Verbesserung der Kupferverarbeitung

Anwendung von Echtzeit-Elementaranalyse auf Erzförderströme

Zusammenfassung: Die Echtzeitanalyse der Erzqualität auf dem Weg zwischen Mine und Mühle bietet erhebliche Vorteile für Kupferabbau- und Verarbeitungsbetriebe. Die Prompte-Gamma-Neutronenaktivierungsanalyse (PGNAA) ist eine bewährte Technik, die erfolgreich für die Multielement-Messung des Förderstroms in Echtzeit angewendet wurde. Der Vorteil von PGNAA besteht darin, dass sie kontinuierlich über den gesamten Förderquerschnitt misst und eine repräsentative Elementmessung bietet, ohne dass ständig (primär zerkleinerte) Grobströme abgetastet werden müssen. PGNAA-Hochleistungsanalysatoren ermöglichen eine genaue Messung über Zeitschritte von nur 30 s. Elemente wie Kupfer können mit einer Genauigkeit von 0,02 % Kupfer gemessen werden, was ausreicht, um hohes Vertrauen in Entscheidungen zur Umleitung des Massenstroms zu haben zu können. Inkremente von acht Tonnen werden durch eine Sortieranlage für Roherz umgeleitet, um Abfallchargen aus dem Beschickungsmaterial zu entfernen sowie Material entsprechend seiner Erzqualität auf verschiedene Halden umzuleiten. Längere Messschritte von zwei bis 5 min eignen sich zur Mischkontrolle von Erzen, um Schwankungen der Beschickungsqualität zu verringern und die durchschnittliche Erzqualität innerhalb eines Zielbereichs zu steuern. Beschickungsmischungen können so oft wie nötig eingestellt werden, aber typischerweise werden mehrere Messinkremente gemischt, um eine gleitende durchschnittliche Erzqualität zu erzeugen. Der Artikel enthält zwei Fallstudien, in denen Analysatoren erfolgreich zur Messung von Förderströmen in Mischanwendungen und bei der Schüttgutumleitung eingesetzt wurden. Die Echtzeitmessungen der Erzzusammensetzung werden auch zur Erzabstimmung, zur Metallbilanzierung und zur Vorwarnung der Prozessbetreiber vor Änderungen der Erzqualität, die die Mahlleistung beeinträchtigen und Prozessstörungen verursachen können, verwendet. Die Echtzeitmessung der Erzqualität hat sich als vorteilhaft für die Leistungsverbesserung der Kupferverarbeitung erwiesen, da die Anlagenkapazität in einem Auslaugungsvorgang besser genutzt, die Qualität der Erzzufuhr optimiert und die unnötige Verarbeitung von Abfall verringert wurde.

Seit den 1990er Jahren steht der Mineralindustrie eine repräsentative Elementaranalyse der Fördererzqualität in Echtzeit zur Verfügung unter Verwendung vollständig durchdringender Technologien. Die Technik der Prompte-Gamma-Neutronen-Aktivierungsanalyse (PGNAA) wurde zu einem Analysator für Fördergut weiterentwickelt und bald von der Zement- und Kohleindustrie übernommen, die die Vorteile des Echtzeit-Qualitätsmanagements erkannte. Diese Rohstoffe waren für diese Messtechnik ideal geeignet, da die Beförderung von Schüttgut vor der Verarbeitung im Allgemeinen Teil der Betriebsabläufe war. Die gemessene Qualität wurde verwendet, um Material zu verschiedenen Zielen umzuleiten oder den Mischvorgang zu steuern, um die Konstanz der Qualität zu verbessern. Die Akzeptanz in der Mineralindustrie gestaltete sich jedoch bis vor zehn Jahren und insbesondere bis Mitte der 2010er Jahre schleppend.

 

In diesem Artikel wird die PGNAA-Technik erläutert und erklärt, warum sie für den Abbau und die Verarbeitung von Kupfer gut geeignet ist. Es werden zwei Fallstudien diskutiert, bei denen die Technologie in sehr unterschiedlichen Anwendungen zum Einsatz kommt. Bei der ersten handelt es sich um eine Misch- und Feed-Forward-Anwendung, bei der zweiten um eine Schüttgutumleitung- oder Schüttgutsortieranwendung. Die Unterschiede zwischen den Anwendungen werden in Bezug auf die Konfiguration des Analysators sowie auf die betrieblichen Vorteile für den einzelnen Standort erörtert. Messungen können auch für weitere Anwendungen und Prozessverbesserungen genutzt werden. Und obwohl sie noch nicht in Kupferverarbeitungsbetrieben eingesetzt werden, werden ihre potenziellen Vorteile für einige ebenfalls erörtert.

