Aufbereitung und Recycling –
14. und 15. November 2018 Freiberg, Teil 1
Mehr als 120 Fachleute nahmen an der Veranstaltung teil, die im Hörsaal des ehemaligen Forschungsinstituts für Aufbereitung am jetzigen Standort des Helmholtz-Instituts für Ressourcentechnologie Freiberg stattfand. Veranstalter waren die Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg in Kooperation mit dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) und den Instituten MVT-AT sowie IAM der TU Bergakademie Freiberg. Für die Tagungsorganisation war die UVR-FIA GmbH Freiberg verantwortlich.
Nach der Eröffnung der Tagung durch die Vorsitzende von UVR-FIA e.V., Dipl.-Ing. Silke Thümmler, gab zunächst Dr. Andre Kamptner als einer der Geschäftsführer der UVR-FIA GmbH einen Einblick in die aktuellen Arbeitsgebiete der Firma. In der Eröffnungssitzung wurde in 8 Vorträgen die Lebensleistung des im Frühjahr 2018 verstorbenen Prof. Heinrich Schubert gewürdigt. In den weiteren 16 Vorträgen und 10 Postern wurde über aktuelle Probleme der Aufbereitung primärer Rohstoffe, das Recycling und die Entwicklung von Maschinen und Apparaten berichtet. In der Nachmittagssitzung des ersten Konferenztages hatten die Posterautoren die Gelegenheit, in Kurzform ihre Beiträge zu präsentieren. Bei einer Abendveranstaltung im Schankhaus 1863 des Ratskellers Freiberg wurden am ersten Konferenztag der Gedankenaustausch und die Fachdiskussion in lockerer Atmosphäre weitergeführt. Am Nachmittag des zweiten Konferenztages war die Gelegenheit gegeben, die Einrichtungen der UVR-FIA GmbH und des HIF zu besichtigen.
Über die in der Veranstaltung gebotenen Fachvorträge und Poster zu einzelnen Themenkomplexen soll hier informiert werden.
Vorträge zu Ehren von Prof. Heinrich Schubert
Mit dem Vortrag „Heinrich Schubert, einer der ganz Großen in seinem Fach weltweit: Versuch einer Würdigung“ gab Prof. Dr. habil. Klaus Husemann als unmittelbarer Nachfolger auf dessen Lehrstuhl eine gelungene Darstellung des Wirkens von Prof. Dr.sc.techn. Drs.h.c. Heinrich Schubert, langjähriger Direktor des Instituts für Aufbereitung und später des Wissenschaftsbereiches Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik an der TU Bergakademie Freiberg, der am 9. April 2018 im Alter von 92 Jahren verstarb. Prof. Schubert gehörte weltweit zu den angesehensten Wissenschaftlern und Hochschullehrern auf seinen Fachgebieten. Er hat damit maßgeblich zum Ansehen der TU Bergakademie im In- und Ausland beigetragen.
Geboren wurde Heinrich Schubert am 23. Januar 1926 in Pirna-Jessen bei Dresden. Ab 1947 studierte er an der Bergakademie Freiberg und beendete 1951 als Dipl.-Ing. für Aufbereitungstechnik sowie 1952 als Dipl.-Ing. für Bergbau sein Studium. Danach arbeitete er bis 1960 im Mansfelder Kupferschieferbergbau u.a. als Technischer Direktor in der Vereinigung Volkseigener Betriebe (VVB) der Nichteisen-Metall-Industrie in Eisleben. 1956 promovierte er mit der Arbeit „Flotierbarkeit und Strukturbeziehungen bei kationaktiver Flotation“ zum Dr.-Ing. und 1971 zum Dr. sc. techn. mit dem Thema „Rolle der Assoziation der unpolaren Gruppen bei der Sammleradsorption“. 1960 wurde Heinrich Schubert in der Nachfolge von Prof. Helmut Kirchberg als Professor für Aufbereitungstechnik und ab 1969 als Professor für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik an die Bergakademie Freiberg berufen und blieb es bis zu seiner Emeritierung 1991.
Das damalige „Institut für Aufbereitung“ entwickelte er in den folgenden Jahren zu einer modern ausgerüsteten Stätte der Lehre und Forschung, wobei das Lehr- und Forschungsspektrum des Institutes in Richtung mechanische Verfahrenstechnik erweitert wurde, was auch in der Bezeichnung des Wissenschaftsbereichs ,,Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik” dokumentiert ist. Im Laufe seiner langjährigen Tätigkeit sind am Institut 550 Studenten sowie 60 Aspiranten und Doktoranden ausgebildet worden. Davon arbeiten bzw. arbeiteten 8 selbst als Hochschullehrer. Prof. Schubert lehrte auch an den Universitäten in Queensland/Australien, lowa/USA und Wuhan/China.
