Tagung „Aufbereitung und Recycling 2016” ­
in Freiberg

Am 9. und 10. November 2016 trafen sich im Veranstaltungs-­
  saal „Alte Mensa“ der TU Bergakademie Freiberg 130 Fachleute zur jährlich stattfindenden Tagung. Gemeinsame Veranstalter waren der eingetragene Verein UVR-FIA, das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie und die TU Bergakademie Freiberg mit dem Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik (Bild 1). In 25 Vorträgen und 10 Postern bzw. Firmenpräsentationen wurde über neue Erkenntnisse auf dem Fachgebiet berichtet. Schwerpunkte der Tagung 2016 waren die Aufbereitung von Erzen und mineralischen Rohstoffen, die Gewinnung von Wertstoffen aus Recyclingprodukten, neue Forschungsergebnisse und Entwicklungen zu Apparate und Verfahren.

Die Veranstaltung wurde vom Geschäftsführer von UVR-FIA GmbH Dr. Andre Kamptner (Bild 2) eröffnet, der die Gelegenheit nutzte und einen Einblick in die Tätigkeit der Firma gab. Danach stehen in zahlreichen Laboratorien und der großen Versuchshalle ein umfangreicher Geräte- und Maschinenpark zur Aufbereitung bis zum Pilotmaßstab von 1 t/h zu Demonstrationszwecken, zur Erarbeitung neuer Verfahren und Prozessoptimierung oder zur Herstellung von größeren Produktmustern bereit. Zur Prozesskontrolle und Produktcharakterisierung sind die geeigneten Analysen- und Messsysteme im Einsatz. Mit dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie, das inzwischen am gleichen Standort wie die UVR-FIA GmbH an der Chemnitzer Straße seine Tätigkeit aufgenommen hat, und der TU Bergakademie Freiberg besteht eine enge Zusammenarbeit.

1 Ehrung von Prof. Heinrich Schubert

Zu Beginn des Jahres feierte Prof. Heinrich Schubert seinen 90. Geburtstag. Ihm zu Ehren wurde in der renommierten Fachzeitschrift „International Journal of Mineral Processing“ ein Sonderheft (International Journal of Mineral Processing, Heft 156, 2016 ISSN 0301-7516) mit 15 Beiträgen (176 Seiten, 50 Autoren aus 12 Ländern) aus aller Welt und mit Bezug zu Prof. Schuberts Wirken gestaltet (Bild 3). Ein besonderes Augenmerk waren neuere Beiträge im Bereich der turbulenten hydrodynamischen Betrachtung des Flotationsprozesses, einer Entwicklung in der Forschung, die von Prof. Schubert inspiriert wurde und immer mehr Beachtung findet. Im Vortrag von Dr. Martin Rudolph (Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie) und Prof. Urs A. Peuker (TU Bergakademie Freiberg, MVT-AT) wurden wesentliche Aspekte der Beiträge vorgestellt und ein Überblick über das nachhaltige Wirken von innovativen Ideen und Ansätzen der „Freiberger Schule“ um Prof. Schubert gegeben. Besondere Verdienste auf dem Fachgebiet hatte sich Prof. Schubert auch durch die Organisation des „XVII International Mineral Processing Congress“ 1991 in Dresden erworben.

2 Aufbereitung von Erzen und mineralischen Rohstoffen

Die Möglichkeiten der Aufbereitung und die mineralogischen Untersuchungsmethoden haben sich in den letzten Jahrzehnten erheblich verbessert, so dass es sich lohnt, die Gewinnung von Wertkomponenten aus kompliziert zusammengesetzten Erzen neu zu bewerten. Mit dem Beitrag „Das Explorationsprojekt Hämmerlein-Tellerhäuser – Herausforderungen und Lösungsansätze für die Aufbereitung der komplexen Skarnerze“ von Dr. Marco Roscher, Lars Starke, Tony Truelove (Saxore Bergbau GmbH Freiberg) wurde die Problematik aufgegriffen (Bild 4). Durch die Arbeiten der SDAG Wismut ist die Lagerstätte sehr gut erkundet. Darauf aufbauend wurde nach internationalem Standard (JORC) eine neue Vorratsberechnung durchgeführt. Diese bestätigte, dass die Lagerstätten Hämmerlein und Tellerhäuser zusammen, im Weltmaßstab gesehen, hervorragende Gehalte und Tonnagen haben. Mit Gehalten von 0,46 % Sn sind ca. 1000 t Sn-Metall, mit 1.12 % Zn ca. 200 000 t Zn-Metall und mit 127 ppm In ca. 2000 t In-Metall gewinnbar. Das größte Problem dieses Projektes sind die kleinräumigen Verwachsungen, lateralen und horizontalen Schwankungen der Gehalte sowie die ständig wechselnden mineralogischen und lithologischen Wechsel im Erz, wodurch die Aufbereitung sehr kompliziert ist. Derzeit arbeitet die Saxore Bergbau GmbH mit mehreren Forschungsprojekten aus dem R4 Aufruf der FONA Förderung des BMBF sowie dem europäischen FAME Projekt zusammen, um neue Methoden der Aufbereitung dieser Erze zu erforschen. Dabei werden neue Ansätze der Vorsortierung (sensorgestützte Sortierung) für die Bergevorabscheidung, verschiedene mögliche Kombinationen klassischer Verfahren der Magnet- und Dichte-trennung in unterschiedlichsten Korngrößenfraktionen untersucht.

