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Mexikanisches Bergbauunternehmen optimiert seinen Betrieb mit sechs Dekantierern

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Ein großes Bergbauunternehmen in Mexiko musste die Rückgewinnung von Prozesswasser verbessern, um seinen Flotationskreislauf zur Materialtrennung und -gewinnung mit wiederaufbereitetem Wasser zu versorgen.

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Überall auf der Welt werden Erzkörper abgebaut, um die dringend benötigten Mineralien zu gewinnen. Eine wachsende Bevölkerung, neue Technologien und das Bestreben, unser Klima zu verbessern, treiben die Bergbauunternehmen dazu an, mehr Mineralien zu liefern, um die heutige Welt mit Energie zu versorgen. Bei der Mineralverarbeitung wird Wasser als Medium eingesetzt, um die Mineralien aus dem Erz zu vermischen, auszulaugen, zu transportieren oder umzuwandeln. Weltweit ist Wasser eine unserer wertvollsten Ressourcen, und die Bergbauindustrie nimmt die Verantwortung für die Wiederverwendung und die Rückführung des Wassers in seinen natürlichen Zustand sehr ernst.

Hintergrund
Dieses große Bergbauunternehmen ist weltweit führend im Abbau von Fluorprodukten, die in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen – darunter Bauwesen, Batterien, Polymere, Kältemittel, medizinische Geräte und pharmazeutische Wirkstoffe – eine grundlegende Rolle bei der Verbesserung des Alltags spielen.

Das Unternehmen bietet Lösungen für eine Vielzahl von Märkten durch ein breites Spektrum an Produktanwendungen – Metspar, Acidspar, Flusssäure, Anhydrit, Aluminiumtrifluorid, Kältemittel, medizinische Treibmittel, Energiespeicher und technische Treibmittel. Die Produkte eignen sich für eine Reihe von Anwendungsbereichen, darunter medizinische Behandlungen, gewerbliche Kältetechnik, Automobilindustrie, Bauwesen und Versorgungswirtschaft.

Als weltweit größter Hersteller von Fluorspat, der über 20 % des globalen Angebots ausmacht, sowie als Produzent von rund 10 % des weltweiten Fluorwasserstoffangebots werden diese Produkte von Produktionsstätten in Mexiko, Großbritannien, den Vereinigten Staaten und Japan genutzt. Die „Mine-to-Market“-Struktur gewährleistet eine sichere Lieferkette für Kunden in einer Vielzahl von Produktanwendungen und Branchen.

Die Herausforderung
Der in Mexiko ansässige Bergbaubetrieb war nicht in der Lage, mit herkömmlichen Eindickern und Hydrozyklonen die erforderlichen Produktionsergebnisse zu erzielen. Das Unternehmen baut ein Produkt an einem Standort ab, an dem nur sehr begrenzte Wassermengen für den Betrieb zur Verfügung stehen. Der sinnvollste Weg, dies zu erreichen, ist die Wasserwiederverwendung. In diesem Prozess hatte das Unternehmen jedoch eine große Fläche an Wasserklärbecken genutzt. Im Laufe von etwa 25 Jahren sammelte sich im Wasserkreislauf eine große Menge sehr feinen Materials an, das sich auf natürliche Weise nur schlecht absetzte.

Das Bergbauunternehmen musste eine Lösung finden, unter anderem weil es enorme Kosten (1 Million US-Dollar pro Monat) für den Kauf von Wasser hatte. Dieses Wasser unterstützte den Prozess und ermöglichte die Fortsetzung der Produktion, doch schließlich ging ihm der Speicherplatz für die Mengen an nicht spezifikationsgerechtem, mit Feinanteilen belastetem Wasser aus. Das wertvolle Produkt wurde auf verschiedene Weise aufbereitet. Die Absetzraten der Feststoffe waren in den Schwerkraftverdickern und Hydrozyklonen inakzeptabel und unregelmäßig. Im Allgemeinen setzte sich ein Teil des Materials – die größeren, dichteren Fraktionen – mit akzeptablen Raten ab, doch die Absetzraten der feinen Fraktion führten dazu, dass diese feinen Partikel das System noch in Suspension verließen. Dieser Zustand führte im Laufe der Zeit zu enormen Wassermengen, die weder wiederverwendet noch abgeleitet werden konnten. Benötigt wurde eine Lösung, die die Abscheidung der schnell absinkenden Partikel ermöglichte und die Feinanteile in einem einzigen Durchgang bei hohem Durchsatz auffing – eine einzigartige, technisch ausgereifte Lösung mit ausgefeilter Einstellbarkeit bei gleichzeitig robuster Bauweise und fortschrittlichen Verschleißschutzmaßnahmen, um den rauen Bedingungen im Bergbau standzuhalten.

Die Lösung
Das Bergbauunternehmen schloss sich mit Flottweg zusammen, um eine Lösung zu finden. Sowohl das Bergwerk als auch das Flottweg-Team entnahmen während des gesamten Prozesses detaillierte Proben, die zur eingehenden Analyse an die Flottweg-Labore in Deutschland geschickt wurden. Prozessingenieure prüften die spezifischen Anforderungen des Bergwerks sowie die Anlagen- und Prozessparameter und berechneten eine Reihe von erwarteten Ergebnissen unter verschiedenen Bedingungen.

Die gemeinsame Arbeit des Ingenieurteams des Bergwerks und von Flottweg führte dazu, dass eine Z92-Dekanterzentrifuge in Originalgröße im Bergwerk in Mexiko installiert wurde. Unter der Aufsicht der hochqualifizierten Techniker von Flottweg, die sowohl vor Ort als auch über eine symmetrische Verbindung in Deutschland tätig waren, gelang es dem Bergbauunternehmen, ein Höchstmaß an Effizienz und Produktivität zu erreichen. Flottweg lieferte eine Zentrifuge mit geringer Stellfläche, um wertvolles Prozesswasser kontinuierlich und effizient zurückzugewinnen und die Belastung durch mitgeführte Feststoffe zu reduzieren. Seitdem wurden mehrere Maschinen hinzugefügt, um die Kapazitäten zur Wasserrückgewinnung zu erweitern. Nach einer äußerst erfolgreichen Pilotphase wurde die Flottweg-Testanlage (Modell Z92) im Jahr 2019 in eine Festinstallation umgewandelt.

Im Zuge der Umrüstung wurden Pläne für den Ausbau auf den Vollbetrieb mit sechs (6) Dekantern entwickelt, um die Aufbereitung des gesamten Abraumstroms des Betriebs zu ermöglichen. Ein Jahr später wurden zwei weitere Maschinen installiert und in Betrieb genommen, im darauffolgenden Jahr kamen dann drei weitere Maschinen hinzu – insgesamt sind derzeit sechs Dekanter in Betrieb und produzieren effektiv.

Es gab drei Ziele:

So viel Wasser wie möglich für die betriebliche Wiederverwendung zurückzugewinnen.
Das Gesamtvolumen an Feinmaterial mithilfe des wiederverwendeten Wassers zu reduzieren.
Die aus dem Bergbaubetrieb stammenden Feststoffe zu entfernen. Dabei handelt es sich um den Untertagebau von Gestein, das an die Oberfläche gefördert und anschließend zu sehr feinem Material zermahlen wird. Dieses Material wird dann in einen Tank mit einem speziellen Tannin-Material gegeben, wodurch das wertvolle Produkt aufschwimmt. Es verbleibt ein Rückstand aus anderem gemahlenem Material, der als Abgangsmaterial bezeichnet wird.

So funktioniert die Technologie
Die im Dekanter entstehenden Rotationskräfte verstärken die Schwerkraft, die auf die durch das Gerät fließenden Flüssigkeiten einwirkt. Die ausgeübte Kraft kann die Absetzgeschwindigkeit im Vergleich zu statischen Bedingungen um das Hundert- oder Tausendfache beschleunigen.
Der modulare Aufbau dieser Dekanterzentrifuge ermöglicht eine flexible Anpassung zur Optimierung aller Arten von Trennaufgaben. Die für diese Anwendung zur Bergbauwasserrückgewinnung eingesetzten Flottweg-Dekanter bieten eine Vielzahl von Einstellmöglichkeiten, mit denen sich die Ergebnisse je nach Bedarf feinabstimmen lassen. Dazu gehören Trommelgeschwindigkeitsanpassungen über einen weiten Bereich, die die ausgeübten Trennkräfte festlegen, Variationen der Schneckengeschwindigkeit für den Feststofftransport zur Maximierung des Feststofftransports sowie mechanisch einstellbare Wasserablaufwehre zur Festlegung der internen Flüssigkeitsstände innerhalb der Maschine.