 

Prompte-Gamma-Neutronenaktivierungsanalyse

Die PGNAA-Technik beruht auf einer Neutronenquelle, die Elementkerne im Fördergut aktivieren soll. Typischerweise wird Californium-252 (Cf-252) verwendet, da es bei geeigneten Energieniveaus die produktivste Neutronenquelle ist. Andere Neutronenquellen können AmBe (Americium Beryllium) oder Neutronengeneratoren sein. Diese produzieren entweder weit weniger Neutronen oder erzeugen sie bei viel höheren Energien, was zu suboptimalen Messergebnissen führen kann. Die meisten installierten PGNAA-Analysatoren verwenden eine Cf-252-Quelle, die unter einem Förderband angebracht ist, und ein Erkennungssystem, das sich über dem Förderband befindet. Detektoren werden eingesetzt, um die einmaligen Gamma-Energieemissionen zu messen, die von jedem aktivierten Element über einen Analysezeitschritt erzeugt werden. Wismutgermaniumoxid (BGO)-Detektoren sind ein Beispiel für einen Hochleistungsdetektortyp. Hochleistungsanalysatoren enthalten im Allgemeinen mehrere BGO-Detektoren. Spektralempfindlichkeiten werden mit Massenflussdaten kombiniert, die von einer Bandwaage außerhalb des PGNAA-Analysators geliefert werden; üblicherweise wird eine Feuchtigkeitsanalyse von einem benachbarten System bereitgestellt. Transmissionsanalysegeräte auf Mikrowellenbasis können zuverlässige Messungen der freien Feuchtigkeit liefern.

 

Spektralinformationen, Massenflussdaten und Feuchtigkeitsdaten werden dazu verwendet, die Elementzusammensetzung von Förderstrom-Segmenten zu berechnen, damit sie in Echtzeit an ein Anlagensteuerungssystem gemeldet werden können. Hochleistungsanalysatoren enthalten relativ große Cf-252-Quellen, anfangs fünfzig Mikrogramm oder mehr, und mehrere BGO-Detektoren in einer strukturierten Anordnung über dem Förderer. Sie nutzen eine fortschrittliche Software zur Kompensation der Riemenlast und kundenspezifische Kalibrierungen, um den nach Tonnage gewichteten Element- und Feuchtigkeitsgehalt über Zeitinkremente alle 30 Sekunden mit guter Genauigkeit in einem kalibrierten Bereich zu bestimmen. Systeme mit niedrigeren Spezifikationen können über längere Messzeiten, möglicherweise alle 30 oder 60 min, akzeptable Messgenauigkeiten für entsprechende Elemente liefern, was die potenzielle Reaktionsfähigkeit der Anlage auf solche Daten begrenzt. In zahlreichen Veröffentlichungen wurde die PGNAA-Technologie und ihre Anwendungen für die Prozesskontrolle im Mineralsektor detailliert beschrieben, so zum Bespiel bei Kurth (2007), Kurth und Edwards (2008), Kurth (2013), Balzan, Harris und Bauk (2017) und Patel (2014). Ein Hauptvorteil der PGNAA besteht darin, dass die Technik bis zu einem halben Meter durchdringend und verzögerungsfrei ist. Partikelgröße, Mineralogie, Schichtung, Feuchtigkeitsgehalt und Bandgeschwindigkeit haben keinen Einfluss auf die Analyse. Es können Förderströme auf Bändern mit einer Breite von mehr als 2,4 m und Betttiefen von mehr als 0,5 m gemessen werden.

 

PGNAA-Systeme sind besonders nützlich, wenn sie für eine bestimmte Anwendung konfiguriert sind. Hochspezifizierte Systeme bieten eine optimale Leistung, wenn kurze Messinkremente mit guter Messgenauigkeit für Anwendungen zur Schüttgutumleitung (auch als Schüttgutsortierung bezeichnet) erforderlich sind, da die Selektivität verbessert wird, wenn Entscheidungen in Bezug auf kleinere Durchflussinkremente getroffen werden können, die sich auf kleinere Tonnagen beziehen. Beim Mischen als Hauptanwendung können längere Messzeiten erfolgreich angewendet werden. Die Zusammenstellung der Messschritte liefert nützliche gleitende Mittelwerte, anhand derer über Mischungen entschieden werden kann. Die kurzfristige Schwankung ist in den Komponentendaten weiterhin sichtbar, und Mischreaktionen sind nicht unbedingt bei jeder auftretenden Änderung erforderlich, da dies zu größeren Qualitätsschwankungen beitragen kann.

