Optimale Entwässerung von Abraumschlämmen mit Zentrifugen

B‌ei der Aufbereitung von Erzen und Mineralien kommt es im Bergbau zu feinkörnigen Rückständen in Form von Schlämmen, sogenannten Tailings. Die Tailings lagern noch häufig in großen Absetzbecken oder Schlammteichen. Hier stellen sie eine große Belastung für die Umwelt dar. Das in den Tailings gebundene Prozesswasser bleibt ungenutzt. Mit modernen Trenntechniklösungen lassen sich diese Abraumschlämme aufbereiten und das Prozesswasser zurückgewinnen. Das spart Platz, Kosten und entlastet die Umwelt.

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 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 am 25. Januar 2019 in Brumadinho, in der Nähe der Stadt Belo Horizonte, der Damm des Abraumbeckens einer Eisenerzmine. Hierbei kamen 270 Menschen ums Leben.

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.

Eine Alternative zu dieser Lagerung ist die sogenannte Entwässerungslagerung. Bei der Entwässerungslagerung wird der entwässerte Abraumschlamm auf der Erdoberfläche eingelagert. Diese Entsorgungsmethode erinnert besonders an moderne und versiegelte Bodenaufschüttungen. Dabei benötigt diese Methode 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.

Entwässerungslagerung von Tailings auf dem Vormarsch

Aufgrund von wirtschaftlichen Berechnungen und dem Druck vieler Regierungen setzt sich die Entwässerungslagerung immer mehr durch. Um diese Entwässerung zu erreichen, gibt es verschiedene Verfahren: Neben der Kammerfilterpresse und der Bandpresse gewinnt die Zentrifuge in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung. Zentrifugen, im Speziellen Dekanter, vereinen gleich mehrere Vorteile auf einen Schlag.

Reduzierter Platzbedarf – spart Platz, spart Geld

Wie auch in anderen Industrien ist vorhandener Platz stets begrenzt. Die Trennung von Fest-Flüssig-Gemischen durch hohe Zentrifugalkräfte bei einem Dekanter erfolgt im Vergleich zu anderer Entwässerungstechnik im Bereich Tailings auf kleiner Fläche.

Eine auf Bergbau optimierte Z92 kann innerhalb von 5 x 10 m installiert werden. Trotzdem bietet diese einen Trockensubstanzwert von 60 – 75 % w/w bei einer Durchsatzleistung von bis zu 30 t/h. Die Dekanterzentrifuge bietet somit die höchste Kapazität pro Flächeneinheit. Durch die kompakte Bauweise ist es möglich, die Tailing-Behandlung meistens direkt an der Stelle durchzuführen, an dem die Tailings entstehen. Es kann sowohl eine fixe Installation als auch ein mobiles Containersystem sein. Des Weiteren muss für andere Technologien wie Kammerfilterpressen oder Eindickern ein ausreichend dimensioniertes Fundament vorhanden sein, was entsprechenden Invest wie auch Platz bedarf.

Rückgewinnung von Prozesswasser

In vielen Regionen der Welt herrscht bereits ein Mangel an Wasser. Dieser Trend wird sich mit steigenden weltweiten Temperaturen verstärken. Vor allem im Bergbau, der oftmals in sehr trockenen Regionen betrieben wird, ist Wasser zur Nutzung im Prozess ein rares und wertvolles Gut. Betreiber sind daher gezwungen, ihren Wasserverbrauch zu reduzieren. In den von vielen Minenbetreibern eingesetzten Tailing Ponds bzw. Tailing Lagunen werden Unmengen von Prozesswasser gebunden. Um dieses Prozesswasser wiederzuverwenden, können mit Hilfe von speziell konstruierten Dekanterzentrifugen von Flottweg Tailing Ponds entwässert werden.

Mit einem Entwässerungsgrad von 60 – 75 % w/w, einer Durchsatzleistung von 25 – 40 t/h und einer Trübheit zwischen 30 und 50 NTU kann klares, wiederverwertbares Prozesswasser gewonnen werden.

Klare Vorteile für die Zentrifuge

Dabei sehen sich Zentrifugen oft falschen Vorurteilen gegenüber. Zum einen wird ihnen eine große Verschleißanfälligkeit vorgeworfen. Hinzu kommt das weitverbreitete Vorurteil, Zentrifugen seien energieintensive Maschinen. Flottweg hat bereits seit vielen Jahren Maschinen in der Bergbaubranche im Einsatz, die diesen Vorurteilen den Kampf ansagen.

Verschleißschutz für abrasive Medien

Bei der mechanischen Trennung von Flüssigkeiten und Feststoffen mit Dekanterzentrifugen wirken hohe Kräfte. Abrasive Materialien oder Medien, die korrosive Eigenschaften aufweisen, verursachen Verschleiß, Abrieb und Abnutzung. Aus diesem Grund hat Flottweg einen speziellen Verschleißschutz entwickelt, der eine lange Lebensdauer der Dekanterzentrifugen garantiert und dabei Wartungs- und Instandhaltungskosten massiv senkt.

Niedriger Energiebedarf

Das Argument, Dekanterzentrifugen seien Energiefresser, ist längst überholt. War dieser Vorbehalt auf Maschinen aus den 1970er oder 1980er Jahren zutreffend, so ist mit der Evolution der Technik auch hier ein massiver Fortschritt geschehen. Natürlich sind bei der größten Dekanterzentrifuge der Firma Flottweg, der Z92, große Elektromotoren verbaut. Jedoch werden diese nur beim Anfahren und bei extrem widerstandsfähigen Suspensionen unter Volllast gefahren. Im Regelfall fährt die Maschine mit gleichbleibendem Tempo, vergleichbar mit einem Automobil, das mit 80 km/h über eine Landstraße fährt.

Zusammenfassung

Der Einsatz von Zentrifugen ist eine hervorragende Möglichkeit, Abraumschlämme oder Tailings zu entwässern. 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.

Autor/Author: Nils Engelke, Flottweg SE