Technische Universität Bergakademie Freiberg: Qucosa
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V. Tagung des Deutsch-Chilenischen Forums für Bergbau und mineralische Rohstoffe - Zusammenfassung
Get PDFIn der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet.In the summary the topics of the meeting and important speakers are listed and shortly presented. Topics are the efficency of resources, environmental aspects, secondary mining and human resources in the mining industry of Chile. Technological innovations of the mining industry are also in the focus of the meeting. Some projects for cooperation are introduced. The German-Chilean Raw Materials Forum was organized by the „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ of the Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer
Optimization and performance of grinding circuits: the case of Buzwagi Gold Mine (BGM)
Get PDFBuzwagi Gold Mine (BGM) is operated by Acacia Mining and located in the Lake Victoria Goldfields of central Tanzania. The mine commenced its operation since April 2009 and treats a sulphide copper-gold ore to produce gold in form of doré bars and a concentrate containing gold, copper and silver. The BGM comminution circuit includes a primary crushing stage with a gyratory crusher and a two grinding circuits using a Semi-Autogenous Grinding (SAG) mill and a ball mill. The SAG mill circuit also includes a single-deck screen and a cone crusher while the ball mill circuit utilizes hydrocyclones.
Currently, the grinding circuits are inefficient in achieving the aspired product fineness of xP,80 = 125 μm even at low to normal throughputs (450-600 t/h). An evaluation and optimization study of the circuit performance was conducted to improve the product fineness through circuit surveys, experimental lab work and simulations. In three full scale sampling campaigns, size distributions and solids contents of the samples were determined at selected points in the circuit. Further, several types of breakage tests were conducted; standard Bond tests to determine ore grindability and work indices, batch grinding tests to determine parameters for breakage and selection functions , and standard ball mill tests for mineral liberation characterization by an automated mineral liberation analyzer (MLA).The tests were conducted in a size range from 0.063 to 2 mm.
Then, mass balance of the circuit was calculated and the models for mills, screens and hydrocyclones were employed in MODSIM (version 3.6.24). Firstly, simulations were conducted to optimize the existing plant. Several options were evaluated such as reduction of SAG screen aperture, adjustment of cyclone feed solids content and reduction of vortex finder and apex diameters. Moreover, simulations were also evaluated for a possible modification of the existing circuit and include; partial splitting of the cyclone underflow back to SAG mill, introduction of a second classification stage as well as introduction of a second ball mill.
The evaluation of breakage tests and survey data revealed the following; the Bond work index obtained for the current ore ranges between 17.20 - 18.70 kWh/t compared to 14.50 - 16.50 kWh/t which was estimated during plant design.This indicates a change in hardness of the ore during the last 7 years. Harder ore means more energy requirement for an efficient operation, the consequence of which is increased costs. Thus, a periodic review of the ore hardness for ongoing mining operation is recommended. This will help in establishing better blends as well as prediction of appropriate tonnages for the existing ore types, so as to be efficiently treated by the available plant design. The work indices of the ore blends treated during survey were correlated with their quartz content and showed a strong linear relationship (R2= 0.95). Therefore, the work index for the BGM ore could be predicted based on known quartz content of the material. Further, the model could be used as a control tool for monitoring hardness variation of the SAG mill feed. The mineral liberation studies indicated that the valuable phase (pyrite-pyrrhotite) could be liberated at relatively coarser particle sizes (200-400 µm). This implies that, there could be no problem with the efficiency of the gravity circuit for the BGM operation, where the gold contained in pyrite-pyrrhotite could be easily concentrated. However, the efficiency of flotation and cyanidation processes will still require finer feed. In overall, the liberation characteristics of the ore blends treated during survey showed minor differences.
The Bond efficiency factors of 48-61 % were obtained for the BGM grinding circuit, indicating an inefficient operation. This suggests that the operation could achieve targets by lowering the throughput. Further, the SAG mill circuit was characterized by fluctuating feed size of between xF,80 =102 to 185 mm. A need for control of the feed size as well as blending ratios was recommended for an efficient operation in terms of throughput and final product size. This could be achieved through closer monitoring of the primary crusher performance and proper control of the ratios for the SAG mill feeders drawing the ore from the stockpile.
