Bericht über die Tagung Aufbereitung und Recycling

N‌achdem die Jahrestagung „Aufbereitung und Recycling“ von 2012 bis 2016 zwischenzeitlich im Konferenzzen-trum der TU Bergakademie „Alte Mensa“ tagte, fand die Veranstaltung in diesem Jahr – am 8. und 9. November – wieder im traditionellen Hörsaal des ehemaligen Forschungsinstituts für Aufbereitung am jetzigen Standort des Helmholtz-Instituts für Ressourcentechnologie Freiberg (HIF) statt. Als Veranstalter fungierten die Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. (UVR-FIA), Freiberg in Kooperation mit dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie und dem Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik (MVT-AT) sowie dem Institut für Aufbereitungsmaschinen (IAM) der TU Bergakademie Freiberg (TU BAF). Die Tagungsorganisation erfolgte durch die UVR-FIA GmbH Freiberg. Die Teilnehmerzahl von mehr als 130 Fachleuten aus Deutschland und weiteren Ländern zeigte die sehr gute Resonanz der Veranstaltung. In 21 Vorträgen und 13 Postern sowie einer Reihe von Firmenpräsentationen wurde über aktuelle Probleme der Aufbereitung primärer Rohstoffe sowie sekundärer Rohstoffe durch Recycling und die Entwicklung von Maschinen, Apparaten und Sensoren berichtet.

In der Eröffnungsrede von einem der Geschäftsführer der UVR-FIA, Dr.-Ing. Henning Morgenroth, wurden aktuelle Arbeitsgebiete der Firma vorgestellt. Anschließend nutzte einer der Direktoren des HIF, Prof. Dr. Reuter, die Gelegenheit, über die Arbeitsgebiete und die Perspektiven dieses Instituts zu informieren. Den Tagungsteilnehmern wurde Gelegenheit gegeben, am Nachmittag des 9. November die Laboratorien und Technika der UVR-FIA, des HIF sowie des Instituts MVT-AT zu besichtigen. Die Abendveranstaltung für die Tagungsteil­nehmer, die für rege Diskussionen genutzt wurde, fand am ersten Konferenztag im Schankhaus 1863 des Ratskellers Freiberg statt.

Aufbereitung primärer Rohstoffe

Die Aufbereitungstechnik ist in zunehmendem Maße mit Erzen konfrontiert, die eine komplexe Mineralogie verbunden mit feinkörnigen, stark verwachsenen Wertmineralen aufweisen. Die „Feinmahlung von komplexen, feinkörnigen Erzen“ stand im Mittelpunkt des Vortrags von Markus Buchmann¹, Karsten Großmann¹, Thomas Leißner¹, Marius Kern², Edgar Schach², Martin Rudolph², Irina Bremerstein³ und Urs Peuker¹ (¹MVT-AT, ²HIF, ³UVR-FIA). Für eine aussagekräftige Bewertung des Zerkleinerungserfolgs wurden neben Partikelgrößenverteilung und Aufschlussgrad die Assoziation der einzelnen Minerale, selektive Zerkleinerungseffekte und die Mineralkorngrößenverteilungen für die Zerkleinerungsprodukte bestimmt. Angewandt wurde dabei die automatische Aufschlussanalyse (engl.: mineral liberation analysis = MLA). Am Beispiel der Zerkleinerung eines Kassiteriterzes in einer Rührwerkskugelmühle und der damit verbundenen Charakterisierung der Zerkleinerungsprodukte über MLA wurden Probleme der Auflösungsgrenze der Messmethoden und der zunehmenden Agglomeration im Feinstkornbereich festgestellt und diskutiert.

Die „Untersuchungen zur Flotation und Dichtetrennung an Erzproben aus der Lagerstätte Hämmerlein-Tellerhäuser (West­erzgebirge)“ stellte Irina Bremerstein (UVR-FIA) vor. Diese Zinn, Indium, Zink und Magnetit enthaltende Lagerstätte ist Gegenstand eines vom BMBF geförderten r4-Projektes (Neue Strategien für die Aufbereitung von Komplexerzen heimischer Lagerstätten). An von der SAXORE Bergbau GmbH von fünf verschiedenen Abbauorten in der Lagerstätte gewonnenen Großproben wurde Zerkleinerungsverhalten, Magnetscheidung, Dichtesortierung und Flotation untersucht. Im Vortrag wurden insbesondere die Ergebnisse zur Sulfid- und Kassiteritflotation sowie systematische Untersuchungen an einer Sortierzentrifuge des Typs „Falcon“ vorgestellt. Die Flotation von Sulfiden vor der Kassiteritflotation und ein Wasserwechsel zur Entfernung von Eisenionen wurden als verfahrenstechnisch günstige Variante ermittelt.

