Aufbereitung und Veredlung von Kohlenstoff-Vorkonzentraten aus Pyrolyse-Prozessen zu marktfähigen Kohlenstoff-Produkten im Hinblick auf große Oberflächen und hohe Reinheiten

ZusammenfassungEinige namhafte österreichische Industrieunternehmen haben im Vorjahr eine gemeinsame Forschungsinitiative zum Thema „Methan-Pyrolyse zur Wasser- und Kohlenstoffgewinnung“ gestartet und die Montanuniversität Leoben als Forschungspartner eingebunden. Parallel dazu hat das Rektorat der Montanuniversität Leoben die Forschungskapazitäten vieler Lehrstühle der alma mater Leobiensis rund um dieses Thema gebündelt.Dem Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredlung fällt dabei die Aufgabe zu, den im Pyrolyse-Prozess prozesstechnisch anfallenden kohlenstoffhaltigen Wertstoff zu Kohlenstoff-Produkten von abnahmesichernden Qualitäten zu verarbeiten. Im Zentrum der Forschungsbemühungen stehen zum einen die möglichst vollständige Abreicherung von Katalysator-Rückständen und weiteren Verunreinigungen und zum anderen die Bereitstellung von Produkten mit definierten spezifischen Oberflächen für vielfältige (industrielle) Anwendungen.

Innovative Energie- und Qualitäts-Adaptierte Lenkungsstrategien für Mobile Autonome Brecher

ZusammenfassungMobile Brechanlagen haben ein starkes Wachstum durch viele Bereiche der Primär- und Sekundärrohstoffaufbereitung – beispielsweise in Steinbrüchen für Baurohstoffe, Industrieminerale und Erze (primär) und für Baureststoffe, schadstoffentfrachtete Schlacken und diverse Verbundstoffe (sekundär) vollzogen. Dabei gingen die Bemühungen der Ingenieur*innen in den vergangenen Jahren verstärkt in Richtung immer größerer Mobilanlagen zur Steigerung der erzielbaren Durchsatzraten unter Wahrung der Transportierbarkeit auf dem öffentlichen Straßennetz.Seitens der Forschungspartner „SBM Mineral Processing“ und „Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredlung“ wird erwartet, dass Innovationen in ein weitgehend autonomes Brechen durch digitale Transformation einen weiteren Wachstumsschub in den internationalen Märkten ermöglichen werden. Dazu müssen diese mobilen Brechaggregate mit intelligenter und zugleich robuster Sensorik und Aktorik sowie modernen Algorithmen ausgestattet werden, damit diese in die Lage versetzt werden können, ihren voreingestellten Betriebszustand zu halten, Abweichungen zu erkennen und darauf richtig zu reagieren, um dann wieder in den optimalen Betriebszustand zurückkehren zu können. Bei den derzeit am Markt befindlichen Aggregaten ist das „Reagieren“ überwiegend den Maschinenbetreibern vorbehalten, deren Erfahrung und Können einen maßgeblichen Einfluss auf das wirtschaftliche Betreiben mobiler Brechanlagen hat. Der kampagnenartige Einsatz und die damit einhergehenden unterschiedlich zu verarbeitenden Rohgutarten mit ihren zerkleinerungstechnischen Spezifika wie auch der derzeitige Stand der Technik und ein oftmals ungenügendes Prozessverständnis der Maschinenbetreiber tragen zum jetzigen Zeitpunkt dazu bei, dass diese Brechaggregate sehr häufig außerhalb des optimalen Betriebsfensters für eine energie- und qualitätsoptimierte Anlagenfahrweise betrieben werden. Ein unzureichendes Produktausbringen und ein erhöhter Wartungs- und Energieaufwand sind die unerwünschten Konsequenzen.Die Erhebung des Stands der Technik und der am Markt befindlichen Maschinen hat gezeigt, dass bereits gewisse Aspekte des automatisierten Betriebes in mobilen Brechaggregaten vorhanden sind (z. B. das Koppeln der zuzuführenden Rohgutmenge an den Lastzustand), die Möglichkeiten eines autonomen Brechens sind aber noch bei weitem nicht erreicht. Hier ist Platz für vielfältige maschinenbauliche, prozesstechnische und mechatronische Innovationen.Ziel des Projektes ist es, durch den Bau eines Prototyps mit innovativer Sensorik und Aktorik die Grenzen des Machbaren aus technologischer wie auch wirtschaftlicher Sicht für ein autonomes Brechen (durch ein selbststeuerndes und lernendes Aggregat) auszuloten bzw. neu zu definieren und wissenschaftlich zu untermauern. Unterschiedliche neue innovative Baugruppen mit Sensoren und Aktoren sowie integrierten Steuerungsalgorithmen sollen auf Einsatztauglichkeit getestet werden. Zunächst unter kontrollierten Bedingungen im Labor und am Technikum-Versuchsstand, nachfolgend in rauen Feldversuchen.