The ball mill grinding efficiency was poor and could be indicated by the fraction 400 µm in the mill discharge. This was deemed due to poor hydrocyclone performance which was characterized by higher feed solids content, coarser overflow xP,80: >200 µm as well as cut sizes, xT : > 200 µm.
An improvement of product fineness up to 327 µm could be achieved during the simulation and optimization of the existing design. This could be achieved by modification of the operating conditions such as reduction of SAG screen aperture from 12 mm to 10 mm, reduction of vortex finder from 280 mm to 270.3 mm, reduction of apex diameter from 150 mm to 145.6 mm as well as adjustment of the cyclone feed solids content from 66.7 to 67.1 %. Based on this result, it was concluded that the current equipment could not achieve the target product quality (i.e. xP,80 = 125 µm ).
Further simulations based on flowsheet modification options showed that a second ball mill (series configuration) can help to achieve the desired product fineness as well as an increase of throughput from 618 t/h to 780 t/h. Although the circulating load increases to approximately 500 % in this configuration, it is outweighed by the benefits. Importantly, this option is cost intensive and hence may be considered as a long term solution and especially after cost-benefit analysis.
Finally, the results based on optimization of the existing design is recommended as short term solution for improvement of the BGM operation. Although the fineness achieved is still low (i.e. xP,80 = 327 µm) compared to the target (i.e. xP,80 = 125 µm), this gives additional advantage in the sense that, also better hydrocyclone performance is achieved in terms of overflow product (xP,80 = 105 µm vs. > 240 µm) , cut size (xT =133.1 µm vs. > 220 µm) and circulating load (CL =350 %). The improved overflow fineness will contribute to improved efficiency for the downstream processes
Entwicklung einer Hochtemperatur-Gasphasenepitaxie (HTVPE) für die Herstellung von GaN
Get PDFIm Rahmen der Arbeit wurde eine neuartige Variante der Hochtemperatur-Gasphasenepitaxie (HTVPE) für die Herstellung von GaN entwickelt, die eine hohe Flexibilität und bessere Kontrolle des Züchtungsprozesses ermöglicht. Für die Realisierung des Konzeptes wurde eine Züchtungsanlage für die HTVPE entworfen und aufgebaut. Des Weiteren wurde ein numerisches Modell des Wärme- und Stofftransports entwickelt und für die Untersuchungen der Transportphänomene im HTVPE-Reaktor sowie für die Weiterentwicklung des Züchtungsreaktors verwendet. Die systematischen Züchtungsexperimente zeigten eine gute Übereinstimmung mit den Simulationsergebnissen und lieferten ein besseres Verständnis der HTVPE und ihres Anwendungspotentials. Die versbesserte Prozesskontrolle ermöglichte die erstmalige Anwendung der Niedertemperatur-Nukleation für die heteroepitaktische Abscheidung von GaN auf Saphir mit der HTVPE. Weiterhin wurden Wachstumsraten über 80 µm/h erreicht und das Potential der HTVPE für die Herstellung von GaN-Volumenschichten demonstriert
Semantische Klassifizierung von 3D-Punktwolken
Get PDFFür die automatisierte Überwachung technischer Einbauten in untertägigen Bergwerksanlagen auf Basis dreidimensionaler Punktwolken wurde ein Geomonitoringverfahren, bestehend aus Datenaufnahme und -analyse, entwickelt. Es werden zwei Ansätze zur semantischen Klassifizierung von dreidimensionalen Punktwolken betrachtet, die Multi-Skalen-Feature-Extraktion und die Anwendung eines dreidimensionalen Faltenden Neuronalen Netzes. Die Methode der Multi-Skalen-Feature-Extraktion bestimmt durch festgelegte Berechnungsvorschriften Features allein aus den Koordinaten eines Punktes und seiner Nachbarn auf mehreren Längenskalen. Diese werden zu Feature-Vektoren zusammengefasst und dienen als Input für einen Random Forest-Klassifizierer. Die Anwendung eines dreidimensionalen Faltenden Neuronalen Netzes erfordert nur die Vorverarbeitung der Punktwolke zu einem Voxel-Grid und liefert dann direkt Klassifizierungsergebnisse. In einer exemplarischen Anwendung beider Ansätze zur Detektion von Stempeln, Schienen und Stößen in einer untertägigen Szene werden Klassifizierungsgenauigkeiten von über 90 % erreicht