Im Rahmen des BMBF-Projektes „Ressourceneffizienz Deutschland-Frankreich: Verbundvorhaben EcoMetals – Innovative umweltschonende Prozesse für die Gewinnung strategischer und seltener Metalle aus primären und sekundären Ressourcen“ untersucht die UVR-FIA GmbH die Zerkleinerung und Flotation von Kupferschiefer. Juliane Schaefer (UVR-FIA GmbH) und Andreas Kamradt (Martin-Luther-Universität Halle) stellten die Ergebnisse der „Flotation von Kupfererz der Lagerstätte Rudna“ vor (Bild 5). Bei dem Material handelt es sich um Kupfererz mit den drei Lithotypen Karbonat, Sandstein und Schiefer bei einem Ausgangsgehalt von 3,5 % Kupfer. Das Problem besteht jedoch in der sehr feinen Verwachsung der Wertminerale und dem gleichzeitigen Auftreten von organischen Kohlenstoffbestandteilen mit durchschnittlich ca. 7 %. Bei bisherigen Laborflotationsversuchen zeigte sich, dass bei einer einstufigen Flotation in einer mechanischen Flotationsmaschine ein Konzentrat mit 10 % Kupfergehalt bei einem Ausbringen von mehr als 70 % und durch Anpassung der Flotationsbedingungen ein Kohlenstoffgehalt von geforderten < 5 % erreicht werden kann.

Mit der „Untersuchung der Feinkornflotation von karbonatreichen Apatit-Erzen aus Vietnam“ befasste sich der Vortrag von H. H. Duong (Bild 6) (Department of Mineral Processing, Faculty of Mining, Hanoi University of Mining and Geology), M. Rudolph (Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie) und H. Schubert (TU Bergakademie Freiberg, MVT-AT). Die Selektivität und das Ausbringen bei der Flotation der Phosphaterze werden durch die Feinverwachsung der Minerale stark beeinträchtigt. Durch ein geeignetes Reagenzregime und die Optimierung der Hydrodynamik des Dreiphasensystems werden Möglichkeiten der effizienten Trennung der feinteiligen Mineralphasen gesehen und mit Untersuchungen in einer 1,2 l Flotationszelle experimentell untermauert.

Durch die „Anwendung der Hybrid-Flotation von Eisenerz – Pneumatische Flotation zur Entfernung von Schwefel“, über die Lukas Petzold und Jan Martens (Primetals Technologies Austria GmbH) berichteten (Bild 7), gelingt es aus einem Fe-Konzentrat aus dem Iran mit 67 % Eisen und 1,3 % Schwefel bei einem Ausbringen von mehr als 95 % ein Konzentrat mit weniger als 0,4 % Schwefel zu erzeugen. Bei der Hybrid-Flotationstechnologie von Primetals wird ein pneumatisches Spray-Prinzip mit einer Kolonnenmethode kombiniert, wodurch die Kontaktfrequenz zwischen den sehr feinen Feststoffteilchen und den feinen Gasblasen erhöht wird. Das System arbeitet ohne Impeller-System von Rotor und Stator, was Vorteile hinsichtlich Energieverbrauch und Verschleiß bringt.

Komplexe, stark verwachsene Erze erfordern einen sehr feinen Aufschluss, was zunehmend immer feinkörnigere Einsatzmaterialien bei den nachfolgenden Trennverfahren bewirkt. Mit dem Beitrag „Vergleichende Betrachtung von Feinstflotationsansätzen“ von Markus Buchmann, Alexander Knöppel, Urs Peuker (TU Bergakademie Freiberg, MVT-AT), Tom Leistner, Martin Rudolph (Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie) wurde durch den zusätzliche Einsatz von Mikroblasen bei der herkömmlichen Schaumflotation eine Variante zur Effizienzsteigerung der Trennung von Wertstoff und Gangmaterial vorgestellt (Bild 8). Weiterhin bieten die ölbasierte Flüssig-Flüssig-Flotation oder die Agglomeratflotation Möglichkeiten zur Steigerung der Selektivität bei der Trennung ultrafeiner Partikelgemische. Am Beispiel eines synthetischen Stoffgemischs aus Magnetit und Quarz mit einer Partikelgrößenverteilung unter 20 µm wurden die genannten Methoden in der Flotationssäule verglichen. Weiterhin wurden unterschiedliche Anordnungen bezüglich der Mikroblasen- bzw. Öltropfenzugabe und Kombinationen der verschiedenen Feinstflotationsansätze hinsichtlich des Einflusses auf den Sortiererfolg untersucht.

Über Möglichkeiten zur Optimierung des Mahlprozesses in der Goldmine von Buzwagi in Tansania informierte der Beitrag „Benefits of Regular Grindability review: BGM Case Study“ von Alphonce Wikedzi (Bild 9), Thomas Mütze, Urs A. Peuker (TU Bergakademie Freiberg, MVT-AT). Zerkleinerungs- und Mahlprozesse werden auf der Grundlage von materialspezifischen Parametern wie Härte, Mineralogie und Arbeitsindizes ausgelegt. Die Parameter wurden in Untersuchungen ermittelt, die während der abschließenden Machbarkeitsstudie des Bergbauprojekts durchgeführt wurden. Später wurden die materialspezifischen Parameter während der Inbetriebnahme überprüft und modifiziert. Die Veränderung der Erzhärte beispielsweise wirkt sich auf den spezifischen Energieverbrauch für den Mahlprozess aus, während auf der anderen Seite Veränderungen in der Mineralogie Herausforderungen an nachgelagerte Prozesse wie Laugung und Flotation bringen können. Zur Optimierung der Mahlprozesse wurde mit drei Erzmischungen der Standard-Bond-Kugelmühlen-Test zur Bestimmung der Mahlbarkeit und des Arbeitsindexes, weiterhin Batch-Mahlversuche zur Bestimmung der Bruchrate und der Trennfunktion sowie der Standard-Kugelmühlen-Tests zur Bestimmung der Mineralfreisetzung unter Verwendung eines automatisierten Verfahrens (Rasterelektronenmikroskop) durchgeführt.