Hervorzuheben sind seine nach wie vor aktuellen Lehr- und Handbücher „Aufbereitung fester mineralischer Rohstoffe“ (3 Bände in mehreren Auflagen), „Mechanische Verfahrenstechnik“ (federführender Autor, 3 Auflagen), „Handbuch der Mechanischen Verfahrenstechnik“ (2 Bände, Herausgeber und Mitautor).
Prof. Schubert verfolgte immer das Konzept, zur Lösung verfahrenstechnischer Problemstellungen eine physikalisch begründete Theorie bzw. ein Prozessmodell zu entwickeln, um eine umfassende Durchdringung zu ermöglichen. Wichtig waren ihm dabei der enge Zusammenhang zwischen Theorie und Experiment und die Einheit von Lehre und Forschung. Zu den Schwerpunkten der Forschungstätigkeit von Prof. Schubert und seiner Mitarbeiter gehörten mechanische Trennprozesse, Einzel- und Kollektivkornzerkleinerung, turbulente Mehrphasenströmungen, Fließeigenschaften von Schüttgütern und Wechselwirkungen (Haftkräfte) zwischen den Partikeln, Aufbereitung und Recycling von Abfällen und Sekundärrohstoffen. Die Ergebnisse dieser Forschungen sind in über 300 Publikationen und vielen Patenten dokumentiert.
Prof. Schubert war Mitglied in zahlreichen nationalen und internationalen wissenschaftlichen Gremien und in den Beiräten mehrerer international anerkannter Zeitschriften, wie z.B. Int. Journal of Mineral Processing, Particle Characterisation, Advanced Particle Technology (Japan) und KONA (Japan).
Von seinen Auszeichnungen seien hier genannt: Nationalpreis der DDR für Wissenschaft und Technik, Dr. h.c. TU Miskolc in Ungarn, Dr.-Ing. e.h. TH Leuna-Merseburg, Hans-Rumpf-Medaille der Deutschen Vereinigung für Chemie- und Verfahrenstechnik und Life Time Achievement Award of IMPC – International Mineral Processing Congress. Nicht unerwähnt bleiben darf auch Prof. Schuberts Engagement in der Hochschulleitung: 1963 bis 1975 – Prorektor für Wissenschaftsentwicklung bzw. Forschung, 1980 bis1991 – Dekan der Fakultät für Technischen Wissenschaften.
Anknüpfend an die Ausführungen von Prof. Husemann gab Prof. Dr. Urs A. Peuker als der aktuelle Lehrstuhlinhaber am Institut für Mechanische Verfahrenstechnik/Aufbereitungstechnik der TU Bergakademie Freiberg seine „Laudatio auf Prof. Heinrich Schubert (Zukunft)” und betonte, dass viele seiner wissenschaftlichen Visionen auch heute noch nachhaltige Bedeutung haben. Weiterhin wurde über aktuelle Forschungsprojekte am Institut z.B. zur Wechselwirkung von Partikeln und Gasblasen, zur Wirkung von Kapillarkräften, zu mechanischen Trenntechniken von Partikeln sowie zu Grundprozessen der mechanischen Verfahrenstechnik (Zerkleinerung, Klassierung, Filtration u.a.) informiert.
In weiteren Vorträgen stellten jeweils Referenten, die unmittelbare Schüler von Prof. Heinrich Schubert waren, sowie aktuell tätige Wissenschaftler, ihre Erkenntnisse auf ausgewählten Arbeitsgebieten vor.
Dr. Jens Hanisch (FAM Magdeburg) und Dr. Thomas Mütze (MVT/AT der TU Bergakademie) berichteten über „Die Freiberger Zerkleinerungsschule“. Um 1960 begannen in Deutschland umfangreiche und bald daraufhin weltweit anerkannte Grundlagenforschungen auf dem Gebiet der Mikroprozesse der Zerkleinerung. Die „Karlsruher Schule“, begründet von Hans Rumpf und später von Klaus Schönert in Clausthal-Zellerfeld fortgeführt, sowie die Forschungsarbeiten der „Freiberger Schule“ unter der Leitung von Heinrich Schubert führten zu bedeutenden Erkenntnissen bei der wissenschaftlichen Durchdringung des Zerkleinerungsverhaltens spröder Materialien.