Über die „Flotationscharakteristika eines zinnhaltigen Skarnerzes aus der polymetallischen Komplexlagerstätte Hämmerlein im Erzgebirge“ berichteten Edgar Schach¹, Markus Buchmann², Jennifer Astoveza^1,2, Irina Bremerstein³, Marius Kern¹, Urs A. Peuker², Martin Rudolph¹ (¹HIF, ²MVT-AT, ³UVR-FIA). Als Vorbehandlung wurden Dichtetrennung, Magnetscheidung, Sulfidflotation und die Entschlämmung sowie der Einfluss eines weiteren Zerkleinerungsschrittes zur Verbesserung des Aufschlussgrades des relativ grobkörnigen (x_80,3 < 250 µm) Aufgabematerials untersucht. Neben der von der UVR-FIA eingesetzten Styrolphosphonsäure wurden für die Flotationsversuche das anionaktive Sulfosuccinamat (Aerosol22^®) als Sammler sowie MIBC als Schäumer und Natriumhexafluorosilicat als Drücker eingesetzt. Die Flotation erfolgte bei pH 3 in einer Flotationszelle der Firma Outotec^® (GTK LabCell™). Zur Charakterisierung des Verhaltens der einzelnen Minerale während der verschiedenen Aufbereitungsschritte dienten Röntgenfluoreszenzanalyse und Mineral Liberation Analysis (MLA). Um den Einfluss von störenden Metallionen auf die Flotation zu bestimmen, wurde für einige Versuche ein Wasserwechsel nach einer Vorkonditionierung mit Natriumhexafluorsilicat durchgeführt. Weiterhin wurden Wasserproben der Versuche entnommen und hinsichtlich der Ionengehalte mittels ICP-OES analysiert. Resultat der Untersuchungen war ein Fließbild zur Aufbereitung vergleichbarer Erze.

Im Beitrag „Comparing existing froth flotation models in a case study of a scheelite ore (Vergleich bestehender Schaumflotations-Modelle am Beispiel von Scheelit-Erz)“ von Nathalie Kupka und Martin Rudolph (HIF) wurden drei in der Literatur beschriebene Modelle für die Schaumflotation vorgestellt. Dazu gehören die Modelle von Pyke, von Yoon sowie von Schwarz und Koh. Mit einem Scheeliterz als Testmaterial wurden bei zehnfacher Wiederholung der spezifischen Flotationstests und Analyse der Produkte mit ICP-MS, XRF, MLA, ICP-OES, Charakterisierung der Schaumstrukturen sowie Wasseranalyse (pH, Eh, Sauerstoffgehalt, Leitfähigkeit) detaillierte Ergebnisse ermittelt und entsprechende Modellrechnungen zur Beschreibung des Flotationsverlaufs ausgeführt. Betrachtet wurden dabei insbesondere die Effizienzen für Kollision, Adhäsion und Stabilität bei den einzelnen Modellen, wobei jedes Modell seine Vorzüge hat und somit kein universales Modell herausgestellt werden kann.

Benedikt Hoffmann (Research Engineer & Project Manager) präsentierte in seinem Vortrag „Recovery of strategic metals with biotechnological processes (Rückgewinnung strate­gischer Metalle mit biotechnologischen Verfahren)“ zunächst die Aufgabenbereiche des Biotechnologie-Unternehmens BRAIN AG aus Zwingenberg, das mit zahlreichen führenden Industrieunternehmen kooperiert und eigene Produktkandidaten für die Bioökonomie entwickelt und vermarktet. Als Applikations­beispiel aus dem Bereich der Metallgewinnung aus diversen Quellen wurden Untersuchungen zur Bioadhäsion und Biosorption in Verbindung mit Flotationstechniken und Biolaugungsverfahren angeführt. Für diese als Urban & Green Mining bezeichneten Aufgabenfelder wurden Mikroorganismen aus dem Fundus von mehreren Zehntausend des BRAIN BioArchivs selektiert und optimiert. So konnte z.B. aus Schlacken rund 90 % des Goldanteils gewonnen werden. Für den technischen Upscale der Laborergebnisse wurde die transportable BRAIN BioXtractor Pilotanlage entwickelt. Mit dieser Anlage kann die biotechnologische Metallextraktion auf Basis von Mikroorganismen aus Neben- und Abfallströmen sowie Primärressourcen bei Kunden vor Ort getestet und an spezi­fische Anforderungen angepasst werden.

Maschinen, Apparate und Sensoren

Mit dem Vortrag von Robert Claußnitzer (AKW-Apparate + Verfahren GmbH, Hirschau) „Begrenzte Verfügbarkeit von Wasser? Erfahrungen mit dem trocken arbeitenden gravimetrischen Sortiergerät AKA-FLOW“ wurde die Möglichkeit gezeigt, Abwasser im Aufbereitungsprozess zu reduzieren oder ganz zu vermeiden. Der AKA-FLOW wird zur Vorabtrennung bzw. Anreicherung von Stoffen unterschiedlicher Dichte als mögliche Vorstufe zur nassmechanischen Trennung eingesetzt. Die Wirkungsweise basiert auf einer Kombination einer luftinduzierten Wirbelschicht und einem speziell entwickelten Austragssystem. Eine Vorhersage der Eignung des trockenen Sortierprozesses ist durch Untersuchungen mit kleineren Probemengen in einem Laborgerät AKA-FLOW möglich. Bauformen mit jeweils maximalen Durchsätzen von 4 t/h und 15 t/h stehen zur Verfügung. Insbesondere für Recycling-Material (z.B. Holzresteentfernung aus Bauschutt) wurden gute Trennergebnisse erreicht.

