Bericht über die Jahrestagung „Aufbereitung und Recycling 2014“ in Freiberg
Am 12. und 13. November 2014 trafen sich wieder ca. 150 Fachleute auf dem Gebiet Aufbereitung und Recycling zur Jahrestagung im Veranstaltungssaal „Alte Mensa“ der TU Bergakademie Freiberg. In 22 Vorträgen und 18 Postern wurde über neueste Ergebnisse auf dem Fachgebiet aber auch zur Historie der Aufbereitung in Freiberg berichtet. Die Veranstalter „Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg“ und „Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie“ sowie die Mitarbeiter der UVR-FIA GmbH Freiberg organisierten die Tagung ausgezeichnet.
1 Historie und Status der Aufbereitung
Nach der Eröffnung durch den Geschäftsführer der UVR-FIA GmbH Dr.-Ing. Henning Morgenroth gab Prof. Hanspeter Heegn mit dem Vortrag „Rückblick und Perspektive von Aufbereitung und Recycling aus Anlass des 60. Jahrestages der Gründung des Forschungsinstituts für Aufbereitung (FIA) und der Neugründung des Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF)“ interessante Informationen zur Historie des Instituts und würdigte, dass die durch Initiative von Prof. Kirchberg Anfang der 1950er Jahre in Freiberg etablierte außeruniversitäre Forschung zur Rohstoffnutzung eine würdige Fortsetzung am traditionellen Standort findet. Dr. Morgenroth betonte in seinen ergänzenden Ausführungen, dass die UVR-FIA GmbH bestrebt ist, die nach Abwicklung des FIA fast alle Prozesse der mechanischen Verfahrenstechnik umfassende Ausrüstung als Grundlage für ihre Tätigkeit zu erhalten und anzuwenden.
Ebenfalls auf die jüngere Geschichte bezog sich der Beitrag „Rolle des Forschungsinstituts für Aufbereitung bei der Erkundung der mongolischen Goldlagerstätte Boroo“ von Dr. Dieter Mucke und Dr. Rolf Kumann (GEOMONTAN, Großschirma). Die Lagerstätte wurde Ende der 1980er Jahre durch eine gemeinsame Geologenexpedition DDR-MVR erschlossen. Das ursprünglich vorgesehene gemeinsame deutsch-mongolische Nutzungskonzept wurde aber 1991 von der BRD aufgegeben. Auf Basis der an die mongolischen Regierung in Ulan Bator übergebenen Prefeasibility-Studie wurde durch die CENTERRA Gold Inc./Toronto in sieben Jahren von 2004 bis 2010 46 t Gold produziert, die beim gegenwärtigen Goldpreis einen Wert von 1,38 Mrd. € verkörpern.
Mit seinem Vortrag „Drei Jahre Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie – Status und Ausblick“ stellte der Direktor Prof. Jens Gutzmer das Konzept des neu gegründete Instituts dar. Die Entwicklung innovativer Technologien für Gewinnung, Nutzung und Recycling mineralischer und metallhaltiger Rohstoffe sind die Schwerpunkte, wobei schon jetzt international sichtbare Kompetenzfelder vor allem in den Bereichen Flotation, Biohydrometallurgie und Geometallurgie erzielt wurden. Nach drei Jahren ist das HIF auf eine beachtliche Größe von fast 100 Mitarbeitern angewachsen. Erste Laborinfrastrukturen haben ihren Betrieb aufgenommen und die Sanierungsarbeiten schreiten voran, so dass Ende 2015 die Inbetriebnahme am endgültigen Standort des Instituts, dem ehemaligen FIA Freiberg, geplant ist.
2 Internationale Beiträge
Prof. Kari Heiskanen (Aalto Universität Esbo – Finnland) diskutierte in seinem Beitrag „Models and their Validation in Mineral Processing“ den Stand der Modellierung insbesondere für die Zerkleinerung und die Flotation. Dabei betonte er die Bedeutung von Labor- und Pilotversuchen für die Bewertung der Modelle für Drei-Phasensysteme und mehrdimensionale Systeme, wenn unterschiedliche Mineralien als separate Phasen vorliegen.
