Aufbereitung und Recycling –
7. und 8. November 2019 in Freiberg, Teil 2

Maschinen, Apparate und Sensoren

Für die Bereitstellung von repräsentativen Proben gab der Beitrag von Dr. Tanja Butt, Thomas Schmatz und Holger Neumann (Retsch GmbH) über „Aufbereitung von Schlacken/sekundären Brennstoffen/Elektroschrott sowie primären Rohstoffen aller Art“ wesentliche Hinweise. Bei modernen Analysemethoden werden die Präzision und damit die Nachweisgrenzen immer weiter verbessert, so dass selbst geringe Spuren von Probenbestandteilen zuverlässig detektiert werden können. Die Probenvorbereitung jedoch, die vor der eigentlichen Analyse steht und diese stark beeinflussen kann, wird oft vernachlässigt. Die Komponenten einer Laborprobe sind häufig heterogen verteilt. Erst durch eine Vermahlung lassen sich eine Homogenisierung der Probe und damit eine gleichmäßige Verteilung erreichen. Da für die eigentliche Analytik nur geringe Mengen der Laborprobe benötigt werden, sind standardisierte Teilungsmethoden wie Nutzung von Riffelteilern oder Probenteilern erforderlich.

„Herausforderungen der Elektroscheidung im Dispersitätsbereich <100 μm – Status quo der Leobener Forschungsaktivitäten“ war der Titel des Beitrags von Sabrina Gehringer und Prof. Helmut Flachberger (Montanuniversität Leoben). Durch die Nutzung von Lagerstätten mit niedrigeren Gehalten von Nutzkomponenten und damit einhergehenden, immer feiner werdenden Verwachsungsverhältnissen zwischen Wertmineralphasen und Gangart gewinnt die Aufbereitung im Dispersitätsbereich <100 μm zunehmend an Bedeutung. Derzeit dominiert die Feinkornaufbereitung in nasser Betriebsweise. Die trocken betriebene Feinkornaufbereitung gewinnt aber aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von Wasser und restriktiver Umweltauflagen immer mehr an Bedeutung. Die jüngste Entwicklung, welche im Zuge des Dissertationsprojektes der erstgenannten Autorin verwirklicht wurde, ist eine triboelektrostatische Aufladeeinheit mittels Wirbelschichtreaktor. Dieses Aggregat bietet die Möglichkeit zur Überwachung des Aufladevorgangs in einem klar abgegrenzten System, in welchem Einflussfaktoren wie der Temperaturverlauf und der Luftvolumenstrom während der Aufladung aufgezeichnet werden können. Des Weiteren kann im Wirbelschichtreaktor das Strömungsverhalten der Luft durch den Einsatz unterschiedlichster Wirbelschichtböden beeinflusst werden. Zusätzlich ist in den Wirbelschichtreaktor eine Möglichkeit zum Zufügen von Reagenzien integriert, um die Aufladung Mineralphasenoberflächen chemisch zu beeinflussen. Auf Basis systematischer Sortierversuche mit einem triboelektrostatischen Bandscheider im Labormaßstab wurde der Sortiererfolg verschiedenster Rohgutproben im Detail untersucht. Durch triboelektrostatischer Bandscheidung von kaustisch gebranntem Magnesit konnte z.B. der Gehalt des Begleitminerals SiO₂ im Konzentrat bei einem Aufgabegehalt von 2,8 % auf 0,8 % gesenkt werden. Der MgO-Gehalt im Konzentrat wurde um 10 % auf bis zu 90 % erhöht. Durch die Kombination zwischen Bandscheider und der vorangehenden kontrollierten Aufladung im Wirbelschichtreaktor soll der Sortiererfolg weiter gesteigert werden.

Über „Feinstabsiebung mittels Ultraschall – Stand der T­echnik und Beispiele aus der industriellen Praxis“ berichteten Dr. Hagen Müller, Dr. Jan Lampke (HAVER ­ENGINEERING GmbH), Klaus Fennenkötter und Markus Löher (HAVER NIAGARA GmbH). Der Vorteil von ultraschallerregten Siebmaschinen für die Produktion z.B. in den Bereichen Pulvermetallurgie, Farbpigmente aber auch Kalksteinen liegt in dem sehr geringen spezifischen Leistungsbedarf sowie im Einsatz quadratischer Maschengeometrien auch bei stark geneigten Siebflächen. So kann in diesen ­Fällen auf die kostenintensiveren Siebbeläge mit Lang­maschen ­verzichtet und auch die Qualität der Ab­siebung gesteigert werden. Im vorliegenden Beitrag wurde der ­aktuelle Stand zu ­ultraschallerregten Siebmaschinen vorgestellt und die ­Leistungsfähigkeit der Technik an Beispielen aus der ­<industriellen Praxis präsentiert.

Mit dem Thema „DC – Entwicklung eines Deflektorsichters“ gaben Daniel-Christian Karhoff, Fabian Mertens und Marc Giersemehl (NEUMAN & ESSER Process Technology GmbH) Einblicke in die Arbeiten ihrer Firma. Das übergeordnete Ziel war es, einen Sichter mit einem Sichtergehäusedurchmesser von bis zu 3000 mm für Trennschnitte zwischen 50 μm und 800 μm zu schaffen, der nach Mahlanlagen wie Kugelmühlen, Wälzmühlen, Prallmühlen oder offline eingesetzt werden kann. Abhängig von der Baugröße liegt die Eintragsleistung zwischen 0,5 t/h und 150 t/h bei einem Luftvolumenstrom zwischen 500 m³/h und 150 000 m³/h. Die Sichterantriebsleistungen variieren zwischen 0,5 kW und 100 kW. Das Funktionsprinzip des Deflector Classifier (DC) besteht darin, dass das Aufgabegut einer vorgeschalteten Mahlanlage vom Prozessgas (Luft) pneumatisch in das Sichtergehäuse gefördert und unter Zwischenschaltung des Deflektors am Sichterrad in eine Grob- und Feinfraktion aufgeteilt wird. Für gute Klassierergebnisse müssen sowohl die radiale als auch die tangentiale Geschwindigkeitskomponente des Prozessgases den gewünschten Trennbedingungen am Außenumfang des Sichterrades entsprechen. Die Ergebnisse von Labortests zeigen eine gute Übereinstimmung mit der vorhergesagten Leistung. Ein DC in Produktionsgröße mit einem Sichtergehäusedurchmesser von 3000 mm ist seit drei Jahren in Betrieb. Gesichtet wird Kalkstein bei einem spezifischen Energieverbrauch von 0,93 kWh/t und einer Eintragsleistung von 35,5 t/h.

Für die „Trockene Aufbereitung von Eisenerzen“ untersuchten Prof. Holger Lieberwirth, Richard Kühnel (IAM) und Dr. Felix Heinicke (Köppern Aufbereitungstechnik GmbH & Co. KG) die Auslegung trockener Mahl-Klassier-Kreisläufe mit Gutbettwalzenmühlen (GBWM) für die Aufbereitung von Erzen. Durch die Optimierung des Verschleißverhaltens der Zerkleinerungsaggregate und Sichter eröffnen sich zunehmend weitere Anwendungsmöglichkeiten in der Rohstoffaufbereitung, z.B. für die Zerkleinerung von Festgestein wie Kupfer- und Eisenerz. Im Gegensatz zu Zementanwendungen weisen Erze jedoch in vielen Fällen neben Unterschieden der Partikelgröße auch erhebliche Dichteunterschiede zwischen den Wert- und Bergemineralen auf, die sich auf den Trennprozess auswirken. Auch beeinflusst der Verwachsungsgrad der Partikel maßgeblich das Trennergebnis. Diese Effekte werden im Rahmen von gemeinsamen Untersuchungen der Firma Köppern und der TU Bergakademie Freiberg für industrielle Anwendungen erforscht.

Im Beitrag „CEOPS – Mehrwert durch kontinuierliche Korngrößenmessung“ stellten Markus Dietachmayr und Rupert Kirchner (CEMTEC Cement and Mining Technology GmbH) das Messsystem vor. 2012 nahm CEMTEC sein erstes CEOPS (Cemtec Online Particle Size) Analysegerät in Betrieb. Gegenwärtig sind bereits 15 CEOPS-Systeme sowohl in nassen als auch in trockenen Mahlanlagen auf vier verschiedenen Kontinenten in Betrieb. Das System ermöglicht die Messung von Suspensionen und Pulvern mit einer Maximalkorngröße von bis zu 2 mm und erlaubt die Erfassung von bis zu 4 Probenahmestellen pro Einheit. Das CEOPS-Messsystem wurde bisher für Kugelmühlen-, Vertikalmühlen-, aber auch Rührwerksmühlenkreisläufe adaptiert. Dank der Echtzeitmessung der Korngrößenverteilung des Mahlproduktes konnte die Qualität der Mahlprodukte gesteigert sowie Energie eingespart werden. Bei trockenen Mahlanlagen ergaben sich z. B. Energieeinsparungen von 1,5 % pro Tonne produzierten Materials. Bei nassen Anlagen konnte der Reagenzienverbrauch in einer nachgeschalteten Flotationsanlage reduziert werden.

Über „Die Auswahl eines optimalen Sensors zur sensor-basierten Sortierung unter Anwendung automatisierter Mineralogie in Kombination mit Maschinellem Lernen“ informierten Dr. Marius Kern, Laura Tus¸a, Mahdi Khodadazadeh, Prof. Karl Gerald van den Boogaart, Richard Gloaguen, Prof. Jens Gutzmer (HIF) und Thomas Leißner (MVT). Mit dem vorgestellten innovativen simulations-basierten Ansatz ist es möglich, die Auswahl eines Sensors auf Grundlage von quantitativen mineralogischen und texturellen Daten zu treffen, die mit verfügbaren Methoden der automatisierten Mineralogie rasch und kostengünstig erhoben werden können (s. auch „Erzsortierung neu gedacht“, AT 03/2020, S. 54-64). Als Fallbeispiel wurden Daten aus mehr als 100 Dünnschliffen von zwei verschiedenen Erztypen aus der Sn-In-Zn-Lagerstätte Hämmerlein, Erzgebirge verwendet. Parameter wie Mineralkorngrößenverteilung, modale Mineralogie, Mineralflächen- und Mineraldichteverteilung wurden verwendet, um die Erfolgsaussichten einer sensorgestützten Sortierung mit verschiedenen Sensoren zu simulieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Häufigkeit von gesteinsbildendem Chlorit und/oder Dichteanomalien als Proxy für die Häufigkeit von Kassiterit, dem Haupterzmineral, verwendet werden können. Dies deutet darauf hin, dass die Sortierung des Hämmerlein-Erzes entweder mit einem Kurzwellen-Infrarotdetektor zur Quantifizierung des Chloritgehalts oder einem Dual-Energy-Röntgentransmissionsdetektor zur Abschätzung des Kassiteritgehalts erreicht werden kann. Die Abschätzung des Kassiteritgehalts einer Probe wurde durch „Maschinelles Lernen“ optimiert, indem die Daten des Kurzwellen-Infrarot-Detektors mit den mineralogischen Daten integriert wurden. Dies führt zu einer weiteren, wichtigen Verbesserung der simulierten Ergebnisse. Der entwickelte Ansatz kann auf andere Rohstofftypen angepasst werden und birgt großes Potenzial, eine Schlüsseltechnologie zur Optimierung von Aufbereitungsprozessen zu werden.

Zur „Aufbereitung von Kunststoffen und organischen Rohstoffen mit der neuentwickelten JEHMLICH Schneidmühle CM 342“ referierten Dr. Stefan Jäckel, Raphael Sperberg (Gebrüder Jehmlich GmbH) und Oliver Schindler (TU Bergakademie Freiberg). Die im Rahmen des Projektes „BioMat-Use – Untersuchungen zur Herstellung und zum Einsatz von neuen, hochwertigen und nachhaltig biobasierten Produkten aus Abfall- und Reststoffen der Zucker- und Reisherstellung“ entwickelte Schneidmühle ist in der Lage, diese Stoffe definiert zu zerkleinern. Die Schneidmühle CM 342 arbeitet nach dem Prinzip des Parallelschnittes mit je drei Rotor- und Statormessern, wobei die zu vermahlenden Produkte sowohl als Haufwerk als auch als Strang aufgegeben werden können. Über einen Frequenzumrichter kann die Drehzahl der Mühle zwischen 600 min^-1 bis 1800 min^-1 variiert werden. Die Konstruktion der Schneidmühle ist 0,5 bar druckstoßfest, so dass die Mühle über entsprechende Entlastungsventile auch für die Vermahlung staub-explosionsfähiger Materialien geeignet ist. Siebweite und Drehzahl sind neben der konstruktiven Gestaltung die wesentlichen Betriebsparameter zur Beeinflussung der Partikelgröße des Mahlproduktes. Als Versuchsmaterialien kamen sowohl organische Rohstoffe (Holzhackschnitzel) als auch ein zu recycelnder Kunststoffverbund (vorzerkleinerte Gummi-Schuhsohlen) zum Einsatz. Kleinere Siebweite und steigende Drehzahl bewirken eine Verringerung der Teilchengröße der Mahlprodukte. Ein Ausblick auf bestehende und potentielle Einsatzgebiete der Schneidmühle wurde gegeben.

Im Vortrag „Einsatz von Lufttrenntischen zur Dichte-Sortierung von Stoffgemischen“ von Dr. Mathias Trojosky und Andre Pascal Kindler (ALLGAIER Process Technology GmbH) wurde ein neuer Trenntisch Typ GSort zur Dichtesortierung von Partikelhaufwerken vorgestellt, der insbesondere zur Sortierung von großen Feststoffströmen in der Mineralstoff- und Recyclingindustrie geeignet ist. Systematische Änderungen an dem seit Jahrzehnten im Hause bewährten Trenntisch (Typ GOSAG) und deren Einfluss auf den Trennprozess wurden präsentiert sowie die Ergebnisse von Labor- und Praxisversuchen zur Optimierung der Technologie sowie beispielhafte Applikationen aus der industriellen Praxis beschrieben. Der Einfluss der „neuen“ Prozessparameter wurde für verschiedene Materialmischungen unterschiedlicher Korngröße untersucht. Mit dem GSort können insbesondere schwere Produkte, wie z.B. Schlacken und Erze durch einen Lufttrenntisch effizient nach dem Merkmal Partikeldichte sortiert werden. Vorteile des neuen Trenntischs gegenüber den bisher verfügbaren Maschinen sind u.a. die Einstellbarkeit der Neigung der Arbeitsplatte, die einfache Einstellung der Tischhubfrequenz und die Möglichkeit, den Arbeitsanströmboden schnell und einfach zu wechseln.

„Löschen bevor es brennt – Funktionsprinzip und Anwendungen von Funkenlöschanlagen“ war Thema des Beitrags von Denis Sauerwald (Fagus-GreCon Greten GmbH & Co. KG). Ein Brand oder eine Staubexplosion entsteht immer dann, wenn am selben Ort zur selben Zeit drei Voraussetzungen erfüllt sind: brennbare Stäube, Luft (Sauerstoff) und eine wirksame Zündquelle. Gefährdet sind vor allem Anlagen für Zerkleinerung, Trocknung und Verpressung mit ihren pneumatischen oder mechanischen Transportwegen und Absaugungen, aber auch Anlagen für die Abscheidung oder Lagerung wie Filter, Zyklone, Silos und Bunker. Mit einer Funkenlöschanlage ist es möglich, Zündinitiale zu detektieren und direkt zu eliminieren, bevor ein Brand oder eine Staubexplosion entsteht.

Posterausstellung und Firmenpräsentationen

Alle Posteraussteller konnten am ersten Tag der Veranstaltung in Kurzvorträgen ihre Präsentationen vorstellen. Am Nachmittag war dann die Möglichkeit zur Diskussion an den Postern.

Das HiF war mit zwei Postern vertreten:

Christian Hintersatz, Dr. Sabine Kutschke und Dr. Katrin Pollmann behandelten das Thema „Biohydrometallurgische Aufbereitung metallarmer Flotationsrückstände“.

Dr. Martin Rudolph, Stefan Dirlich und Kerstin Eckert präsentierten „Das EU-Projekt FineFuture – eine Forschungs- und Innovationsmaßnahme zur Flotation feiner Partikel“.

Das MVT Freiberg war mit 4 Postern vertreten:

Robert, Kratzsch, Dr. Thomas Mütze, Prof. Urs. A. Peuker stellten „Ansätze zum mechanischen Recycling in der additiven Fertigung“ vor.

Lieven Schützenmeister, Dr. Thomas Mütze sowie Jan Strotmann¹, Thomas Lappe¹, Guido Kache¹ (¹ thyssenkrupp Industrial Solutions AG) berichteten „Zum Einfluss der Aufgabekörnung und der Walzengeschwindigkeit bei der Zementmahlung mittels kleintechnischer Gutbettwalzenmühle“.

Im Poster von Denis Werner, Dr. Thomas Mütze, Prof. Urs A. Peuker wurden der „Einfluss der Demontagetiefe auf die Zerkleinerung und Trocknung von Lithium-Ionen-Batterien“ vorgestellt.

Tony Lyon, Dr. Thomas Mütze, Prof. Urs A. Peuker präsentierten ein Poster „Zur Entschichtung von Elektrodenfolien aus Lithium-Ionen-Batterien“.

Weitere Posterpräsentationen beschäftigten sich mit folgenden Themenbereichen:

Dr. Esther Gabor, Richard Frenkler, Jan Freytag, Niklas Brenner und Marc Gauert (BRAIN Aktiengesellschaft, Zwingenberg, Deutschland) berichteten über  die „Nassmechanisch-biologische Rückgewinnung von Wertmetallen aus feinkörnigen sekundären Rohstoffen“.

„Test eines neuen Sammlers für die Kassiteritflotation“ war Thema des Posters von Irina Bremerstein (UVR-FIA GmbH) und Dr. C. Rudolph (Zschimmer & Schwarz).

Dr. Maria Schäfer, Prof. Schoenherr (Hochschule Zittau/Görlitz) und Steffen Exler (Kluge GmbH Königswartha) stellten die „Entwicklung einer Aufbereitungstechnologie für SpreuStroh“ vor.

Von Carolina Carvajal Gutierrez und Prof. Holger Lieberwirth (IAM Freiberg) wurde das Poster „Ein mikroskopischer Einblick in die Mangan-Kreislaufwirtschaft“ gezeigt.

Mit Firmenpräsentationen waren drei Firmen vertreten:

Die „Mitteldeutsche Umwelt- und Entsorgung GmbH – MUEG“ Braunsbedra ist ein Unternehmen, das auf den Gebieten Abfallmanagement, Umwelt- und Bergbausanierung, Deponierung mineralischer Abfälle, Verwertung von Kraftwerksreststoffen, Recycling mineralischer und gewerblicher Abfälle aktiv ist.

Die „Neuman & Esser Process Technology GmbH“ ist weltweit führender Hersteller auf den Gebieten der Kompressortechnologien sowie von Mahl- und Sichtsystemen.

Von der Firma „ZOZ GmbH“ Wenden wurden neben Prozessanlagen (Simoloyer^®) zum Mechanischen Legieren, Hochenergie- und Reaktivmahlen (HKP), Anlagen zum Mahlen und Zerkleinern, Rühren und Dispergieren, Sieben und Filtern sowie Verdüsen, Entgasen und Passivieren vorgestellt.

Schlusswort und Vorankündigung der Jahrestagung 2020

Dipl.-Ing. Silke Thümmler, Vorsitzende der „Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg“, hielt das Schlusswort. Gemeinsam mit dem „Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie“ und der „TU Bergakademie Freiberg” sowie den Mitarbeitern der UVR-FIA GmbH Freiberg wurde wieder eine Tagung gestaltet, die allen Teilnehmern gut gefallen hat. Dank gilt auch den Moderatoren für die einzelnen Komplexe des Vortragsprogramms Dr. Morgenroth und Dr. Kamptner (UVR-FIA Freiberg), Dr. Rudolph (Helmholtz-Institut Freiberg), Prof. Lieberwirth und Dr. Mütze (TU Bergakademie) sowie Prof. Schönherr (Hochschule Zittau/Görlitz).

Die Abendveranstaltung fand am ersten Konferenztag wieder im Schankhaus 1863 des Ratskellers Freiberg statt und gab Gelegenheit, den Gedankenaustausch und die Fachdiskussion in lockerer Atmosphäre weiterzuführen. Am zweiten Konferenztag konnten die Tagungsteilnehmer die Einrichtungen der UVR-FIA GmbH Freiberg mit dem Geschäftsführer Dr. Morgenroth und des Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie mit dem Leiter der Abteilung Aufbereitung Dr. Rudolph besichtigen.

Die nächste Tagung „Aufbereitung und Recycling“ findet am 12. und 13. November 2020 an gleicher Stelle im Hörsaal am Sitz des HIF/HZDR (ehemaliges FIA-Gebäude) in Freiberg statt. Bis Ende Juli 2020 wird wieder um die Zusendung von Kurzfassungen für Vortrage, Poster und Firmenpräsentationen an die Tagungsorganisation UVR-FIA GmbH über die Internetadresse www.uvr-fia.de oder E-Mail: gebeten. Über die angeführte Internetadresse sind auch die Kurzfassungen der Tagungsbeiträge zugänglich.

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

Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg