Tagungsbericht

Aufbereitung und Recycling – 7. und 8. November 2019 in Freiberg, Teil 1

D‌ie Tagung, an der etwa 120 Fachleute teilnahmen, fand im Hörsaal des ehemaligen Forschungsinstituts für Aufbereitung am jetzigen Standort des Helmholtz-Instituts für Ressourcentechnologie Freiberg statt. Veranstalter waren die Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg in Kooperation mit dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) und den Instituten für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik (MVT-AT) sowie für Aufbereitungsmaschinen (IAM) der TU Bergakademie Freiberg.

Dr. Henning Morgenroth, als einer der Geschäftsführer der UVR-FIA GmbH, eröffnete die Tagung und gab einen Einblick in die aktuellen Arbeitsgebiete der Firma. Dazu gehören Analysentätigkeit zur Stoff- und Verfahrenscharakterisierung, Dienstleistungen unter Nutzung der vielfältigen Maschinentechnik, Entwicklung und Erprobung von Verfahren zur Aufbereitung von Rohstoffen sowie ausgewählte öffentlich geförderte Forschungsprojekte.

Erstmalig wurde im Rahmen der Tagung vom Dekan der Fakultät für Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik der TU Bergakademie, Prof. Dr. Tobias Fieback der Heinrich-Schubert-Preis verliehen. Mit dem Preis wird an das Wirken des 2018 verstorbenen, ehemaligen Lehrstuhlinhabers Prof. Heinrich Schubert erinnert, der sich im In- und Ausland in den Bereichen Aufbereitung und Mechanische Verfahrenstechnik überragende Verdienste erworben hat. Der Heinrich-Schubert-Preis soll an Personen verliehen werden, die im Rahmen einer studentischen Arbeit (Bachelor-, Master- oder Diplomarbeit) oder in einer Promotion ihre Exzellenz in einem der oben genannten Fachgebiete gezeigt haben. Der Heinrich-Schubert-Preis wird künftig einmal jährlich vergeben.

Die Preisträgerin 2019 ist Lisa Hille, die mit ihrer Diplomarbeit „Filtration von Metallschmelzen“ im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 920 eine ausgezeichnete Leistung erbracht hat. Zielstellung des SFB 920 ist die Verbesserung der Filter für Metallschmelzen, um die Qualität der resultierenden Aluminium- und Stahlbauteile zu steigern. Mit Hilfe keramischer Schaumfilter werden nichtmetallische Einschlüsse aus der Metallschmelze entfernt. In Modelluntersuchungen an Systemen mit Wasser als Fluid und Aluminiumoxid-Schaumfiltern sowie Al2O3-, Kork- und Si-Wafer-Partikeln wurde nachgewiesen, dass Rauheit und Hydrophobie der Filter wesentlich für den Filtrationserfolg sind. Die hydrophoben Partikel und hydrophoben Filter wurden verwendet, weil diese aufgrund ihrer schlechten Benetzung durch Wasser ähnliches Verhalten wie die Einschlusspartikel in der Schmelze zeigen.

Aufbereitung primärer Rohstoffe

Über „Eine Pilotanlage für die Aufbereitung eines Komplexerzes der Lagerstätte Hämmerlein/Tellerhäuser“ wurde in zwei Vorträgen berichtet. Das Projekt wurde durch das BMBF-Verbundprojekt AFK (Aufbereitung feinkörniger heimischer polymetallischer Komplexerze) und des EU-Projekt FAME (Flexible and Mobile Economic Processing Technologies) sowie durch die Firma Saxore finanziert. Dr. Henning Morgenroth, Irina Bremerstein (UVR-FIA GmbH Freiberg) und Dr. Marco Roscher (Saxore Bergbau GmbH) stellten die Untersuchungen zur Technik der geplanten Aufbereitungsanlage vor. Von der UVR-FIA GmbH wurde 2018 in einer kontinuierlich arbeitenden Pilotanlage die Aufbereitung des polymetallischen Zinn-Skarnerzes der Lagerstätte Pöhla untersucht. Die Gesamtprobe von 140 t des Erzes wurde zunächst homogenisiert, zerkleinert, klassiert und für die Sortierung mit Sensoren gewaschen. Nach Vorzerkleinerung <1 mm wurden in kontinuierlichen Versuchen Kreislaufmahlung in einer Nasskugelmühle, Magnettrennung, Sulfidflotation, Hydrozyklonklassierung, Gravitationstrennung im Wendelscheider, Entschlämmung und Entwässerung der Produkte untersucht. Die Sortierung mit Sensoren, die Trocknung und die selektive Zerkleinerung erfolgten in Kooperation mit Partnern. Gewonnen werden konnte durch Flotation ein Zn-Konzentrat mit 25 % und Cu-Gehalt von 1 % und durch Gravitation ein Sn-Konzentrat mit mehr als 30 % Sn.