Zu Fragen der Charakterisierung und Aufarbeitung metallhaltiger Rest- und Kreislaufstoffe aus aufbereitungstechnischer Sicht – Vorstellung eines Dissertationsvorhabens

ZusammenfassungDie überaus komplexen Zusammensetzungen und die sich daraus ergebenden wechselnden Eigenschaften von metallhaltigen Rest- und Kreislaufstoffen aus den unterschiedlichsten Stadien der Wertschöpfungskette verlangen nach fachübergreifenden Kenntnissen und Fertigkeiten zur Charakterisierung und Verarbeitung dieser Stoffgemenge. Das Potenzial solcher sekundären Lagerstätten liegt in ihren vergleichsweise hohen Metallgehalten. Eine Investitionsentscheidung kann jedoch nur auf der Basis einer Evaluierung ihrer Verarbeitbarkeit getroffen werden. Für Unternehmen und Investoren ist es eine große Herausforderung, derartige Reststoffe mit ausreichender Sicherheit bewerten zu können. Für primäre Lagerstätten der Rohstoffindustrie haben sich dafür bereits Zertifizierungsschemen wie der „JORC Code“ oder „NI 43-101“ etabliert, diese sind jedoch für sekundäre Reststoffe aufgrund ihrer i. d. R. ausgesprochen heterogenen Zusammensetzungen kaum praktikabel anwendbar.Drei Lehrstühle der Montanuniversität Leoben – „Geologie und Lagerstättenlehre“, „Nichteisenmetallurgie“ und „Aufbereitung und Veredlung“ – bildeten dazu eine Forschungsgemeinschaft im Rahmen des COMET-Projektes „Competence network for the assessment of metal bearing by-products“ (Kurzbezeichnung COMMBY). Durch die Zusammenführung der speziellen Kompetenzen dieser Lehrstühle soll ein standardisiertes Zertifizierungsschema für Reststoffe aus der metallproduzierenden Industrie entwickelt werden.Der Forschungsgegenstand der in dieser Veröffentlichung vorgestellten Dissertation ist die Charakterisierung dieser Reststoffe aus aufbereitungstechnischer Sichtweise, darauf aufbauend das Aufzeigen von zur Trennung nutzbarer Merkmalsunterschiede, sowie die Mitarbeit an für die jeweilige Aufgabenstellung bestmöglich geeigneten Verfahrenskonzepten. Die zu untersuchenden Stoffe stammen zum Beispiel aus der Eisen, Blei, Zink und Aluminium verarbeitenden Industrie und haben ihren Ursprung entweder in primären Bergbautätigkeiten oder sekundären Kreislaufprozessen.

Einarbeitung von Nanoclay in Polyolefine mittels Planetwalzenextruder

ZusammenfassungAls aktive Füllstoffe in Polymeren zum Einsatz gelangende Organoclays werden durch Kationenaustausch aus natürlichen Natrium-Bentoniten hergestellt, für die es in Europa keine industriell verwertbaren Lagerstätten gibt. Am Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredlung der Montanuniversität Leoben konnte ein für diese Anwendung gleichwertiger Organoclay aus europäischen Kalzium-Bentoniten entwickelt werden.Die Einarbeitung eines idealerweise vollständig exfolierten Organoclays in nichtpolare Polymere wie Polypropylen und Polyethylen gilt als sehr schwierig. Dafür sind eine schlechte Kompatibilität und die Neigung zur Re-Agglomeration der mineralischen Partikel verantwortlich.Die Exfolierung von schichtpaketartigen Füllstoff-Agglomeraten erfordert sehr hohe Scherkräfte beim Compoundieren bei latenter Gefahr, dass dabei das Polymer geschädigt werden kann.Erste Compoundierversuche mit einem Doppelschneckenextruder brachten nicht den gewünschten Effekt. Der hier beschriebene Planetwalzenextruder zeigte eindeutige Verbesserungen bei der Dispergierung der Agglomerate. Eine zufriedenstellende Exfolierung konnte aber auch hier nicht erzielt werden.Es konnte nicht erklärt werden, warum sich der Füllstoff mit einem d98 < 5 µm beim Eintrag in ein homopolymeres Polypropylen zu Aggregaten mit einem ca. 60-fach größeren Durchmesser zusammenballt, während dies beim Polyethylen nicht geschieht.Die erwarteten Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften wie E‑Modul und Zugfestigkeit wurden auch bei höheren Füllgraden nicht erreicht.