Bei der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe steigen die Anforderungen mit Hinblick auf Feinheit der Produkte und Effizienz der Prozesse ständig. Diesem Anliegen wurde der Vortrag „Höherer Durchsatz und feinere Produkte durch Verschleißschutz bei Sichträdern mit ATP/NG-Technologie“ von Dominik Knauer, Steffen Sander, Horst Skirde (Hosokawa Alpine AG, Augsburg) gerecht. Die Entwicklung der Sichter vom Typ ­Turboplex ATP/NG und davon abgeleiteter Bauarten (TTC, TTD) bewirkt eine beträchtliche Reduktion des Druckver­lustes am Sichtrad aufgrund der Unterdrückung des Potenzialwirbels. Bei der Aufbereitung von Schleif-, Polier-, Hartstoffen und ­anderen schleißenden Materialien werden immer ­feinere möglichst kontaminationsfreie Produkte gefordert. Durch die Neuentwicklung eines verschleißgeschützten Sichtrades vom Typ ATP/NG können die verfahrenstechnischen Vor­teile, die die NG-Geometrie mit sich bringt, auch im Bereich der Aufbereitung abrasiver Stoffe genutzt werden. So gelang es, bei der Vermahlung eines Selten-Erden-Oxids mit einer Mohs Härte von 5 – 6 mit einer Fließbett-Gegenstrahlmühle vom Typ 400 AFG (integrierter Sichter: 200 ATP/Stahl) um ca. 15 % feinere Par­tikelgrößen des Fertigproduktes zu erreichen (d₉₀ = 1,0 µm) und durch den neuen Verschleißschutz gleichzeitig die Gesamtkontamination mit Fe-Verbindungen im Fertigprodukt von früher 50 – 100 ppm auf nun 5 – 6 ppm zu reduzieren. In einer Fließbett-Gegenstrahlmühle 630 AFG (integrierter Sichter: 315 ATP/Keramik) in ­Heißgasfahrweise konnte durch die Verwendung des verschleißgeschützten Sichtrades die Drehzahl bei gleich bleibender Feinheit des Endprodukts halbiert werden, was sich positiv auf den Energieverbrauch und den Verschleiß auswirkt, und die Möglichkeit eröffnet ohne zusätzliche Maßnahmen deutlich feinere Produkte herzustellen.

Über „Betriebserfahrungen zur Aufbereitung von Rohgipshaldenmaterial mit dem HAVER Friction-Clean“ berichteten Hagen Müller¹ und Uwe Schridde² (¹Haver Engineering, ­Freiberg, ²Rump & Salzmann, Osterrode). Ausgehend von positiven Versuchen in einer Pilotanlage im Steinbruch Dorste, wurde in der von der Firma Rump & Salzmann in einem Gipssteinbruch betriebenen Waschanlage ein erster Prototyp des HAVER Friction-Clean im industriellen Maßstab eingebaut. Aufbau und Funktionsweise des Friction-Clean wurden erläutert sowie die ersten Betriebserfahrungen aus der industriellen Praxis vorgestellt. Es zeigte sich, dass auch bei stark verunreinigtem Abraumhaldenmaterial wesentliche Qualitätsverbesserungen hinsichtlich Weißgrad und Gipsgehalt erreicht werden können und somit ein hochwertiges Ausgangsmaterial für die gipsverarbeitende Industrie erzeugt werden kann.

Die „Auslegung von FAM-Spezialhammermühlen zur Zerkleinerung und Trocknung von Schüttgütern“ wurde im Vortrag von Jens Hanisch (FAM, Magdeburg) und Rüdiger Schramm vorgestellt. Feuchte Schüttgüter können mit diesen Anlagen in einem Prozessschritt zerkleinert und getrocknet bzw. kalziniert werden. Die Bestimmung der erforderlichen Baugröße der Spezialhammermühle erfolgt in einem Kompromiss der Bewertung von Zerkleinerung und Trocknung. Bei mittel­hartem Au­fgabegut mit Feuchte bis ca. 10 % erfolgt die Auslegung der Spezialhammermühle nach den Vorgaben der Zerkleinerung. Bei hohen Materialfeuchten bis ca. 30 % wird die Aus­legung der Spezialhammermühle durch den Trocknungsprozess bestimmt, wobei Daten für Feuchtigkeit, spezifische Wärme, Luftdurchsatz, Temperaturen u.a. in das vorgestellte Rechenprogramm einfließen.

Im Rahmen des Beitrages „Feinstvermahlung von Pyrolysekoks – Herausforderungen für die Anlagenauslegung“ von ­Stefan Jäckel und Raphael Sperberg (Gebrüder Jehmlich GmbH, Nossen) wurde ein Einblick in die Herangehensweise zur ­Anlagenauslegung gegeben. Beim Recycling von Altreifen durch Pyrolyse ist eine Feinstzerkleinerung des Pyrolyse­kokses (Carbon Black) notwendig, die mit den Feinprallmühlen der Jehmlich REKORD-Serie realisiert werden kann. Die erreichbare Partikelgrößenverteilung kann durch Variation von Beanspruchungsgeschwindigkeit und Beladung gezielt beeinflusst werden. Fremdkörper mit Silicatbestandteilen und weitere abrasive Füllstoffe aus den Altreifen führen bei der Feinstvermahlung zu merklichem Verschleiß an den Mahl­elementen (Rotor und Stator), der durch den Einsatz von Hartstahl und Stiftmaterial aus Wolframcarbid verringert werden kann. Am Beispiel einer kürzlich ausgelieferten, inertisierten, explo­sionsgeschützten Mahlanlage wurden die Betriebsparameter für eine vorgegebene Partikelgrößenverteilung und die anfallenden Verschleißkosten auf Basis von Testversuchen im Jehmlich-Technikum dargestellt.

