Selektive Zerkleinerung Eine alte und neue Methode zur ...tu-freiberg.de/sites/default/files/media/institut-fuer... · (Taggart: Handbook of mineral dressing; Wiley, 1956) •Deutliche

TU Bergakademie Freiberg | Institut für Aufbereitungsmaschinen | Lampadiusstraße 4 | www.tu-freiberg.de/fakultät4/iam/ Vortragender: Max Hesse | Tel.: 03731 / 39-3135 | Email: [email protected]

1

16/20 mm, 51,5 m/s

05

101520

25303540

16‐20

12,5‐16

10‐12,5

8‐104‐8

2‐4

1‐2

0,5‐1

<0,5

Fraktion [mm]

Massean

teil [%

]

Gestein Baryt Fluorit

Selektive Zerkleinerung–

Eine alte und neue Methode zur Verringerungder Aufbereitungskosten

Dipl.-Ing. Max Hesse Prof. Holger Lieberwirth


2

Basalt Quarzkies Topas-Quarz-Brekzie

Selektive Zerkleinerung in der Natur

SelektiveZerkleinerung

Einzelpartikel-Untersuchung

Untersuchung imtechnischen Maßstab

Einleitung Zusammen-fassung


3

● Steigerung der Effizienz von Aufbereitungsanlagen● Reduzierung Ressourcenverbrauch (Wasser, Energie, Fläche)● Rohstoffrückgewinnung aus Bergbauhalden

Aufbereitung mittels selektiver Zerkleinerung● Trocken● Anwendbar für grobe und feine Partikel● Abhängig vom Zerkleinerungsverhalten

● Was ist selektive Zerkleinerung?● Welche Erze können mittels selektiver Zerkleinerung aufbereitet werden?● Wie müssen Zerkleinerungsmaschinen dafür gebaut/optimiert werden?

Ausgangssituation






4

1930 Hoffmann, E.Glückauf

„Trennung der Bestandteile durch vereinigte Zerkleinerung und Siebung“

Unterschiede im Zerkleinerungs-verhalten gemeinsamzerkleinerter, verschiedener Steinkohlensorten(Quelle: Hoffmann, 1930)






5

1958 Schranz, H.- Selektive Zerkleinerung als Systemeigenschaft- Unterscheidung „Selektive Zerkleinerung“ - „Selektive Zerlegung“

Gold-Silber-ErzPochwerk

Blei-ErzPrallbrecher

Blei-Zink-ErzBacken-, Kegelbrecher

Selektive Zerkleinerung verschiedener Erze bei unterschiedlicher Beanspruchung (Quelle: Schranz; 1958)






6

Selektive mechanische Zerkleinerung in der Aufbereitung- Eigenschaft eines Zerkleinerungssystems

- Selektivität durch eine bevorzugte Rissausbreitung- Unterschiede im Zerkleinerungsverhalten verschiedener Bestandteile

+ = SelektiveZerkleinerung ?






7

Selektive mechanische Zerkleinerung in der Aufbereitung- Eigenschaft eines Zerkleinerungssystems

• Partikel / -kollektiv vor/nach der Zerkleinerung• Zerkleinerungsaggregat

Materialeigenschaften für selektive Zerkleinerung

Zerkleinerungsmaschine für selektive Zerkleinerung

geeignet ungeeignet

geeignet Selektive Zerkleinerung Zerkleinerung

ungeeignet Zerkleinerung Zerkleinerung






8

Selektive mechanische Zerkleinerung in der Aufbereitung- Eigenschaft eines Zerkleinerungssystems- Selektivität durch eine bevorzugte Rissausbreitung

• entlang Korn/Phasengrenzen

• innerhalb Körner/Phasen

(selektive Zerlegung/interfacial breakage)

(preferential breakage/selektive Zerkleinerung i.e.S.)






9

Selektive mechanische Zerkleinerung in der Aufbereitung- Eigenschaft eines Zerkleinerungssystems- Selektivität durch eine bevorzugte Rissausbreitung- Unterschiede im Zerkleinerungsverhalten verschiedener Bestandteile





Einflussgrößen ZerkleinerungsmaschineDifferenzierende Zerkleinerung durch- Konstruktiven Eigenschaften- Betrieblichen Eigenschaften- ...