In drei Vorträgen der Technischen Universität Eindhoven/Niederlande wurde über die in der Gruppe um Prof. Brouwers laufenden Forschungsprojekte berichtet. Chris Straub informierte im Beitrag „Verfahren zum Recycling und deren Anwendungen – ein Überblick über die Forschung in Eindhoven“ darüber, dass zurzeit 17 Promovenden, 4 Post-Docs, 2 Wissenschaftliche Mitarbeiter und 1 Professor an unterschiedlichen Projekten rund um das Thema Recycling arbeiten. Der Focus richtet sich dabei auf angewandte Forschung im Bereich Beton und Bindemittel in enger Zusammenarbeit mit der Industrie. Dabei geht es z.B. um die Deponierung von Müllverbrennungsaschen, die Substitution von Zement mit reaktiven Reststoffen aus der Industrie in Beton, die Herstellung von High-Tech Materialien aus Abfallstoffen, die Herstellung von hochreaktiven Nano-Silika aus mineralischen Reststoffen bei der Magnesit-Herstellung und die Optimierung von Holz-Zement-Kompositmaterialien. In Beiträgen von Pei Tang und Koautoren über „Charakterisierung von Müllverbrennungsasche zwei holländischer Anlagen“ und die Anwendung dieser Materialien in alkali-aktivierten Baustoffen und Betonen sowie von Katrin Schollbach und Koautoren über „Die Verwertung von Restlösungen der Nano-Silica Produktion aus Dunit und die Produktion von Nano-Silica“ wurden weitere detaillierte Informationen vermittelt.
Mit zwei Beiträgen war der Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredlung der Montanuniversität Leoben/Österreich (Prof. Helmut Flachberger) vertreten. Frau Elke Krischey und Koautoren berichteten über den „Einsatz europäischer Kalzium-Bentonite in Kunststoffcompounds“. In Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro für Bentonit-Technologie Dipl.-Ing. Ohrdorf (I.B.O.) werden funktionale Nanofüllstoffe aus europäischen Bentonitlagerstätten entwickelt. Durch alkalisches Aktivieren werden diese den natürlichen Natrium-Bentoniten angeglichen, die vorliegenden Montmorillonit-Schichtpakete in hochturbulenter Strömung delamelliert, von unerwünschten Begleitmineralen befreit und anschließend organophil modifiziert.
Im Beitrag von Frau Dipl.-Ing. Sandra Strubel und Koautoren „Prüfung der Aufbereitbarkeit von MgO-C Feuerfeststeinen“ wurde nachgewiesen, dass ausgehend von einer detaillierten Charakterisierung der verbrauchten Feuerfeststeine und spezieller Separationstechniken MgO als wertvoller Sekundärrohstoff gewinnbar ist.
3 Recycling von Baustoffen
Das im Beitrag „Selektiver Aufschluss definierten Betonbauschutts mittels Walzenschüsselmühle in Verbindung mit trockener Sortierung“ von Prof. Andreas Jungmann (CALA Aufbereitungstechnik GmbH & Co. KG) und Koautoren der Firmen Loesche und CALA vorgestellte Prinzip hat zum Ziel, durch den selektiven Aufschluss von Betonbruch in die Fraktionen Sand, Kies und Mörtel/Zementstein die einzelnen Produkte weitgehend vollständig und oberflächengereinigt zu gewinnen. Es wurden Ergebnisse zur Aufbereitung, die im Pilotmaßstab erzielt wurden, sowie darüber hinaus Verwertungsversuche der Produkte bei einer Neuverwendung im Beton erläutert.
Steffen Liebezeit und Koautoren (IAB – Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH) berichteten über „Materialverbünde auftrennen durch mikrowelleninduziertes Grenzflächenversagen“. Es geht dabei um die Trennung von Ausbaustoffen wie Putzen oder Fliesen, die mit tragenden Baustoffen verbunden sind und die dafür eventuell erforderliche Präparation der Grenzfläche. Zur Systematisierung wurden unterschiedliche Baustoffe wie Ziegel, mineralisch gebundene Wandbaustoffe, Natursteine sowie Zement-, Kalkzement- und Gipsputze einer Mikrowellenbehandlung unterworfen und die Temperatursteigerung bewertet. Weiterhin wurden geeignete Additive z.B. Ferrite oder Graphit für eine gezielte Präparation der Grenzflächen getestet.
