Jahrestagung „Aufbereitung und Recycling“ mit Rekordbeteiligung – Teil 1

Die traditionelle Jahrestagung „Aufbereitung und Recycling“, die am 13. und 14. November 2013 in Freiberg stattfand, erreichte in diesem Jahr mit mehr als 180 Teilnehmern eine Rekordbeteiligung. Der in diesem Jahr erstmals gewählte Veranstaltungssaal „Alte Mensa“ der TU Bergakademie im Zentrum von Freiberg bot ausgezeichnete Bedingungen für eine anspruchsvolle Präsentation der 25 Vorträge sowie 30 Poster und Firmenpräsentationen. Veranstalter waren wie bereits im vergangenen Jahr die „Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e.V. Freiberg“ und das „Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie“, wobei die Tagungsvorbereitung durch Mitarbeiter der UVR-FIA GmbH Freiberg erfolgte. Schwerpunkte der Veranstaltung waren aktuelle Probleme der Aufbereitung von Rohstoffen, die Gewinnung wertvoller Inhaltsstoffe aus Recyclingmaterialien und die dafür erforderliche Verfahrenstechnik.

1 Aufbereitung von Primärrohstoffen

Im Eröffnungsbeitrag gab der Geschäftsführer der UVR-FIA GmbH Dr.-Ing. Henning Morgenroth zunächst einen Einblick in Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der Firma, wobei auch ganz aktuelle Informationen über die Inbetriebnahme der Flussspat-Schwerspat-Grube Niederschlag (Erzgebirge) und der in Aue neu installierten Aufbereitungsanlage, in der durch Flotation  die Wertprodukte Flussspat und Schwerspat gewonnen werden. Schwerpunkt des Fachvortrags war dann die „Aufbereitung von Lithiumglimmer-Greisen aus Zinnwald“, wo im Rahmen des durch das BMBF geförderten Vorhaben „Wachstumskern Potenzial – Verbundprojekt: Hybride Lithiumgewinnung“ (Förderkennzeichen: 03WKP18B) bei der UVR-FIA GmbH Untersuchungen zur Hochgradient-Magnetscheidung und Flotation von Lithiumkonzentraten aus der im Erzgebirge gelegenen Lagerstätte erfolgten. Durch eine zweistufige Magnetscheidung konnte ein  Li-Glimmerausbringen von max. 65 % erreicht werden, wobei der Li-Glimmergehalt max. 75 % betrug. Die Untersuchungen zur Flotation erfolgten sowohl im Labor- (1 bis 5 l-Rührwerkszelle) als auch im kleintechnischen Maßstab (100 l-Rührwerkszelle). Durch eine zweistufige Flotation mit Grund- und Reinigungsflotation konnte ein Li-Glimmerausbringen von ca. 90 % bei einem Li-Glimmergehalt von max. 85 % erreicht werden.

Über „Begleitende Modellrechnungen zur Mahlung und Flotation eines Flussspat-Schwerspat-Erzes“ aus der bereits erwähnten Grube Niederschlag berichtete Dr. Espig (Technologieberatung Freiberg) zusammen mit den Koautoren Dr.-Ing. Morgenroth und Dipl.-Ing. Plate (UVR-FIA GmbH Freiberg) und Dipl.-Ing. Ebert (EFS GmbH Oberwiesenthal). Mit einer Erzprobe der Lagerstätte wurden Versuche zur satzweisen Mahlung, zur Nasssiebung und zur Ermittlung der Flotationskinetik durchgeführt. Die gewonnenen Daten dienten der Auslegung des Nassmahlkreislaufs sowie der Auslegung der nachgeschalteten Flotation. Die Modellrechnungen für den Mahlkreislauf zeigten z.B., dass mit 125 µm Siebbelägen statt der ursprünglichen 150 µm Beläge der Anteil schlecht flotierbarer Partikel >150 µm auf ca. 5 % begrenzt werden kann. Modellrechnungen für zwei Flotationsschaltungen zur Abtrennung des Schwerspates und des Flussspates dienten der quantitativen Abschätzung der Massenströme und Gehalte bei möglichst hohem Wertmineralausbringen. Mit den erhaltenen Ergebnissen konnten dem Anbieter der Flotationstechnik detaillierte Vorgaben gemacht werden.