Combination of Borehole Seismic and Downhole Logging to Investigate the Vicinity of the COSC‑1 Borehole in Western Scandinavia
Get PDFIn dieser Arbeit werden bohrlochseismsiche Messungen sowohl mit Bohrlochmessungen als auch mit oberflächenseismischen Messungen ausgewertet und verglichen um das bohrlochnahe Umfeld der Forschungsbohrung COSC-1 (Collisional Orogeny in the Scandinavian Caledonides) zu beschreiben. Die bohrlochseismischen Daten zeigen deutlich hohe Reflektivität und seismische Anisotropie der erbohrten geologischen Einheit, der Seve-Decke. Diese Decke zeichnet sich durch einen häufigen Wechsel von mafischen und felsischen Gesteinen aus, welcher auch durch eine Clusteranalyse der Bohrlochmessungen deutlich wird. Die Ergebnisse der Clusteranalyse korrelieren gut mit den seismisch abgebildeten Untergrundstrukturen und den seismischen Geschwindigkeiten. Abschließend wurde die virtual source method als Beispiel der seismischen Interferometrie an einem Teildatensatz erfolgreich getestet. Mit dem Ansatz wurde eine künstliche Messgeometrie mit seismischen Quellen und Empfängern im Bohrloch erzeugt, welche eine gute Datenqualität aufzeigen.In this thesis, the vicinity of the scientific borehole COSC-1 (Collisional Orogeny in the Scandinavian Caledonides) is investigated by the combination of a borehole seismic survey with downhole logging data and a surface seismic survey. The borehole seismic data show a significantly higher reflectivity and seismic anisotropy within the drilled geological unit, the Seve Nappe. This nappe is characterised by frequent changes of mafic and felsic lithologies that are also highlighted by a cluster analysis. The results of the cluster analysis correlate well with structures of the subsurface as imaged by the surface seismic survey and with seismic velocities. Additionally, the virtual source method as example for seismic interferometry is applied to a data subset. This approach created a virtual survey geometry with seismic sources and receivers within the borehole and a good data quality
Global in time existence and blow-up results for a semilinear wave equation with scale-invariant damping and mass
Get PDFThe PhD thesis deals with global in time existence results and blow-up result for a semilinear wave model with scale-invariant damping and mass. Since the time-dependent coefficients for the considered model make somehow the damping and the mass a threshold term between effective and non-effective terms, it turns out that a fundamental role in the description of qualitative properties of solutions to this semilinear model and to the corresponding linear homogeneous Cauchy problem is played by the multiplicative constants appearing in those coefficients. For coefficients that make the damping term dominant, we can use the standard approach for the classical damped wave model with L^2 − L^2 estimates and the so-called test function method. On the other hand, when the interaction among those coefficients is balanced, then, it is possible to observe how typical tools for hyperbolic models, as for example Kato’s lemma, provide sharp global in time existence results and sharp blow-up results for super- and sub-Strauss type exponents, respectively
Electrochemical speciation and quantitative chromatography for modelling of indium bioleaching solutions
Get PDFIn order to meet increasing indium demands, (bio)hydrometallurgical winning of low-grade sources will likely be required. The goal of this work in the scope of the Biohydrometallurgical Centre Freiberg, was to use geochemical modelling to improve indium leaching and extraction efficiency. Indium stability constants and chemical conditions of process relevant solutions were required. Electrochemical methods were used to determine the stability constants of indium complexes with nitrate, chloride, sulfate, and hydroxide ions, as well as with electrowinning additives. High pressure liquid chromatography techniques were adapted to quantify polysulfides (Sx2–) and metal ions in leaching and extraction solutions. This cumulative information was used in geochemical