Arbeitspaket 3.2 Aufbereitung der Halde Bergwerkwohlfahrt Silbernaal

oAuf der Grundlage der von der BGR durchgeführten Analytik der beprobten Objekte wurde am 26.02.2013 festgelegt, dass von der Aufbereitungshalde der ehemalige Grube Bergwerkwohlfahrt/Medingschacht-Silbernaal eine Großprobe für Aufbereitungsversuche entnommen werden sollte, um die Aufbereitbarkeit zu untersuchen (siehe Abbildung 1).  

Die Probenahme erfolgten unmittelbar nach der Festlegung des Objektes. Es wurden 4 mal 200 Liter Fässer Probe entnommen.

Abbildung 1: Lokalität der Probenahme Quelle: Topographische Karte 1:25000, 4027 (1978), 4028 (1978), 4127 (1978), 4128 (1978), 4227 (1978), 4228 (1978). Vervielfältigt mit Erlaubnis des Herausgebers: Niedersäschisches Landesverwaltungsamt - Landesvermessung - B5 - 228/78.

Es wurden folgende Untersuchungen durchgeführt von denen die wichtigsten Ergebnisse aufgeführt werden:

• Gesamatanalysen
• Siebgehaltsanalysen
• RDA- Aufnahmen
• Mikroskopie
• Herdversuche
• Flotationsversuche
• Laugeversuche
• Die Elementanalysen weisen Bleigehalte von ca. 3,5 % nach. Es handelt sich um Verluste die durch die technischen Grenzen der Dichtetrennung im Feinkornbereich begründet sind. Die übrigen Schwermetalle liegen nur in Spuren vor (siehe Tabelle 1)

Tabelle 1: Analyse des Haldenmaterials Bergwerkswohlfahrt/Medingschacht-Silbernaal

		Probe A	Probe B
Cu	[ppm]	123	83
Fe	[%]	4,33	4,96
Mg	[%]	0,42	0,49
Pb	[%]	3,32	3,65
Zn	[%]	0,17	0,14
Al	[%]	3,97	3,79
As	[ppm]	78	71
Ba	[ppm]	1164	420
Ca	[%]	0,83	0,93
Co	[ppm]	257	94
Cr	[ppm]	17	13
K	[%]	0,84	0,65
Mn	[%]	0,70	0,78
Na	[ppm]	328	250
Ni	[ppm]	49	38
P	[ppm]	139	115
S	[%]	0,41	0,41
Si	[%]	29,76	28,87
Sr	[ppm]	213	220
Ti	[%]	0,19	0,19
V	[ppm]	28	21
W	[ppm]	825	533

Die Siebgehaltsanalysen in Tabelle 2 zeigen die Metallgehalte in den Proben A und B der Siebfraktionen. Die höchsten Metallgehalte mit ca. 5% Pb enthält die Fraktion <0,25 mm. Diese Verluste sind begründet in dem angewandten Aufbereitungsverfahren, das auf der Trennung  nach der Dichte beruht (Setzmaschinen und Herde). Dichtetrennverfahren versagen im allgemein im Feinstkornbereich.

Tabelle 2: Siebgehaltsanalysen der Probe A und B

Probe A	Metallgehalt [%]				[ppm]
Korngrößen [mm]	Pb	Fe	Mg	Zn	Cu
<0,25	5,03	6,46	0,29	0,22	140
0,25-0,5	3,25	4,36	0,31	0,14	57
0,5-1,0	3,13	4,18	0,37	0,15	50
>1,0	3,59	5,17	0,49	0,2	85

Probe B	Metallgehalt [%]				[ppm]
Korngrößen [mm]	Pb	Fe	Mg	Zn	Cu
<0,25	4,85	7,6	0,34	0,18	187
0,25-0,5	4,04	5,69	0,4	0,12	78
0,5-1,0	3,61	4,84	0,46	0,12	70
>1,0	3,37	4,42	0,57	0,11	40

Die Diffraktometeraufnahme in Abbildung 2 weist neben Quarz und Silikaten als einzige gewinnbare Metallverbindung Bleiglanz nach. Die Nachweisgrenze liegt bei ca. 3%. Die gefundenen Cerussite (PbCO₃) sind Verwitterungsbildungen.

Abbildung2 : Diffraktometeraufnahme zum Nachweis des Verwitterungsfortschritts Quelle: TU Clausthal - Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (IFAD)

Abbildung 3 zeigt beispielhaft eine erzmikroskopische Aufnahme eines gut ausgebildeten Bleiglanzkristalls, der jedoch Verwitterungsrisse aufweist, was zur oberflächlichen Cerussitbildung führt. Cerussite müssen vor der Flotation sulfidiert werden, da es sonst zu Fehlausträgen kommt.

Abbildung 3: Polierter Dünnschliff, Auflicht, Ölimmersion: Ein großes Aggregat von Bleiglanz (1) mit Spuren einer mechani-schen Beanspruchung. Es ist verwachsen mit Quarz (2) und wird gesäumt von zahlreichen Cerussit-Körnern (3) Quelle: TU Clausthal - Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (IFAD)

Zur Aufbereitung wurden sowohl Dichtetrennungsversuche zur Kontrolle als auch Flotationsversuche durchgeführt. Das Flotationsverfahren stand im Zeitraum des Betriebes der Aufbereitungsanlage (bis ca. 1920) am Bergwerkwohlfahrt/Medingschacht-Silbernaal nicht zu Verfügung.

Beispielhaft zeigt Tabelle 3 das Ergebnis der Nassherdtrennung. Es wird bestätigt, dass die Dichtetrennung in der Aufbereitungsanlage der Grube Bergwerkswohlfahrt an ihre prozesstechnischen Grenzen gelangte. Auch mit einem modernen Nasssetzherd wie in Abbildung 4 abgebildet, konnte das Ergebnis nicht verbessert werden.

Fraktion	Metallgehalt [%]			[ppm]
	Pb	FE	Zn	Cu
grob/leicht 2,9	2,39	4,19	0,097	47
grob/mittel 2,9	3,22	5,77	0,177	98
fein/schwer 2,9	5,88	14,01	0,286	253
grob/mittel 5,6	2,56	4,11	0,168	57
fein/schwer 5,6	7,83	11,67	0,324	234

Abbildung 4: Nassherdversuch Quelle: TU Clausthal - Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (IFAD)

Abbildung 5 zeigt den Flotationsversuchsstand im IFAD im Moment des Austrags eines Konzentrates.

Abbildung 5. Versuchsstand für Flotationsversuche Quelle: TU Clausthal - Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (IFAD)

Aufgrund inniger Verwachsungsverhältnisse und starke Verwitterung liegt das Metallausbringen bei der Flotation für die Metalle Pb, Zn, Cu und Fe generell bei 50%. Abbildung 6 zeigt beispielhaft das Flotationsergebnis für Pb in Abhängigkeit von der Mahldauer.

Es ist zu erkennen, dass mit zunehmender Feinheit das Ausbringen von Pb auf Kosten der Pb-Konzentrate zunimmt.

Abbildung 6: Flotationsergebnis als Funktion der Mahldauer c= 200 g/L, Na2S 1kg/t, Kaliumamylxanthat 300g/L, Flotanol 50g /t Konditionierzeit 10 min, Flotationszeit 10 min, pH 10 Quelle: TU Clausthal - Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (IFAD)

Es wurde daher mit Zustimmung der Projektpartner die Strategie der Flotation geändert und der Schwerpunkt auf die Erzeugung metallarmer Berge gelegt. Das bedeutet, die Erzeugung von Kollektivkonzentraten, die einer weiteren metallurgischen Aufarbeitung bedürfen.

Die gegenwärtige Strategie ist eine weitgehende Aufmahlung auf < 5 µm und eine Sulfidierung mit Na₂S. Zusätzlich werden Sammlergemische eingesetzt. Aufgrund des Verwitterungsgrades des aus dem Oberflächenbereich der Halde stammenden Materials ist es auf diesen Wege noch nicht gelungen, metallfreie Berge zu erzeugen. Gegenwärtig wird mit Hilfe von Parameterstudien versucht, das angestrebte Ziel zu erreichen. Abbildung 7a, b und c zeigen beispielhaft das bisher erreichte Ergebnis anhand der Metallgehalte in den Flotationskonzentraten und in den Bergen und die dazugehörigen Diffraktogramme. Außer Eisen werden alle Metallgehalte in den Bergen stark reduziert. Es kann davon ausgegangen werden, das Eisen nicht mehr sulfidisch gebunden sondern als Verwitterungsprodukt vorliegt und damit als unschädlich betrachtet werden kann.

Abbildung 7a: Metallgehalte in den Konzentraten Quelle: TU Clausthal - Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (IFAD)

Abbildung 7b: Metallgehalte in den Bergen Quelle: TU Clausthal - Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (IFAD)

Abbildung 7c: Diffraktometeraufnahme Flotationskonzentrat und Berge Quelle: TU Clausthal - Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (IFAD)

Um metallfreie Berge zu erhalten wurden die Aufbereitungsversuche durch Laugeversuche ergänzt. Zusätzlich wurde das Versuchsmaterial mechanisch aktiviert, um einen möglichst vollständigen Aufschluss zu erreichen. In Tabelle 4 sind Versuchsbedingungen angegeben.

Tabelle 4: Einfluss von mechanisher Aktivierung und Laugung auf den Metallaufschluss

Aktivierung: Aufgabe 340 g, Satellit 5 L, Mahldauer 3 h, Kugeln 30 mm, Laugung: 200 g/L Feststoff, 1 h Laugung

Nr.	Bedingungen
V7.1	mit 50 % H2SO4, 80°C
V7.2	mit 20 % HCl, 80°C
V7.3	mit 50 % H2SO4, 120°C, 10 bar O2, Autoklav

In Abbildung 8a und b werden das Metallausbringen im Filterat und im Laugerückstand dargestellt. Bis auf Blei gelingt es, nahezu metallfreie Berge zu erreichen. Nach zweistufiger Laugung mit HCl wird auch der Bleianteil extrahiert.

Abbildung 8a: Metallausbringen im Filtrat nach der Laugung Quelle: TU Clausthal - Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (IFAD)

Abbildung 8b: Metallausbringen im Rückstand nach der Laugung Quelle: TU Clausthal - Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (IFAD)

Abbildung 9 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm der erhaltenen metallfreien Rückstände.

Die nachfolgenden Aufbereitungsuntersuchungen werden sich auf eine Schlackenhalde konzentrieren.

Abbildung 9: Diffraktometeraufnahme Laugerückstand Quelle: TU Clausthal - Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (IFAD)