 

Ein gutes Design des PGNAA-Analysators sollte genügend Sicherheitsmechanismen berücksichtigen, um die Strahlenbelastung des Anlagen- und Wartungspersonals während des Betriebs und der Stillstandzeit zu begrenzen. Technologien, bei denen Strahlungen auftreten, erfordern eine Zertifizierung in den Ländern, in die die Ausrüstung geliefert werden soll, sowie detaillierte Arbeitsanweisungen in Bezug auf den Versand, die Handhabung und die Lagerung der Quelle. Mit den Optionen für den automatischen Quellantrieb kann die Cf-252-Quelle innerhalb von Sekunden nach Auftreten eines entsprechenden Ereignisses isoliert werden. Dies kann ein Förderbandstopp, ein Leerlauf, der Betrieb unterhalb der Mindestanforderungen an die Bandbelastung zur genauen Messung oder ein Stromausfall in dem Bereich sein. Auch eine manuelle Abschaltung, um Wartungsarbeiten in der Nähe des Geräts zu ermöglichen, kann ein solches Ereignis sein. Es wäre wünschenswert, keinen Isolationsbereich um das Analysegerät herum zu benötigen. Das Design in Bild 1 erfüllt alle diese Anforderungen. Darüber hinaus befindet sich die Quelle unter dem Förderer, wo die Quelle nicht durch Stöße der transportierten Steine verschieben werden kann.

 

Die Wartung von Systemen kann durch Bauweisen verringert werden, die den Kontakt mit dem Förderband vollständig eliminieren. Zwischen die Spannrollen kann ein schmaler Rahmen eingepasst werden, so dass das Band durch den Tunnelbereich gestützt wird. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit einer Ausfallzeit des Förderers aufgrund einer Beschädigung des Analysators oder des Bandes. Das robuste Design des Analysators ist auch wichtig für Anlagenumgebungen und eine lange Lebensdauer der Geräte. Der Cf-252 hat eine Halbwertzeit von 2,65 Jahren, wobei alle zweieinhalb Jahre eine zusätzliche Quelle halber Größe ergänzt werden muss, um eine kontinuierliche Neutronenversorgung und hohe Messgenauigkeiten sicherzustellen. Die Entsorgung der Quellen ist alle zehn oder elf Jahre erforderlich, und erschöpfte Quellen werden an den Lieferanten zum Weiterverkauf an andere Branchen zurückgegeben. Cf-252-Quellen werden über einen Zeitraum von zwölf bis fünfzehn Jahren vollständig verbraucht und tragen nicht zum globalen Nuklearvorrat bei. Die Wartung der Kalibrierung ist der einzige weitere Betriebskostenfaktor. Sie wird halbjährlich durchgeführt, um die Kalibrierung auf das Fördermaterial abzustimmen, das sich im Allgemeinen über die Lebensdauer einer Mine verändert, wenn verschiedene Erzzonen abgebaut und verarbeitet werden.

 

Die Messergebnisse werden direkt an das Anlagensteuerungssystem übertragen und mit einem Zeitstempel versehen, damit relevante Reaktionen auf die Messungen zum richtigen Zeitpunkt erfolgen können. Dies ist besonders wichtig bei der Schüttgutumleitung, bei der die Verzögerungszeit zwischen der Analyse und dem Umleitungspunkt entscheidend für eine genaue Umleitung des Zielinkrements ist. Es sollte eine Ausschleuseklappe oder ein Abstreicher aktiviert werden, die genau mit dem Beginn und dem Ende des beförderten Inkrements reagieren (typischerweise 30 s, 1 min oder 2 min). Verzögerungen oder falsche zeitliche Abstimmung führen dazu, dass ein Inkrement das Material aus dem vorhergehenden und / oder folgenden Inkrement enthält, das möglicherweise eine andere Zusammensetzung aufweist. Dies kann dazu führen, dass Abraum im Erzstrom verbleibt oder dass Erz mit Abraum verworfen wird. Eine geeignete Materialtransport-Strategie sollte entwickelt und implementiert werden, um die Auswahl und Beseitigung der erforderlichen Durchflussinkremente zu optimieren. Beim Erzmischen kann die Reaktion weniger kritisch sein, da die Erzqualität über längere Förderschritte gemittelt wird und an den Gemischen vorgenommene Änderungen nicht die gleichen potenziellen negativen Ergebnisse haben, wenn sie um Sekunden oder Minuten verzögert werden.

 

Fallstudien

Sepon Kupfer-Gold-Betrieb

Der Sepon-Kupferbetrieb in der Volksrepublik Laos wurde 2002 von Oxiana errichtet und anschließend an MMG und 2018 an die Chifeng Jilong Gold Mining Company verkauft. Man ging davon aus, dass die Kupfer-Ressourcen bis 2020 erschöpft sein würden und nur die Goldoxid-Ressourcen übrigblieben, was MMG, deren Schwerpunkt auf Kupfer liegt, dazu veranlasste, den Betrieb an ein goldorientiertes Unternehmen zu verkaufen. Ein GEOSCAN-M PGNAA-Elementaranalysator wurde 2008 installiert, und man erkannte, dass die hohe Variabilität der Kupferzufuhrqualität ein Risiko für die Anlagenleistung darstellte, wenn sie nicht effektiv gesteuert wird. Kupfermineralisierung tritt in Form von deszendent angereichertem Chalkozit (Kupferglanz) und Oxiden wie Malachit, Azurit und Cuprit auf. Bild 2 zeigt das Prozessablaufdiagramm und die Position des Analysators auf dem Mühlenzuführband.