Der Vortrag „Einflussgrößen der Selektiven Zerkleinerung (SZ) bei Prallbeanspruchung“ von Max Hesse (IAM) verdeutlichte, dass die SZ zur Trennung von Erz und Nebengestein, zur Trennung von Erzvarietäten und zur Trennung von Erz- und Bergemineralen eingesetzt werden kann. Dabei wird entweder die bevorzugte Rissausbreitung in einem Bestandteil oder die bevorzugte Rissausbreitung entlang der Korngrenzen der verschiedenen Bestandteile im Aufgabematerial ausgenutzt. SZ als Element eines Sortierprozesses hängt von den drei Systembestandteilen dem Aufgabematerial, der Maschine zur Zerkleinerung und der Maschine zur Trennung ab. Mit Untersuchungen zur Prallbeanspruchung von Blei-Zink-Erz (Pomorzany bei Krakow/Polen), Kupfer-Molybdän-Erz (Los Pelambres/Chile) und Fluorit-Baryt-Erz (Marienberg, Erzgebirge/Deutschland) wurde der Einfluss des stofflichen Potentials und der Zerkleinerungsmaschine auf die Trennbarkeit der Bestandteile untersucht. Als stoffliche Einflussgrößen wurden die Dichte- und Festigkeitsunterschiede zwischen den jeweiligen Bestandteilen und zusätzlich die Aufgabepartikelgröße untersucht. Als maschinelle Einflussgrößen wurde die Prallgeschwindigkeit mittels Einzelpartikelzerkleinerung in einer Schussapparatur (MVT-AT) variiert. Für verschiedene Aufgabepartikelgrößen (6.33 – 1.5 mm) und Prallgeschwindigkeiten (17.5 - 70 m/s) zeigte sich stets eine deutliche Dominanz des Festigkeitsunterschieds gegenüber dem Dichteunterschied. Die Aufgabepartikelgröße (stoffliche Einflussgröße) und die Prallgeschwindigkeit (maschinelle Einflussgröße) müssen bei einem gegebenen Erz angepasst werden, wobei im untersuchten Parameterbereich der Einfluss der Prallgeschwindigkeit höher oder gleich dem Einfluss der Aufgabepartikelgröße ist.

Luca Benvenuti (CADFEM GmbH, Grafing bei München) informierte in dem Vortrag „Diskrete Element Methode – ­Simulation und Validierung für eine Hochdruck-Walzenmühle“ darüber, dass damit die Effektivität eines Zerkleinerungsprozesses bewertet werden kann. Die Maximierung des Durchsatzes steht dabei im Mittelpunkt, wobei gleichzeitig die Homogenität des erzeugten Mahlgutes berücksichtigt wird. Zusätzlich kann die erforderliche Antriebsleistung ermittelt und in Abwägung der Prozessparameter und Mahlergebnisse optimiert werden. Ebenso kann der Verschleiß von Anlagen untersucht und ­minimiert werden. Der Vergleich von Versuchsergebnissen mit durchgeführten Simulationen zeigte eine gute Übereinstimmung hinsichtlich der Leistungsaufnahme, der Walzenkräfte und der Partikel-Korngrößenverteilung.

Ein neuer technologischer Standard der Sortierverfahren und ein Beitrag zum ressourcenschonenden Wirtschaften wurde in dem Vortrag „ProRec – ein kompaktes Analysemodul zur schnellen und hoch ortsaufgelösten Stofferkennung mit Röntgenfluoreszenz für den Einsatz in Recycling und Rohstoffaufbereitung“ von Reiner Wedell und Marius Scheiner (Institut für angewandte Photonik e.V., Berlin) vorgestellt. Mit dem System wird eine hohe Ortsauflösung zur Verarbeitung kleiner Partikel auf Förderbändern angestrebt. Dies erfordert neben kleineren Spurbreiten eine hohe Geschwindigkeit der Signalverarbeitung, damit der geforderte Materialdurchsatz erreicht wird. Durch kompakte Analysemodule (160 mm x 150 mm x 360 mm) bestehend aus Kollimator, Detektorzeile und der vollständigen Signalverarbeitungselektronik zur synchronen Abtastung aller Kanäle mit einer Messzeit von 10 ms wird dies erreicht. Gegenüber herkömmlichen XRF-Systemen wird die Ortsauflösung von ca. 25 mm auf wesentlich geringere 5 mm Spurbreite verbessert. Eine hohe Flexibilität des neuen XRF-Moduls gestattet die schnelle Anpassung an unterschiedliche Messaufgaben und in Kombination mit anderen Analysenverfahren (IR-Spek­troskopie, LIBS) eine Abdeckung der Stofferkennung über die der XRF zugänglichen Elemente mit Ordnungszahlen > 22.

