Erzaufbereitung: Zerkleinerung, Mahlung und Flotation

Die Zerkleinerungsstufe entspricht dem ersten Prozess zur Reduzierung der Größe der Gesteinsfragmente des Materials.

Zerkleinerung (Crushing)

Das Ziel ist es, die Größe der Fragmente auf ein gleichmäßigeres Format von einem halben Zoll (ca. 1,27 cm) zu reduzieren.

Um das Format von einem halben Zoll zu erreichen, wird der Einsatz von drei hintereinandergeschalteten Maschinen zur Reduzierung der Fragmentgröße benötigt. Diese Phasen sind:

1. Vorbrecher (Primärbrecher): Die Ausrüstung reduziert die Größe der Fragmente auf bis zu acht Zoll im Durchmesser.
2. Nachbrecher (Sekundärbrecher): Die Größe des Materials wird auf drei Zoll im Durchmesser reduziert.
3. Tertiärbrecher: Die Größe des mineralisierten Materials wird schließlich auf einen halben Zoll reduziert.

Brechertypen

Der Primärbrecher zerkleinert Partikel durch die Anwendung von Druckkraft mit geringer Geschwindigkeit zwischen zwei Oberflächen.

Es gibt zwei Hauptarten von Primärbrechern:

1. Backenbrecher (Kiefer)
2. Kreiselbrecher (Drehstuhl)

Backenbrecher

Backenbrecher sind Geräte mit zwei Platten (Backen). Eine von ihnen ist beweglich und drückt kraftvoll und schnell gegen die andere, wodurch das dazwischenliegende Material zerbricht.

Typ Blake: Dieser hat den Drehpunkt (Pivot) an der Oberseite. Daher hat er eine feste Einlassöffnung.

Dodge-Brecher: Die Backe hat den Drehpunkt an der Unterseite, was zu einem variablen Einlassbereich, aber einem festen Auslassbereich (Download-Bereich) führt.

Kreiselbrecher

Sie werden hauptsächlich als Primärbrecher eingesetzt. Sie bestehen aus einer festen und einer beweglichen Oberfläche mit einer umgekehrten Kegelform. Die bewegliche Oberfläche bewegt sich in einer exzentrischen Bewegung und zerkleinert das Erz, wenn sie sich der festen Oberfläche nähert.

Sekundär- und Tertiärbrecher

Diese Maschinen nutzen die kinetische Energie eines bewegten Körpers. Bei einem Aufprall wird die Verformungsenergie sowohl vom Körper als auch von den Hindernissen aufgenommen. Die Schlagzähigkeit steigt mit der Granulometrie (Feinheit), da diese homogener ist als bei groben Fragmenten.

Die in der sekundären und tertiären Zerkleinerung verwendeten Brecher sind im Wesentlichen baugleich, mit der Ausnahme, dass der Tertiärbrecher eine kleinere Austrittsöffnung besitzt. Die am weitesten verbreitete Ausrüstung ist der Kegelbrecher, aber auch Walzenbrecher und Hammermühlen werden eingesetzt.

Kegelbrecher

Es handelt sich um einen modifizierten Kreiselbrecher. Der wesentliche Unterschied liegt im Design des flacheren Brechraums, um eine hohe Kapazität und eine starke Zerkleinerung des Materials zu erreichen. Ziel ist es, das Material länger im Gehäuse zu behalten und somit eine stärkere Zerkleinerung zu erzielen.

Mahlung (Fräsen)

Was ist das Ziel?

Durch die Mahlung erfolgt eine weitere Verringerung der Partikelgröße des Minerals, um eine maximale Korngröße von 180 Mikrometern zu erhalten. Dies ermöglicht schließlich die Freisetzung der meisten Kupfererze in Form von einzelnen Partikeln.

Was ist die Mahlung?

Der Prozess erfolgt unter Verwendung großer rotierender Maschinen oder zylindrischer Mühlen auf zwei verschiedene Arten: konventionelle Mahlung und SAG-Mahlung (semi-autogene Mahlung). In dieser Phase wird dem mineralisierten Material Wasser in ausreichender Menge zugesetzt, um eine Trübe (milchige Flüssigkeit) zu bilden. Zudem werden Reagenzien hinzugefügt, die für den nächsten Prozess, die Flotation, benötigt werden.