 

Mehrere kleine Tagebau-Minen liefern Erzpakete für die Förderhalde. Die einzelnen Halden weisen eine hohe Variabilität des Kupfergehalts auf, weshalb die Metallurgen im kontrollierten Mischen des Aufgabematerials die Voraussetzung für eine konsistente Zuführung von Kupfermetall zum Auslaugkreislauf des gesamten Erzes sehen. Die Überlastung des Kreislaufs mit Kupfermetall führte zu Kupferverlusten, so dass ein Kontrollbereich definiert und ein Analysegerät zur Überwachung der durchschnittlichen Zufuhrqualität in Messschritten von 5 min eingesetzt wurde. Dabei wurde der gewichtete Mittelwert der Tonnage zur Überprüfung der Kupfermetalltonnen über 30 min gemittelt. Die Mischungen werden verändert, um die Kupfermetallmengen innerhalb des Zielbereichs zu halten. Bild 3 zeigt ein Beispiel für die Variabilität der Daten bei Sepon über einen Zeitraum von 24 Stunden.

 

Mit zunehmenden Aktivitäten in Bergbau und der Weiterverarbeitung stieg der Anteil an säureverbrauchender Gangart signifikant und der Säureverbrauch proportional an. Analysator-Messungen von Calcium, Magnesium und Mangan erwiesen sich zur Kontrolle des Säureverbrauchs für Gangart (GAC) als nützlich, was zu wesentlichen Verbesserungen bei der Anlagensteuerung führte. Darüber hinaus konnten die Prozessbetreiber Messungen von Eisen und Schwefel mit einbeziehen, um die Zugabe von pyritischem Material zum Erz zu steuern, welches für die Kontrolle der chemischen Eigenschaften der Eisenauslaugung erforderlich ist. Der Feuchtigkeitsgehalt wurde ebenfalls in die Steuerung des Aufgabematerials der Mühle einbezogen, da auch er den Säureverbrauch beeinflusst. Eine detailliertere Darstellung des Sepon-Betriebs und des Anwendungsverlaufs des Elementaranalysators finden Sie in Balzan, Jolly, Harris und Bauk (2016) sowie in Arena und McTiernan (2011).

 

Der Kupfer-Gold-Betrieb New Afton

Der Kupfer-Gold-Betrieb New Afton nahe Kamloops in British Columbia befindet sich derzeit im Besitz des Betreibers New Gold Inc. auf dem Gelände der historischen Afton-Mine, die zuvor von Teck Resources betrieben wurde. Die Mineralisierung von Kupfer, Gold und Silber erfolgt im Blockhöhlen-Abbau. Bei der Probenahme von abgebautem Erz wurden große Unterschiede in der Erzqualität festgestellt. Das Blockhöhlen-Verfahren bedeutet, dass Erz während der gesamten Lebensdauer der Höhle bei intermittierenden Abraumzonen aus den Zugglocken entnommen wird, wobei es solange zu einer Erzmischung mit steigenden Abraumanteilen kommt, bis das Material für den Abbau und die Weiterverarbeitung als unwirtschaftlich betrachtet wird.


Sortieranwendungen für Roh- und Partikelerz wurden in Nadolski, Klein, Samuels, Hart und Elmo (2018) und Nadolski, Samuels, Klein und Hart (2018) bewertet und detailliert beschrieben. Die Überprüfung der umfangreichen Probenahme von jeweils 300 Tonnen extrahiertem Material aus jeder Zugglocke ergab, dass etwa zehn Prozent der abgebauten Tonnen mit einem Cut-off-Gehalt von 0,3 % Kupfer abgebaut werden können, wobei nur 1,5 % des Kupfermetalls verloren gehen. Es wurde erwartet, dass die Qualität des Beschickungsprodukts der Mühle von ungefähr 1,1 % Kupfer auf 1,2 % Kupfer ansteigt. In diesen Bewertungen wurde die Verwendung einer Bulk-Analyse mithilfe von PGNAA beim Förderstrom vom unterirdischen Brecher zu oberirdischen Feinerzlager empfohlen. Aus den Bulk-Messungen des Förderstroms konnten Abrauminkremente bestimmt und vor dem Feinerzlager umgeleitet und entfernt werden. Material von geringerer Qualität konnte durch mehrstufige Partikelsortierung verbessert werden. Erze höherer Qualität konnten zur Verarbeitung im Konzentrator zum Feinerzlager weitergeleitet werden. Bild 4 zeigt die von Nadolski et al. vorgeschlagenen Sortierstufen für Roh- und Partikelerz. (2018a). Das Vorhandensein von Pikrit im Abraumbereich vertikal parallel zur Blockhöhle ist von besonderer Bedeutung, da es die Kupferrückgewinnung bei der Verarbeitung mit Erz negativ beeinflusst. Es wurden Elemente bestimmt, mit deren Hilfe das Vorhandensein von Pikrit ermittelt werden kann. Gold wird stark mit den Kupfersulfiden assoziiert und kann aus Kupfer- und Schwefelmessungen mit hinreichender Genauigkeit (RMSD 0,15 ppm) berechnet werden, während Chrom und Nickel in engem Zusammenhang mit Pikrit stehen.

