Bahnbrechende Methoden zur optimalen Rückgewinnung von Feinpartikeln aus Erzen
Die Aufbereitung feinkörniger Materialien stellt eine große Herausforderung im Bergbau dar. Die Erze müssen zunächst bis in den Mikrometerbereich zerkleinert und gemahlen werden. Bei diesem Verfahren werden ihre Oberfläche vergrößert und die Mineralpartikel von Gangart befreit. In diesem frühen Stadium hilft die Schaumflotation bei der Abtrennung von Partikeln auf der Grundlage der Fähigkeit von Mineralien und Metallen, die durch Flotationsreagenzien hydrophobiert wurden, an den Oberflächen von Luftblasen in einem wässrigen Schlamm zu haften. Diese Blasen-Partikel-Aggregate werden an die Oberfläche der Pulpe (Schlamm) getragen, wo sie in den Schaum gelangen, der dann beseitigt wird. Das restliche Erzmaterial, das nicht an die Oberfläche gelangt, bildet die Flotationsberge.
Die Herausforderung der Rückgewinnung von (ultra)feinen Partikeln
Obwohl die Schaumflotation Partikel mit einer Größe zwischen 20 μm und 200 μm effizient behandeln kann, ist sie bei der Behandlung kleinerer Partikel noch nicht sonderlich weit fortgeschritten. Feine und ultrafeine Partikel können nur schwer aufschwimmen, da sie eine geringe Kollisions- und Bindungseffizienz mit Luftblasen aufweisen, was zum Verlust wertvoller Mineralien führt. Außerdem benötigen diese kleineren Partikel aufgrund ihrer relativ großen Oberfläche mehr Reagenzien für ihre Verarbeitung. Das EU-finanzierte Projekt FineFuture arbeitet an einfallsreichen Lösungen für die Rückgewinnung von Feinstoffen mit hoher Qualität und mit hohen Raten, sodass wertvolle ultrafeine Materialien nicht mehr entsorgt werden. „Die Fähigkeit, Partikel mit einer Größe von weniger als 20 μm zurückzugewinnen, ist sehr wichtig, da derzeit keine Technologie angeboten wird, mit der sie effizient und ohne großen Energie- und Wasseraufwand abgeschieden werden können. Unsere fortschrittlichen energieeffizienten Lösungen versprechen eine erhebliche Verringerung der Ressourcenverluste und fördern somit die Wettbewerbsfähigkeit der EU-Bergbauindustrie“, so Projektkoordinatorin Kerstin Eckert.
Ökologisch handeln und über Wasser bleiben
FineFuture zielt darauf ab, das grundlegende Verständnis der Flotation von Feinpartikeln zu verbessern. Die bahnbrechenden technischen Lösungen sollen einen nachhaltigen Weg für die Aufwertung von Ressourcen durch die Wiederaufbereitung von Abraumhalden bieten und könnten ebenfalls dazu beitragen, neue wichtige Rohstoffe aus natürlichen Vorkommen und Bergbauabfällen zu erschließen. Die Forschenden befinden sich auf dem besten Weg, Methoden darzubieten, die im Vergleich zum Stand der Technik überlegene Leistung, 20 % Energieeinsparung und 30 % Wassereinsparung aufweisen.
Erzeugung elektrostatischer Anziehung und kleinerer Blasen
„Ein Hauptaugenmerk lag auf der effektiven Steuerung der Oberflächenwechselwirkungen zwischen Blasen und feinen Partikeln, um deren Anhaftungswahrscheinlichkeit selektiv zu erhöhen“, erklärt Eckert. Bis hierhin erproben die Forschenden Methoden, um die Wechselwirkungen zwischen Sammelreagenzien, Depressionsmitteln und Mineralien zu beschreiben. Das FineFuture-Team berichtet außerdem über Methoden zur Verbesserung der Selektivität der Flotation von Karbonatmineralien. Die Verwendung von nichtionischen Additiven führte zu einer deutlichen Verringerung des Sammlerverbrauchs. Im Projekt wurde ein neuer Sammler erstellt, der eine elektrostatische Anziehung zwischen Blasen und Partikeln auf Siliziumdioxidbasis bewirkt. Eine wirksame Strategie zur Überwindung der Probleme der Feinpartikelflotation ist die Verringerung der Blasengröße und die Verwendung spezieller Flotationszellen, die als Reaktor-Separator-Zellen bezeichnet werden und die Wechselwirkungen zwischen Partikeln und Blasen verstärken. In diesem Bereich haben die Forschenden Fortschritte erzielt. Sie berichteten konkret über verschiedene Technologien zur Erzeugung von Mikrobläschen, darunter die Verwendung eines Luft-in-Wasser-Mikrodispersionsgenerators. Die mit diesem Generator durchgeführten Flotationsversuche zeigten, dass die Zugabe von Mikroblasen die Rückgewinnung von Quarzpartikeln fördert.
Auf dem Weg zu einem neuen Bergbauparadigma
„FineFuture wendet einen disziplinenübergreifenden und einzigartigen Forschungsansatz an, der Kolloid- und Grenzflächenforschung, Strömungsdynamik, Physik, Mineralienaufbereitung, Verfahrenstechnik, Elektrotechnik, Informatik und fortgeschrittene Mathematik miteinander verbindet“, so Eckert. „Unsere bahnbrechenden Konzepte und Technologien werden das derzeitige Bergbauparadigma dahingehend verändern, dass natürliche Mineralvorkommen, die aus winzigen Körnern bestehen, auf wirtschaftliche und umweltfreundliche Weise abgebaut werden.“
Schlüsselbegriffe
FineFuture, Bergbau, Feinpartikel, Erz, Luftblasen, Schaumflotation, Feinpartikelflotation, Mikrobläschen, Mineralien