REWO-SORT

In der heutigen Zeit werden nur noch selten neue Lagerstätten für die Erzgewinnung erschlossen, weshalb auch teilweise erschöpfte Minen weiterhin betrieben werden. Durch den Rückgang der Konzentration von werthaltigem Material, z. B. Kupfererzen in den meisten Minen, steigt die zu verarbeitende Masse an Material, um die gleiche Menge des Endprodukts zu erhalten. Dadurch steigt auch die Aufwendung an Wasser und Energie für die Gewinnung dieser Rohstoffe.

Eine Möglichkeit dieser Verarmung entgegenzuwirken, ist die Vorkonzentration des Materialstroms durch sensorgestützte Sortierung. Dabei wird Taubgestein, dessen Verarbeitung nur einen minimalen Anteil zum Endprodukt beiträgt, früh in der Prozesskette entfernt. Da die Zerkleinerung und Vermahlung der Gesteine im Minenbetrieb große Mengen an Energie benötigt, ist hier ein großes Einsparpotential vorhanden. Die Vorsortierung des Materialstroms ermöglicht so eine Verringerung der pro Tonne Endprodukt aufgewendeten Ressourcen wie Energie und Wasser, sowie von Verbrauchsmaterial und Reagenzien in den späteren Prozessschritten.

Grundlage einer solchen Sortierung ist ein Sensorsystem, das eine Vorhersage der Konzentration des gewünschten Minerals oder Elements für jedes einzelne Partikel macht. Von den möglichen Sensortechnologien für die Sortierung waren ME-XRT (Multi-Energy Röntgen-Transmissionsbildgebung) und LIBS (laserinduzierte Plasmaspektroskopie) ausgewählt worden, da diese sich gegenseitig ergänzende Informationen über die Zusammensetzung liefern können. ME-XRT ist ein Transmissionsverfahren und liefert Informationen über das gesamte durchstrahlte Volumen der Probe, ist jedoch bei der Genauigkeit der elementaren Information limitiert, denn es liefert lediglich eine mit der effektiven Ordnungszahl korrelierte Information. LIBS dagegen ist in der Analyse auf eine vergleichsweise kleine Fläche der Oberfläche limitiert, kann aber wesentlich genauer Information über die Zusammensetzung aus den chemischen Elementen geben. Durch die Fusion der Daten beider Sensorsysteme sollte der dadurch erreichbare Gewinn in der Genauigkeit der Vorhersage der Konzentration gezeigt werden. Die Genauigkeit der Vorhersage der Konzentration sollte mit konventionellen Methoden für jede Sensortechnologie einzeln als Referenzwert untersucht werden. Mit Hilfe von Methoden des maschinellen Lernens (ML), konkret mit tiefen neuronalen Netzen, sollen die Daten der Sensortechnologien sowohl einzeln als auch deren Kombination (Datenfusion) untersucht werden.

Aus der Genauigkeit der Vorhersage der Konzentration des gewünschten Minerals oder Elements sollten dann die möglichen Einsparungen von Wasser und Energie bei einer entsprechenden Vorsortierung abgeleitet werden. Des Weiteren sollte die Verwertbarkeit der Sensorinformation im geologischen Gesamtbild untersucht werden. Dies sollte am Beispiel chilenischer Kupfer- und Eisenerze gezeigt werden.

Projektlaufzeit: 1.5.2018 – 30.4.2021
Förderkennzeichen: 033RU003A

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF: https://www.bmbf.de/
Projektträger Jülich: https://www.ptj.de/
Gefördert im Rahmen der transnationalen Ausschreibung des ERA-Nets ERA-MIN 2: https://www.era-min.eu/

Das Fraunhofer EZRT ist ein international führendes Forschungs- und Entwicklungszentrum mit Kernkompetenzen auf dem Gebiet des Zerstörungsfreien Monitorings entlang der gesamten Wertschöpfungskette des Produktlebenszyklus, angefangen vom Rohstoff über die Produktion bis zum Recycling. Es definiert und erweitert den aktuellen Stand der Technik auf diesem Gebiet, insbesondere mittels bildgebenden Röntgen- und Magnetresonanztechnologien sowie optischen Prüftechniken. Dabei werden die Themen Sensorik und Simulation zur Datengewinnung, Bildverarbeitung zur Datenverbesserung und -auswertung (Metadatengewinnung), Systementwicklung, Messtechnik sowie Applikationen und Ausbildung bearbeitet.

