DE3735286A1 - Verfahren zur bestimmung der zusammensetzung von mineralischen lagerstaetten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung von mineralischen Lagerstätten.

Aus der DE PS 29 07 513 ist ein Probeentnahmeverfahren zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung makroskopischer Bestandteile von Materialien be­ kannt. Das bekannte Verfahren läßt sich beim Abbau oder bei der Verarbeitung von Mineralien, wie Erz, Kohle, Basalt, Sand usw. oder von halbfertigen Produk­ ten, wie Mineralien in Form von Pellets, Koks und vielen anderen Materialien einsetzen. Dem bekannten Probeentnahmeverfahren liegt das Problem zugrunde, die chemische Zusammensetzung von groben bis feinteiligen, im wesentlichen in makroskopischer Form vorliegenden Materialien sehr schnell quantitativ und qualitativ zu bestimmen. Für diese Bestimmung werden als Probe die von den Materialien stammenden, in der Luft schwebende oder aufgewirbelte feine Staub­ partikel aufgefangen und chemisch analysiert. Eine auf die bekannte Weise ge­ nommene Probe kann dabei schnell, d. h. innerhalb von sehr kurzer Zeit, die weniger als eine Minute beträgt, analysiert werden, so daß unmittelbar in Ab­ hängigkeit vom Analyseergebnis die Weiterleitung und Weiterverarbeitung der Materialien gesteuert werden kann. Dabei wird die aus den feinen Staubpartikeln bestehende Probe auf Filter oder in einem kleinen Gefäß abgeschieden und deren Inhaltsstoffe mittels Röntgenfluoreszenzanalyse bestimmt. Ein im Erzabbau verwendetes Gewinnungsgerät (Schaufellader) ist mit einem Staubsammelkopf ver­ sehen, welcher die Durchführung des bekannten Analyseverfahrens ermöglicht.

Aufgrund seiner bestimmungsgemäßen Verwendung kann das bekannte Verfahren nicht uneingeschränkt im Kohleabbau verwendet werden, wenn es sich darum handelt Einschlüsse des Kohleflözes, sogenannte Zwischenmittel, genau und zuverlässig zu bestimmen. Solche Zwischenmittel sind z. B. Sandeinschlüsse oder Einschlüsse von Ton, die in mehr oder weniger großer Ausdehnung in das Kohleflöz einge­ lagert oder mit der Kohle selbst vermischt sind. Für die Weiterverarbeitung der Kohle zum Zwecke der Veredelung, beispielsweise Brikettierung, Vergasung oder Staubherstellung ist es von besonderer Wichtigkeit, das Vorhandensein von Zwischenmitteln in der Kohle sorgfältig vorherzubestimmen. Beispielsweise wird sandreiche Kohle bevorzugt im Kessel verfeuert, während Kohle, die keine Verun­ reinigungen durch Zwischenmittel aufweist, bevorzugt der Veredelung zugeführt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren anzugeben, welches dazu geeignet ist, innerhalb von kurzer Zeit und mit großer Genauigkeit die Zusammensetzung einer mineralischen Lagerstätte aus ihren jeweiligen Be­ standteilen zu bestimmen. Dabei soll das Verfahren einfach, zuverlässig und wartungsfrei sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man zumindest Teile der freigelegten Lagerstätte in situ mit einem Laserstrahl beaufschlagt, die daraufhin eintretende Temperaturerhöhung der bestrahlten Teile mit einem Infra­ rot-Sensor mißt und anhand der unterschiedlichen spezifischen Wärme einzelner Bestandteile die Zusammensetzung der Lagerstätte ermittelt.

Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß unterschiedliche Stoffe unter­ schiedliche Wärmekapazitäten aufweisen. Somit manifestiert sich die inhomogene Zusammensetzung von mineralischen Lagerstätten in den unterschiedlichen Wärme­ kapazitäten der einzelnen Bestandteile, welche diese Zusammensetzung bilden. Unter der spezifischen Wärme versteht man das auf die Masse bezogende Verhält­ nis der zugeführten Wärmemenge zur gegebenen Temperaturerhöhung:

Ein Laserstrahl zeichnet sich bekanntlich durch eine hohe Energiedichte aus. Beim Auftreffen des Laserstrahls auf ein Medium, beispielsweise Mineral, er­ wärmt sich dieses in der unmittelbaren Umgebung der Auftreffstelle des Laserstrahls. Aus dem zuvor Gesagten folgt nun, daß sich ein Gestein mit einer gegenüber Braunkohle geringeren Wärmekapazität bei gleicher durch den Laserstrahl zugführter Wärmemenge während der Bestrahlung stärker aufheizt als Braunkohle; das Gestein nimmt also infolge der Bestrahlung mit dem Laserstrahl eine höhere Temperatur an.

Die von dem bestrahlten Mineral abgestrahlte Temperatur ist dazu geeignet, mit einem Infrarot-Sensor gemessen zu werden. Moderne Geräte sind in der Lage, Temperaturunterschiede von wenigen Grad mit hinreichender Genauigkeit und weit­ gehend unbeeinflußt von äußeren Einflüssen, beispielsweise Staub und/oder Feuchtigkeit über vergleichsweise große Entfernungen zu messen.

Tastet man nun mit Hilfe eines Laserstrahls eine freigelegte Lagerstätte oder Teile davon, beispielsweise eine angeschnittene Lagerstätte ab, so erhält man anhand der Temperaturerhöhung Kenntnis von der Zusammensetzung dieser Lager­ stätte, insbesondere bei Kohleflözen vom Vorhandensein von Zwischenmitteln. Diese Art der Bestimmung der Zusammensetzung der Lagerstätte ist sehr schnell, wobei der besondere Vorteil darin liegt, daß die Zusammensetzung bereits zu einem Zeitpunkt bestimmt werden kann, bei dem die Lagerstätte noch nicht abge­ baut ist. Entsprechend dem Ergebnis der Zusammensetzung kann sodann das Gewin­ nungsgerät dirigiert werden und mit diesem Gewinnungsgerät die angeschlossenen Förderanlagen für das geschürfte Mineral.

In einer weitergehenden vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ist dementsprechend vorgesehen, daß man die Bestimmung der Zusammenset­ zung der Lagerstätte vom Gewinnungsgerät für das Mineral unmittelbar aus vor­ nimmt, wie es ansich bereits aus der vorgenannten DE PS bekannt ist.

Zweckmäßig wird ein gepulster Laserstrahl verwendet und der Laserstrahl wird über die Lagerstätte rasterförmig hinweggeführt, wobei diese rasterförmige Abtastung etwa aus einer Aufeinanderfolge von horizontalen oder vertikalen Zeilen bestehen kann. Entsprechend der Abtastung der Lagerstätte mit dem Laser­ strahl wird der Infrarot-Sensor nachgeführt. Damit vergeht zwischen der Be­ strahlung des Minerals und dessen Temperaturabstrahlung nur eine kurze Zeit­ spanne, die günstig ist für die Genauigkeit, womit das erfindungsgemäße Ver­ fahren durchgeführt werden kann.

Besonders eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Zusam­ mensetzung der Lagerstätten von Braunkohlenflözen, die im Tagebau abgebaut werden. Mit Hilfe des Verfahrens ist es möglich, schnell, zuverlässig und mit geringem Aufwand festzustellen, welcher Anteil der abzubauenden Kohle besser für den Einsatz als Kesselkohle, da sandreich, oder für die weitere Veredlung zu Briketts oder Vergasung oder Staubherstellung geeignet ist. Dementsprechend können aus dem Ergebnis der erfindungsgemäßen Bestimmung die dem Gewinnungsge­ rät nachgeschalteten Förderanlagen rechtzeitig umgesteuert werden, so daß die jeweils gewonnene Kohle einem entsprechend ihrer Qualität vorgesehenen Speicher zugeführt werden kann.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird das Verfahren näher beschrieben. Die Figur ist das schematische Beispiel des Abbaus eines Braunkohleflözes im Tage­ bau.