Mit „Grundlagenuntersuchungen zur selektiven Trennung sehr feiner Partikelsysteme mittels Flüssig-Flüssig-Flotation am System Magnetit-Quarz“ wurden von Dipl.-Ing. Leistner und Koautoren Rudolph (Helmholtz Institut Freiberg für Ressourcentechnologie, Abteilung für Aufbereitung), Müller und Prof. Peuker (TU Bergakademie Freiberg, Institut MVT-AT) neue Möglichkeiten zur Vergrößerung des effizienten Anwendungsbereiches von Sortierprozessen in den Bereich feinster Partikelsysteme (0,1 bis 10 µm) gesehen. Bei diesem Heterokoagulationsprozess (ähnlich der Flotation) werden anstelle von Luftblasen feine Tröpfchen einer mit Wasser nicht-mischbaren unpolaren Flüssigkeit zum selektiven Austrag von Feststoffpartikeln eingesetzt. Als unpolare Flüssigkeit wird Isooktan eingesetzt. Die selektive Anreicherung der Feststoffpartikel an der Isooktan/Wasser-Grenzfläche bzw. der Transfer in die Isooktan-Phase wird in Abhängigkeit von ausgewählten Prozessparametern, wie dem pH-Wert der wässrigen Suspension sowie der Zugabe von grenzflächenaktiven Substanzen, untersucht und quantitativ dargestellt.

Entwickelt man Rezepturen für die Pelletierung von Erzen, Industriemineralen oder sekundären Rohstoffen interessiert neben der Optimierung der Festigkeitseigenschaften der grünen und getrockneten Pellets oftmals das Verhalten der Agglomerate während eines abschließenden thermischen Härtungsprozesses. Über die „Entwicklung eines Versuchsstandes für Trocknungs- und Brennversuche an Eisenerzpellets“ berichteten Dipl.-Ing. Michael Lanthaler und Dr. Böhm (Montanuniversität Leoben, Österreich). Dabei spielen die Art und Menge eines Bindemittels, der Einfluss von Energieträgern (Koks) im Pellet oder Fragen von Phasenumwandlungen in Abhängigkeit vom Zeitverlauf der Temperatur eine große Rolle. Da Trockenschränke und Muffelöfen ungeeignet sind, wurde eine Apparatur mit einer von Heißgas durchströmten Pelletschüttung für Probenmasse auf etwa 3 kg pro Versuch entwickelt. Zielvorgaben waren, neben industriellen Heizraten bei gleichzeitig hohen Abgasvolumenströmen und definierter Abgaszusammensetzung, eine gute Reproduzierbarkeit der Versuchszustände bzw. der Versuchsergebnisse.

Eine „Selektive Zerkleinerung zur Vorkonzentration in der Erzaufbereitung“ wird von Dipl.-Ing. Hesse und Prof. Lieberwirth (TU BA Freiberg – Institut  für Aufbereitungsmaschinen) als eine Möglichkeit untersucht, um denjenigen Teil des bereits aufbereiteten Erzes abzutrennen, dessen weitere Aufbereitung nicht wirtschaftlich wäre. Dabei soll das unterschiedliche Zerkleinerungsverhalten der verschiedenen Bestandteile eines Erzes genutzt werden, um diese in unterschiedlichen Kornfraktionen im Zerkleinerungsprodukt anzureichern. Für die selektive Zerkleinerung entlang der Korngrenzen wird die elektrodynamische Zertrümmerung als aussichtsreiches Verfahren angesehen. In der trockenen Mineralfaseraufbereitung wird bei Prallbeanspruchung der Unterschied zwischen dem zu zerfasernden Wertstoff und den kubisch brechenden Bergemineralen besonders effizient ausgenutzt.