modelling. Predominance, Pourbaix, and speciation diagrams were produced to describe and explain the behaviour of multiple components in various process relevant solutions.Um den steigenden Bedarf an Indium zu decken, ist eine (bio-)hydrometallurgische Gewinnung von ‚low-grade sources‘ erforderlich. Ziel dieser Arbeit im Rahmen des Biohydrometallurgischen Zentrums Freiberg war es, durch geochemische Modellierung die Indium-Laugungs- und Extraktionseffizienz zu verbessern. Dazu wurden Indium-Stabilitätskonstanten und chemische Bedingungen prozessrelevanter Lösungen benötigt. Mit elektrochemischen Methoden wurden die Stabilitätskonstanten von Indiumkomplexen mit Nitrat-, Chlorid-, Sulfat- und Hydroxidionen sowie mit Elektrogewinnungsadditiven bestimmt. Hochdruck-Flüssigkeitschromatographieverfahren wurden zur Quantifizierung von Polysulfiden (Sx2–) und Metallionen in Laugungs- und Extraktionslösungen angepasst. Alle experimentell bestimmten Parameter wurden in der geochemischen Modellierung verwendet. Prädominanz-, Pourbaix- und Speziationsdiagramme wurden erstellt, um das Verhalten mehrerer Komponenten in verschiedenen prozessrelevanten Lösungen zu beschreiben und zu erklären
VI. Tagung des Deutsch-Chilenischen Forums für Bergbau und mineralische Rohstoffe, Aachen, 14. November 2017 - Zusammenfassung
Get PDFIn der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet.In the summary the topics of the meeting and important speakers are listed and shortly presented. Topics are the efficency of resources, environmental aspects, secondary mining and human resources in the mining industry of Chile. Technological innovations of the mining industry are also in the focus of the meeting. Some projects for cooperation are introduced. The German-Chilean Raw Materials Forum was organized by the „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ of the Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer
Mechanische Aufbereitung der Feinfraktion zerkleinerter Lithium-Ionen-Batterien
Get PDFBei einem entwickelten Verfahren zur mechanischen Aufbereitung von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) aus Elektrofahrzeugen fallen zwei, hauptsächlich aus den Elektrodenbestandteilen bestehenden, Feinfraktionen (FF) an. Typischerweise erfolgt eine Rückgewinnung der enthaltenen Wertstoffe Co, Ni und Cu derzeit über eine kombinierte pyro- und hydrometallurgische Aufbereitung. Dabei dient der pyrometallurgische Schritt der Abtrennung von Stoffen, welche bei der hydrometallurgischen Aufbereitung störend wirken. Durch eine mechanische Aufbereitung der FF wurde alternativ zu dem pyrometallurgischen Schritt versucht, die in der FF enthaltenen Wertstoffe anzureichern sowie ebenfalls die Störstoffe für eine hydrometallurgische Aufbereitung abzutrennen. Dazu wurden verschiedene trockene Sortierprozesse herangezogen und auf ihre Eignung hin untersucht. Mit Hilfe der Ergebnisse wurde ein Verfahrensfließbild für die Aufbereitung der FF entworfen und testweise durchlaufen. Zusätzlich zu den Sortierversuchen wurden eine Materialcharakterisierung durchgeführt, die Aufschlussverhältnisse (visuelle Einschätzung, Bestimmung Aufschlussgrad) sowie die Aufschlusszerkleinerung der FF untersucht. Als Aufgabegut diente eine Co-, Ni-, Mn- haltige FF, welche nach der 1. Zerkleinerung und Klassierung im entworfenen Verfahrensfließbild zur Aufbereitung der LIBs aus Elektrofahrzeugen gewonnen wurde. Zur Anreicherung der Wertstoffe Co, Ni innerhalb des Aktivmaterials (AM) und Cu sowie zur Reduzierung der Störstoffgehalte von Al und Kohlenstoff in bestimmten Produkten haben sich die Siebklassierung, die Magnetscheidung, die Gegenstromsortierung sowie als nasser Dichtesortierprozess die Schwimm-Sink-Sortierung als geeignet herausgestellt. Als resultierendes technologisches Aufbereitungsverfahren haben sich aus den Ergebnissen eine Siebklassierung bei x = 200 µm und x = 800 µm mit einer nachgeschalteten Magnetscheidung oder Gegenstromsortierung für die Klasse 0,2…0,8 mm ergeben, woraus 4 Produkte resultieren. Beim testweisen Durchlaufen des resultierenden Verfahrensfließbildes hat sich zudem herausgestellt, dass in Abhängigkeit von der FF bzw. deren Kenngrößen auf die Magnetscheidung bzw. Gegenstromsortierung verzichtet werden kann. Insgesamt wird zur Aufwands- und Kostenminimierung eine Vereinheitlichung der aufzubereitenden FF empfohlen. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens (inklusive Pyro- und Hydrometallurgie) wird stark durch die dynamische Entwicklung der Batterietechnologie, insbesondere der enthaltenen erlösbringenden Komponente Kobalt, und des Marktes (Verkaufsraten und Lebensdauer der LIBs) beeinflusst. Die notwendige kontinuierliche Anpassung des bestehenden Verfahrensfließbildes aufgrund der schnellen Weiterentwicklung chemischer LIB-Regime ist zudem nicht vermeidbar. Generelle Unterschiede in den FF (chemische Zusammensetzung, PGV) können auf verschiedene LIB-Typen (unterschiedliche AMs), deren Vorgeschichte (Alterungszustand, Lagerung, …) sowie die Zerkleinerungsbedingungen zurückgeführt werden. Mit Hilfe einer Bilanzierung wurden die Gehalte des gesamten AM in den FF zwischen c = 33,2 ± 3,4 Ma.-% und c = 54,9 ± 5,7 Ma.-% ermittelt. Mit Hilfe der untersuchten Methoden wurde in keinem Produkt der maximale Anreicherungsfaktor für die AMs erreicht, so dass lediglich eine Voranreicherung bezüglich dieser (und auch der anderen Komponenten) erzielt wurde. Betrachtungen zu den Verbindungs- und Aufschlussverhältnissen in der FF führten zu dem Ergebnis, dass sowohl die Anodenbeschichtung noch mit der Kupferfolie als auch die Kathodenbeschichtung mit der Aluminiumfolie im Verbund vorliegen können. Bezüglich der AMs wird ein Aufschluss im Partikelgrößenbereich größer der Primär- und Sekundärpartikelgröße (> 1 bis 20 µm) ausgeschlossen. Es konnte ein maximaler Aufschlussgrad von A = 37,9 % für eine der untersuchten Feinfraktionen bestimmt werden. Zur Zerkleinerung der Partikel in der Feinfraktion eignen sich eine Zerkleinerung in der einer Fliehkraftmühle bzw. mittels Ultraschallbeanspruchung
Virtual. International. Job orientated. – Best practice on how virtual collaboration courses can succeed
Get PDFFrom April to June 2016 a new and exclusively virtual teaching format – the international STEM1 Summer School – was provided at the University of Mining and Technology in Freiberg. The paper presents the approach, didactical design, and results of evaluation.
The international STEM Summer School was developed and tested within the project „Holistic International STEMs - Learning with case studies and real-life industry experiences“. The aim was to better prepare STEM students for challenges in the current professional world that are characterized by in-ternationalization and digitalization. The project offers some ideas on how to teach the currently re-quired skills and competencies by industry in higher education. The conceptualization of the project was made possible with funding from the Donors\' Association for the Promotion of Humanities and Sciences in Germany2.
The exclusively virtual collaboration is due to the different geographical distances and locations of the participating students, which generates specific challenges. On the one hand, technical conditions at the particular places of residence have an impact on virtual collaboration. On the other hand, cultural, lingual, and occupational differences, as well as the differing media literacy, play an important role. In addition, the setting of objectives and provision of incentives is decisive for the shared virtual work. The results of the first round of the international STEM Summer School indicate possible solution strategies based on the three areas of media use, interaction, and task orientation.
During the Summer School, students from ten different countries solved real-life job case studies in small interdisciplinary teams. The exchange took place with the help of various e-learning tools like the virtual classroom, wiki, forum and e-portfolio. The participants were mentored by national and international industry partners, STEM professors, and e-tutors. After nine weeks work in intercultural teams they presented their results and learning outcomes during a web conference.
The following article focusses on the evaluation results as well as selected insights and challenges