Stoffliche EinflussgrößenUnterschied in- Bruchmechanischen Eigenschaften- Physikalischen Eigenschaften- ...


Stoffliche ZielgrößenUnterschied in- Granulometrischen Eigenschaften- Petrographischen Eigenschaften- ...






11

Maschineneinflussgrößen der selektiven Zerkleinerung

Maschineneinflussgrößen (Auswahl) Beispiel

... 0,1 bis 300 ... mm

... 1 bis 200 ... m/s1 bis einige 100

Druck, Schlag, Prall, Scherung,...

Beanspruchungshäufigkeit

Spaltweite

Beanspruchungsgeschwindigkeit

Beanspruchungsart

Optimierung der Maschinenentwicklung

Selektive Zerkleinerung(Maximierung)

- Durchsatz- Verschleiß- Energiebedarf- Wartung- ...





Reduzierung der Endpartikelgröße einer Feinzerkleinerung von 240 μm auf 80 μm

• Erz von Nebengestein

• Erzvarietäten

• Erz- von Bergemineral

Zielgrößen der selektiven Zerkleinerung

Was soll getrennt werden?





Untersuchungenam Institut für Aufbereitungsmaschinen

zur Selektiven Zerkleinerung

Erze • Kupfer• Blei/Zink• Eisen• Molybdän• Chrom

Baustoffe • Kies• Festgestein

Industrieminerale • Fluorit/Baryt• Phosphat






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050

100150200250

σ D [M

Pa]

Fluorit NebengesteinBaryt

Versuchsplan

• Partikelgröße: PG1<PG2<PG3• Prallgeschwindigkeit v1 < v2 < v3

Versuchsdurchführung

• 500 Einzelpartikel• Prallbeanspruchung gegen

senkrechte Prallwand

Analyse Zerkleinerungsprodukt

• Klassierung• Wertstoffgehaltanalyse

Druckfestigkeitsmessung

38±57

170±27

Punkt-Last-Test mit unregelmäßigen ProbenKorrelationsfaktor 25

NebengesteinBarytFluorit

30±69






15

16/20 mm, 15 m/s

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

16‐2

0

12,5‐

16

10‐1

2,5

8,0‐1

0

6,3‐8

,0

4,0‐6

,3

2,8‐4

,0

2,0‐2

,8

1,6‐2

,0

1,0‐1

,6

0,8‐1

,0

0,5‐0

,8

0,315

‐0,5

0,2‐0

,315

0,125

‐0,2

0‐0,1

25

Fraktion [mm]

Masseanteil [%]

Gestein Baryt Fluorit 16/20 mm, 35 m/s

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

16‐2

0

12,5‐

16

10‐1

2,5

8,0‐1

0

6,3‐8

,0

4,0‐6

,3

2,8‐4

,0

2,0‐2

,8

1,6‐2

,0

1,0‐1

,6

0,8‐1

,0

0,5‐0

,8

0,315

‐0,5

0,2‐0

,315

0,125

‐0,2

0‐0,1

25

Fraktion [mm]

Masseanteil [%]


16/20 mm, 55 m/s

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

16‐2

0

12,5‐

16

10‐1

2,5

8,0‐1

0

6,3‐8

,0

4,0‐6

,3

2,8‐4

,0

2,0‐2

,8

1,6‐2

,0

1,0‐1

,6

0,8‐1

,0

0,5‐0

,8

0,315

‐0,5

0,2‐0

,315

0,125

‐0,2

0‐0,1

25

Fraktion [mm]

Masseanteil [%]


Fraktion 16/20 mm

Fluorit Baryt Gestein

Qualitative Einschätzung derSelektiven Zerkleinerung

Anreicherung des Gesteins in den GrobfraktionenAnreicherung von Fluorit und Baryt in den Feinfraktionen

15 m/s 35 m/s

55 m/s






16

16/20 mm, 51,5 m/s

05

101520

25303540

16‐20

12,5‐16

10‐12,5

8‐104‐8

2‐4

1‐2

0,5‐1

<0,5

Fraktion [mm]

