Alles kommt vom Bergwerk her.“ Dieser Leitspruch ist eine alte Weisheit und zeugt nicht nur vom Stolz der Bergleute, sie beschreibt in ihrer Einfachheit etwas, was bei vielen Menschen nicht einmal mehr im Unterbewusstsein wahrgenommen wird: Rohstoffe sind die unverzichtbare Basis für alles, was uns heute so selbstverständlich ist. Die sichere Rohstoffversorgung ist eine wesentliche Voraussetzung für Wachstum und Wohlstand in unserer Gesellschaft. [[i]]
Viele Lagerstätten wirtschaftsstrategischer Elemente in Deutschland und Europa sind sogenannte Komplexerzlagerstätten. Komplexe Erze zeichnen sich dadurch aus, dass sie einen polymetallischen, mineralogisch komplexen Aufbau und ein feinkörniges Gefüge besitzen. Dies führt bei rein konventionellen Aufbereitungsverfahren im Allgemeinen zu hohem spezifischen Energieaufwand, extremem Verschleiß sowie einem zum Teil nicht ausreichenden Aufschluss der Erze und verhindert somit meist eine wirtschaftliche Aufbereitung und Nutzung dieser sicheren heimischen Ressourcen.
Forschungen auf dem Gebiet der Elektroimpulszerkleinerung (EIZ) werden seit Jahrzehnten sowohl im Labormaßstab [[ii], [iii]] als auch in großtechnischen Versuchsanlagen (z.B. [[iv], [v]]) durchgeführt. Diese zeigen, dass ein Aufschluss auch komplexer Wertstoffe möglich ist allerdings mit einem sehr hohen Energieaufwand.
Bei Untersuchungen wurde festgestellt, dass bei einer Beanspruchung mit geringen Energiemengen von 1…3 kWh/t Mikrorisse entstehen. Bei der anschließenden weiteren Aufbereitung werden dadurch Energieeinsparungen für den Gesamtprozess, abhängig vom jeweiligen Erz, bis 24 % ermöglicht [[vi], [vii], [viii]].
Die Elektroimpulsbeanspruchung beruht auf der Entladung zwischen zwei Elektroden (Erdungselektrode und Hochspannungselektrode) in Anwesenheit des zu bearbeitenden Materials und eines Dielektrikums (z.B. Wasser). Die Entladung findet vorzugsweise durch den Feststoff und nicht das Dielektrikum statt, wenn die Anstiegszeit für die Entladung kurz genug ist (i.d.R. kleiner als 120 ns), da dann die Durchschlagsfestigkeit des Feststoffes niedriger als die vom Dielektrikum ist.
Im Verbundprojekt ELIZE wurde die Anwendung des Elektroimpulsverfahrens für die großtechnische Nutzung untersucht. Insbesondere die wirtschaftliche Aufbereitung komplexer heimischer Erze mit dieser innovativen Technologie ist hinsichtlich der Rohstoffversorgung von besonderem Interesse. Das Elektroimpulsverfahren zeichnet sich durch eine energetisch günstige, verschleißarme und staubfreie Wirkungsweise aus.
Im Projekt wurde eine kontinuierliche arbeitende Pilotanlage entwickelt. In der Anlage wird das Material nicht zerkleinert, sondern das Gefüge entlang der Korngrenzen geschwächt. Diese Gefügeschwächung ermöglicht es, nachfolgende Aufbereitungsprozesse energetisch günstiger auszulegen sowie einen selektiven Aufschluss der Wertstoffkomponenten zu erzielen, was wiederum einen höheres Wertstoffausbringen zur Folge hat.
Die Zusammensetzung des Konsortiums bestehend aus der Technischen Universität Dresden (Institut für Mechatronischen Maschinenbau), Thomas Werner Industrielle Elektronik e.Kfm., Haver Engineering GmbH, G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH sowie der TU Bergakademie Freiberg (Institut für Aufbereitungsmaschinen) bildete die einzigartige Basis für die erfolgreiche Umsetzung dieser innovativen Technologie.
Die im Projekt entwickelte Pilotanlage ermöglicht die kontinuierliche Beanspruchung von primären und sekundären Rohstoffen, wie z.B. Erze und Schlacken mittels des Elektroimpulsverfahrens mit einem Durchsatz von ca. 500 kg/h. Die Pilotanlage ist funktionstüchtig und einsatzbereit Die Ergebnisse zeigen, dass alle im Projekt untersuchten Materialien durch das Elektroimpulsverfahren im Gefüge geschwächt werden konnten. Die Einbindung des Elektroimpulsverfahrens in geplante oder auch vorhandene Prozesse der Aufbereitung stellt somit eine Option dar, die Wirtschaftlichkeit zu ermöglichen oder zu erhöhen.