Ein Gewinnungsgerät, beispielweise Schaufelradbagger 1 schneidet ein Braunkoh­ leflöz 2 an. Dieses Flöz 2 wird überdeckt vom teilweise abgeräumten Hangenden, dem Abraum 3, zwischen dem und dem Liegenden 4 das Flöz 2 eingelagert ist. Der Schaufelradbagger 1 bewegt sich auf dem Liegenden 4. An das dem Schaufelrad 5 entgegengesetzte Ende des Schaufelradbaggers 1 sind die Bandförderanlagen 6 angeschlossen, die zum Abtransport der gewonnenen Braunkohle 2 dienen. In das Flöz 2 ist ein sogenanntes Zwischenmittel, beispielsweise eine Sandschicht 7 eingelagert. Diese Sandschicht 7 muß bei der Gewinnung der Braunkohle 2 ausge­ halten werden, da sich ihre Bestandteile für die Weiterverwendung der Braunkoh­ le 2 nicht eignen.

Der Schaufelradbagger 1 wird vom Führerhaus 8 aus gesteuert. Erfindungsgemäß ist in der Umgebung des Führerhauses 8 ein Lasergenerator, eine sogenannte Laserkanone 9, angeordnet. Diese Laserkanone 9 sendet beispielsweise einen gepulsten Laserstrahl 10 in Richtung auf das Kohleflöz 2, und hier im Beispiel auf den unteren Rand der Sandschicht 7 aus. Infolge des ausgesandten Laser­ strahls 10 erwärmt sich das Kohleflöz 2 in der Nähe des Zielpunkts 11 des Laserstrahles. Die eintretende Temperaturerhöhung 12 wird von einem Infra­ rot-Sensor 13 empfangen und gemessen. Der Infrarot-Sensor 13 ist in der Umge­ bung der Laserkanone 9 angeordnet bzw. damit bewegungsmäßig so verbunden, daß er entsprechend der Bewegung des Laserstrahls 10, ständig nachgeführt wird.

Mit Hilfe der gemessenen Temperaturerhöhung 12 wird über die bekannte spezi­ fische Wärme der Stoffe der einzelnen Bestandteile die Zusammensetzung des Minerals im Zielpunkt 11 bestimmt. Die Bestimmung gibt Auskunft darüber, ob der Abbau des Kohleflözes 2 mit dem Schaufelradbagger 1 einen Bereich 14 von hoch­ wertiger Braunkohle erfaßt hat oder auf einen Sandeinschluß 7 gestoßen ist. Zur Erleichterung der Bestimmung wird der Infrarot-Sensor 13 vorher geeicht, so daß er beispielsweise in der Lage ist, nur zwischen den Temperaturen von Braun­ kohle und Sand zu unterscheiden bzw. eine Mischung beider Bestandteile zu mel­ den.

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung von mineralischen Lagerstätten, dadurch gekennzeichnet, daß man zumindest Teile der freigelegten Lagerstätte in situ mit einem Laserstrahl beaufschlagt, die daraufhin eintretende Tempe­ raturerhöhung der bestrahlten Teile mit einem Infrarot-Sensor mißt und an­ hand der unterschiedlichen spezifischen Wärme einzelner Bestandteile die Zusammensetzung der Lagerstätte ermittelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen gepulsten Laserstrahl verwendet.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Laserstrahl rasterförmig über die Lagerstätte hinwegführt und den Infra­ rot-Sensor dem Laserstrahl nachführt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bestimmung der Zusammensetzung der Lagerstätte vom Gewinnungsgerät für das Mineral aus vornimmt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Zusammensetzung von Kohleflözen insbes. der im Tagebau abzubauenden Braunkohle bestimmt.