Diese drei Merkmale tragen dazu bei, die Betriebsergebnisse maßgeschneidert zu gestalten. Die Trommel- und Schneckendrehzahlen lassen sich über eine integrierte Automatisierung so einstellen, dass sie sich an Veränderungen des Zulaufs anpassen, wodurch die Maschine weiterhin ein standardisiertes Ergebnis liefert. Andere Spezialdekanter sind mit einem einstellbaren Laufrad erhältlich. Normalerweise fließt die geklärte Flüssigkeit ohne Druck aus dem Dekanter in die nachgeschaltete Auffangkammer. Alternativ ist es möglich, die geklärte Flüssigkeit mithilfe eines Laufrads abzutransportieren. Die Flüssigkeit tritt in einem geschlossenen System als Niederdruckstrom aus. Diese Variante ermöglicht die Anpassung des Flüssigkeitsstands in Echtzeit, ohne die Wehrhöhen neu einstellen zu müssen, und bietet damit eine weitere Optimierungsmöglichkeit zur Feinabstimmung der Trennleistung. Eine erweiterte Version verfügt über eine elektronische Laufrad-Positionierungsvorrichtung zur Positionierung des verstellbaren Laufrads.

Ergebnisse
Das Bergwerk in Mexiko erstreckt sich über mehr als 1.000 Acres und ist die weltweit größte Untertage-Flourspar-Lagerstätte. Der Großteil des Materials stammt aus großen Mineralvorkommen im Untertagebau. Seit der Installation der Dekanter sind die Betriebs- und Wasserkosten drastisch gesunken. Durch den Einsatz der Anlagen konnten die Kosten um mindestens ein Drittel gesenkt werden, und weitere Flottweg-Lösungen sind in Planung, um diese Kosten noch weiter zu reduzieren.

Das Bergbauunternehmen gibt an, dass die Maschinen genau wie versprochen funktionieren und zunehmend positive Ergebnisse liefern. Zu den Zielen gehören weitere Verbesserungen der Qualität des Rücklaufwassers sowie Verfahren zur Rückgewinnung von Wasser, das die Spezifikationen nicht erfüllt, aus kontaminierten Speicherbecken. Das Unternehmen beschloss, einen erheblichen Aufwand an Zeit und Ressourcen in die Verbesserung seines Wassermanagements zu investieren. „Flottweg bot uns Technologien an, die zunächst wirklich gut klangen, obwohl wir skeptisch waren, ob sie tatsächlich Ergebnisse liefern würden. Ich denke, das wichtigste Argument war, wie sie uns dabei halfen, sowohl den Betrieb der Zentrifugen als auch die damit verbundenen Prozesse zu optimieren“, sagte ein Unternehmensvertreter. „Der entscheidende Erfolgsfaktor war, dass wir das Angebot von Flottweg angenommen haben, die Anlagen von uns leasen zu lassen, damit wir sie nutzen und einen technischen Service in Anspruch nehmen konnten, der nicht nur zeigte, wie einfach die Bedienung der Anlagen ist, sondern auch, welche positiven Auswirkungen dies auf unser gesamtes System haben würde. Der Erfolg dieser Arbeit lag also im technischen Teil, aber vor allem auch im Servicebereich. Ein entscheidender Faktor war der Vorschlag von Flottweg, die Anlagen vor Ort zu testen. Ich denke, das war das Wichtigste. Und dass wir eine wirklich wichtige Synergie gefunden haben, die uns half, Ergebnisse zu erzielen, die unsere Erwartungen bei weitem übertrafen.“

Autor:

Terry Ostrom ist Manager für den Bereich Bergbau und Mineralindustrie bei Flottweg Separation Technology, Inc. Er verfügt über umfassende Erfahrungen mit Verarbeitungsanlagen, darunter Pumpen, Reagenzsysteme und Zentrifugen. Zusammen mit seiner Erfahrung im bergbaulichen Verfahrensingenieurwesen ist er damit bestens geeignet, diese Branche zu unterstützen.