Mit dem Vortrag von Christopher Robben und Jens-Michael Bergmann (TOMRA Sorting GmbH, Wedel) „Aufbereitung mit dem Lichtschwert – TOMRA’s bahnbrechende Laser Sortiertechnologie ermöglicht das Erzeugen von hochreinen Quarzprodukten und die Bergevorabscheidung bei Quarz-assoziierten Golderzen“ wurde ein neues Verfahren vorgestellt, das nach dem Prinzip der Brechung von verschiedenen Lasern auf der Oberfläche von Einzelpartikeln beruht. Große und reine Kristalle können damit von anderen Gesteinen oder Mineralien mit einer kleineren Kristallstruktur, unabhängig von der Farbe oder der chemischen Zusammensetzung, eindeutig unterschieden werden. Mit Beispielen zur Sortierung von Quarz zur Siliziumgewinnung für Solaranwendungen sowie von Quarz mit Goldanreicherungen wurde die Effektivität des neuen Verfahrens dargestellt. So gelang es bei der Goldaufbereitung 97,5 % des Goldes in 40 % der Masse auszubringen.

Aufbereitung sekundärer Rohstoffe/Recycling

In Hüttenwerken zur Eisen- und Stahlherstellung fallen bei der Reinigung der Abgase große Mengen an Stäuben aus vorwiegend Eisen bzw. Eisenoxiden an. Mit dem Vortrag „Windsichten als potentieller Prozessschritt beim Recycling von Hüttenwerksstäuben“ von Christof Lanzerstorfer¹ und Robert Neuhold² (¹Fachhochschule Oberösterreich – Verfahrens- und Umwelttechnik, Campus Wels, ²Fachhochschule Oberösterreich) wurden Möglichkeiten zur Verbesserung der Effektivität aufgezeigt. Aufgrund der hohen Prozesstemperaturen kommt es in den verschiedenen Prozessstufen (Sinteranlage, Hochofen, Stahlwerk) zu einer Verflüchtigung von Störstoffen (insbesondere von Zn und Pb sowie KCl und NaCl). Beim Abkühlen der Abgase werden diese Stoffe bevorzugt auf der Oberfläche der vorhandenen Staubpartikel niedergeschlagen, wobei eine Anreicherung in den Feinstaubfraktionen erfolgt. Durch Windsichtung in eine Feinfraktion mit höherer Konzentration und eine Grobfraktion mit niedrigerer Konzentration an Störstoffen ist es möglich, diese in der Feinfraktion auszuschleusen. Aus der Feinfraktion kann Zn zurückgewonnen werden. Die Grobfraktion wird nach Brikettierung rückgeführt. In der Arbeit wurden verschiedene Möglichkeiten zum Einsatz von Windsichtung zur Behandlung von Stäuben aus der Abgasreinigung in ­integrierten Hüttenwerken diskutiert. Dabei wurde sowohl auf mögliche Auswirkungen auf die Stoffströme im Hüttenwerk als auch auf die Anforderungen an die erforderlichen Windsichter eingegangen.

Ivan Züst (DHZ AG Lufingen/Schweiz) berichtete über ein „Innovatives Verfahren zur trockenmechanischen Rückgewinnung der NE-Metalle aus der MVA-Feinschlacke > 0,5 mm und Sortierung in eine sortenreine Leicht- und Schwermetallfraktion“. Aus der feuchten Feinschlacke < 5 mm von Müllverbrennungsanlagen wurde mit dem neuartigen ballistischen Trennverfahren von „Supersort“ eine Grobfraktion > 0,5 mm mit je einem Drittel Schwer-, Leichtmetallen und Fremd­stoffen gewonnen. Diese angereicherte Grobfraktion kann hervorragend mit NE-Scheidern weiter aufbereitet werden. Mit diversen zusätzlichen, trockenmechanischen Verfahren kann in eine leichte und eine schwere Nichteisenmetallfraktion mit hohen Reinheitsgraden getrennt werden. Diese können direkt metallurgisch weiterverarbeitet werden.

Mit dem Beitrag „Selective leaching of copper slag-tailings from Chile“ stellten Carolina López und Gerhard Heide (Institut für Mineralogie, TU Bergakademie Freiberg,) die in Zusammenarbeit mit Frank Haubrich (G.E.O.S. Ingenieur GmbH Freiberg) sowie Ursula Kelm (GEA Universidad de Concepion, Chile) gewonnenen Ergebnisse für die Laugung mit unterschiedlichen Systemen (z.B. Schwefelsäure, Oxalsäure, Natronlauge) vor.

Mit einem neuen Verfahren, über das René Dechange (JÖST GmbH + Co. KG, Dülmen) in seinem Beitrag „Erweiterter Fein-Prozess bei der Aufbereitung von ASR (Automobile Shredder Residue)“ berichtete, kann effizient alles Metall von Glas und mineralischen Bestandteilen mit Reinheiten von > 98 % abgetrennt werden. Dabei erfolgt eine Klassierung bei 4 mm und 12 mm in drei Fraktionen mit dem Mehrdeck-Spannwellensieb (TOPCILLA) mit flexiblen Siebmatten sowie angepassten Luftseparatoren. TOPCILLA verbindet die Vorteile von zwei unterschiedlichen Siebprinzipien in einer Maschine. Das bewährte JÖST 3D-Kaskadensieb TopSpin im Oberdeck und die Spannwelle OSCILLA im Unterdeck.