Über weitere Ergebnisse der Untersuchungen berichteten Prof. Dr. Karl Gerald van den Boogaart, Dr. Chris Broadbent, Wardell Armstrong, Marius Kern, Edgar Schach und Tina Schulz (HIF), Dr. Mirko Martin, Dzmitry Pashkevich (G.E.O.S. Freiberg), Ben Breuer (RWTH Aachen) und Rui Sousa (National Laboratory of Energy and Geology, Portugal). Durch eine mehrstufige selektive Voranreicherung der wertführenden Paragenesen anhand mineralogischer Kriterien, einer sensorbasierten Sortierung und einer selektiven Zerkleinerung gelang es, ein stärker angereichertes Erz als Aufgabegut für die nachfolgenden Aufbereitungsschritte zu erhalten. Die weitgehend metallfreien Berge können als Baustoff verwertet oder direkt als Versatz ins Bergwerk zurückgebracht werden. Das Erz wurde in der Anlage erst stufenweise gemahlen und unter Bestimmung geeigneter Trennmerkmale in den Prozessschritten Magnetscheidung, Flotation und Dichtetrennung in verschiedene Wertströme aufgeteilt. Damit konnten Zinn, Zink, Eisen, Kupfer, Indium und Arsen angereichert werden. Die modellbasierte Verfahrensentwicklung zeigte, dass es weitere Optimierungspotentiale für die Pilotanlage gibt.

„Untersuchungen zur Bergeabscheidung mittels Wendel-scheider“ war der Titel des Vortrags von Irina Bremerstein und Dr. Henning Morgenroth (UVR-FIA GmbH). Dabei wurden Ergebnisse der Sortierung von Magnetit, Kassiterit und Sulfidminerale enthaltenden Erzen mittels Wendelscheider vorgestellt, wobei die Anreicherung der Wertstoffminerale durch Bergevorabscheidung erreicht werden soll. Die Untersuchungen erfolgten an Erzproben des sächsischen Erzgebirges im Rahmen eines vom BMBF geförderten r4-Projektes (AFK Neue Strategien für die Aufbereitung von Komplexerzen heimischer Lagerstätten). Ausgangsmaterial war eine Probe mit 1 % Sn, variiert wurden Volumenstrom und Feststoffgehalt. Es konnte ein Konzentrat mit bis zu 1,4 % Sn, Mittelprodukt mit ca. 0,4 % Sn und Berge mit 0,6 % Sn gewonnen werden. Da Feinprodukt mit relativ hohem Sn-Gehalt in die Berge gelangt, muss eine ungenügende Eignung des Wendelscheiders konstatiert werden. Die UVR-FIA GmbH führte außerdem Untersuchungen an diesen Erzen zum Zerkleinerungsverhalten, Magnetscheidung, Dichtesortierung und Flotation durch. Die Ergebnisse sind in die Planung einer Pilotanlage zur Aufbereitung einer Großprobe von etwa 120 t dieses Erzes, die 2018 bei der UVR-FIA GmbH errichtet und betrieben wurde, eingeflossen.