Eine zentrale Frage war dabei, inwiefern das an sich chaotische Risswachstum und das daraus resultierende Zerkleinerungsergebnis mittels geeigneter mathematischer Beschreibungsformen erfasst und so einer Prozessmodellierung zugänglich gemacht werden kann. Ausgehend von Untersuchungen zur Einzelkornzerkleinerung von regelmäßig geformten Partikeln aus verschiedenen Materialien bei Druck-, Schlag- und Prallbeanspruchung bis zur Beanspruchung von Körnerkollektiven (Mehrkornschichten) unregelmäßig geformter Partikel wurden physikalisch begründete Modelle entwickelt. So wurde mit Dünnschliffuntersuchungen nachgewiesen, dass die Größenverteilung des feinsten Teilkollektivs des Zerkleinerungsprodukts der Größenverteilung der Primärpartikel im Mineralgefüge entspricht. Die Partikel des gröbsten Teilkollektivs entsprechen der Größenordnung des Ausgangsmaterials, die des mittleren Teilkollektivs Abbrüchen von Ecken und Kanten. Da die Verteilungsparameter der Teilkollektive weitestgehend unabhängig vom Energieeintrag sind, war es damit erstmals möglich, den Zerkleinerungsfortschritt allein als Zusammenhang zwischen den Masseanteilen der Teilkollektive und dem Energieeintrag darzustellen.
Allen Arbeiten der „Freiberger Schule“ Heinrich Schuberts lag das Bestreben zugrunde, die Mikroprozesse der Zerkleinerung mit physikalisch begründeten Modellen zu beschreiben. Dieses Bestreben bildet bis heute in Freiberg die Grundlage für weitere wissenschaftliche Arbeiten auf dem Gebiet der Zerkleinerung. Neben Arbeiten zum Zerkleinerungsverhalten nicht-spröder Materialien, die im Wissenschaftsbereich ,,Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik” unter Prof. Gert Schubert insbesondere zur Aufbereitung von metallischen Sekundärrohstoffen bearbeitet wurden, stellt dabei die Gutbettzerkleinerung aufgrund der komplexen Wechselwirkungen der dort nach- und nebeneinander ablaufenden Mikroprozesse einen aktuellen Schwerpunkt dar. Bei der Gutbettzerkleinerung finden prozessbestimmende Umlagerungs- und Fließvorgänge statt, die mit steigender Beanspruchungsintensität in eine starke Verdichtung des Materials und erst damit verbunden in Bruchvorgänge übergehen. Für eine Prozessintensivierung durch Einsatz größerer Zerkleinerungsmaschinen (z.B. Gutbettwalzenmühlen oder Walzenschüsselmühlen) oder Durchsatzerhöhungen durch schneller laufende Antriebe sind Fragen des Verdichtungsverhaltens sowie der Durchströmbarkeit von Schüttungen von grundlegendem Interesse für eine moderne Zerkleinerungsforschung.
Über „Die Freiberger Forschung zur Flotation unter Leitung von Prof. Heinrich Schubert und ihre Anwendung in der Industrie“ berichtete Dr. Wolfgang Schubert (kronos titan, Norwegen). In den 1960er Jahren war die Kaliindustrie der DDR an den Freiberger Lehrstuhl für Aufbereitung, welcher unter Leitung von Prof. Heinrich Schubert stand, mit der Bitte herangetreten, Mitverfahrensträger der Aufbereitungstechnologie in Zielitz zu werden. Dabei ging es um Fragen zur Zerkleinerung, Klassierung und vor allem zum Trennprozess. Als Alternative zum traditionellen Heißlöseprozess wurde aus ökonomischen und auch aus Umweltschutzgründen die moderne kationaktive Aminflotation bevorzugt. Die Mechanismen der selektiven Adsorption von Aminen an NaCl und KCl wurden aufgeklärt, wobei die Rolle der Assoziation der unpolaren Gruppen bei der Sammleradsorption von Prof. Heinrich Schubert entdeckt wurde. Da das Zielitzer Salz bei einer Korngröße von 1 mm schon nahezu vollständig aufgeschlossen ist, musste im Bereich bis 1 mm flotiert werden. Dabei wurde der Einfluss der Hydrodynamik auf die Flotierbarkeit unterschiedlicher Korngrößen festgestellt und Prinzipien zur Prozessführung der Fein- und Grobkornflotation erarbeitet.
