Synthetisierung realistischer Modellgefüge mineralischer Rohstoffe auf Basis quantitativer Gefügekennzahlen als Grundlage für die Simulation von Zerkleinerungsprozessen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Holger Lieberwirth
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 320596194

Die Bedeutung simulationsgestützter Untersuchungen nimmt angesichts begrenzter materieller Ressourcen für die Forschung an Originalmaschinen einerseits und immer günstigerer sowie leistungsfähigerer Rechentechnik andererseits gerade auch im Bereich der Aufbereitungstechnik zu. Insbesondere in der Zerkleinerungstechnik werden bekannte empirische und teilempirische Untersuchungsmethoden durch den zielgerichteten Einsatz von Simulationsverfahren ersetzt oder ergänzt. Dabei hat sich parallel zu den Simulationsansätzen bezüglich des Aufschlusses von Wertmineralen insbesondere die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) zu einem anerkannten Werkzeug entwickelt.Im Hinblick auf die Zerkleinerungstechnik bietet sich die Simulation mittels sogenannter Bonded Particle Modelle (BPM) innerhalb einer DEM-Umgebung an. Allerdings ist die Anzahl von Simulationen des Zerkleinerungsverhaltens noch gering und deren Aussagekraft begrenzt. Eine Ursache dafür ist sicherlich in der Tatsache zu suchen, dass bisher nicht ausreichend eindeutige Zusammenhänge zwischen den Parametern des DEM-Modells auf der einen und den Bindungsmechanismen realer Partikel auf der anderen Seite gefunden wurden. In der Literatur wird weiterhin noch kein adäquates Verfahren gezeigt, um Gefügestrukturen natürlicher mineralischer Rohstoffe realitätsnah in die Simulationsumgebung zu übertragen. Um effiziente Aufbereitungstechnologien mit Hilfe von Simulationswerkzeugen entwickeln zu können, müssen jedoch die stofflichen und mineralogischen Eigenschaften eines quantitativ analysierten Gefüges vom Modell statistisch repräsentativ abgebildet werden. Ohne diese Grundlage ist die Belastbarkeit der aus den Modellen abgeleitet Aussagen eingeschränkt.Ziel des Projektes ist es deshalb, Festgesteine und Erze auf Grundlage der am Institut für Aufbereitungsmaschinen entwickelten quantitativen Gefügeanalyse in einem Bonded-Particle-basierten DEM-Modell realitätsnah und unter Einbeziehung aller ermittelten Gefügekennwerte abzubilden. Um die Bindungsparameter zwischen den diskreten Elementen definieren zu können, sollen insbesondere die Mikrohärte und Bruchzähigkeit der Minerale berücksichtigt werden. Durch die Kombination von einem Bonded Particle Modell, welches die Kornstruktur realitätsnah wiedergibt, mit mineralspezifischen Festigkeitsparametern wird eine deutlich höhere prognostische Genauigkeit von DEM-Modellen für Festgesteine und Erze in Anwendungen der Rohstoffaufbereitung, aber auch anderen, zum Beispiel der Felsmechanik, erwartet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen