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Begleitforschung zur Entwicklung eines Prallzerkleinerers für mineralische Rohstoffe

In Zusammenarbeit mit der Fa. PMS GmbH wurde innerhalb von 13 Monaten (12/2012-12/2013) ein Forschungsprojekt realisiert, in welchem Zerkleinerungsprodukte des Prallzerkleinerers „VeRo Liberator   “ untersucht wurden. Das Projekt umfasste Untersuchungen an unterschiedlichsten Erzen der folgenden Lagerstätten:

Tabelle 1: Übersicht der Lagerstätten und Erztypen deren Roherze und Zerkleinerungsprodukte im Zuge des Projektes untersucht wurden.

Tabelle 1: Übersicht der Lagerstätten und Erztypen deren Roherze und Zerkleinerungsprodukte im Zuge des Projektes untersucht wurden.

Tabelle 1: Übersicht der Lagerstätten und Erztypen deren Roherze und Zerkleinerungsprodukte im Zuge des Projektes untersucht wurden.

Im Rahmen der Kooperation wurden die genannten Lagerstätten z.T. selbst beprobt bzw. wurde Probenmaterial als vorgebrochenes Roherz für die mineralogischen Charakterisierung zur Verfügung gestellt (Abb.1). Jeweils mehrere Tonnen Roherz der genannten Lagerstätten wurden für die Zerkleinerungsversuche zum Standort des Prallzerkleinerers geliefert.

Handstücke der Roherze wurden am Institut für Geowissenschaften und Geographie auf ihren Mineralbestand und der Verwachsungstextur der Erze mit Hilfe mikroskopischer Methoden (Lichtmikroskopie, REM-EDX) untersucht (Abb.2). Daraus konnte die Mineralparagenese bestimmt werden, die in den jeweiligen Zerkleinerungsprodukten zu erwarten war.

In dem Zerkleinerungsprozess bricht der Prallzerkleinerer die ca. 15 cm großen Roherz-Stücke, welche in den Minenstandorten die erste Brecherstufe durchlaufen haben. Das Zerkleinerungsergebnis wird durch eine hohe Anzahl von Schlagwerkzeugen, welche sich auf mehreren gegensätzlich rotierenden Schlagebenen befinden, erreicht. Alle untersuchten Zerkleinerungsprodukte wurden während der Tests innerhalb weniger Sekunden in einem einzigen Durchlauf zu Partikeln kleiner 1mm (d90) gebrochen.

Abb. 1: Selektierte Probenstücke des vorgebrochenen Roherzes aus der Wolfram Camp Mine mit einer Korngröße < 15 cm umfassen Stücke mit dunklen Wolframit‐Aggregaten und metallisch glänzender Molybdänit‐Vererzung, die mit massiven Quarz assoziiert sind, sowie Greisen als Nebengestein.

Abb. 1: Selektierte Probenstücke des vorgebrochenen Roherzes aus der Wolfram Camp Mine mit einer Korngröße < 15 cm umfassen Stücke mit dunklen Wolframit‐Aggregaten und metallisch glänzender Molybdänit‐Vererzung, die mit massiven Quarz assoziiert sind, sowie Greisen als Nebengestein.

Abb. 1: Selektierte Probenstücke des vorgebrochenen Roherzes aus der Wolfram Camp Mine mit einer Korngröße < 15 cm umfassen Stücke mit dunklen Wolframit‐Aggregaten und metallisch glänzender Molybdänit‐Vererzung, die mit massiven Quarz assoziiert sind, sowie Greisen als Nebengestein.

Abb. 2: Rasterelektronen-Aufnahmen von grobkörnigen Wolframit-Aggregaten (Wof). Im linken Bild umgeben von einer Matrix aus miteinander verwachsenem Quarz (Qz) und Kalifeldspat (Ksp). Pyrit (Py) und Phlogopit (Phl) sind mit Wolframit verwachsen, Scheelit (Sch) kommt isoliert in der Matrix vor. Rechts eine Detail-Aufnahme von Verwachsungen von Wolframit (Wof) mit Pyrit (Py) und Xenotim (Xtm), die z.T. Hohlräume besetzen.