Der Beitrag von Kai Bachmann (HIF/Erzlabor-Advanced Solutions GmbH), Dr. Deshenthree Chetty (MINTEK), Dr. Raimon Tolosana-Delgado und Prof. Dr. Jens Gutzmer (HIF) „The impact of mineralogy on processing for recovery of chromite and PGE in the Bushveld Complex, South Africa“ beschäftigte sich mit den Möglichkeiten der Gewinnung von Chrom und von Elementen der Platingruppe und unedlen Metallen (Ni, Cu) als Nebenprodukte. Für die vorliegenden Untersuchungen wurde ein nicht verwittertes Material verwendet. Nur eine sehr geringe Menge der wirtschaftlich wichtigen 3E (Pt, Pd, Rh) ist in Chromit eingeschlossen und die 6E-Gehalte (Pt, Pd, Rh, Ru, Ir und Au) der abgebauten Chromitite liegen normalerweise unter 2 g/t. Es wurden mehr als 100 verschiedene Diamantbohrkerne als Probenmaterial verwendet und durch automatisierte rasterelektronenbasierte Bildanalyse charakterisiert. Sieben mineralogisch unterschiedliche Cluster wurden für eine nachfolgende metallurgische Bewertung bei MINTEK bereitgestellt. Die Proben wurden gemahlen und in verschiedenen Stufen gravimetrisch sortiert und flotiert. Die Analysenergebnisse zeigen beim Aufgabematerial für die gravimetrische Sortierung relative homogene Gehalte der Klasse 3E im Bereich von 0,43 bis 0,69 ppm, während die Chromoxid-Konzentrationen eine größere Variabilität im Bereich von 35 bis 42 Gew.-% aufweisen. Die Aufgabegehalte für die Flotation reichen von 0,75 bis 1,96 ppm. Gereinigte Flotationskonzentrate ergeben Werte zwischen ca. 4 ppm und 16 ppm. Das Gesamtausbringen von 3E liegt zwischen 25 % und über 40 %. Um die Ausbeute weiter zu erhöhen, wäre eine neue Flotationstechnologie mit höheren Scherkräften zur besseren Reinigung der Mineraloberfläche (z. B. Mach-Reaktor) und Flotation von freigesetzten Platin-Gruppe-Metallen anzuwenden.

Im Rahmen der Tagung gab Uwe Bruder (Bruder Consult Hirschau) mit dem Beitrag „Historische Aufbereitung in Schneeberg Fundgrube Wolfgangmaßen“ einen Einblick in die Geschichte des Fachgebiets. Vor 200 Jahren führten wirtschaftliche Erwägungen zum Bau eines Pochwerkes auf der Fundgrube Wolfgangmaßen, einer der damaligen europaweit wichtigsten Lieferanten von Kobalt und Wismut. Gegenwärtig wird die Aufbereitung im Pochwerk nach streng historischem Vorbild wieder aufgebaut, so dass die ehemaligen Technologien nachvollzogen werden können. Neben den historischen Apparaten werden auch neuzeitliche Aufbereitungsmaschinen teilweise in Aktion gezeigt. Die Fundgrube Wolfgangmaßen ist Teil des neuen Weltkulturerbes „Montane Kulturlandschaft Erzgebirge/Krušnohoří“. Die Anlagen sind nach Anmeldung zu besichtigen (Volkmar Müller: Tel. 0162-4359 984 oder Karsten Georgi: Tel. 0172-3628 040).

Aufbereitung sekundärer Rohstoffe/Recycling

Dr. Ilya Nekhamin, Guido Wähner, Gerhard Nimmerfall, Gerd Schmerler und Dr. Rainer Wegner (ReMetall Deutschland AG) informierten über die „Pyrometallurgische Rückgewinnung von Edelmetallen aus Altkatalysatoren, Nutzung der Schlacke“. Das Verfahren wurde als eine ideale Lösung für ein dezentrales Edelmetallrecycling entwickelt. Die Zuschlagstoffe für die anfallenden Materialien werden anhand einer Elementaranalyse berechnet, in das Material eingemischt und zu Briketts verpresst. Anschließend wird die Schmelze – chargenweise – in einem Gleichstrom-Lichtbogenofen durchgeführt, bis eine genügend große und ausreichend angereicherte Sammlermetallfraktion (z. B. 9 % Edelmetallgehalt) vorliegt. Aus der noch flüssigen Schlacke wird eine Probe genommen und im firmen­eigenen Labor auf ihren möglichen Edelmetallgehalt untersucht. Können keine Edelmetalle mehr nachgewiesen werden, wird die Schlacke zur Entsorgung oder Verwertung freigegeben. Als Sammlermetall wird grundsätzlich Eisen eingesetzt. Da keine umweltschädlichen Stoffe ausgewaschen werden, ist die Schlacke grundsätzlich als Ersatzbaustoff, Strahlmittel oder nach Verschäumen als Katalysatorträger verwertbar.

Über die Möglichkeiten zur „Rückgewinnung der FeNdB-Magnete aus Windkraftanlagen“ berichteten Dr. Hans-Georg Jäckel (IAM) und Matthias Walch (Fa. Lars Walch GmbH Baudenbach). In den kommenden Jahren wird ein großer Teil der älteren Windkraftanlagen (WKA) zurückgebaut, weil deren Förderung/Subventionierung nach 20 Jahren ausläuft. Ein ganz spezielles Problem stellt die Erfassung und Rückgewinnung der SE-Magnete (FeNdB) aus den getriebelosen Synchrongeneratoren bestimmter Windrad-Hersteller dar. Trotz der hohen Wertmetallgehalte für Neodym (ca. 60 €/kg) und Dysprosium (ca. 380 €/kg) gehen diese absehbar unkontrolliert dem Wirtschaftskreislauf verloren. Ausgehend von der Analyse der Gesamtsituation bezüglich des Rückbaues älterer WKA wurde im Vortrag ein neues Projekt zur Rückgewinnung der FeNdB-Magnete mit 25 bis 30 % Nd und 2 bis 6 % Dy aus WKA vorgestellt.