 

Proben vom Gelände wurden zerkleinert und homogenisiert, und vor der Laboranalyse wurden geländebezogen repräsentative Teilproben entnommen. Die Proben wurden zum Testen ins GEOSCAN-M gesendet, und unter Einsatz verschiedener Konfigurationsoptionen des Analysators wurden die Fähigkeiten der Technologie, das optimale Gleichgewicht zwischen Messinkrement und Genauigkeit zu erreichen, bewertet. Die kürzestmöglichen Zeitinkremente bieten maximale Selektivität beim Umleiten der kleinsten Tonnageschritte. Für New Afton wurde eine Messzeit von 30 Sekunden vereinbart, die bei einem Durchfluss von 1.000 Tonnen pro Stunde ungefähr acht Tonnen entspricht. Die Messgenauigkeiten für die kritischen Elemente in Bezug auf die erwarteten Zusammensetzungsbereiche, wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden von New Gold Inc. für die Sicherheit in Umleitungsentscheidungen als ausreichend erachtet. Weitere Erklärungen zur Eignung von GEOSCAN-M wurden für diese Anwendung von Kurth und Balzan (2017) sowie Balzan, Harris & Bauk (2017) beschrieben.

 

Ein wesentlicher Vorteil von New Afton gegenüber vielen anderen Betrieben ist die Möglichkeit der Mine, etwa 25 % mehr Tonnage zu produzieren, als die Mühle verarbeiten kann. Dies ist eine ideale Situation für die Roherz-Analyse und -Umleitung, um unwirtschaftliches Material aus dem Erzstrom zu entfernen. Der bei der ursprünglichen Bewertung der Roherzsortierung zugrunde gelegte wirtschaftliche Aspekt geht von 300-Tonnen-Schritten aus, um einen ausreichenden Nutzen der Einführung nahezulegen. Es wurde die Messung von jeweils 50 Tonnen verlangt, um eine feinere Auflösung zu erzielen. Es wird jedoch erwartet, dass in Schritten von acht Tonnen signifikant größere Vorteile erzielt werden. Die Leistung von GEOSCAN-M hat die Messerwartungen erfüllt, und das Verständnis des Betreibers für die Erzvariabilität bei verschiedenen Größenordnungen gewährleistet, dass eine geeignete Strategie zur Roherzumleitung umgesetzt wird.

 

Weitere Vorteile der Elementaranalyse bei der Kupferverarbeitung

Die PGNAA-Anwendungen in den beiden Fallstudien zeigen nachgewiesene Messleistungen für mehrere Elemente, die bei Entscheidungen in der Prozesssteuerung verwendet werden. Noch wichtiger ist, dass die Messungen mehrere Zwecke erfüllen: Einen primären Zweck, der normalerweise die Grundlage für die finanzielle Begründung des Analysators bildet, und einen sekundären Zweck, für den die wirtschaftliche Begründung schwer zu quantifizieren ist. Dabei kann es sich um die Überwachung der Erzqualität handeln, um bestätigen zu können, dass die Qualität den Erwartungen entspricht, um die Erzabstimmung, die Metallbilanzierung und die Weitergabe der Erzqualität an nachgelagerte Betriebe. Die Vorteile, die direkt mit dem Mischen oder der Schüttgutumleitung verbunden sind, können im Anschluss an einem Zeitraum bestimmt werden, in dem die Erzvariabilität gemessen und verstanden wurde, die Prozessfolgen untersucht und Verbesserungen eingeführt und bewertet wurden. Andere Verwendungen der Daten haben möglicherweise keinen direkten wirtschaftlichen Nutzen. In diesem Abschnitt werden die Verwendungsmöglichkeiten von Echtzeitdaten in der Kupferverarbeitung erläutert, deren wirtschaftliche Begründung noch nicht erfolgt ist. In einigen Fällen liegen die Vorteile jedoch auf der Hand.