Um ein effektiveres Recycling der Mobiltelefone zu ermöglichen, ist es unumgänglich ihre Bauteile, das Vorkommen der Elemente darin, sowie das Zerkleinerungsverhalten möglichst detailliert zu bestimmen. Durch die „Charakterisierung eines zerkleinerten Mobiltelefons mittels Mineral Liberation Analysis (MLA)“ wurde von Dirk Sandmann (HIF, Ausgründungs­projekt ERZLABOR) ein Beitrag dazu geliefert. Ein Hauptproblem beim Recycling von Mobiltelefonen ist ihre komplexe Zusammensetzung aus vielen Einzelbauteilen. Erschwerend kommt hinzu, dass viele Elemente nur in Spuren vorhanden sind und/oder sich in hochkomplexen Materialverbunden befinden. Mobiltelefone können bis zu 60 verschiedene Elemente enthalten, wobei für die meisten Elemente Recycling-Raten bei deutlich unter 50 % und bei den Seltenen Erden, Indium, Tantal oder Gallium sogar bei unter 1 % liegen. Die vorliegenden Untersuchungen wurden mit drei Siebfraktionen eines am Lehrstuhl für Recyclingmaschinen der TU Bergakademie Freiberg mit einem Universal-Granulator UG300 zerkleinerten Nokia-Mobiltelefons Modell 5228 Typ RM-625 mit Hilfe von Mineral Liberation Analysis (MLA) mit der Apparatur MLA 650F durchgeführt. Bei der Analyse wurden ca. 130 verschiedene Phasen detektiert. Mehr als 100 davon treten mit Anteilen von < 1 Gewichtsprozent auf. Ein Vergleich des Modalbestandes der drei Siebfraktionen zeigte eine Anreicherung bestimmter Bauteile in speziellen Fraktionen.

In einem bilateralen Forschungsprojekt mit der BMW Group München wurde ein leistungsfähiges und energetisch effektives Recyclingverfahren für Li-Ionen Batterien entwickelt, das hauptsächlich auf klassischen mechanischen Grundprozessen wie Zerkleinern, Klassieren und Sortieren beruht. Zur Verbesserung der Produktqualität der Metallkonzentrate soll dabei die „Kompaktierung von Elektrodenfolien aus Lithiumionenbatterien“ dienen. Ergebnisse dazu wurden im Vortrag von Denis Werner, Lutz Wuschke, Hans-Georg Jäckel und Urs A. Peuker (MVT-AT) vorgestellt. Das Gemisch der Elektrodenfolien wurde zunächst in einer Hammermühle zerkleinert und anschließend mittels einer Aerostromsortierung im Zick-Zack-Sichter getrennt. Trennmerkmal sind die unterschied­lichen quasistationären Sinkgeschwindigkeiten der Kupfer- und Aluminiumpartikel, die von Partikelform, -größe und Par­tikeldichte abhängen. Da bei konstanter Partikelgröße spezifisch leichte und kugelförmige Partikel gleiche quasistationäre Sinkgeschwindigkeiten aufweisen wie spezifisch schwere und plattenförmige Partikel, wird allerdings nur eine relativ niedrige Trennschärfe für die Aerostromsortierung erreicht. Durch eine gezielte Kompaktierung/Verkugelung können die Form der Aluminium- und Kupferpartikel derart beeinflusst werden, dass bei der anschließenden Stromsortierung eine höhere Trennschärfe und damit bessere Konzentratqualitäten erreicht werden. Im Rahmen des Beitrags wurden aktuelle Untersuchungsergebnisse zur Charakterisierung des Kompaktierungsgrades und zu den Auswirkungen auf die Trennschärfe für eine Stromsortierung vorgestellt. Ein Ausblick auf die weitere Vorgehensweise und Vorschläge für mögliche technologische Anwendungen für das Aufbereitungsverfahren wurden gegeben.

Fabian Knappich¹, Martin Schlummer¹, Dominik Knauer², ­Robert Patalewski² (¹Fraunhofer IVV, Freising, ²Hosokawa ­Alpine AG, Augsburg) berichteten unter dem Titel „Neuer Glanz für Kunststoffe – Werkstoffliches Recycling von Galvanikabfällen“ über ein Verfahren mit dem es gelingt, die bei der Produktion als Ausschuss (ca. 2000 t/a in Deutschland) anfallenden Kunststoff-Metallkomposite aufzubereiten. Diese Komposite bestehen aus Polymeren wie Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS), die mit einem Schichtsystem aus Chrom, Nickel und Kupfer überzogen sind. Bei dem innovativen Recyclingkonzept wird das vorzerkleinerte Material einem mehrstufigen mechanischen Aufschluss zugeführt und mithilfe eines Separators eine Metallfraktion mit einer Reinheit von über 95 % abgeschieden. Die Kunststofffraktion mit nur noch 5 – 7 % Restmetall kann nach einer Schmelzefiltration als metallfreies Regranulat genutzt werden. Das Metallkonzentrat aus der Schmelzefiltration mit 15 - 25 % Restpolymer wird nach Behandlung mit Lösemittelsystemen (CreaSolv^® Prozess) zurückgewonnen. Die beiden gereinigten Metallfraktionen besitzen eine so hohe Qualität, dass hierfür ein deutlich höherer Erlös erzielt wird. Im Rahmen des Vortrags wurde von Fabian Knappich das Gesamtkonzept zur Verwertung von Galvanikabfällen beschrieben. Der Prozessschritt der Aufschlusszerkleinerung wurde von Dominik Knauer dargestellt.

