Innovationen in der typischerweise energieintensiven rohstoffgewinnenden und ­-verarbeitenden Industrie sind in Zeiten von Klimawandel und Energiewende für die Menschheit im Allgemeinen und für Europa im Besonderen von entscheidender Bedeutung.
Auch das Fachgebiet „Aufbereitung und Veredlung“ ist angehalten, Beiträge zu einer ressourcenschonenden, energieoptimierten Prozesstechnik zu leisten. Eine Möglichkeit dazu ist die Forcierung von Prozessen in trockener Betriebsweise, da dadurch die Ressource „Wasser“ geschont wird und zudem energieintensive Prozesse der Prozesswasserbehandlung bzw. der Nachbehandlung der anfallenden Suspensionen durch Entwässerung und Trocknung entfallen.
Der Einsatz der Elektroscheidung zur Aufbereitung mineralischer Rohgutarten erfolgt – abgesehen von der Salzmineralaufbereitung – gegenwärtig nur in Nischen. Die Elektroscheidung hat aber das Potential, Beiträge für einen umweltfreundlichen und nachhaltigen Ansatz für die notwendige Versorgung mit mineralischen Rohstoffen zu liefern.
Das Ziel dieser Dissertation ist es daher, dieses Potenzial anhand eines bedeutenden Vertreters aus der Gruppe der Industrieminerale aufzuzeigen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Aufbereitung von talkreichen Roherzen durch Anwendung der Sortierung im elektrostatischen Feld nach vorheriger triboelektrostatischer Aufladung.
Bei umfangreichen Versuchsreihen wurde der forschungsrelevanten Fragstellung nachgegangen, ob – und, wenn ja, auf welche Art und Weise – die elektrostatischen Sortierverfahren in der Lage sind, aus talkreichen Roherzen hochangereicherte Talkkonzentrate zu erzeugen. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der effizienten Sortierung von Fraktionen kleiner 63 µm. Für die Sortierversuche wurde daher nicht „nur“ ein Freifallscheider, sondern auch ein triboelektrostatischer Bandscheider erfolgreich eingesetzt.
Auf dem triboelektrischen Bandscheider wurden die Versuchsreihen chargenweise durchgeführt. Die Versuchspläne basierten auf den Konzepten des Design of Experiments. Teilfaktorielle Versuchspläne zur Untersuchung des Einflusses von maschinentechnischen, rohgutbezogenen und umweltbezogenen Einflussfaktoren kamen zur Anwendung.
Die Versuche am Freifallscheider wurden zuerst chargenweise durchgeführt. Auf Basis von Erkenntnissen aus diesen chargenweisen Versuchen wurde eine ausgeklügelte Verschaltungsvariante erarbeitet, welche es nunmehr ermöglicht, mit dem Einzelaggregat einen kontinuierlichen Anlagenbetrieb nachzustellen. Mit dieser Kreislaufschaltung gelingt es nun, auf realitätsnahe Trennergebnisse im kontinuierlichen, industriellen Anlagenbetrieb schließen zu können. Der Auffindung optimierter Betriebspunkte zur Erfüllung der hohen Qualitäts-Anforderungen an die Talk-Konzentrate bei möglichst geringen Talkverlusten in den Bergen wurde großes Augenmerk geschenkt. Die Simulation eines kontinuierlichen Anlagenbetriebes in Form von Gegenstromkaskaden gelang im Technikum mithilfe mehrerer Nachreinigungsstufen unter Verwendung von nur einer einzigen Versuchsmaschine. Kreislaufeffekte wurden beobachtet und beschrieben.
Als Ergebnis konnten Vorschläge für Fließbilder von Aufbereitungsanlagen entwickelt werden. Die Fließbilder umfassen neben der Verschaltung der Sortierapparate auch grundlegende Aussagen betreffend die Rohgutvorbereitung.
Die Proben, welche für die Versuche im Rahmen der Dissertation Verwendung fanden, unterschieden sich zum Teil stark in ihrer Lagerungsgeschichte. Nach der Durchführung von Versuchen im chargenweisen Betrieb mussten gravierende Unterschiede im Aufladeverhalten festgestellt werden, welche sich auch in stark abweichenden Trennergebnissen niederschlugen. Fraktionen aus Proben, welche über Jahre der Witterung ausgesetzt waren, schnitten deutlich schlechter in Bezug auf die Trenngüte ab, als Fraktionen aus Proben, welche geschützt gelagert waren und erst unmittelbar vor dem Start der Sortierversuche aufgemahlen wurden. Ähnlich wie bei der Flotation dürfte die Bereitstellung frischer Kornoberflächen von entscheidender Bedeutung für eine gegensinnige Aufladung und damit erfolgreiche Trennung sein. Auf die genaue Auswahl und Definition von Proben für Grundlagenuntersuchungen als auch für Anlagenauslegungen muss daher großer Wert gelegt werden.
Die Untersuchungen belegen die Anwendbarkeit der Sortierung im elektrostatischen Feld nach vorheriger triboelektrostatischer Aufladung zur Herstellung der gewünschten Konzentrate. Es konnten Talkkonzentrate mit einem Glühverlust kleiner 6,5 % erzeugt werden, das entspricht einem Talkgehalt von etwa 95 %. Die Bedeutung von diversen Einflussfaktoren wurde untersucht und diskutiert.
Das Inhaltsausbringen an Talk in den erzeugten Talkkonzentraten war mit den mittels Flotation erzielten Ergebnissen vergleichbar. Diese Arbeit zeigt aber auch die Grenzen dieser vielversprechenden Sortiertechnik auf.