Vatten är en viktig resurs som många industrier förlitar sig på och som bör användas mer sparsamt. Ett exempel är nyttan av mineralmalm. Med råvaran fluorit som exempel, forskare vid Helmholtz Institute Freiberg for Resource Technology (HIF) har nu visat hur vattenanvändningen kan optimeras. De har utvecklat ett nytt förfarande som förlänger simuleringen av förmånsprocessen. Det anger under vilka omständigheter det är meningsfullt att vatten återvinns utan att förlora förluster under malmberikning. Förbrukningen av färskvatten kan därigenom minskas avsevärt. Detta gynnar inte bara miljön utan även gruvföretagen, eftersom det gör utvinningen av råvaror mer effektiv. Forskarna har presenterat sitt nya förfarande i Journal of Environmental Management .

Finns i smartphones, moderna bilar, klimatvänliga fotovoltaiska enheter och används i många andra industrier, högteknologiska material har blivit en oumbärlig beståndsdel i modern teknik. Även om återvinning delvis kan täcka efterfrågan på råvaror, de flesta kommer fortfarande från gruvdrift. Miljöpåverkan är välkänd:markanvändning, generering av ytterligare trafikinfrastruktur och industrialisering av ofta avlägsna områden. Gruvdrift kräver också stora mängder vatten och producerar motsvarande stora mängder avloppsvatten. Samarbetar med kollegor i Finland, ett team av forskare vid HIF som leds av processingenjören Bruno Michaux har utvecklat en metod för att göra vattenanvändningen vid bearbetning av mineralråvaror mer hållbar. Med mineralfluoriten som exempel, de har visat hur vattenförbrukningen kan minskas avsevärt med hjälp av processimulering.

Fluorit - även känd i mineralogi som fluorspar och med dess kemiska namn kalciumfluorid - är en viktig råvara för industrin. Den är använd, till exempel, i smältning av järn, inom aluminiumutvinning och inom den kemiska sektorn som råvara för produktion av fluor och fluorvätesyra. Förmodligen är den mest kända produkten av fluorkemi PTFE, en fluorpolymer som säljs i membranform under handelsnamnen Teflon och Gore-Tex.

Malmtjänstgöring som vattensnäckare

"Extraktionen av fluorit förbrukar mycket vatten, "förklarar Bruno Michaux." Beroende på det lokala klimatet, men ännu mer om konstruktionen av mineralförädlingsanläggningen, det kan vara upp till 4, 000 liter per ton malm. "Det finns uppenbarligen inget som HIF -forskarna kan göra åt vädret, men de kan säkert bidra till att optimera själva bearbetningen. I detta steg i processen, spillstenen separeras från den utvunna malmen för att höja fluoritinnehållet från under 50 procent till cirka 98 procent.

För att åstadkomma detta, ingenjörerna tillämpar flotationsprocessen. I enkla termer, det fungerar enligt följande:malmen mals och blandas med mycket vatten; sedan tillsätts olika kemikalier till blandningen för att göra fluoritytan vattenavvisande (hydrofob). Luft pumpas sedan in i blandningen, skapa små bubblor som bär de hydrofoba partiklarna till ytan. Fluoriten ackumuleras därmed i det resulterande skummet medan avfallsstenen lämnas kvar. Innan den senare kan deponeras på en avfallsdamm eller returneras under jord som fyllnadsmaterial, ett avvattningssteg behövs. För att uppnå önskad koncentration av fluorit, flotation upprepas flera gånger, vilket kräver mycket vatten.

"Gruvföretag försöker minska sin förbrukning av vatten genom att använda det flera gånger, "säger Michaux." Men använt vatten innehåller ämnen som kan störa processens prestanda, och det är något man bör undvika. "Exempel på sådana ämnen är kalcium- och magnesiumjoner, som hämmar hydrofobiseringen av fluoritytan. Styrkan hos denna effekt beror på koncentrationen av jonerna. Den nya metoden tar nu hänsyn till påverkan av vattnets kemiska sammansättning på flottningen. Som ett resultat av omfattande laboratorieexperiment med en fluoritmalm, forskarna erhöll data som återspeglade den lösta substansens komplexa interaktion och integrerade dem i HSC Sim -simuleringsprogrammet. HSC Sim används redan i gruvindustrin för att kartlägga bearbetningsanläggningen och för att kontrollera mineralförädlingsprocessen.

Digital övervakning av vatten- och energiförbrukning

"Med de ytterligare funktioner som vi utvecklat, programvaran kan nu ta hänsyn till sammansättningen av processvattnet, "förklarar Michaux." Detta möjliggör återvinning av vattnet utan att äventyra processeffektiviteten. "Simuleringen tillåter också operatörer att optimera användningen av olika vattenreservoarer i närheten av gruvan, såsom sjöar, floder, akviferer eller havet. Ytterligare processsteg, såsom malning och avvattning av malmen, ska integreras i framtiden. I ett idealiskt scenario, vattenförbrukningen kan då falla under 1, 000 liter per ton malm.

Forskargruppen hoppas snart kunna utsätta den nya metoden för ett praktiskt test i en verklig gruvdrift. "Eftersom detta kräver en helt digitaliserad behandlingsprocess där sensorer kontinuerligt mäter och rapporterar egenskaperna hos strömmarna för processkontroll, det är bara större gruvor som kommer att satsa på en sådan investering i detta tidiga skede, "tillägger Michaux." Digitaliseringspotentialen är, dock, enorm:övervakning i realtid och verkligt intelligent processimulering gör det möjligt att utvinna mer råmaterial samtidigt som du använder mindre energi och färre naturresurser. "Detta gäller alla malmer och inte bara för återvinning av vatten vid fluoritbearbetning för vilken simuleringsmetoden utvecklades av HIF -teamet.