Über „Recycling von Seltenen Erden aus Elektroschrott durch selektive Anreicherung an heimischen Tonmineral-Rohstoffen“ berichteten Prof. Dr. Ralf Diedel (Stephan Schmidt KG), Dr. Christoph Piribauer (FGK GmbH) und Prof. Dr. Joachim Scholz (Universität Koblenz-Landau). In Europa werden bisher nur weniger als 1 % der Seltenen Erden (SE) aus Elektroschrotten recycelt, weil die Separation von Bauteilen mit SE (Ausnahme Nd-Magnete) nicht erfolgt. Bei der pyrometallurgischen Aufbereitung gelangen die SE in die Schlacken, für die noch keine Verfahren zur SE-Gewinnung vorliegen. Eine Alternative zur Pyrometallurgie ist die Hydrometallurgie mit Auflösung der Elektroschrotte in Säuren und Gewinnung der SE aus der Lösung durch Adsorption. Als Adsorbermaterial wurde in dem hier durch die „BMBF-Förderschiene KMU Innovativ“ geförderten Forschungsvorhaben alternativ zu Ionenaustauscherharzen erstmalig Tonminerale eingesetzt. Diese wirken selektiv und adsorbieren die dreiwertigen Lanthanoiden bevorzugt gegenüber den ein- und zweiwertigen Ionen der Alkalien und Erdalkalien. Das erarbeitete Konzept kann grundsätzlich in ein hydrometallurgisches Verfahren zur Aufbereitung von Elektroschrotten integriert werden. Westerwälder Bentonite, die im Deckgebirge der keramischen Tone in großen Mengen zur Verfügung stehen, ergaben in einem Screening gegenüber 43 anderen mineralischen Rohstoffen als Adsorber die besten Ergebnisse. Als nächster Schritt ist die Umsetzung des Verfahrens mit Unternehmen der Elektroschrottaufbereitung und/oder Unternehmen aus dem Bereich der Hydrometallurgie vorgesehen.

„Untersuchungen zur mechanischen Vorkonzentraterzeugung als Prozessschritt zur stofflichen Verwertung von Wärmedämmverbundsystemen (WDVS)“ wurden von Martin Simons und Dr. Alexander Feil (Institut für Aufbereitung und Recycling, RWTH Aachen) vorgestellt. WDVS besteht aus verschiedenen Schichten, wobei der Dämmstoff als volumenmäßig größte Schicht, mittels Klebemörtel auf der Wand befestigt wird. In Deutschland wurden bis heute bereits mehr als 900 Mio. m² WDVS verbaut und jedes Jahr kommen weitere 40 Mio. m² dazu. Aufgrund der langen Nutzungsdauer von 25 bis 60 Jahren stieg das Abfallaufkommen von WDVS erst innerhalb der letzten Jahre an. Der Fokus des Beitrags lag auf der mechanischen Vorkonditionierung von WDVS, um eine stoffliche Verwertung der einzelnen Komponenten bei gleichbleibender Qualität des Recycling-Produktes zu ermöglichen. Der Aufschluss des Verbundes und die Freilegung des Wertstoffes durch ein geeignetes Zerkleinerungsverfahren sind erforderlich, wobei das Verhältnis zwischen erreichtem Aufschluss und erforderlichem Sortieraufwand eine wichtige Rolle spielt. Ein höherer Aufschluss ist oftmals mit einer stärkeren Herabsetzung der oberen Korngröße verbunden. Gleichzeitig steigt der spezifische Sortieraufwand für die resultierenden, kleiner werdenden Partikel. Die Probekörper wurden mittels verschiedener Zerkleinerungsaggregate beansprucht, gesiebt und mittels Windsichtung sortiert. Zur Quantifizierung der Ergebnisse wurden unterschiedliche Kennzahlen wie z. B. Wertstoff- und Massenausbringen herangezogen.

Teil 2 des Tagungsberichtes folgt in der kommenden Ausgabe der AT MINERAL PROCESSING.

Autor:

Prof. Dr. rer. nat. habil. Hanspeter Heegn

Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg

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