Water is een essentiële hulpbron waarvan veel industrieën afhankelijk zijn en die spaarzamer moeten worden gebruikt. Een voorbeeld is de verrijking van minerale ertsen. Met de grondstof fluoriet als voorbeeld, onderzoekers van Helmholtz Institute Freiberg for Resource Technology (HIF) hebben nu laten zien hoe het watergebruik kan worden geoptimaliseerd. Ze hebben een nieuwe procedure ontwikkeld die de simulatie van het uitkeringsproces uitbreidt. Het geeft aan onder welke omstandigheden het zinvol is om water te hergebruiken zonder verliezen bij ertsverrijking. Het verbruik van zoet water kan daardoor aanzienlijk worden verminderd. Dit komt niet alleen het milieu ten goede, maar ook de mijnbouwbedrijven, omdat het de winning van grondstoffen efficiënter maakt. De onderzoekers hebben hun nieuwe procedure gepresenteerd in de Tijdschrift voor milieubeheer .

Gevonden in smartphones, moderne auto's, klimaatvriendelijke fotovoltaïsche eenheden en gebruikt in vele andere industrieën, hi-tech materialen zijn een onmisbaar bestanddeel van moderne technologie geworden. Hoewel recycling de vraag naar grondstoffen gedeeltelijk kan dekken, de meeste zijn nog steeds afkomstig uit de mijnbouw. De milieueffecten zijn bekend:landgebruik, de totstandbrenging van extra verkeersinfrastructuur en de industrialisering van vaak afgelegen gebieden. Mijnbouw vereist ook enorme hoeveelheden water en produceert dienovereenkomstig grote hoeveelheden afvalwater. In samenwerking met collega's in Finland, een team van onderzoekers van HIF onder leiding van procesingenieur Bruno Michaux heeft een methode ontwikkeld om het watergebruik bij de verwerking van minerale grondstoffen te verduurzamen. Neem het mineraal fluoriet als voorbeeld, ze hebben laten zien hoe het waterverbruik aanzienlijk kan worden verminderd met behulp van processimulatie.

Fluoriet - in de mineralogie ook bekend als vloeispaat en onder de chemische naam calciumfluoride - is een belangrijke grondstof voor de industrie. Het is gebruikt, bijvoorbeeld, bij het smelten van ijzer, in aluminiumwinning en in de chemie als grondstof voor de productie van fluor en fluorwaterstofzuur. Waarschijnlijk het bekendste product van de fluorchemie is PTFE, een fluorpolymeer dat in membraanvorm wordt verkocht onder de handelsnamen Teflon en Gore-Tex.

Ertswinst als waterslurper

"De winning van fluoriet kost veel water, " legt Bruno Michaux uit. "Afhankelijk van het plaatselijke klimaat, maar nog meer over het ontwerp van de minerale zuiveringsinstallatie, het kan tot 4 zijn, 000 liter per ton erts." Aan het weer kunnen de HIF-onderzoekers natuurlijk niets doen, maar ze kunnen zeker bijdragen aan het optimaliseren van de verwerking zelf. In deze stap van het proces, afvalgesteente wordt gescheiden van het gewonnen erts om het fluorietgehalte te verhogen van onder de 50 procent tot rond de 98 procent.

Om dit te bereiken, de ingenieurs passen het flotatieproces toe. In simpele termen, het werkt als volgt:het erts wordt gemalen en gemengd met veel water; vervolgens worden verschillende chemicaliën aan het mengsel toegevoegd om het fluorietoppervlak waterafstotend (hydrofoob) te maken. Lucht wordt vervolgens in het mengsel gepompt, het creëren van kleine belletjes die de hydrofobe deeltjes naar de oppervlakte brengen. Het fluoriet hoopt zich dus op in het resulterende schuim terwijl het afvalgesteente achterblijft. Voordat deze laatste op een afvaldam kunnen worden gestort of ondergronds als opvulmateriaal kunnen worden teruggebracht, een ontwateringsstap nodig is. Om de gewenste concentratie fluoriet te bereiken, flotatie wordt meerdere keren herhaald, waardoor er veel water nodig is.

"Mijnbouwbedrijven proberen hun waterverbruik te verminderen door het meerdere keren te gebruiken, " zegt Michaux. "Echter, gebruikt water bevat stoffen die de procesprestaties kunnen verstoren, en dat moet je vermijden." Voorbeelden van dergelijke stoffen zijn calcium- en magnesiumionen, die de hydrofobering van het fluorietoppervlak belemmeren. De kracht van dit effect hangt af van de concentratie van de ionen. De nieuwe methode houdt nu rekening met de invloed van de chemische samenstelling van het water op de flotatie. Als resultaat van uitgebreide laboratoriumexperimenten met een fluorieterts, de onderzoekers verkregen gegevens die de complexe interactie van de opgeloste stoffen weerspiegelden en integreerden deze in de HSC Sim-simulatiesoftware. HSC Sim wordt al gebruikt in de mijnbouw om de verwerkingsfabriek in kaart te brengen en om het mineraalwinningsproces te controleren.

Digitale monitoring van water- en energieverbruik

"Met de extra functies die we hebben ontwikkeld, de software kan nu rekening houden met de samenstelling van het proceswater, " legt Michaux uit. "Dit maakt het mogelijk om het water te recyclen zonder de procesefficiëntie in gevaar te brengen." De simulatie stelt operators ook in staat om het gebruik van verschillende waterreservoirs in de buurt van de mijn, zoals meren, rivieren, watervoerende lagen of de zee. Verdere processtappen, zoals het malen en ontwateren van het erts, worden in de toekomst geïntegreerd. In een ideaal scenario het waterverbruik kan dan dalen tot onder de 1, 000 liter per ton erts.

Het onderzoeksteam hoopt de nieuwe methode binnenkort aan een praktijktest te onderwerpen in een echte mijnbouwoperatie. “Omdat dit een volledig gedigitaliseerd verwerkingsproces vereist waarin sensoren continu de eigenschappen van de stromen meten en rapporteren aan de procesbesturing, alleen grotere mijnen zullen in dit vroege stadium een ​​dergelijke investering wagen, ", voegt Michaux toe. "Het potentieel van digitalisering is, echter, enorm:realtime monitoring en echt intelligente processimulatie maken het mogelijk om meer grondstoffen te winnen met minder energie en minder natuurlijke hulpbronnen." Dit geldt voor alle ertsen en niet alleen voor het recyclen van water in de fluorietverwerking, waarvoor de simulatiemethode is ontwikkeld door het HIF-team.