-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftrennen eines Gesteins in taubes Gestein und mindestens ein Wertgestein. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Auftrenneinrichtung sowie eine Anlage zum Auftrennen eines Gesteins in taubes Gestein und mindestens ein Wertgestein sowie einen Marker zur Verwendung in einem solchen Verfahren bzw. einer solchen Auftrenneinrichtung oder Anlage.
-
Primärerz- oder Hartgesteinlagerstätten, beispielsweise zum Abbau Seltener Erden, weisen in der Regel nur geringe Wertstoffgehalte auf. Die Wertstoffe liegen zudem regelmäßig in komplexen Erzstrukturen bzw. innerhalb fein verwachsener Minerale vor. Diese Eigenschaften führen in vielen Fällen dazu, dass ein ökologischer und ökonomischer Abbau dieser Lagerstättentypen erschwert, mit hohen Kosten verbunden oder sogar unmöglich ist.
-
Üblicherweise werden die fein verwachsenen Minerale vor der eigentlichen Anreicherung bzw. Aufkonzentration der jeweiligen Wertstoffe durch physikalische Aufbereitungstechniken unter hohem Energieeinsatz zerkleinert. Dazu werden die betreffenden Gesteine oder Erze zunächst gebrochen und anschließend durch Mahlung auf eine Korngröße zerkleinert, in der ein ausreichender Aufschlussgrad der Wertstoffe erreicht wird. Der Aufschlussgrad gibt dabei den prozentualen Anteil des Wertstoffs an, welcher im Einzelkorn frei vorliegt und somit von taubem Gestein getrennt werden kann. Nach dem Aufschluss müssen die wertstoffhaltigen Gesteinspartikel von tauben bzw. von zumindest überwiegend tauben Gesteinspartikeln getrennt werden. Bei diesen Aufbereitungsprozessen sind große Mengen an Wasser und Reagenzien notwendig. Das gesamte taube Gestein wird anschließend abgelagert. Dies kann im Falle einer übertägigen Aufbereitung zu einem hohen Flächenverbrauch führen und die Umwelt durch die Ablagerung von Materialien mit einem hohen Anteil an unerwünschten Bestandteilen belasten.
-
Problematisch sind die geringen Wirkungsgrade der bekannten Anreicherungsprozesse, durch die das Ausbringen der Wertminerale gering ist. Das Ausbringen gibt dabei den prozentualen Anteil an Wertmineral an, welcher durch einen technischen Sortierprozess aus dem Primärgestein gewonnen werden kann. Je geringer das Ausbringen, desto mehr Wertmineral verbleibt im Bergestrom und geht somit verloren.
-
Charakteristisch für Seltenen Erden-Minerale wie Bastnäsit, Monazit und Xenotim ist, dass sie im Normalfall das gesamte Spektrum an Seltenen Erden Elementen (SEE) beinhalten. Durch diese Vergesellschaftung und die hohe Ähnlichkeit der SEE in ihrem chemischen Verhalten bestehen sehr hohe Anforderungen an den Trennprozess der Einzelsubstanzen. Im Allgemeinen werden die SEE in leichte und schwere SEE unterteilt, wobei Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Gadolinium, Samarium und Europium zu den leichten zählen und Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium und Yttrium zu den schweren zusammengefasst werden. Je nach Mineraltyp und Lagerstätte variiert die jeweilige Zusammensetzung. So weist beispielsweise Xenotim einen sehr hohen Gehalt (ca. 80%) an schweren SEE auf, hingegen beinhalten Bastnäsit und Monazit überwiegend leichte SEE.