3 Rohstoffgewinnung aus sekundären Quellen

Die Phosphatgewinnung aus Sekundärrohstoffen ist für Deutschland unverzichtbar und es existieren von der Bundesregierung aufgelegte Förderprogramme zur Phosphorrückgewinnung. Von Peter Fröhlich, Jürgen Eschment, Reinhard Lohmeier, Gunther Martin (TU Bergakademie Freiberg, ITC) wurde die „PARFORCE-Technologie – Entwicklung eines innovativen, industriellen Verfahrens zur Phosphatgewinnung aus Sekundärrohstoffen“ vorgestellt (Bild 10), die eine Phosphorrückgewinnung aus phosphorreichen Klärschlammaschen und anderen industriellen und tierischen Phosphatquellen ermöglicht. Als Produkt entsteht Phosphorsäure in unterschiedlicher Qualität. Im Vergleich zu anderen P-Recycling-Verfahren verbraucht die PARFORCE-Technologie hauptsächlich elektrische Energie und lässt sich innerhalb weniger Minuten vollständig ab- und zuschalten, so dass überschüssige Energie aus dem Stromnetz genutzt werden kann. Derzeit erfolgt im Rahmen eines Ausgründungsprojekts die Skalierung der Technologie auf einen Eduktdurchsatz bis zu einer Tonne am Tag zur Demonstration der industriellen Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.

Beim gegenwärtigen Stand der Technik können mit geeigneten Aufbereitungsverfahren große Mengen NE-Metalle aus grobkörnigen Fraktionen von MVA-Rostaschen zurückgewonnen werden. Boris Breitenstein, Daniel Goldmann (TU Clausthal, Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik) zeigten in dem Beitrag „Rückgewinnung von Kupfer und weiteren NE-Metallen aus MVA-Rostaschen < 2 mm“, dass auch aus den feinkörnigen Fraktionen Kupfer, Aluminium und Zink gewonnen werden können. Mit dem RENE-Verfahren bzw. dessen Weiterentwicklung dem RENE-Adapt-Verfahren gelingt in 3 Stufen (trocken-mechanisch, nass-mechanisch, hydrometallurgisch) eine Rückgewinnung der enthaltenen NE-Metalle auch bei Korngrößen < 100 µm. Durch die selektive Zerkleinerung der Kupfer-Eisen-Mineral-Phasen sowie Kupfer-Mineral-Phasen erfolgt der Aufschluss, so dass eine Sortierung der Wertmetallbestandteile ermöglicht wird und mehr als 65 % der Kupferfracht mit einer Kupferkonzentrationen > 20 % ausgebracht werden können. Aus dem Rückstand der mechanischen Aufbereitung wird mit hydrometallurgischen Verfahren das Kupferausbringen auf über 85 % gesteigert. Für den mineralischen Rückstand bietet sich der Einsatz als teilentsäuerter Calciumträger in der Bindemittelindustrie an, da einerseits das Ca-Al-Si-Verhältnis vorteilhaft ist sowie ein immenser Beitrag zur Klimaschutz geleistet werden kann. Aktuelle Forschungsarbeiten dazu laufen.

Über die „Effiziente Aufbereitung metallurgischer Schlacken durch den Einsatz der Schockwellentechnologie“ berichteten Norbert Berg, Stefan Eisert (Bild 11) (ImpulsTec GmbH Dresden) und Gunther Pieplow (Mineral Projekt Chemnitz). Mit gezielten Hochspannungsentladungen unter Wasser werden intensive, mechanische Druckwellen erzeugt, die ihre Wirkung gezielt an Übergängen unterschiedlicher mineralogischer Phasen der Schlacken entfalten. Damit kann ein selektiver Aufschluss metallurgischer Schlacken realisiert werden, so dass mit der nachgeschalteten Sortierung die Schlacke-Bestandteile getrennt gewonnen werden können. Zum Beispiel gelingt durch Anwendung der Schwachfeldmagnetscheidung die Abtrennung von Kupfer, die Gewinnung eines Fe-Konzentrats und einer Puzzolanphase, wodurch eine wirtschaftliche Verwertung ermöglicht wird.

Ein insbesondere aus Umweltschutzgründen interessanter Vortrag „Eisen aus der Spree???“ wurde von Simona Schwarz (Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.) geboten (Bild 12). Als Folgeerscheinung des Bergbaus kontaminieren sowohl Schwermetallionen als auch verschiedene Anionen Grund– und Oberflächenwässer. Durch die Stilllegung vieler Tagebaue und deren Flutung steigt das Grundwasser wieder an und spült aus Kippengebieten und natürlich vorkommenden Pyritschichten Eisensalze und Eisenhydroxid aus. Dies führt zu einer deutlichen Belastung der Oberflächenwasser durch Eisenhydroxid in Form eines rotbraunen Ockerschlamms und eine zunehmende Versauerung durch stetig steigende Sulfatbelastung. Durch Fällung von Eisenoxid/hydroxid mit Kalk kann Eisen abgetrennt werden, Sulfat ist aber in hohen Gehalten weiterhin in den Gewässern. Mit Chitosan, ein natürlich vorkommendes, ökologisches Biopolymer mit den Eigenschaften eines Superadsorbers können sowohl Eisenionen als auch Sulfationen gleichzeitig abgetrennt werden. Diese wachsen als Eisensulfat- und Eisenhydroxid-Aggregate auf der Chitosanoberfläche bis zu Eisengehalten von ca. 40 %, so dass eine Verhüttung des Materials lohnenswert sein könnte.

