Entwässerung von Tailings mit Flottweg Dekanter
Der Bergbau ist ein Teil der sogenannten Montan-Industrie. Man bezeichnet damit das Aufsuchen, Erschließen und Gewinnen von Bodenschätzen aus der oberen Erdkruste unter Nutzung technischer Hilfsmittel. Bei der Aufbereitung von Erzen kommt es im Bergbau zu feinkörnigen Rückständen in der Form von Schlämmen, sogenannten Tailings. Diese Tailings werden in vielen Fällen noch in riesigen Becken oder Schlammteichen abgelagert, wo sie eine große Belastung für die Umwelt darstellen und das verbrauchte Prozesswasser ungenutzt binden. Mit modernen Trenntechnik-Lösungen besteht jedoch die Möglichkeit, diese Schlämme aufzubereiten, das Prozesswasser zurückzugewinnen, dadurch massiv Platz und Kosten einzusparen und die Umwelt zu entlasten.
Was sind Tailings?
Um an Wertminerale zu gelangen, bewegen Bergbaufirmen große Mengen an Gestein. Es muss zunächst gemahlen und anschließend meist unter Zugabe chemischer Lösungen und großer Mengen an Wasser behandelt werden. Je niedriger die Konzentration der Wertstoffe, desto größer ist der Anteil des anfallenden Abraumschlamms. Diese sogenannten Tailings, die teils noch mit Chemikalien belastet sind, werden in große Schlammbecken gepumpt. Die Becken sind gewöhnlich durch Erdwälle gesichert. Während des Minenbetriebs müssen sie so stabil sein, dass sie dem Druck des gelagerten Abraums standhalten. Das ist leider nicht immer der Fall. So brach im Jahr 2000 der Damm von Baia Mara in Rumänien und am 5. November 2015 der Damm von Bento Rodrigues in Brasilien, bei dem 16 Menschen ihr Leben verloren.
Diese Aufbewahrungsmöglichkeit ist bisher noch weit verbreitet, enthält aber ungeheure Risiken für die Umwelt und bindet das genutzte Prozesswasser. Dazu kommen enorme Kosten für die Überwachung der Dammstabilität und die Untersuchungen der Grundwasserbelastungen.
Trockenlagerung von Tailings auf dem Vormarsch
Eine Alternative zu dieser Lagerung ist die sogenannte Trockenlagerung. Bei der Trockenlagerung wird der getrocknete Abraumschlamm auf der Erdoberfläche eingelagert. Diese Entsorgungsmethode erinnert besonders an moderne und versiegelte Bodenaufschüttungen. Diese Methode benötigt deutlich weniger Platz, ist bedeutend sicherer und bringt das genutzte Prozesswasser wieder direkt zurück in den Kreislauf. Besonders an schwer erreichbaren oder beengten Orten mit einem hohen Erdbebenrisiko wird diese Methode klar bevorzugt. Zudem stehen viele Betreiber vor der Herausforderung, dass in den Abbauregionen nur teilweise die benötigten Mengen an Frischwasser zur Verfügung stehen, was massive Auswirkungen auf die Kosten des Betriebs hat.
Aufgrund von wirtschaftlichen Berechnungen und dem Druck vieler Regierungen setzt sich die Trockenlagerung immer mehr durch. Um diese Trocknung zu erreichen, gibt es verschiedene Verfahren: Neben der Kammerfilterpresse und der Bandpresse gewinnt die Zentrifuge in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung.
Maschinen im Vergleich
Eine Möglichkeit Tailings zu trocknen, ist die Bandpresse. Mit polymeren Flockungsmitteln behandelter und niedrig konzentrierter Schlamm wird in den Produktaufnahmebehälter gepumpt und gleichmäßig auf dem engporigen Band verteilt. Der Schlamm auf dem Band wird von unten einem Vakuum ausgesetzt, um die Flüssigkeit aus dem Schlamm zu entfernen.
Eine weitere Möglichkeit der Entwässerung des Abraumschlamms ist die Kammerfilterpresse. Filterpressen sind diskontinuierlich arbeitende Druckfilter zur Fest-Flüssig-Trennung von Suspensionen. Filterpressen als Apparate zur Kuchenfiltration besitzen ein durch Filterplatten gebildetes Filterpaket in einem Gestell, das zwischen einem festen Deckel und einem beweglichen Deckel angeordnet ist. Zwischen den einzelnen Filterplatten befinden sich Filtermittel (Gewebe oder Membrane). Der feste Deckel ist über Verbindungs- und Zugholme mit der Brücke verbunden. Über eine hydraulische Anpressvorrichtung, die in der Brücke integriert ist und auf den beweglichen Deckel wirkt, wird das Filterpaket angepresst.
Die Anpressdrücke liegen zwischen 250 und 600 bar. Durch diese hohen Drücke wird die Dichtigkeit des Filterpakets gewährleistet. Die Flüssigkeit passiert das Filtermittel und verlässt die Presse über Ablaufkanäle. Die festen Teile der Suspension bleiben am Filtermittel zurück und bilden den Filterkuchen. Nach Beendigung des Filtrationszyklus wird die Presse geöffnet und der Kuchen entnommen. Soweit die Presse dies nicht automatisch erledigt (selbstreinigende Kammerfilterpresse), wird der Druck dazu langsam abgelassen, die Filterpresse geöffnet und der Kuchen von den Filtertüchern manuell entfernt. Die Filtertücher müssen regelmäßig mit einer Waschflüssigkeit gereinigt werden, da sie mit der Zeit verstopfen.
