Sensorgestützte Sulfiderz-Sortierung
Die zunehmende weltweite Nachfrage nach Kupfer, Zink und Blei stellt Minenbetreiber vor eine große Herausforderung: um die Nachfrage befriedigen zu können, müssen Effizienz und Produktivität gesteigert und gleichzeitig Profitabilität und Nachhaltigkeit gewährleistet werden. Sensorgestützte Erzsortierung kann für die Optimierung und die Umsetzung dieses Zieles von unschätzbarem Wert sein, wie Rasoul Rezai, Global Segment Manager Metals von TOMRA Mining erläutert.
Sulfidmineralien sind die Quelle von Metallen wie Kupfer, Zink und Blei, die in unserem modernen Lebensstil eine zentrale Rolle spielen – von der Energieversorgung, über Elektronik und Transport bis hin zu Bau und Infrastruktur. Die Nachfrage nach diesen drei Metallen wird voraussichtlich in immer schnellerem Tempo zunehmen. Ursache hierfür sind verschiedene Faktoren wie die infrastrukturelle Entwicklung, die steigende Nachfrage nach Elektronik und in besonderem Maße der Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft.
Tatsächlich zählen diese Metalle zu den kritischen Rohstoffen, die für die Elektrifizierung der Wirtschaft erforderlich sind, die sich von den fossilen Brennstoffen wegbewegt und auf Wind- und Solarenergie und Elektrofahrzeuge mit Batterie oder Brennstoffzelle umstellt. Kupfer spielt aufgrund seiner Nutzung für die Elektrifizierung, einschließlich der Lade-Infrastruktur für Elektrofahrzeuge, eine maßgebliche Rolle in der Energiewende. Laut eines Berichtes der Internationalen Energieagentur wird die Welt im Jahr 2040 einen Kupferbedarf haben, der die heutige Produktion um das 1,7- bis 2,7-Fache übersteigt. Der weltweite Bedarf an Zink, das in Technologien für erneuerbare Energien zum Einsatz kommt, wird Prognosen zufolge von 109 300 t/a im Jahr 2020 bis zum Jahr 2030 stetig auf 364 000 t steigen, wie in einem Bericht von Statista zu lesen ist. Der Wert des globalen Marktes für Kupfer und Zink wird den Erwartungen nach zwischen 2027 und 2030 bei 394 Mrd. US$ bzw. 49,6 Mrd. US$ liegen. Auch der Bleimarkt wird voraussichtlich florieren, nicht zuletzt aufgrund der steigenden Nachfrage nach Energiespeichermedien, der beschleunigten Einführung von Elektrofahrzeugen und der Integration von Smart-Grid-Technologie.
Die nächsten zehn Jahre werden für die Dekarbonisierung der Weltwirtschaft entscheidend sein. Minenbetreiber stehen hierbei vor der Herausforderung, die für diese Entwicklung unverzichtbaren Rohstoffe wie Kupfer, Zink und Blei zu liefern. Es müssen also Wege gefunden werden, diese Mineralien so effizient wie möglich zu extrahieren, um die boomende Nachfrage zu befriedigen, aber gleichzeitig wirtschaftlich rentabel zu bleiben und die Umwelt möglichst wenig zu belasten.
Größte Herausforderung: die Entfernung von taubem Gestein
Bei der Verarbeitung von Sulfiderzen zur Extraktion von Kupfer, Zink oder Blei liegt der Fokus darauf, die Gesteinsmühle rund um die Uhr mit voller Kapazität laufen zu lassen. Die Herausforderung liegt darin, den Prozess unter Beibehaltung einer hohen Gewinnungsrate zu optimieren, indem nicht taubes Gestein bereits in den ersten Verarbeitungsstufen entfernt wird. Ziel ist es, weniger Gestein, das kein Metall enthält bzw. Gestein mit geringem Metallgehalt zu verarbeiten und im Umkehrschluss der Mühle mehr Material mit höherem Metallgehalt zuzuführen. Das Ergebnis: signifikante Kosteneinsparungen und eine geringere Umweltbelastung pro produzierte Tonne Metall.
Im Fall von Kupfer haben Mineralogie und Lithologie des Erzes Einfluss darauf, wie effizient taubes Gestein bei der Sortierung entfernt werden kann. Bei der Sortierung von Kupfersulfiden mit nicht-eingesprengter Textur liegt der Fokus auf der Entfernung von nicht ausbeutbarem Gestein, um die Gewinnungsrate zu maximieren. Allerdings stammen drei Viertel der weltweiten Kupferproduktion aus porphyrischen Lagerstätten, in denen sehr kleine Körner des Metalls eingesprengt sind, was die Detektion besonders erschwert. Zink- und Bleisulfide stellen die Sortierung vor vergleichbare Herausforderungen wie nicht-eingesprengtes Kupfer, obgleich der Metallgehalt im Mineral in der Regel höher ist und der Fokus somit eher auf der Entfernung des tauben Gesteins unter Aufrechterhaltung der Gewinnungsrate liegt.