Ebenfalls aus den Arbeiten des Instituts für Aufbereitungsmaschinen der TU Bergakademie Freiberg berichtete Dipl.-Ing. Reichert über „Erfahrungen in der Erzzerkleinerung mit einer Loesche Mühle“. Im Vortrag werden Ergebnisse von Zerkleinerungsversuchen mit einer speziell für die Vermahlung von Erzen konstruierten Wälzmühle vorgestellt. Die Untersuchungen sind Teil einer Kooperation mit der Loesche GmbH. Mit Wälzmühlen können große Durchsätze erreicht werden, und sie besitzen betriebstechnische Vorteile. Es wird auf die Optimierung der Mühle hinsichtlich wichtiger Zielgrößen wie spezifischem Arbeitsbedarf und Aufschlussgrad für mehrere Erze eingegangen.

Im Bereich der Mineralien- und Erzsortierung hat die Anwendung von sensorgestützten Sortiersystemen in den letzten Jahren stark zugenommen. Zur Erkennung der unterschiedlichen Mineralien und Erze können verschiedenste Techniken verwendet werden, wie z.B. Nahinfrarotspektroskopie, verschiedenste Kamerasysteme, Röntgentransmission und Röntgenfluoreszenz. Über die relativ neuartige „Mineraliensortierung mit REDWAVE-XRF (Röntgenfluoreszenzanalyse)“ bei der auch eine qualitativen und semi-quantitative Analyse des zu sortierenden Materials durchgeführt wird, informierte Ing. Berghofer (BT-Wolfgang Binder GmbH, Gleisdorf/Österreich). Das Verfahren kann z.B. für die Sortierung von Eisenerz, die Abtrennung von unerwünschten Begleitverbindungen in Erzen, zur Sortierung von Manganerz, aber auch sehr vielseitig in verschiedensten Bereichen und für verschiedenste Materialien (Glas, Metalle, Kunststoffe, Erze etc.) eingesetzt werden.

Die Ergebnisse der in einem mehrjährigen Forschungskooperations-Projekt über „Sensorgestützte Sortierung von Industriemineralien im UV/VIS/NIR-Wellenlängenbereich“ wurden von Dipl.-Ing. Huber (Binder+Co AG, Gleisdorf/Österreich) und Weingrill (Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredlung, Montanuniversität Leoben, Österreich) vorgestellt. Die mineralspezifischen Absorptionseigenschaften im NIR-Bereich und die UV-induzierte Fluoreszenz ermöglichen offenbar einen breiteren Einsatzbereich der Sortiertechnik. Als konkretes Beispiel wurde die Sortierung von Talk und Magnesit angeführt, wo eine deutliche Steigerung der Prozesseffizienz erreicht wurde.

Einen Überblick über „Mikrobiologische Verfahren in der Hydrometallurgie“ gaben Frau Dr. Kutschke, Dr. Raff, Frau Dr. Pollmann (Helmholtz Institut Freiberg für Ressourcentechnologie). Dabei wurde insbesondere auf das im industriellen Maßstab in Chile eingesetzt Bio­leaching der sulfidischen Erze durch Acidithiobacillus sp. hingewiesen. Für Sink- Schwimmtrennungen und Fällungen können ebenfalls biologische Komponenten z.B. Phagen verwendet werden, die spezifisch mit Metallionen reagieren oder durch Variationen der Phagenoberfläche hydrophobiert an die Anforderungen der Flotation angepasst werden können.

2 Trends in der mechanischen Verfahrenstechnik

Im Rahmen dieses Beitrages „Schwingsetzmaschinen – wichtige Komponenten in Nassaufbereitungsanlagen für Rohstoffe, Aushub- und Recyclingmaterial“ wurde von Dr.-Ing. Coppers und  Ing. Spiegelberg (Siebtechnik Mülheim) ausgehend von kurzen theoretischen Betrachtungen zum Setzprozess, Einsatzbeispiele für Setzmaschinen vorgestellt und über die von der Firma Siebtechnik gefertigten Aufbereitungsmaschinen informiert.

Mit dem Beitrag „Neue Entwicklungen in der Hydrozyklontechnik Funktionsprinzip 3-Wege versus 4-Wege“ stellte Dipl.-Ing. Bräumer (Firma mbb, Bendorf) originelle Lösungen auf dem Gebiet der Hydrozyklontechnik vor. Der Einlauf in den Hydrozyklon erfolgt tangential unter Druck. Durch die dadurch entstehenden hohen Zentrifugalkräfte werden die Partikel gröber als der Trennschnitt in den Primärwirbel gedrückt und wandern an der Innenwand entlang abwärts zur Unterlaufdüse. Diese ist beim Dreiwege-Hydrozyklon zentral in der Mitte angeordnet, während sie beim Vierwege-Hydrozyklon aus einem Tangentialauslass besteht und in der Zentralachse sich ein Gegenstromeinlauf befindet. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Trennschärfe des Hydrozyklons zu verbessern und insbesondere den Unterkornanteil der im Unterlauf ausgetragenen Grobfraktion zu verringern. Ein weiterer Vorteil des Vierwege-Hydrozyklons besteht darin, dass bei mehrkreisigen Anlagen die Möglichkeit besteht, eine Pumpenstufe einzusparen.

„Einsatzbeispiele von Siebmaschinen für die Klassierung in der Schüttgut- und Recyclingindustrie“ wurden von Dipl.-Ing. Landsmann (Rhewum GmbH Remscheid) vorgestellt. Im Beitrag wurde über erfolgreiche Lösungen und Anwendungsbeispiele für verschiedene Siebaufgabenstellungen aus unterschiedlichen Bereichen der Schüttgut- und Recyclingindustrie, z.B. die Siebung von Holzmehl zur Herstellung von Fußbodenbelägen, Anodenkoks, Schleifmittel, hochreines KCl für die Lebensmittelindustrie oder Katzenstreu berichtet.

„Neue Entwicklungen auf dem Gebiet von Siebbelägen für die Nass- und Trockensiebung im Feinbereich“ mit dem Schwerpunkt Polyurethan-Siebbeläge der Fa. Derrick wurden von Dipl.-Ing. Bruder (Hirschau) vorgestellt. Bei Anwendung der Siebbeläge für die Nasssiebung bis 45 µm und für die Trockensiebung bis 104 µm können völlig neue Perspektiven in der Aufbereitung von Erzen und Mineralien erschlossen werden.

Ergebnisse der Grundlagenforschung über „Das elastisch-plastische Deformationsverhalten von Gutbetten“ waren der Inhalt des Vortrags von Dr.-Ing. Mütze (TU Bergakademie Freiberg, Institut MVT-AT). An Beispielen des Verdichtungsverhaltens polydisperser und eng klassierter Kalkstein-, Siliziumkarbid-, Glaskugel- und Quarzfraktionen sowie bimodaler Mischfraktionen werden insbesondere die elastische Rückdehnung sowie auf diese wirkende Einflussfaktoren näher untersucht und daraus eine mo­dellhafte Beschreibung der rein plastischen Verformung von Gutbetten abgeleitet. Der Größenbereich umfasst feinkörnige Gutbetten zwischen 1 μm und 1000 μm, die Breite der Größenverteilungen (x₉₀/x₁₀) einen Bereich von 1 bis 1000, die Beanspruchungsgeschwindigkeit 0,05 bis 30 cm/s. Es zeigte sich, dass im elastischen Spannungsfeld eines Gutbetts bis zu 15 % (in Extremfällen bis 35 %) der eingetragenen Energie gespeichert werden.

Mit der „Bewertung der Fließeigenschaften von Schüttgütern am Beispiel zerkleinerter Getreideprodukte“ beschäftigten sich Prof. Fürll und Dr. Hoffmann (Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim). Dabei wurden die für mineralische Produkte bewährten Kennzahlen nach Jenike für die Anwendung auf zerkleinerte Getreideprodukte überprüft und insbesondere der Einfluss der Gutdichte und des Zusammenhangs zwischen der Fließfähigkeit und der Geometrie der Entnahmeöffnung betrachtet. Aus den Ergebnissen kann die Schlussfolgerung getroffen werden, dass die Empfehlung von Jenike, die minimal notwendige Öffnungsgeometrie als Maß der Fließfähigkeit zu verwenden, für wissenschaftliche und praktische Betrachtungen relevant ist.