Dr. Jörg Demmich (Knauf Gips KG) stellte „Das Gipsrecyclingkonzept der deutschen Gipsindustrie“ vor und machte deutlich, dass vor dem Hintergrund der zunehmend knapper werdenden Rohstoffe das Thema Ressourceneffizienz sowohl auf europäischer als auch auf deutscher Ebene eine immer wichtigere Rolle spielt. Im Einzelnen wurde zu Herkunft, Aufkommen und Verwertung/Recycling von Bau- und Abbruchabfällen, zur Zusammenarbeit von Recycling- und Gipsindustrie und zu Qualitätsanforderungen an RC-Gips informiert.
Dr. Angelika Feierabend und Lothar Cordts (SECOPTA GmbH Berlin) stellten mit dem Vortrag „MopaLIBS – Einsatz von Inline-Elementanalysatoren in Recyclinganlagen“ ein neues laserspektroskopisches Messverfahren vor, mit dem im Gegensatz zur bisherigen Technik, die Farb-, Form- oder Dichteunterschiede ausnutzt, direkt die elementare Zusammensetzung von Materialien analysiert werden kann. An Beispielen der Identifikation und nachfolgenden Sortierung von NE-Metallen aus dem Haushaltsmüll sowie der Analyse und Sortierung von Feuerfestmaterialien wurde das Prinzip erläutert. Für die Analyse und Sortierung von Aluminiumschrotten bzw. von niedrig legierten Stählen wird die Technik, die auch für die Volumenstromkontrolle mineralischer Rohstoffe geeignet ist, gegenwärtig vorbereitet.
4 Mechanische Verfahrenstechnik
Über die „Anreicherung von Wertkomponenten aus der Schwarzmasse vorzerkleinerter Li-Ionen Batterien mit Hilfe der Magnetscheidung“ berichteten Martha Gellner, Prof. Peuker (TU Bergakademie Freiberg, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik) und Dr. Jäckel (TU Bergakademie Freiberg, Institut für Maschinenbau). Bei der mechanischen Aufbereitung der Batterien fällt mit einem Anteil von bis zu 30 % der Gesamtmasse eine so genannte Schwarzmasse-Fraktion (< 1 mm) aus Aktivmaterial der Elektroden, Elektrolyt-Rückständen, Speichermaterialien und Feinanteil der Konstruktionswerkstoffe an. Im vorliegenden Beitrag werden die Ergebnisse der Magnetscheidung mit Bandringmagnetscheider als trockener Prozess zur Anreicherung bestimmter Materialkomponenten vorgestellt. Größe und Suszeptibilität der Schwarzmassepartikel bestimmen die Anreicherung einzelner Materialkomponenten im magnetischen Produkt.
In Zusammenarbeit der Hochschule Nordhausen und der Fa. Schulz & Berger Luft- und Verfahrenstechnik GmbH wird die „Energieeffiziente Abscheidung von Feinstäuben mit dem Rotationsentstauber“ bearbeitet. Michael Rutz, Prof. Sylvia Schade-Dannewitz, Dr. Poerschke (Fachhochschule Nordhausen, Studiengang Umwelt- und Recyclingtechnik) und Dirk Barnstedt (Fa. Schulz & Berger Luft- und Verfahrenstechnik GmbH Altenburg) berichteten darüber, dass bei besonders feinen, schlecht agglomerierenden Stäuben, die in Recyclinganlagen auftreten, konventionelle Schlauch-, Taschen- oder Patronenfilter ungenügende Ergebnisse liefern können. Mit den konzipierten abreinigbaren Rotationsentstaubern wird eine energieeffiziente Lösung angestrebt, wobei bis zur Marktreife noch konstruktive und verfahrenstechnische Probleme zu lösen sind.
Über „Die Partikelform in Abhängigkeit vom Zerkleinerungsverfahren und ihr Einfluss auf Fließeigenschaften und Entnahmemassestrom“ referierten Prof. Christian Fürll und Koautoren (Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim). In den Untersuchungen wurden der Formfaktor (Verhältnis von Partikellänge zu Partikelbreite) und die fraktionäre Dimension (tatsächlicher Umfang eines Partikels durch die Länge eines Polygonzuges mit vorgegebener Seitenlänge) zur Kennzeichnung der Partikelform verwendet. Bei der Zerkleinerung verschiedener Getreidearten mit einer Hammermühle (Prall) und einem Walzenstuhl (Druck, Scherung) ergaben sich Unterschiede der Partikelform zwischen den Gutarten und vor allem in den Werten für die fraktionäre Dimension, die sich auf die Fließeigenschaften (nach Jenike) und den Entnahmemassestrom (Froudezahl als dimensionslose Kennzahl) auswirken.