Die erforderliche Technologie, um Kupfer, Zink und Blei effektiv zu sortieren und den Aufbereitungsprozess zu optimieren gibt es bei TOMRA Mining. Die in der Branche führende sensorgestützte XRT-Sortiertechnologie kann Sulfide in mineralisiertem Run-of-Mine effektiv erkennen, da diese Elemente mit höherer Atomdichte enthalten als nicht-mineralisiertes taubes Gestein. Nach dem Zerkleinern wird Erz in einer Korngröße zwischen +8 mm bis 80 mm an die Sortierer übergeben, die nicht oder gering metallhaltiges Gestein aussortieren. Als Ergebnis wird der Gesteinsmühle höherwertiges Material zugeführt. Darüber hinaus kann das aussortierte Nebengestein in der Mühle durch stärker angereicherte Sulfide ersetzt werden, was die Mineralienaufbereitung effizienter macht. Um die Kapazität der Gesteinsmühle voll auszunutzen, muss jedoch mehr Material zerkleinert werden, was wiederum die Abbau- und Förderplanung beeinflusst. Auch die aufgrund der sensorgestützten Sortierung niedrigeren Verarbeitungskosten können sich in der Ressourcenbewertung und letztendlich in der Auslegung der Grube niederschlagen.
Die Lösung: leistungsstarke, hochauflösende Erzsortierung
TOMRAs XRT-Sortierer scannen mit Überkopf-Röntgenstrahlungsquellen die einzelnen Gesteinsbrocken, die der Anlage auf einem Förderband zugeführt werden. Gleichzeitig sammeln Messgeräte im Förderband Informationen zum Erz. Die Positionierung der Sensoren nahe am Gestein in Kombination mit den starken Röntgenstrahlungsquellen ermöglichen extrem hochauflösende Bilder. Auf diese Weise sind die XRT-Sortierer von TOMRA in der Lage, sogar einen Großteil der Kupfer-einsprengungen aus porphyrischen Lagerstätten effektiv zu verarbeiten. Nicht ausbeutbares Gestein wird von dem schnell und äußerst präzise mit Druckluft arbeitenden Ausblasmodul ausgeworfen, was die Effizienz des Sortierers zusätzlich steigert.
Bei Kupfersulfiden mit eingesprengter Textur kann ein TOMRA XRT-Sortierer einen Konzentrationsfaktor des Kupfergehalts in der Mühlenbeschickung von 20 bis 100 % erreichen, während 20 bis 45 % der Masse als nicht ausbeutbares Material aus dem Prozess entfernt werden. Bei porphyrischem Kupfer werden für den Mindesterzgehalt normalerweise 0,5 % angesetzt, angesichts des steigenden Bedarfs sind es heutzutage häufig nur noch 0,2 bis 0,3 %. Mit der XRT-Technologie von TOMRA können sogar bei niedrigerem Erzgehalt hohe Gewinnungsraten erzielt werden. Dies ergaben die Tests mit Run-of-Mine-Proben der Antas Norte Mine von OZ Minerals. Der Sortierer bewies dabei, dass er Gewinnungsraten von mindestens 90 % erreicht bzw. den Gehalt an nicht ausbeutbarem Material auf 0,3 % Kupfer reduzieren kann.
Heitor Mesquita Carmelo, Werksleiter bei OZ Minerals Brazil, erklärt: „Zunächst wurde die XRT-Technologie anhand einer Massenprobe bewertet. Anschließend entschied das Unternehmen sie in einer Pilotanlage am Standort Ante Norte einer Dauerprüfung zu unterziehen. Beide Testläufe erzielten einheitliche Ergebnisse und bewiesen den effektiven Nutzen dieser Technologie im industriellen Einsatz. TOMRAs Technologie bietet erhebliches Potenzial für die strategische Planung von OZ Minerals Brazil. Beispielsweise werden mit dieser Technologie Lagerstätten mit geringerem Erzgehalt überlebensfähig, da die Betriebskosten reduziert werden. Weitere Pluspunkte sind eine erhöhte Sicherheit beim Transport des vorkonzentrierten Erzes und eine Reduzierung der CO2 Emissionen, die bei diesem Prozess entstehen.“
Bei Blei- und Zinksulfiden ergaben die von TOMRA durchgeführten Tests, dass eine Anreicherung auf 2- bis 3-mal mehr Blei oder Zink im Output des Sortierers erreicht werden kann. Die Mineralisierung spielt hierbei eine wichtige Rolle und kann das Anreicherungsverhältnis stark beeinflussen.
TOMRAs XRT-Sortierer bietet zahlreiche Vorteile für die Betreiber von Kupfer-, Zink- und Blei-Minnen. Dies beginnt mit der einmalig hohen Kapazität in einem Bereich von 150 bis 200 t/h pro Meter Sortierbreite – ein Alleinstellungsmerkmal von TOMRA, das auch den Anforderungen mittlerer und großer Betriebe gerecht wird. Die Effizienz des Sortierers kann mithilfe von TOMRA Insight zusätzlich gesteigert werden. Diese cloudbasierte Plattform für Sortierdaten verwandelt Sortiermaschinen in vernetzte Geräte, die Prozessdaten generieren. Minenbetreiber können in Echtzeit die Maschinenleistung überwachen und messen, Prozesse optimieren und Fehler nachverfolgen, um Wartungsarbeiten zu verbessern und rund um die Uhr eine optimale Funktion der Anlage zu gewährleisten.
Der Sortierer bietet außerdem den Vorteil, dass sich dank seiner Effizienz und seiner energiesparenden Funktionen die Betriebskosten senken lassen. Beispielsweise arbeitet das hochmoderne Ausblasmodul mit 80 % weniger Druckluft als andere Systeme, um die Partikel auszuwerfen. Hierdurch verringert sich der Energieverbrauch im Vergleich zu konventionellen Sortiermaschinen deutlich.
Durch einen optimierten Prozess wird zudem die Umwelt weniger belastet. Darüber hinaus handelt es sich bei der XRT-Technologie von TOMRA um ein Trockenverfahren, wodurch insgesamt weniger Wasser und Chemikalien verwendet werden.
Testläufe und individuelle Lösungen sind der Schlüssel zu erfolgreichem Sortieren
„Bei der Erzsortierung gibt es keine Einheitslösungen“, erklärt Rasoul Rezai, Global Segment Manager Metals bei TOMRA Mining. „Sie können keinen Sortierer „von der Stange“ kaufen und installieren. Die Auswahl von Maschinen für die Mineralienaufbereitung wie einen Brecher oder ein Sieb, bei denen die mechanischen Parameter, prozessbezogenen Interaktionen und die Auswertung von Daten schlichtweg einfacher sind, lässt sich nicht mit dem Kauf und Betrieb einer Sortieranlage vergleichen. Darum müssen wir uns jedes einzelne Projekt genau ansehen.“
Tests spielen eine entscheidende Rolle dabei herauszufinden, welches Sortiersystem am besten geeignet ist: „In den meisten Fällen testen wir Erzproben aus der Mine des Betreibers, denn wir müssen verstehen, wie sich das Material unter den Sensoren verhält. Erst dann können wir eine maßgeschneiderte Lösung für das jeweilige Projekt entwickeln“, fügt Rasoul Rezai hinzu.
Nach Abschluss der Tests in einem seiner Testzentren in Deutschland, Südafrika oder Australien stellt TOMRA dem Kunden einen ausführlichen technischen Bericht zur Verfügung, bespricht mit ihm das Fließbild und wie das Sortiersystem am besten in die vorhandene Anlage integriert werden kann. Auch die Auswirkungen auf nachgelagerte Prozesse werden geprüft. Kunden haben die Möglichkeit, die Tests gemeinsam mit den technischen Experten von TOMRA im nächstgelegenen Testzentrum vor Ort oder online zu verfolgen, oder eine Videoaufzeichnung anzusehen. Während der Entscheidungsfindung besteht außerdem die Möglichkeit, einen der vielen TOMRA Sortierer zu besichtigen, die in Minen auf der ganzen Welt im Einsatz sind.
„Manchmal stellen wir nach Abschluss der Tests fest, dass Sortieren nicht die geeignete Lösung ist“, ergänzt Rasoul Rezai. „Es gibt beispielsweise porphyrische Lagerstätten, bei denen das Kupfer sehr feinkörnig und sehr stark eingesprengt vorliegt, wobei das gesamte Gestein geringe, aber oberhalb des Mindesterzgehalts liegende Mengen des Metalls enthält. Da es kein taubes Gestein zu entfernen gibt, kann das Erz nicht sortiert werden. Fälle wie diese machen deutlich, wie wichtig die Testläufe sind.“
