energie - Advanced Mining

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01
2009
www.advanced-mining.com
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01
2009
WEITERBILDUNG
Einführung in die Lagerstättenerkundung Geophysikalische Verfahren der Erkundung mineralischer Rohstofflagerstätten
TECHNOLOGIETRANSFER
Kutschera, J; Herkommer, M.
Verbesserung der Sicherheit in Tagebauen und Steinbrüchen: - Terrestrisches
Laserscanning als Tool für Hangstabilitätsmonitoring und Sprengplanung
geo-konzept GmbH | Adelschlag | Deutschland
Biomining zur Metallextraktion aus Erzen und Abfällen
Schippers, A.
Verbesserung der dampfunterstützten Bitumengewinnung aus natürlichen
Lagerstätten durch elektromagnetische Heizmethoden (Induktionswärme)
Koolmann, M.; Huber, N.; Diehl, D.;
Wacker, B.
Analyse des Zusammenhangs zwischen einaxialer Druckfestigkeit und ShoreHärte am Beispiel West-Anatolischer Kohle
Ozfirat, M.K.; Deliormanli, A.H.;
Simsir, F.
Ein neuer drahtloser Füllstandssensor für Kugelmühlen in der Mineralindustrie
erhöht die Produktionsmenge und spart Energie
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) |
Hannover | Deutschland
Siemens AG | Erlangen | Deutschland
Dokuz Eylul University, Mining Eng. Dept. | Izmir | Türkei
Kalkert, P.
KIMA Echtzeitsysteme GmbH | Jülich | Deutschland
NEUHEITEN & REPORTAGEN
DMV gibt Grundsätze zum Einsatz von luftgestützten und terrestrischen
Laserscannerverfahren im Bergbau heraus
Deutscher MarkscheiderVerein e.V. (DMV)
Steigerung der Wirtschaftlichkeit von Aufbereitungsanlagen
Metso Minerals
10. Jahrestag der ersten installierten Rollenpresse
KHD
Neuer 800-Tonnen Mining-Bagger
Liebherr
Der neue Atlas Copco Hydraulikhammer HB 3600
Atlas Copco Construction Tools
Powercrusher PC1 und PC2 - Robuste Kraftpakete „made in Austria“
Hartl Anlagenbau GmbH
Bell baut Dumper-Baureihe aus
Bell Equipment
Weltweite Einführung des UltralokTM Zahnsystems
ESCO Corporation
GPS-Fuhrparkmanagement mit C-Track
DigiCore
VERANSTALTUNGEN
Der AMS-Veranstaltungskalender 2009
DIESES MAGAZIN WIRD UNTERSTÜTZT VON:
BBM Operta GmbH
Bell Equipment
Continental/ContiTech
KIMA
Metso Minerals
Sandvik Mining & Construction
VDMA
Vermeer
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WEITERBILDUNG
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Ausgabe 01 | 2009
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WEITERBILDUNG
Einführung in die Lagerstättenerkundung -
Geophysikalische Verfahren der Erkundung mineralischer
Rohstofflagerstätten
E
in wesentliches Merkmal der mineralischen Rohstoffe ist, dass sie nicht überall auf der Erde, sondern
nur an wenigen Stellen der Erdkruste in solchen Konzentrationen vorkommen, dass sie wirtschaftlich
nutzbar sind. Natürliche Rohstoffkonzentrationen in der Erdkruste sind als Ergebnis geologischer Prozesse in geologischen Zeiträumen entstanden und lassen sich durch systematische Analyse und Bewertung von Geoinformationen lokalisieren. Die Suche und Erkundung von Lagerstätten ist zu definieren als
Prozess menschlicher Tätigkeiten, die unmittelbar auf das Auffinden und die Untersuchung von Lagerstätten
mineralischer Rohstoffe zwecks Vorbereitung ihrer Gewinnung und industriellen Nutzung gerichtet sind.
Es sind Tätigkeiten, die am Anfang des Produktionsprozesses der Grundstoffindustrie stehen und für
diesen bzw. in diesem unerlässlich sind.
Ein Großteil der Lagerstättensuche wird in den Industrieländern durch private Unternehmen durchgeführt. Es
handelt sich dabei um ein breites Spektrum unterschiedlicher Firmen, deren Größe von Ein-Mann-Unternehmen
bis zu multinationalen Konzernen reicht. In zentralistisch
organisierten Ländern wird die Suche nach mineralischen
Rohstoffen oftmals durch staatliche Firmen oder Behörden
durchgeführt.
Die Lagerstättensuche mit dem Ziel des nachfolgenden Bergbaus steht am Anfang der immer langfristig angelegten Rohstoffprojekte. Daher muss die Planung eines
solchen Projektes die nachstehenden Schlüsselfaktoren
berücksichtigen:
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•
•
•
•
Struktur des Absatzmarktes und seine Entwicklung (Nachfrageseite)
Struktur der Bergbauindustrie (Angebotsseite)
Rohstoffpreis
Politische Entwicklung www.advanced-mining.com
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WEITERBILDUNG
Nach der Analyse der Schlüsselfaktoren kann die
anschließende Lagerstättensuche in Abhängigkeit des
Erkundungszieles als multi- oder monomineralische Prospektion angelegt sein. Multimineralische Erkundungsprogramme zielen dabei nicht auf einen bestimmten Rohstoff
ab, sondern dienen der allgemeinen Erfassung der vorhandenen mineralischen Rohstoffe in einem bestimmten geographischen Gebiet. Diese sehr aufwendige und kostenintensive Erkundung wird i.d.R. als staatliches Programm
durchgeführt. Monomineralische Prospektion dient der
Aufsuchung eines bestimmten mineralischen Rohstoffes
oder eines bestimmten Lagerstättentyps bzw. der Fortsetzung einer bekannten Lagerstätte.
Bei der generellen Art der Vorgehensweise können
dabei vier verschiedene Fälle unterschieden werden, die
in der Praxis oftmals in Kombination zum Erfolg führen:
•
•
•
•
Zufallsfund
Prospektion auf der Basis von Erfahrungen (Analogieschlüsse)
Prospektion auf der Basis von Hypothesen (z.B. zur Lagerstättenbildung)
Voraussetzungslose Prospektion
Nach der Analyse dieser Schlüsselfaktoren, der
Beschreibung des Erkundungszieles, der Zusammenstellung eines Explorationsteams und der Aufstellung eines
Finanzierungsplanes erfolgt i.d.R. die Beschaffung einer
rechtlichen Grundlage, da die Suche nach Lagerstätten in
den meisten Fällen einer Genehmigung bedarf.
Die Suche und Erkundung von Lagerstätten kann in
mehrere aufeinander folgende Phasen aufgeteilt werden,
die sich hinsichtlich ihres steigenden Aufwands und sinkenden Risikos unterscheiden.
Die erste Phase der Erkundung wird durch die sog.
Reconnaissance oder Primärerkundung dargestellt, die
durch eine großräumige Untersuchung zur Auswahl eines
höffigen Gebietes für weitere detaillierte Untersuchungen
führen soll. Begonnen wird dabei mit Recherchen, die den
eigentlichen Feldarbeiten vorlaufen. Diese Recherche, im
englischsprachigen Raum desk study = Schreibtischarbeit
genannt, beinhaltet die nachstehend aufgeführten Bereiche. Während dieser Phase werden alle verfügbaren Rohstoff-relevanten Unterlagen gesichtet und bewertet. Dabei
werden beispielsweise geologische und hydrologische
Karten sowie bei eventuell früheren Untersuchungen bereits ermittelte relevante Kennwerte herangezogen. Ebenso sind Informationen über laufende Bergwerksbetriebe
und Erkundungsprogramme und deren ökonomischen Status von Interesse.
Beispielsweise sind geologische Informationen für weite Teile der Welt verfügbar, variieren allerdings in Maßstab
und Qualität. Diese Informationen sind häufig aus öffentlich zugängigen Quellen erhältlich, z.B. von staatlichen
Einrichtungen wie der BGR (Deutschland) oder dem Geo-
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logical Surveys und können durch kommerzielle Angebote, wie beispielsweise der Metals Economics
Group Canada ergänzt werden.
Liegen Informationen dieser Art nicht vor, so ist eine
erste ingenieurgeologische Einschätzung des Gebietes aus
der Bewertung aller vorgefundenen Aufschlüsse zu entwickeln. Besonderes Augenmerk hat dabei der Topographie,
der Beschaffenheit des Gesteins und der Vegetation sowie
den Wasserläufen und Quellen zu gelten.
Ziel der Primärerkundung ist es, soweit wie möglich und
mit geringem Aufwand Informationen über die Rohstoffmenge, die Rohstoffqualität sowie geologische und hydrologische Eigenschaften des Untergrundes zu erhalten.
Ein weiterer Schwerpunkt dieser Projektphase ist die
Erfassung von möglichen Konfliktpotentialen aufgrund
konkurrierender Nutzungsansprüche. Die konkurrierenden
Nutzungen sind u. a.:
•
•
•
Bebauungsflächen und Infrastruktur,
Schutzgebiete, z.B. Natur- und Landschafts
schutzgebiete sowie
sonstige Nutzungen der Oberfläche.
In der zweiten Phase der Lagerstättensuche, der eigentlichen Prospektion, werden Geländebefahrungen
oder Überfliegungen zur direkten Überprüfung der aus
den vorliegenden Unterlagen gewonnenen Erkenntnisse
durchgeführt. In Abhängigkeit des Erkundungszieles können weiterführende Verfahren der direkten Erkundung,
wie beispielsweise Schürfe und Bohrungen bzw. indirekte Erkundungsverfahren mittels Geophysik durchgeführt
werden.
Führt die Prospektion zur Auswahl eines Gebietes, so
erfolgt eine detaillierte Untersuchung und Erkundung des
Gebietes, die sog. Exploration. Bei der Exploration wird
durch Detailuntersuchungen geprüft, ob eine aufgefundene Lagerstätte einen nach Qualität und Menge wirtschaftlich nutzbaren Mindestvorrat enthält.
Die Verfahren, die im Rahmen der Lagerstättenerkundung zum Einsatz kommen werden in sog. direkte und indirekte Erkundungsverfahren unterteilt.
Direkte Verfahren ermöglichen eine Zugänglichkeit zum
Untergrund und die Gewinnung von Informationen auf
direktem Wege. Hierzu gehören Bohrungen und Schürfe.
Indirekte Verfahren nutzen die physikalischen bzw.
chemischen Eigenschaften von Gesteinen und Lagerstätten und liefern somit auf indirektem Wege Informationen.
Zu dieser Gruppe gehören die sog. geophysikalischen Verfahren.
Im Folgenden werden einige geophysikalische Erkundungsverfahren exemplarisch vorgestellt.
5
WEITERBILDUNG
Geophysikalische Erkundungsverfahren
Geophysik bedeutet „Physik der Erde“ und beschäftigt
sich mit den stofflichen Eigenschaften und physikalischen
Vorgängen in und über der Erde. Die Geophysik umfasst
Erdmagnetismus, Erdanziehung, Erdwärme, Erdströme
usw..
Die Geophysik ermöglicht durch physikalische Messungen einen Einblick in den Untergrund, z.T. bis in große
Tiefen. Dadurch können Aussagen über den strukturellen
Aufbau und den Stoffbestand getroffen werden. Die Geophysik sucht Lagerstätten bestehend aus Erdöl, Erdgas,
Kohle, Erzen, Wasser, Steine und Erden usw. und hilft
bei ihrer Erschließung. Diese Lagerstätten werden geophysikalisch gesucht, weil sie an bestimmte geologische
Strukturen gebunden sind und sich in ihren stofflichen
Eigenschaften gegenüber dem umgebenden Gestein hervorheben. Sie können als Fremd- oder Störkörper in der
Erdkruste bezeichnet werden.
Die Verfahren der Geophysik untersuchen zerstörungsfrei. Statt punktförmiger Aufschlüsse durch Bohrungen
kann kontinuierlich beobachtet und über größere Volumina integriert werden. Viele geophysikalische Messungen
sind kostengünstig. Für die Kosten einer 100 m tiefen Kernbohrung lassen sich z.B. an ca. 100 Stellen geoelektrische
Tiefensondierungen mit derselben Untersuchungstiefe
durchführen.
Allerdings liefern geophysikalische Messungen - insbesondere bei den sog. Potentialverfahren - ungenaue Teufenangaben. Ebenso ist das vertikale Auflösungsvermögen
- wiederum insbesondere bei den Potentialverfahren verhältnismäßig gering.
Ergebnisse geophysikalischer Messungen führen sehr
häufig zu Mehrdeutigkeiten, die durch komplexes Vorgehen, d.h. den kombinierten Einsatz unterschiedlicher Verfahren, reduziert werden können. In der nachstehenden
Tabelle 1 sind mögliche Anwendungsgebiete geophysikalischer Verfahren dargestellt, wobei zwischen der direkten
Lagerstättenerkundung (direct targeting) und der strukturellen, regionalgeologischen Erkundung (geological framework) unterschieden wird.
Tab. 1: Einsatzgebiete der geophysikalischen Verfahren [6]
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WEITERBILDUNG
Die Geophysik ist in den seltensten Fällen als kostengünstiger Ersatz von Bohrungen anzusehen. Die Charakteristik eines direkten Aufschlusses durch Bohrungen und
indirekter Erkundung durch die Geophysik sind eminent
verschieden. In einem Projekt sind meist Kombinationen
aus Bohrungen / Sondierungen / Schürfen und Geophysik
erforderlich und hinsichtlich Zeitablauf und -aufwand, Umfang und Kosten aufeinander abzustimmen.
Es kann sinnvoll sein, geophysikalische Messungen
nach niedergebrachten Aufschlüssen durchzuführen.
Meist wird allerdings eine geophysikalische Kampagne
vorgenommen, um die Ansatzpunkte von Bohrungen nach
den Ergebnissen der Geophysik auszuwählen. Über die
Bohrergebnisse kann eine Korrelation zu den Ergebnissen
aus der Geophysik erzielt werden. Eine geschickte Kombination ermöglicht den Anschluss geophysikalischer Profile oder Messnetze an die Bohrungen zur nachträglichen
Eichung der Auswertung.
Ein Einsatz der Geophysik bedeutet in der Regel einen
hohen Mess- und Auswerteaufwand. Es existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Messverfahren, die in variantenreichen Messkonstellationen eingesetzt werden.
Geophysikalische Verfahren werden in passiv und aktiv
messende Verfahren eingeteilt. Passiv mit einem „Empfänger“ messende Verfahren nutzen natürlich existierende
geophysikalische Felder, wie beispielsweise das Erdmagnetfeld, das Gravitationsfeld der Erde oder natürliche
Erdströme, während bei aktiv messenden Verfahren mit einem „Sender“ Felder im Untergrund erzeugt und mit einem
„Empfänger“ ausgemessen werden.
Geophysikalische Messungen werden von der Erdoberfläche aus, von Luftfahrzeugen (Flugzeug, Hubschrauber
-> Aerogeophysik) aus und in Bohrungen vorgenommen,
wobei Kombinationen der Aufstellungen möglich und üb-
lich sind.
Gängige geophysikalische Messver-fahren der Lagerstättenerkundung, insbesondere auch für den Bereich der
Lagerstätten der Steine und Erden sind z.B.
•
•
•
•
•
•
Geomagnetik
Gravimetrie
Geoelektrik, z.B.
Widerstandsmessungen
Induzierte Polarisation
Seismik
Refraktionsseismik
Reflexionsseismik
Bodenradar
(Bohrlochgeophysik)
In den folgenden Abschnitten werden ausgewählte
geophysikalische Verfahren vorgestellt.
Geomagnetik, Magnetfeldmessungen
Magnetfeldmessungen stellen das universellste Verfahren in der Geophysik dar; gleichzeitig gehören sie zu den
kostengünstigsten Methoden.
Grundlage für die Geomagnetik ist das Erdmagnetfeld.
Durch die Induktion im Erdmagnetfeld werden Gesteinskörper oder andere Objekte selbst zu einer Art Magnet mit
einem sie umgebenden Magnetfeld. Dieses Magnetfeld
überlagert sich mit dem induzierenden, sog. normalen Erdfeld als störendes Feld; es erzeugt Anomalien im Normalfeld.
Abb. 1:
Magnetische
Suszeptibilität
verschiedener
Gesteine [3]
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WEITERBILDUNG
Die stoffliche Eigenschaft der induzierten Magnetisierung wird als magnetische Suszeptibilität bezeichnet, die
im Vergleich verschiedener Stoffe um viele Größenordnungen differieren kann (siehe Abbildung 1).
Geomagnetische Messungen des Erdmagnetfeldes
bzw. seiner Anomalien dürfen nicht verwechselt werden
mit den elektromagnetischen Verfahren der Geoelektrik,
bei denen ein künstliches Magnetfeld die Grundlage der
Messungen bildet.
Die Vermessung der magnetischen Anomalien mit
geeigneten Messgeräten (Magnetometer) erlaubt das
Aufsuchen, Abgrenzen und Modellieren magnetisierter Körper und Objekte nach Lage, Tiefe und Form (siehe
Abbildung 2).
Magnetfeldmessungen werden mit
Magnetometern durchgeführt. Die in der Vergangenheit
viel benutzten mechanischen Magnetometer, sog. Feldwaagen und Torsionsmagnetometer sind von elektronisch
oder atomphysikalisch arbeitenden Systemen abgelöst
worden:
•
•
•
Fluxgatemagnetometer (Saturationskernmagne
tometer, Förstersonde)
Protonenmagnetometer (Kernpräzessionsmagne
tometer)
Absorptionszellenmagnetometer (Quantenmagne
tometer, Magnetometer mit optisch gepumpten Gasen).
Abb. 2:
Geogen induzierte
Magnetisierung eines Erzkörpers [6]
Anwendungsgebiete der Magnetik sind:
•
•
•
geologische Kartierung (Tonsteine sind i.a. stärker magnetisch als Sandsteine; basische Gesteine sind i.a. stärker magnetisch als saure usw.)
Lagerstättenprospektion, insbesondere bei metallischen Erzen
Umweltgeophysik: Nachweis und Abgrenzen von Altlasten; Ortung eisenmetallischer Objekte (Fässer, Tanks, Munition, Blindgänger, eisenmetal
lische Leitungen etc.) und unterirdischer Bauten.
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Während Protonenmagnetometer und Absorptionszellenmagnetometer
die Totalintensität ermitteln,
werden durch Fluxgatemagnetometer nur die Komponenten des Magnetfeldes
gemessen.
Bei den magnetischen Untersuchungen von Lagerstätten muss insbesondere die
remanente Magnetisierung
einiger Stoffe berücksichtigt werden, die z.B. durch
Abkühlung von Schmelzen, chemische Veränderungsprozesse, mechanische Einwirkungen oder Blitzschlag erfolgen kann. Remanenz ist eine bleibende Magnetisierung,
die bei Untersuchungen der induzierten Magnetisierung
zu gravierenden Fehldeutungen führen kann. Remanente
Magnetisierung können vor allem die Minerale Magnetit,
Maghemit (Gamma-Fe2O3), Titanomagnetite oder Magnetkies bzw. magnetithaltige Gesteine (z.B. Basalte) aufweisen.
Nachstehend wird ein praktisches Beispiel zur
Geomagnetik aus dem Bereich der Steine und Erden
dargestellt.
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WEITERBILDUNG
Zur Erkundung potentieller Lagerstättenvorräte eines Basaltsteinbruchs wurden Magnetfeldmessungen
durchgeführt. Zielsetzung dabei war die Bestimmung
der vertikalen Ausdehnung des Basaltkörpers. Es
konnten zwei Schlote nachgewiesen werden, die aber
nur sehr geringe Durchmesser und damit kein abbauwürdiges Material beinhalten (siehe Abbildung 3).
Ein weiteres Beispiel ist die Exploration des Pampa de Pongo Iron Deposit in Peru. Südlich der bereits
bekannten Lagerstätte wurden durch magnetische
Feldmessungen weitere Anomalien detektiert und
durch Bohrungen verifiziert. Die Bohrung PPD-04 hat
auf einer Länge von rund 350 m Eisengehalte bis 49 %
nachgewiesen (Abbildung 4).
Abb. 3:
Magnetfeldmessungen
in einem Basaltsteinbruch [1]
Abb. 4:
Magnetfeldmessungen
Pampa de
Pongo Iron
Deposit, Peru [2]
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WEITERBILDUNG
Gravimetrie
In der Gravimetrie werden mit hochempfindlichen
Messgeräten die geringfügigen Schwerkraftänderungen gemessen, die von Dichteunterschieden im Untergrund hervorgerufen werden. In der Abbildung 5 sind das
Prinzip der gravimetrischen Messung sowie ein Praxisbeispiel anhand von Kimberlitschloten dargestellt.
Dichteunterschiede können zur Unterscheidung bzw.
Lokalisierung nachstehender Gesteine genutzt werden:
•
•
•
•
•
•
Lockergesteine und Festgesteine
Saure und basische bzw. ultrabasische Kristallingesteine
Dichte und poröse Gesteine
Wasserfreie und Wasser führende Gesteine
Erze
Salzgesteine
Ein Beispiel für gravimetrische Erkundungen sind Lagerstätten, deren Minerale und Gesteine sich gegenüber dem
sie umgebenden Gebirge stark in der spezifischen Dichte
unterscheiden. Beispiele sind auf der einen Seite „leichte“
Salz- oder Braunkohlelagerstätten sowie auf der anderen
Seite „schwere“ Eisenerz- oder Uranlagerstätten. In der
Tabelle 2 ist die Dichte ausgewählter Rohstoffe aufgeführt.
Tab. 2: Dichte ausgewählter Gesteine
Material
Luft
Wasser
Braunkohle
Steinkohle
Sedimente
Sandstein
Tonschiefer
Kalkstein
Granit
Basalt
Metamorphe Gesteine
Spahlerit (Zinkblende)
Chalkopyrit
Hämatit
Galenit (Bleiglanz)
Uranit (Pechblende)
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Dichte [t/m³]
~0
1,0
~ 1,25
1,3 - 1,6
1,7 - 2,3
2,0 - 2,6
2,0 - 2,7
2,5 - 2,8
2,5 - 2,8
2,7 - 3,1
2,6 - 3,0
3,5 – 4,0
4,1 – 4,3
5,1 – 5,3
7,4 – 7,6
7,5 – 10,6
Abb. 5: Veränderung des Schwerefelds - Prinzip (oben) und Praxisbeispiel (unten) [4], [6]
Schweremessungen können unbeeinflusst von Verkehr,
Bebauung, Versorgungsleitungen oder versiegelten Böden praktisch überall durchgeführt werden. Zudem kann
das Verfahren sowohl am Boden als auch in der Luft angewendet werden. Unerlässlich für die Gravimetrie ist die
genaue Kenntnis der Ortskoordinaten jedes Messpunktes,
insbesondere seiner Höhe. Heute können die Koordinaten
problemlos mit hoher Präzision mittels differenziellem GPS
ermittelt werden.
Die verwendeten Messgeräte, sog. Gravimeter, registrieren ähnlich einer Federwaage mikroskopisch kleine
Auslenkungen einer Probemasse. Moderne Gravimeter besitzen eine sehr große mechanische Stabilität und Messgenauigkeit. Dies ist notwendig, da einerseits der Einsatz
im Feld eine robuste Bauart erfordert und
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WEITERBILDUNG
andererseits die lokalen Veränderungen der Erdanziehung
auch bei großen Dichteunterschieden sehr klein sind.
Die Gravimetrie gehört zu den Kennkurvenverfahren und
erlaubt daher nur eine mehrdeutige Interpretation. Das Verfahren erfordert die Korrektur der Einflüsse von Zeit, geographischer Breite, Höhenlage und regionalgeologischer
Verhältnisse, um ein lokalgeologisches Modell ableiten zu
können. Da für gravimetrische Messungen die Dichtunterschiede im Untergrund als Nutzsignal von Interesse sind,
müssen die übrigen Einflüsse auf das Schwerefeld durch
Reduktionen entfernt werden. Die Eliminierung örtlicher
Schwankungen erfolgt mittels der sog. Bouguer-Reduktion sowie einer Gelände- und Breitenreduktion. Zeitliche
Schwankungen werden durch wiederholte Messungen an
Basispunkten korrigiert. Durch Reduktionen
und Wiederholungsmessungen ergibt sich ein lokales Modell der geologischen Verhältnisse und der Ausdehnung
von Störkörpern im Untergrund. Unter Einbeziehung weiterer geologischer Informationen kann die Teufenlage des
Lagerstättenkörpers näherungsweise bestimmt werden.
Für manche Regionen oder Länder sind flächendeckende Informationen aus geophysikalischen Messungen vorhanden, die teilweise frei verfügbar oder gegen
Entgelt erhältlich sind. Ein Beispiel stellt die Gesamtkarte der gravimetrischen Anomalien Australiens dar (siehe
Abbildung 8), die durch die staatliche Behörde „Geoscience Australia“ frei zur Verfügung gestellt wird, wobei
weitere Details ebenfalls unentgeltlich erhältlich sind.
Abb. 6: Gravimeter, Bodengravimetrie [11]
Abb. 7: Aero-Gravimetrie und Meßsystem [4]
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WEITERBILDUNG
Abb. 8: Gesamtkarte der gravimetrischen Anomalien Australiens [5]
Geoelektrik
Es existiert eine Vielzahl geoelektrischer Verfahren; eine
Auswahl ist in der nachstehenden Übersicht aufgeführt.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Eigenpotential (SP; self potential oder spontaneous potential)
Widerstandsgeoelektrik
Elektromagnetik (EM)
Induzierte Polarisation (IP)
Magnetotellurik (MT)
Magnetometrische Widerstands-Methode (MMR)
Radiowellen-Methode (VLF und VLF-R; Very Low Frequency)
Mise-à-la-masse-Methode (Methode des geladenen Körpers)
Electrical imaging
MIKRO-VLF
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Bis auf die Eigenpotentialmessung, die, wie der Name
sagt, die natürlichen Gleichstromfelder misst, basieren
alle weiteren Verfahren der Geoelektrik auf einer künstlichen Anregung des Untergrunds mittels Elektroden
oder Induktion. Unterschieden werden kann weiterhin in
elektrische und elektromagnetische Verfahren.
Die elektrischen Verfahren nutzen Gleich- oder Wechselströme zur Messung elektrischer Potentialdifferenzen.
Bei den elektromagnetischen Verfahren erfolgen
eine zeitabhängige periodische oder impulsartige Anregung und die anschließende Messung elektrischer oder
elektromagnetischer Felder.
12
WEITERBILDUNG
Generell besitzen die geoelektrischen Verfahren ähnliche Einsatzmöglichkeiten:
•
•
•
•
•
•
Klärung der geologischen Verhältnisse
Klärung der hydrogeologischen Verhältnisse
Bestimmung der Abraummächtigkeit
Bestimmung der Lagerstättenmächtigkeit
Bestimmung der horizontalen Ausdehnung
Bestimmung der Materialqualität
Ziel der Messungen ist es, aus den ermittelten Parameterverteilungen die Strukturen des Untergrundes und
ihre stofflichen Ursachen zu rekonstruieren. Die Aussagesicherheit wird erhöht durch die kombinierte Messung
mehrerer geoelektrischer Parameter und durch die
Einbeziehung von Randbedingungen aus der Geologie,
Bohrungen und anderen geophysikalischen Verfahren.
Im Folgenden werden die Verfahren der geoelektrischen
Widerstandstiefensondierung und der Elektromagnetik
vorgestellt.
Geoelektrische
Widerstandstiefensondierung
Die Methode der geoelektrischen Widerstandstiefensondierungen wird dem Bereich der konventionellen
Geoelektrik zugeordnet. Das Ziel des Verfahrens ist die
Ermittlung der spezifischen elektrischen Widerstandsverteilung im Untergrund. Die geoelektrische Widerstandstiefensondierung wird bevorzugt an Land eingesetzt, wenngleich auch auf dem Wasser damit gearbeitet werden
kann.
Tabelle 3 zeigt scheinbare spezifische Widerstände
einiger ausgewählter Gesteine.
Tab. 3: Scheinbarer spez. Widerstand ausgewählter Gesteine
Material
Lehme, Tone
Humus
feuchter Sand
trockener Sand
Kiese
Sandstein
Kalkstein
Granit
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Scheinbarer spez. Widerstand
[Ω∙m]
2 - 50
50 - 100
100 - 300
300 – 1.000
8.000
4.000
10.000
1.000.000
Die elektrische Eigenschaft des Bodens
bzw. eines geologischen Untergrundes wird durch Anlegen
eines künstlichen elektrischen Feldes an der Erdoberfläche
über Messelektroden erfasst. Das Messprinzip einer geoelektrischen Widerstandstiefensondierung und die grafische Darstellung der Sondierungskurve sind in Abbildung 9
dargestellt.
