
Wenn das Eisenhydroxidgranulat seine Beladungskapazität erreicht hat und durch frisches Material ersetzt werden muss, besteht die Möglichkeit, das adsorbierte Germanium zurückzugewinnen und als Rohstoff wiederzuverwenden. Dies kann beispielsweise durch Auswaschen des gesättigten Granulats mit einer basischen Lösung, wie Natronlauge, erfolgen. Da Germanium ein eher seltenes Element ist und die Ressourcen von geopolitischer Bedeutung sind, ist die eine Rückgewinnung dieses Halbmetalls deshalb nicht nur umweltschonend, sondern auch von wirtschaftlichem Interesse.