Startete die Zielitzer Flotation mit damals beachtlichen 6 m3-Zellen, so sind heute weltweit 300 m3 keine Seltenheit mehr und das Maximum steht bei 700 m3. Diese großen Zellen berücksichtigen die Erkenntnisse der Flotationshydrodynamik, deren Grundlagen von Prof. Heinrich Schubert und seinen Mitarbeitern herausgearbeitet wurden. Das Zielitzer Werk wurde zum „Flaggschiff” im Kalikombinat und behielt diese Position auch nach der Vereinigung mit der K+S. Der Freiberger Lehrstuhl unter Leitung von Prof. Heinrich Schubert hat daran einen bedeutenden Anteil.
Mit dem Beitrag „A Fine Future – Why Flotation is still a Freiberg research topic after Schubert and Schulze“ ergänzte Dr. Martin Rudolph (HZDR Dresden, HIF) die Ausführungen zur Flotationsforschung in Freiberg. Dr. Rudolph hatte zusammen mit dem vietnamesischen Doktoranten Herrn Duong seit 2013 die Gelegenheit, regelmäßig mit Prof. Schubert zusammenzukommen und dessen Erfahrungen und in der Flotationsforschung für den Aufbau eines modernen Flotationslabors mit Schwerpunkt in der Mineralaufbereitung im 2011 gegründeten HIF zu nutzen.
Dr. Rudolph stellte in diesem Zusammenhang heraus, dass die Freiberger Flotationsforschung unter der Regie von Prof. Heinrich Schubert und aber auch von Dr. Hans Joachim Schulze (ehemaliger Mitarbeiter des FIA Freiberg, 2003 verstorben) auch heute noch auf verschiedenen internationalen Konferenzen, darunter IMPCs in den Jahren 2012 und 2016 und MEI Flotation 2013, 2015 und 2017 Beachtung findet. Das HIF wird sich insbesondere den Arbeitsgebieten ultrafeine Partikelflotation, komplexe polymetallische Ressourcen, Bioflotation, Wassermanagement und Grundlagenforschung zu mineralischen Grenzflächen zuwenden. Neue Analysewerkzeuge wie das Atomic-Force-Mikroskop oder die Methoden der automatisierten Mineralogie ermöglichen eine bessere Untersuchung der Heterokoagulations-Trennung feiner Partikel.
Zum Thema „Prof. Heinrich Schubert – Initiator der Freiberger Schule zum Recycling – Thema Aufbereitung sekundärer Rohstoffe“ gab Prof. Dr. Sylvia Dannewitz (HS Nordhausen) einen sehr persönlich geprägten Beitrag. Im Rahmen des Studiums der Aufbereitungstechnik und ihrer Promotion zur Spatflotation, die in Kooperation mit Prof. Bahr (TU Clausthal) erfolgte, konnte sie von 1982 bis1993 sehr viele wichtige Impulse für ihre weitere Entwicklung mitnehmen. Schon während des Studiums hat Prof. Heinrich Schubert die Bedeutung des Recyclings zur Rohstoffsicherung vermittelt, so dass sie auf dem Fachgebiet der Abfallwirtschaft sowie des Recyclings einige Jahre in einem großen Ingenieurbüro sowie an Hochschulen, wie der Bauhaus-Uni Weimar sowie FH Jena zu diesen Themen tätig werden konnte. Mit der Berufung zum ersten Professor der neu gegründeten Fachhochschule Nordhausen wurde ein technischer Studiengang etabliert, der die Nutzung von Abfall als wichtige Rohstoffressource zum Inhalt hatte. Damit verbunden war der Aufbau zahlreicher verfahrenstechnischer Laboratorien sowie des Technikums im August-Kramer-Institut in Nordhausen.
Von Beginn an hatten Forschungsprojekte mit Praxispartnern zur Aufbereitung von gemischten Siedlungsabfällen, zum Stoffrecycling sowie Flächenrecycling (z.B. der Rekultivierung von Kalihalden) höchste Priorität. Zudem richtet die Hochschule seit nunmehr schon 10 Jahren den Nordhäuser Sekundärrohstoff-Workshop aus. Besonders erfolgreich stellt sich die Forschungskooperation mit der TU Clausthal dar, wo die gemeinsame Bewerbung im Rahmen eines größeren Konsortiums zu Zwanzig 20 mit der Thematik „Recycling 2.0 – die Wertstoffwende“ zum Erfolg führte und schließlich über weitere Etappen zur Schaffung eines Forschungszentrums an der HS Nordhausen, dem zukünftigen Thüringer Innovationszentrum Wertstoffe. Besonders die Tagung Aufbereitung und Recycling in Freiberg ermöglichte Prof. Dannewitz das jährliche Wiedersehen mit Prof. Schubert und die Diskussion mit ihm zu ihren gehaltenen Vorträgen, die sie ermutigte in seinem Sinn weiter zu arbeiten.