Mit der Vierpunktanordnung von Elektroden (Stahlspieße A, B, N und M) wird dem Boden über die Außenelektroden (Stromelektroden A und B) ein künstlicher elektrischer
Strom (I) zugeführt. Die sich einstellende Potentialdifferenz
über die beiden mittleren Elektroden (Potentialelektroden
M und N) wird gemessen. Zur Ermittlung der Tiefenlage
einzelner geologischer Schichten muss die Eindringtiefe
des elektrischen Feldes variiert werden. Hierbei wird der
Abstand zwischen den Stromelektroden symmetrisch um
die Potentialelektroden soweit in Schritten vergrößert, bis
die gewünschte Wirkungstiefe erreicht ist.
Auf diese Weise wird der scheinbare spezifische elektrische Widerstand als Funktion der Elektrodenabstände
(AB/2) und somit als Funktion der Tiefe für den jeweils auf
dem Profil festgelegten Messpunkt ermittelt. Die computergestützte Auswertung ergibt schließlich die Anzahl der
Schichten, ihre Mächtigkeiten bzw. Tiefenlagen sowie die
einzelnen spezifischen elektrischen Schichtwiderstände.
Mit den entsprechenden Kenntnissen über die lokale Geologie, z.B. durch Bohrungen, kann aus den Auswertungen
der Einzelmessungen ein geologisches Bild modelliert werden. Wie bei allen Verfahren der Geophysik erfordert diese
Auswertung einen erfahrenen Geologen, da ohne solide
Vorkenntnisse als Basis für die Computerberechnungen
auch völlig irreale Resultate erreicht werden können.
Für die erfolgreiche Anwendung der geoelektrischen
Widerstandsmethode sind folgende Voraussetzungen notwendig:
•
•
•
•
•
Die abzugrenzenden Schichten müssen sich bzgl. ihres spezifischen elektrischen Widerstandes hinreichend voneinander unterscheiden.
Die einzelnen Schichtkomplexe müssen eine ausreichende Relativmächtigkeit besitzen.
Bei einem hinreichend hohen Kontrast bzgl. des spezifischen elektrischen Widerstandes ist eine Schicht mit einer Mächtigkeit größer oder gleich 10% der Tiefenlage der Schicht detektierbar, d.h. in einer Tiefe von 5 m ist eine Schicht mit einer Mächtigkeit von 0,5 m auflösbar.
Die Mehrdeutigkeit der quantitativen Interpretation kann nur durch die Kalibrierung der geoelektrischen Widerstandstiefensondier-
ungen an Bohrungen etc. beseitigt werden.
Fällt eine Schichtgrenze mit dem Grundwasser
spiegel zusammen, ist eine eindeutige Interpre
tation ohne zusätzliche geologische Informatio-
nen durch Bohrungen etc. nicht möglich. www.advanced-mining.com
13
WEITERBILDUNG
•
Geoelektrische Messungen ergeben nur dann auswertbare Daten, wenn der Untergrund lateral homogen, d.h. in durchgängigen Schichten aufgebaut ist. Dies muss über eine von der gewünschten Eindringtiefe abhängige Distanz gewährleistet sein. Bei einer Messtiefe von bei
spielsweise 30 m sollte der Untergrund über eine Strecke von ca. 180 m lateral homogen aufgebaut sein.
Insbesondere bei der Exploration von sulfidischen
metallischen Gesteinen kann die Widerstandsgeoelektrik zur Lokalisierung der Lagerstätten eingesetzt werden.
Weiterhin kann sie generell zur Bestimmung der Mächtigkeit bzw. Tiefenlage einzelner
geologischer Schichten unter
dem Messpunkt angewendet
werden.
Als Beispiel soll die Kiesprospektion auf einem See vorgestellt werden. Gegenstand
der Untersuchungen war eine
detaillierte geophysikalische
Erkundung des Untergrundes
zur Abgrenzung abbaubarer
Kies- bzw. Sandschichten gegenüber
schluffig-sandigen
Schichten. Die geforderte Informationstiefe lag bei 55 Metern.
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Abb. 9: Kiessondierung mittels geoelektrischer
Widerstandsmessung [7]
Zur Beantwortung der Fragestellung wurden 95 geoelektrische Widerstandstiefensondierungen auf dem Wasser
durchgeführt. Die Seetiefe wurde durch Echolotmessungen bestimmt und bei der Interpretation der Sondierungskurven der Widerstandstiefensondierungen verwendet.
Die Ergebnisse der geoelektrischen Widerstandstiefensondierungen sind zunächst in Form von sog. „Pseudovertikalschnitten“ (Darstellung der lateralen und vertikalen
Verteilung des spezifischen elektrischen Widerstandes) in
Abbildung 10 grafisch dargestellt.
Abb. 10: Pseudovertikalschnitt einer Kies- und Sandlagerstätte [7]
14
WEITERBILDUNG
Anhand der Bohrprofile der Sondierungsbohrungen
wurden die geoelektrischen Widerstandstiefensondierungen kalibriert. Dadurch konnten aus den Pseudovertikalschnitten geologische Vertikalschnitte modelliert
werden, die die Berechnungsgrundlage für die Ermittlung
der Mächtigkeiten und somit der Volumina der einzelnen
Schichten waren.
Elektromagnetik
Bei dem sog. elektromagnetischen 2-Spulensystem
wird durch eine Sendespule ein primäres Wechselfeld im
Untergrund eingebracht (Induktion). Bei Vorhandensein
eines gut leitenden Köpers im Untergrund wird ein sekundäres Wechselfeld erzeugt. Eine Empfangsspule misst das
resultierende Wechselfeld.
Die Eindringtiefe der Messungen lässt sich durch die
Anordnung bzw. den Abstand der Spulen und über die
Frequenz der elektromagnetischen Wellen steuern. Mit
geringer werdender Frequenz und Leitfähigkeit steigt die
Eindringtiefe (Skin-Effekt); andererseits sinkt mit einer geringer werdenden Frequenz das Auflösungsvermögen von
Strukturen.
Anwendungen von elektromagnetischen Methoden
haben meist den Vorteil, dass sie schnell und flächenhaft
durchgeführt werden können, da die Geräte meist keinen
direkten Kontakt zum Boden haben und somit nicht aufgebaut werden müssen. Außerdem sind die Messgeräte häufig tragbar und somit ohne große Flurschäden einsetzbar.
Anwendungsgebiete sind vergleichbar mit der Magnetik
und werden auch meist zusammen verwendet. Die Elektromagnetik kann auch aus der Luft vorgenommen werden
und wird dann als sog. Aero-Elektromagnetik bezeichnet
(Abbildung 12).
Abb. 11: Mächtigkeit der Kiesschicht, 1 m-Isolinien [7]
Abb. 12:
Aero-Elektromagnetik [4]
Ausgabe 01 | 2009
15
WEITERBILDUNG
Seismik
Bei dem Verfahren der Seismik werden die Laufzeiten
von Schallwellen gemessen, die künstlich an der Erdoberfläche oder im Wasser erzeugt werden, im Untergrund
Brechung und Reflexion an Diskontinuitäten erfahren und
mit Geophonen an Land bzw. Hydrophonen auf dem Wasser registriert werden.
Es finden zwei unterschiedliche Verfahren Anwendung,
wobei die Refraktionsseismik und die Reflexionsseismik
jeweils
unterschiedliche
Wellenwege im Untergrund
betrachten. Die Reflexionsseismik arbeitet nach dem
Echolot-Prinzip. An der Erdoberfläche erzeugte Schwingungen werden an Schichtgrenzen
im
Untergrund
reflektiert und an der Erdoberfläche aufgezeichnet. Bei der
Refraktionsseismik dagegen
werden die Wellenstrahlen
beobachtet, die im Untergrund gebrochen werden und
sich teilweise parallel zur Erdoberfläche ausbreiten (siehe
Abbildung 13).
Jede Erschütterungsanregung erzeugt sowohl reflektierte, als auch refraktierte
Wellen. Allein die Messgeometrie bestimmt, welche Wellen primär beobachtet werden.
Die wichtigsten Typen von
Erschütterungswellen für die
Seismik sind P Wellen (Kompressionswellen) und S Wellen (Scherwellen). Beide unterscheiden sich hinsichtlich der Partikelbewegung und
ihrer Fortpflanzungsgeschwindigkeit. Aus der gemeinsamen Ermittlung der Geschwindigkeiten beider Wellentypen
können dynamische Materialparameter bestimmt werden.
Vorteile gegenüber anderen Verfahren der Geophysik
ergeben sich aus der Erfassung sowohl horizontaler als
auch vertikaler Strukturelemente sowie der Beschreibung
des stratigraphischen Aufbaus des Untergrundes und der
Lagerstätte.
Nachteilig sind vor allem die im Vergleich zu anderen
Verfahren hohen Kosten. Diese resultieren aus den teuren
Geräten für die Datenerfassung und der aufwändigen Datenaufbereitung mittels leistungsstarker Großrechner.
Da an Land der Messaufwand für Reflexionsmessungen
erheblich größer ist werden für oberflächennahe Untersuchungen überwiegend Refraktionsmessungen angewendet.
Ausgabe 01 | 2009
Bei der Seeseismik dagegen ist es aufgrund der Messtechnik vorteilhaft, Reflexionsmessungen durchzuführen.
In Gewässern bestehen einfachere Möglichkeiten als an
Land, seismische Signale zu erzeugen, die der Aufgabenstellung optimal angepasst sind. Es können impulsartige
oder kontinuierliche Signale abgestrahlt werden. Die Frequenzen liegen dabei zwischen 10 Hz und 10.000 Hz. Die
Auswahl der Signalquellen, die gewählten Messgeometrien und die Datenbearbeitungs-Prozeduren bestimmen die
Erkundungstiefe und das Auflösungsvermögen.
Abb. 13: Reflexionsseismik (oben) und
Refraktionsseismik (unten)
Mit Hilfe flächendeckender seismischer Messungen
lassen sich Schichtverläufe verfolgen sowie Setzungszonen und Störungen lokalisieren. Eine Kalibrierung durch
Bohrungen, Drucksondierungen oder andere direkte Aufschlüsse ermöglicht es, detaillierte, komplexe und realistische digitale geologische Modelle des Untergrundes zu
entwickeln.
Anwendungsgebiete für die Seismik sind neben der
klassischen Exploration von Kohlenwasserstofflagerstätten vor allem die geologische Erkundung von flözartigen
Lagerstätten z.B. der Stein- und Braunkohlen sowie allgemein die Ermittlung von Überdeckungen und Mächtigkeiten.
16
WEITERBILDUNG
In Tabelle 4 werden die Schalllaufzeiten einiger ausgewählter Stoffe aufgeführt.
Tab. 4: Ausgewählte Geschwindigkeiten für
P- und S-Wellen in Gesteinen
Material
VP in km s-1
Luft
Wasser
0,3
1,45
Sedimente
Sand, Ton
Kalkstein
Sandstein
1,5 - 2,5
3,5 - 5,5
1,8 - 3,0
Metamorphite
Granatgneis
Amphibolit
Peridotit
Eklogit
6,6 - 7,0
6,9 - 7,0
7,9 - 8,1
7,8 - 8,1
Magmatite
Granit
Gabbro
Reflexionsseismik
5,6 - 6,3
6,5 - 6,8
Bei
der
seismischen
Vermessung einer Kieslagerstätte sind verschiedene Sedimentarten wie Schlamm/Spülsand, Sand, Kies,
Geschiebemergel,
Tonlagen/-linsen,
Fels,
aber
auch große Steine sehr gut zu differenzieren
(Abbildung 14). Da sich interne Lagerungsstrukturen meist deutlich erkennen lassen,
-1
Vs in km s
ist es auch möglich, unverritztes oder bereits
-gebaggertes und zurückgefallenes Material
zu unterscheiden. Korngrößen sind jedoch nur
-relativ zu bestimmen, d.h. es ist erkennbar, ob
die Materialzusammensetzung an einer Stelle
0,1 - 0,5
vergleichsweise feiner oder gröber ist als an
1,8 - 3,8
einer anderen Stelle.
Grenzen der Einsetzbarkeit bildet der sog.
1,7 - 2,5
Beckeneffekt. Liegen z.B. Faulgase als kleine Bläschen in der Schlammbedeckung des
3,4 - 4,0
Bodens vor, wirken sie wie eine akustische
3,8 - 4,6
Sperre und lassen die vom Boomer ausgesandten seismischen Wellen nicht passieren
4,2 - 4,7
(Abbildung 14, rechts).
4,5 - 5,0
Ein weiteres Beispiel für eine refexionsseismische Erkundung ist die Erkundung eines Ka2,5 - 3,8
lisalzvorkommens in Kanada. Der Lagergang
wurde durch radioaktive Bohrlochmessun3,8 - 3,9
gen in ehemaligen Erdölbohrungen bestätigt
(Abbildung 15).
Die Anforderungen an ein reflexionsseismisches Messsystem sind durch die notwendige Auflösung von Schichtmächtigkeiten und die angestrebte Eindringtiefe vorgegeben. Die Eindringtiefe der Wellen in den Untergrund beträgt
meist zw. 100 m und einigen Kilometern.
Beim Einsatz der Reflexionsseismik auf dem
Wasser kommen sogenannte Boomer-Systeme zum Einsatz.
Boomer bestehen aus einer Membran, die durch zyklische Schwingungen Signale ähnlich einem Echolot abgibt.
Gemessen wird von
Bord eines fahrenden
Bootes aus. Mit den
B o o m e r- S y s t e m e n
werden hohe Messraten entlang eines
gefahrenen Profils erreicht, da sich ca. alle
5 cm eine Messung
durchführen
lässt.
Reflexionsseismische
Messungen liefern dadurch im Vergleich mit
allen anderen geophysikalischen Verfahren
die mit Abstand präzisesten Ergebnisse.
Ausgabe 01 | 2009
Abb. 14: Seismische Kartierung und
geologische Interpretation [8]
17
WEITERBILDUNG
Abb. 15: Seismische Kartierungen eines Kaliflözes und geologische Interpretation [9]
Refraktionsseismik
Literatur
In der Refraktionsseismik werden die Laufzeiten der an
Schichtgrenzen im Untergrund mit höherer seismischer
Geschwindigkeit geführten (refraktierten) seismischen
Welle gemessen.
Im Gegensatz zur Reflexionsseismik wird mit diesem
Verfahren nur eine begrenzte Anzahl von Schichtgrenzen (Refraktoren) im Untergrund erfasst. Dabei reicht die
Eindringtiefe ebenfalls von wenigen Metern bis zu einigen Kilometern Tiefe. Das Verfahren liefert seismische
Geschwindigkeiten für die Schichten im Untergrund, an
denen die seismische Welle geführt wird und erlaubt
die Bestimmung der Tiefenlage dieser Schichten. Über
spezielle Verfahren der Datenverarbeitung lassen sich die
Ergebnisse ähnlich wie in der Reflexionsseismik in Form
von Tiefenprofilen für die gemessenen Refraktoren darstellen. Über die Vernetzung von zu vermessenden Profillinien
wird die Tiefenlage von Refraktoren flächenmäßig erfasst
und so das strukturelle Bild des Untergrundes wiedergegeben.
Die Refraktionsseismik eignet sich besonders zur Erfassung von Schichtungen nahe der Erdoberfläche und der
Abgrenzung von Lockergestein zu Festgestein sowie zur
Klärung hydrologischer Fragestellungen.
[1] Geophysik.de - Das Informationsportal zur angewandten
Geophysik http://www.geophysik.de/index.html
Ausgabe 01 | 2009
[2] SRK Consulting Inc. Cardero Resource Corp. . Pampa de Pongo
Iron Project, Preliminary Economic Assessment, Technical Report 30. September 2008
[3]
Knödel, Krummel, Lange (Bundesanstalt für Geowissenschaften
und Rohstoffe) - Handbuch zur Erkundung des Untergrundes von
Deponien und Altlasten, Band 3, Springer-Verlag Berlin,
Heidelberg, 2005
[4] Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)
http://www.bgr.bund.de
[5] Geoscience Australia - http://www.ga.gov.au/
[6] K. Ford, P. Keating, M.D. Thomas - Overview of Geophysical
Signatures associated with Canadian Ore Deposits,
Geological Survey of Canada
[7] Dr. Donié Geo-Consult - Firmeninformation: Kiesprospektionen auf
dem Wasser, Harissenbucht/Vierwaldstättersee, Schweiz
[8] Fa. Schimmele - Firmeninformation
[9] Western Potash Corp. - Firmeninformation,
Russell Miniota Projekt
[10] Ewans, A. M. - Introduction to mineral exploration, Blackwell
Science Ltd., 1995
[11] LaCoste & Romberg - Firmeninformation
18
WEITERBILDUNG
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19
TECHNOLOGIETRANSFER
Verbesserung der Sicherheit in Tagebauen und Steinbrüchen:
Terrestrisches Laserscanning als Tool für Hangstabilitätsmonitoring
und Sprengplanung
von J. Kutschera & M. Herkommer | geo-konzept GmbH | Adelschlag | Deutschland
L
aserscanning hat sich in den letzten Jahren als weitere Vermessungsmethode neben Tachymetrie,
GPS-Vermessung und Photogrammetrie etabliert. Mittels flugzeuggetragener Laserscanningsysteme
können präzise DEMs und DTMs von großen Gebieten in kürzester Zeit erstellt werden. Terrestrisches
Laserscanning (TLS) erreicht eine weit höhere Auflösung und 3D Punktegenauigkeiten von etwa 1 cm.
Diese Eigenschaften machen TLS zu einem hervorragenden „Werkzeug“ auch für Tagebaue und Steinbrüche. In diesem Aufsatz sollen zwei Anwendungen von TLS vorgestellt werden: Hangstabilitätsmonitoring und Sprengplanung.
Abb. 1: Farbcodierter Vergleich zweier multitemporaler Scans
Ausgabe 01 | 2009
20
TECHNOLOGIETRANSFER
Einführung
Terrestrisches Laserscanning bietet
gegenüber traditionellen Vermessungsmethoden einige deutliche Vorteile: Schnelle
und reflektorlose Distanzmessungen von
bis zu 10.000 Punkten/Sekunde bis zu einer
Entfernung von 1,8 km ermöglichen die
schnelle Erzeugung von dichten und präzisen 3D Modellen. Vor allem für die Überwachung von Hängen ist TLS oftmals die einzige Methode um genaue und verlässliche
Daten zu erzeugen (Travelletti et al., 2008).
Eine grundsätzliche Unterscheidung von
Terrestrischen Laserscannern kann aufgrund der Meßmethode getroffen werden:
Phase Shift Scanner messen die Phasenverschiebung von 3 auf einen Laserstrahl
aufmodulierten Frequenzen, erreichen Meßfrequenzen von 500 kHz und erfassen Punkte bis zu einer Entfernung von 80 m (Leica
Geosystems AG, 2008).
Sog. Time-Of-Flight Scanner besitzen eine
wesentlich geringere Meßfrequenz von bis zu
50 kHz, messen aber bis zu einer Entfernung von
1,8 km (Optech Inc. 2008). Beim Time-Of-Flight
Messverfahren wird ein kurzer Lichtimpuls (normalerweise im Wellenlängenbereich des Nahen Infrarot) ausgesendet. Dieser Lichtimpuls wird am Objekt reflektiert und ein
Teil der ausgesendeten Energie wird am Laserscanner von
einem Empfänger detektiert. Durch eine exakte Messung
der Zeit zwischen gesendetem und empfangenem Impuls
ist es möglich, die Distanz zum Objekt mit Hilfe folgender
Formel zu berechnen:
R = (T · c)/2 (1)
Mit
R = Entfernung in Metern
T = gemessene Zeit
c = Lichtgeschwindigkeit in Meter/Sekunde
(Iavarone & Vaigners, 2003)
Monitoring von Hängen
Mehrere Projekte zeigten in der Vergangenheit, dass
Daten von Terrestrischen Laserscannern effektiv dazu
benutzt werden können, um ein Monitoring von instabilen
Hängen durchzuführen (Conforti et al, 2005, Morche et al,
2008, Oppikofer et al, 2008).
Das grundsätzliche Vorgehen dieser Arbeiten ist ähnlich: Der betroffene Bereich des Hanges wird von einer
oder mehreren Positionen aus vermessen. Die einzelnen
Datensätze werden zunächst in einem lokalen kartesischen Koordinatensystem koregistriert und anschließend
Ausgabe 01 | 2009
Abb. 2: Vergleich zweier multitemporaler Scans in Form von
Schnitten
falls nötig georeferenziert (Tamburini, 2007). Dieses erste
Modell des Hanges wird als Referenzmodell zum Zeitpunkt
T0 betrachtet. Jedes weitere Modell, das zum Zeitpunkt
T1 erzeugt wird, kann mit dem Referenzmodell des Zeitpunktes T0 verglichen werden oder selbst zum Referenzmodell für Modelle der Zeitpunkte , T2, …, Tn werden. Die
Vergleichsmöglichkeiten beinhalten einfache, farbkodierte Punkt-zu-Punkt Vergleichskarten (siehe Abbildung 1),
Schnittvergleiche und Volumenberechnungen, aber auch
fortgeschrittenere Vorgehensweisen wie bei Oppikofer et
al (2008) vorgestellt.
Die angewendeten Arbeitsschritte werden in den zitierten Arbeiten von Hand durchgeführt. Durch die feste Installation eines Terrestrischen Laserscanners können viele
Arbeitsschritte automatisiert erfolgen.
Grundlegende Systembeschreibung
Das System basiert auf dem Optech ILRIS 36D Laserscanner. Dieser Laserscanner bietet die nötigen APIs, die
für die Automatisierung des Scanvorganges nötig sind.
Der ILRIS wird an einem vor Umwelteinflüssen geschützten Ort aufgebaut. Weiterhin nötig sind Stromversorgung
und eine TCP/IP Verbindung. Gesteuert wird das gesamte
System von einem Webserver, auf dem die Kontrollsoftware
läuft.
21
TECHNOLOGIETRANSFER
Abb. 3: Beschreibung eines automatischen Monitoringsystems
Dieser Webservice benutzt die API Funktionen des
ILRIS um in regelmäßigen Abständen Scans des betroffenen Areals zu initiieren. Die bei diesen Scanvorgängen
gesammelten Daten werden über die TCP-IP Verbindung
an den Webserverübertragen. Anschlißend fällt der ILRIS
in den Schlafmodus und wartet auf eine neue Verbindung
vom Webserver. Die an den Webserver übertragenen Rohdaten werden dort ebenfalls durch API Funktionen in Kartesische Koordinaten umgerechnet.
Die erzeugten Daten werden nun vom Webserver an
die Software PolyWorks gesendet. Auch PolyWorks bietet
eine API, die es ermöglicht, PolyWorks Funktionen automatisiert aufzurufen. Der zuvor beschriebene Workflow
Koregistrierung, Georeferenzierung und Vergleich von
zwei Datensätzen kann damit vollautomatisiert ablaufen.
Die Resultate der Vergleiche können zudem vom Webserver in Form von SMS- Benachrichtigungen oder emails
verteilt werden. Der Webserver kann außerdem konfiguriert werden, dass Warnmeldungen gesendet werden, falls
Unterschiede zwischen Scans auftreten, die größer als ein
vom Administrator anzugebender Betrag sind.
Sprengplanung
Etwa 80% aller mineralischen Rohstoffe werden weltweit durch Bohren und Sprengen gewonnen (Vogel, 2000).
Diese Methode wird als kosteneffektiv angesehen, aber
die Sprengungen können auch unerwünschte Nebenwir-
Ausgabe 01 | 2009
kungen wie Steinflug und starke Vibrationen auslösen.
Befindet sich das Sprengbohrloch oder Teile desselben
zu nahe an der zu sprengenden Wand, so kann gefährlicher Steinflug die Folge sein. Jedes Jahr sterben weltweit
Menschen an den Folgen von Steinflug, aber auch die
Zerstörung von privatem oder öffentlichem Eigentum hat
gravierende finanzielle und rechtliche Folgen. Auch starke
Vibrationen infolge der Sprengungen können Schäden an
Gebäuden erzeugen und führen im besten Fall nur zu Problemen mit der Bevölkerung in unmittelbarer Umgebung
der Steinbrüche. Insbesondere zu starke Unterbohrung,
schlechte Zünderabstimmung und Sprenggeometrie können das Problem von Vibrationen verstärken.
Jede Sprengung beinhaltet mehrere Variablen:
Vorgabe, Bohrlochabstand, Unterbohrung, Bohrlochdurchmesser, Zünder und Zünderverzögerungen und
Besatz. Fehlendes Wissen über die exakte Vorgabe in einer gewissen Tiefe des Bohrloches kann dazu führen, dass
die Sprengstoffmenge für die zu sprengende Gesteinsmenge zu hoch oder zu gering gewählt wird. In beiden Fällen
können unerwünschte Folgen auftreten: Steinflug im Fall einer zu hohen Sprengstoffkonzentration und schlechte Fraktionierung im Fall einer zu geringen Sprengstoffkonzentration.
Auch fehlendes Wissen über den exakten Bohrlochverlauf
kann zu großen Variationen der Sprengenergieverteilung
in der Gesteinsmasse führen (Goldhahn, 2005). Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Wandhöhe und des
exakten Bohrlochansatzpunktes führen zu einem
22
TECHNOLOGIETRANSFER
unnötigen Sprengstoffeinsatz, schlechten Bohrsohlen,
schlechter Fraktionierung des Gesteins, starken Vibrationen und unnötig hohen Bohrkosten (Kutschera & Herkommer, 2008).
Viele Variablen entscheiden also über den wirtschaftlichen Erfolg einer Sprengung und nicht zuletzt auch über
die Sicherheit bei einer Sprengung.
Terrestrisches Laserscanning bietet die Möglichkeit,
präzise Informationen über (fast) alle geometrischen
Parameter einer Großbohrlochsprengung zu erzeugen.
Abbildung 5 zeigt ein typisches Beispiel einer Sprengplanung. Basierend auf den 3D Koordinaten des aus den
Laserdaten erzeugten Modells können genaue Profile und
Vorgabewerte berechnet werden.
Ein vor dem Bohrloch gelegtes 2D Profil zeigt lediglich einen Ausschnitt der Realität, da sich die Energie
des Sprengstoffes radial ausbreitet und daher mehr oder
weniger gleichmäßig auf die vor dem Bohrloch befindliche
Gesteinsmasse einwirkt. Um Informationen über die zu erwartenden minimalen Vorgaben für ein
Bohrloch zu erhalten wurde die BurdenMaster Funktion in
Quarry6 implementiert. Die Software berechnet in vom
Nutzer vordefinierten Abständen horizontale Schnitte
durch das Bruchwandmodell. Für jedes Bohrloch kann für
jeden Horizontalschnitt genau der Punkt mit der minimalen
Vorgabe bestimmt werden. Verbindet man bei einem
Bohrloch diese Punkte über alle Horizontalschnitte hinweg, so erhalt man die BurdenMaster Linie: die Line der
schwächsten Vorgabe. Mit dieser Information kann der
Sprengberechtigte die nötigen Entscheidungen hinsichtlich des Ladens des Bohrloches treffen, um Steinflug zu
vermeiden.
Abb. 4: 2D - Profil
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TECHNOLOGIETRANSFER
Abb. 5: Quarry6 Sprengplanungssoftware
Abb. 6: Berechnung des BurdenMasters
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TECHNOLOGIETRANSFER
Fig. 7: Profile with Burden Master
Bis zu diesem Zeitpunkt enthält
das Modell lediglich die vom Laserscanner erfassten Daten der Bruchwand. Ein weiterer wichtiger Faktor,
der große Auswirkungen auf Sicherheit als auch die Produktivität einer
Sprengung hat, ist die Bohrgenauigkeit (Kerber, Tudeshki & Rebehn,
2007). Es können mehrere Gründe
für das Verlaufen eines Bohrloches
gefunden werden. Zu den wichtigsten zählen geologische/tektonische
Voraussetzungen, Bohren in eine falsche Richtung aufgrund technischer
Einschränkungen der Bohrgeräte
(Kutschera & Mann, 2007) und zu
starker Vortrieb (Kerber, Tudeshki &
Rebehn, 2007).
Die Vermessung der Bohrlöcher
mittels eines Laserscanners ist
nicht möglich, jedoch wurden einige
Geräte zur präzisen Vermessung der
Bohrlöcher entwickelt, wie z.B. die
Pulsar Bohrlochsonde Mk3 (geokonzept GmbH, 2008).
Die Integration dieser Vermessungsdaten in das Modell erlaubt nun
die exakte Berechnung der wahren
Vorgaben und die Bohrlochabstände
nach dem Bohrvorgang.
Abb. 7: Profil mit BurdenMaster
Abb. 8: Profil mit BurdenMaster und Bohrlochvermessungsdaten
Ausgabe 01 | 2009
25
TECHNOLOGIETRANSFER
Literatur
Conforti, D., Deline, P., Mortara, G., Tamburini, A., 2005. Report on the
Joint ISPRS Commission VI, Workshop “Terrestrial scanning lidar technology applied to study the evolution of the ice-contact Miage Lake
(Mont Blanc, Italy). http://www.innovmetric.com/Surveying/english/
pdf/miage_lake.pdf (accessed 29.10.2008).
geo-konzept GmbH, http://www.sprengplanung.de/, accessed: 03.11.08
Goldhahn, J.: Reduzierung der Steinfluggefahr bei Gewinnungssprengungen, Nobelhefte 12/2005, 71. Jahrgang
Iavarone, A. & Vaigners, D.: Sensor Fusion: Generating 3D by Combining Airborne and Tripod–mounted LIDAR Data, FIG Working Week
2003,
Paris, France, April 13-17, 2003
Kerber, R., Tudeshki, H. & Rebehn, T.: Untersuchungen zum richtungsstabilen Niederbringen von Sprengbohrlöchern im Hartgestein,
aggregates International 04/2007
Kutschera, J.& Herkommer, M.: Integration von GNSS- und Laservermessungssystemen zur Planung von Großbohrlochsprenganlagen und
deren Dokumentation, Sprenginfo 30/2, 2008
Kutschera, J. & Mann, U.: Bruchwand- und Bohrlochvermessung als
Hilfsmittel für die Reduzierung von Erschütterungen bei der Durchführung von Großbohrlochsprengungen, 29. Informationstagung Sprengtechnik, Siegen 2007
Leica Geosystems AG, http://www.leica-geosystems.com/ch/de/
Leica_HDS6000_brochure_de.pdf, accessed: 04.11.08
Morche, D., Schmidt, K.-H., Sahling, I., Herkommer, M. and Kutschera,
J. (2008): Volume changes of Alpine sediment stores in a state of postevent disequilibrium and the implications for downstream hydrology
and bed load transport, Norsk Geografisk Tidsskrift - Norwegian
Journal of Geography, 62:2, pp. 89 — 101
Oppikofer, T., Jaboyedoff, M., Blikra, L.H. and Derron, M.-H. (2008):
Characterization and monitoring of the Åknes landslide using terrestrial laser scanning. In: Locat, J., Perret, D., Turmel, D., Demers, D. and
Leroueil, S. (Editors), Proceedings of the 4th Canadian Conference
on Geohazards: From Causes to Management. Presse de l‘Université
Laval, Québec, Canada, 211-218.
Dipl.-Geogr. Johannes Kutschera studierte Physische Geographie an der
Universität Eichstätt mit den Schwerpunkten Geomorphologie, Geoinformatik und Fernerkundung. Herr Kutschera
ist bei der Firma geo-konzept GmbH seit
2002 beschäftigt. Sein Aufgabenfeld als
Abteilungsleiter umfasst die Betreuung
der Geschäftsfelder Terrestrisches
Laserscanning, GPS-Technologie und
Sprengplanung..
[email protected]
Dipl.-Geogr. Martin Herkommer studierte Geographie an der Universität
Eichstätt mit den Schwerpunkten Geomorphologie, GIS und Fernerkundung.
Er arbeitete bis 2002 als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Physische Geographie an der Universität
Eichstätt und befasste sich während
dieser Zeit vor allem mit dem Themenkomplex der rezenten Geomorphodynamik. Für die Firma geo-konzept GmbH
ist er bereits seit 1998 tätig und sein
Arbeitsgebiet umfasst das gesamte Feld
der terrestrischen Laservermessung,
GPS-Vermessung, Fernerkundung und
Sprengplanung. Als Produktmanager,
Luftbildpilot und Anwendungsexperte
ist er zuständig für die Weiterentwicklung und den Vertrieb der geo-konzept
Lösungen im Bereich Bergbau und
Fernerkundung.
[email protected]
Optech Inc.,http://www.optech.ca/pdf/Brochures/ilris_36d.pdf,
accessed: 04.11.08
Reshetyuk, Y.: Investigation and calibration of pulsed time-of-flight terrestrial laser scanners, Licentiate thesis, Royal Institute of Technology
(KTH), Stockholm, 2006
Tamburini, A.: The use of terrestrial laser scanner for characterization
and monitoring of unstable slopes and glaciers. Selected case histories from Alps and Himalaya, 3rd International ILRIS-3D User Meeting
- Rome, June 6th, 2007
Travelletti, J., Oppikofer, T., Delacourt, C., Malet, J., Jaboyedoff, M.:
Monitoring landslide displacements during a controlled rain experiment using a long-range terrestrial laser scanning (TLS), The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial
Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B5. Beijing 2008, 2008
CONTACT:
geo-konzept GmbH
Gut Wittenfeld
85111 Adelschlag | Deutschland
Tel.: +49 (0)8424 89890
Fax: +49 (0)8424 898980
Internet: www.geo-konzept.de | www.sprengplanung.de
Vogel, G.: Zünden von Sprengladungen, Verlag Leopold Hartmann,
Sondheim v.d. Rhön, 2000
Ausgabe 01 | 2009
26
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TECHNOLOGIETRANSFER
Ausgabe 01 | 2009
27
TECHNOLOGIETRANSFER
Biomining zur Metallextraktion aus Erzen und Abfällen
von A. Schippers | Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) | Hannover | Deutschland
B
iomining ist angewandte Biolaugung (bioleaching) und Biooxidation (biooxidation) zur Metallextraktion aus Erzen im Gegensatz zu sauren Grubenwässern (acid mine drainage), die unkontrolliert und
unbeabsichtigt sind. Biolaugung ist die Umwandlung eines unlöslichen Wertmetalls (Metallsulfid)
in eine lösliche Form (Metallsulfat). Die Gewinnung von Kupfer aus Kupferarmerzen ist die wichtigste
Anwendung der Biolaugung heutzutage und ungefähr 10–15% der Weltkupferproduktion stammen aus der
Haldenbiolaugung. Biooxidation ist ein Prozess in dem die Gewinnung des Metalls durch die mikrobielle
Auflösung des Minerals begünstigt wird, aber dabei geht das gewonnene Metall nicht in Lösung. Die wichtigste Anwendung ist die Goldgewinnung aus Refraktärerzen in großen Tank-Biooxidationsanlagen. Biomining mit Erzen ist heutzutage eine etablierte Biotechnologie. Fortschritte in der Konstruktion von Anlagen
und Halden, sowie im Prozessdesign und der Anwendung und dem Monitoring der Metallsulfide oxidierenden Mikroorganismen ermöglichen es dem Biomining erfolgreich mit anderen metallurgischen Technologien zu konkurrieren. Neuere F & D Aktivitäten haben die Tür für eine Metallextraktion aus Abfällen wie
Aufbereitungsrückständen des Bergbaus (mine tailings) geöffnet. Im Falle der Aufbereitungsrückstände
könnte Biomining eine Option sein für eine biologische Sanierung (bioremediation) von Bergbauabfällen,
die saure Grubenwässer produzieren.
Biomining
Kupfer, Zink und Nickel sind einige Metalle die in der
Natur überwiegend in Form von Metallsulfiden vorkommen. Metallsulfide sind unlöslich, und um das interessante
Metall zu konzentrieren, wird das Erz dem als „smelting”
bekannten Prozess unterzogen. „Smelting”
beinhaltet die Erhitzung des Erzes, welches
die chemische Reduktion des Metallsulfids
beschleunigt. „Smelting” sulfidischer Erze
führt zur Emission von Schwefeldioxidgas
welches chemisch in der Atmosphäre zu
Schwefelsäure-Nebel reagiert. Da dieser
saure Regen auf die Erde fällt, verstärkt er
die Versauerung von Boden und Wasser, und
schädigt die Vegetation und die Wildtiere.
Schwefeldioxid ist auch ein ernstzunehmendes Gesundheitsproblem für Menschen, die
in der Nähe einer „Smelting”-Anlage leben
oder arbeiten und das korrosive Gas einatmen. Beispielhaft ist eine „Smelting”-Anlage
in Abbildung 1 gezeigt.
Eine umweltfreundliche Alternative zu
„Smelting” ist die Extraktion von interessierenden Metallen aus sulfidischen Erzen mit-
Ausgabe 01 | 2009
tels Mikroorganismen. Diese Methode wird als Biomining
bezeichnet. Der Begriff Biomining bezieht sich auf die Anwendung von Mikroorganismen im Bergbau und beinhaltet
zwei nützliche Prozesse - Biolaugung und Biooxidation.
Letztere Fortschritte in Biolaugung, Biooxidation und
Biomining sind in drei Büchern veröffentlicht worden (Donati & Sand, 2007; Rawlings & Johnson, 2007; Schippers
Abb. 1:
„Smelting”-Anlage in Selebi-Phikwe, Botswana. Das Bild wurde von
einer Halde aus Aufbereitungsrückständen aufgenommen
(Quelle: BGR).
28
TECHNOLOGIETRANSFER
et al., 2007) sowie einer Sonderausgabe einer Zeitschrift
(Schippers et al., 2008). Einige Reviews zu diesem Thema
sind zuvor veröffentlicht worden, teilweise mit dem Fokus
auf Biolaugungsmechanismen, Mikroorganismen und Anwendung (Rossi, 1990; Johnson, 1998; Hallberg & Johnson,
2001; Rawlings, 2002; Rohwerder et al., 2003; Olson et al.,
2003).
Biooxidation beinhaltet die Oxidation reduzierter Schwefelverbindungen die das interessante Metall begleiten wie
bei der Biooxidation von refraktären Golderzen. Der Biooxidationsprozess setzt das Gold frei, welches daraufhin mit
der traditionellen Cyanidmethode gelaugt wird. Biolaugung
auf der anderen Seite ist die Anwendung von Mikroorganismen um Metalle aus dem Erz zu extrahieren aufgrund
der Oxidation unlöslicher Metallsulfide zu Metallsulfaten
durch Säure liebende Fe(II)- und Schwefel-oxidierende
Bakterien und Archaeen. Laugung ist die Auflösung eines
oder mehrerer Komponenten einer komplexen Festphase
im Kontakt mit einer Flüssigphase.
Gold wird oft in Erzen mit assoziierten unlöslichen Sulfidmineralen gefunden, welche als Refraktärerze bekannt
sind. Diese Erze erfordern eine zusätzliche Behandlung,
wie Biooxidation, zur traditionellen Cyanidlaugung, da
das Cyanid vorzugsweise das Sulfidmineral und nicht das
Gold laugt, und dabei zu Thiocyanat reagiert. Der Prozess
der Biooxidation findet in einer Reihe von großen Reaktoren statt, in denen mehrere Faktoren wie Temperatur, pH,
O2 - und CO2 - Versorgung kontrolliert werden. Einige der
Bakterien die an dem Biooxidations-Prozess beteiligt sind
heißen Acidithiobacillus thiooxidans, Acidithiobacillus ferrooxidans und Leptospirillus ferrooxidans. Ein Beispiel für
eine Tank-Biooxidationsanlage zur Behandlung refraktärer
Golderze ist in Abbildung 2 gezeigt.
Biolaugung wird effektiv zur Gewinnung von Kupfer,
Zink, Blei, Nickel und Molybdän aus sulfidischen Erzen
eingesetzt. Die meistgebräuchlichen Methoden bei der
Biolaugung sind Haufenlaugung (dump bioleaching) und
Abb. 3: Beispiel einer Halden- und einer Haufenbiolaugungsoperation (Quelle: BGR).
Ausgabe 01 | 2009
Haldenlaugung (heap bioleaching). Haufenlaugung ist die am meisten verbreitete Methode bei der
große Ablagerungen von Abraumhalden mit Säure berieselt werden um die indigenen Säure liebenden Bakterien
zu vermehren. Dieser Prozess ist langsam und ineffektiv.
Haldenlaugung auf der anderen Seite ist eine effizientere Methode da kontinuierlich optimale Bedingungen für
die Biolaugungsbakterien bereitgestellt werden. Bei der
Abb. 2: Tank-Biooxidationsanlage zur Behandlung refraktärer
Golderze. Die Wiluna BIOX® plant liegt in der nordöstlichen
Goldfeldregion von Westaustralien (Quelle: Gold Fields Ltd. © BIOX®).
Haldenlaugung wird fein gebrochenes Erz auf einen vorbereiteten Belag abgeladen und mit verdünnter Schwefelsäure besprüht. Belüftung der Halde ist erforderlich,
da der mikrobielle Laugungsprozess ein aerober Prozess ist. Die Flüssigkeit, die am Fuße der Halde austritt,
enthält die interessanten Metalle in Lösung (pregnant
liquid solution, PLS) und wird zu einer Anlage transportiert in der die Metalle konzentriert und gereinigt werden. Die Fe(II)-reiche Lösung wird in ein Oxidations-
29
TECHNOLOGIETRANSFER
becken überführt um Fe(III) zu bilden und wird danach zur
Haldenoberfläche gepumpt womit der Zyklus sich wiederholt (Abbildung 3).
Im Norden von Chile in der Mine La Escondida wird
derzeit eine große Haldenbiolaugungsoperation für “runof-mine” sulfidische Kupferarmerze aufgebaut. Die kommerzielle Halde wird gegenwärtig auf einem vorbereiteten
Belag mit Rohren zur Sammlung der Lösung und verstärkter Luftverteilung in Reihen konstruiert. Die PLS wird in
einem Teich mit Bodenbelag gesammelt und dann zur
Kupferextraktion zu zwei 4.500 m3/h Solventextraktionsanlagen geleitet werden. Die übrig gebliebene Lösung wird
in einen anderen Teich mit Bodenbelag überführt und dann
weiter mittels Pumpen auf der Halde verteilt. Wenn die
Biolaugungshalde in 2010 fertig gestellt sein wird, ist sie 5
km lang und 3 km breit und bis zu 126 m hoch – ein Gesamtvolumen von etwa 1.5 Milliarden Kubikmeter Kupfererz.
Die komplette kommerzielle Anlage wird 180.000 t Katho-
denkupfer pro Jahr produzieren (Clark et al,
2006; Holmes et al., 2008).
Haldenbiolaugung wird hauptsächlich zur Gewinnung
von Kupfer aus Armerzen eingesetzt. Ein Vergleich von
Kupferextraktionsverfahren im Hinblick auf ihre wirtschaftliche Anwendbarkeit ist in Abbildung 4 gegeben.
Biolaugung von Armerzen hat sich zu einer akzeptierten
Technologie zur Kupfergewinung in der Kupferindustrie
entwickelt.
In Ergänzung zum Biomining von Erzen können Wertmetalle aus Aufbereitungsrückständen des Bergbau (mine
tailings) extrahiert werden durch eine Anwendung verschiedener Aufbereitungstechnologien einschließlich Biolaugung oder Biooxidation und dadurch eine Option für die
Sanierung saure Grubenwässer freisetzender Bergbauabfälle bereitstellen (Olson et al., 2006; Sagdieva et al., 2007;
Coto et al., 2007; Schippers et al., 2008).
Abb. 4:
Technologien
zur Extraktion
von Kupfer
aus Erzen
(Quelle: Clark
et al. 2006).
Tab. 1: Eine Zusammenfassung verbreiteter Sulfidminerale und chemischer Gesamtreaktionen die zu ihrer Auflösung führen (Quelle: McIntosh et al., 1997).
Mineral
Reaktion
Chalkopyrit
Covellin
Chalkosin
Bornit
Sphalerit
Galena
Arsenopyrit
Stibnit
Millerit
Molybdänit
4 CuFeS2 + 17 O2 + 2 H2SO4 -> 4 CuSO4 + 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2O
CuS + 2 O2 -> CuSO4
5 Cu2S + 0.5 O2 + H2SO4 -> CuSO4 + Cu9S5 + H2O
4 Cu5FeS4 + 37 O2 + 10 H2SO4 -> 20 CuSO4 + 2 Fe2(SO4)3 + 10 H2O
ZnS + 2 O2 -> ZnSO4
PbS + 2 O2 -> PbSO4
4 FeAsS + 13 O2 + 6 H2O -> 4 FeSO4 + 4 H3AsO4
2 Sb2S3 + 13 O2 + 4 H2O -> (SbO)2SO4 + (SbO2)2SO4 + 4 H2SO4
NiS + 2O2 -> NiSO4
2 MoS2 + 9 O2 + 6 H2O -> 2 H2MoO4 + 4 H2SO4
Ausgabe 01 | 2009
30
TECHNOLOGIETRANSFER
Chemie der Biolaugung
Biolaugung ist die biologische Umwandlung einer unlöslichen Metallverbindung in eine wasserlösliche Form.
Im Falle der Biolaugung von Metallsulfiden werden diese zu Metallionen und Sulfat oxidiert von aeroben, Säure
liebenden Fe(II)- und/oder Schwefelverbindungen oxidierenden Bakterien oder Archaeen. Biolaugung beinhaltet
chemische und biologische Reaktionen. Eine Liste verbreiteter Sulfidminerale und die chemischen Gesamtreaktionen die zu ihrer Auflösung führen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Obwohl Sauerstoff der terminale Elektronenakzeptor für
den gesamten Metallbiolaugungsprozess ist, sind Fe(III)Ionen das relevante Agens zur Oxidation der Metallsulfide.
Die Metallsulfidoxidation selber ist ein chemischer Prozess bei dem Fe(III)-Ionen zu Fe(II)-Ionen reduziert werden
und der Schwefelanteil des Metallsulfids zu Sulfat und verschiedenen intermediären Schwefelverbindungen oxidiert
werden wie z. B. Elementarschwefel, Polysulfide, Thiosulfat und Polythionate. Die Oxidation von Sphalerit (ZnS)
zu Elementarschwefel z. B. ist in der folgenden Gleichung
beschrieben:
ZnS + 2 Fe3+ --> Zn2+ + 0.125 S8 + 2 Fe2+
Da zwei verschiedene Gruppen von Metallsulfiden existieren wurden zwei verschiedene Oxidationswege vorgeschlagen, namentlich der Thiosulfat-Mechanismus (für
Säure-unlösliche Metallsulfide wie Pyrit) und der Polysulfid-Mechanismus (für Säure-lösliche Metallsulfide wie
Sphalerit oder Chalkopyrit, CuFeS2). Diese Mechanismen
erklären das Auftreten aller anorganischen Schwefelverbindungen die im Verlaufe der Metallsulfidoxidation detektiert worden sind (Reviews: Sand et al., 2001; Rohwerder et
al., 2003; Schippers, 2004).
Die Bedeutung der Mikroorganismen im Biolaugungsprozess liegt in der Oxidation der Produkte der chemischen
Metallsulfidoxidation (Fe(II)-Ionen und Schwefelverbindungen), um Fe(III)-Ionen und Protonen bereitzustellen,
die Metallsulfide angreifenden Agenzien. Darüber hinaus
bleibt der pH-Wert aufgrund der Protonenproduktion niedrig und dadurch die Fe-Ionen in Lösung. Aerobe, Säure
liebende, Fe(II)-oxidierende Bakterien oder Archaeen liefern Fe(III) nach der folgenden Gleichung:
0.125 S8 + 1.5 O2 + H2O --> SO42- + 2 H+
Die Schwefelverbindungen oxidierenden Bakterien
oder Archaeen produzieren Protonen, die Metallsulfide
auflösen, bis auf Pyrit welches Säure-unlöslich ist. Pyrit
wird ausschließlich durch Fe(III)-Ionen angegriffen (nicht
durch Protonen) und kann daher nur von Fe(II)-oxidierenden Bakterien oder Archaeen aufgelöst werden.
Für Biomining relevante Mikroorganismen
Für Biomining relevante Mikroorganismen sind Säure
liebende Metallsulfide oxidierende Mikroorganismen. Sie
alle oxidieren Fe(II) und/oder Schwefelverbindungen und
die meisten von Ihnen fixieren CO2 und wachsen chemolithoautotroph. Die meisten beschriebenen acidophilen Metallsulfide oxidierenden Mikroorganismen gehören zu den
mesophilen und moderat thermophilen Bakterien. Die häufigsten Bakterien die an der Biolaugung beteiligt sind, gehören zu den Gattungen Acidimicrobium, Acidithiobacillus,
Leptospirillum und Sulfobacillus. Die Fe(II) und/oder Schwefelverbindungen oxidierenden Archaeen sind gewöhnlich
extrem thermophil (bis auf die Gattung Ferroplasma). Die
meisten industriellen Halden- und Tanklaugungsanlagen
laufen bei 40°C aber Operationen bei höheren Temperaturen versprechen höhere Reaktionsraten (Olson et al., 2003;
Batty & Rorke, 2006). Einige physiologische Eigenschaften
der Säure liebenden Metallsulfide oxidierenden Mikroorganismen sowie ihre pH- und Temperatur-Wachstumsbereiche und -optima sind in den Tabellen 2 und 3 dargestellt.
Die Organismen können in drei Gruppen eingeteilt werden
anhand ihrer Temperatur-Wachstumsoptima: Mesophile
bis zu ~ 40°C, moderat Thermophile zwischen ~ 40 - ~ 55°C,
und extrem Thermophile zwischen ~ 55 - ~ 80°C.
2 Fe2+ + 0.5 O2 + 2 H+ --> 2 Fe3+ + H2O
Aerobe, Säure liebende, Schwefelverbindungen oxidierende Bakterien oder Archaeen oxidieren intermediäre
Schwefelverbindungen zu Sulfat und Protonen (Schwefelsäure). Am wichtigsten ist die Oxidation von Elementarschwefel zu Schwefelsäure, da Elementarschwefel nur
biologisch unter den Bedingungen der Biolaugung oxidiert
werden kann:
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TECHNOLOGIETRANSFER
Tab. 2: Einige physiologische Eigenschaften der Säure liebenden Metallsulfide oxidierenden Mikroorganismen relevant für Biomining (Quelle: Schippers 2007).
Oxidation von
Art#
Mesophile und moderat
thermophile Bakterien
Acidimicrobium ferrooxidans
Acidithiobacillus albertensis
Acidithiobacillus caldus
Acidithiobacillus ferrooxidans
Acidithiobacillus thiooxidans
Alicyclobacillus disulfidooxidans
Alicyclobacillus tolerans
"Caldibacillus ferrivorus"
"Ferrimicrobium acidiphilum"
Leptospirillum ferriphilum
"Leptospirillum ferrodiazotrophum"
Leptospirillum ferrooxidans
Sulfobacillus acidophilus
"Sulfobacillus montserratensis"
Sulfobacillus sibiricus
Sulfobacillus thermosulfidooxidans
Sulfobacillus thermotolerans
"Thiobacillus plumbophilus"
"Thiobacillus prosperus"
Thiomonas cuprina
thermophile Archaeen
"Ferroplasma acidarmanus"
Ferroplasma acidiphilum
"Ferroplasma cupricumulans"
Extrem thermophile
Archaeen
Acidianus brierleyi
Acidianus infernus
Metallosphaera hakonensis
Metallosphaera prunae
Metallosphaera sedula
Sulfolobus metallicus
Sulfolobus yangmingensis
Sulfurococcus mirabilis
Sulfurococcus yellowstonensis
Pyrit
andere
*MS
Fe(II)
Ionen
Schwefel
Wachstum
+
+
+
+
+
+
+
na
+
+
+
+
+
+
+
-
na
+
+
+
+
na
+
na
na
+
na
+
+
na
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
na
+
+
+
+
+
+
+
+
F
A
F
A
A
F
F
F
H
A
A
A
F
F
F
F
F
A
A
F
+
+
na
na
na
+
+
+
+
+
F
F
F
+
+
na
+
+
+
na
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
na
+
+
+
na
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
F
A
F
F
F
A
F
F
F
# In alphabetischer Reihenfolge; *MS = Metallsulfid außer Pyrit; A = autotroph; F = facultativ autotroph und/oder mixotroph; H = heterotroph;
na = nicht analysiert; Arten, die nicht in der Nomenklatur (http://www.bacterio.cict.fr/) stehen, sind mit Anführungszeichen angegeben
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32
TECHNOLOGIETRANSFER
Tab. 3: Optimum und Bereich des Wachstums für pH und Temperatur der Säure liebenden Metallsulfide
oxidierenden Mikroorganismen relevant für Biomining (Quelle: Schippers 2007).
Art
thermophile Bakterien
Acidimicrobium ferrooxidans
Acidithiobacillus albertensis
Acidithiobacillus caldus
Acidithiobacillus ferrooxidans
Acidithiobacillus thiooxidans
Alicyclobacillus disulfidooxidans
Alicyclobacillus tolerans
"Caldibacillus ferrivorus"
"Ferrimicrobium acidiphilum"
Leptospirillum ferriphilum
"Leptospirillum ferrodiazotrophum"
Leptospirillum ferrooxidans
Sulfobacillus acidophilus
"Sulfobacillus montserratensis"
Sulfobacillus sibiricus
Sulfobacillus thermosulfidooxidans
Sulfobacillus thermotolerans
"Thiobacillus plumbophilus"
"Thiobacillus prosperus"
Thiomonas cuprina
thermophile Archaeen
"Ferroplasma acidarmanus"
Ferroplasma acidiphilum
"Ferroplasma cupricumulans"
Extrem thermophile
Archaeen
Acidianus brierleyi
Acidianus infernus
Metallosphaera hakonensis
Metallosphaera prunae
Metallosphaera sedula
Sulfolobus metallicus
Sulfolobus yangmingensis
Sulfurococcus mirabilis
Sulfurococcus yellowstonensis
pH Optimum
pH Minimum Maximum
Temperaturoptimum (°C)
Temperatur
Minimum Maximum (°C)
~2
3.5-4.0
2.0-2.5
2.5
2.0-3.0
1.5-2.5
2.5-2.7
1.8
2-2.5
1.3-1.8
na
1.5-3.0
~2
1.6
2.2-2.5
~2
2-2.5
na
~2
3.5-4
na
2.0-4.5
1.0-3.5
1.3-4.5
0.5-5.5
0.5-6.0
1.5-5
na
1.3-4.8
na
<1.2<
1.3-4.0
na
0.7->2
1.1-3.5
1.5-5.5
1.2-5
4.0-6.5
1.0-4.5
1.5-7.2
45-50
25-30
45
30-35
28-30
35
37-42
45
37
30-37
na
28-30
45-50
37
55
45-48
40
27
33-37
30-36
<30-55
Na
32-52
10-37
10-37
4-40
<20-55
<35->55
<10-45
na-45
<37<
Na
<30-55
<30-43
17-60
20-60
20-60
9-41
23-41
20-45
1.2
1.7
1-1.2
<0-1.5
1.3-2.2
0.4-1.8
42
35
54
23-46
15-45
22-63
1.5-2.0
~2
3
2-3
2-3
2-3
4
2-2.6
2-2.6
1-6
1-5.5
1-4
1-4.5
1-4.5
1-4.5
2-6
1-5.8
1-5.5
~ 70
~ 90
70
~ 75
75
65
80
70-75
60
45-75
65-96
50-80
55-80
50-80
50-75
65-95
50-86
40-80
# In alphabetischer Reihenfolge; na = nicht analysiert; Arten, die nicht in der Nomenklatur (http://www.bacterio.cict.fr/) stehen,
sind mit Anführungszeichen angegeben
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TECHNOLOGIETRANSFER
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PD Dr. Axel Schippers studierte Biologie
an der Universität Hamburg und promovierte dort 1998 über den Chemismus
bei der Metall-Biolaugung. Nach einem
zweijährigen Post-Doc-Aufenthalt am
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen wechselte er 2001 zur
Bundesanstalt für Geowissenschaften
und Rohstoffe in Hannover, wo er seit 2007
die Geomikrobiologie leitet. Im Jahre 2006
habilitierte er an der Leibniz Universität Hannover. Schwerpunkte
seiner Tätigkeit sind die Entwicklung biotechnologischer Verfahren zur Gewinnung von Metallen aus Roh- und Reststoffen, sowie
die Erforschung der Geomikrobiologie in Bergbauhalden und der
Tiefen Biosphäre.
[email protected]
KONTAKT:
PD Dr. Axel Schippers
Leiter des Arbeitsbereiches Geomikrobiologie
Fachbereich Geochemie der Rohstoffe (B1.3)
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)
Stilleweg 2
30655 Hannover | Deutschland
Tel.: +49 (0)511 643 3103
Fax: +49 (0)511 643 2304
Internet: www.bgr.bund.de
Sand W, Gehrke T, Jozsa P-G, Schippers A. 2001. (Bio)chemistry of bacterial leaching - direct vs. indirect bioleaching. Hydrometallurgy 59: 159175.
Schippers A. 2004. Biogeochmistry of metal sulfide oxidation in mining
environments, sediments and soils. In: Amend JP, Edwards KJ, Lyons
TW, eds. Sulfur biogeochemistry - Past and present. Special Paper 379.
Geological Society of America, Boulder, Colorado, 49-62.
Schippers A. 2007. Chapter 1: Microorganisms involved in bioleaching
and nucleic acid-based molecular methods for their identification and
quantification. In: Donati ER and Sand W (eds.). Microbial Processing of
Metal Sulfides. Springer, 3-33.
Ausgabe 01 | 2009
34
TECHNOLOGIETRANSFER
Verbesserung der dampfunterstützten Bitumengewinnung aus natürlichen
Lagerstätten durch elektromagnetische Heizmethoden (Induktionswärme)
vom M. Koolmann, N. Huber, D. Diehl & B. Wacker | Siemens AG | Erlangen | Germany
D
ie Öl-Sand Lagerstätten in Kanada (Alberta) enthalten schätzungsweise ca. 178 Milliarden Fässer
nachgewiesene abbaubare Bitumenreserven, von denen seit 1960 bis heute nur ca 3% abgebaut
worden sind. Die Zugänglichkeit der Lagerstätten wird gemäss derzeitigem Technologiestand zu 20%
durch die Tagebautechnik, und zu 80% durch in-Situ Technologie angegeben, wobei Tendenzen zu mehr
in-Situ Gewinnung zu verzeichnen sind. Die Entwicklung einer Technologie zur Effizienzsteigerung bei der
in-Situ Ausbeute dieser Lagerstätten stellt eine aktuelle Herausforderung dar.