Über „Prozessoptimierte Beeinflussung der Stoffstromzuführung in Recyclinganlagen“ berichteten Alexander Feil¹, Marcel Bosling¹, Sebastian Kaufeld¹, Erdogan Coskun¹, Thomas Pretz¹ und Claudius Schnörr² (¹Institut für Aufbereitung und Recycling, RWTH Aachen, ²Forschungsschwerpunkt CORSNAV – Hochschule München). In Recyclinganlagen besteht die technologische Herausforderung, Stoffströme mit extrem unterschiedlicher stofflicher Zusammensetzung sowie schwankenden Mengenströmen zu verarbeiten. Insbesondere Überfüllungen in der ersten Trennstufe führen zu einer Verschlechterung der Trennleistung der meistens eingesetzten Trommelsiebe und in Folge auch in den nachgeschalteten, wertstofferzeugenden Sortierstufen. Untersuchungen in einer Mechanisch-Biolo­gischen Behandlungsanlage für Hausmüll zeigten, dass bereits durch eine definierte volumetrische Beschickung, die auf den bestimmungsgemäßen Bereich des Trommelsiebes abgestimmt ist, der technisch-wirtschaftliche Aufbereitungserfolg verbessert werden kann. Eine weitere Effizienzsteigerung des Prozesses ist zu erwarten, wenn das Trennverhalten im Trommelsieb in Abhängigkeit von Volumenstrom und stofflicher Zusammensetzung des Inputstromes berücksichtigt wird. Am Beispiel einer Sortieranlage für Leichtverpackungen wurden die Anforderungen und technologischen Lösungsmöglichkeiten für ein sensorbasiertes Steuerkonzept vorgestellt.

Posterausstellung und Firmenpräsentationen

Vor der Mittagspause des ersten Konferenztages hatte jeder Posteraussteller Gelegenheit, in einem kurzen Vortrag seine Präsentation vorzustellen. Insgesamt 6 Poster kamen aus dem MVT-AT. Im Poster von Thomas Mütze u.a. wurde über das „Erzeugen von hochwertig-permeablen Dolomitkörnungen für den Brennprozess“ berichtet. Dabei wurden der Einfluss von Korngrößenverteilung, Kornform und Packungsdichte und die Erweiterung des gegenwärtig genutzten Kornbandes von 25-70 mm zu kleineren Korngrößen untersucht, um eine bessere Ressourceneffizienz zu erreichen. Karsten Großmann und Urs. A. Peuker informierten über das „Scale Up einer vertikalen Rührwerkskugelmühle für den Aufschluss hochwertiger Erze“, wobei Verschleißverhalten, Energieeffizienz und Produkteigenschaften bei der Aufbereitung eines Golderzes untersucht wurden. Mit dem Beitrag „Breakage Characterization Based on Ore Components“ von Alphonce Wikadzi u.a. wurde an einem heterogenen Kupfer-Golderz der Einfluss der mineralischen Komponenten unterschiedlicher Härte auf die Mahlbarkeit und den Aufschlussgrad der einzelnen Erzkomponenten mit Granulometrie und Röntgendiffraktometrie bewertet. Lieven Schützenmeister u.a. untersuchten in Kooperation mit Dr. Kache von thyssenkrupp Industrial Solutions AG die „Modellierung des Verdichtungsverhaltens von Zementklinker“ im Walzenspalt einer Gutbettwalzenmühle in Abhängigkeit vom Bruchverhalten des Aufgabegutes, der Partikelgrößenverteilung und der Beanspruchungsgeschwindigkeit.

Mit der „Analyse der Struktur und des Porenraums von ­Filterkuchen unter Verwendung von Röntgenmikroskopie“ im Poster von Erik Löwer und Urs A. Peuker sollen durch das Verknüpfen von experimentellen Daten mit charakteristischen Netzwerkparametern zuverlässige Informationen über Mikroprozesse während der Filtration und dem anschließenden Entfeuchten von Filterkuchen für eine präzisere Auslegung von industriellen Filtrationsprozessen gewonnen werden. An Modellsystemen wurde von Paul Knüpfer u.a. im Poster „Metallschmelzefiltration – Untersuchung der Mikroprozesse für die Abscheidung und Agglomeration (SFB 920)“ die mögliche Erzeugung von höheren Metallqualitäten untersucht. Da die hohen Prozesstemperaturen von Metallschmelzen die Unter­suchung realer Systeme schwierig gestalten, wurde mit wässrigen Modellschmelzen, Aluminiumoxidpartikeln und Keramikfiltern experimentiert. Neben der Untersuchung von Haftkräften mittels Rasterkraftmikroskop zur Bewertung der Benetzungseigenschaften wurde in einer halbtechnischen Versuchsanlage Filtrationsexperimente in größerem Maßstab durchgeführt.

Aus dem Institut für Technische Chemie der TU Bergakademie Freiberg wurde das Poster „Selektive Gewinnung von Sel­tenen Erden durch Flüssig-flüssig Extraktion mit präorganisierten Calixarenen“ durch Norbert Schreiter u.a. vorgestellt. Die neue Klasse von Extraktionsmitteln mit einem Grundgerüst aus Vierring-verknüpften Phenoleinheiten, die mit phosphor- und stickstoffbasierten Kompexliganden modifiziert werden, zeichnen sich durch eine hohe Koordinationsstärke gegenüber Seltenen Erden aus. Die Komponenten wurden hinsichtlich Löslichkeit in verschiedenen Solventien sowie Parametern für Extraktion und Reextraktion untersucht, um eine Trennung von Begleitelementen und Einzeltrennung der Seltenen Erden zu ermöglichen.