Aufbereitung der bei der Kabelschrott-Verarbeitung anfallenden Mischkunststofffraktion zu marktfähigen Produkten

ZusammenfassungDie Firma Schaufler GmbH entwickelt gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredlung der Montanuniversität Leoben und mit Unterstützung der FFG im Rahmen des Forschungsprojektes „Re:PVC-P“ ein neuartiges Verfahrens- und Anlagenkonzept für die bei der Kabelschrott-Aufbereitung anfallende Mischkunststofffraktion. Dabei gilt es vielfältige Herausforderungen zu überwinden: ohne Anspruch auf Vollständigkeit seien die möglichst vollständige Störstoffabtrennung, die Herstellung sortenreiner Kunststoffkonzentrate (mit einer gewissen Fokussierung auf PVC) mithilfe innovativer Verfahrenskonzepte und Aufbereitungsaggregate und die Erzeugung qualitativ hochwertiger Regranulate aus den erzeugten Kunststoffkonzentraten mittels modernster Kunststoff-Maschinentechnik genannt. Die solcherart erzeugten Regranulate, die Primärrohstoffe der verarbeitenden Industrie substituieren können, sollen einen bedeutenden Beitrag zu Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung leisten.

Erarbeitung eines neuen Verfahrenskonzeptes zur Erzeugung innovativer Mineralprodukte aus sekundären Rohstoffquellen

ZusammenfassungDie in der Vergangenheit angefallenen und in der Zukunft anfallenden Aufbereitungsabgänge der KAMIG Österreichische Kaolin- und Montanindustrie Aktiengesellschaft Nfg. Komm. Ges. sollen nutzbar gemacht werden. Dazu wurde das strategische Forschungsprojekt „Erarbeitung eines neuen Verfahrenskonzeptes zur Erzeugung innovativer Mineralprodukte aus sekundären Rohstoffquellen“ mit dem Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredlung der Montanuniversität Leoben initiiert. Die Entwicklung eines Verfahrens zur vollständigen Nutzung der Minerale aus den unterschiedlichen Halden und Schlickerteichen der KAMIG ist das Ziel. Konkret sollen neben marktfähigen Kaolinprodukten auch hochqualitative Quarzprodukte für beispielsweise die Glasindustrie, Feldspatprodukte sowie Seltene-Erden-(Vor‑)Konzentrate hergestellt werden können.

The 3rd Level – Entwicklung der Feinstzerkleinerung und Ausbau der Flotation am Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredlung

ZusammenfassungIm Februar dieses Jahres konnte der Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredlung auf Basis von lehrstuhlinternen Forschungsarbeiten zur Zerkleinerungstechnik in Kooperation mit dem „Materials Center Leoben Forschung GmbH“ (MCL) die Laboratorien in den 3. Stock des Impulszentrums für Rohstoffe und damit um eine Gesamtfläche von ca. 175 m2 ausdehnen. Mit finanzkräftiger Unterstützung durch die Montanuniversität Leoben, die zwei Anträge der Lehrstuhlleitung (hausinterne Impulsprogramme) positiv bewertete, konnte die apparative Ausrüstung aufgebaut werden, um die Forschungsziele Energieoptimierte Feinstzerkleinerung <5 µm, Smart processing und Integrale Prozessführung „mill as reactor“ in Angriff zu nehmen. Daneben werden ein zusätzliches Flotationslabor und Räumlichkeiten für Analytik mit Ende des Jahres einsatzbereit sein.Eine mobile Pilotanlage zur Rührwerkskugelmühlenmahlung und eine Labormühle für kryogene Mahlung sowie Mahlung bei erhöhtem Gasdruck sind die Anlagen, die in unterschiedlichen Forschungsprojekten erprobt, genutzt und zur Prozessreife geführt werden sollen.Die technische Erweiterung erschließt dem Lehrstuhl die Feinstzerkleinerung, Anlagenauslegung, Automatisierung von Zerkleinerungsabläufen und Prozessentwicklung jenseits des herkömmlichen Einsatzes von Mühlen in der Primär- und Sekundärrohstoffaufbereitung.