 

Andere Mine-to-Mill-Anwendungen

Bei anderen Rohstoffen wird die Echtzeitanalyse eingesetzt, um die Erzqualität unter Tage zu messen und so die Qualität des geförderten Erzes zu steuern, insbesondere wenn vor der Erzförderung mehrere Erztaschen genutzt werden. Dadurch kann die Erzqualität gemischt und so gehandhabt werden, dass sie eine Zielqualität erreicht. Der größte Vorteil der Messung zu Beginn des Erztransports besteht in der Möglichkeit, Material zu entfernen, das einen geringen Wert aufweist und keine zusätzliche Verarbeitung erfordert, weder weitere Zerkleinerungsstufen noch Mahlen und Verarbeiten. Erreicht werden kann das dort, wo die größenbasierte Qualitätsanalyse auf eine Präferenz der Größenverteilung auf grobe oder feine Fraktionen hinweist, wodurch sich das Material für eine Verbesserung durch einfaches Sieben anbietet. Um die Ergebnisse dieses Prozesses zu quantifizieren, können grobe und feine Ströme gemessen werden.

 

Das geförderte Erz wird entweder an der Qualität des Primärmetallgehalts oder an seinem schädlichen Gehalt gemessen und auf Halde gelagert, um die Flexibilität beim Einmischen in den Mahlkreislauf und die Qualitätskonsistenz zu verbessern, was bekanntermaßen die Prozesseffizienz und die Metallrückgewinnung verbessert. Dies tritt in der Phosphatindustrie bei Phosphatgestein auf, wo ein weiterer Analysator, den Halden nachgeschaltet, die Dosierung und letztendlich die Zusammensetzung steuert, die in den Prozess eingeht. Dadurch ist es auch möglich, schädliche Inhaltsstoffe durch entsprechendes Mischen gut in den Griff zu bekommen, um ihre negativen Auswirkungen auf den Prozess, die Verunreinigung des Konzentrats oder eine Reduzierung der Primärmetallrückgewinnung zu minimieren.

 

Geometallurgie

Die Messung von Erzflüssen vor dem Mahlkreislauf kann durch die Charakterisierung und Identifizierung des Erzes nützliche Informationen für die Prozesssteuerung liefern. Allein die Veränderung des Erzgehalts kann nützlich sein, aber auch die Änderung des Erztyps, für die eine Umstellung der Prozessstrategie erforderlich ist, kann von Vorteil sein. Bei solchen Änderungen kann es sich um unterschiedliche Reagenzien, geänderte Dosierungs- und Durchsatzmengen oder die Umleitung zu einem anderen Kreislauf oder Prozess handeln, die aufgrund der veränderten Mineralogie oder Elementverhältnisse, wie dem Kupfer-Schwefel-Verhältnis, erforderlich sind. Die Messungen können auch zum Auffinden von Erzen genutzt werden. Dazu werden die Erztypen anhand der Bergbaugebiete, aus denen sie in der Minenplanungssequenz gewonnen wurden, ermittelt.


Prozessbetreiber können durch Fingerabdrücke der Erzarten Material identifizieren, das im Prozess möglicherweise neu ist oder eine Qualität aufweist, die zuvor schon verarbeitet wurde. Weist ein bestimmter Erztyp in der Anlage ein bestimmtes Verhalten auf, kann das Verarbeitungsschema so geändert werden, dass Prozessänderungen eingeführt werden können, um die Rückgewinnung aus demselben Material bei der nächsten Verarbeitung zu verbessern. Bei der Anwendung von maschinellem Lernen, künstlicher Intelligenz und digitalen Zwillingstechnologien können Vorteile erzielt werden, da diese Systeme zuvor nicht erkannte Beziehungen zwischen der Qualität des Materials und den Ergebnissen seiner Verarbeitung identifizieren können.

 

Ein Parameter, der normalerweise nicht mit dem Elementgehalt verbunden ist, ist die Härte oder Mahlbarkeit von Erz. Hierbei kann der Kieselsäuregehalt oder Veränderungen der Kieselsäure im Verhältnis zu anderen Elementen womöglich auf einen ganz anderen Erzcharakter hinweisen, was erhebliche Folgen hat, wenn dies nicht richtig gehandhabt wird. Mühlen zu überlasten, kann zu Betriebsstillständen und Geräteschäden sowie zu Produktionsausfällen führen. Es kann auch Möglichkeiten geben, den Durchsatz zu erhöhen, wenn der Mühle vorgeschaltet weichere Erze gemessen werden. Auch der Tongehalt kann eine wichtige Überlegung sein, insbesondere wenn er stark variabel ist oder seine Zusammensetzung schwankt. Schwefel ist ein nützliches Element zur Unterscheidung von Erz, das vielleicht besser für die Verarbeitung durch Auslaugen als durch Flotation geeignet ist. Der Schwefelgehalt kann dem Umweltmanagement dienlich sein, indem säurebildende, von der Mine zugeführte Abfälle zu einem kontrollierten Bestimmungsort und saubere Abfälle zu Nebenproduktströmen von Zuschlagstoffen und Baumaterialien umgeleitet werden.

