Verbesserter Auftrieb für Erze

Die Flotation ist eines der wichtigsten Verfahren zur Mineraltrennung in der Rohstoffindustrie. Um eine möglichst hohe Mineralkonzentration zu erreichen, spielt die passende Auswahl und Dosierung der Reagenzien eine entscheidende Rolle. Bislang handelt es sich dabei um einen komplexen sowie zeit- und kostenintensiven Vorgang. Forscher des Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie haben einen Workflow zur ökonomischen und ökologischen Optimierung und Hochskalierung von Flotationsreagenzien entwickelt. Erste Tests im Industriemaßstab haben eine signifikante Steigerung der Wertmineralkonzentration gezeigt und die Effektivität des Ansatzes bestätigt.

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Bei der Flotation führt man einer Flüssigkeit mit fein gemahlenen Partikeln Gasblasen zu, sodass die Blasen an Teilchen mit wasserabstoßender Oberfläche haften. Diese steigen mit den angehängten Luftblasen nach oben und bilden eine Schaumschicht, die abgeschöpft werden kann. Mineralpartikel haben unterschiedliche Oberflächeneigenschaften, doch erst durch den gezielten Einsatz selektiv adsorbierender Reagenzien – Stoffen, die bei Kontakt mit bestimmten anderen Stoffen eine Reaktion auslösen – wird gesteuert, an welche Partikel sich Gasblasen gezielt anlagern können Um die Effizienz der Partikeltrennung zu erhöhen, kommen verschiedene Reagenzien zum Einsatz. Jedoch ist die Quantifizierung des Potenzials neuer Reagenzien in industriellen Flotationsverfahren sehr kostspielig und zeitaufwändig.

„Flotationsreagenzien sind entscheidend für die Anreicherungseffizienz. Das Wissen über ihre Wirkung basiert oft nur auf Versuchen im Labormaßstab. Die Auswahl und Dosierung der Reagenzien erfolgten bisher häufig informell, subjektiv und empirisch, basierend auf Erfahrungswerten. Ein Reagenzsystem besteht jedoch aus mehreren Komponenten, deren Wechselwirkungen komplex sind. Ein einfacher Austausch eines Reagenzes führt daher selten zum gewünschten Erfolg. Vielmehr müssen Faktoren wie Dosierung, Anwendungsweise und Wechselwirkungen mit anderen Reagenzien und Mineralen berücksichtigt werden“, erläutert Borhane Ben Said vom HIF die Herausforderungen.

Im Projekt CoSilFlot hat Ben Said die selektive Trennung von Scheelit und Kalzit mit Hilfe von kolloidalem Siliziumdioxid als Reagenz untersucht. Die Versuche wurden statistisch geplant, numerisch optimiert und digital aufbereitet, sodass eine Vielzahl von Flotationstests frühzeitig ausgeschlossen werden konnte und die optimalen Dosierungsbereiche der einzelnen Reagenzien im industriellen Maßstab schnell ermittelt wurden. In einer industriellen Flotationsanlage in Europa testete der Wissenschaftler erfolgreich die Methodik und erreichte eine Steigerung des Wertmineralgehalts um bis zu 16 Prozent.

„Das unterstreicht das enorme Potenzial unseres Workflows. Aktuell bearbeiten wir im Folgeprojekt CoSilFlot+ verschiedene Fallstudien, darunter den Ersatz der hochgiftigen Flusssäure durch Natriumfluorid in der Feldspat-Flotation sowie die Implementierung von Biopolymeren zur Trennung von Chalkopyrit und Molybdänit“, beschreibt Ben Said das weitere Vorgehen.

Die Ergebnisse bieten eine gute Verwertungsmöglichkeit für Bergbauunternehmen und Hersteller von Flotationsreagenzien, da die Betriebe im Fall komplexer Mineralzusammensetzungen, besser auf Veränderungen eingehen können. Die Flexibilität ist aber auch von Vorteil für die Einführung umweltfreundlicher Flotationsreagenzien, da die Bergbauindustrie perspektivisch auf ökologisch verträgliche Reagenzien angewiesen ist. Darüber hinaus bietet die Methodik eine gute Perspektive für eine Unternehmensgründung.

„Nach erfolgreicher Validierung ist die Gründung eines Spin-offs geplant, das den CoSilFlot+-Workflow als Ingenieurdienstleistung für Bergbauunternehmen und Chemikalienhersteller anbietet. Ziel ist es, beide Akteure zusammenzubringen, um effiziente und umweltfreundliche Lösungen zu entwickeln und die Prozessergebnisse weiter zu optimieren. Gleichzeitig können Hersteller von Flotationsreagenzien neue Anwendungsmöglichkeiten für ihre Produkte erschließen und so ihre Marktchancen verbessern“, sagt Ben Said.

HZDR