Der vorliegende Beitrag stellt eine Zusammenfassung einer Veröffentlichung der Autoren dar, die anlässlich des SPE International Thermal Operations and Heavy Oil
Symposium 2008 in Calgary, Alberta, Kanada (20.–23. Oktober 2008) unter der Kennung
SPE 117481 präsentiert wurde. Der Originaltext in englischer Sprache ist in der englischen AMS Online-Ausgabe 03/2009 verfügbar.
Derzeit wird der in situ Produktionsprozess (Steam Assisted Gravity Drainage - SAGD), relativ erfolgreich in
bestimmten Reservoirs eingesetzt. Die technischen Randbedingungen und Einschränkungen des in-Situ Verfahrens sind von der Form und Ausdehnung der Lagerstätte abhängig. Eine generelle Umsetzung des Verfahrens mit
der Zielsetzung der Rohstoffsicherung und des Umweltschutzes kann nicht realisiert werden. So ergeben sich
beispielsweise bezogen auf unterschiedliche Lagerstättentypen folgende Einschränkungen:
Die Umsetzung der aktuellen in-Situ Verfahren auf alle Lagerstätten führt zu einem überproportionalen Anstieg der Energiekosten bei der Produktion. Für ein Fass produziertes Bitumen werden 2-3 Fässer
Wasser gebraucht, die in Dampf umgewandelt werden müssen. Der Dampf-Öl Quotient (DOQ) beträgt 2-3. Hinzu
kommen die Kosten für die Aufbereitung des Wassers und die damit einhergehenden ökologischen Probleme.
Die Nutzung des derzeitigen in-Situ Verfahrens führt bei
mächtigen Lagerstätten zu einer Ausbeute von nur ca. 5060% des Bitumengehaltes.
Die Anwendung des Verfahrens auf dünne Lagerstätten
mit einer Mächtigkeit von weniger als 30 m führt zu einer
weiter eingeschränkten Gewinnungsrate von Bitumen in
der Grössenordnung von maximal 30-40%.
Die Wirtschaftlichkeit der derzeitigen in-Situ Verfahren,
bezogen auf flache Lagerstätten, ist am geringsten, da sowohl der Dampfdruck, als auch die Menge der effektiv genutzten Energie eingeschränkt ist.
Gegenstand dieses Beitrages ist die Darstellung der
Möglichkeit der Optimierung des Prozesses der weitläufig
angewendeten Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD)
für die in-Situ Produktion von Bitumen aus Ölsandvorkommen. Das beschriebene Verfahren basiert auf elektromagnetische Heizmethoden (EM-SAGD), die den Drainageprozess unterstützen. In einem ersten Schritt wurden zur
Untersuchung der Machbarkeit des Verfahrens, vor allem
zur Beurteilung der Aspekte der Energieeffizienz und des
Umweltschutzes, Laboruntersuchungen durchgeführt.
Ausgabe 01 | 2009
Die Untersuchung verschiedener elektromagnetischer
Methoden ergab, dass für in-Situ Verhältnisse mit einer
Abraummächtigkeit von über 30 m die induktive Methode im
Hinblick auf technische und wirtschaftliche Machbarkeit
die sinnvollste Variante darstellt. Zur Beurteilung der langfristigen Leistung des Systems, wurde ein Reservoirsimulator in Kombination mit einem Finite Elemente Programm
eingesetzt. Um die Standards SAGD und EM-SAGD zu
vergleichen, wurden verschiedene Lagerstätten hinsichtlich ihrer Form und räumlichen Ausdehnung simuliert. Die
ersten Machbarkeitsuntersuchungen zeigen, dass trotz des
höheren Aufwandes für die Erzeugung der elektrischen
Wärme, das Verfahren gegenüber der herkömmlichen
Methode über ein wirtschaftliches Potential verfügt und
sich umweltfreundlicher realisieren lässt. Die Vorteile sind
u.a. in geringeren Kosten der Dampferzeugung, Wasseraufbereitung, vor allem jedoch in einer hörere Ausbeute an
Bitumen begründet. In den meisten Fällen kann eine früherer Produktionstart und eine höhere Ausbeute erreicht
werden.
35
TECHNOLOGIETRANSFER
Hintergrund des SAGD-Verfahrens
Bei der Neuentwicklung des Verfahrens zur Ölgewinnung aus Ölsandlagerstätten handelt es sich um eine
Weiterentwicklung des bereits bekannten Steam Assisted
Gravity Drainage (SAGD) Verfahrens (zu Deutsch: Dampf
unterstützte Schwerkraft Drainage). Im Folgenden werden
das herkömmliche Verfahren und das daraus neuentwickelte Verfahren vorgestellt.
SAGD – Steam Assisted Gravity Drainage
Das Steam Assisted Gravity Drainage Verfahren, kurz
SAGD-Verfahren wurde mit dem Ziel entwickelt, eine kontinuierliche In-situ Gewinnung von Öl aus Ölsandlagerstätten zu ermöglichen. Charakteristikum dieses Verfahrens ist
die Einbringung von zwei parallelen Rohren, die vertikal in
den Untergrund eingebracht werden. Im Untergrund eingebracht biegen sie ab, um horizontal in einer bitumenhaltigen Sandschicht zu verlaufen. Bei den Rohren, die
mittels eines Horizontalbohrverfahrens in den Untergrund
eingebracht werden, handelt es sich um ein Injektionsrohr
(Steam Injector) und einem Produktionsrohr (Oil Producer).
Ausgabe 01 | 2009
Dabei verläuft das Injektionsrohr oberhalb
des Produktionsrohrs in einen Abstand von ca. 5 m. Mit
dem Injektionsrohr wird heißer Wasserdampf in die bitumenhaltige Abbauschicht eingebracht.
Durch das Einbringen des Wasserdampfes bildet sich
um das Injektionsrohr eine Dampfkammer (Steam Chamber) aus, in der sich das natürliche Bitumen vom umgebenden Sand löst und aufgrund des höheren spezifischen
Gewichts vertikal nach unten in Richtung des dort verlaufenden Produktionsrohres fließt. Von diesen aufgefangen
wird das gewonnene Bitumen über den Verlauf des Produktionsrohres zur Weiterverarbeitung an die Erdoberfläche
befördert. Das Funktionsprinzip sowie das Aufbauschema
sind in der folgenden Abbildung 1 veranschaulicht.
Vorteil dieses Verfahrens ist zum Einen, dass im Vergleich zu herkömmlichen Gewinnungsverfahren auch weniger tiefe Untergrundvorkommen erschlossen werden
können. Denn bedingt durch die Tatsache, dass das Einbringen von Wasserdampf unter geringem Druck erfolgt,
ist die Gefahr des Entweichens von Dampf durch
Abb. 1:
Allgemeines Funktionsschema
des SAGD-Verfahrens.
36
TECHNOLOGIETRANSFER
eventuelles Zerbrechen überdeckender Gesteinsformationen bzw. Abraummaterial erheblich geringer. Zum Anderen ist die Inanspruchnahme der Landschaft weniger
intensiv als im Falle eines bergbaulichen Ölsandabbaus.
Der einzige Nachteil dieser Methode ist der bislang noch
niedrigere Entölungsgrad von rd. 40 - 60 % im Vergleich
zur Ölsandgewinnung im Tagebau. Aufgrund des Wasserdampfbedarfes sind für die Produktion von einem Barrel Öl
mehr als zwei Barrel Wasser notwendig. Demzufolge ist
bei diesem Verfahren das sogenannte Dampf-Öl-Verhältnis
der Hauptfaktor zur Bestimmung der Wirtschaftlichkeit der
Methode. Bei Abbautiefen von weniger als 30 m fällt die
Ölgewinnung aufgrund bestehender physikalischer und
technischer Beschränktheit kleiner aus. An dieser Stelle
setzt die angesprochene Weiterentwicklung des Verfahrens der Siemens AG an. Sie wird im folgenden Kapitel
näher erläutert.
EM-SAGD – Electro Magnetic Steam
Assisted Gravity Drainage
Das Verfahren der Electro Magnetic Steam Assisted
Drainage, kurz EM-SAGD basiert grundlegend auf dem
Funktionsprinzip des zu vor erläuterten SAGD-Verfahrens.
Wie der Zusatz in der Nomenklatur schon verrät, wird hierbei die Ölsandlagerstätte nicht nach dem herkömmlichen
Prinzip erwärmt, sondern erfolgt zusätzlich elektromagnetisch durch Induktion.
Der Grundaufbau dieses
Verfahrens bleibt im Vergleich zum herkömmlichen
SAGD-Verfahren bestehen, wird jedoch zur Induktion der bitumenhaltigen Sandschichten durch
zwei Induktionsschleifen
(Inductor cable) und einem
dazugehörigen Transformator ergänzt. Wie in der
Abbildung 2 veranschaulicht ist, werden zwei
Rohrleitungen, das Injektionsrohr (Steam inducer)
sowie das Produktionsrohr
(Producer) anhand eines
Horizontalbohrverfahrens
in die Abbauschicht (Reservoir) so eingebracht,
dass sie übereinander in
einem Abstand von ca.
5 m horizontal in der bitumenhaltigen Sandschicht
verlaufen.
Desweiteren
wird ebenfalls in die bitumenhaltige Abbauschicht
Ausgabe 01 | 2009
parallel zu den Rohrleitungen eine Induktionsschleife (Inductor cable) installiert.
Hintergrund des EM-SAGD-Verfahrens
Bei dem EM-SAGD-Verfahren wird sich die Technik
eines Induktionsherdes zu Nutzen gemacht, um im Vergleich zum SAGD-In-Situ-Verfahren die Effektivität weiter
zu steigern. Die in der Erde parallel zur Wasserdampfleitung verlaufende Induktionsschleife lässt durch elektrische Energie, um sich herum ein wechselndes Magnetfeld
entstehen, welches im leitfähigen bitumenhaltigen Sand
Wirbelströme entstehen lässt. Die Wirbelströme führen zu
einer langsamen Erwärmung des Bitumens/Öls bzw. des
Wassers an den Ölsandkörnern.
Durch die Erwärmung löst sich das Öl in Form kleiner Bitumentröpfchen von den Sandkörnern ab und kann in das
Drainagerohr abfließen. In Kombination mit der herkömmlichen Dampfeinleitung lässt sich so in derselben Zeit je
nach Reservoirbedingungen anteilmäßig mehr Öl aus Ölsand fördern, als mit der Dampfinjektion alleine. Gleichzeitig bedeutet die Kombination von Dampfeinleitung und
Induktion eine Reduktion des spezifischen Wasser-
Abb. 2:
Allgemeines Funktionsschema
des EM-SAGD-Verfahrens.
37
TECHNOLOGIETRANSFER
verbrauchs, da zur Produktion des benötigten Wasserdampfes große Wassermengen notwendig sind. Je nach
der vorherrschenden Beschaffenheit der Lagerstätte kann
in Einzelfällen auf die Wasserdampfinjektion ganz verzichtet werden und das Öl in Form von Bitumen allein durch
den Induktionsstrom gefördert werden.
Besonders für geringe Abbautiefen (geringer 30 m) eignet sich die weiterentwickelte EMSAGD- Methode, weil
hierbei kein Wasserdampf die Abraumschicht aufgrund
zu hohen Drucks durchbrechen kann und somit keine entzündlichen Gase ans Tageslicht gelangen können. Ein weiterer Vorteil des neuentwickelten EM-SAGD-Verfahrens
ist die größere Reichweite und schneller ausbreitende
Erwärmung der Gewinnungshorizonte. Trotz der schnelleren Erwärmung findet keine Druckerhöhung in der die
Lagerstätte überlagernden Deckschichten (Abraum)
statt, da weniger Wasserdampf zur Erwärmung benötigt
wird. Ergebnisse von Laborversuchen habe gezeigt, dass
durch die induktive Erwärmung die Ölgewinnungsrate
höher ausfällt als bei der herkömmlichen Dampfmethode. Die von Siemens AG durchgeführten Laborversuche
zeigen, dass das Verfahren zu keinerlei Beeinträchtigung
der Umwelt führt. Eine Induktion erfolgt nur dort, wo eine
ausreichende Feuchte vorhanden ist. Mit zunehmender
Trocknung reduzieren sich die Induktion und folglich auch
die Erwärmung in diesem Bereich. Diese Eigenschaft kann
als eine Art Schutzmechanismus angesehen werden, der
davor schützt, dass sowohl das Bitumen aber auch die Induktionsschleife selbst nicht einer Überhitzung ausgesetzt
werden kann.
Lesen Sie den ausführlichen Originaltext in der
englischen AMS Online-Ausgabe.
Dipl.-Ing. Michael Koolman ist innerhalb
Siemens’ Energy Sector and the Oil & Gas Division
verantwortlich für die Geschäftsentwicklung der
Onshore-Aktivitäten in verschiedenen Ländern. Er
leitet die Forschungs- und Entwicklungsprojekte
im Bereich Ölsand und Schweröl. Zuvor war er für
downstream-orientierte Öl- und Gas-Projekte verantwortlich. Seine Karriere bei Siemens begann 1972 als Betriebsingenieur
für Kraftwerke und industrielle Prozessanlagen. Seinen Abschluss als Diplomingenieur erhielt er an der Universität Stuttgart in Fachbereich Steuerund Regeltechnik. Er ist Autor zahlreicher Veröffentlichungen zum Thema
Prozessautomatisierung, Funktionssicherheit und Instandhaltung..
[email protected]
Dipl.-Ing. Bernd Wacker studierte Elektrotechnik an der
TH Zittau. Danach trat er 1992 in die Siemens AG ein, wo
er sich zunächst 8 Jahre mit dem Power Engineering in
der Kraftwerkssparte beschäftigte. In 2000 wechselte er
in den Zentralbereich Technik der Siemens AG, wo er
Forschung und Entwicklung für Elektrische Komponenten und Systeme betrieb. Er leitete u. a. das erfolgreiche
FuE Projekt zum weltweit ersten Hoch-Temperatursupraleitenden Generator (Test 2005). Seit 2004 befasst er sich mit Innovationen
in der Öl- und Gasindustrie. In 2006 startete unter seiner Leitung das FuE
Projekt zur Bitumenproduktion aus Ölsand.
[email protected]
Dr. Dirk Diehl received the Ph.D. in physics in 1996 at
the University of Cologne, Cologne, Germany. The topic
of his dissertation was development of superconducting
submillimetre quantum mixers for heterodyne receivers.
Since 1996, he has been at Radiometer Physics GmbH,
Meckenheim, Germany. Since 2001, he works as a Research Scientist at Corporate Technology, Siemens AG,
Erlangen, Germany, in the field of electromagnetic simulation form DC up to RF in particular for MRI-Systems.
[email protected]
Dr.-Ing. Norbert Huber, Geboren. 1966 in Nürnberg.
Nach Abschluss des Diplomstudienganges ‚ChemieIngenieurwesen‘ an der Universität Erlangen von
1985-1991 erfolgte wissenschaftliche Tätigkeit am
Lehrstuhl für Strömungsmechanik der Universität
Erlangen mit Abschluss der Promotion bei Prof. Dr.
Sommerfeld, Prof. Dr. Dr. Durst auf dem Gebiet der
Zweiphasenströmungen. Von 1996 bis 2000 tätig als
Versuchsingenieur bei der Fa. Siemens AG im Bereich Kraftwerke. Seit
2000 Senior-Engineer bei der Fa. Siemens AG im Zentralbereich ‚Corporate
Technology‘ mit Schwerpunkt auf der Simulation von technischen Strömungsanwendungen, Kühlung von Leistungsmaschinen sowie ProzessSimulationen.
[email protected]
Siemens AG
Energy Sector
Oil & Gas Division | Oil & Gas Solutions
Karl-Zucker-Str.18 | 91052 Erlangen, Germany
Tel.: +49 (0) 9131 - 18 21 25 (M. Koolmann)
www.siemens.com
Ausgabe 01 | 2009
38
TECHNOLOGIETRANSFER
www.
advancedmining.com
Spuren des Sandes: In jedem Sandkorn steckt ein Stück
Erdgeschichte. Seine Vielfältigkeit zeigt sich zum Beispiel in
den unzähligen bautechnischen Anwendungsmöglichkeiten.
Heute ist Sand einer der wichtigsten Baurohstoffe überhaupt.
Ausgabe 01 | 2009
39
TECHNOLOGIETRANSFER
Analyse des Zusammenhangs zwischen einaxialer Druckfestigkeit und
Shore-Härte am Beispiel West-Anatolischer Kohle
von M. K. Ozfirat, A.H. Deliormanli & F. Simsir | Dokuz Eylul University, Mining Eng. Dept. | Izmir | Türkei
D
ie exakte Bestimmung geomechanischer Paramter einer Gesteinsprobe stellt eine wichtige Voraussetzung bei der Lösung felsmechanischer Probleme dar. Die einaxiale Druckfestigkeit (eng. uniaxial
compressive strength - UCS) ist dabei der wichtigste und am häufigsten verwendete Materialkennwert. Oftmals ist es jedoch schwierig, repräsentative Proben aus weichen oder brüchigen Gesteinsformationen zu gewinnen, um sie für UCS-Experimente verwenden zu können. Zahlreiche wissenschaftliche
Untersuchungen befassen sich mit der Aufgabe, den Zusammenhang zwischen der einaxialen Druckfestigkeit und der Gesteinshärte oder der punktuellen Materialbelastbarkeit zu finden. In der vorliegenden
Studie wurde die sog. Shore-Härte (SH) sowie die UCS-Werte von Kohleproben ermittelt. Daraus wurde
ein Vorschlag entwickelt, wie sich die beiden Materialkennwerte in Beziehung setzen lassen, um letztlich Aussagen über die Gesteinshärte treffen zu können. Anhand von West-Anatolischer Kohle wurde als
Ergebnis festgestellt, dass das Verhältnis der UCS-Werte zu den Werten aus der SH-Analyse mit einer
95%igen Wahrscheinlichkeit zwischen 0,24 und 0,30 liegt. Die durchgeführten Versuche zeigten, dass die
ermittelten UCS-Werte der West-Andalusischen Kohle (in MPA) dem 0,27-fachen SH-Wert entsprechen..
Einführung
Um gebirgsmechanische Problemstellungen lösen zu
können, ist es von entscheidender Wichtigkeit, die gesteinsspezifischen Parameter der jeweiligen Formation zu
kennen. Kennwerte wie beispielsweise der Grad der Gesteinskristallisation, die Wasserabsorptionskapazität, der
Porenwasserdruck, Diskontinuitätsflächen und der Grad
der Verwitterung nehmen einen bedeutenden Einfluss auf
die mechanischen Gesteinseigenschaften von Probenkörpern, die in Labortests Verwendung finden. Die wichtigsten mechanischen Kennwerte sind dabei die einaxiale
Druckfestigkeit, die Zug- und Scherfestigkeit sowie die
Punktlastfestigkeit, woraus die Gebirgsklassifikation durch
gewichtete Summierung der Einzelgrößen abgeleitet wird
(Kose und Kahraman, 1999). Die UCS ist die am weitesten
verbreitete Kenngröße in der einschlägigen Fachliteratur.
Sie ist definiert als der Widerstand eines Gesteinskörpers
gegen eine auf ihn einwirkende Normalkraft. Die Methode,
mit der die UCS gemessen wird wurde sowohl gemäß des
ASTM als auch des ISRM standardisiert. Insbesondere ist
darin festgelegt, dass Probenkörper mit einer Diamantbohrkrone mit 54 mm Durchmesser (NX) hergestellt werden sollen. Oftmals ist es nicht möglich, aus bestimmten
zu untersuchenden Gesteinsformationen brauchbare Probenkörper zu gewinnen. Hinzu kommt, dass die Probenvorbereitung für die vorgesehenen Experimente oftmals mit
einem hohen Zeitaufwand verbunden ist. In solchen Fällen,
Ausgabe 01 | 2009
d.h. wenn UCS-Versuche zu viel Zeit in Anspruch nehmen
und/oder zu kostenintensiv sind, greifen Forscher auf Referenzexperimente zurück, da sich die Probenpräparation
und die Versuchsdurchführung vergleichsweise einfacher
gestalten. Eines dieser besagten Experimente ist der sog.
Fallhärtetest (engl. shore scleroscope hardness experiment). Es existiert eine Vielzahl von Fachliteratur, in der
UCS-Werte von Gesteinen über die Korrelation zwischen
Shore-Härte und UCS ermittelt werden.
Einige Forscher haben den Versuch unternommen, die
SH mit anderen mechanischen Gesteinseigenschaften zu
korrelieren. Judd und Huber (1961) erhielten im Rahmen
von Versuchen eine lineare Abhängigkeit der SH von der
UCS und ermittelten einen Korrelationskoeffizienten von
0,71. Deere und Miller (1966) fanden eine sehr gute Beziehung zwischen SH und UCS. Sie generierten aus ihren Ergebnissen eine Gesteinsfestigkeitskurve. Die Kurve ist auf
ein Maximum von 35 MPA limitiert, wobei die spezifische
Gesteinswichte zwischen 16 kN/m3 und 31.5 kN/m3 liegt.
Rabia und Brook (1979) untersuchten die Effekte der Probenkörperabmessungen im Hinblick auf die SH-Ergebnisse
und fanden heraus, dass die SH vom Volumen des Probenkörpers abhängt und nicht ausschließlich von der Probenlänge oder -oberfläche. Die SH-Versuche sind somit ein
leistungsfähiges Laborwerkzeug, um die Gesteinshärte
zuverlässig bestimmen zu können, mit hinreichend guter
Korrelation zu UCS-Werten (Atkinson et. al, 1986). Cargill
and Shakoor (1990) entwickelten empirische Methoden
40
TECHNOLOGIETRANSFER
zur Vorausberechnung von UCS-Werten. Sie fanden heraus, dass empirische Formeln unter Zugrundelegung
geringer bis mittlerer Gesteinsfestigkeitswerte (bis ca.
150 MPa) generell bessere Ergebnisse liefern, als bei
hochfesten Gesteinen. Holmgeirsdottir und Thomas (1998)
nahmen Versuche an zwei SH-Modellen (D762, C2) vor, um
geomechanische Gesteinskenngrößen zu ermitteln. Die
dabei erzielten variierenden Messresultate konnten auf
den Einfluss der UCS-Determinante zurückgeführt werden.
Koncagul und Santi (1999) entwickelten ein Modell, um
die UCS-Werte auf Basis der Zerfallshärte von Prüfkörpern zu ermitteln. Der darin verwendete SH-Wert wurde
mit einem Korrelationskoeffizienten von 0,68 angenommen. Deliormanli und Onargan (2000) zeigten an mikritischen Gesteinsproben, dass die Schlagfestigkeit von Marmor von der SH beeinflusst wird. Die Forschungsarbeiten
haben bewiesen, dass es möglich ist, einen belastbaren
Zusammenhang zwischen UCS und SH herzustellen. Su et
al. (2004) fand eine Korrelation zwischen dem SH-Wert und
der Mahlbarkeit bzw. Bearbeitbarkeit, wobei ein Korrelationskoeffizient von 0,91 ermittelt wurde.
Des Weiteren, führten Altindag und Guney (2006) Studien durch, um den Bedarf nach einer Methode zur Determinierung standardisierter SH-Werte zu identifizieren und zu
diskutieren. dabei stand vor allem der Einfluss der Prüfkörpergröße im Vordergrund der Betrachtungen, so dass die
SH als eine grundlegende, zerstörungsfrei durchführbare
Materialhärteprüfung, als eine belastbare und aussagekräftige Kenngröße zur Ableitung anderer mechanischer
Gesteinsparameter, speziell der UCS, herangezogen werden kann. Die Autoren entwickelten eine neue empirische
Gleichung, um Probengrößen-bezogene SH-Werte zu
ermitteln. Das zugrundegelegte kritische Prüfkörpervolumen betrug hierbei 80 cm³. Arioglu und Tokgoz (1991), Li
et al (2000), Kahraman (2001), Bilgin et al (2002), Goktan
und Gunes (2005) sowie Ozkan und Bilim (2008) integrierten die sog. Schmidt-Härte in ihre Studien, um daraus die
UCS-Werte, die geomechanischen Gesteinsparameter und
letztlich die Leistung von bergbaulichen Betriebsgeräten
ableiten zu können.
Da Kohle ein gebräches bzw. sprödes Gestein ist, ist es
nicht möglich, Kernproben zum Zwecke der UCS-Ermittlung zu gewinnen. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Studie SH-Werte ermittelt, indem die Oberfläche
von Prüfkörpern, die für UCS-Experimente nicht verwendet werden können, glattgeschnitten werden. Zunächst
werden Kohleblöcke in Abmessungen von 7×7×7 cm aus
Gesteinsproben herausgesägt und UCS-Versuche durchgeführt. Dabei wurde ein durchschnittlicher UCS-Wert von
12,15 MPa ermittelt. Der Vergleich der Ergebnisse aus den
UCS-Versuchen mit den ermittelten SH-Werten West-Andalusischer Kohle ergab mit 95%iger Wahrscheinlichkeit
ein Verhältnis zwischen 0,24 und 0,30 (UCS : SH). Der gemittelte Koeffizient, mit dem sich der UCS-Wert aus dem
SH-Wert ableiten lässt, wurde zu 0,27 bestimmt.
Ausgabe 01 | 2009
Abb. 1: Stratigraphie des Kohleflözes und des umgebenden Gebirges.
Eigenschaften des Kohleflözes und des
umgebenden Gesteins
Die gesamten Braunkohlereserven der Türkei belaufen
sich auf rund 8 Gigatonnen, was einem Anteil von 1,52%
der Weltreserven entspricht. Im Jahr 2003 wurden rund
60 Mio. t Braunkohle in der Türkei gefördert, wovon ca. 29
Mio. t aus staatlichen Betrieben, der Rest aus privaten
Tab. 1: Geomechanische und geophysikalische Kohleeigenschaften.
(Kose et al., 1994).
Wichte (kN/m3)
Korndichte (kN/m3)
Porosität (%)
UCS (MPa)
Innerer Reibungswinkel (ø)
Elastizitätsmodul (MPa)
Poisson-Zahl
13.00
14.40
9.72
10.00 (1)
15-25 (2)
1700 (2)
0.25
(1) Ermittlung aus Bohrkerndaten
(2) Ermittlung auf Basis der RMR Klassifikation
41
TECHNOLOGIETRANSFER
Unternehmen gefördert wurde (Mine Exploration Institute,
MTA, 2001; Turkish Coal Enterprises, TKI, 2003). Etwa die
Hälfte der türkischen Braunkohlereserven besteht aus
mächtigen Flözlagerstätten (Kose et. al., 1989).
Das Hauptkohleflöz des Omerler Kohlenbergwerks beinhaltet eine mittelharte, schwarz und hell gefärbte Braunkohle, die im Tiefbau von der staatlichen Gesellschaft
TKI-GLI Western Anatolian Coal Enterprise gefördert wird.
Der Betrieb befindet sich nahe der Stadt Kutahya im Westen der Türkei. Das West-Anatolische Kohlebecken wird
von paläozoischen Schiefern und kristallinen Kalksteinen
an der Basis gebildet, die diskordant von mesozoischen,
sepentinhaltigen und ultrabasischen Gesteinschichten
überlagert werden. Das Hangende und Liegende des
Flözes weist eine höhere Reinheit auf als der mittlere
Flözbereich, der tonige Zwischenlagen beinhaltet (siehe
Abbildung 1). Die Mergelformationen oberhalb der weichen
Tonlagen besitzen eine höhere Festigkeit und führen wenig
Wasser. Diese Schichten werden insgesamt als “überlagernder Tonstein” bezeichnet,, sie sind in Abbildung 1 in
dunkelgrauer Farbe dargestellt. Die Tonsteinschicht im
Liegenden des Kohleflözes ist fester als diejenigen Tonsteinschichten oberhalb des Flözes und sind in Abbildung 1
hellgrau gefärbt. Das Hauptkohleflöz ist in Abbildung 1 mit
der Nummer 4 bezeichnet. Kose et al. (1994) ermittelten in
ihrer Studie eine Druckfestigkeit des Kohleflözes von ca.
10 MPa (siehe Tabelle 1).
tieren zwei verschiedene Testapparaturen
um den SH-Test durchzuführen, die als Model C und Model
D bezeichnet werden. Model C-2 wird hauptsächlich bei
der Analyse von Gesteinen eingesetzt (Abbildung 2). Der
Hammerdurchmesser, die -masse, die -länge und Fallhöhe
betragen entsprechend der Versuchsvorgaben 5,94 mm,
2.300 ± 0,500 g, 20,7 - 21,3 mm, 251,2 + 0,13 – 0,38 mm.
Bestimmung der SH von
West-Anatolischer Kohle
Die Oberflächen
der Kohle-Prüfkörper werden in Quadrate mit einer Kantenlänge von 0,5 cm
eingeteilt (siehe Abbildung 3). Im Mittel
ergibt sich auf Basis
von 200 SH-Tests
eine Wert von 45,67
(Abbildung 4).
Abb. 2:
Model C-2
Shore
Scleroscope
Versuchsgerät.
Die Shore Härte als gesteinsmechanischer
Parameter
Die Härte ist eine der physikalischen Gesteinsparameter und die Shore Härte (SH) ist eine geeignete und weit
verbreitete Kennzahl zur Bestimmung der Gesteinshärte.
In Anlehnung an eine frühere Veröffentlichung der International Society for Rock Mechanics mit dem Titel “Suggested Methods for Determining Hardness and Abrasiveness of Rocks” (ISRM, 1978) wird vorgeschlagen, dass zur
Bestimmung belastbarer SH-Werte die Probenkörper eine
minimale Oberfläche von 10 cm² und eine minimale Dicke
von 1 cm aufweisen sollten. Das artimetische Mittel von
mindestens 20 Tests, die an einer vollständigen Prüfkörperoberfläche durchgeführt werden, kann als repräsentativ für die Shore Härte des Gesteins angenommen werden
(ISRM, 1978). Die SH wird anhand einer kalibrierten Skala
ermittelt, wobei die Skalenwerte spezifische SH-Werte
von 0 bis 140 darstellen. Ein Hauptvorteil des SH-Wertes
ist, dass er im Gegensatz zu anderen geomechanischen
Testverfahren an relativ kleinen prismatischen Probenkörpern ermittelt werden kann. Nachteilig ist, dass eine große
Anzahl von Einzelversuchen erforderlich ist, um verlässliche und belastbare Aussagen über die durchschnittliche
Festigkeit zu erhalten. Darüber hinaus hängt die Messgenauigkeit entscheidend von der Oberflächenrauhigkeit
des Prüfkörpers ab (Altindag and Guney, 2005). Es exis-
Ausgabe 01 | 2009
Abb. 3: Kohle-Prüfkörper
für die SH-Experimente.
Abb. 4: Histogramm
der SH-Tests.
42
TECHNOLOGIETRANSFER
Bestimmung des UCS-Wertes von
West-Anatolischer Kohle
Der aus der Lagerstätte entnommene Kohleblock
wurde gemäß ASTM D 2938- und TSE 2028-Standard in
7×7×7 cm große Würfel zersägt. Auf diese Weise wurden
zehn Prüfkörper hergestellt (Abbildung 5). Die Durckversuche an den Kohleproben ergaben eine durchschnittliche
einaxiale Druckfestigkeit von 12,15 MPa (siehe Tabelle 2,
Abbildung 6). Die Vorbereitung der Prüfkörper nahm viel
Zeit und Mühe in Anspruch, insbesondere bzgl. der Forderung, den natürlichen Wassergehalt zu erhalten.
Abb. 6: Histogramm der
ermittelten UCS-Werte.
Abb. 5: 7 × 7 × 7 cm große Kohle-Prüfkörper. Links vor dem Druckversuch, rechts nach dem Druckversuch.
Tab. 2: Ermittelte UCS- und SH-Werte der Kohleproben. (Ozfirat, 2007).
Block dimensions
(cm)
Surface area
(cm2)
Failure load
(kg)
UCS
(MPa)
SH value
7.04 - 7.04 - 7.06 || 7.03 - 7.04 - 7.04
49.56
49.14
49.84
49.98
49.42
49.28
49.28
49.42
49.28
49.42
5.500
7.150
6.100
7.210
4.530
6.020
5.400
6.300
6.050
5.850
Average
11.098
14.550
12.239
14.426
9.166
12.216
10.958
12.748
12.277
11.837
12.152 ± 1.59
45.10
46.70
44.79
46.55
44.20
43.85
46.85
48.35
46.00
44.35
45.67 ± 3.32
Sample No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
7.01 - 7.01 - 7.01 || 6.99 - 7.01 - 7.04
7.1 - 7.1 - 7.1 || 7.05 - 7.01 - 7.00
7.01 - 7.07 - 7.01 || 7.1 - 7.1 - 7.12
7.07 - 7.03 - 7.02 || 7.02 - 7.03 - 7.02
7.01 - 7.01 - 7.01 || 7.04 - 7.03 - 7.01
7.04 - 7.03 - 7.02 || 7.01 - 7.02 - 7.01
7.01 - 7.01 - 7.1 || 7.05 - 7.01 - 7.00
7.03 - 7.03 - 7.01 || 7.01 - 7.02 - 7.01
7.07 - 7.03 - 7.02 || 7.02 - 7.03 - 7.02
Ausgabe 01 | 2009
43
TECHNOLOGIETRANSFER
Ergebnisse und Diskussion
Der durchschnittliche UCS-Wert der Kohle wird jeweils
durch die entsprechenden, aus den SH-Experimenten
ermittelten Werte dividiert. Auf diese Weise können die
Koeffizienten, d.h. das relative Verhältnis von UCS- und
SH-Wert berechnet werden. Die resultierenden Koeffizienten werden in einem anschließenden Schritt bzgl. der
Häufigkeit ihres Auftretens grafisch abgebildet (Abbildung
7). Es ist daraus ersichtlich, dass die Proportionalitätskoeffizienten, und folglich auch die ermittelten SH-Werte, eine
Normalverteilung aufweisen.
SH-Test durchgeführt und die UCS-Werte
mittels der ermittelten Konfidenzintervalle berechnet werden können.
Bei der Planung von bergbaulichen Abbauvorhaben ist
die schnelle Ermittlung von Insitu-Gesteinsparametern von
besonderer Wichtigkeit. Hudson et al. (2003) schlug eine
vierstufige Methode zur Bestimmung der Gesteinsfestigkeit vor, wobei die Festigkeit einer großen Gesteinsformation durch Hochrechnung aus an kleinen Proben ermittelten Kennwerten berechnet wird. In ähnlicher Weise
können weitere spezifische, u.U. schwer zu bestimmende
Parameter der Kohle aus anderen Kennwerten abgeleitet
werden. Deere and Miller (1966) fanden eine sehr gute
Korrelation zwischen den SH- und UCS-Kennwerten. Sie
ermittelten eine in Abbildung 8 dargestellte Festigkeitskurve. Das Diagramm gilt ab einer unteren Festigkeitsgrenze
von 35 MPa und für Gesteinswichten zwischen 16 kN/m3
und 31.5 kN/m3. Das gezeigte Diagramm besitzt nur innerhalb dieser Grenzen (UCS = > 35 MPa, Wichte = zwischen
16 und 31,5 kN/m³) Gültigkeit. In der vorliegenden Studie
wurde ein mittlerer UCS-Wert von 12,15 MPa und eine Gesteinswichte von rund 13,00 kN/m³ ermittelt. Folglich kann
das von Deere und Miller ermittelte Diagramm für den
vorliegenden Fall nicht verwendet werden. Vielmehr kann
die einaxiale Druckfestigkeit der West-Anatolischen Kohle
nur mittels des errechneten Korrelationskoeffizienten zwischen UCS und SH von 0,27 bestimmt werden.
Abb. 7: Häufigkeitsverteilung der Proportionalitätskoeffizienten
zwischen UCS- und SH-Werten.
Die mittlere und die Standardabweichung der grafischen Daten wurden rechnerisch ermittelt. Die mittlere
und die Standardabweichung ergaben sich zu µ=0.27 bzw.
σ=0.019. Unter Zugrundelegung der Normalverteilungstabelle mit einem Konfidenzintervall von 95%, gilt folgende
Gleichung.
Fig. 8: Korrelationsdiagramm der Shore
Härte in Abhängigkeit der Gesteinswichte, einaxialen Druckfestigkeit und des
Härtegrades. (Deere and Miller, 1966).
LB, UB = µ - Zσ , µ + Zσ
Darin sind:
LB: Untere Grenzbedingung des Konfidenzintervalls
UB: Obere Grenzbedingung des Konfidenzintervalls
Z: Normalverteilungswert
Z= 1,65 für eine Sicherheitswahrscheinlichkeit von 95%
Daraus folgt für ein Konfidenzintervall von 95%:
0.27 - 1.65 × 0.019 , 0.27 + 1.65 × 0.019 =
0.24 , 0.30
Dies beweist, dass das rechnerische Verhältnis von
UCS-Wert zu SH-Wert der West-Anatolischen Kohle mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% im Bereich zwischen 0.24
und 0.30 liegt. Daraus folgt, dass anstatt der kosten- und
zeitintensiven UCS Experimente lediglich die einfacheren
Ausgabe 01 | 2009
44
TECHNOLOGIETRANSFER
Aus Abbildung 9 geht das prognostizierte Intervall sowie das Konfidenzintervall auf Basis des Verhältnisses von
SH- und UCS-Wert hervor. Anhand der Grafik kann gezeigt
werden, dass der Großteil der Datenpunkte innerhalb des
95%igen Konfidenzintervalls liegt. Obwohl einige Datenpunkte außerhalb des Konfidenzintervalls liegen, befinden
sich diese innerhalb der prognostizierten Grenzen, was
beweist, dass die oben genannte prognostische Funktion
für die vorliegende Aufgabenstellung Gültigkeit besitzt.
Abb. 9:
Verhältnis von
UCS- und SH-Werten.
Zusammenfassung
Die einaxiale Druckfestigkeit (UCS) ist der wichtigste und am meisten angewendete gesteinsmechanische
Parameter in der bergbaurelevanten Literatur. Zumeist ist
der Prozess der Probenvorbereitung für UCS-Experimente
aufwendig und schwer zu bewerkstelligen. Das von Deere
und Miller aufgestellte Diagramm kann nicht für Druckfestigkeiten < 35 MPa und Gesteinswichten außerhalb des
Bereichs zwischen 16 kN/m3 und 31.5 kN/m3 verwendet
werden. Das GLI Omerler Kohlebergwerk ist eine der bedeutendsten Braunkohlegruben in der westlichen Türkei. In
der vorliegenden Studie wurde der Korrelationskoeffizient,
mit dem sich die einaxiale Druckfestigkeit aus der Shore
Härte bestimmen lässt, zu 0,27 ermittelt. Die nachstehende
Gleichung kann für zukünftige Feldstudien zur Bestimmung
des UCS-Wertes von Kohle verwendet werden.
Ausgabe 01 | 2009
UCS = 0.27 × SH (in MPa)
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass diese Gleichung zur Ermittlung der einaxialen Druckfestigkeit von
Kohle einen wertvollen Beitrag leistet, insbesondere da
auf die kostenintensiven und mitunter schwierigen UCSExperimente entfallen können.
Danksagung
Die Autoren bedanken sich bei der Leitung und dem
Personal der TKI-GLI Omerler coal mine sowie bei der Torbali Technical High School für die Unterstützung bei der
Herstellung der Kohle-Prüfkörper.
45
TECHNOLOGIETRANSFER
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Ass. Prof. Dr. Ahmet Hamdi Deliormanli
Tel.: +902324127520
Assoc. Prof. Dr. Ferhan Simsir
Tel.: +902324127515
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Ausgabe 01 | 2009
46
TECHNOLOGIETRANSFER
KIMA Gesellschaft für Echtzeitsysteme und Prozessautomation mbH
Ein neuer drahtloser Füllstandssensor für Kugelmühlen in
der Mineralindustrie erhöht die Produktionsmenge und spart
Energie
K
ugelmühlen sind auch im 21. Jahrhundert weithin noch die
„Arbeitspferde“ in der Mineral- und Zementindustrie für die Zerkleinerung großer Materialmengen. Das Prinzip dieser Mühlen ist schon
alt und sehr einfach: in einer großen rotierenden Trommel befinden
sich Stahlkugeln als Mahlkörper. Die Trommel hebt bei ihrer Rotation
die Mahlkörper an. Diese fallen wieder herunter und zerschlagen oder
zermürben dabei das Mahlgut. Das feingemahlene Gut wird ausgetragen und von einem Sichter in Grob- und Feingut geteilt.
Am Grundprinzip der Mühle hat sich seit mehr als einem
Jahrhundert nichts geändert.
Ein großer Nachteil besteht darin, dass ihr Wirkungsrad mit ca. 3 % sehr gering ist. Der allergrößte Teil der
Antriebsleistung von mehreren MW geht in die Hubarbeit
der Mahlkugeln und die wird benötigt, unabhängig davon,
ob die Mühle voll oder leer ist. Andererseits mahlt eine
überfüllte Mühle sehr schlecht, weil die Mahlkugeln in ein
„weiches“ Bett aus Mahlgut fallen und es nicht richtig zerschlagen können. Zwischen „zu leer“ und „zu voll“ gilt es
also den optimalen Füllgrad zu finden um die immer teurer
werdende Antriebsenergie möglichst effektiv zu nutzen.
Der Füllgrad von Kugelmühlen wird bisher üblicherweise mit Hilfe von speziellen Mikrofonen gemessen.
Eine leere Mühle klingt laut
und hell, da die Stahlkugeln
direkt aufeinander oder auf die
Wandpanzerung treffen, eine
volle Mühle ist etwas leiser
und dumpf, weil das Mahlgut
die Schläge der Kugeln stärker
dämpft.
Diese Meßmethode ist leider
ziemlich ungenau und sehr anfällig gegen Fremdgeräusche
z.B. durch weitere Mühlen die
in derselben Halle stehen. Hier
wurden in der Vergangenheit
aufwendige Kompensations-
Ausgabe 01 | 2009
schaltungen gebaut, die letztlich
aber äußerst schwierig einzustellen
waren. Auch ist es nicht möglich,
bei Mühlen mit mehreren Kammern
diese getrennt zu messen, da die
Mikrofone immer den Schall aller
Kammern aufnehmen. Dies gilt in der
Regelselbst dann, wenn ausgesprochene Richtmikrofone verwendet
werden.
Einen völlig anderen Weg ist die
Firma KIMA Echtzeitsysteme aus
Jülich mit ihrem System SmartFill
gegangen. Körperschallsensoren
werden direkt auf die rotierende Mühle aufgesetzt und
nehmen direkt die Geräusche in der Metallwandung auf.
Die Geräusche anderer Aggregate werden von diesem
Sensor gar nicht erst gemessen. Das Signal ist also völlig
störungsfrei.
Die Messwerte werden von der drehenden Mühle dann
per Funkstrecke zu einem Empfänger und von hier weiter
zu einem robusten Industrie-PC gesendet. Damit die Elektronik auf der Mühle arbeiten kann, wurde hier noch ein
kleiner Generator mit eingebaut, der über ein Pendel durch
die Rotation der Mühle selbst angetrieben wird. Ein Batteriewechsel wird dadurch überflüssig.
47
TECHNOLOGIETRANSFER
Ein völlig neu
entwickelter nichtlinearer Algorithmus wertet dann die Signale
aus und liefert den Füllungsgrad
der Mühle mit bisher nicht gekannter Präzision. Es hat sich
darüber hinaus gezeigt, dass die
Körperschallanalyse eine sehr
hohe räumliche Auflösung hat,
wodurch es problemlos möglich ist, mehrere Kammern einer
Mühle getrennt zu messen.
Je nach Bedarf ist es auch
möglich, weitere wichtige Kenngrößen auf der rotierenden Mühle zu messen, so wird häufig
an Zementmühlen, die mit heißem Klinker beschickt werden
die Temperatur des Mahlguts
zwischen erster und zweiter
Kammer gemessen und ebenfalls
über die Funkstrecke übertragen.
Insgesamt kann ein System bis zu
drei unabhängige Signale von einer Mühle herunter senden
Aufgrund der hohen Präzision
der Füllstandsmessung ist es jetzt
möglich, mit Hilfe geschlossener
Regelschleifen den Füllgrad der
Mühle immer auf dem Optimum
zu halten. Bei geeigneter Auslegung ist dies auch für erste und
zweite Kammer getrennt möglich.
Dadurch wird erheblich Energie
gespart, die Produktionsmenge
und die Qualität des Mahlgutes
deutlich erhöht.
Seit der Einführung des Systems im Spätsommer 2004 konnten in der Zement- Mineral- und
Kraftwerksindustrie 230 Systeme
verkauft werden. Die Anwender berichten von so deutlichen
Verbesserungen, dass sich die
Systeme innerhalb weniger
Monate bereits bezahlt machen.
Ausgabe 01 | 2009
48
TECHNOLOGIETRANSFER
SmartFill auf einer Zementmühle
SmartFill auf einer Mittenaustragsmühle
SmartFill auf einer Erzmühle (Manganerz)
SmartFill auf einer Kohlemühle (explosionssichere ATEX-Version)
KIMA
Gesellschaft für Echtzeitsysteme und
Prozessautomation mbH
Karl-Heinz-Beckurts-Straße 13
52428 Jülich | Deutschland
Tel.: +49 (0)2461 - 690380
Fax: +49 (0)2461 - 690387
Internet: www.kimae.de
Ausgabe 01 | 2009
49
TECHNOLOGIETRANSFER
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TECHNOLOGIETRANSFER
Deutschland GmbH
Ausgabe 01 | 2009
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51
DMV - Deutscher Markscheider-Verein e.V.
DMV gibt Grundsätze zum Einsatz von luftgestützten und terrestrischen
Laserscannerverfahren im Bergbau heraus
I
n den letzten Jahren wurde die Technologie des Laserscannings deutlich weiterentwickelt und hat mit
luftgestützten (Flugzeug, Helikopter) und terrestrischen Verfahren zunehmend Eingang in die Vermessung, auch für Aufgabenstellungen in Bergbau und Rohstoffgewinnung gefunden. Zur Verdeutlichung der
Potentiale der Technologie für Bergbau und Rohstoffwirtschaft sowie zur Vereinbarkeit mit den Bestimmungen der Markscheider-Bergverordnung (MarkschBergV), hat der DMV die „Grundsätze zum Einsatz
von luftgestützten und terrestrischen Laserscannerverfahren im Bergbau“ erarbeitet.
Diese Grundsätze geben den Anwendern und verantwortlichen Personen in der betrieblichen und behördlichen
Praxis des Bergbaus und der unter Bergaufsicht stehenden
Rohstoffgewinnungsbetrieben grundlegende Informationen
zu den Laserscannerverfahren und ihren möglichen Einsatzgebieten. Dabei wird auf die Anwendung von Laserscannermessungen für gesetzlich und behördlich vorgeschriebene
markscheiderische Aufgaben, z.B. Übernahme von Messergebnissen in das gem. § 63 BBergG zu führende Risswerk
oder Beobachtung der Oberfläche nach § 125 BBergG, und auf
besondere betriebliche Nutzungen eingegangen.
Der Deutsche Markscheider-Verein e.V. hatte im Herbst
2006 eine ad-hoc - Arbeitsgruppe eingesetzt, bestehend
aus Anwendern und Anbietern von Laserscannerverfahren im Bergbau sowie einem Vertreter der Bergbehörden.
Innerhalb eines Jahres wurden diese Grundsätze dann
erarbeitet und anschließend mit dem Arbeitskreis Markscheidewesen des Länderausschusses Bergbau, dem
Koordinierungsgremium auf Ebene der Bergbehörden,
abgestimmt.
Der DMV hat die Grundsätze nun herausgegeben und
auf seiner Homepage veröffentlicht:
www.dmv-ev.de/upload/pdf/Laserscanner_Grundsaetze_Endversion_2008_06_26.pdf
Damit steht für die betriebliche und behördliche
Praxis ein Dokument zur Verfügung, dass den derzeitigen Stand der Technik verdeutlicht und die Anwendung von Laserscannerverfahren in Bergbau und
Rohstoffwirtschaft unterstützt.
Durch die Beachtung der Grundsätze kann
der Markscheider bzw. eine anerkannte Person
sicherstellen, dass er/sie die Anforderungen der
MarkschBergV, insbesondere hinsichtlich der
Nachvollziehbarkeit von Messungen, einhält.
DMV Deutscher Markscheider-Verein e.V.
Shamrockring 1 | 44623 Herne | Deutschland
Tel.: +49 (0)2323 - 15 4660 | Fax: +49 (0)2323 - 15 4611
Internet: www.dmv-ev.de
Ausgabe 01 | 2009
52
Metso Minerals
Steigerung der Wirtschaftlichkeit
von Aufbereitungsanlagen
Durch die Anwendung moderner Analysemethoden zur Bewertung von mineralischen Rohstoffaufbereitungsanlagen, kombiniert mit Erfahrungen aus der betrieblichen Praxis kann
ein signifikanter Nutzen im Hinblick auf die Reduzierung von Verscheißteilkosten sowie zur
Steigerung der Produktionsleistung erreicht werden. Die Optimierung des Gesamtprozesses und der entsprechenden Anlagen dient ferner der Nachhaltigkeit und dem umweltgerechten Handeln für zukünftige Aufgaben. In dem vorliegenden Beitrag beschreiben Jarmo
Eloranta, Forschungsingenieur, und Tero Onnela, Entwicklungsingenieur, den aktuellen
Stand der Technik bei der Dimensionierung und Konzipierung von Brecheranlagen von
Metso Minerals. Die Ergebnisse einer Fallstudie zeigen, dass die Wirtschaftlichkeit beim
Betrieb einer Aufbereitungsanlage für Zuschlagstoffe deutlich erhöht werden kann.
Die Bedeutung der Verschleißteilkosten
In einem typischen Steinbruchbetrieb, wie in
Abbildung 1 gezeigt, verursachen der Brech- und Siebprozess, dargestellt innerhalb der gelben Ellipse, rund 40% der
Gesamtkosten. Eine Aufschlüsselung der Gesamtkosten ist
in Abbildung 2 dargestellt.
Eine der Hauptkomponenten im Brech- und Siebprozess ist ein Kegelbrecher; eine typische Kostenverteilung
für dieses Kernelement ist Abbildung 3 zu entnehmen. Die
Ausgabe 01 | 2009
hier vorgenommene Berechnung stellt einen typischen
Durchschnittsfall dar, dem ein Verschleißindex von 0,5 g/t
zugrunde gelegt wurde, was einem viermaligen Wechselintervall der Verschleißteile pro Jahr entspricht.
Während Abbildung 2 und 3 die Relevanz der Verschleißteilkosten aufzeigen, muss angemerkt werden,
dass die Kosten allein nicht Ausschlag gebend sind, sondern ebenfalls die Anlagenleistung berücksichtigt werden
muss. Höhe Kosten können gerechtfertig sein, wenn die
resultierende Leistung der Anlage mit einem größeren
Erlös aus der Produktion einhergeht.
53
Abb. 2:
Beispiel für die
Kostenverteilung
eines Steinbruchbetriebs.
Abb. 3:
Beispiel der
Kostenverteilung
eines Kegelbrechers über einen
Zeitraum von
10 Jahren.
Ausgabe 01 | 2009
Abb. 1: Typische Betriebsprozesse in
einem Steinbruch.
Weniger Ausschuss, höherer
Profit
Ein entscheidender Vorteil, der aus
einer besseren Produktsleistung resultiert, ist der reduzierte Anfall von Produktionsausschuss, der in der Regel
aus unbrauchbarem Feinmaterial besteht; damit wird gleichzeitig die Staubentwicklung verringert. Ein höherer
Ertrag bedeutet ferner auch, dass spezifisch gesehen weniger Energie pro
Tonne Endprodukt benötigt wird, da die
Nutzung der eingebrachten Energie zur
Produktion der Ausschussanteile entfällt. Eine gängige Faustregel besagt,
dass die Steigerung der Leistungsrate
um 1 % mit einer Erhöhung des Betriebsertrags um 4 % einhergeht. Eine
Staubreduzierung trägt zudem zur Erhöhung der Arbeitssicherheit und des
Gesundheitsschutzes bei.
Grundsätzlich sind Verschleißteile
die einzigen Komponenten in einem
Brecher, die vollständig ausge-
54
tauscht werden müssen, da alle anderen Anlagenelemente die Verschleißteile entweder aufnehmen oder sie beim
Brechprozess bewegen. Die Anpassung und Integration
neuer Verschleißteile an den Betriebsprozess ist besonders wichtig, um die Produktion über die gesamte Anlagenlebensdauer möglichst auf konstantem Niveau zu halten.
In gleicher Weise wie Verschleißteile in Brecheranlagen einen starken Einfluss auf das Produktionsergebnis
und die Leistung nehmen, stehen sie in direktem Zusammenhang zu den Betriebskosten, dem Niveau des Produktionsertrags sowie umweltschutztechnischen Aspekten.
Umfangreiche Forschungen und der Einsatz moderner
Berechnungsverfahren erlauben heute die Optimierung
der Brecherleistung unter Berücksichtigung einer exakten
Verschleißteilform und -kinematik.
Neueste Modelle verwenden Auswahlund Bruchfunktionen
Die ersten Modelle zur Leistungsberechnung von
Backen- und Kegelbrechern wurden in den 1950er Jahren
veröffentlicht. Darin wurde die Brechleistung über den
Materialdurchfluss in der Brechkammer ermittelt. Darauffolgende Studien verwendeten Bewegungsgleichungen und berücksichtigten Auswahl- und Bruchfunktionen,
deren Eingangswerte aus Labortests ermittelt und in Praxistests verifiziert wurden.
Ausgabe 01 | 2009
Das von Metso Minerals entwickelte
Modell basiert auf mechanischen Prinzipien und errechnet
die Größenreduzierung aus der Anwendung von Auswahlund Bruchfunktionen. Diese mathematischen Funktionen
wurden aus zahlreichen, und aktuell noch anhaltenden,
empirischen Laborversuchen abgeleitet. Die Versuche
beinhalteten sowohl Kompressionsversuche an Einzelkörnern als auch an Kornkonglomeraten von verschiedenen
Gesteinen. Die Simulationstechniken wurden aus den Ergebnissen von hunderten Brechversuchen, die im eigenen
Haus durchgeführt wurden, weiter präzisiert und abgestimmt.
Zwei Kategorien von Eingangsparametern
Die Eingangsparameter für das Simulationsprogramm
wurden in zwei Kategorien eingeteilt: Brecher und Aufgabematerial. Die Brecherparameter stellen die Größen
Brechraumgeometrie, Brechermodell, Brechereinstellung,
Schlagzahl des Brechers und Exzentrizitätsgeschwindigkeit dar. Die Material charakteristischen Kennwerte in
Form von Korngrößenverteilung des Aufgabematerials,
Brechbarkeit des Materials, spezifische Einzugsgeschwindigkeit wurden gemeinsam mit einem Durchflussmodell in
das Größenreduzierungsmodell integriert.
Abb. 4: Beispiele für die Berechnungsergebnisse .
55
Die Ergebnisse der Modellsimulation liefern Werte für
die Kornabstufung des Endproduktes, die Durchsatzleistung, die Leistungsaufnahme, die Materialdichte im Brechraum, eine Abschätzung des Verschleißprofils innerhalb
der Brecheröffnung, den Brechdruck bzw. die Brechkraft
sowie Schlüsselkennwerte für die Beurteilung der Endproduktqualität. Abbildung 4 zeigt einige der erzielten Ergebnisse. Obgleich praktische Erfahrungen bei der Interpretation erforderlich sind, können die Ergebnisse der schnellen
überschlägigen Abschätzung der Brecherleistung dienen,
um daraus letztlich Optimierungsansätze für die Anlage zu
entwickeln.
Abschätzung der Brecherleistung - eine
Fallstudie
Die Leistung von Brechern ist eine Funktion der erreichbaren Korngrößenreduzierung, der Durchsatzkapazität, des Energiebedarfs und der Endproduktqualität
(z.B. Korngrößenkasse und Kornform). Die Parameter zur
Abschätzung der Leistung beinhalten insbesondere die
charakteristischen Eigenschaften des Gesteinsmaterials,
die Korngrößenverteilung des Aufgabematerials wie beispielsweise den Feuchtigkeitsgehalt etc. In die zu ermittelten Brecherkennwerte gehen die Brecherkinematik und
die Brechkammergeometrie ein.
Abb. 5: Leistung des Kegelbrechers - Original und
nach Modifikation.
Durch die Anwendung des Simulationsmodells von Metso Minerals konnte in einem skandinavischen Steinbruch
eine signifikante Leistungssteigerung der Aufbereitungsanlage erreicht werden. Die Produktion des Steinbruchs
besteht aus mehreren Gesteinsfraktionen. Zwei der Fraktionen wurden für die simulatorische Leistungsermittlung
ausgewählt. Die Kornfraktion 0/2 mm stellt Ausschuss dar,
für die Körnung 5/11.2 mm besteht eine große Marktnachfrage. Die Anlage sollte im Hinblick auf diese Zielgröße optimiert werden. Vor der Untersuchung produzierte der eingesetzte GP500-Brecher 15,3 % des Gesamtdurchsatzes in
der geforderten Korngrößenfraktion von 5/11.2 mm.
Für die Simulation und Analyse dieses Einsatzfalles wurde das Brechleistungsprogramm eingesetzt. Die Ergebnisse der Simulation zeigten, dass eine Feinabstimmung des
Brechers ein beachtliches Potenzial biete, um den Anteil
des verwertbaren Endproduktes 5/11.2 mm zu erhöhen und
gleichzeitig den Ausschussanteil zu reduzieren.
Wirtschaftliche Verbesserung der
Gesamtanlage
Die aus der Simulation abgeleiteten und vorgeschlagenen Modifikationen wurden vorgenommen. Die
Daten, die vor und nach der Einstellung der Anlage auf-
Ausgabe 01 | 2009
56
genommen wurden, sind in Abbildung 5 dargestellt. Darin wird der durchschnittliche Durchsatz der einzelnen
betrachteten Kornfraktionen während der Lebensdauer
eines sog. Liners veranschaulicht. Unter Nichtberücksichtigung des Einflusses des Aufgabematerials konnte der
Anteil an absetzbarem Material der Fraktion 5/11,2 mm um
durchschnittlich 16 % gesteigert werden. Der Anteil des
Ausschussmaterials der Körnung 0/2 mm ging um 18 %
zurück.
Die Ergebnisse zeigen, dass sich eine 16 %ige Steigerung der Produktion bei nahezu unveränderten Brechkosten ebenso vorteilig auf die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage auswirkt. Schätzungen zufolge hat sich der
Betriebsertrag um ca. 64 % erhöht. Dies entspricht den
Erfahrungen aus anderen Studien von Metso Minerals
die belegen, dass eine Steigerung des Anlagen-Outputs
nur relativ gesehen zu höheren Kosten führt, was, bedingt
durch einen besseren Ausnutzungsgrad der Anlage und
geringere variable Kosten ausgeglichen wird. Die Reduzierung von Ausschussmaterial führt zu einem höheren
Ertrag, was sich positiv auf das Geschäft und die Umwelt
auswirkt. Ebenso fallen die Kosten für Verschleißteile pro
verwertbare Tonne Endprodukt geringer aus.
Ein wahres “Win-Win” Konzept
Das hier gezeigte Beispiel zeigt, dass signifikante Vorteile im Hinblick auf Verschleißteilkosten und Produktionserträge durch die Anwendung moderner Simulationsverfahren in Kombination mit praktischen Betriebserfahrungen
erreicht werden können. Unabdingbare Voraussetzungen
hierfür sind die Analyse der aktuellen Anlagenleistung und
ein grundlegendes Verständnis über die Vorgänge der einzelnen Betriebsprozesse und wie diese aufeinander abgestimmt werden können.
Neben der Tatsache, dass Berechnungsverfahren eine
große Bedeutung für die Prozess- und Anlagenoptimierung
darstellen, zeigt sich ein weiterer Vorteil: Eine Optimierung
der Anlagenleistung trägt effektiv zu einer umweltgerechten und nachhaltigen Zukunftsgestaltung bei. Eine gesteigerte Profitabilität durch umweltfreundlichere Lösungen
stellt eine echte Win-Win-Situation dar, die bereits heute
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Ausgabe 01 | 2009
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57
10. Jahrestag der ersten installierten Rollenpresse
als Ersatz einer tertären Brechstufe
von A. Gründken1, J. Portocarrero2, F. van der Meer1 & E. Matthies1
1
Humboldt Wedag Coal & Minerals Technology GmbH | Köln | Deutschlan || 2Humboldt Wedag Inc. | Norcross | GA | USA
D
ie Anzahl der als dritte Brechstufe
eingesetzten Gutbettwalzenmühlen
(HPGRs, High Pressure Grinding Rolls,
auch Rollenpresse genannt) steigt schnell
an. Die Technologie ist im Allgemeinen in
der Industrie akzeptiert und Vorteile, wie
u.a. bessere Energieeffizienz und insgesamt
niedrigere Betriebskosten im Vergleich mit
alternativen Technologien, wurden bereits
in vielen Anwendungen weltweit bewiesen.
Dieser Artikel konzentriert sich auf die
Anwendungen der Rollenpresse zur
Zerkleinerung von grobem und hartem Erz.
Er beschreibt die erfolgreiche Anwendung
der ersten Rollenpresse eingesetzt in der
dritten Brechstufe der Aufbereitungsanlage
Los Colorados von CMH (Chile) in 1998. Der
Artikel gibt eine Übersicht über die Erfahrungen der letzten zehn Jahre Betriebszeit,
von der Inbetriebnahme bis zum täglichen
Betrieb. Beispiele einiger Weiterentwicklungen in der Konstruktion, die die Wartungsfreundlichkeit und Verfügbarkeit der Rollenpresse erhöhen, werden dargestellt. Ein
zweiter Fokus liegt auf der Darstellung von
Verfahren aus Versuchen im Pilotmaßstab.
Materialeigenschaften wie Verschleißzeit der
Oberfläche, sowie Bildung und Festigkeit von
Schülpen festzustellen und diese Ergebnisse
auf den industriellen Betrieb zuverlässig zu
übertragen, besonders dann wenn Rollenpressen im geschlossenen Kreislauf mit einer
Siebstufe eingesetzt werden.
This paper was presented on the occasion of the
41st Annual Canadian Mineral Processors
Conference, held January 20 to 22, 2009 in Ottawa,
Ontario, Canada.
Ausgabe 01 | 2009
58
Einleitung
Die Gutbettwalzenmühle (auch Rollenpresse genannt)
ist heute der Stand der Technik bei der Mahlung von Eisenerz zu Pelletiergut. Auch in der Zerkleinerung von grobem
Erz gewinnen Rollenpressen immer mehr an Bedeutung.
Eine der ersten Anlagen, in der eine Rollenpresse als Ersatz für konventionelle Brecher in der dritten und vierten
Brechstufe eingesetzt wurde, ist die Aufbereitungsanlage
Los Colorados von CMH in Chile.
1998 wurde die Rollenpressentechnologie noch als neu
für den geplanten Einsatz angesehen, ausführliche Studien
und Versuchsarbeiten im Pilotmaßstab wurden durchgeführt. Mit diesen Ergebnissen wurde das Verfahrensfließbild der Anlage Los Colorados entwickelt. Das Fließbild
sieht einen Kegelbrecher als erste Brechstufe, weitere
Kegelbrecher als zweite Brechstufe und eine Rollenpresse als dritte und vierte Brechstufe vor. Die Rollenpresse
wurde eingeplant im geschlossenen Kreislauf mit Desagglomeratoren und einer anschließenden Absiebung bei
7 mm. Der Siebüberlauf größer 7 mm wird der Rollenpressenaufgabe wieder zugeführt. Der Siebunterlauf kleiner 7
mm wird einer trockenen Magnetscheidung zugeführt.
Die Aufbereitungsanlage Los Colorados liegt nahe dem
Abbaubereich. Nach Zugtransport zur Pelletieranlage wird
das magnetische Vorkonzentrat in Kugelmühlen weiter aufgemahlen, bis es die endgültige Pelletierfeinheit hat und
auf nassen Magnetscheidern weiter angereichert wird.
Abbildung 1 zeigt ein schematisches Verfahrensfließbild
der Anlage Los Colorados.
Pilotversuche wurden sowohl im Technikum der Humboldt Wedag als auch mit einer mobilen Pilotpresse Humboldt Wedag RP 90/25 mit einem Rollendurchmesser von
900 mm und einer Rollenbreite von 250 mm durchgeführt.
Der Effekt den die Zerkleinerung mit der Rollenpresse auf
die Produktkorngrößenverteilung, die Entstehung von Feingut, die Magnetscheidung und Mahlung der Kugelmühle
hat, wurde untersucht. Leistungsparameter und Voraussagen über den zu erwartenden Verschleiß wurden durch
Auswertung der Versuchsergebnisse gewonnen. Es wurde
deutlich, dass durch die Zerkleinerung in der Rollenpresse
im Vergleich zur konventionellen Zerkleinerung ungefähr
doppelt soviel Material in der erwünschten Korngröße
zwischen 45 µm und 3 mm erzeugt wurde. Gleichzeitig lag
der spezifische Energieverbrauch nur zwischen 0,76 kWh/t
und 1,46 kWh/t. In der nachfolgenden Magnetscheidung
wurde ein höher angereichertes Konzentrat bei gleichzeitg
erhöhtem Massenausbringen erreicht. Dieser Vorteil wird
der anderen Aufgabekorngrößenverteilung und dem besseren Aufschluss durch den erhöhten Anteil der Faktion
0,045-3mm zugeschrieben. Es wurde beobachtet, dass die
Kugelmühle einen um 27% gesteigerten Durchsatz bei 21%
verringertem Energieverbrauch aufweist bei der Vermahlung von Rollenpressenprodukten. Dieses Ergebnis wird
dem höheren Feingutanteil und den Mikrorissen im Rollenpressenprodukt zugeschrieben.
Abb. 1:
Vereinfachtes
Fließbild des
Rollenpressenbasierten Kreislaufs
in der Anlage Los
Colorados/ CMH,
Chile.
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59
Betriebserfahrungen in Los Colorados
Die positiven Versuchsergebnisse und Vorteile im weiteren Aufbereitungsprozess machten die Installation einer
Rollenpresse überzeugend – sowohl aus technischen, als
auch aus kommerziellen Gesichtspunkten. Es gab große
Zuversicht, dass die Rollenpresse die Erwartungen auch
im industriellen Maßstab erreichen würde. Tabelle 1 gibt
eine Übersicht über die Betriebsdaten der Rollenpresse in
Los Colorados.
Verschleißzeit der
Rollenoberflächen
Basierend auf den Versuchsergebnissen konnten 12
000 h Standzeit (Verschleißzeit) für die Rollenoberflächen
gegeben werden. Diese Garantie wurde von Beginn an
erreicht. Die lange Standzeit wurde ermöglicht durch die
gute Einbettung des Aufgabematerials zwischen den Hartmetallstiften der Rasterpanzerung. Der Quarzgehalt, der
in den Versuchen verarbeiteten Probe, lag bei 15%. HeuTab. 1: Betriebsdaten der RP in te variiert der Quarzgehalt je nach Erztyp zwischen 15%
Los Colorados/CMH, Chile.
und 30 %. Der Bondindex für Kugelmühlen liegt zwischen
9 kWh/t und 14 kWh/t. Abbildung 2 zeigt
eine Skizze des Aufbaus von Welle und
Aufbereitungsanlage/Ort
CMH, Los Colorados, Chile
Bandage mit Rasterpanzerung und autoRollenpressenmodell:
RP 16-170/180
gener Verschleißschutzschicht.
Rollenbreite:
1800 mm
Hauptsächlich drei Faktoren beeinRollendurchmesser:
1700 mm
flussen maßgeblich den Verscheiß der
Aufgabematerial:
Coarse iron ore
Rollenoberfläche: Quarzgehalt des AufKugelmühlen Bond Wi vor RP:
9-14 kWh/t
gabematerials, Betriebsdruck bzw. spezifischer Druck an der Rollenoberfläche
Aufgabematerialfeuchte:
0-1%
und die Qualität der Einbettung des MaAufgabekorngröße:
0-45 mm
terial zwischen den Hartmetallstiften, der
Produktkorngröße:
55-70% < 6.3 mm
Rasterpanzerung (Qualität der autogenen
Durchsatzleistung:
2000 t/h
Verschleißschutzschicht). Aus diesen
Faktoren kann besonders die Qualität der
Spezifischer Energieverbrauch:
0.8-1.2 kWh/t
autogenen Verschleißschutzschicht einen
Installierte Leistung:
2 x 1850 kW
erheblichen Einfluss auf die Standzeit der
Rollenoberfläche haben. Beispielsweise
konnte in der Aufbereitungsanlage der
Empire
Mine
von
Cleveland Cliffs eine Standzeit von 17 000
Ein Kunde der Anlage Los Colorados, die Pelletanlage
Stunden bei einer Rollenpresse erreicht werden, obwohl
in Huasco, berichtete, dass der Energiebedarf bei der Verder Betriebsdruck sehr hoch war und der Quarzgehalt des
mahlung des Eisenerz-Vorkonzentrates aus der Anlage Los
Aufgabematerial bei ca. 37 % lag. Diese Anlage ist im EinColorados geringer ist und die umlaufende Last der Kugelsatz für die Zerkleinerung von Taconit (Zerkleinerung von
mühlen reduziert wurde. Somit konnte bei gleichem EnerPebbles aus einer Autogenmühle.
giebedarf der Durchsatz der bestehenden Kugelmühlen
um 30 %, von 210 t/h auf 280 t/h, gesteigert werden.
Abb. 2: Aufbau von Welle und Bandage mit Humboldt Wedag STUD-PLUS® Oberfläche.
Ausgabe 01 | 2009
60
Die Vermeidung von unnötigem Verschleiß durch die
Begrenzung des Betriebsdruckes auf das notwendige Maß
ist entscheidend. In Pilotversuchen wird bestimmt, inwieweit die Produktion von Feingut bei der Zerkleinerung in
der Rollenpresse vom Betriebsdruck abhängt. In den meisten Fällen herrscht ein Gleichgewicht zwischen Wahl des
Betriebsdrucks, Produktion von Feingut und spezifischem
Energieverbrauch. Es gibt einen Umkehrpunkt, ab dem die
Erhöhung des Betriebsdrucks nur noch in einer Erhöhung
des spezifischen Energieverbrauchs resultiert, aber nicht
mehr erheblich zu einer weiteren Produktion von Feingut
führt. Energie geht in diesem Fall in der Erwärmung des
Mahlgutes verloren. Diese Beobachtung wird der höheren
Reibung und Bewegung der Körner gegeneinander im Gutbett zugeschrieben. In Los Colorados wurde festgestellt,
dass eine Verringerung des Betriebsdruckes nur in einer
geringfügigen Erhöhung der umlaufenden Last resultierte.
Insgesamt wurde festgestellt, dass der Betrieb der Rollenpresse bei geringem Betriebsdruck als ursprünglich bei
der Inbetriebnahme festgelegt, vorteilhafter und näher am
optimalen Betriebspunkt lag. Dies war insbesondere im
Hinblick auf den Gesamtenergieverbrauch des Rollenpressenkreislaufes der Fall.
Im Betrieb werden in periodischen Abständen von ca.
zwei Monaten oder länger Verschleißmessungen durchgeführt. Abbildung 3 zeigt ein typisches Verschleißprofil
einer Rollenpresse im Einsatz in der dritten Brechstufe.
Abbildung 3 zeigt Verschleißmessungen über die komplette Breite der Rolle, gemessen werden mm Verschleiß
an den einzelnen Punkten. In diesem Beispiel wurde an 58
Positionen verteilt über die Breite gemessen. Diese Messungen werden an vier Stellen über den Umfang der Rolle
wiederholt (bei 0°, 90°, 180° und 270°). In der Abbildung
sind acht Serien von Verschleißmessungen gezeigt; eine
Grundlinie bei Neuinstallation und jeweils weitere Messungen nach 2,4,6,8,9 und 10 Monaten Betriebszeit.
Die Abbildung zeigt einen moderaten Verschleiß über
die 10 Monate im Betrieb. Das Ende der Standzeit dieser
Oberfläche wäre erst bei 28-30 mm Verschleiß erreicht.
Wie deutlich erkennbar ist der Verschleiß an den Rän-
Ausgabe 01 | 2009
dern der Rolle höher. Dies ist schon nach
2 Monaten im Betrieb erkennbar. Der Verschleiß an den
Rändern schreitet über die weiteren 8 Monate Betriebszeit
zunehmend schneller fort.
Dieser höhere Verschleiß an den Rändern führt zu einem nicht parallelen Arbeitsspalt und geringerem Betriebsdruck an den Walzenrändern, wo das Material somit
weniger effizient zerkleinert wird oder sogar an den Walzen vorbeifließen kann. Durch das Vorbeifließen des Materials an den Rändern der Rolle wird ein weiterhin stärkerer Verschließ durch die Schleifwirkung des abrasiven
Materials erreicht. Um dieses Problem effektiv zu beseitigen hat Humboldt Wedag Seitenstuds entwickelt. Diese
Seitenstuds sind aus demselben Material gefertigt, wie die
Bolzen (Studs) der restlichen Rasterpanzerung. Die Form
der Seitenstuds vereinfacht eine Einbettung einer autogenen Verschleißschutzschicht bis zum Rand der Rolle. Eine
andere Möglichkeit die Verschleißzeit der Rollenoberfläche zu erhöhen, ist das Einsetzen von Bolzen (Studs) unterschiedlicher Härte über die Breite der Rolle. Zum Beispiel können härtere Bolzen (Studs) in Zonen mit höherem
Verschleiß eingesetzt werden.
Maßnahmen wie oben beschrieben haben zu einer Verlängerung der Standzeit der Rollenoberfläche in Los Colorados geführt. Die Standzeit der Rollenoberfläche in Los
Colorados beträgt heute ca. 14 600 h.
Verfügbarkeit
Bei der Auslegung eines Rollenpressen-basierten Zerkleinerungskreislaufes ist es von entscheidender Bedeutung die Kapazität der Rollenpresse an vorhergehenden
und nachgeschalteten Brechern und Mühlen anzupassen.
Die Verfügbarkeit der einzelnen Maschinen muss hierbei
berücksichtigt werden. Die Durchsatzleistung einer Rollenpresse kann relativ einfach über eine Änderung der
Rollenumfanggeschwindigkeit angepasst werden, da diese im Allgemeinen direkt proportional zum Durchsatz ist.
Abb. 3: Typisches Verschleißbild einer Rollenpresse zur
Zerkleinerung von grobem Erz
61
Die Verbesserungen, Modifikationen und Erfahrung seitens des Wartungsteams in Los Colorados haben zu einer
Verfügbarkeit von 94% geführt. Diese Verfügbarkeit stimmt
gut mit der in der Aufbereitungsanlage von Argyle Diamonds in Australien installierten Humboldt Wedag Rollenpresse überein. Hier wird eine Verfügbarkeit von ca. 96%
berichtet.
Besonders bei dem Einsatz der Rollenpresse in einer groben Zerkleinerungsstufe muss darauf geachtet
werden, dass nicht durch Fördertechnik und Bunker im
Rollenpressenkreislauf Engpässe erzeugt werden, die einen negativen Effekt auf die Leistung der RP hätten. Eine
großzügige Bunkerdimensionierung, Installation von Überbandmagnet und Metalldetektor, sowie ein ausreichender
Bunker, der eine ausreichende Schüttsäule über der Rollenpresse sicherstellt, sind Voraussetzungen für eine problemlose Funktion der Rollenpresse. Einige Richtlinien zur
Gestaltung von Rollenpressenkreisläufen werden in einem
späteren Abschnitt diskutiert.
Ersatzteilhaltung – kritische Ersatzteile
Es steht immer die Frage im Raum welche Ersatzteile
(Betriebsteile und kritische Ersatzteile) direkt zu Beginn
mit der Maschine gekauft werden sollten. Eine Standardliste von Ersatzteilen für die Inbetriebnahme und ersten
zwei Jahre im vollen Betrieb werden üblicherweise von
den Lieferanten erstellt und diese Teile von den Kunden
direkt mit der Maschine bestellt. Für kritische und kapitalintensive Ersatzteile ist eine Investitionsentscheidung je
nach individueller Situation abzuwägen.
Teile mit langer Lieferzeit sind hauptsächlich die Lager,
Wellen und Bandagen. Um die Stillstandszeit während des
Rollenwechsels zu minimieren, sollte das Ersatzteilpacket
je zwei komplette Wellen mit Bandagen und Lagerungen
enthalten. Auf diese Weise muss bei einem Rollenwechsel
nur der Rahmen geöffnet werden, die Wellen mit den abgenutzten Bandagen herausgezogen und neue eingesetzt
werden. Die Welle mit Bandagen und Lagerung müssen für
diesen Vorgang als eine Einheit betrachtet werden, da zum
Ausgabe 01 | 2009
Austausch diese gesamte Gruppe als eine
Einheit entfernt werden muss. Ein solcher Austausch der
Alten gegen eine neue Einheit ist je nach örtlichen Bedingungen zwischen 24 Stunden und 36 Stunden möglich. Die
Einheit mit abgenutzter Bandagenoberfläche wird überholt, d.h. die Bandage wird ausgetauscht und steht dann
als Ersatzteil für den Notfall zur Verfügung. Es sollte noch
erwähnt werden, dass noch nie ein vorzeitiger Lagerschaden bei einer Humboldt Wedag Rollenpresse aufgetreten
ist. Dies ist zurückzuführen auf die geschlossene Ölumlaufschmierung und die patentierte Anpressvorrichtung
mit Gummidrucklager, welches die auftretenden Kräfte
gleichmäßig über die gesamte Lagerfläche verteilt (siehe Abbildung 8). Für die Anlage Los Colorados wurde ein
komplettes Set von Wellen, Bandagen und Lagerung mit
der Maschine geliefert. Es sind also zwei Sets von Lagerungen erfolgreich ohne Schaden wechselweise im Einsatz seit 1998.
Einfluss der Rollenpressenzerkleinerung
auf den nachfolgenden Prozess
Der positive Effekt der Rollenpressenzerkleinerung auf
die nachfolgende Magnetscheidung und Kugelmahlung,
wie in Pilotversuchen beobachtet, bestätigte sich auch
in der industriellen Anwendung. Zum Beispiel konnte
der Durchsatz der Kugelmühlen um 30 % von 210 t/h auf
280 t/h gesteigert werden. Bei der Magnetscheidung wurde ein höherer Gehalt bei konstantem Massenausbringen
im Produkt erreicht. Beide Beobachtungen werden denselben zwei Faktoren zugeschrieben: die höhere Produktion
von Feingut und die Entstehung von Mikrorissen. Es wurde in der Rollenpressenzerkleinerung der doppelte Anteil
< 150 µm im Vergleich mit einer Zerkleinerung im Kegelbrecher erzeugt.
Abb. 4:
Beispiel
sehr starker
Schülpen
62
Der Unterschied in der Produktkörnung nach Rollenpressenzerkleinerung führt auch zu Nebeneffekten in
anderen Bereichen der Anlage. Aufgrund des höheren
Feingutgehalts ist der Böschungswinkel um 6° reduziert.
Daraus ergibt sich, dass auch die Kapazität von Halden
und Fördersystemen reduziert wird.
Die Kornform nach Rollenpressenzerkleinerung ist unregelmäßiger, als die eines Kegelbrecherproduktes. Dieser Faktor muss bei der Auslegung von Sieben um den
Rollepressenkreislauf in Betracht gezogen werden, um
eine ausreichende Siebeffizienz sicher zu stellen und zu
verhindern, dass übermäßige Feuchte mit dem Siebüberlauf zurück in den Kreislauf getragen wird. Der Einfluss der
Aufgabefeuchte auf den Rollenpressenbetrieb wird in einem späteren Abschnitt im Detail diskutiert.
Überlegungen für die Anlagenplanung
eines Rollenpressenkreislaufs im Groberz
Desagglomeration
Rollenpressen, welche in der dritten Brechstufe eingesetzt werden, übernehmen die Funktion eine geeignete
Kugelmühlenaufgabe herzustellen. Hierzu gibt es mehrere Optionen: die Rollenpresse kann entweder im offenen
Kreislauf, im Kreislauf mit Randzonenrezirkulation oder im
Kreislauf mit nasser oder trockener Siebstufe eingesetzt
werden. Jede dieser Optionen hat ihre Vor – und Nachteile. Ausführliche Betrachtungen hierüber wurden auf der
Konferenz „Comminution ´08“ (veranstaltet von Minerals
Engineering Online) und einem zugehörigen Artikel dargestellt.
Ist der Einsatz einer Rollenpresse im geschlossenen
Kreislauf mit einer Absiebung geplant, so muss die Menge und Stabilität der Schülpen im Pilottest geprüft werden.
Durch die hohe Presskraft während der Kompaktion und
Zerkleinerung in der Rollenpresse wird das Produkt als
sogenannte Schülpen (Agglomerate) ausgetragen. Diese
Schülpen können sehr unterschiedlich stark und stabil
sein, sie können je nach Anwendung einfach zerfallen
oder es kann im Extremfall eine separate Desagglomerationsstufe erforderlich sein.
Abbildung 4 zeigt ein Beispiel von sehr stabilen Schülpen. Für die meisten Erztypen werden wesentlich weniger
feste Schülpen erzeugt.
Die Stabilität der Schülpen muss getestet werden, da ihre
Entstehung und ihre Eigenschaften sehr spezifisch von der
Anwendung abhängen und sich keine Voraussagen treffen
lassen. Einige Parameter, die die Schülpenbildung bzw. deren Festigkeit beeinflussen, sind offensichtlich. Dies wären
z.B. Aufgabefeuchte des zu zerkleinernden Gutes, Tongehalt und zu einem gewissen Teil auch der Betriebsdruck
der Rollenpresse. Während der Versuchsserien im Technikum der Humboldt Wedag wird immer auch ein spezieller
Schülpentest mit den stabilsten Schülpen der jeweiligen
Ausgabe 01 | 2009
Erzsorte durchgeführt.
Der Schülpentest wurde gleichzeitig mit dem Projekt Los
Colorados entwickelt. Die Schülpen werden für eine bestimmte Zeit und mit festgelegter Umdrehungsgeschwindigkeit in einer speziellen Trommel t einer taumelnden
Bewegung ausgesetzt. Die vollständig oder teilweise desagglomerierte Menge wird aus der Trommel entfernt und
abgesiebt. Die Siebeffizienz dieser ersten Siebung wird
dann mit einer nassen Analysesiebung festgestellt. Die Ergebnisse der beiden Absiebungen und Massenverhältnisse werden genutzt und einen sogenannten Schülpenfaktor
auszurechnen. Eine Auswertung dieses Faktors zusammen bzw. im Vergleich mit Daten aus laufenden Anwendungen, sowie anderen Versuchsreihen. Dieses Verfahren
bietet eine solide Basis zur Abschätzung, ob eine separate
Desagglomerationsstufe notwendig ist um eine ausreichende Siebeffizienz zu erreichen.
Für die Anlage Los Colorados wurde entschieden eine
Desagglomerationsstufe zur Sicherstellung einer hohen
Siebeffizienz bei der geplanten trockenen Absiebung
einzusetzen, da während der Pilotversuche sehr stabile
Schülpen festgestellt wurden. Während der Betriebszeit
stellte sich heraus, dass mit einer Änderung des Erztypes
und immer trockenerem Aufgabematerial die Schülpen immer brüchiger wurden und leichter auf dem Sieb und bei
den Materialübergabepunkten zerfielen. Die Desagglomerationsstufe wurde daraufhin außer Betrieb gesetzt.
Mit den Betriebserfahrungen aus Los Colorados wurde
der Standardschülpentest und seine Anlehnung an praktische Daten deutlich verbessert. Als die CMP eine weitere
Rollenpresse in ihrer Aufbereitungsanlage in El Romeral für
einen sehr ähnlichen Kreislauf wie in Los Colorados eingesetzt hat, wurde ebenfalls ein Schülpentest durchgeführt
und die Ergebnisse zeigten, dass eine einfache Disagglomerationsstufe notwendig sein würde. In Zusammenarbeit
mit Humboldt Wedag hat der Kunde einen Bandübergabepunkt konstruiert, der aus einem Fallturm mit eingebauten
Prallplatten besteht. Durch den Aufprall und die höhere
Fallstrecke werden die Schülpen zerstört und mit dieser
einfachen Methode wird eine ausreichende Siebeffizienz
sichergestellt.
Planung eines Siebkreislaufs: Das Betriebsverhalten
der Rollenpresse bei unterschiedlichen Betriebsparametern
Wird eine Rollenpresse im geschlossenen Kreislauf mit
nasser Absiebung eingesetzt, kann das Thema Schülpenfestigkeit von größerer Bedeutung sein. In diesem Fall kann
es sein, dass Schülpen oder Schülpenbruchstücke die mit
Wasser angereichert sind, den Transport und auch die Absiebung als Ganzes überstehen und somit die Siebeffizienz
deutlich verringert und damit die umlaufende Last erhöht
wird.
63
Darüber hinaus kann es sein, dass der zur Rollenpresse rückgeführte Siebüberlauf und die dadurch höhere
Aufgabefeuchte zu Schwierigkeiten im Materialfluss im
Rollenpressenaufgabenbunker, zu Extrusion während der
Kompression im Walzenspalt und generell zu einem verschlechterten Rollenpressenbetriebsverhalten führt.
Es ist daher notwendig, die Schülpenfestigkeit ebenso
wie Effekte durch eine erhöhte Aufgabefeuchte zu testen,
die Ergebnisse auszuwerten und für die Planung des (nassen) Siebkreislaufs zu nutzen.
Darüber hinaus ist es entscheidend zu wissen, wie die
Rollenpressenleistung beeinflusst wird, sollte ein Übertrag von Feuchte ins Aufgabegut passieren – zum Beispiel
durch partielle Verstopfung der Siebfläche. Aus diesem
Grund sollte der Standardumfang eines Rollenpressenversuchsprogramms immer auch einen Test beinhalten, der
mit der für das jeweilige Material maximal möglichen Aufgabefeuchte durchgeführt wird.
Ob Erztypen einen unterschiedlichen spezifischen
Durchsatz bei höheren Walzenumfangsgeschwindigkeiten
aufweisen muss durch Versuche im Pilotmaßstab geklärt
werden.
Generell hat die Aufgabefeuchte auch einen signifikanten Effekt auf den (spezifischen) Durchsatz. Hierbei kann
beides, sowohl eine zu geringe Aufgabefeuchte (extrem
trockenes Material), als auch ein zu hoher Feuchtegehalt,
wo der Wassergehalt so hoch ist, dass nahezu die gesamte Kornoberfläche benetzt und Hohlräume gefüllt sind, zu
einem schlechteren Einzugsverhalten führen. Durch den
hohen oder extrem niedrigen Wassergehalt wird der Reibungskoeffizient der Walzenoberfläche, so wie auch die
Kohärenz der Schüttschicht verschlechtert, was dann insgesamt zu einem verschlechterten Einzugsverhalten und
höherem Schlupf des Material gegenüber der Walzenoberfläche führt. Im Ergebnis ist der (spezifische) Durchsatz
verringert, während der spezifische Energiebedarf üblicherweise unter diesen Bedingungen steigt. Ein Beispiel
ist in Abbildung 5 dargestellt.
Generell ist für grobe Eisenerze, die dem von CMH
ähnlich sind, der Einfluss der Aufgabefeuchte auf das
Betriebsverhalten der Rollenpresse nicht sehr groß. Für
andere Erztypen jedoch, insbesondere Erze die tonhaltig
sind oder einen hohen Anteil an Feingut aufweisen, kann
der Einfluss sehr dramatisch sein. Bei feiner Aufgabekorngröße oder Eisenerz Pelletiergut zeigt sich häufig eine
extreme Abhängigkeit des spezifischen Durchsatzes und
des spezifischem Energiebedarf von der Aufgabefeuchte,
wenn auch erst bei höheren Level der Aufgabefeuchte,
wie in Abbildung 6 gezeigt.
Ein weiterer Faktor ist die Walzengeschwindigkeit. Die
meisten Anwendungen heutzutage haben frequenzgeregelte Hauptantriebe zur Änderung der Walzengeschwindigkeit. Dies erlaubt eine Anpassung während des Betriebes
auf unterschiedliche Erz Charakteristika. Der spezifische
Ausgabe 01 | 2009
Abb. 5: Typischer Zusammenhang von Aufgabefeuchte
und spezifischem Durchsatz bzw. spezifischem Energiebedarf beim Zerkleinern von grobem Erz in der RP.
Durchsatz und der spezifische Energiebedarf können stark
abhängig sein von geänderter Walzengeschwindigkeit.
Werden Auslegungsberechnungen durchgeführt, unter zu
Grunde Legung von Werten für den spezifischen Durchsatz, die bei durchschnittlichen Betriebsbedingungen und
langsamen Geschwindigkeiten gemessen wurden, so kann
im industriellen Betrieb ein deutliches Defizit bei höheren
Walzengeschwindigkeiten auftreten.
Die Kapazität - der Durchsatz einer Rollenpresse - wird
über die M-dot Formel berechnet (M-dot steht für den spezifischen Durchsatz):
Q = m-dot × Walzenumfangsgeschwindigkeit ×
Walzendurchmesser × Walzenbreite
64
Abb. 6: Typischer Zusammenhang von Aufgabefeuchte
und spezifischem Durchsatz bzw. spezifischem Energiebedarf bei der Mahlung von Feinerz in der RP.
In dieser Formel muss der spezifische Durchsatz (m-dot)
mit der Walzengeschwindigkeit korrelieren. Wird die Walzengeschwindigkeit erhöht, erwartet man zunächst einen
proportionalen Anstieg der Kapazität, wie gezeigt in Abbildung 7 in der rechten Kurve mit dem Titel „Q-linear“. Da
aber der spezifische Durchsatz gleichwertig mit der Walzengeschwindigkeit in die Berechnung der Kapazität mit
einfließt, bedeutet ein geringerer spezifischer Durchsatz
gleichzeitig auch eine geringere Kapazität der Rollenpresse.
Abbildung 7 unten links zeigt im Diagramm einen beispielhaften Trend von geringer werdendem spezifischen
Durchsatz bei steigender Walzengeschwindigkeit. Im
rechten Diagramm zeigt der Graph mit dem Titel „Q Tatsächlich“ die Kapazität einer industriellen Rollenpresse
bei steigender Rollengeschwindigkeit. Zur Berechnung
wurde hier der geringer werdende spezifische Durchsatz
bei höheren Rollengeschwindigkeiten berücksichtigt, wie
er im linken Diagramm dargestellt ist,.. Der Graph mit dem
Titel „Q Linear“ hingegen zeigt die Kapazität einer Rollen-
Ausgabe 01 | 2009
Abb. 7: Typischer Zusammenhang zwischen Walzengeschwindigkeit, spezifischem Durchsatz und Durchsatz
der industriellen RP (z.B. Eisenerz Pelletiergut)..
presse, wenn für die Berechnung bei höheren Walzengeschwindigkeiten immer der gleiche spezifische Durchsatz,
der bei einer langsamen Walzengeschwindigkeit gemessen wurde, herangezogen wird.
Eine Rollenpresse ausgelegt auf maximaler Geschwindigkeit und den dazugehörigen maximalen Durchsatz basierend auf dem spezifischen Durchsatz, der allerdings bei
geringen Walzenumfangsgeschwindigkeiten gemessen
wurde, wird daher nie die berechnete maximale Kapazität
erreichen. Die Lücke, die zwischen den Graphen „Q Tatsächlich“ und „Q Linear“ gezeigt ist, würde entstehen.
Ob sich spezifischer Durchsatz und/oder spezifischer
Energieverbrauch bei steigender Walzengeschwindigkeit
für ein bestimmtes Erz ändern, kann nur durch Versuche
im Pilotmaßstab bestimmt werden. Die Humboldt Wedag
Rasterpanzerung (STUD-PLUS®) wurde konstruiert, um
ein besseres Einzugsverhalten und eine robuste Oberfläche auch für die Zerkleinerung von grobem Aufgabegut
sicherzustellen.
65
Aufgabesituation: Walzenschiefstellung effektiv
verhindern
Schon während der Planungsphase eines Projektes
muss der Aufstellungsplan bedacht werden, damit Walzenschiefstellung verhindert werden kann. Walzenschiefstellung bezeichnet den Zustand, wenn der Arbeitsspalt
nicht parallel verläuft. Dies wird häufig hervorgerufen
durch ungünstige Materialverteilung über die Breite der
Rolle gesehen. Wird nur grobes Material an der einen Seite und nur feines Material an der anderen Seite der Walze
aufgegeben, so führt dies sehr häufig zu einer Schiefstellung der Walzen. Dauert dieser Zustand zu lange an oder
überschreitet die Schiefstellung, also der Abstand der
Walzen zueinander auf der rechten Seite, im Vergleich der
Abstand der Walzen zueinander auf der linken Seite, ein
festgelegtes Maß, so wird die Maschine abgeschaltet.
Abbildung 8 zeigt die patentierte Humboldt Wedag
Anpressvorrichtung, die konstruiert wurde, um Walzenschiefstellung zu erlauben und die auftretenden Kräfte
gleichmäßig über die gesamte Fläche der Zylinderrollen-
lager zu verteilen.
Ein weiteres Bauteil, welches mechanisch die Materialzuführung regelt und in die richtigen Bahnen lenkt, ist
die Aufgabevorrichtung und der Aufgabebunker. Alle Lieferanten von Gutbettwalzenmühlen haben ihre eigene Aufgabevorrichtung, die die Materialzuführung reguliert. Eine
weitere Funktion dieser Aufgabevorrichtung ist es, eine
Böschung, die gegen die Festrolle drückt zu erzeugen, um
so das Einzugsverhalten zu verbessern. Die Luft kann so
aus dem Materialbett entweichen, während dieses fortlaufend komprimiert wird.
Betriebsleiter haben berichtet, dass Walzenschiefstellung sehr viel häufiger auftritt, wenn die Aufgabevorrichtung entfernt wurde. Wie bereits erwähnt kann Walzenschiefstellung zu einer Abschaltung der Maschine führen,
wenn die maximale Spaltweite auf einer Seite überschritten wird.
Abb. 8: Rollenlagerung und Anpressvorrichtung bei
Walzenschiefstellung.
1
Zylinderrollenlager
mit geschlossener
Ölumlaufschmierung
2
Axiales Pendelrollenlager
3
Gummidrucklager für
optimale Kraftverteilung
4
Ausgabe 01 | 2009
Hydraulikzylinder mit
Kugelgelenk
66
Walzenschiefstellung tritt besonders häufig bei der Zerkleinerung von grobem und hartem Erz in der Gutbettwalzenmühle auf. Neben den mechanischen Bauteilen der Rollenpresse selbst kann ein großer Einfluss zur Vermeidung
von Walzenschiefstellung durch die Aufstellungsplanung
der Aggregate des Rollenpressenkreislaufs genommen
werden. Die Art der Materialzuführung muss sicherstellen,
dass keine Entmischung von grobem und feinem Material
stattfindet.
In jedem Fall muss sichergestellt werden, dass die Materialzuführung zur Rollenpresse, bzw. zum Aufgabebunker der RP, parallel zum Betriebsspalt der Rollenpresse
geschieht. Zusätzlich können Prallbleche in den Aufgabebunker eingebaut werden, um eine gute Durchmischung
des Aufgabematerials sicherzustellen. Eine Ausrichtung
des Bandübergabepunktes parallel mit dem Arbeitsspalt
kann dazu führen, dass mehr feines Material an einer
Walze geführt wird und mehr grobes Material zur gegenüberliegenden Walze zugeführt wird. Dies kann sehr gut
toleriert werden, wohingegen eine Zuführung von grobem
bzw. feinem Material zu je einer Seite des Walzenpaares
zu einer Walzenschiefstellung führen würde, wie in Abbildung 8 dargestellt.
Letztlich ist es eine der Hauptaufgaben des Kontrollsystems einen parallelen Arbeitsspalt beizubehalten. Mit
ihrer langjährigen Erfahrung hat die Humboldt Wedag ein
eigenes Kontrollsystem entwickelt, welches einen parallelen Arbeitsspalt sicherstellt, besonders für den Anwendungsfall wenn hartes und grobes Erz mit der RP zerkleinert wird.
Schutz der Walzenoberfläche und Vorhersage von
Verschleißzeiten
Die Walzenoberfläche ist in Bezug auf die Leistung der
RP und das Investment das wichtigste Bauteil. Im Hinblick
darauf ergibt sich, dass zwei wichtige Fragen bei der Planung einer neuen Anlage aufkommen: Schutz der Oberfläche gegen Fremdkörperdurchgang (insbesondere Metall)
und die Notwendigkeit einer zuverlässigen Vorhersage der
Verschleißzeit.
Um einen zuverlässigen Schutz gegen Metall im Aufgabematerial zu erreichen, wird sowohl ein selbstreinigender
Überbandmagnetabscheider als auch zusätzlich ein Metalldetektor eingesetzt. Dieses System muss sehr schnell
reagieren können. Der Überbandmagnetabscheider sollte
über dem Band, welches den Rollenpressenaufgabebunker bedient, installiert werden.
Als zweiter Schritt muss ein Metalldetektor installiert
werden. Hierfür sind verschiedene Systeme erhältlich,
auch einige, die zuverlässig für den Einsatz im Eisenerz
funktionieren. Die beste Lösung ist es, den Metalldetektor
direkt vor dem Rollenpressenaufgabebunker zu installieren. Der Metalldetektor sollte möglichst eine Bypassklappe aktivieren, so dass die metallhaltige Menge des Auf-
Ausgabe 01 | 2009
Abb. 9: Humboldt Wedag Verschleiß-Testgerät.
gabestroms in einen separaten Behälter umgeleitet wird.
Wohin die so ausgeschleuste Materialmenge weiterhin
gefördert wird, ist vom jeweiligen Mahlkreislauf abhängig.
Eine zuverlässige und genaue Vorhersage der Verschleißzeit der Walzenoberfläche ist von großer Bedeutung, da die Oberfläche der größte Einzelposten ist, der
die Betriebskosten bestimmt. Die Verschleißzeit kann entscheidend sein in der Beurteilung, ob ein Projekt bzw. der
Einsatz einer Rollenpresse wirtschaftlich ist oder nicht.
Jeder Lieferant von Gutbettwalzenmühlen hat seinen eigenen Test entwickelt, um für die jeweils eigene Oberfläche
zuverlässig die Verschleißzeit im Vorhinein bestimmen zu
können..
Der Humboldt Wedag Verschleißtest wurde gleichzeitig mit dem Projekt Los Colorados weiterentwickelt. Der
Test nutzt eine bestimmte Menge eng klassierten Materials, das in einer Einzelkornschicht dem Verschleißtestgerät zugeführt wird. Das Veschleißtestgerät wird in
Abbildung 9 gezeigt.
67
Ein Gummirad transportiert die Partikel über eine
Stahloberfläche, um den Verschleiß an der Rollenoberfläche darzustellen. Das Ergebnis dieses Tests ist ein Abnutzungsindex, der verglichen wird mit den Daten aus anderen
Versuchsreihen und vor allem jedoch mit Verschleißwerten
aus der Betriebspraxis. Die Präzision dieses Tests basiert
auf der von Humboldt Wedag in den letzten 10 Jahren entwickelten Datenbank und hat sich in allen von Humboldt
Wedag in der Mineralindustrie eingesetzten Rollenpressen bis heute bewährt.
Ausblick: Neuentwicklungen in der Rollenpressenkonstruktion
Rollenpressen sind mittlerweile Stand der Technik für
die Anwendung in Mineralaufbereitungsanlagen. Wie bereits in diesem Artikel beschrieben, wurden im Bereich der
Zerkleinerung von hartem Erz erfolgreich Brecher der dritten Brechstufe durch Rollenpressen ersetzt. Die Weiterentwicklung der Rollenpresse ist ein fortlaufender Prozess
in dem neue Entwicklungen kontinuierlich gemacht werden mit Humboldt Wedag in einer Spitzenposition. Einige
Beispiele folgen.
Rahmenbauart
In erster Linie muss der Rahmen den hohem Kräften
im Betrieb Stand halten, die durch die Anpressvorrich-
tung und Lagerungen übertragen werden.
Daraus folgt, dass das wichtigste Kriterium für die Rahmenkonstruktion ist, dass dieser robust ist, um potentielle
Verformungen zu verhindern. Zweitens muss der Walzenwechsel genauso sicher wie einfach durchführbar sein.
Wie Einheit aus Wellen, Bandagen und Lagerung muss mit
minimaler Vorbereitungszeit aus dem Rahmen ausgebaut
werden können. Alle Teile, die für Wartungsarbeiten ausgebaut werden müssen, müssen einfach erreichbar sein.
Dieses Konzept ist von besonderer Bedeutung je größer
die Rollenpresse wird. Wie die Abbildung unten zeigt, wurden diese Konzepte bei der Konstruktion des Humboldt
Wedag RP S Rahmens berücksichtigt.
Der Schlüssel bei dieser Konstruktion liegt in den vier
„Schwingen“, die nach außen und oben öffnen können.
Diese „Schwingen“ sind gleichzeitig die Rahmenendstücke. Alle Gelenke sind so orientiert, dass sie die Presskräfte nur in Richtung ihrer Achse wirken. Querkräfte
werden durch doppelte Scherbolzen umgeleitet. Sicherheitsschrauben verhindern ein willkürliches Öffnen der
„Schwingen“ während des Betriebs. Durch diese Weiterentwicklung der Rahmenkonstruktion ist es nicht mehr
notwendig Einbauten oberhalb der Rollenpresse anzuheben oder auszubauen. Es ist nicht notwendig den oberen
Rahmenteil mit einem Kran anzuheben. Der Querrahmen
stellt sicher, dass die Endstücke immer in der korrekten
Toleranz offen gehalten werden und allen im Betrieb der
Rollenpresse auftretenden Kräften ausreichend Stand gehalten wird.
Abb. 10: Der Humboldt Wedag RP S Rahmen
Ausgabe 01 | 2009
68
Rollensprüheinrichtung
Um Aufbereitungsanlagen für mineralische Rohstoffe
unterstützen zu können und die Rollenpressentechnologie
zu deren Nutzen weiter entwickeln zu können, muss man
im Detail die neuen Herausforderungen dieser Industrie betrachten. Eine dieser Herausforderungen ist es in Gegenden mit sehr geringem Wasservorkommen erfolgreich zu
arbeiten. Wie beschrieben führt eine sehr geringe Feuchte
im Rollenpressenaufgabematerial generell zu einer weniger guten Einlagerung des Aufgabematerials zwischen
den Studs und damit zu einer weniger stabilen autogenen
Verschleißschutzschicht. Die Ausbildung einer stabilen
Verschleißschutzschicht ist jedoch wie vorher beschrieben ein wichtiger Faktor, um die längst mögliche Standzeit
für die Rollenoberfläche zu erreichen. Humboldt Wedag
hat eine Rollensprüheinrichtung entwickelt und patentiert,
die in die Rollenpresse eingebaut werden kann. Diese Einrichtung benötigt nur sehr wenig Wasser und stellt eine
Befeuchtung des Teils des Materials sicher, welches die
autogene Verschleißschutzschicht aufbaut..
Heute sind mehr als 290 Humboldt Wedag Rollenpressen
im Einsatz. Von diesen sind 33 in Erzaufbereitungsanlagen
und davon 17 in der Funktion einer dritten Brechstufe im
Einsatz. Vergleicht man diese Zahlen mit denen aus 1998
wird die permanente Weiterentwicklung und das Vertrauen der Industrie in diese Technik deutlich. Heute gilt die
Rollenpresse als Stand der Technik für den Einsatz, auch
in der Zerkleinerung von hartem Erz.
Danksagung
Wir möchten unseren Dank an das gesamte Team bei
CMH und im Besonderen an Carlos Pineda und Hugo
Gallardo für die Unterstützung beim Schreiben dieses Artikels und die fortdauernde Kooperation richten. Ebenso
bedanken wir uns bei unserem Vertreter in Chile, Pierre
Negroni, für seine Bereitschaft Informationen für das
Schreiben dieses Artikels zur Verfügung zu stellen und für
seine unermüdliche Arbeit und Hilfe bei der Unterstützung
unserer Kunden vor Ort.
Alexandra Gründken graduated from RWTH Aachen
University with a degree in Mining Engineering (Mineral
Processing). She currently is project manager for high
pressure grinding rolls (HPGR, Roller Press) projects at
Humboldt Wedag Coal & Minerals Technology GmbH in
Cologne, Germany. She mainly works on projects in North
America, Australia and South Africa.
[email protected]
Frank van der Meer is Senior Manager, Minerals Processing, HPGR Technology , R&D, at Humboldt Wedag Coal &
Minerals, Cologne, Germany and before that was working
for SHELL Oil Company and Billiton. He graduated from
the Universities of Rijswijk , Netherlands (Physics) and
also from the University of Twente, Netherlands (Process
Technology). Currently he is Working in HPGR Process
Design and Specification, and in Associated Minerals
Processing Research and Development.
Dr.-Ing. Ekkhart Matthies studied Mining Engineering
with the focus on Mineral Processing at the RWTH Aachen, Germany, and received his diploma degree in 1996.
Since 1997 he worked as product specialist for crushing
for the companies Svedala and Metso Minerals. From
2004 to the end of 2006 the was employed as scientific
staff at the department for surface mining and international mining at the TU Clausthal, where he got his doctor‘s
degree. In 2007 he joined the Humbold Wedag GmbH,
based in Cologne, Germany. Currently, he is Vice President Comminution Technologies and responsible for international project handling.
[email protected]
Jorge Portocarrero graduated from the University of Maryland (USA) with a degree
in Mechanical Engineering. Over the years he has worked and attained expertise
in various technical fields such as Industrial Environmental Control, Pyroprocessing and Comminution for the Cement and Mining Industries. He has developed
and managed multi million dollar projects involving complete industrial plants. He
currently holds the position of Director of Projects for KHD Humboldt Wedag Inc.
in Atlanta, Georgia.
HUMBOLDT WEDAG
Coal & Minerals Technology GmbH
Dr.-Ing. Ekkhart Matthies
Vice President Comminution Technologies
Gottfried-Hagen Str. 20
51105 Köln | Deutschland
Tel.: +49 (0)221 - 6504 1730
Fax: +49 (0)221 - 6504 1709
Internet: www.humboldt-wedag.com
Humboldt Wedag, Inc.
Jorge Portocarrero
400 Technology Parkway
Norcross GA 30092 | USA
Tel.: +1 770 - 810 7345
Internet: www.humboldt-wedag.com
Ausgabe 01 | 2009
69
References
Westermeyer, C.P., et al, 2000. Operating Experience with a roller press
at the Los Colorados Iron Ore Dressing Plant in Chile. AufbereitungsTechnik / Mineral Processing, Volume 11, pp. 497-505.
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Pressure Grinding Rolls – Developments for Minerals Applications.
Proceedings from the Randol Gold Forum, Perth, Australia, August 2005
Maxton, D., Van Der Meer, F.P., Gruendken, A., 2006. “KHD Humboldt
Wedag. 150 Years of Innovation. New developments for the KHD roller
press. Proceedings SAG 2006, Vancouver, Canada, September 2006.
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of Roller Press Treating Platinum Ores. Proceedings SAG 2006, Vancouver, Canada, September 2006, Volume IV, pp 154-171.
Gerrard, M., Costello, B. and Morley, C., 2004. Operating Experiences
and Performance Assessment of Roller Press Technology at Argyle
Diamond Mine. Proceedings from Rio Tinto Comminution Workshop
2004, Perth / Australia.
Dunne, R., Maxton, D., Morrell, S and Lane, G., 2004. High Pressure
Grinding Rolls - The Australian Experience. SME Annual Conference,
Denver, February 2004.
Maxton, D., Morley, C. and Bearman, R., 2003. A Quantification of the
Benefits of High Pressure Rolls Crushing in an Operating Environment.
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Rose, D.J. , Korpi, P.A. , Dowling, E.C., 2002. High Pressure Grinding
Roll Utilization at the Empire Mine. Mineral Processing Plant Design
Conference, Vancouver 2002
Van der Meer, F.P., 1997. Roller press grinding of pellet feed. Experiences of KHD in the iron ore industry. AusIMM Conference on Iron Ore
Resources and Reserves Estimation. 25-26 September 1997, Perth, WA,
Australia
70
Liebherr
Neuer 800-Tonnen Mining-Bagger
A
uf der MINExpo 2008 in Las Vegas kündigte Liebherr den R 9800 Mining-Bagger an. Mit rund
800 Tonnen Einsatzgewicht bietet der R 9800 eine nominale Schaufelkapazität von 38 bis 42 m³ bei einer
Materialdichte von 1,8 t/m³. Dieses neue Flaggschiff des Sortiments an Mining-Baggern von Liebherr
erzielt Schaufelladungen von 75 Tonnen in beiden Ausführungen, sowohl in der Tieflöffel- als auch in der
Hochlöffel-Schaufelausführung.
Liebherr stellt zwei Motorenoptionen für die Maschine
bereit, zwei Cummins QSK 60 mit einer installierten Leistung von jeweils 1492 kW / 2000 PS oder zwei MTU 12V4000
mit einer installierten Leistung von 1425 kW / 1910 PS.
Während die Grabkurve und die Löffelweite des Tieflöffelbaggers dem früheren Flaggschiff von Liebherr, dem
R 996 gleichen, bietet der R 9800 in Tieflöffelausführung
eine Ausbruchkraft von 1840 kN mit einer Grabkraft von
1750 kN. In der Schaufelausführung erreicht die Maschine ebenerdig eine Vorschubkraft von 2980 kN und eine
Ausbruchkraft von 2350 kN. Diese Werte garantieren
hervorragende Grabfähigkeiten sogar unter den härtesten
Bergbaubedingungen.
Ausgabe 01 | 2009
Die ersten Einheiten des neuen Flaggschiffs befinden
sich derzeit in den letzten Testphasen im Werk und die
erste Maschine wird bald in Australien in Betrieb
genommen.
www.liebherr.com
71
Atlas Copco Construction Tools
Der neue Atlas Copco Hydraulikhammer HB 3600
Perfekt passendes Anbaugerät für Trägergeräte und mehr Leistung pro Kilo
Weniger Gewicht - Mehr Leistung. Der neue HB 3600 von Atlas Copco passt perfekt zu
Trägergeräten der Gewichtsklasse 35 - 63 t. Der Hammer bringt 46 % mehr Leistung pro Kilogramm
Dienstgewicht, verglichen mit dem Durchschnitt anderer Hydraulikhämmer dieser Klasse. Im Vergleich zu
Konkurrenzprodukten mit einem ähnlichen Gewicht bietet der HB 3600 eine um 30% höhere Effizienz.
Nachdem die Gewichtsklassen der Trägergeräte immer
präziser und in Unterklassen aufgeteilt werden, sehen sich
die Lieferanten dazu veranlasst, diesem Trend nachzukommen. Mit dem neuen hydraulischen Hochleistungshammer
HB 3600 hält Atlas Copco Schritt und präsentiert ein Werkzeug, das wie angegossen zum Trägergerät passt. Bei
den Trägergeräten der Gewichtsklasse 35 - 63 t gehören
Kompromisse der Art “zu klein” oder “zu groß” der
Vergangenheit an.
Dadurch, dass falsche Abstimmungen von Träger- und
Anbaugeräten vermieden werden, ist es nicht verwunderlich, dass der HB 3600 über das beste Verhältnis von Gewicht zur Leistung seiner Klasse verfügt. Das heißt, dass
www.breakingthelimit.com
ähnliche Ergebnisse mit einem geringeren Hammergewicht erzielt werden können. Und ein geringeres Hammergewicht heißt, dass ein kleinerer Bagger gewählt werden
kann. Das senkt die Investitions- und Betriebskosten. Sogar in Zeiten hoher Energiekosten trägt der HB 3600 zum
Umweltschutz und zur Kostensenkung für den Besitzer
bei.
Der HB 3600 verfügt über weitere einzigartige
Atlas Copco Eigenschaften. Dank der Energierückgewinnung kann in Spitzenzeiten eine 100%ige Leistung ohne
Erhöhung der Hydraulikleistung noch übertroffen werden.
Mit einer konstanten Schlagenergie ist der HB 3600 in der
Lage, die Schlagfrequenz und somit die Schlagleistung zu
steigern.
Natürlich enthält der HB 3600
auch alle anderen bewährten
Merkmale, die von Fachleuten
auf der ganzen Welt geschätzt
werden: PowerAdapt, StartSelect und AutoControl, ContiLube II,
DustProtector II und VibroSilenced.
Der Wartungsvertrag ProCare komplettiert ein Leistungspaket, das
einfach genau passt – hundertprozentig, für jeden Bedarfsfall.
Atlas Copco Construction Tools GmbH
Helenenstr. 149
45143 Essen | Deutschland
Tel.: +49 (0)201 6330
Fax: +49 (0)201 633 2281
Internet: www.atlascopco.com/cto
www.breakingthelimit.com
Ausgabe 01 | 2009
72
Powercrusher PC1 und PC2 - Robuste Kraftpakete „made in Austria“
D
ie Hartl Anlagenbau GmbH ist bereits seit mehr als
35 Jahren in der Produktion von mobilen Gesteinsbrechanlagen und Siebanlagen tätig. Die PowercrusherAnlagen sind weltweit bekannt für ihre kompakte und
robuste Bauweise, innovative Technik und überragende
Leistungen auch unter härtesten Bedingungen. Ob im Recycling oder im Naturstein, die Powercrusher meistern
jede Herausforderung.
Die breit gefächerte Produktpalette der Hartl Powercrusher ist den unterschiedlichsten Einsätzen angepasst
und umfasst raupenmobile Backenbrecher, Prallmühlen,
Kegelbrecher, Vertikalmühlen, Siebanlagen und optische
Bandwaagen.
Um der weltweit steigenden Nachfrage gerecht zu werden, hat sich die Geschäftsleitung der Hartl Anlagenbau
– die Brüder Dominik, Alexander und Stefan Hartl – dazu
entschieden in St. Valentin (nahe des Stammsitzes in
Mauthausen) ein modernes Produktions- und Assemblywerk zu errichten. Auf einer Fläche von 12.000 m2 können in
Zukunft bis zu 400 Powercrusher pro Jahr nach modernsten Richtlinien gefertigt und assembliert werden. Das neue
errichtete Werk entspricht einem der höchsten Standards
für Produktionswerke mobiler Gesteinsbrechanlagen in
Europa. So wurde auch für die Oberflächenbehandlung
der Hartl Powercrusher eine Pulverbeschichtungsanlage
installiert, die jeden Powercrusher in der gewünschten
Farbe glänzen lässt.
Nach dem Beschichtungsprozess werden die einzelnen
Komponenten der Anlage in einer getakteten Fließbandmontage vorassembliert. Auch in diesem Bereich wird auf
Basis langjähriger Erfahrung und ausgearbeiteter Prüfmethoden die hohe Qualitätsanforderung sichergestellt.
Der Endzusammenbau erfolgt ebenfalls in Form einer
Fließbandmontage, indem die einzelnen Baugruppen systematisch auf den Maschinenrahmen aufgebaut werden.