 

Bei Mühlenanwendungen

Sobald sich das Erz in der Mühle befindet, kann an der Qualität der Beschickung der verfahrenstechnischen Anlage, sei es Flotation, Auswaschung oder Aufbereitung, kaum mehr etwas verbessert werden. Kieselrücklaufmengen sind eine offensichtliche Anwendung der Messung und Umleitung von Stückgut, die in der Kupferverarbeitung jedoch noch nicht eingesetzt wird. Der Rücklauf von Kiesel verursacht zusätzliche Verarbeitungskosten durch die Förderung, die Kieselbrecher und die Belegung der Mühlenkapazität, die für frisches Erz genutzt werden könnte. Die Wirtschaftlichkeit ist klar gegeben, wo Kiesel unter dem Cut-Off-Niveau liegt und Erz als Ersatz für den Strom zur Verfügung steht. Zurückgeführt werden sie trotzdem. Ein schlechteres Ergebnis tritt auf, wo Kieselströme qualitätsunabhängig verworfen werden, wenn Erzvorräte reichlich vorhanden sind. Wie viel Metall wird ausgesondert? Kiesel kann in einigen Fällen für die Partikelsortierung geeignet sein, und die Umleitung unwirtschaftlicher Kiesel zur Partikelsortierung kann die Metallrückgewinnung steigern und die Verarbeitungskosten erheblich optimieren.

 

Konzentrat-Anwendungen

Durch Flotation hergestellte Konzentrate können unterschiedliche Qualität aufweisen, auch Verunreinigungen wie Talkum, Arsen oder Zinkmineralien, die, wenn nicht wirksam gesteuert, zu verworfenen Lieferungen führen. Die PGNAA-Technik ist bei Feinpartikeln ebenso effektiv wie bei grobem Material. Die Messung der Konzentratqualität kann genutzt werden, um Material in großen Mengen umzuleiten. So kann Material außerhalb der Spezifikation, das später auf kontrollierte Weise mit Konzentrat höherer Qualität gemischt werden soll, isoliert werden.

 

PGNAA-Systeme werden in vielen Branchen in breitem Maße bei Ladevorgängen eingesetzt, um die Qualität von Material, das auf Züge und Schiffe verladen wird, zu messen und zu steuern. Dies ist in den Sektoren Kohle, Bauxit und Eisenerz der Fall, in denen Massengüter transportiert werden. Ein PGNAA-Messsystem wird keinesfalls zur Zertifizierung der Versandqualität verwendet. Die kontinuierliche Analyse und die Echtzeitergebnisse geben den Verladern jedoch die Gewissheit, dass ihre Sendungen den Spezifikationen entsprochen haben, bevor die Proben für die offiziellen Analysezertifikate analysiert werden. Diese stehen oft erst zur Verfügung, nachdem der Zug oder das Schiff abgefahren ist. Derzeit gibt es keinen ISO-Standard, der die Verwendung von Analysegeräten zu Zertifizierungszwecken erlaubt. Dem Autor ist mindestens ein Kohlebetrieb bekannt, bei dem Vereinbarungen zwischen dem Bergmann und dem Kraftwerksbesitzer die Verwendung der Analyseergebnisse zur Festlegung der Zahlungsbedingungen ermöglichen, da beide Parteien zur Wartung des Analysators beitragen und die Kalibrierung externe Laborergebnisse miteinschließt. Die Messleistung ist abhängig von der permanenten Kalibiergenauigkeit, weshalb bei jeder Zertifizierung strenge Anforderungen an die Aufrechterhaltung der Kalibriergenauigkeit gestellt würden.

 

PGNAA kann sehr effektiv in Schmelzen eingesetzt werden, in denen Konzentrate gemischt und Additive, wie Flussmittel, durch die Messung des kombinierten Flusses und die Anpassung an den Beschickungsgehalt der einzelnen Materialien gesteuert werden. Der Eisenerzsektor nutzt PGNAA zur Kontrolle der Basizität von Sinter bei der Stahlherstellung.

 