Das HIF war mit zwei Postern zur Anwendung der Biotechnologie bei der Aufbereitung vertreten. Guillermo Luque ­Consuegra u.a. informierte zu „Screening the potential of ­Halophilic bacteria for Pyrite bio depression“ in Verbindung mit der Flotation von Kupfer-Molybdän-Erzen und Sylvi Schrader u.a. zu „Bioflotation – Kombination der Biotechnologie mit dem klassischen Prozess der Flotation“. Zielstellung ist es dabei umweltschädigende traditionelle Flotationsreagenzien zu ersetzen und aber auch die Effizienz der Prozesse zu verbessern. In einem weiteren Poster des HIF über „System integrated metal production – the Fairphone example“ von Markus Reuter wurde am Beispiel eines modernen Smartphons belegt, dass die verwendeten Rohstoffe, die Produktion, die Nutzung und das Recycling des Geräts auf Nachhaltigkeit ausgerichtet sind. Durch die Modularbauweise mit nur fünf über robuste Federkontakte verbundenen Elementen und den Akku kann der Nutzer leichter Reparaturen durchführen. Dies verlängert die Lebensdauer und verbessert die Ökobilanz.

Im Poster „Neue Lösungen für höchste Endfeinheiten bei der Carbon-Black-Herstellung“ von Kay Oelschläger (Hosakawa ALPINE AG) wurde über den Einsatz der speziell entwickelten Sichtermühle MikroR E-ACM 200 zur Präparation von hochwertigen Produkten aus der Flammensynthese und der Gegenstrahlmühle Modell TDG für die Zerkleinerung von aus der Pyrolyse von Altreifen gewonnenen Kohlenstoff informiert. Die konstruktiven und verfahrenstechnischen Besonderheiten zur verschleißarmen Herstellung eines qualitativ hochwertigen Produkts wurden dargestellt. „Biopolymere für eine saubere Spree“ auf der Basis von Chitosan als Absorbermaterial wurden von Dana Schwarz u.a. vom Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. Kooperation mit der Firma BioLog Heppe GmbH entwickelt. Damit können umweltfreundlich und effektiv Eisen- und Sulfationen, die nach der Stilllegung von Braunkohletegebauen in die Gewässer gelangt sind, entfernt werden. Die mit Eisen- und Sulfationen beladenen Chitosanflocken können im Verhüttungsprozess eingesetzt werden. Das Poster „Probenaufbereitung im Routinelabor - eine Herausforderung für Material, Geräte und Qualitätssicherung“ von Axel Ulbricht und Thomas Hoppe von Eurofins Umwelt Ost GmbH Freiberg gab einen beeindruckenden Einblick in die Arbeitsweise eines modernen analytischen Labors. Für die verschiedensten Materialien (silikatische Rohstoffe, Erze, Sekundärrestmaterialien, Baurestmaterial, Verbundmaterial, Kunststoffe, Metalle u.a.) und diverse analytische Aufgabenstellungen müssen geeignete Aufbereitungs- und Aufschlussmethoden angewandt werden, um korrekte Analysenergebnisse zu erhalten.

Firmenpräsentationen zeigten die Industrievertretung der Fa. Eirich (Ingenieurbüro Dill, Misch- und Verfahrenstechnik Jena), Neumann & Esser GmbH & Co. KG- Mahl- und Sichtsysteme Übach-Palenberg sowie Netzwerk CEM TOP Anlagen für die Baustoffindustrie Magdeburg.

Schlusswort und Vorankündigung der Jahrestagung 2018

Die Vorsitzende „Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg“ Frau Dipl. Ing. Silke Thümmler hob in ihrem Schlusswort hervor, dass es 2017 wieder gelungen ist, gemeinsam mit dem „Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie“ und der „TU Bergakademie Freiberg“ sowie den Mitarbeitern der UVR-FIA GmbH Freiberg eine inhaltlich und organisatorisch ausgezeichnete Tagung zu gestalten. Besonderer Dank wurde dabei Frau Heinrich von UVR-FIA GmbH ausgesprochen, die 2017 genauso wie in den vergangenen Jahren wesentliche Aktivitäten der Tagungsvorbereitung in ihren Händen hatte. Dank wurde auch den Tagungsleitern für die einzelnen Komplexe des Vortragsprogramms Prof. Reuter und Dr. Rudolph (HIF), Dr. Morgenroth (UVR-FIA), Dr. Mütze (MVT-AT), Prof. Lieberwirth (IAM) und Dr. Jäckel (IMB ­Recyclingmaschinen, TU BAF) ausgesprochen, die zu den Vorträgen interessante Diskussionen initiierten.

Die nächste Tagung „Aufbereitung und Recycling“ findet am 14. und 15. November 2018 an gleicher Stelle in Freiberg im Hörsaal am Sitz des HIF/HZDR (ehemaliges FIA-Gebäude) statt. Veranstalter sind wieder 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 2018 wird um die Zusendung von Kurzfassungen für Vortrage, Poster und 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.