Dr. Hans-Georg Jäckel (TU Bergakademie, IMB/RM) war als Aufbereitungsmaschinenbauer nie ein direkter Schüler von Prof. Heinrich Schubert, sondern „nur“ ein Schüler seines Schülers, Prof. Gert Schubert. Als Visionär hatte Prof. Heinrich Schubert bereits sehr früh angeregt, sich mit dem Thema „Metallische Sekundärrohstoffe“ zu beschäftigen. Folgerichtig veranlasste er seinen damaligen Absolventen Gert Schubert dazu, Technologien der Metallrückgewinnung für die angespannte DDR-Rohstoffbasis zu entwickeln. Die erste Elektronikschrott-Aufbereitungsanlage, wahrscheinlich europaweit, wurde deshalb in Berlin-Hoppegarten bereits 1967 in Betrieb genommen. Prof. Heinrich Schubert begleitete die diversen Recyclingvorhaben stets aufmerksam. Er war auch nach seiner Emeritierung am Institut für MVT/AT der TU Bergakademie präsent und stand mit seinen Erfahrungen für Richtungsdiskussionen zur Verfügung.
Der Erfolg des Konzeptes bewirkte im Weiteren einen konsequenten Ausbau der Arbeitsrichtung Metallzerkleinerung und Sortierung metallhaltiger Sekundärrohstoff-Gemische, was zu einem Lehrstuhl „Aufbereitungstechnik und Recycling“ unter Leitung von Prof. Gert Schubert von 1992 bis zu seiner Emeritierung 2005 führte. Die Herangehensweise, eine prinzipielle Grundvorstellung vom Prozess in Einzelschritte zu zerlegen, separat zu untersuchen und zu einem Gesamtverständnis zusammenzufügen ist Fundament der „Freiberger Schule“ von Prof. Heinrich Schubert und begründete seine einstige Weltgeltung auf vielen Forschungsgebieten.
Dr. Jäckel machte in seinen Ausführungen auch einige kritische Bemerkungen zur gegenwärtigen Situation an Universitäten und Hochschulen bezüglich der Akkumulierung von prozesstechnischem Grundwissen, das durch eine Umorientierung auf spezielle industrieferne Leistungskennzahlen zur Bewertung der Hochschulinstitute, wie Anzahl internationaler Veröffentlichungen, Drittmitteleinnahmen u.a. geringere Beachtung findet. Die Bemühungen die Recycling-Aktivitäten weiterzuführen, führten 2005 zur Angliederung als Arbeitsgruppe „Recycling“ an das IAM (Prof. Georg Unland, Dr. Thomas Folgner). 2013 erfolgte die Installation eines separaten Lehrstuhles „Recyclingmaschinen“ am Institut für Maschinenbau (IMB-RM). Mit dem studentischen Potential der Vertiefungsrichtung „Recycling“ des Studienganges „Umwelt-Engineering“ wurde eine Vielzahl von Aufgabenstellungen aus der mittelständigen Schrottindustrie betreut, wobei im Laufe der Jahre ca. 250 studentische Arbeiten mit Recycling-Aufgabenstellungen bearbeitet wurden. Allein zur Begleitung der Aufbauaktivitäten für eines der europaweit leistungsfähigsten Recyclingcenter für Altfahrzeugschrotte in Espenhain bei Leipzig (SCHOLZ Recycling; SRW metalfloat) erfolgten ca. 50 studentische Arbeiten seit 2003. Mit der vorgesehenen Abwicklung des IMB-RM in 2019 und der Umwandlung zum Lehrstuhl „Vernetzte mobile Arbeitsmaschinen“ wird allerdings ein Schlussstrich unter die bisher erfolgreiche Entwicklung gezogen. Es bleibt daher abzuwarten, wie es mit der anwendungsorientierten, mechanischen Sekundärrohstoff-Aufbereitung („Recycling“) an der TU BAF zukünftig weiter gehen wird.
Teil 2 des Tagungsberichtes folgt in der kommenden Ausgabe der AT MINERAL PROCESSING.