Fazit

Die Implementierung von PGNAA-Hochleistungssystemen wie GEOSCAN-M hat sich als vorteilhaft erwiesen und bietet in vielen Anwendungen eine schnelle Amortisation, insbesondere in den beiden beschriebenen Fallstudien. Während Erzmischung und Umleitungen des Schüttguts offensichtliche Anwendungen der Förderstrommessung sind, wurden eine Reihe anderer Anwendungen ermittelt, die bei Kupferverarbeitungsbetrieben großes Interesse geweckt haben. Fast all diese Anwendungen wurden bei anderen Rohstoffen erfolgreich eingeführt. Angesichts sinkender Kupfererzgehalte und dem Erreichen einer tatsächlichen Grenze der Skaleneffekte bei Fertigungseinrichtungen sollte die Anwendung intelligenter Lösungen zur Reduzierung der verarbeiteten Abfallmenge eine starke Motivation für die Berücksichtigung solcher Technologien sein. Weitere Vorteile ergeben sich durch die Tatsache, dass aufgrund der Verarbeitung von geringeren Abfallmengen weniger Rückstände entstehen, und weniger Energie, Verbrauchsstoffe zum Zerkleinern und Mahlen, weniger Wasser und Reagenzien verbraucht werden sowie geringere Wartungsanforderungen erforderlich sind. Das vorzeitige Aussortieren von Abfallmaterial in den Mine-to-Mill-Phasen und Beschickungsvorgänge mit nicht nur einheitlicherer Beschickung, sondern auch höherer Qualität, verbessern die Prozesseffizienz, die Metallrückgewinnung und die Produktivität. Die Einsatzmöglichkeiten von PGNAA in der der Elementmessung werden sich im Laufe der Entwicklung verbessern. Die Messung in Schritten von mehr als 30 Sekunden wurde durch die Nutzung einer flexiblen, aber robusten Konstruktion ermöglicht, die der Beharrlichkeit und Innovationsfähigkeit der Kalibrierungsingenieure zu verdanken ist.

 

Zum Zeitpunkt der Ausarbeitung dieses Artikels gibt es neue Entwicklungen, die die Messung mehrerer Elemente ermöglichen, um die Nachweisgrenzen, wie z.B. für Gold, zu senken. Viele Kupfererzkörper weisen starke Assoziationen von Kupfermineralien und Gold auf. Ein Teil des Goldes ist jedoch möglicherweise nicht mit Kupfer oder Sulfiden assoziiert und liegt in signifikanten Qualitäten vor. PGNAA-Hochleistungssysteme verfügen derzeit als einzige über die Fähigkeit, die elementare Zusammensetzung von Förderströmen kontinuierlich über kurze Messschritte sowie über das gesamte Förderprofil hinweg zu messen.

 

Danksagungen

Der Autor möchte Scantech International Pty Ltd für die Genehmigung zur Veröffentlichung und Vorlage dieses Artikels danken. Dank gilt auch der Oxiana/MMG und New Gold Inc. für ihre branchenführende Haltung bei der Einführung neuer Technologien im Kupfersektor und ihre Bereitschaft, Daten zu teilen und als Referenzstandort zu dienen. Auch den Kupferunternehmen, die die GEOSCAN-M-Systeme in Kanada, Chile, Australien, Sambia und der Demokratischen Republik Kongo einsetzen, wird für ihre kontinuierliche Unterstützung gedankt. Dr Luke Balzan, Technischer Leiter von Scantech, und sein Team haben signifikante und einzigartige Entwicklungen gemacht, um die Möglichkeiten von GEOSCAN-M bei der Messung von Kupfer und ähnlicher Elemente voranzutreiben.


Literatur

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[3] Balzan, L. A., Jolly, T. D., Harris, A. R., & Bauk, Z. (2016). Greater use of Geoscan on-belt analysis for process control at Sepon copper operation. Proceedings of XXVIII International Mineral Processing Congress. Quebec, Canada: Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum.

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[7] Kurth, H., & Edwards, M. (2008). Use of on-belt analysers for improved process control of conveyed materials, Proceedings Metallurgical Plant Design and Operating Strategies (MetPlant 2008), Perth, WA. The Australasian Institute of Mining and Metallurgy, Melbourne, pp. 493–507.

[8] Nadolski, S., Klein, B., Samuels, M., Hart, C.J.R., & Elmo, D. (2018a). Evaluation of cave-to-mill opportunities at the New Afton Mine, Proceedings of the 50th Annual Canadian Minerals Processors Operators Conference, Ottawa, Ontario, 23-25 January 2018. Danyliw, B., Cameron, R., and Zinck, J. (eds.). Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, Montreal. pp. 270–281.

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[10] Patel, M. (2014). On-belt elemental analysis of lead-zinc ores using prompt gamma neutron activation analysis. Proceedings XXVII International Mineral Processing Congress (ch. 17). Santiago, Chile: Gecamin.

Henry Kurth, Chief Marketing Officer and Minerals Consultant

Scantech International Pty Ltd, Adelaide/Australia

www.scantech.com

Henry Kurth has a degree in Geology from Queensland Institute of Technology (now QUT − Qld University of Technology) and has 15 years’ experience in mining geology roles in coal, gold and base metals operations. The next 7 years were in technical sales roles to the resources sector and the last 14 years with Scantech where he leads the global minerals marketing and sales functions in his current role as Chief Marketing Officer and Minerals Consultant. He has been a member of the AusIMM for over 35 years and is a member of the SME in USA and CIM in Canada. Henry Kurth has presented at more than 25 major minerals conferences and workshops on real time analysis technology applications.

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