-
Zur Aufbereitung von Primärerzen enthaltend Seltenerdminerale, wie Bastnäsit oder Monazit, werden derzeit ausschließlich konventionelle Aufbereitungstechnologien verwendet. Bei den Primärerz- oder Hartgesteinslagerstätten wird vor der eigentlichen Anreicherung der Wertminerale der gesamte Materialstrom gebrochen und auf Flotationsfeinheit, das heißt in der Regel auf Korngrößen kleiner 150 µm, aufgemahlen, wodurch große Mengen an Energie aufgewendet werden müssen. In der anschließenden Flotation wird der Wertstoff vom wertlosen Material (Gangart) abgetrennt und damit aufkonzentriert. Das aufgemahlene Gestein bzw. Erz liegt dabei suspendiert in einer Trübe (auch Pulpe genannt) vor, in die während des Flotationsprozesses Gasblasen eingetragen werden. Die zu gewinnenden Wertstoffpartikeln binden an die aufsteigenden Gasblasen, die sich am Flüssigkeitsspiegel anreichern und dort einen feststoffbeladenen Schaum bilden. Dieser wird abgetragen und das wertlose Material (Gang) verbleibt im Flotationsabgang (Tailing). Das grundlegende Trennprinzip der Flotation beruht auf dem selektiven Anhaften von hydrophoben Feststoffteilchen an die eingebrachten Gasblasen. Daher werden durch zugegebene Flotationsreagenzien Feststoffteilchen gezielt hydrophobiert, bzw. hydrophiliert sowie die Schaumeigenschaften gesteuert. Reagenzien, die zu einer Hydrophobierung von Feststoffpartikeln führen, werden als Sammler bezeichnet. Es handelt sich hierbei um organische Verbindungen bzw. um organisch/anorganische Zwittermoleküle, die einen polaren und einen unpolaren Teil beinhalten. Der unpolare (hydrophobe) Teil besteht meist aus einer Kohlenwasserstoffgruppe, wobei sich insbesondere geradkettige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppen als geeignet erweisen. Die polare (hydrophile) Gruppe tritt mit den Feststoffteilchen in Wechselwirkung (Chemiesorption oder Physisorption) und verbessert die Löslichkeit des Sammlers in wässriger Umgebung. Dadurch bildet sich auf der Feststoffoberfläche ein Adsorptionsfilm, der den Teilchen hydrophobe Eigenschaften verleiht, die das Anhaften an Gasblasen ermöglichen.
-
Im Allgemeinen entstehen bei der Flotation hohe Prozesskosten aufgrund der Wasseraufbereitung und dem hohen apparativen Aufwand. Außerdem zieht es Umweltproblematiken aufgrund des Gehalts an Flotationsreagenzien und schädlichen Stoffen in den Abgängen mit sich. Im Anschluss an die Flotation wird das Konzentrat oft mit einer Mineralsäue versetzt und in einem Hochtemperaturprozess umgesetzt, um die Seltenen Erden Elemente in lösliche Substanzen zu überführen und Fluor-haltige Bestandteile und gegebenenfalls CO2 zu entfernen. Durch die hohe Ähnlichkeit der SEE in ihrem chemischen Verhalten, müssen die einzelnen Substanzen anschließend sehr aufwendig voneinander getrennt werden. Im großtechnischen Maßstab dient zur Auftrennung meist die Flüssig/Flüssig-Extraktion. Diesem Trennverfahren liegt das unterschiedliche Löseverhalten der Substanzen in zwei nicht mischbaren Lösemitteln zugrunde. Die Seltenen Erden befinden sich zunächst in der wässrigen Phase und werden nach und nach in einer Mixer/Settler-Kaskade in die organische Phase überführt.
-
Ein Fließbild einer entsprechenden Aufbereitungsanlage für Mountain Pass, einer Primärerzlagerstätte enthaltend Seltenerdminerale in Kalifornien, wird durch C. K. Gupta und N. Krisnamurthy in „Extractive Metallury of Rare Earths", 2005, CRC-Press, Seite 141, aufgezeigt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein effizienteres und umweltfreundlicheres Verfahren zur Anreicherung von Wertstoffen enthaltend Gesteinen bereitzustellen und dafür geeignete Vorrichtungen und Stoffe anzugeben.