Mit dem Phänomen der „Selbstähnlichkeit in der Zerkleinerungstechnik“ beschäftigten sich Michael Klichowicz, Mathis Reichert und Prof. Lieberwirth (Institut für Aufbereitungsmaschinen, TU Bergakademie Freiberg). Charakteristisch für selbstähnliche Verteilungen ist, dass unabhängig von der tatsächlichen Größe der Partikel die dazugehörigen normierten Verteilungskurven übereinander liegen, was bisher insbesondere bei der Einzelpartikelzerkleinerung, der Gutbettzerkleinerung und der Mahlung in Kugelmühlen im Bereich von wenigen µm bis in den einstelligen Millimeterbereich nachgewiesen wurde. In der vorliegenden Arbeit wurde das Bruchverhalten in verschiedenen Stempelpressen bei Einzelpartikelbeanspruchung von Quarzit-, Granodiorit- und Dolomitpartikeln in den Bereichen von 3 mm, 30 mm und 300 mm Aufgabepartikelgröße untersucht. Dabei konnte bei allen drei betrachteten Stoffen und Größenbereichen selbstähnliches Zerkleinerungsverhalten nachgewiesen und erstmals im Bereich des Grobzerkleinerns experimentell bestätigt werden.
Ziel des Projekts „Optimierung des Molybdänausbringens aus Porphyr-Kupfer-Erzen in Chile“, über das Thomas Heinig (Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie)berichtete, ist es über einen geometallurgischen Ansatz mögliche Ursachen für das geringe Ausbringen an Molybdänit zu finden und Lösungsvorschläge für den Gewinnungsprozess abzuleiten. Neben chemischer Zusammensetzung und Korngrößen der Prozessprodukte werden mittels automatisierter rasterelektronenbasierter Bildanalyse auch Mineralogie und räumliche Beziehungen von Mineralen im Erz, Zwischenprodukten und Konzentraten quantitativ charakterisiert. Erste Ergebnisse belegen den Einfluss von Aufschlussgrad und Korngröße auf den Flotationserfolg.
5 Bio- und Hydrometallurgie
In einem Tandemvortrag „Rückgewinnung und Separation von Selten Erden aus entsorgungspflichtigen Leuchtstoffabfällen“ wurden zwei an der TU Bergakademie Freiberg, Institut für Technische Chemie unter Leitung von Prof. Martin Bertau entwickelte Verfahren vorgestellt. Bei dem von Martin Seifert entwickelten Prinzip ist es gelungen, die in Produktionsabfällen und End-of-Life-Leuchtstofflampen enthaltenen 6-18 Masse-% an Y, Eu, Gd und Tb durch HCl-Laugung zu 99 % der Yttrium- und 90 % der Europiumspezies aufzulösen. Durch Kreislaufführung der Säure ist eine positive wirtschaftlichen Bilanz des Gesamtprozesses möglich. Tom Lorenz gelingt durch Feststoffchlorierung mit Ammoniumchlorid abseits konventioneller, nasschemischer oder pyrometallurgischer Verfahren eine neue Möglichkeit der Prozessführung beim Recycling von Seltenen Erden.
Über die „Mikrobielle Laugung von Seltenen Erden aus Leuchtpulver“ berichteten Stefanie Mey und Koautoren (Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie). Bei Untersuchungen mit verschiedenen hetero- und autotrophen aeroben Mikroorganismen als Rein- und Mischkultur konnte gezeigt werden, dass die Komplexierung der Seltenen Erden durch mikrobielle Metaboliten für die Rückgewinnung von SE zu nutzen sind und eine potentielle umweltfreundliche Alternative zu den derzeit angewendeten Methoden darstellen.