Die Technische Universität Luleå (Luleå University of Technology, LTU) ist die nördlichste Technische Universität Skandinaviens. Durch die geographische Nähe und enge Zusammenarbeit mit der nordischen Bergbauindustrie hat sich die LTU eine Expertise in der gesamten Prozesskette Bergbau auf Weltklasse-Niveau erarbeitet. Bergbaubezogene Forschung an der LTU hat das Ziel, neue und verbesserte Lösungen zur Sicherung einer nachhaltigen Rohstoffversorgung zu liefern, die für die Entwicklung der modernen Gesellschaft entscheidend ist. Die Erz-Geologie Forschungsgruppe an der LTU trägt zum geologischen Verständnis von Erzlagerstätten bei, indem sie 3D-geologische und geophysikalische Unterbodenmodellierung mit Erzbildungsstudien und mikroanalytischer Ressourcencharakterisierung integriert. Dieser Ansatz und die daraus resultierenden verbesserten wissenschaftlichen Kenntnisse über Erzlagerstätten tragen weiterhin wesentlich zur Verbesserung der Explorations- und Abbaueffizienz bei.

Die Laser-Emissionsspektroskopie (LIBS) ist eine der schnellsten und fortgeschrittensten optischen spektroskopischen Techniken für die atomare Charakterisierung von Materialien. Als eines der innovativsten deutschen Unternehmen vereint SECOPTA analytics GmbH die modernsten photonischen Technologien mit der neuesten Entwicklung in der LIBS-Spektroskopie. Seit mehr als 10 Jahren bietet es das modernste spektroskopische Messsystem im Bereich der industriellen Qualitätskontrolle und Prozessanalyse. Mit den Hauptprodukten FiberLIBS lab, FiberLIBS Inline, MobaLIBS und Mineral LIBS betreibt SECOPTA positive Materialerkennung (PMI), Anwendungen im Recycling, Untersuchungen von Oberflächenbeschichtungen und Oberflächenablösungen, Analysen von feurfesten Steinen und heißen Metallen, Konstruktionen von Materialanlaytik sowie quantitative und qualitative Analysen des Fließverhaltens von Schüttgut und den darin enthaltenen Mineralien. Speziell für Anwendungen im Bergbau charakterisiert das neue und hochentwickelte Multielement-Analyse-System "MineralLIBS" verschiedene atomare Zusammensetzungen von sich bewegenden Rohmineralien, während es gleichzeitig die individuell enthaltenen Elemente mit einer äußersten analytischen Präzision und bis zu einer Konzentrationsgrenze von 100 ppm überwacht.

Die Universität Chile wurde 1842 gegründet und ist damit die älteste Bildungseinrichtung in Chile. Obwohl man seit 1853 eine wissenschaftliche Laufbahn in der Bergbautechnik einschlagen kann, wurde die Fakultät für Bergbautechnik formell erst 1964 gegründet. Laut des QS World University Rankings zählt die Universität Chile zu den zehn besten Bildungseinrichtungen im Bereich der Bergbautechnik. Die Forschungsgruppe für die Charakterisierung und Trennung von Mineralien und Metallen (M²CS) wurde 2012 von Dr. G. Montes-Atenas gegründet. Sie strebt Produktlösungen für die Bergbauindustrie in den Bereichen Mineralaufbereitung und Metallgewinnung an. Dr. Montes-Atenas Forschunsgruppe ist der chilenische Ansprechpartner des REWO-SORT-Projekts, welches die Entwicklung von Sortierungstechnologien leitet, die die Energiekosten von Konzentratoren weltweit stark senken. Der Fokus des Projektes liegt nicht nur darauf, die Trennleistung von wertvollem Material im Anfanggstadium der Mineralienaufbereitung zu erhöhen, sondern auch auf der Verbesserung der Aufbereitungskapazität von Sortierungstechnolgien.