Dirk A. Osing (DOS-CONSULTING Meerbusch) gab mit seinem Beitrag „B.O.M.^® – Biologisch, Organischer, Mineralischer Dünger hergestellt aus Gülle, Silage und/oder Papierschlamm sowie mineralischen Additiven“ einen Einblick in die Möglichkeiten einer sinnvollen Nutzung von Abprodukten (Bild 13). Dabei werden in einem Zwangsmischer die organischen Komponenten mit den mineralischen Zuschläge wie feinkörnigen Flugaschen, Kalk oder auch Schlacken der Eisenmetallurgie intensiv vermischt/homogenisiert und ein rieselfähiges Produkt erzeugt. Das Produkt B.O.M.^® wird anschließend auf eine bestimmte Körnung gesiebt und kann als Bulk- oder Sackware gelagert und verkauft werden. B.O.M.^® bietet herausragende Eigenschaften zur Ansiedlung von Bakterienstämmen im Boden als Basis für eine gute Humusbildung. Der Vorteil des Verfahrens besteht vor allem darin, dass aus Regionen mit großen Viehbeständen und damit der Gefahr der Überdüngung mit Gülle oder Kot ein verkaufsfähiges Produkt für Regionen mit fehlender organischer Bodenverbesserung geliefert werden kann.

Der Anteil an Bau- und Abbruchabfällen beträgt mit rund 200 Mio. t mehr als 50 % der jährlich anfallenden Abfälle in Deutschland. Im Vortrag von Christian Stier, Ansilla Bayha, Jens Forberger (Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT), Neyir Sevilmis (Fraunhofer-Institut für Grafische Datenverarbeitung IGD), Rebekka Volk (Karlsruher Institut für Technologie KIT, Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion IIP) „ResourceApp: Innovativer Ansatz zur Erkennung und Erschließung von Rohstoffen im Hochbau sowie künftige Handlungs- und Forschungsbedarfe beim Bauschuttrecycling“ wurde ein Demonstrator vorgestellt, der erstmals die mobile, drei-dimensionale und semantische Erfassung von Gebäuden und Bauteilen in Echtzeit ermöglicht. Dazu werden über einen Kinect Sensor Tiefeninformationen und Bilddaten auf einen Laptop übertragen und hinsichtlich 3D-Daten und Bilderkennung ausgewertet. Damit kann das Rohstoffinventar des aufgenommenen Gebäudes in unterschiedlichem Detaillierungsgrad je nach Bauteil und Material ermittelt und die nachfolgenden Aktivitäten zur Separierung, zum Rückbau und zur Sortierung ausgewählt werden.

Ausgehend von einer Sachstandsanalyse zum „Recycling von Frischbeton in der Betonproduktion“ berichteten Johannes Haufe, C. Nobis, A. Vollpracht (Institut für Bauforschung und Lehrstuhl für Baustoffkunde, Fakultät für Bauingenieurwesen, RWTH Aachen) über die gängigen Recyclingverfahren zur Nutzung von Restbeton (Bild 14). Dabei kann im Vergleich zu der Aufbereitung von Bauschutt oder Straßenaufbruch eine wesentlich homogenere RC-Gesteinskörnung gewonnen werden, da das Ausgangsmaterial sortenrein vorliegt. In Deutschland werden üblicherweise Frischbetonreste in Gesteinskörnung und Restwasser – eine wässrige Suspension von Zement und Feinststoffen bis zu einer Korngröße von 0,25 mm – getrennt. Aus ökologischen und ökonomischen Gründen wird das Restwasser wieder für die Betonherstellung eingesetzt. Bei einem anderen Verfahren kann durch Zusatz einer „Recyclinghilfe“ der Hydratationsprozess verzögert werden, das Waschwasser verbleibt dabei im Transportbetonfahrzeug und muss bei der Wasserdosierung für die Neufüllung berücksichtigt werden. Die direkte Wiederverwendung von im Transportbetonfahrzeug verbliebenen Restbeton innerhalb von maximal drei Tagen kann ebenfalls mit einer Recyclinghilfe realisiert werden, wobei mit frisch hergestelltem Beton in mindestens der vierfachen Menge des Restbetons vermengt werden muss. Bei einer alternativen Methode wird der Restbeton direkt im Fahrmischer zu Granulaten aus Gesteinskörnung und Zementstein aufbereitet. Dabei wird zuerst ein superabsorbierendes Polymer, dass dem Frischbeton das freie Wasser entzieht, und anschließend eine zweite, beschleunigende Komponente zugegeben. Der so granulierte Beton wird nach einem weiteren Mischvorgang entladen. Die Eigenschaften des mit Betongranulat hergestellten Betons sind nur unwesentlich schlechter als Normalbeton, so dass diese Granulierung im Fahrmischer eine gute Alternative zu den anderen Verfahren darstellt.

Beim Recycling von Elektronikschrott ist in den kommenden Jahren in Europa neben den Metallen als Wertstoffen mit etwa 2 Mill. t pro Jahr an Kunststoffen zu rechnen. Rainer Köhnlechner (WERSAG GmbH & Co. KG, Großschirma) berichtete über die „Erzeugung wertvoller Kunststofffraktionen aus Elektronikschrott-Abfällen“ (Bild 15). Während es für die Rückgewinnung der Metallfraktionen bewährte Lösungen gibt, stellt das Recycling der unterschiedlichsten Kunststoffe zu sauberen, verwertbaren Produkten ein großes Problem dar. Beim von der WERSAG GmbH in Zusammenarbeit mit der Schwesterfirma Hamos GmbH Penzberg entwickelten Verfahren gelingt durch Kombination aus nassen und trockenen Aufbereitungsverfahren die Erzeugung sortenreiner Produkte aus PS, ABS oder PP. Dabei erfolgt eine Schwimm-Sinktrennung in Wasser und Salzlösungen (Dichte 1,08 g/cm³) sowie elektrostatische Trennung mit triboelektrischer Aufladung, die als einzige der derzeit auf dem Markt angeboten Technologien in der Lage ist, auch gemischte schwarze Kunststoffe sortenrein zu separieren.