-
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Auftrenneinrichtung gemäß Anspruch 10, eine Anlage gemäß Anspruch 11 sowie durch einen Marker gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
-
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftrennen eines Gesteins in taubes Gestein und mindestens ein Wertgestein, welches wenigstens einen Wertstoff enthält. Dabei werden erfindungsgemäß zumindest die Schritte Zerkleinern des Gesteins in Gesteinspartikel, die Gesteinspartikel, die zumindest überwiegend das wenigstens eine Wertgestein enthalten, und Gesteinspartikel, die zumindest überwiegend das taube Gestein enthalten, umfassen, Versetzen der Gesteinspartikel mit wenigstens einem Marker, wobei der wenigstens eine Marker entweder zumindest überwiegend an Gesteinspartikel bindet, die zumindest überwiegend das wenigstens eine Wertgestein enthalten, oder zumindest überwiegend an Gesteinspartikel bindet, die zumindest überwiegend das taube Gestein enthalten, Zuführen der Gesteinspartikel zu mindestens einer Messeinrichtung, welche ausgebildet ist, den wenigstens einen Marker zu detektieren, Klassifizieren der Gesteinspartikel in Abhängigkeit des detektierten Markers in taubes Gestein und Wertgestein und Abtrennen des tauben Gesteins vom Wertgestein anhand der Klassifizierung der Gesteinspartikel durchgeführt. Mit anderen Worten ist es im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die Gesteinspartikel mit Hilfe wenigstens eines Markers gekennzeichnet werden, der möglichst spezifisch entweder nur an wertstoffhaltige Gesteinspartikel oder nur an taube Gesteinspartikel bindet und damit ein unterscheidungskräftiges Merkmal bzw. ein charakteristisches Messsignal bereitstellt, um eine möglichst einfache und schnelle Detektion und Unterscheidbarkeit der beiden Gesteinsklassen zu ermöglichen. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Marker zur Kennzeichnung eines Wertstoffs und/oder ein oder mehrere Marker zur Kennzeichnung mehrerer Wertstoffe verwendet werden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Marker zur Kennzeichnung eines tauben Gesteins und/oder ein oder mehrere Marker zur Kennzeichnung mehrerer tauber Gesteine verwendet werden. Alternativ ist es möglich, mindestens zwei unterschiedliche Marker zu verwenden, von denen wenigstens einer möglichst spezifisch an wertstoffhaltige Gesteinspartikel und wenigstens ein weiterer möglichst spezifisch an taube Gesteinspartikel bindet. Anschließend werden die markierten Gesteinspartikel identifiziert und anhand der jeweiligen Markierung (bzw. Nicht-Markierung) in taube oder zumindest überwiegend taube Gesteinspartikel sowie in wertstoffhaltige Gesteinspartikel aufgetrennt. Durch diese Auftrennung des Gesteins in wertstoffhaltiges und wertloses (taubes) Gestein wird bereits am Eingang in die weitere Prozesskette eine vorteilhafte Anreicherung des jeweiligen Wertstoffs erzielt, wodurch die Wirtschaftlichkeit und Ökologie des Gesamtprozesses positiv beeinflusst werden. So können durch die Vorsortierung und Anreicherung des Gesteins bereits im Aufbereitungsprozess vor einer etwaigen Feinstmahlung erhebliche Ressourcen an Energie, Wasser und Reagenzien eingespart werden. Dabei ist zu betonen, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich für alle Gesteine und Erze eignet, die Wertstoffe enthalten. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können somit Lagerstätten wirtschaftlich abgebaut werden, die bisher für einen Abbau nicht in Betracht gezogen wurden. Dabei kann grundsätzlich ebenfalls vorgesehen sein, dass die Gesteinspartikel mehrfach mit gleichen und/oder unterschiedlichen Markern versetzt werden. Weiterhin kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass zunächst ein erster Marker verwendet wird, der spezifisch an die wertstoffhaltigen Gesteinspartikel bindet, wonach ein zweiter Marker verwendet wird, der möglichst spezifisch an den ersten Marker, das heißt mittelbar an die wertstoffhaltigen Gesteinspartikel bindet. Hierdurch kann eine besonders hohe Detektionsgenauigkeit erzielt werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Gestein aufgetrennt wird, bei dem der wenigstens eine Wertstoff ein Seltenerdelement ist. Aufgrund des geringen Wertstoffanteils der Seltenen Erden in Erzbruchstücken und der schwierigen direkten messtechnischen Erfassung der physikalischen/chemischen Eigenschaften der SEE kam es in der Vergangenheit zu erheblichen Problemen durch entsprechende Sensoreinheiten. Gründe dafür sind unter anderem eine unzureichende Geschwindigkeit der Sensorik zur Erfassung der Eigenschaften der Partikel, oder eine zu geringe räumliche Auflösung bei den Sensoren. Minerale, die SEE enthalten, treten meist als feinst disseminierte Partikel in der Matrix der Minerale auf, wodurch sie nur schwer durch eine einzelne Sensoreinheit detektierbar sind. Eine Sortierentscheidung, welche bei den genannten Eigenschaften der Seltenen Erden enthaltenden Erze und bei dem derzeitigen Stand der Technik alleine auf einem einzelnen Sortierkriterium beruht, kann im Falle der Seltenen Erden unzureichend sein. Dies kann dazu führen, dass auf Grundlage der durch den einzelnen Sensor ermittelten Messwerte keine oder nur eine unzureichend genaue Charakterisierung der Partikel erfolgt und eine erfolgreiche Trennung der Partikel nicht mehr möglich ist. Durch die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommene selektive Markierung wird demgegenüber ein ausreichend starkes Detektionssignal mit einem vorteilhaften Signal-Rausch-Verhältnis sichergestellt, wodurch eine zuverlässige Sortierung bzw. Anreicherung von Seltenen Erden ermöglicht ist.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gesteinspartikel mit wenigstens einem Sammler versetzt werden. Der Sammler bzw. die Sammlermoleküle können grundsätzlich in Abhängigkeit des jeweiligen Gesteins und des abzutrennenden Wertstoffs ausgewählt sein und beispielsweise aus der Gruppe der Carboxylate, Alkylsulfate, Sulfonate, Hydroxamate, Sulfosuccinate, Sulfosuccinamate, Phosphonsäuren, Phosphorsäureester, Sulfhydryle, Schwefel- und Stickstoff-Derivate von Carbonsäuren, Dithiophosphinate, Trithiocarbonate und substituierte Mercaptobenzothiozole, Dithiophosphate, Chelatbildner, kationischen Sammler, Amine, amphoteren Tenside und/oder nicht-ionischen Reagenzien stammen. Hierdurch wird eine besonders einfache und schnelle Abtrennung und Anreicherung des wenigstens einen Wertstoffs mit Hilfe von Flotationsverfahren ermöglicht.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der wenigstens eine Marker an den wenigstens einen Sammler gebunden ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Sammler integral mit dem Marker verbunden ist. Durch die Sammlereigenschaften des Sammlers adsorbiert die Substanz gezielt an wertstoffhaltigen Gesteinspartikeln und kann durch den charakteristischen Marker eindeutig und zuverlässig detektiert werden. Auf diese Weise kann auf die Zugabe eines getrennten Markers vorteilhaft verzichtet werden, wodurch weitere wirtschaftliche und ökologische Vorteile erzielt werden. Der Marker kann beispielsweise an einen unpolaren Teil des Sammlermoleküls chemisch oder physikalisch gebunden sein, um die Bindung eines polaren Sammlermolekülbereichs an die wertstoffhaltigen Gesteinspartikel nicht zu behindern.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Marker verwendet wird, welcher wenigstens ein Strukturelement aus der Gruppe der Chromophore, UV-Absorber und Fluorophore umfasst und/oder der einen Quantenpunkt und/oder ein radioaktives Element umfasst. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Marker wenigstens ein Strukturelement enthält, das elektromagnetische Strahlung bestimmter Wellenlängen absorbiert (z.B. UV-aktiv und/oder farbig) und/oder eine radioaktive Markierung aufweist. Hierdurch ist eine besonders schnelle, einfache und zuverlässige Detektion des Markers und damit der wertstoffhaltigen Gesteinspartikel ermöglicht. Besonders bevorzugt sind Marker, die Fluorophore enthalten. Beispielsweise kann der Marker ein oder mehrere Strukturelemente umfassen, die sich von 1-Anilinonaphthalene-8-sulfonsäure, 1-Anilinonaphthalene-8-sulfonsäure, 5-(und-6)-Carboxy-2', 7'-dichlorofluorescein, 5-FAM, 5-ROX (5-Carboxy-X-rhodamine, Triethylammonium Salz), 5-TAMRA, 5-TAMRA-MeOH, 6 JOE, 6,8-Difluoro-7-hydroxy-4-methylcoumarin, 6-Carboxyrhodamine 6G, 6-Carboxyrhodamine-hydrochlorid, 6-HEX, 6-TET, 7-Amino-4-methylcoumarin, 7-Hydroxy-4-methylcoumarin, 7-Hydroxy-4-methylcoumarin, Acridine Orange, Alexa 350, Alexa 405, Alexa 430, Alexa 488, Alexa 532, Alexa 546, Alexa 555, Alexa 568, Alexa 594, Alexa 633, Alexa 647, Alexa 660, Alexa 680, Alexa 700, Alexa Fluor 430 Antikörper-Konjugat, Alexa Fluor 488, Alexa Fluor 488 hydrazid, Alexa Fluor 532, Alexa Fluor 555, Alexa Fluor 568, Alexa Fluor 610 R-phycoerythrinstreptavidin, Alexa Fluor 633, Alexa Fluor 647, Alexa Fluor 647 R-phycoerythrinstreptavidin, Alexa Fluor 660, Alexa Fluor 680, Alexa Fluor 700, Allophycocyanin, Aminocoumarin, APC (Allophycocyanin), Atto 647, Auramine O, BCECF, BCECF, BFP (Blue Fluorescent Protein), BODIPY 650/665-X, BODIPY FL Konjugat, BODIPY FL, Bodipy R6G SE, BODIPY R6G, BODIPY TMR-X, Bodipy TMR-X Konjugat, BODIPY TMR-X, BODIPY TMR-X, BODIPY TR-X, BODIPY TR-X, BODIPY TR-X, BOPRO-1, BOPRO-3, Calcein, Calcium Crimson, Calcium Green, Calcium Orange, Carboxynaphthofluorescein, Cascade Blue, Cascade Blue BSA, Cascade Yellow, CFDA, CFP (Cyan Fluorescent Protein), CI-NERF, Citrin, Coumarin, Cy 2, Cy 3, Cy 3.5, Cy 5, Cy 5.5, Dansyl Cadaverin, DAPI, Dapoxyl (2-aminoethyl) sulfonamid, DDAO, Di-8 ANEPPS, Di-8-ANEPPS-lipid, DiI, DiO, DM-NERF, DsRed, DTAF, dTomato, DyLight 350, DyLight 405, DyLight 488, DyLight 549, DyLight 594, DyLight 633, DyLight 649, DyLight 680, eCFP (Enhanced Cyan Fluorescent Protein), eGFP (Enhanced Green Fluorescent Protein), Eosin, Erythrosin-5-isothiocyanate, Ethidium Bromide, Ethidium homodimer, evoglow-Bs1, evoglow-Bs2, evoglow-Pp1, eYFP (Enhanced Yellow Fluorescent Protein), FDA, FITC, FlAsH, Fluo-3, Fluo-4, Fluor-Ruby, Fluorescein, Fluorescein dextran, Fluorescein, Fluoro-Emerald, FM 1-43, FM 1-43 lipid, FM 4-64, FM 4-64, 2% CHAPS, Fura Red, GFP (S65T), HcRed, Hoechst 33258, Hoechst 33342, JC-1, Lissamine rhodamin, Lucifer Yellow, CH, LysoSensor Blue, LysoSensor Green, LysoSensor Yellow, LysoTracker Blue, LysoTracker Green, LysoTracker Red, Magnesium Green, Magnesium Green Mg2+, Magnesium Orange, Marina Blue, mBanana, mCherry, mHoneydew, MitoTracker Green, MitoTracker Green FM, MitoTracker Orange, MitoTracker Red, mOrange, mPlum, mRFP, mStrawberry, mTangerine, NBD-X, NBD-X, MeOH, NeuroTrace 500/525, green fluorescent Nissl stain-RNA, Nile Blue, Nile Red, Nile Red-lipid, Nissl, Oregon Green 488, Oregon Green 514, Pacific Blue, Phycoerythrin, PO-PRO-1, PO-PRO-3, POPO-1, POPO-3, Propidium Iodid, R-Phycoerythrin, ReAsH, Resorufin, Resorufin, Rhod-2, Rhodamin, Rhodamin 110, Rhodamin 123, MeOH, Rhodamin B, Rhodamin Green, Rhodamin phalloidin, Rhodaminen Green, Sapphire, SBFI-Na+, Sodium Green Na+, Sulforhodamine 101, SYBR Green I, SYPRO Ruby und/oder Tetramethylrhodamin dextran ableiten bzw. diese Moleküle sind.
