Untersuchung wissenschaftlicher Grundlagen zur Selektiven Zerkleinerung mit engem Bezug zu mineralogischen und technologischen Eigenschaften der Rohstoffe

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Holger Lieberwirth; Professor Dr. Florian Mertens
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429570010

Zunehmend sind neu aufgeschlossene Lagerstätten durch eine komplexe mineralogische Zusammensetzung und niedrigere Wertstoffgehalte gekennzeichnet. Die Mineralkörner sind oft kleiner, stärker verwachsen und die Wertstoffe sind an eine größere Zahl verschiedener Erzminerale gebunden. Für einen hinreichenden Aufschluss müssen die Erze auf eine kleinere Produktpartikelgröße aufgemahlen werden. Der Energiebedarf für die Zerkleinerung steigt mit kleinerer Produktpartikelgröße stark progressiv an. Durch Selektive Zerkleinerung könnte dieser Energiebedarf erheblich reduziert werden.Selektive Zerkleinerung führt entweder zu einer bevorzugten Rissausbreitung und Bruchbildung entlang der Korngrenzen und ermöglicht so einen hohen Aufschlussgrad bei großer Partikelgröße. Oder sie bewirkt eine bevorzugte Rissausbreitung und Bruchbildung in einem oder einigen Bestandteilen. Das führt zu einer partikelgrößenabhängigen Stoffverteilung. Mit einer anschließenden Klassierung gelingt die Trennung von Wert- und Störstoff. Die Selektive Zerkleinerung ist als ohnehin erforderliche, aber auf Stofftrennung ausgerichtete Zerkleinerung in Kombination mit einer einfachen Klassierung ein sehr effizientes Trennverfahren.Eine quantitative Beschreibung der Erze und ihrer Bestandteile ist eine wesentliche Grundlage für die zielgerichtete Auslegung von Zerkleinerungsmaschinen und Aufbereitungsprozessen. Mineralogische Eigenschaften der wichtigen Erz- und Gesteinsminerale sind gut untersucht. Die Zerkleinerungseigenschaften einzelner Minerale sind viel weniger und die Eigenschaften von Korngrenzen kaum untersucht. Das Forschungsprojekt stellt es sich daher zur Aufgabe, die Eigenschaften und das Zerkleinerungsverhalten der Minerale und insbesondere der Korngrenzen systematisch zu untersuchen. Um das Zusammenwirken mineralogischer Eigenschaften und der Rissausbreitung bei mechanischer Beanspruchung zu untersuchen, wird ein Versuchsstand mit einem Polarisations-Erzmikroskop mit eingebautem aber austauschbarem Indenter aufgebaut. Der Versuchstand erlaubt die Entwicklung eines geeigneten Indenters zur zuverlässigen Erzeugung von Palmqvist-Rissen. Anhand der Palmqvist-Risse werden die mechanischen Eigenschaften der Korngrenzen untersucht. Parallel dazu werden verschiedene mineralogische Methoden wie Computertomographie und Quantitative Mikrostrukturanalyse zur Untersuchung eingesetzt. Experimentelle Untersuchungen zur Selektiven Zerkleinerung begleiten das Forschungsprojekt und dienen der Korrelation von gemessenen Eigenschaften auf Mikroebene und dem Zerkleinerungsverhalten in der Makroebene. Das Forschungsprojekt liefert Methoden zur zuverlässigen quantitativen Bestimmung des Zerkleinerungsverhaltens der Minerale sowie Methoden zur begründeten Auswahl von Zerkleinerungsmaschinen und zielgerichteten Auslegung der Zerkleinerungsprozesse in der Erzaufbereitung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Gerhard Heide
• Kooperationspartnerinnen: Professorin Dr.-Ing. Tatyana Nikolayevna Aleksandrova, bis 3/2022; Professorin Dr. Irina Vladimirovna Talovina, bis 3/2022