Vielversprechende Ergebnisse ergaben sich zum Beispiel für den Aufschluss von Greisenerz. Greisenerze enthalten einen hohen Anteil der stark abrasiven und sehr harten Minerale Quarz und Topas. Die Vorbehandlung mittels Elektroimpulsverfahren schwächt des Gefüge entlang der Korngrenzen von Quarz und/oder Topas. Dies führt nicht nur zu weniger Verschleiß bei der folgenden Zerkleinerung. Insbesondere wurde durch die Versuche im Rahmen des ELIZE-Projektes festgestellt, dass Wertstoffe wie Kassiterit, Wolframit und auch Zinnwaldit (Glimmer) bevorzugt freigelegt werden und es so zu einer Voranreicherung in bestimmten Fraktionen kommt.[1]
Die Vorteile der Elektroimpulsbeanspruchung liegen in dem selektiven Aufschluss der Wertstoffe, Energieeinsparung und geringerem Verschleiß.
Die Entwicklung der ELIZE-Pilotanlage ist der erste Schritt in Richtung kontinuierlicher Beanspruchung von Materialien mittels Elektroimpulsen. Das Ziel ist der Einsatz dieser Technologie in einer industriellen Anwendung.
Der Schlussbericht zum ELIZE-Projekt wurde an der TU Bergakademie Freiberg und in der Technischen Informationsbibliothek (TIB) veröffentlicht. Lesen Sie den kompleten Bericht hier: r4-wirtschaftsstrategische Rohstoffe : Elektroimpulszerkleinerung in groß-technischen Zerkleinerungsmaschinen zur Aufbereitung komplexer Erze (ELIZE) – Technische Informationsbibliothek (TIB)
HAVER ENGINEERING hat als Ingenieurbüro für Aufbereitungstechnik und Spezialist für die technische Umsetzung wissenschaftlicher Erkenntnisse die Pilotanlage maßgeblich konstruiert und mit den Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft in Betrieb genommen. Somit wurde ein bedeutender Schritt zur industriellen Umsetzung des ressourcenschonenden und somit nachhaltigen Aufbereitungsverfahrens geleistet. HAVER ENGINEERING ist seit 12 Jahren ein An-Institut der Technischen Universität BERGAKADEMIE Freiberg und arbeitet seit dieser Zeit intensiv und erfolgreich mit dem Institut für Aufbereitungsmaschinen zusammen. Natürlich sind bereits Entwicklungen der wissenschaftlich-technischen Symbiose im industriellen Einsatz – und dies mit wirtschaftlichem Erfolg.
Förderhinweis
Das Verbundprojekt wurde im Rahmen der BMBF-Maßnahme „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ gefördert
(Förderkennzeichen 033R161). Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.
[i] Anders E., Haubrich F., Lieberwirth H., Lienert A., Mezzetti M., Weyrauch S., Will F.; (2020): r4-wirtschaftsstrategische Rohstoffe: Elektroimpulszerkleinerung in großtechnischen Zerkleinerungsmaschinen zur Aufbereitung komplexer Erze (ELIZE), FKZ: 033R161, Schlussbericht
[ii] Ammann SelFrag-Lab Labor Fragmentierer: Selektive Fragmentierung von Materialien mittels Hochspannungs-Impulstechnik
[iii] Hoppe, P., Giese, H. (2005) Aufbau einer elektrodynamischen Fraktionieranlage(DE10346055B8)
[iv] Sokovnin S (2008) Moschchnaya Impuls’naya Tekhnika. Dissertation, Technika Uralski, Gosudartsvennyi Technichesky
[v] Usov AF (2011) Opyt rasrabotki sredst elektroimpulsnoi desintergrazii materialov. UKD 622.026.01
[vi] Inoue S, Araki J, Aoki T et al. Coarse Aggregate Recycling by Pulsed Discharge Inside of Concrete
[vii] Wang E, Shi F, Manlapig E (2012) Factors affecting electrical comminution performance. Minerals Engineering 34: 48–54. doi: 10.1016/j.mineng.2012.04.011
[viii] Wang E, Shi F, Manlapig E (2012) Mineral liberation by high voltage pulses and conventional comminution with same specific energy levels. Minerals Engineering 27-28: 28–36. doi: 10.1016/j.mineng.2011.12.005
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Florian Festge,