Masseanteil [%]


Quantitative Bewertung der selektiven Zerkleinerung

RWS Wertstoffausbringen im KonzentratRB Bergeausbringen im Konzentrat

ca Wertstoffgehalt im Roherzck Wertstoffgehalt im Konzentratcb Wertstoffgehalt in den Bergen

Konzentrat (c k) Berge

(c b)

Roherz (ca)

( ) ( )( ) ( )k a a b

Erza a k b

c c c cc 1 c c c

− ⋅ −η =

⋅ − ⋅ −

Erz WS BR Rη = −

• Erztrennungsgrad ηErz

a k b tc ,c ,c f (d )=

dt






17

d=10‐12,5mm

0

10

20

30

40

50

60

70

0,1 1 10Trennschnitt [mm]

Erzanreicherun

gsgrad

[%]

v=15m/s v=35m/s v=55m/s d=16/20mm

0

10

20

30

40

50

60

70

0,1 1 10 100Trennschnitt [mm]

Erzanreicherungsgrad [%

]

v=15m/s v=35m/s v=55m/s

d=25/31,5mm

0

10

20

30

40

50

60

70

0,1 1 10 100Trennschnitt [mm]

Erzanreicherungsgrad [%

]

v=15m/s v=35m/s v=55m/s

Sehr gute Werte für ηErzTendenziell gleiche Kurvenverläufe bei allen drei FraktionenSelbstähnlichkeitKleinste Fraktion bestes Ergebnis,größte Fraktion schlechtestes Ergebnis

10/12,5 16/20

25/31,5






0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 20 40 60 80Roherzgehalt [M% Fluorit]

Erza

nrei

cher

ungs

güte

grad

μ [%

]

Flotation Selektive Zerkleinerung, Apneumatische Herde Selektive Zerkleinerung, BSetzmaschine Selektive Zerkleinerung, C

Selektive Zerkleinerung, D

• Vergleich mit anderen (Vor-)Konzentrationsanlagen(Taggart: Handbook of mineral dressing;Wiley, 1956)

• Deutliche Abhängigkeit von

- Erzmodus, -gefüge- Konstruktive Parameter- Betriebliche Parameter

Selektive Zerkleinerung istin der Praxis anwendbar

Zerkleinerungsmaschinemuss für selektive Zerklei-nerung ausgelegt werden







19

0

1

2

3

4

32 / 4022 / 3220 / 2216 / 2013 / 1610 / 138 / 106,3 / 85 / 6,34 / 53 / 4fraction [mm]

fluor

ite c

onte

nt [m

ass-

%]

Fluoritgehalt in den Fraktionen im Roherz Fluoritgehalt in den Fraktionen des selektiv zerkleinerten Produktes

Selektive Zerkleinerung im technischen Maßstab

• Prallbrecher• Fluoritarmerz Haldenmaterial

Forschung: Verbesserung des selektivenZerkleinerungsverhalten der Maschine

0

1

2

3

4

5

6

32 / 4022 / 3220 / 2216 / 2013 / 1610 / 138 / 106,3 / 85 / 6,34 / 53 / 4fraction [mm]

fluor

ite c

onte

nt [m

ass-

%]






20

• Erz von Nebengestein• Erzvarietäten• Erz- von Bergemineral

• Selektive Zerkleinerung• Selektive Zerlegung

1 Was soll getrennt werden?

3 Wie soll getrennt werden?

2 Welche Stoffeigenschaftensind wichtig ?

• Gefügeeigenschaften• Zerkleinerungsverhalten

der Gefügebestandteile

4 Welches Zerkleinerungs-aggregat ist geeignet?

• Zerkleinerungsprinzip• Betriebsparameter






21

Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit

10/12,5 mm, 55 m/s

0

5

10

15

20

25

10,0‐12,5

8,0‐10

6,3‐8,0

4,0‐6,3

2,8‐4,0

2,0‐2,8

1,6‐2,0

1,0‐1,6

0,8‐1,0

0,5‐0,8

0,31

5‐0,5

0,2‐0,31

5

0,12

5‐0,2

0‐0,12

5

Fraktion [mm]

Mas

sean

teil [%

]


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