Von der Hochschule Mittweida wurde eine Erfindung zum Weltpatent angemeldet (PCT/DE2012/000134), die den laserstrahlunterstützten Aufschluss von Erzen betrifft. Unter anderem verspricht das neue Verfahren, besonders für feinverwachsene und mineralarme Erze, Aufschlussgrade, die mit konventionellen Mühlen nicht erreichbar sind. Schutzrechte außerhalb Europas bestehen z.B. in Australien, Kanada, Chile, China, Neuseeland, Russland, Südafrika und den USA.
Problem:
Zur Extraktion der mineralischen Komponente eines Erzes muss diese für die nachgelagerten Prozesse zugänglich gemacht werden. Dies geschieht im Allgemeinen durch mehrere Brech-, Mahl- und Sortierschritte. Am Ende dieser Schritte sind die mineralischen Bestandteile je nach Mahlgrad nur mit einer begrenzten Wahrscheinlichkeit (Bruchfläche schneidet die mineralische Komponente) für die anschließende Laugung zugänglich. Eine vollständige Extraktion bei mineralischen Inklusionen, die kleiner als die Korndurchmesser des Erzes nach der Mahlung sind, ist nicht möglich.
Lösung:Der Erzaufschluss mithilfe von Laserstrahlung basiert auf dem Prinzip der selektiven Absorption der Strahlung durch das Mineral des Erzes. Für die eingesetzte Wellenlänge der Strahlung muss somit für das Mineral eine zum Matrixmaterial verschiedene Absorption vorliegen, was bei quarzhaltiger Gangart sehr gut gegeben ist und dieses ist auch das am häufigsten anzutreffende Matrixmaterial der Erzgänge. Allerdings ist es auch möglich, Erze mit weniger transparentem Matrixmaterial aufzuschließen.Einer der Vorteile des lasergestützten Aufschlussverfahrens ist, dass die Bruchkräfte beziehungsweise die Spannungen nicht unspezifisch von der Oberfläche her im Festkörper (Erzkorn) aufgebaut werden, sondern dass deren Quellen an eben den Einschlüssen liegen, deren Aufbruch und Exposition mit dem Aufschlussverfahren angestrebt ist (siehe Grafik1).Weiterhin verspricht die Behandlung von Erz mit Laserstrahlung eine hohe Zerkleinerungseffizienz, da das Material wird nicht nur zermürbt, sondern partiell in Schwebstoffpartikel oder Dampf umgewandelt wird. Diese Verdampfung kann, je nach Art des Materials, zur simultanen Extraktion des Mineralgehalts des Erzes ausgenutzt werden(siehe Grafik 1). Diese Extraktion des Minerals durch laserstrahlinduzierte Verdampfung und kontrollierte Kondensation bietet unter Umständen eine umweltfreundliche Alternative zur Laugung des Erzes mit giftigen Komplexbildnern.
Weitere Anwendungsgebiete des Verfahrens:
Die Erfindung kann auch zum selektiven Abtrag von mineralhaltigem Material aus einem größeren festen Gesteinsverbund eingesetzt werden. Dabei wird der Abtrag, der bei der Laserbearbeitung stets feinkörnig bis dampfförmig anfällt, durch Absaugung in Kondensatoren, Staubabscheider und Filter geleitet und festgehalten.
Damit lässt sich der Abbau auch an Lagerstätten in lebensunfreundlichen oder giftigen Atmosphären, bzw. unter Wasser oder in etwas fernerer Zukunft selbst im extraterrestrischen Bereich durchführen.
Zusammenfassung:
Der laserstrahlunterstützten Aufschluss hat das Potential zur Lösung von Problemen beim Feinstaufschluss von Erzen. Es könnte konventionelle Erzaufbereitungsanlagen um eine wichtige Komponente erweitern. Die zu erwartende Effizienzsteigerung der Aufbereitung ermöglicht einen sparsameren Umgang mit den vorhandenen Lagerstätten.Jedoch nicht nur die höhere Effizienz der Lagerstättenausnutzung ist ein Merkmal der Laseraufschlusstechnologie. Die Option, elementare Bestandteile eines Gesteins durch Verdampfung zu extrahieren und in der Art einer Destillation gezielt zu kondensieren, eröffnet die Möglichkeit, simultan mit dem Aufschluss eine trockene Extraktion durchzuführen.
Neben der Chance, damit die großflächige Boden- und Wasservergiftung durch Komplexbildner zu vermeiden, bietet diese Methode auch eine, wenn auch aufwendige, Möglichkeit zur Dekontamination von Gestein und Boden mit Metallbelastung oder nach Reaktorhavarien.
Text: André Streek