Neue Bildgebungs­technik verbessert die Steuerung­ von Flota­tions­prozessen in Aufbereitungsanlangen­

Auf Impedanztomografie basierende Messgeräte ermög lichen jetzt die Erstellung von dreidimensionalen Bildern in Echtzeit vom Inneren von Rohren und Behältern in der Prozessindustrie. Aufbereitungsanlagen im Bergbau gehören zu den wichtigsten Anwendungsgebieten dieser Technik, in der das finnische Unternehmen Numcore Oy zur Entwicklungsspitze gehört.


Die Technik eröffnet neue Möglichkeiten zur Steuerung des Flotationsprozesses, der einen wichtigen Teil der Mineralienaufbereitung darstellt. Flotation beruht vereinfacht gesagt darauf, dass in die Suspension aus Erz, Wasser und Chemikalien Luft eingeblasen wird. Die Erzpartikel binden sich an die Luftblasen und steigen mit ihnen an die Oberfläche, wo sich ein mineralhaltiger Schaum bildet, der abgeschöpft wird.


„Probleme entstehen, wenn der Schaum die anhaftende Mineralpartikel-Last nicht tragen kann, oder wenn im Betrieb andere Störungen auftreten. In diesem Fall verschwindet die Schaumschicht, und durch den Neustart des Prozesses geht wertvolle Zeit verloren“, sagt Jukka Hakola, Verkaufsleiter bei Numcore.


Die Messgeräte des Unternehmens ermöglichen dem Bediener der Aufbereitungsanlage sowohl die Größe und Menge der Luftblasen als auch den Feststoffgehalt in der Schaumdecke aufgrund der Variation der elektrischen Leitfähigkeit zu beobachten.


Falls der Feststoffgehalt im Schaum oder die Größe der Luftblasen sich ändert und der Feststoff sich unter dem Schaum anzusammeln beginnt, kann das zum Versteifen oder Kollabieren des Schaumes führen. Wenn diese Situation früh genug erkannt wird, kann sie durch Änderung von Betriebsparametern korrigiert werden.


„Echtzeit“ gehört zu den Schlüsselwörtern dieser Technik, das heißt, das System liefert dem Bediener kontinuierlich in Echtzeit Daten darüber, was in den Flotationszellen vor sich geht, zum Beispiel, wo sich die Mineralteilchen gerade bewegen und wo sich der untere Rand der Schaumdecke befindet (Bild).


„Da es früher nicht möglich war, in die Behälter hineinzusehen, beruhte die Steuerung des Aufbereitungsprozesses weitgehend auf Erfahrungswissen. Wenn der Bediener in den Prozess hineinsehen kann, ist es ihm möglich, die Zusammensetzung der Mischung stets optimal zu halten“, sagt Hakola.


1 Zusammenarbeit mit der Industrie

Laut Hakola bringt die Messung an sich keinen Mehrwert, vielmehr sollen die Messergebnisse der Prozesssteuerung dienen. Darum hat das Unternehmen in enger Zusammenarbeit mit einigen Schlüsselkunden die Messtechnologie dahingehend entwickelt, dass sie möglichst gut der alltäglichen Arbeit dient.


Enger Kooperationspartner von Numcore ist u. a. die Mineralienaufbereitungs- und metallurgische Anlagen weltweit liefernde Outotec und, hauptsächlich in der Anfangsphase der Entwicklungsarbeit, das Laboratorium für Mineraltechnik des Geologischen Forschungszentrums in Outokumpu/Finnland.


„Gegenwärtig sind die Sensoren in zwei Aufbereitungsanlagen im Einsatz, was uns erlaubt hat, in der Praxis festzustellen, welche Aspekte gesteuert werden müssen und wie wir den wahrgenommenen Kundennutzen auch numerisch bestätigen können. Wir wollen zur frühzeitigen Erkennung von Störungen beitragen, damit der Prozess reibungslos läuft.“


Die Messtechnologie von Numcore wird u.a. im Kupfer- und Zinkbergwerk von Inmet Pyhäsalmi Mine Oy/Finnland getestet. Laut dem Leiter der Aufbereitungsanlage des Bergwerks, Seppo Lähteenmäki, hat das System genaue Daten über den Zustand der Schaumschicht übermittelt und technisch zuverlässig funktioniert.


„Wir testen das Gerät schon seit einigen Monaten und es hat den Bedienern einen klaren Nutzen gebracht, die nach entsprechender Schulung die vom System erzeugten Daten aktiv verfolgt haben. Das Gerät bringt offensichtlich so viele Vorteile, dass wir ernsthaft erwägen, es nach der Testperiode zu kaufen“, sagt er.


2 Bildgebung mithilfe mathematischer Modellierung

Das von Numcore entwickelte Messgerät wird abhängig vom Durchmesser des Rohres oder Behälters entweder als Durchfluss-Sensor oder bei größeren Rohren und Behältern als separat zu installierender stabförmiger Sensor ausgeführt.

Wenn den Sensorelektroden schwacher Wechselstrom zugeführt wird, können die Unterschiede in der elektrischen Leitfähigkeit der im Rohr oder Behälter befindlichen Phasen (z.B. von Flüssigkeiten) gemessen werden, weil unterschiedliche Stoffe unterschiedliche Stromleitfähigkeit besitzen. Das eigentliche Bild bekommt man jedoch erst durch Inversionsrechnung, was die eigentliche Kernkompetenz von Numcore ist.


„Von unseren Produkten ist CoreApus für die Analyse von Materialien vorgesehen, die in Rohren mit einem Durchmesser von unter einem Meter fließen. Da die Behälter in der Mineralienaufbereitung normalerweise größer sind, haben wir dafür den stabförmigen CoreHydra-Sensor entwickelt, der einen größeren Bereich im Behälter analysiert. Mit mehreren Hydra-Sensoren können sehr großer Behälter oder Zellen analysiert werden“, sagt Hakola.


Mit beiden Techniken können die Grenzflächen zwischen Flüssigkeiten und festeren Stoffen genau gemessen werden, wobei sich CoreApus auch für die Bildgebung bei schnell fließenden Flüssigkeiten, zum Beispiel in Anlagen der Zellstoff- und Papierindustrie eignet.


„Der größte Unterschied zu früher ist, dass es jetzt möglich ist zu analysieren, wie und warum etwas Nachteiliges im Prozess geschieht und wie man das zukünftig vermeiden kann. Wir haben uns auf die Benutzerfreundlichkeit konzentriert, also darauf, dass die korrigierenden Maßnahmen in Echtzeit vor Ort vorgenommen werden können und nicht zum Beispiel anhand von Labormustern.“


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