Radek Vostal und Koautoren (TU Bergakademie Freiberg, Institut für Technische Chemie) referierten über die „Flüssig-Flüssig Extraktion von Indium aus polymetallischen Lösungen mit Cyanex 923, Cyanex 272 und DEHPA“. Das in Freiberg gegründete Biohydrometallurgische Zentrum (BHMZ) nutzt gezielt Mikroorganismen zur Indiumgewinnung aus Erzen, Halden und Recyclingmaterial. Zur Separation von Indium aus den entstehenden verdünnten Lösungen wurden drei in Kerosin gelöste industrielle Extraktionsmittel Cyanex 272 (organisch substituierte Phosphinsäure), Cyanex 923 (Gemisch organischer Phosphinoxide) und DEHPA (Bis(2-diethylhexyl)-phosphat) geprüft. Es zeigte sich, dass Indium von Zink mit Cyanex 272 und DEHPA extrahiert werden kann und Cyanex 923 ungeeignet ist.
Über Untersuchungen zur „Kupferlaugung aus Kupferschiefer mit organischer Säure“ berichteten Sophia Kostudis und Koautoren (Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie). Europäischer Kupferschiefer ist eine potente lokale Ressource und zeichnet sich durch hohe Anteile organischer Verbindungen und Carbonate, eine komplexe Matrix und maximale Kupferkonzentrationen von ca. 5 % aus. Insbesondere der hohe Carbonatgehalt von ca. 18 % bringt die herkömmlichen Biolaugungsverfahren mit säureliebenden Bakterien an ihre Grenzen. Mit Schimmelpilzen und organischen Säuren werden vornehmlich Chalkosin aber auch Kupfereisensulfide wie Bornit und Chalkopyrit gelaugt. Die Gesamtkupferausbeute liegt in einfachen Ansätzen aber nur bei durchschnittlich 44 %.
6 Posterpräsentationen
In der Posterschau, für die in diesem Jahr erstmals ein extra Zeitfenster vorgesehen war, präsentierte die TU Bergakademie Freiberg durch das Institut für Technische Chemie, das Institut für Mineralogie, das Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik sowie der Professur für Allgemeine Betriebswirtschaftslehre insgesamt 8 Poster, F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde der Bauhaus-Universität Weimar und Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH mit Industriepartnern 3 Poster, Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm (Fakultät Verfahrenstechnik) 2 Poster und jeweils 1 Poster GMBU e.V. Halle, HAVER ENGINEERING GmbH (An-Institut der TU Bergakademie Freiberg), Eurofins Umwelt Ost GmbH (Niederlassung Freiberg), Loser Chemie GmbH Langenweißbach und Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (Abteilung Polyelektrolyte und Dispersionen).
7 Ausblick
Durch die Moderatoren Dr. Morgenroth (UVR-FIA), Prof. Gutzmer (HIF), Prof. van den Boogaart (HIF), Prof. Peuker (IMV-AT), Dr. Mütze (IMV-AT), Prof. Lieberwirth (IAM) und Prof. Heegn (UVR-FIA) wurde zu den Beiträgen jeweils eine interessante Diskussion initiiert. Mit der Tagung „Aufbereitung und Recycling“ wurde gleichzeitig die enge Kooperation der drei Partner aus Forschung und Industrie (TU Bergakademie Freiberg, UVR-FIA GmbH und Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie), die sich zum Verbund Freiberg Ressource Technologies (FRT) zusammengeschlossen haben, untermauert.
Die nächste Tagung „Aufbereitung und Recycling“ findet voraussichtlich am 11. und 12. November 2015 in Freiberg statt. Schwerpunkte der Tagung sind:
Lehre und Forschung zur Aufbereitung in 250 Jahren Bergakademie
Aufbereitung von mineralischen Rohstoffen, Erzen und Baustoffen
Nutzung moderner Analytik für die quantitative Erz- und Gesteinsmineralogie
Aufbereitung nachwachsender Rohstoffe
Sekundärrohstoffe durch Recycling
Verfahren und Maschinen für Zerkleinerung, Klassierung und Sortierung.
Veranstalter sind die Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg in Kooperation mit dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie und der TU Bergakademie Freiberg. Bis Ende Juli 2015 wird um die Zusendung von Kurzfassungen für Vortrage, Poster und 2015 auch wieder Firmenpräsentationen an die Tagungsorganisation UVR-FIA GmbH über die Internetadresse www.uvr-fia.de, E-Mail gebeten. Über die angeführte Internetadresse sind auch die Kurzfassungen der Tagungsbeiträge zugänglich.
Autor: Prof. Dr. rer. nat. habil. Hanspeter Heegn, Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg/Deutschland