Für Kunststoffabfallgemische aus dem Kabel-, Elektronikschrott-, Haushaltegeräte- und Automobilrecycling stehen bis heute keine geschlossenen Systeme zur sortenreinen Trennung und einem qualitativ hochwertigen Recycling zur Verfügung. Mit einer „Verfahrens- und Apparateentwicklung zum Thermosensitiven Sortieren“, über die Miriam Labbert, Toni Baloun, Jürgen Schönherr (Hochschule Zittau/Görlitz, Institut für Verfahrensentwicklung, Torf- und Naturstoff-Forschung) und Christian Winkler, Michael Zocher (Hochschule Zittau/Görlitz, Fakultät Elektrotechnik und Informatik) berichteten, wurde eine Möglichkeit zu Lösung des Problems aufgezeigt. Dabei wurde ein Sortierverfahren untersucht, bei dem die Mikrowellenerwärmbarkeit von Kunststoffen als Trennmerkmal ausgenutzt wird. In dem kontinuierlichen Bandprozess werden die Kunststoffe zunächst in einem Mikrowellenapplikator selektiv erwärmt. Anschließend werden die von den einzelnen Teilchen erreichten Temperaturen berührungslos mittels Infrarot-Detektion ermittelt. Anhand der Temperaturen erfolgt die Einteilung in die Trennmerkmalsklassen und mittels Luftdüsen die Separation in die Sortierfraktionen.

Die „Probleme des Recyclings von Windkraftanlagen“ beleuchteten Hans-Georg Jäckel, L. Wuschke (TU Bergakademie Freiberg, IMB/RM) in ihrem Beitrag (Bild 16). Die Bestrebungen zum Ersatz der konventionellen Energieerzeugungsanlagen durch regenerative Systeme haben in letzter Zeit zu einem Boom insbesondere der Windkraftanlagen (WKA) geführt. Bei einem Lebensdauerzyklus von ca. 20 Jahren wird gegenwärtig eine Vielzahl der kleineren älteren Windräder durch deutlich größere Anlagen ersetzt. Unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit sollte bei der Bewertung der Wirtschaftlichkeit auch die Rückbauproblematik und der Aufwand für das Recycling einbezogen werden. Dazu gehören neben den Demontagekosten insbesondere die Aufbereitungs- und Entsorgungskosten für die Fundament- und Rotorflügelwerkstoffe. Als Beispiel wurde der Aufwand für eine WKA E126 (ca. 6-7 MW) bei einer Bauhöhe von 200 m einem Rotordurchmesser von 130 m ein Betonfundament mit ca. 6900 t (Bewehrungsstahl 180 t), Beton-Turmelemente 2800 t, Maschinenhaus und Generator 650 t sowie Rotor (Nabe und 3 Rotorblätter) 364 t angeführt. Das Recycling der Betonkomponenten ist nach dem Stand der Technik relativ problemlos, stellt aber durch die Standorte der WKA ein großes logistisches Problem dar. Ebenso ist die Aufbereitung der Rotorblätter mit einer Masse von 65 t aus Mehrfachverbund (Stahlblech, GFK, CFK, Al-Spitze) ein nicht zu unterschätzendes Problem. Auf der Basis bekannter Energieverbräuche wurde abschließend für eine mittelgroße WKA der zu erwartende Energieaufwand zur Erzeugung stofflich verwertbarer Produkte abgeschätzt und dem Bruttoenergieertrag bezogen auf die Lebensdauer gegenüber gestellt. Das Ergebnis erlaubt eine überschlägige Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von WKA unter Berücksichtigung der Recyclingaufwendungen. Danach muss ca. 2/3 der Erlöse für den erzeugten Strom zur Refinanzierung der Investition und des Recycling angesetzt werden.

4 Verfahrens- und Maschinenentwicklungen

Zunehmend besteht in den Industriestaaten das Problem des Eintrags von Medikamentenrückständen über das Abwasser in die Umwelt. Eine aussichtsreiche Möglichkeit zur Beseitigung dieser Schadstoffe ist die Oxidation zu Wasser und Kohlendioxid durch Bestrahlung des vorgeklärten Abwassers mit UV-Licht in Gegenwart von Photokatalysatoren wie z. B. TiO₂. Dafür ist aber die „Immobilisierung von TiO₂-Pulvern für die photokatalytische Abwasser-Nachreinigung“ erforderlich, über die Caroline Goedecke, Regine Sojref (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Berlin) informierten (Bild 17). Dazu wurde für vergleichende Untersuchungen der photokalalytischen Aktivität von TiO₂-Submikro- und Nanopulvern im Labormaßstab Methylenblau als Modellsubstanz gewählt und der zeitlich fortschreitende Abbau von Methylenblau unter Bestrahlung mit UV-Licht registriert. Für die technische Nutzung der photokatalytischen Abwasserreinigung ist aus Umweltschutz- und ökonomischen Gründen die Immobilisierung der eingesetzten Pulver mit der Möglichkeit der Rückgewinnung erforderlich. Durch Aufbaugranulation wurden in einem Intensivmischer Granulate auf der Basis von Submikrometer-SiO₂ unter Verwendung eines anorganischen Binders hergestellt. Das photokatalytisch aktive TiO₂ wurde in Anteilen von 10-25 Ma.-% entweder dem Ausgangspulver zugemischt oder am Ende des Granulierprozesses als Granulat-Coating aufgebracht. Durch Temperung bei 300-500 °C wurde ausreichende Stabilität der Granalien für den Einsatz in Methylenblau-Lösung im Batch-Verfahren erreicht. Tests zum Einsatz der SiO₂-TiO₂-Granulate als Photokatalysatoren zum Abbau von Methylenblau-Lösungen unter UV-Bestrahlung verliefen erfolgreich. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Granalien nach erfolgtem Farbstoffstoff-Abbau aus den Lösungen rückgewinnen lassen, wobei die recycelten Granulate eine ähnliche photokatalytische Aktivität wie frisch hergestellte Granulate aufwiesen.

Als Spezialist für industrielle Zerkleinerungstechnik bietet das Unternehmen Gebrüder Jehmlich GmbH Lösungen für eine große Breite an Zerkleinerungsaufgaben. Die „Optimierung der Auslegung von Prallmühlen für die Feinstvermahlung von Zucker“ stand im Mittelpunkt des Beitrags von Raphael Sperberg, Sebastian Kleinschmidt, Thomas Kleinschmidt (Hochschule Anhalt, Fachbereich Angewandte Biowissenschaften und Prozesstechnik, Köthen) und Stefan Jäckel (Gebrüder Jehmlich GmbH, Nossen), wobei für die Mühle vom Typ REKORD 224 der Einfluss von Durchsatz und Beanspruchungsgeschwindigkeit auf die Partikelgröße sowie die spezifische Zerkleinerungsenergie untersucht wurden (Bild 18). Die verwendete Feinprallmühle lässt sich mit verschiedenen Mahlwerkzeugen bestücken. Die Partikelgrößenverteilungen wurden mittels Laserbeugung (HELOS, Sympatec) ermittelt. Anhand von Kennfeldern können die Ergebnisse zusammengefasst, die verwendeten Mahlwerkzeuge hinsichtlich der Effizienz der Zerkleinerung bewertet, sowie Eingangsgrößen für das Upscale der Anlagentechnik und optimale Betriebsparameter bestimmt werden. Bei zunehmender Geschwindigkeit und abnehmendem Massenstrom nehmen die Partikelgrößen d₅₀ und d₉₀ tendenziell bei allen Rotoren ab. Die spezifische Zerkleinerungsenergie erreicht ein Maximum bei der höchsten Drehzahl und dem größten Durchsatz. Optimal unter energetischen Gesichtspunkten sind leichte Rotoren, die eine geringere Zerkleinerungsenergie bei feinstmöglicher Partikelgröße aufweisen.

Roland Scholl (UVR-FIA GmbH Freiberg) berichtete in seinem Vortrag über den „Betrieb einer Exzenterschwingmühle unter inerten Bedingungen zur Herstellung von pulvertechnologischen Produkten“. Eingesetzt wurden die Exzenterschwingmühlen (ESM324; ESM654) der Fa. Siebtechnik im Batch-Betrieb und unter Inertgas (Bild 19). Dies ist für eine enges Beanspruchungsspektrum, lange Verweilzeiten sowie eine anwendungs- und verarbeitungsgerechte Spezifikation erforderlich. Es lassen sich physikalische und chemische Reaktionen durch in-situ Gasdruck- und Temperaturmessungen einfach bestimmen, so dass mechano-chemische Reaktionen in ihrem Prozessfortschritt aufgrund der gemessenen Wärmetönung und etwaige Gasreaktionen verfolgt werden können. Am Beispiel der „Direktgranulation von Pulvern“ und der „Feinzerkleinerung duktiler Legierungspulver“ wurde die besondere Qualität der erzeugten Produkte erläutert. Derzeit wird bei der UVR-FIA GmbH eine Technikumsanlage betrieben, mit der Produktmengen von 50 bis 100 kg für Versuchszwecke bereitgestellt werden können. Bis zum Ende des Jahres soll eine vollautomatische Anlage in den Probebetrieb gehen, die eine Kapazität von 50 bis über 100 t pro Jahr erreichen wird.

Die Verbesserung der Energieausnutzung bei der Feinmahlung von harten und spröden Materialien ist ein bevorzugtes Ziel von Entwicklungsarbeiten. Mit dem Vortrag „Die neue Horizontal Schichtrollenmühle – Rückblick und letzter Entwicklungsstand“ stellte Fritz Feige (Zeitschrift CEMENT INTERNATIONAL, Dessau-Rosslau) seine Erkenntnisse vor (Bild 20). So ist in der Zementindustrie der spezifische Energieaufwand für die Klinker- und Hüttensandmahlung je nach Zement-sorte und angewandtem Mahlverfahren mit 30 bis 80 kWh/t Fertiggut immer noch relativ hoch. Nach den Erkenntnissen des Autors hat die relativ breit eingesetzte nach dem Kompaktierprinzip betriebene Gutbett-Walzenmühle ein denkbar ungünstiges Betriebsverhalten. So lassen sich bei dieser Mühle die das Zerkleinerungsergebnis bestimmenden Parameter der Materialschichtdicke und der Mahlkraft sowie auch der Durchsatz nicht voneinander unabhängig einstellen. Die Umfangsgeschwindigkeiten der Rollen sind auf ca. 1,0 m/s begrenzt und die Mahlkräfte zur Gewährleistung eines bestimmten Beanspruchungsspalts mit allen negativen Auswirkungen auf Verschleiß und Energieverbrauch müssen wesentlich höher als erforderlich eingestellt werden. Alle diese Nachteile vermeidet die neue Horizontal Schichtrollenmühle, die aus zwei horizontal gelagerten Rollen besteht, von denen die größere Rolle mit pneumatischer Anstellung unter einem bestimmten Winkel nach unten verlagert angeordnet ist, mit einer determinierten Materialschicht beaufschlagt und im Reibschluss durch die angetriebene kleinere Rolle geschleppt wird. Eine so aufgebaute Zerkleinerungsvorrichtung kann bei geschwindigkeitsproportionaler Beaufschlagung mit Umfangsgeschwindigkeiten bis zu 4,0 m/s und darüber betrieben werden; sie arbeitet im gesamten Geschwindigkeitsbereich vibrationsfrei und liefert durch den vorhandenen Scraping-Effekt nach nur einmaliger Beanspruchung bereits ein Zerkleinerungsprodukt mit einem beachtlichen Fertiggutanteil. Seit Mitte 2011 befindet sich die erste Horizontal Schichtrollenmühle in der Doppelfunktion als Industriemühle zur Feinmahlung von Glasbruch und als Versuchsmühle für die verfahrens- und maschinentechnische Weiterentwicklung sowie Materialtestung erfolgreich im Betrieb. Die Mühle mit Rollendurchmessern von 0,75/1,00 m und einer Beanspruchungsbreite von 100 mm, ist im Kreislauf mit einem Hochleistungssichter geschaltet. Bei einer Mahlfeinheit, entsprechend einem R63-Rückstand von < 25 % liefert die Mühle einen Durchsatz von 4,0 t/h bei einem spezifischen Energiebedarf von < 10 kWh/t. Mit Mahlkräften von 4000 kN/m² wird der Glasbruch fast geräuschlos und staubfrei zerkleinert. Inzwischen befinden sich weitere Mühlen für die Feinmahlung von Zementklinker, Hüttensand und gebranntem Kalk erfolgreich im Betrieb.