-
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die markierten Gesteinspartikel vor dem Zuführen zur mindestens einen Messeinrichtung gewaschen und/oder vereinzelt werden. Durch das Waschen wird überschüssiger bzw. unspezifisch gebundener Marker entfernt, wodurch vorteilhaft eine verbesserte Detektion ermöglicht ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Detektion mittels der Messeinrichtung durch eine möglichst weitgehende Vereinzelung der Gesteinspartikel verbessert werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das abgetrennte Wertgestein feingemahlen wird. Das Feinvermahlen kann dabei aufgrund der bereits erfolgten Aufbereitung und Anreicherung des jeweiligen Wertstoffs in den Gesteinspartikeln wesentlich schneller, einfacher und mit weniger Energiebedarf durchgeführt werden und eröffnet verschiedene Möglichkeiten zur weiteren Anreicherung des Wertstoffs.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wertgestein nach dem Abtrennen vom tauben Gestein aufkonzentriert wird, um den Anteil am wenigstens einen Wertstoff weiter zu erhöhen. Durch diese zusätzliche Anreicherung des Wertstoffs kann dieser entsprechend einfach und mit hohen Reinheitsgraden gewonnen werden. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass die feingemahlenen Gesteinspartikel zum weiteren Aufkonzentrieren des Wertstoffs für einen weiteren Verfahrensdurchgang verwendet, das heißt nochmals markiert, klassifiziert und aufgetrennt werden. Grundsätzlich können jedoch in Abhängigkeit des jeweiligen Gesteins alle geeigneten Aufkonzentrierungsverfahren verwendet werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Aufkonzentrieren des wenigstens einen Wertstoffs wenigstens ein Flotationsverfahren und/oder ein Extraktionsverfahren und/oder ein Reduktionsverfahren verwendet wird. Mit Hilfe eines Flotationsverfahrens kann der Wertstoff besonders schnell und einfach vom wertlosen Material (Gangart bzw. taubes Gestein) abgetrennt und damit weiter aufkonzentriert werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine weitere Aufkonzentrierung mit Hilfe eines Extraktionsverfahrens erfolgen. Wertstoffe, die in oxidierter Form im Gestein vorliegen, können weiterhin mit Hilfe eines Reduktionsverfahrens vorteilhaft aufkonzentriert werden. Dies betrifft beispielsweise Seltene Erden, die in der Natur stets in oxidierter Form, beispielsweise in Form von Carbonaten oder Phosphaten, vorliegen.
-
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Auftrenneinrichtung zum Auftrennen eines Gesteins in taubes Gestein und mindestens ein Wertgestein, welches wenigstens einen Wertstoff enthält. Erfindungsgemäß umfasst die Auftrenneinrichtung mindestens eine Dosiereinrichtung, welche ausgebildet ist, Gesteinspartikel mit mindestens einem Marker zu versetzen, wobei der mindestens eine Marker entweder zumindest überwiegend an Gesteinspartikel bindet, die zumindest überwiegend das wenigstens eine Wertgestein enthalten, oder zumindest überwiegend an Gesteinspartikel bindet, die zumindest überwiegend taubes Gestein enthalten, mindestens eine Messeinrichtung, welche ausgebildet ist, den wenigstens einen Marker zu detektieren, wenigstens eine Auswerteeinrichtung zum Klassifizieren der Gesteinspartikel in Abhängigkeit des detektierten Markers in taubes Gestein und Wertgestein und mindestens eine Trenneinrichtung zum Abtrennen des tauben Gesteins vom Wertgestein anhand der Klassifizierung der Gesteinspartikel. Die erfindungsgemäße Auftrenneinrichtung ermöglicht damit eine effizientere und umweltfreundlichere Anreicherung von Wertstoffen enthaltend Gesteinen. Weitere sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.
-
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Anlage zum Auftrennen eines Gesteins in taubes Gestein und mindestens ein Wertgestein, welches wenigstens einen Wertstoff enthält. Die Anlage umfasst dabei erfindungsgemäß mindestens einen Brecher zum Zerkleinern des Gesteins in Gesteinspartikel, welche Gesteinspartikel aus oder überwiegend aus taubem Gestein und Gesteinspartikel aus oder überwiegend aus mit Wertstoff angereichertem Wertgestein umfassen, mindestens eine Dosiereinrichtung, welche ausgebildet ist, die Gesteinspartikel mit mindestens einem Marker zu versetzen, wobei der mindestens eine Marker entweder zumindest überwiegend an Gesteinspartikel bindet, die zumindest überwiegend das wenigstens eine Wertgestein enthalten, oder zumindest überwiegend an Gesteinspartikel bindet, die zumindest überwiegend taubes Gestein enthalten, mindestens eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Gesteinspartikel, mindestens eine im Bereich der Transporteinrichtung angeordnete Messeinrichtung, welche ausgebildet ist, den wenigstens einen Marker zu detektieren, wenigstens eine mit der Messeinrichtung gekoppelte Auswerteeinrichtung zum Klassifizieren der Gesteinspartikel in Abhängigkeit des detektierten Markers in taubes Gestein und Wertgestein und mindestens eine mit der Auswerteeinrichtung gekoppelte Trenneinrichtung zum Abtrennen des tauben Gesteins vom Wertgestein anhand der Klassifizierung der Gesteinspartikel. Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht damit eine effizientere und umweltfreundlichere Anreicherung von Wertstoffen enthaltend Gesteinen. Weitere sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und des zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und des zweiten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.