Abb. 2: Rasterelektronen-Aufnahmen von grobkörnigen Wolframit-Aggregaten (Wof). Im linken Bild umgeben von einer Matrix aus miteinander verwachsenem Quarz (Qz) und Kalifeldspat (Ksp). Pyrit (Py) und Phlogopit (Phl) sind mit Wolframit verwachsen, Scheelit (Sch) kommt isoliert in der Matrix vor. Rechts eine Detail-Aufnahme von Verwachsungen von Wolframit (Wof) mit Pyrit (Py) und Xenotim (Xtm), die z.T. Hohlräume besetzen.

Abb. 2: Rasterelektronen-Aufnahmen von grobkörnigen Wolframit-Aggregaten (Wof). Im linken Bild umgeben von einer Matrix aus miteinander verwachsenem Quarz (Qz) und Kalifeldspat (Ksp). Pyrit (Py) und Phlogopit (Phl) sind mit Wolframit verwachsen, Scheelit (Sch) kommt isoliert in der Matrix vor. Rechts eine Detail-Aufnahme von Verwachsungen von Wolframit (Wof) mit Pyrit (Py) und Xenotim (Xtm), die z.T. Hohlräume besetzen.

Abb. 3: Links: Assoziation von vollständig entlang der Korngrenzen freigelegten Wertmineralen in der Kornfraktion 63 – 125 µm. Neben den vorherrschenden Gangmineralen (Qz, Ms) befinden sich 100%ig aufgeschlossene Partikel von Molybdänit (Mol), Pyrit (Py), Scheelit (Sch) und Wolframit (Wof).
Rechts: Die Detailaufnahme des zerkleinerten Erzes im Korngrößenbereich < 63 µm zeigt die extrem feinkörnige Verwachsung von Xenotim (Xtm) und Quarz (Qz) neben vollständig freigelegten Wolframit-Partikeln (Wof) im Zerkleinerungsprodukt.

Abb. 3: Links: Assoziation von vollständig entlang der Korngrenzen freigelegten Wertmineralen in der Kornfraktion 63 – 125 µm. Neben den vorherrschenden Gangmineralen (Qz, Ms) befinden sich 100%ig aufgeschlossene Partikel von Molybdänit (Mol), Pyrit (Py), Scheelit (Sch) und Wolframit (Wof). Rechts: Die Detailaufnahme des zerkleinerten Erzes im Korngrößenbereich < 63 µm zeigt die extrem feinkörnige Verwachsung von Xenotim (Xtm) und Quarz (Qz) neben vollständig freigelegten Wolframit-Partikeln (Wof) im Zerkleinerungsprodukt.

Abb. 3: Links: Assoziation von vollständig entlang der Korngrenzen freigelegten Wertmineralen in der Kornfraktion 63 – 125 µm. Neben den vorherrschenden Gangmineralen (Qz, Ms) befinden sich 100%ig aufgeschlossene Partikel von Molybdänit (Mol), Pyrit (Py), Scheelit (Sch) und Wolframit (Wof).
Rechts: Die Detailaufnahme des zerkleinerten Erzes im Korngrößenbereich < 63 µm zeigt die extrem feinkörnige Verwachsung von Xenotim (Xtm) und Quarz (Qz) neben vollständig freigelegten Wolframit-Partikeln (Wof) im Zerkleinerungsprodukt.

Die zerkleinerten Roherze wurden am Institut für Geowissenschaften und Geographie granulometrisch untersucht und auf ihren Wertstoffgehalt innerhalb der Korngrößenklassen analysiert. Mit Hilfe des Rasterelektronenmikroskop wurden Kornfaktionen, die hinsichtlich ihrer aufbereitungstechnischen Aspekte interessant sind, auf den Freilegungsgrad einzelner Wert- wie auch Gangminerale und deren Verwachsungstexturen, untersucht.