Aber auch kontinuierliche Systeme, wie beispielsweise der Dekanter, ermöglichen eine Trocknung des Abraumschlamms. Bei der Dekanterzentrifuge werden eine flüssige und eine feste Phase durch Zentrifugalbeschleunigung voneinander getrennt. Die Feststoffteilchen sammeln sich hierbei aufgrund der höheren Dichte an der Trommelwand und werden mit Hilfe einer Förderschnecke zu den Austragsöffnungen transportiert. Gleichzeitig fließt die geklärte Flüssigkeit an der Schnecke entlang in die Flüssigkeitsaustragszone.
Der Dekanter ist ein vollautomatisiertes und geschlossenes System. Es können große Produktmengen mit hoher Trennschärfe verarbeitet werden. Spezieller Verschleißschutz garantiert, beispielsweise bei Dekantern der Firma Flottweg, niedrige Wartungskosten und geringe Ausfallzeiten.
Platz- und Gewichtsbedarf
Minen- oder Bergbauarbeiten liegen häufig an entlegenen und schwer zu erreichenden Orten. Platzeinsparungen sind daher gern gesehen. Die folgende Grafik veranschaulicht mit einem Größenvergleich, bei einer hydraulischen Kapazität von 100 m³/h und einer Feststofffracht von 20 000 kg, die unterschiedlichen Entwässerungssysteme.
Aber auch die Gewichte der einzelnen Aggregate spielen eine entscheidende Rolle bei der Kaufentscheidung:
Kammerfilterpresse: 120 t
Bandpresse: 65 t
Zentrifuge: 16 t
Entwässerungsleistungen
In der Regel sind die Kapazitäten der Kammerfilterpresse und der Zentrifuge annähernd gleich. Die Zentrifuge trennt alle Partikel ab einer Größe von 5 μm. Um noch kleinere Partikel abtrennen zu können, ist der Einsatz von polymeren Flockungsmitteln notwendig. Sowohl bei der Kammerfilterpresse, als auch bei der Bandpresse ist der Einsatz von diesen Hilfsmitteln ohnehin notwendig.
Auch kann die Zentrifuge als einziges Entwässerungssystem einen gleichbleibenden Prozess garantieren. Sowohl bei der Bandpresse, als auch bei der Kammerfilterpresse kommt es nach einer gewissen Zeit zu Ablagerungen in den Filtertüchern bzw. im Filterband. Dies führt dazu, dass die Entwässerungsleistung nachlässt und gereinigt werden muss.
Fallstudie am anderen Ende der Welt
Die Tiebaghi Nickel Mine in Neukaledonien befindet sich in einem bergigen Terrain mit großer Wasserknappheit. Diese Voraussetzungen sowie das fragile Ökosystem der Region führten dazu, dass die Betreiber der Mine hohen Wert auf die Rückgewinnung des Prozesswassers legten.
Zum ersten Kontakt zwischen Flottweg, einem Trenntechnik-Spezialisten aus Niederbayern, und den Betreibern der Mine kam es im Jahr 2006. Bis dato verbrauchte die Mine im Jahr 650 000 m³ Frischwasser. Die Herausforderung bestand also darin, das benutzte Wasser wieder aufzubereiten, um es direkt wieder in den Einsatz zu bringen.
Nach ausgiebigen Tests und dem Vergleichen der unterschiedlichen Entwässerungsaggregate entschied sich der Betreiber der Mine, die Firma Eramet, für Dekanterzentrifugen der Firma Flottweg. In nur wenigen Monaten installierte Flottweg acht Z92-4 Dekanter. Das Modell Z92 ist eine der größten Dekanterzentrifugen der Welt mit einem Trommeldurchmesser von 920 mm. Die Maschinen verarbeiten jeweils eine Durchsatzmenge von 130 m³/h. Der aufbereitete Tailing-Schlamm enthält dabei einen Feststoffanteil von rund 10 %. Die Resultate begeisterten die Betreiber. 98 % des Prozesswassers können so jedes Jahr wiedergewonnen werden. Hinzu kommt, dass die Betreibergesellschaft die kostspieligen Dämme auflösen konnte und somit gleichzeitig das Risiko eines Dammbruchs und die damit verbundene Gefahr für Mensch und Natur ausschließen kann.
Resümee
Der Einsatz von Zentrifugen ist eine hervorragende Möglichkeit, Abraumschlämme oder Tailings zu trocknen. Kostspieliges Prozesswasser kann binnen kürzester Zeit zurück in den Prozess geführt werden. Die Zufuhr von Frischwasser kann auf ein Minimum reduziert werden. Zugleich wird die Möglichkeit eines Dammbruchs ausgeschlossen, was sowohl die Menschen, als auch die Umwelt in erheblichem Maße entlastet. Bei der Entwässerung benötigen Zentrifugen weniger Frischwasser und Betreuung und sind zudem kostengünstiger. Zentrifugen sind außerdem bedeutend kleiner, was ihren Einsatz in schwer zugänglichen Gebieten erleichtert. Die Ergebnisse aus Neukaledonien und weiteren Projekten haben gezeigt, dass eine Entwässerung von Tailings, bei der richtigen Wahl des Entwässerungssystems, sinnvoll und kostengünstig geschehen kann.