Der besondere Vorteil des von Hartl entwickelten Produktionsablaufes liegt darin, dass die Anlagen tatsächlich auf Kundenauftrag assembliert werden und somit die
Produktion der Absatzsituation optimal angepasst werden
kann. In einer eigens konstruierten Testlaufbox werden die
Anlagen einem Testlauf unterzogen und die Inbetriebnahme sowie die Qualitätsprüfung durchgeführt, um die Anlagen in einwandfreiem, betriebsbereitem Zustand auszuliefern.
Die beiden neuesten Entwicklungen der Hartl
Anlagenbau GmbH – die Powercrusher PC1 und PC2 –
wurden bereits im neuen Werk gefertigt und sind schon
weltweit in verschiedenen Bereichen im Einsatz.
Beide Anlagen sind mit neuesten Technologien und
Top-Quality Komponenten ausgestattet und verfügen über
ein optionales Siebdeck HS1, zur Produktion von zwei
Körnungen in einem Durchgang.
Die beiden Anlagen im Detail:
Powercrusher PC1:
Ausgestattet mit einer Prallmühle mit einer Einlauföffnung von 1070 x 750 mm erreicht das kompakte Kraftpaket
Dursatzleistungen von bis zu 250 t pro Stunde.
Die Innenwände des Brechraumes und die Schwenkbalken sind mit schraubbaren Verschleißplatten ausgekleidet, welche die Standzeit des Brechers verlängern
Das neue Produktions- und Montagewerk der
Hartl Anlagenbau im österreichischen St. Valentin/Linz.
Ausgabe 01 | 2009
73
und bei Bedarf jederzeit einfach und schnell ausgewechselt werden können.
Der Powercrusher PC1 wurde weiters mit einem „All-inone“ Vibrationsaufgeber ausgestattet. Dieser wurde extra
für die PC1 konzipiert und ist mit einer ferngesteuerten variablen Steuerung der Geschwindigkeit ausgestattet, die
eine effektive Beschickung des Brechers ermöglicht, auch
wenn die Hydraulik auf niedrige Durchlaufmengen eingestellt ist.
Powercrusher PC2:
Der Backenbrecher PC2 überzeugt durch die bewährte
„quattro“-Brechbewegung, welche es ermöglicht ca. 25 %
größere Aufgabestücke als bei herkömmlichen Einschwingen Backenbrechern zu verwenden und Blockaden im Einlaufbereich zu vermeiden.
Durch die quattro Bewegung kommt es in der unteren
Brechkammer bei der Schließbewegung gleichzeitig zu einer Aufwärtsbewegung der Brechbacke und so zu einem
Nachbrechen des Materials. Dadurch erreicht man ein kubisches und konstantes Endkorn.
Die Einlauföffnung des PC2 beträgt 1000 x 700 mm womit
Durchsatzleistungen von bis zu 250 t pro Stunde erreicht
werden können.
Der Powercrusher PC2 verfügt über einen großvolumigen Aufgabetrichter, dessen Bordwände für den Transport
hydraulisch eingeklappt werden können.
Die Vibrorinne ist mit einem integrierten Stangenrost
ausgestattet, über den die Feinteile direkt über das Seitenband ausgeworfen oder mit dem gebrochenen Material
über das Hauptaustrageband transportiert werden können.
Sämtliche Verhausungen und Covers beider Anlagen
sind aus GFK (glasfaser¬verstärktem Kunststoff) gefertigt
– einem Werkstoff, der bereits seit Jahrzehnten im Bootsund Flugzeugbau in Verwendung ist und sich durch sein
ausgezeichnetes Korrosionsverhalten auch in aggressiver
Umgebung auszeichnet. Die Verwendung von GFK erlaubt
auch die Gestaltung neuer Formen und Flächen wodurch
sich auch das charakteristische und einzigartige Design
der neuen Powercrusher Generation ergibt.
Durch die großvolumigen Covers sind die wichtigsten Wartungs- und Servicebereich jederzeit einfach und
schnell zugänglich und gleichzeitig wird auch die nötige
Stabilität und Widerstandsfähigkeit gewährleistet.
Optional können der PC1 und PC2 mit der neu entwickelten 1-Deck-Siebbox HS1 ausgestattet werden, die es ermöglicht zwei Körnungen in einem Durchgang zu produzieren. Die Siebbox HS1 kann einfach und schnell am Brecher
montiert werden. Auch wenn die Anlage auf der Baustelle
versetzt wird, kann die Siebbox am Austrageband belassen werden.
Beide Anlagen verfügen über optimale Transportabmessungen, die einen einfachen und kostengünstigen Transport von einer Baustelle zur nächsten gewährleisten.
Ausgabe 01 | 2009
Transportabmessungen:
PC1: Länge 12 m, Breite 2,42 m, Höhe 3,15 m. Gewicht: 32
Tonnen
PC2: Länge 12 m, Breite 2,42 m, Höhe 3,15 m. Gewicht: 36
Tonnen
Auch die Siebbox kann mit nur 4 Tonnen Gewicht schnell
und mühelos montiert werden.
Powercrusher PC1 mit Siebbox HS1 im Einsatz in den USA.
Der erste Powercrusher PC2 wurde vor 2 Monaten fertiggestellt
und ist nun im Einsatz bei einem Kunden in Österreich.
PEM-Straße 2
4310 Mauthausen | Österreich
Tel.: +43 (0)7238 - 29350
Fax: +43 (0)7238 - 2935040
Internet: www.powercrusher.com
74
Bell Equipment
Bell baut Dumper-Baureihe aus
D
er Baumaschinenhersteller Bell Equipment präsentiert auf der
Intermat 2009 zwei neue Modelle knickgelenkter Muldenkipper:
Neben dem Bell B25DN – einer Version des B25D in schmaler
Baubreite – vor allem auch den Bell B45D, als neue Leistungsklasse
zwischen den erfolgreichen Modellen Bell B40D und B50D.
„Bei ersten Präsentationen vor einigen unserer führenden Kunden in Südafrika stieß der neue Bell B45D bereits
auf großes Interesse,“ erklärt Stephen Jones, der zuständige Produktmarketing-Manager bei Bell Equipment.
Der Bell B45D soll eine Angebotslücke im Dumpermarkt
schließen, die für Knicklenker mit höherer Nutzlast als herkömmliche Vierzigtonner und größeren Einsatzmöglichkeiten in der Kundenpraxis besteht.
“Einige unserer Mitbewerber antworten auf diesen Bedarf mit einer geringfügigen Nutzlaststeigerung ihrer bestehenden 40-Tonner. Wir hingegen entschieden uns für
die Einführung einer komplett neuen Maschine, gerade
auch weil sich unser Bell B40D im Kundenurteil nach wie
vor als effiziente und zuverlässige Lösung in Produktionsbetrieben sehr gut behauptet. In der Praxis lädt der Bell
B45D eine Baggerschaufel mehr, das unterscheidet ihn
grundsätzlich von anderen Lösungen mit lediglich höheren
Herstellerfreigaben im Nutzlastbereich.“
Ausgabe 01 | 2009
Auch in der Design-Philosophie geht der B45D einen
anderen Weg: „Zugunsten echter Produktionsvorteile,
unübertroffener Dauerhaftigkeit und größerer Sicherheit
entschieden sich unsere Entwickler für eine besonders
robuste Auslegung. Im Ergebnis basiert der Bell B45D auf
dem B50D und besitzt die gleichen Komponenten, die sich
seit 2002 in unserem 50-Tonner bewähren. Ein Beispiel ist
der starke 16-l-Motor Mercedes Benz OM502LA – allerdings mit 350 kW gegenüber den 390 kW Spitzenleistung
unseres Flaggschiffs.“
Die Übersetzungen von Differenzial und Endantrieb sind
identisch zum B50D, ebenso Kolben und Hubstangen der
Kippzylinder, die allerdings zugunsten der Kippgeometrie
etwas kürzer ausgeführt wurden. Die große Muldenbreite
und der niedrige Schwerpunkt sorgen für außerordentliche
Stabilität. Dabei ist der B45D auch bei Höchstgeschwindigkeiten unter Last für 29,5R25-Reifen zugelassen.
75
Weitere Hauptmerkmale sind Ölbad-Bremsen an allen Achsen und
die serienmäßige aktive Frontaufhängung mit
„Comfort-ride“-Hinterachsschwingen als Zusatzausstattung.
Wichtig für den Ladebetrieb ist die gegenüber dem Bell B40D um
17 % breitere Mulde des
B45D. Sie erleichtert das
exakte Beladen und gewährleistet tatsächlich
die volle Ausnutzung des
25-m³-Ladevolumens. In
Praxistests unter Produktionsbedingungen lud der
Bell B45D durchschnittlich sieben Schaufeln
pro Charge, während das
Vergleichsgerät trotz Muldenerhöhungen lediglich
sechs Schaufeln aufnehmen konnte. Tatsächlich
bringt die Extra-Nutzlast
modifizierter Vierzigtonner also keine zusätzliche
Schaufelfüllung und damit keinen nennenswerten Vorteil. Zudem erreichen schmale Fahrzeuge
aufgrund unterschiedlicher Füllwinkel des Ladematerials und häufiger
Materialverluste über die
seitlichen Bordwände oft
nicht die angegebenen
SAE-Ladewerte.
Der Bell B45D eignet
sich sehr gut für harte Einsätze im Tagebau,
der Gewinnung oder im
schweren Erdbau. Prototypen bewährten sich an
vier Standorten in Südafrika und in schwierigen,
sehr nassen Geländeeinsätzen in Großbritannien,
wo das neue Modell alle
Erwartungen übertraf.
Der Produktionsstart
der ersten Serienmodelle
ist für das erste Quartal
2009 geplant.
Ausgabe 01 | 2009
Wenn es
eng wird …
Der Bell B25DN zielt auf verschiedene europäische
Märkte mit einer verstärkten Nachfrage
nach schmaleren Dumpern unter anderem
aufgrund höherer Sicherheitsanforderungen.
Trotz seiner schmaleren Baubreite bietet der
Bell B25DN denselben Muldeninhalt und die
identische Nutzlast zur Standardversion B25D.
(Alle Fotos: Bell Equipment)
Der Bell B25DN ist eine
Version in schmaler Baubreite des erfolgreichen
B25D und wurde speziell
für gewisse europäische
Marktsegmente konzipiert. Stephen Jones erklärt: „Speziell in Frankreich erleben wir eine
steigende
Nachfrage
nach schmaleren Dumpern für Gewinnungsbetriebe. Diese Betreiber
setzten bislang vor allem
Baustellenkipper
ein,
entsprechend sind die
Aufgeber und Silodurchfahrten auf die Breite von
Straßenfahrzeugen ausgelegt. Allerdings erfordern neue Sicherheitsbestimmungen heute die
Rops/Fops-Zertifizierung
von Muldenfahrzeugen im
Betrieb. Folglich steigen
viele Betreiber heute auf
Knicklenker um, die allerdings meist zu breit für die
bestehenden Installationen sind. Dabei schätzen
die Gewinnungsbetriebe
auch die Vielseitigkeit
und Witterungsunabhängigkeit der KnicklenkerTechnologie.“
Darüber hinaus zielt
der Bell B25DN laut Jones
auch auf europäische
Staaten mit Straßenzulassung für knickgelenkte Muldenkipper unter
bestimmten BaubreitenBeschränkungen. „Der
B25DN mit Standardbereifung 23.5R25 erreicht
2600 mm Breite. Mit der
Sonderbereifung 20.5R25
lassen sich allerdings
auch 2550 mm realisieren.“
Die großen Ladekapazitäten des Bell
B25DN – identisch zur
76
Grundversion B25D – machen das Fahrzeug allerdings
auch zu einer kostengünstigen Alternative zu stationären
Haldenbändern, insbesondere wenn man die AllroundQualitäten des Knicklenkers im Abraum- und Rohstofftransport mit in Betracht zieht.
Der B25DN ist mit dem Mercedes-Benz OM906LA und
dem ZF Ecomat 2 Automatikgetriebe ausgerüstet. Diese Kombination steht für eine hohe Treibstoffeffizienz mit
dokumentierten Einsparpotenzialen von über 20 % gegenüber den meisten Wettbewerbsmaschinen. Wie der Bell
B25D besitzt auch der B25DN zahlreiche Komponenten
des leistungsstärkeren B30D, was eine hohe Zuverlässigund Standfestigkeit gewährleistet.
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Stephen Jones stellt abschließend fest: “Beide neuen Ergänzungen unseres Dumper-Programms tragen alle
Merkmale unserer neuen Mark-VI-Generation. Diese Neuerungen tragen erheblich zur Sicherheit, Zuverlässigkeit
und zum Fahrkomfort bei. Mit dem B45D und dem B25DN
unterstreicht Bell Equipment einmal mehr seine Position
als führender Entwickler und Lieferant in der Technologie
knickgelenkter Muldenkipper. Die eingehende Beschäftigung mit Kundenanforderungen und das größte Modellangebot am Markt erlauben es Bell Equipment optimierte
Lösungspakete im exakten Kundenzuschnitt zu liefern.“
Bell Equipment Deutschland GmbH
Willy-Brandt-Str. 4 - 6
36304 Alsfeld | Deutschland
Tel.: +49 (0)6631 - 91130
Fax: +49 (0)66 31 - 911313
Internet: www.bellequipment.de
Ausgabe 01 | 2009
77
Esco Corporation
Weltweite Einführung
des UltralokTM Zahnsystems
Zur Intermat vom 20. - 25. April 2009 in Paris wird das innovative
hammerlose Zahnsystem von ESCO für den Einsatz im Bau- und
Aggregatbereich offiziell weltweit auf den Markt gebracht.
ESCO
, ein führendes Unternehmen in der Innovation und Leistung von Verschleißteilen
in Erdbewegungsanwendungen, stellt das Ultralok-Zahnsystem vor - das neueste Konzept bei Bauzahnsystemen.
Ultralok wurde zur CONEXPO im März 2008 bereits
in Nordamerika eingeführt, der weltweite Marktstart
ist für die Intermat International in Paris im April 2009
vorgesehen.
Ausgabe 01 | 2009
Im Gegensatz zu anderen Zahnkonzepten zeichnet sich
das Ultralok-System durch einen zahnintegrierten hammerlosen Keil aus. Diese hammerlose Ausführung erhöht
nicht nur die Sicherheit, sondern macht separate Sicherungsstifte und Keile überflüssig.
78
•
Die Konstruktion des Ultralok
wurde auf Basis von Kundenwünschen in der
weltweiten „Voice of the Customer“-Umfrage
unter Bau- und Aggregatfachleuten entwickelt.
•
Das Ultralok-System wird in acht Größen für die
Bauindustrie angeboten. Das Produkt deckt
Bagger von 6 - 75 Tonnen und Radlader mit
1,4 - 9,1 Kubikmeter ab.
•
ESCO hat eine neue Reihe von Zahnformen
speziell für das Ultralok-System herausgebracht,
um die Maschinenleistung in allen Anwendungen
zu optimieren.
Vorteile des ESCO Ultralok-Zahnsystems:
www.escocorp.com
Ausgabe 01 | 2009
•
Das hammerlose Sicherungssystem ist in den
Zahn integriert und bietet damit mehr Sicherheit,
weniger Bedarf für Zubehörteile an der Baustelle
und einen leichteren Aus- und Einbau vor Ort.
•
Das flache Profil verbessert das Eindringungsver
mögen für mehr Produktivität und geringeren
Kraftstoffverbrauch.
•
Der Ersatz von Zähnen am Bauort ist schnell und
einfach. Dies verkürzt die Stillstandszeit und
bietet mehr Wert für den Endbenutzer.
•
Das Ultralok-System besitzt mehr Verschleißmetall und reduziert damit den Wartungsaufwand
und die Stillstandszeit.
ESCO Corporation ist ein führender Hersteller von technisch anspruchsvollen
Verschleißteilen aus Stahl und Stahlkomponenten für die Bergbau- und Baubranche, Stromerzeuger sowie Luft- und Raumfahrtunternehmen. Dank
unserer engagierten Mitarbeiter ist ESCO weltweit für Qualität, Leistung und
Schnelligkeit bekannt. Seit fast einem Jahrhundert bietet ESCO fortschrittlichste
Produkte, einen schnellen, hochwertigen Service und einsatzerprobte Lösungen
für die schwierigsten Herausforderungen unserer Kunden.
79
DigiCore Deutschland GmbH
GPS-Fuhrparkmanagement mit C-Track
Staatliche Förderung für effizientes Fuhrparkmanagement und Diebstahlschutz
D
ie neue Förderrichtlinie des Verkehrsministeriums für schwere Nutzfahrzeuge
bezuschusst DigiCore´s Telematiksystem C-Track für effizienteres Fuhrparkmanagement. So können Bauunternehmer Nutzfahrzeuge und Baumaschinen wirkungsvoll vor Diebstahl schützen, ohne vorher tief in die Tasche greifen zu müssen.
Zudem hilft die unsichtbar verbaute Box bei baulogistischen Prozessen. Arbeitszeiten und Fahrtrouten werden endlich transparent.
Mit DigiCore Deutschland GmbH vertreibt ein
Tochterunternehmen der börsennotierten DigiCore Holdings Ltd. das Fuhrpark-Management-System C-Track.
Seit der Gründung 1985 beschäftigen sich weltweit über
850 Mitarbeiter im Mutterkonzern mit satellitengestützter Ortung. Damit greift DigiCore bald auf ein Vierteljahrhundert Erfahrung zurück – länger als das Globale
Positionsbestimmungs-System (GPS) für zivile Zwecke
freigeschaltet ist.
Der Dinosaurier einer technologischen Newcomer
Branche liefert mit der vierten Hardware-Generation
ein ausgereiftes, zuverlässiges und auf die Bedürfnisse
des Anwenders zugeschnittenes System für intelligentes Fuhrpark-Management. In Deutschland vertreiben
über zwanzig Mitarbeiter C-Track seit 1999. Aus den Büros in Osnabrück, Aschaffenburg und Berlin schwärmen
sie aus, um Kunden maßgeschneiderte Lösungen für ihre
Probleme anzubieten, Systeme einzubauen, Anwender
zu schulen und sie bei der Nutzung bestmöglich zu unterstützen.
C-Track übermittelt übersichtlich und in Echtzeit die
aktuellen Positionsdaten der mit GPS-Empfängern bestückten Fahrzeugflotte. Kunden aus der Baubranche senken durch den Einsatz von C-Track dauerhaft ihre großen
Variablen Personal- und Fuhrparkkosten. Um mindestens
acht Prozent steigern C-Track-Kunden die Effizienz und
Produktivität ihres Außendienstes. Gefahrene Kilometer,
Ankunftszeit an der Baustelle und Betriebsstunden von
Maschinen – all diese Daten fließen unverfälscht und
papierlos in die hauseigene Finanzbuchhaltung. Darüberhinaus schützt C-Track die Anwender aus der Baubranche zuverlässig vor Fahrzeugverlust durch Diebstahl
von Baustellen und Betriebshöfen.
Weltweit vertrauen über 4.000 Unternehmen auf CTrack, darunter Großkunden wie Royal Mail in England
und Debisfleet mit 41.000 bzw. 23.000 bestückten Fahrzeugen im Einsatz. In Deutschland profitieren über 500
Kunden aus Hoch- und Tiefbau, Innenausbau, Handel,
Gebäudereinigung und weiteren logistischen Dienstleistungsfeldern von Kostenersparnissen und Planungssicherheit durch C-Track.
Ausgabe 01 | 2009
Ab sofort fördert das Verkehrsministerium Anschaffung,
Wartungskosten und Servicegebühren des GPS-Fuhrparkmanagementsystems C-Track in schweren Nutzfahrzeugen. Zuwendungsberechtigt sind Unternehmen, die Güterkraftverkehr entweder gewerblich oder als Werkverkehr
durchführen. Jährlich kann ein Unternehmen maximal
33.000 Euro aus dem Topf der „Richtlinie über die Förderung der Sicherheit und der Umwelt in Unternehmen des
Güterkraftverkehrs mit schweren Nutzfahrzeugen“ beantragen. Gefördert werden Maßnahmen für Kraftfahrzeu-
80
ge, die ausschließlich für den Güterkraftverkehr
bestimmt sind und deren zulässiges Gesamtgewicht
mindestens 12 t beträgt. Die Förderhöchstsumme
ergibt sich aus der Anzahl der zum 31. Oktober des
vorigen Jahres zugelassenen schweren Nutzfahrzeuge multipliziert mit 600 Euro. Ein Unternehmen
mit zehn schweren Fahrzeugen bekommt beispielsweise maximal 6.000 Euro.
Die Nutzung eines Telematiksystems ist in der
Richtlinie als effizienzsteigernde Maßnahme aufgelistet. Für eine solche dürfen dann von diesen
6.000 Euro jeweils bis zu 1.400 Euro aufgewendet
werden. Bei der Antragsstellung beraten die Mitarbeiter von DigiCore Deutschland gern und helfen
dabei, die Fördermittel bestmöglich auszuschöpfen.
Amtliche Vordrucke für die Anträge stehen unter
www.bag.bund.de zum Herunterladen bereit oder
können beim Bundesamt für Güterverkehr (BAG),
Postfach 190180, 50498 Köln, angefordert werden.
Für 2009 müssen diese bis zum 15. Mai dort eingehen.
Wichtig: Die Förderanträge müssen gestellt werden,
bevor Kauf- oder Leasingverträge von Telematiksystemen unterzeichnet sind.
Durch die Bezuschussung von C-Track können
Bauunternehmer ihre Kosten bei den großen Variablen Fuhrpark und Personal dauerhaft senken, ohne
vorher investieren zu müssen. Kunden von DigiCore
steigern mit dem herstellerunabhängigen Fuhrparkmanagementsystem die Produktivität und Effizienz
des Außendienstes um mindestens acht Prozent.
Übersichtlich und in Echtzeit erscheinen die aktuellen Positionsdaten der mit C-Track ausgerüsteten
Fahrzeuge auf dem Monitor. Alle gesammelten Daten
werden im Berichtswesen der Software grafisch
aufbereitet.
Diese wertvollen Informationen machen Arbeits- wie Maschinenleerlaufzeiten transparent,
verbessern die Disposition, verringern den Kommunikationsaufwand und verkürzen Reaktionszeiten.
Handgeschriebene Berichte werden überflüssig,
unerlaubte Privatnutzung von Fahrzeugen offensichtlich, Kundenabrechnungen genauer und nachweisbar. Das Überschreiten vertraglich vereinbarter
Laufleistungen bei Leasingfahrzeugen fällt ebenso
rechtzeitig auf wie der nächste fällige Wartungstermin. Bei Fahrzeugdiebstahl meldet C-Track „Batterie
abgeklemmt“ oder „Fahrzeug bewegt“ per SMS auf
bis zu drei Mobiltelefonen. Dank des Akkus in der
unsichtbar verbauten Black Box sendet das Gerät
seine Position weiter und weist so der Polizei rechtzeitig den Weg zu den Tätern. Mit der offenen Datenbank können gefahrene Kilometer, Ankunftszeiten
und Betriebsstunden unverfälscht und papierlos in
hauseigene Back-Office-Programme weiterfließen.
Ausgabe 01 | 2009
Digicore Techniker beim Einbau von C-Track
C-Track verschwindet
in der Mittelkonsole
DigiCore Deutschland GmbH
Christine Hillenkötter
Gewerbepark 18
49143 Bissendorf | Deutschland
Tel.: +49 (0)5402 - 7028 25 | Fax:+49 (0)5402 - 7028 28
Internet: www.digicore-deutschland.de | www.c-track.de
81
VERANSTALTUNGEN
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ENERGIE und
ROHSTOFFE
2009
Sicherung der Energieund Rohstoffversorgung
DMV
Deutscher
Markscheider-Verein e.V.
IGMC
Institut für Geotechnik und
Markscheidewesen, TU Clausthal
9. - 12. September 2009, Goslar
Ausgabe 01 | 2009
82
VERANSTALTUNGEN
Weiterbildungsstudiengang
Rohstoffversorgungstechnik
Anmeldeschluss: Juli 2009
Master of Science.
Berufsbegleitend.
Bundesweit.
Hoher Praxisbezug.
Intensive Betreuung.
Modularer Aufbau.
Flexibel durch
eLearning.
Qualifizieren Sie sich für neue
Herausforderungen in
Management und Technik im
Bereich Mineralische Rohstoffe
Ausgabe 01 | 2009
83
VERANSTALTUNGEN
2009
DER AMS-VERANSTALTUNGSKALENDER
14 - 17 Apr 2009
Building Ukraine
Kiew, Ukraine
http://primus-exhibitions.com
15 – 17 Apr 2009
MiningWorld Russia
Moscow, Russia
www.primexpo.ru/mining
20 – 25 Apr 2009
Intermat
Paris, France
www.intermat.fr
11 - 15 May 2009
ACHEMA
Frankfurt, Germany
www.achema.de
Braunkohlentag 2009
Hannover, Germany
www.debriv.de
20 - 23 May 2009
Stone+Tec
Nuremberg, Germany
www.stone-tec.com
25 - 30 May 2009
ALTA 2009 - Nickel-Cobalt, Copper & Uranium Conference
Perth, Australia
www.altamet.com.au
02 - 04 Jun 2009
World Mining Investment Congress 2009
London, UK
www.worldminingcongress.com
02 - 06 Jun 2009
CTT Moscow 2009 – 10th International Exhibition of
Construction Equipment and Technolog
Moscow, Russia
www.ctt-moscow.com
03 - 04 Jun 2009
AIMS 2009 - 5. Internationales Kolloquium
„High Performance Mining“
Aachen, Germany
www.aims.rwth-aachen.de
03 - 06 Jun 2009
UGOL ROSSII & MINING 2009
Novokuznetsk, Russia
www.ugol-mining.com
15 - 19 Jun 2009
Exponor 2009
Antofagasta, Chile
www.exponor.cl
18 - 19 Jun 2009
Mining 2009 - Clausthaler Kongress für
Bergbau & Rohstoffe
Clausthal, Germany
www.bergbau.tu-clausthal.de
(23 – 25 Jun 2009)
Hillhead 2009 (VERSCHOBEN!!!)
Buxton, Derbyshire, UK
www.hillhead.com
28 Jun - 01 Jul 2009
EMC 2009 - 5th European Metallurgical Conference
Innsbruck, Austria
www.emc.gdmb.de
09 - 12 Sept 2009
ENERGIE und ROHSTOFFE 2009
Goslar, Germany
www.energie-und-rohstoffe.org
14 - 18 Sept 2009
Extemin - Convention Minera 2009
Arequipa, Peru
www.convencionminera.com
16 – 18 Sept 2009
MiningWorld Asia
Almaty, Kazakhstan
www.miningworld.kz
06 – 08 Oct 2009
MiningWorld Uzbekistan
Tashkent, Uzbekistan
www.miningworld-uzbekistan.com
12 - 15 Oct 2009
ConMex 2009 Middle East
Sharijah, UAE
www.conmex.ae
14 - 17 Oct 2009
Mining Indonesia
Jakarta, Indonesia
www.pamerindo.com/2009/mining
27 – 30 Oct 2009
Entsorga-Enteco 2009
Cologne, Germany
www.entsorga-enteco.com
27 - 30 Oct 2009
China Coal and Mining Expo 2009
Beijing, China
www.chinaminingcoal.com
28 - 31 Oct 2009
SAIE
Bologna, Italy
www.saie.bolognafiere.it
14 May 2009
Ausgabe 01 | 2009
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IMPRESSUM
VERLAG
AMS Online GmbH
An den Wurmquellen 13 a
52066 Aachen | Deutschland
Internet: www.advanced-mining.com
St.-Nr.: 201/5943/4085VST | USt.-ID: DE 262 490 739
GESCHÄFTSFÜHRUNG
Minka Ruile
HERAUSGEBER
Prof. Dr.-Ing. habil. Hossein H. Tudeshki
Universitätsprofessor für Tagebau und
internationalen Bergbau
REDAKTIONSTEAM
Prof. Dr.-Ing. habil. Hossein H. Tudeshki
Dr. Monire Bassir
Dr.-Ing. Stefan Roßbach
AUFBAU & LAYOUT
Dr.-Ing. Stefan Roßbach
BANKVERBINDUNG
Bank: Sparkasse Aachen, BLZ 390 500 00
Konto-Nr.: 1070125826
SWIFT: AACSDE33
IBAN: DE 27390500001070125826
GRAFISCHES DESIGN
Graumann Design Aachen
Dipl.-Des. Kerstin Graumann
Augustastr. 40 - 42
52070 Aachen | Deutschland
Tel.: +49 (0) 241 - 54 28 58
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Internet: www.graumann-design.de
PROGRAMMIERUNG INTERNETPORTAL
79pixel
Steffen Ottow, B.Sc.
Scharenbergstr. 24
38667 Bad Harzburg | Deutschland
Tel.: +49 (0) 53 22 - 8 19 38
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energie - Advanced Mining

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KARIKATUR FIGURINEN IM EPHESOS MUSEUM (SELÇUK)

N. Eda AKYÜREK ŞAHİN*– Sadi UYAR** EIN NEUES

Halbleiterchip mit einfachem biologischen neuronalen

Zimmer NexGen CR-Flex Mobile Bearing Knie Operationstechnik Lit

Das Linthwerk zwischen gestern und morgen