Um an Wertminerale zu gelangen, bewegen Bergbaufirmen große Mengen an Gestein. Es muss zunächst gemahlen und anschließend meist unter Zugabe chemischer Lösungen und großer Mengen an Wasser behandelt werden. Je niedriger die Konzentration der Wertstoffe, desto größer ist der Anteil des anfallenden Abraumschlamms. Diese sogenannten Tailings, die teils noch mit Chemikalien belastet sind, werden in große Schlammbecken gepumpt. Die Becken sind gewöhnlich durch Erdwälle gesichert. Während des Minenbetriebs müssen sie so stabil sein, dass sie dem Druck des gelagerten Abraums standhalten. Das ist leider nicht immer der Fall. So brach im Jahr 2000 der Damm von Baia Mara in Rumänien und am 5. November 2015 der Damm von Bento Rodrigues in Brasilien, bei dem 16 Menschen ihr Leben verloren.
Diese Aufbewahrungsmöglichkeit ist bisher noch weit verbreitet, enthält aber ungeheure Risiken für die Umwelt und bindet das genutzte Prozesswasser. Dazu kommen enorme Kosten für die Überwachung der Dammstabilität und die Untersuchungen der Grundwasserbelastungen.
Trockenlagerung auf dem Vormarsch
Eine Alternative zu dieser Lagerung ist die sogenannte Trockenlagerung. Dabei wird der getrocknete Abraumschlamm auf der Erdoberfläche eingelagert. Diese Entsorgungsmethode erinnert besonders an moderne und versiegelte Bodenaufschüttungen. Die Trockenlagerung benötigt deutlich weniger Platz, ist bedeutend sicherer und bringt das genutzte Prozesswasser wieder direkt zurück in den Kreislauf. Besonders an schwer erreichbaren oder beengten Orten mit einem hohen Erdbebenrisiko wird diese Methode bevorzugt. Zudem stehen viele Betreiber vor der Herausforderung, dass in den Abbauregionen nur teilweise die benötigten Mengen an Frischwasser zur Verfügung stehen, was massive Auswirkungen auf die Kosten des Betriebs hat.
Aufgrund von wirtschaftlichen Berechnungen und dem Druck vieler Regierungen setzt sich die Trockenlagerung folglich immer mehr durch. Für die Methode gibt es verschiedene Verfahren: Neben der Kammerfilterpresse und der Bandpresse gewinnt die Zentrifuge in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung.
Maschinen im Vergleich
Bei der Bandpresse wird mit polymeren Flockungsmitteln behandelter und niedrig konzentrierter Schlamm in den Produktaufnahmebehälter gepumpt und gleichmäßig auf einem engporigen Band verteilt. Anschließend wird der Schlamm einem Vakuum ausgesetzt, um die Flüssigkeit aus dem Schlamm zu entfernen.
Eine weitere Möglichkeit der Entwässerung des Abraumschlamms ist die Kammerfilterpresse. Filterpressen sind diskontinuierlich arbeitende Druckfilter zur Fest-Flüssig-Trennung von Suspensionen. Filterpressen als Apparate zur Kuchenfiltration besitzen ein durch Filterplatten gebildetes Filterpaket in einem Gestell, das zwischen einem festen und einem beweglichen Deckel angeordnet ist. Zwischen den einzelnen Platten befinden sich Filtermittel (Gewebe oder Membrane). Der feste Deckel ist über Verbindungs- und Zugholme mit der Brücke verbunden. Über eine hydraulische Anpressvorrichtung, die in der Brücke integriert ist und auf den beweglichen Deckel wirkt, wird das Filterpaket angepresst. Die Drücke liegen zwischen 250 und 600 bar; dies gewährleistet die Dichtigkeit des Filterpakets.
Trennung von fest und flüssig
Die Flüssigkeit passiert das Filtermittel und verlässt die Presse über Ablaufkanäle. Die festen Teile der Suspension bleiben zurück und bilden den Filterkuchen. Nach Beendigung des Filtrationszyklus wird der Druck - selbstreinigende Kammerfilterpressen erledigen dies automatisch – langsam abgelassen, die Filterpresse geöffnet und der Kuchen von den Filtertüchern manuell entfernt. Die Filtertücher müssen regelmäßig mit einer Waschflüssigkeit gereinigt werden, da sie mit der Zeit verstopfen.
Aber auch kontinuierliche Systeme, wie beispielsweise der Dekanter, ermöglichen eine Trocknung des Abraumschlamms. Bei der Dekanterzentrifuge werden flüssige und feste Phasen durch Beschleunigung voneinander getrennt. Die Feststoffteilchen sammeln sich hierbei aufgrund der höheren Dichte an der Trommelwand und werden mit Hilfe einer Förderschnecke zu den Austragsöffnungen transportiert. Gleichzeitig fließt die geklärte Flüssigkeit an der Schnecke entlang in die Flüssigkeitsaustragszone. Der Dekanter ist ein vollautomatisiertes und geschlossenes System. Es können große Produktmengen mit hoher Trennschärfe verarbeitet werden. Ein spezieller Verschleißschutz sorgt für niedrige Wartungskosten und geringe Ausfallzeiten.
In der Regel sind die Kapazitäten der Kammerfilterpresse und der Zentrifuge annähernd gleich. Die Zentrifuge trennt alle Partikel ab einer Größe von 5 μm. Für noch kleinere Partikel ist der Einsatz polymerer Flockungsmittel notwendig. Diese Hilfsmittel sind bei der Kammerfilter- und Bandpresse ohnehin notwendig. Bei beiden Geräten kommt es nach einer gewissen Zeit zu Ablagerungen in den Filtertüchern beziehungsweise dem Band. Die Entwässerungsleistung lässt dadurch nach. Dies trifft auf die Zentrifuge nicht zu.
Fallstudie am anderen Ende der Welt
Die Tiebaghi-Nickel-Mine in Neukaledonien (französische Inselgruppe im Südpazifik) befindet sich in einem bergigen Terrain mit großer Wasserknappheit. Diese Voraussetzungen sowie das fragile Ökosystem der Region führten dazu, dass die Betreiber der Mine hohen Wert auf die Rückgewinnung des Prozesswassers legten.
Bis dato verbrauchte die Mine im Jahr 650.000 m³ Frischwasser. Die Herausforderung bestand also darin, das benutzte Wasser wieder aufzubereiten, um es direkt wieder in den Einsatz zu bringen. Der Betreiber der Mine, die Firma Eramet, entschied sich dafür für Dekanterzentrifugen von Flottweg, ein Unternehmen für Trenntechnik aus Bayern.
In nur wenigen Monaten installierte Flottweg acht Z92-4 Dekanter. Das Modell Z92 hat einen Trommeldurchmesser von 920 mm. Die Maschinen verarbeiten jeweils eine Durchsatzmenge von 130 m³/h. Der aufbereitete Tailing-Schlamm enthält dabei einen Feststoffanteil von rund zehn Prozent. Jedes Jahr können so etwa 98 Prozent des Prozesswassers wiedergewonnen werden. Hinzu kommt, dass die Betreibergesellschaft die kostspieligen Dämme auflösen und somit gleichzeitig das Risiko eines Dammbruchs und die damit verbundene Gefahr für Mensch und Natur ausschließen kann. Die Ergebnisse aus Neukaledonien und weiteren Projekten haben gezeigt, dass eine Entwässerung von Tailings sinnvoll und kostengünstig geschehen kann.
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