Konventionelle Mahlung

Die konventionelle Mahlung erfolgt in zwei Schritten: mit einer Stabmühle (Bar Mühle) bzw. einer Kugelmühle, obwohl moderne Anlagen oft nur Letztere verwenden. In beiden Mühlen wird das Erz mit Wasser versetzt, um eine homogene und effiziente Mahlung zu erreichen. Die so gewonnene Trübe (Zellstoff) wird der nächsten Stufe, der Flotation (dem "Schwimmen"), zugeführt.

Stabmühle (Schleifen mit Stäben)

Diese Ausrüstung nutzt Stahlstäbe mit einem Durchmesser von 3,5 Zoll als Mahlkörper. Das Material gelangt kontinuierlich über ein Förderband vom Tertiärbrecher in die Mühle. Die Mahlung des Materials erfolgt durch die Bewegung der Stäbe, die sich frei bewegen und auf das Mineral fallen. Das gemahlene Erz wird anschließend direkt zur Kugelmühle weitergeleitet.

Kugelmühle (Ball-Fräsen)

Diese Mühle, deren Abmessungen 16 x 24 Fuß (entspricht ca. 4,9 m im Durchmesser und 7,3 m in der Breite) betragen, ist zu 35 % ihres Volumens mit Stahlkugeln von 3,5 Zoll Durchmesser gefüllt, welche die Mahlkörper darstellen. Im Verlauf von rund 20 Minuten werden 80 % des Erzes auf eine maximale Größe von 180 Mikrometern reduziert.

SAG-Mahlung (Semi-Autogene Mahlung)

Die Installation einer SAG-Mühle ist eine neuere Innovation in einigen Aufbereitungsanlagen. SAG-Mühlen sind größere Geräte mit Abmessungen von 36 x 15 Fuß (ca. 11,0 m im Durchmesser und 4,6 m in der Breite) und arbeiten effizienter als herkömmliche Mühlen. Durch ihre hohe Kapazität und Effizienz verkürzen sie den gesamten Brech- und Mahlprozess.

Wie funktioniert die SAG-Mahlung?

Das Erz wird direkt vom Primärbrecher (nicht vom Tertiärbrecher wie bei der konventionellen Mahlung) mit einer Größe von fast 8 Zoll (ca. 20 cm) zugeführt und mit Wasser und Kalk gemischt. Die Zerkleinerung erfolgt durch die Reibung des mineralisierten Materials selbst (daher der Name SAG – Semi-Autogenous Grinding) sowie durch die Wirkung zahlreicher Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 5 cm, die etwa 12 % der Kapazität ausmachen. Aufgrund der Größe und Form der Mühle werden diese Kugeln bei der Rotation der Mühle in den freien Fall versetzt, wodurch eine hohe Schlagwirkung erzielt wird.

Vorteile des kombinierten Brechens

Das kombinierte Brechen und Mahlen ist insgesamt effektiver und verbraucht weniger Strom, sodass bei diesen Anlagen die Stufen der Sekundär- und Tertiärzerkleinerung entfallen können. Der Großteil des Mahlguts aus der SAG-Mühle geht direkt in die nächste Phase, die Flotation (da die erforderliche Partikelgröße von unter 180 Mikrometern bereits erreicht ist), während ein kleiner Anteil noch an eine Kugelmühle weitergeleitet werden muss.

Die Flotation

Was ist das Ziel der Flotation?

Die Flotation ist ein physikalisch-chemisches Trennverfahren, das die Trennung von Kupfersulfidmineralen und anderen Elementen wie Molybdän vom restlichen Nebengestein ermöglicht. Die Trübe aus der Mühle, die bereits alle notwendigen Reagenzien für die Flotation enthält, wird in beckenartige Behälter, sogenannte Flotationszellen, geleitet. Vom Boden der Zellen aus wird Luft eingeblasen, während die Mischung unter ständigem Rühren gehalten wird, um einen intensiven Prozess zu gewährleisten.

Pyrometallurgie

Die Pyrometallurgie besteht in der Gewinnung und Veredelung von Metallen durch thermische Verfahren, wie beispielsweise beim Schmelzen.

Hydrometallurgie

Die Hydrometallurgie umfasst die Extraktion und Rückgewinnung von Metallen in flüssigen, wässrigen und organischen Lösungen.

Siebung (Klassierung)

Dieser Vorgang dient der räumlichen Klassierung von Körnern unterschiedlicher Form und Größe. Dabei werden die Körner auf eine perforierte Oberfläche (Sieb) aufgegeben, welche den Durchgang von Körnern ermöglicht, deren Abmessungen kleiner als die Bohrungen sind. Größere Körner hingegen werden zurückgewiesen und separat abgeführt.

Ziele des Screenings (Siebens)

1. Trennung gröberer Fragmente aus einer Materialmischung, um diese entweder auszusondern oder einer erneuten Zerkleinerung zuzuführen.
2. Abtrennung kleinerer Partikel als Endprodukt oder zur Entsorgung.
3. Klassierung des zerkleinerten Produkts in kommerzielle Fraktionen.
4. Klassierung von Produkten im Hinblick auf die mechanische, physikalische oder chemische Aufbereitung, um einheitliche Abmessungen zu erhalten.
5. Abtrennung von Material vor dem Brecher, das bereits die Produktspezifikationen erfüllt, um die Kapazität und Effizienz der Maschine zu steigern.

Kriterien zur Auswahl einer Sieboberfläche

1. Sie sollte robust und verschleißfest sein, um Ermüdungsbrüchen standzuhalten.
2. Gleichmäßige und regelmäßige Öffnungen aufweisen.
3. Einen hohen Anteil an freier Siebfläche im Verhältnis zur Gesamtfläche bieten.
4. Geringe Neigung zu Verstopfungen (Verkeilungen) aufweisen.
5. Geringe Anfälligkeit für Blockierungen durch schwierige oder grenzwertige Korngrößen zeigen.

Faktoren, die die Siebkapazität beeinflussen

1. Der Anteil an Fehlkorn im zu siebenden Material.
2. Der Anteil an schwierigem Korn (Grenzkorn).
3. Der Feuchtigkeitsgehalt.
4. Die Form der Körner.

Siebtypen

Statisches Sieb (Grizzly)

Dies sind Systeme, die zur Abscheidung grober Partikel in Zerkleinerungskreisläufen eingesetzt werden. Sie werden auch als Roste oder Grizzly-Siebe bezeichnet.

Vibrationssieb

Es führt die Partikel wiederholt über die Sieboberfläche, die aus einer Reihe von Öffnungen gleicher Größe besteht. Diese Siebe können in drei große Kategorien unterteilt werden:

1. Vibrationssiebe mit linearer Schwingung und gerader Siebfläche.
2. Vibrationssiebe mit kreisförmiger Schwingung.
3. Horizontale oder leicht geneigte Vibrationssiebe mit gerichteter Schwingung.

Der Hydrozyklon

Die Trübe (Zellstoff) tritt tangential unter einem bestimmten Druck in den zylindrischen Teil ein, was eine Rotation um die Längsachse des Hydrozyklons erzeugt und einen nach unten gerichteten Wirbel zur Spitze des konischen Teils hin bildet. Die größeren Partikel werden durch die Zentrifugalbeschleunigung an die Wand geschleudert und als eingedickter Unterlauf (Sumpf) durch die Düse ausgetragen. Aufgrund ihrer geringen Größe wird nur ein Teil der feinen Partikel dort ausgetragen; stattdessen entsteht im Zentrum des Kegels ein zweiter, nach oben gerichteter Wirbel. Dieser führt die feinen Partikel zusammen mit dem Großteil der Flüssigkeit durch das Tauchrohr (Vortex Finder) im oberen Deckel des zylindrischen Körpers als Überlauf ab. Durch die Anpassung der Rotationsgeschwindigkeit sowie die Variation der Geometrie des Hydrozyklons und der Düsen kann die Trenngrenze flexibel zwischen 10 und 500 Mikrometern eingestellt werden.

Glossar und Fachbegriffe

• Pivot (Drehpunkt): Bauteil, das die Bewegung der Backe im Backenbrecher ermöglicht.
• Sieboberfläche (Cribante Oberfläche): Muss robust und widerstandsfähig sein.
• Panzerung (Coraza): Ein Verbundwerkstoff, der die besten Eigenschaften verschiedener Metalllegierungen kombiniert.
• Spider (Tragstern): Das obere Bauteil eines Kegelbrechers.
• Mantel (Manto): Der bewegliche Mahlkörper bzw. das Verschleißteil im Kegelbrecher.