Einige Überlegungen zur strategischen Ausrichtung des Lehrstuhls für Aufbereitung und Veredlung in Zeiten einer sich rasant verändernden Bildungs- und Forschungslandschaft

ZusammenfassungDie Berufung von Prof. Bierbrauer zum ersten Ordinarius der kurz zuvor eingerichteten Lehrkanzel für Aufbereitung an der Montanistischen Hochschule Leoben erfolgte mit Oktober 1930, also genau vor 90 Jahren. Diesen runden Geburtstag möchte der Verfasser dieser Zeilen, der den Lehrstuhl von seinem akademischen Lehrer – Prof. Hans Jörg Steiner – im September 2005 übernahm, zum Anlass nehmen, auf Basis eines Blickes in die Vergangenheit und einer Umfeldanalyse mögliche Wege für eine gedeihliche Weiterentwicklung dieses Fachbereiches zu skizzieren.Der Blick zurück in die jüngste Vergangenheit zeigt eindrucksvoll auf, wie sehr sich die österreichische Universitätslandschaft durch das Universitätsgesetz 2002 (UG) verändert hat und welche Konsequenzen sich daraus ergeben haben. Die Montanuniversität Leoben wurde in die Autonomie entlassen, neue Leitungsstrukturen und Organisationseinheiten wurden eingeführt, um nur einige Eckpfeiler dieses Gesetzes anzuführen. Nahezu zeitgleich wurde mit der Umsetzung des Bologna-Prozesses mit dem übergeordneten Ziel der Verbesserung der Mobilität von Lehrenden und Lernenden begonnen und damit die altbewährten Diplomstudien in Bachelor- und Masterstudien untergliedert. Die Fachhochschulen, oftmals gut dotiert und damit auch gut ausgestattet, haben eine große Vielzahl an Studiengängen aufgebaut, die es mit Studierenden auszulasten gilt, die sie sich noch dazu „aussuchen“ dürfen. Die Rohstoffbranche wurde vom rauen Wind der Wirtschaftskrise z. T. schwer getroffen, was über einige Jahre hinweg sinkende Forschungsausgaben und Einschränkungen bei der Mitarbeiterentwicklung mit sich brachte. Die seitens des Rektorates verfolgte Campusstrategie hat die Zusammenführung von fachnahen Lehrstühlen „unter ein Dach“ zur Folge, was das Verlassen des Rittinger-Gebäudes und das Besiedeln des Impulszentrums für Rohstoffe (IZR) mit sich brachte.Am 01.01.2006 wurde aus dem Institut für Aufbereitung und Veredlung der Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredlung und dieser dem Department Mineral Resources and Petroleum Engineering, mit 01.01.2015 dem Department Mineral Resources Engineering zugeordnet. Die Besiedelung des IZR erfolgte im 2. Quartal 2011.Der Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredlung reagierte und reagiert auf diese vielfältigen An- und Herausforderungen durch eine fortlaufend überdachte Ausrichtung und Anpassung in Lehre und Forschung. Beispielhaft sei die mit 01.10.2015 in Kraft getretene Umstellung (von einem bislang dreisemestrigen) auf ein nunmehr viersemestriges Schwerpunktfach Aufbereitung und Veredlung im Masterstudium Rohstoffverarbeitung, welche eine vertiefende Ausbildung künftiger Aufbereiter*innen ermöglicht.In der Lehre werden vorrangig das Bachelorstudium Rohstoffingenieurwesen, das Schwerpunktfach Aufbereitung und Veredlung im Masterstudium Rohstoffverarbeitung wie auch das Bachelor- und Masterstudium Recyclingtechnik, das mit dem Wintersemester 2014/15 eingerichtet wurde, betreut. Darüber hinaus werden aufbereitungstechnische Lehrveranstaltungen für eine ganze Reihe weiterer Studien abgehalten. Mit dem Studienjahr 2013/14 wurde ein neuer, berufsbegleitender Universitätslehrgang Rohstoffaufbereitung eingerichtet. Der mittlerweile vierte Jahrgang wurde kürzlich gestartet.Es wurden drei Hauptforschungsfelder definiert – die konventionelle Mineralaufbereitung, die Sekundärrohstoffaufbereitung und die Funktionsmineralaufbereitung – die den fachlichen Rahmen für eine anwendungsorientierte und experimentell ausgerichtete Forschung auf hohem Niveau bilden sollen. Aus den überwiegend gemeinsam mit Industriepartnern abgewickelten Forschungsaktivitäten werden einige Entwicklungstendenzen ohne Anspruch auf Vollständigkeit abgeleitet.