-
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Auftrenneinrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt oder die Anlage gemäß dem dritten Erfindungsaspekts eine Messeinrichtung mit einer Analyseeinrichtung umfasst, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, die optische Analyseeinrichtungen, Massenspektroskopie-basierte Analyseeinrichtungen, Kernresonanzspektroskopie-basierte Analyseeinrichtungen und/oder Analyseeinrichtungen für ionisierende Strahlung umfasst. Hierdurch kann die Messeinrichtung optimal an den jeweils verwendeten Marker angepasst werden.
-
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft einen Marker zur Verwendung in einem Verfahren gemäß dem ersten Erfindungsaspekt und/oder zur Verwendung in einer Auftrenneinrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt und/oder zur Verwendung in einer Anlage gemäß dem dritten Erfindungsaspekt, wobei der Marker spezifisch detektierbar ist und ausgebildet ist, entweder zumindest überwiegend an wenigstens ein Wertgestein oder zumindest überwiegend an taubes Gestein zu binden. Der erfindungsgemäße Marker unterstützt damit eine effizientere und umweltfreundlichere Anreicherung von Wertstoff-enthaltend Gesteinen. Weitere sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten, zweiten und dritten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten, zweiten und dritten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des vierten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Marker chemisch oder physikalisch an einen Sammler gebunden ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Marker kovalent und/oder ionisch an einen Sammler bzw. ein Sammlermolekül gebunden ist. Ebenso kann der Marker über schwache Bindungen, beispielsweise Van-der-Waals-Wechselwirkungen, Dipol-Wechselwirkungen und/oder Wasserstoffbrückenbindung an den Sammler gebunden sein.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Marker wenigstens ein Strukturelement aus der Gruppe der Chromophore, UV-Absorber und Fluorophore umfasst und/oder dass dieser einen Quantenpunkt und/oder ein radioaktives Element und/oder ein radioaktives Molekül umfasst. Dies erlaubt eine besonders schnelle, einfache und empfindliche Detektion des wertstoffhaltigen Gesteins.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung der Markierung von Gesteinspartikeln mit einem Marker;
-
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zum Auftrennen eines Gesteins in taubes Gestein und mindestens ein Wertgestein; und
-
3 ein Ablaufdiagramm zur effizienten Gewinnung von Seltenen Erden.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung der Markierung von Gesteinspartikeln 10 mit einem Marker 12. Die Gesteinspartikel 10 werden durch Zerkleinern eines wertstoffhaltigen Gesteins gewonnen und umfassen Gesteinspartikel 10a, die zumindest überwiegend wenigstens ein Wertgestein bzw. wenigstens einen Wertstoff enthalten, sowie Gesteinspartikel 10b, die zumindest überwiegend aus taubem Gestein bestehen. Bei dem Wertstoff kann es sich beispielsweise um ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe der Seltenen Erden handeln. Die Marker 12 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel kovalent an entsprechend modifizierte Sammlermoleküle 14 gebunden, die ihrerseits selektiv an die wertstoffhaltigen Gesteinspartikel 10a anhaften. Hierzu umfassen die Sammlermoleküle 14 einen polaren Bereich 14a, der spezifisch an die Gesteinspartikel 10a, aber nicht oder zumindest überwiegend nicht an die tauben Gesteinspartikel 10b bindet. Weiterhin weisen die Sammlermoleküle 14 einen hydrophoben bzw. unpolaren Bereich 14b auf, an welchen der mit einem Stern symbolisierte Marker 12 gebunden ist. Als Sammlermoleküle 14 können beispielsweise alle an sich bekannten Sammler für die Flotation von Seltenen Erden verwendet und entsprechend modifiziert werden. Als Marker 12 können grundsätzlich alle Verbindungen verwendet werden, die eine elektromagnetische Strahlung bestimmter Wellenlänge absorbierende Gruppe (z.B. UV-aktiv oder farbig), eine radioaktive Markierung und/oder ein Fluorophor umfassen. Mit anderen Worten weist der Marker 12 ein charakteristisches Strukturelement auf, das durch eine Messeinrichtung 16 (2) eindeutig detektiert werden kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass Marker 12 bzw. Sammlermoleküle 14 verwendet werden, die spezifisch an nicht-wertstoffhaltige bzw. taube Gesteinspartikel 10b binden, so dass die wertstoffhaltigen Gesteinspartikel 10a zumindest im Wesentlichen unmarkiert bleiben. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass zwei oder mehr unterschiedliche Marker 12 (bzw. Sammlermoleküle 14) verwendet werden, von denen wenigstens einer spezifisch an wertstoffhaltige Gesteinspartikel 10a bindet, während wenigstens ein anderer spezifisch an taube Gesteinspartikel 10b bindet. Es versteht sich, dass die unterschiedlichen Marker 12 bzw. Sammlermoleküle 14 in diesem Fall so gewählt werden sollten, dass eine Unterscheidbarkeit der beiden Gesteinspartikelarten 10a, 10b gegeben ist.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage 18 zum Auftrennen von zerkleinerten Gesteinspartikeln 10a, 10b in taube Gesteinspartikel 10b und wertstoffhaltige Gesteinspartikel 10a. Hierzu umfasst die Anlage 18 einen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Brecher zum Zerkleinern des Gesteins in die Gesteinspartikel 10a, 10b. Über eine Dosiereinrichtung 20 werden die Gesteinspartikel 10a, 10b mit dem mit dem Sammler 14 verbundenen Marker 12 versetzt, so dass der Marker 12 in der vorstehend beschriebenen Weise spezifisch an die wertstoffhaltigen Gesteinspartikel 10a bindet und diese beispielsweise einfärbt. Mit Hilfe einer Transporteinrichtung 22 werden die Gesteinspartikel 10a, 10b anschließend vereinzelt und an der Messeinrichtung 16 vorbeitransportiert, welche den Marker 12 detektieren kann. Die Messeinrichtung 16 ist mit einer Auswerteeinrichtung 24 gekoppelt, die die Gesteinspartikel 10a, 10b anhand der Steuer- bzw. Messsignale der Messeinrichtung 16 in taubes Gestein und Wertgestein klassifiziert. Die Art, Anzahl und Anordnung der Messeinrichtung 16 kann frei in Abhängigkeit des Trennproblems und der verwendeten Marker 12 gewählt sein. Ausgehend von dieser Klassifizierung steuert die Auswerteeinrichtung 24 eine Trenneinrichtung 26 an, welche die Gesteinspartikel 10a, 10b in einen wertstoffreichen Strom 28a und einen wertstoffarmen Strom 28b aufteilt. Hierdurch werden die bisherigen Nachteile der sensorgestützten Sortierung von wertstoffhaltigen Gesteinen überwunden, da mit Hilfe des Markers 12 ein ausreichendes Messsignal bereitgestellt wird, welches eine erfolgreiche Auftrennung der Gesteinspartikel 10a, 10b ermöglicht. Demnach kann bereits im Aufbereitungsprozess, das heißt vor einer etwaigen Feinstmahlung, wertloses, taubes Gestein aussortiert und die Effizienz des Gesamtprozesses gesteigert werden.
-
3 zeigt hierzu beispielhaft ein Ablaufdiagramm zur effizienten Gewinnung von Seltenen Erden (SEE) als Wertstoffe. In einem Schritt 30 erfolgt zunächst die Zufuhr eines abgebauten, SEE-haltigen Gesteins bzw. Erzes. Im folgenden Schritt 32 wird das Erz gebrochen und in Schritt 34 weitergeleitet. In Schritt 36 erfolgt die in 1 gezeigte Konditionierung der Erzstücke mit dem Marker 12 bzw. mit einem entsprechend markiertem Sammler 14. Anschließend werden die Erzstücke in Schritt 38 weitergeleitet und im grundsätzlich optionalen Schritt 40 in einer Wascheinrichtung gewaschen, um überschüssige bzw. nicht adsorbierte Sammlermolekülen 14 abzuwaschen. In Schritt 44 werden die gewaschenen Erzstücke mit Hilfe der im Zusammenhang mit 2 diskutierten Anlage 18 in wertstoffreiche und wertstoffarme Erzstücke aufgetrennt. Die wertstoffarmen bzw. tauben Erzstücke werden in Schritt 46 abgetrennt und aus dem Prozess entfernt. Die SEE-reichen Erzstücke werden in Schritt 48 weitergeführt und in Schritt 50 feingemahlen. Nach einer Weiterleitung des gemahlenen, mit SEE angereicherten Erzes in Schritt 52 erfolgt in Schritt 54 eine weitere Aufkonzentrierung der SEE durch ein Flotationsverfahren. Nach einer Weiterführung des Konzentrats in Schritt 56 wird der SEE-reiche Produktstrom in Schritt 58 Extraktions- und Reduktionsschritten unterworfen, wodurch in Schritt 60 die Seltenen Erden in zumindest annähernd reiner Form erhalten werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- C. K. Gupta und N. Krisnamurthy in „Extractive Metallury of Rare Earths“, 2005, CRC-Press, Seite 141 [0008]