Abb. 4: Kornverteilungskurve für Wolfram Camp-Erz nach der Zerkleinerung mit dem Prallzerkleinerer. Die zerkleinerte Gesamtprobe besteht aus nahezu 90 % (d90) Partikeln die kleiner 1 mm sind und somit die passende Größe besitzen, um in der weiteren Aufbereitung z.B. mittels Schweretrennung extrahiert zu werden.

Abb. 4: Kornverteilungskurve für Wolfram Camp-Erz nach der Zerkleinerung mit dem Prallzerkleinerer. Die zerkleinerte Gesamtprobe besteht aus nahezu 90 % (d90) Partikeln die kleiner 1 mm sind und somit die passende Größe besitzen, um in der weiteren Aufbereitung z.B. mittels Schweretrennung extrahiert zu werden.

Abb. 4: Kornverteilungskurve für Wolfram Camp-Erz nach der Zerkleinerung mit dem Prallzerkleinerer. Die zerkleinerte Gesamtprobe besteht aus nahezu 90 % (d90) Partikeln die kleiner 1 mm sind und somit die passende Größe besitzen, um in der weiteren Aufbereitung z.B. mittels Schweretrennung extrahiert zu werden.

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass durch den Prallzerkleinerer „VeRo Liberator“ der Fa. PMS GmbH unterschiedlichste Erztypen erfolgreich zerkleinert werden können, wodurch hohe Anteile der Kornfraktionen erreicht wurden, die für die weitere Aufbereitung nutzbar sind. Besonders auffällig ist dabei, dass der Grad der Freilegung von Wertmineralen in den aufbereitungstechnisch interessanten Kornfraktionen generell hoch bis sehr hoch ist, womit hohe Ausbringungsraten im sich anschließenden Aufbereitungsprozess erreicht werden können. Zudem werden auch die unterschiedlichen Gangminerale klar voneinander separiert. Durch die Prallzerkleinerung werden sowohl elastisch-biegsame, z.B. Graphitleisten, wie auch spröde Wertminerale freigelegt. Generell ist weiter festzustellen, dass sowohl der Freilegungsgrad der Minerale wie auch die Konzentration der/des Wertelementes in den untersten Kornklassen zunehmen.

Die Prallzerkleinerung mit dem „VeRo Liberator“ der Fa. PMS GmbH hat sich an unterschiedlichsten Erzen als effektive und schnelle Methode erwiesen, um primäre Erze und mineralisch-metallische Recyclingmaterialien wie Beton oder Schlacke effektiv und mit relativ geringem Energieaufwand zu zerkleinern und dabei Wertminerale vom Nebengestein bzw. komplexe Mineralverwachsungen bevorzugt entlang von Korngrenzen voneinander zu trennen und dabei die Wertminerale gewinnbar freizulegen. Insbesondere das für einen effektiven Flotationsprozess abträgliche Problem der „incomplete particle liberation“ kann durch Zerkleinerung mittels "VeRo Liberator" weitgehend vermieden werden. Der im Vergleich zu klassischen Zerkleinerungsprozessen, z.B. mittels Kugelmühle deutlich geringere Energieaufwand ist u.a. auf die vertikale Rotationsachse und damit zugleich den gravitativ fallenden Durchsatz des Zerkleinerungsgutes zurückzuführen. Felsmechanisch dürfte die Trennung der unterschiedlichen Erz- bzw. Gesteinspartikel auf die differentiellen Elastizitäts- und Kompressivitätsmoduli der verwachsenen Partikel zurückzuführen sein. Die Hochgeschwindigkeits-Impakte der Schlagwerkzeuge auf das Zerkleinerungsgut „schockt“ offenbar das Gestein in einer Weise, die bei den unterschiedlichen Partikeln bevorzugt zu einer entweder extensive oder scherenden Trennung entlang der Partikelgrenzen führt. Derzeit werden hierzu weiterführende petrologische wie auch felsmechanisch/ingenieurgeologische Untersuchungen durchgeführt.

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