5 Verfahrenstechnische Grundlagen

Der Abweiseradsichter ist besonders im industriellen Bereich bei der Trennung von feinkörnigen Partikelfraktionen von großer Bedeutung. Durch eine „Visualisierung von Partikelbewegungen in einem Abweiseradsichter“ worüber Christian Spötter, Kurt Legenhausen, Alfred P. Weber (Technische Universität Clausthal, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik) berichteten (Bild 21), werden neue Erkenntnisse zur Optimierung der Betriebsweise der Sichter erwartet. Ein Abweiseradsichter wurde dabei so umgestaltet, dass ein optischer Zugang auf das Sichtrad möglich wird und somit der Klassifizierungsprozess mit einer Hochgeschwindigkeitskamera erfasst werden kann. Zur Veranschaulichung der Gasströmung wurde Kalksteinaufgabegut mit einem x₅₀ von 2,15 µm und für die Partikelbewegung zwischen den Schaufeln ein Aufgabegut mit einem x₅₀ von ca. 60 µm verwendet. Es konnte ermittelt werden, dass sich drehzahlabhängig ein Sichtluftströmungswirbel zwischen den Schaufeln bildet, welcher zunehmend die Bewegungsbahn der Partikel beeinflusst. Der Partikelstrom zwischen den Schaufeln wird durch den hier entstehenden Sichtluftwirbel zunehmend eingeschnürt, was zu einer erhöhten Partikelanzahl im eingeschnürten Strom und somit zu erhöhten Partikel-Partikel- und Partikel-Wand-Wechselwirkungen führt. Erste Beobachtungen der Peripherie des Sichtrades zeigten, dass sich aus den abgewiesenen Partikel und den nachfolgenden Aufgabegutpartikeln Strähnen ausbilden. Diese Strähnen üben eine zusätzliche Sieb-/Filterwirkung auf die einströmende Aufgabegutpartikelfraktion aus, welches einen weiteren Einfluss auf das Trennergebnis zur Folge hat.

Im Beitrag „Entmischungsphänomene beim Windsichten“ von Gunnar Kretschmar (Knauf Gips KG), Thomas Mütze, Thomas Leißner (TU Bergakademie Freiberg, MVT-AT) und Frank van der Meer (WEIR Minerals) wurde über das Sichten heterogener Stoffgemische, bei denen Wert- und Bergeminerale deutliche Dichteunterschiede aufweisen, informiert (Bild 22). Als Versuchsmaterial dienten unterschiedlich feuchte Eisenerzproben mit der Korngröße < 315 µm, die neben Mineralogie und Granulometrie umfassend hinsichtlich der Bindung der Feuchtigkeit im Material und deren Auswirkung auf die Festigkeit der zu klassierenden Partikel und Agglomerate charakterisiert wurden. Als Sichter wurde ein Laborabweiseradsichter 100 MZR (Fa. Alpine) verwendet, der auf eine Trennkorngröße von 45 µm eingestellt wurde. Ausgehend von getrockneten Materialproben erfolgte eine gezielt abgestufte Wiederbefeuchtung des Aufgabematerials auf bis zu 6 Ma.-%. Neben der Feuchtigkeit der Produkte sowie der Ausbeute an Feingut als Produktfraktion wurde die Qualität der Sichtung anhand von Teilungsmenge, Trennkorngröße und Trennschärfe beurteilt. Eine automatisierte mineralische Aufschlussanalyse (MLA) lieferte Informationen zur Anreicherung und Entmischung der einzelnen Mineralphasen des Erzes in den Sichtprodukten. Grundsätzlich können auch feuchte Aufgabematerialien in Abweiseradsichtern trennscharf klassiert werden. Dabei nehmen bis zu einem anlagenspezifischen kritischen Wert mit steigender Feuchtigkeit des Aufgabematerials die Teilungsmenge, d.h. der Anteil ungesichtet ins Grobgut ausgetragener Agglomerate, zu und entsprechend das Feingutmasseausbringen und die Ausbeute feinkörniger Partikel ab. Der Vergleich von Ergebnissen der Laserbeugung (LB) und der automatischen mineralogischen Analyse (MLA) der Sichtprodukte zeigte die selektive Zerkleinerung der Mineralphasen und speziell die Übermahlung der Wertmineralkörner. Damit werden erstmals die Bewertung der Trennung einzelner Mineralphasen und ein Vergleich zur klassischen Bewertung mittels Partikelgrößenanalyse möglich.

Die Vermahlung in Gutbettwalzenmühlen (GBWM) gilt seit mehreren Jahren als hervorragende Methode, um Klinker in Zementanlagen auf die gewünschte Produktfeinheit zu vermahlen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten z. B. für die Zerkleinerung von Kupfer- und Eisenerz bieten sich an, wobei sich aber Agglomerate in Form von Schülpen bilden können. Die „Auswirkungen der Desagglomeration bei der Korngrößenanalyse von Produkten aus Gutbettwalzenmühlen“ behandelt der Vortrag von Tony Lyon (TU Bergakademie Freiberg, Institut für Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik), Andre Kamptner (UVR-FIA GmbH Freiberg) und Marcel Pfeifer, Felix Heinicke (Köppern Aufbereitungstechnik GmbH & Co. KG). Wenn aus Feinstpartikel bestehende Agglomerate nur unzureichend desagglomeriert werden, ordnen sich die Primärpartikel bei der Korngrößenanalyse in gröbere Kornklassen ein. Im Beitrag wurde die Auswirkung der Desagglomeration bei der Feinmahlung von Eisenerzkonzentraten in einer Laborkugelmühle auf die Messung mit trockener und nasser Laserdiffraktometrie untersucht. Ebenfalls wurden die Ergebnisse von Luftstrahl- und Nass-Sieb-analysen evaluiert. Im Beitrag erfolgte auch eine Bewertung der Oberflächenmessung nach Blaine sowie der Auswirkung der Analysenfehler auf die industrielle Praxis bei der Vermahlung von Eisenerzkonzentraten mit Gutbettwalzenmühlen.

Für eine verfahrenstechnische Silodimensionierung werden neben der Charakterisierung der Schüttguteigenschaften auch die Reibungsverhältnisse zwischen Schüttgut und Silowand bestimmt. Mit dem Vortrag „Beitrag zur Charakterisierung des Wandreibungswinkels“ von Karl Krüger, T. Mütze, U. Peuker (TU Bergakademie Freiberg, MVT-AT) wurden neue Erkenntnisse über die Auswirkungen von herstellungsbedingten Prozessen bei Silowandmaterial, wie zum Beispiel Schleifen, Walzen und Oberflächenbehandlung auf die Reibungsverhältnisse dargestellt (Bild 23). Die Untersuchungen wurden mit verschieden modifizierten Weizenstärkeprodukten mit einer mittleren Korngröße von x₅₀ = 35 µm in einer Jenike-Scherzelle unter Variation der Wandmaterialart und -rauigkeit ausgeführt. Gestützt durch aktuelle Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass aber eine pauschale Aussage über die Abhängigkeit zwischen Rauheit und Reibungsverhältnisse nicht erfolgen kann.

6 Posterschau und Firmenpräsentationen

In der Posterschau wurden in 10 Postern teilweise die in den Vorträgen der Tagung behandelten Themen vertieft (Bild 24). Außer von der TU Bergakademie Freiberg und dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie waren Poster von der TU Clausthal (Institut für Mechanische Verfahrenstechnik), der TU Braunschweig (Institut für Partikeltechnik), dem Leibniz Institut für Polymerforschung Dresden zusammen mit Loser Chemie, der Hochschule Zittau/Görlitz zusammen mit EUROIMMUN Medizinische Labordiagnostika AG sowie das Fraunhofer Institut ICT Karlsruhe vertreten. Firmenpräsentationen zeigten die Industrievertretung der Fa. Eirich aus Jena und Eurofins Umwelt Ost GmbH Freiberg.

7 Resümee und Ausblick

Wie in den letzten Jahren war es auch 2016 den Veranstaltern „Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg“ in Kooperation mit dem „Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie“ und der „TU Bergakademie Freiberg“ sowie den Mitarbeitern der UVR-FIA GmbH Freiberg gelungen, eine inhaltlich und organisatorisch ausgezeichnete Tagung zu gestalten.

Den Tagungsleitern für die einzelnen Komplexe Dr. Kamptner und Dr. Morgenroth (UVR-FIA Freiberg), Dr. Hermann (Omya GmbH), Prof. Peuker und Dr. Mütze (TU Bergakademie, IMV-AT), Dr. Rudolph (Helmholtz-Institut Freiberg) und Prof. Schönherr (Hochschule Zittau/Görlitz) gelang es, zu den Vorträgen interessante Diskussionen zu moderieren. Im Rahmen der Posterausstellung und in den Pausen konnten die Fachdiskussionen vertieft werden (Bild 25). Einen guten Anklang fand auch das gesellige Beisammensein der Tagungsteilnehmer am ersten Abend im Ratskeller Freiberg.

Die nächste Tagung „Aufbereitung und Recycling“ findet voraussichtlich am 8. und 9. November 2017 in Freiberg statt. Veranstalter sind wieder die „Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg“ in Kooperation mit dem „Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie“ und der „TU Bergakademie Freiberg“. Bis Ende Juli 2017 wird um die Zusendung von Kurzfassungen für Vortrage, Poster und Firmenpräsentationen an die Tagungsorganisation UVR-FIA GmbH über die Internetadresse www.uvr-fia.de, E-Mail gebeten. Über die angeführte Internetadresse sind auch die Kurzfassungen der Tagungsbeiträge zugänglich.