Möglichkeiten für den Bergbau und die Verarbeitung kritischer Mineralien in Nordamerika

Als Reaktion auf die vorangegangenen zwei Jahrzehnte des expandierenden globalisierten Handels beginnen Regierungen und Unternehmen in Nordamerika nun, den Rohstoffquellen mehr Aufmerksamkeit und Sorge zu schenken. Dies gilt insbesondere für strategische Metalle und Mineralien, die die notwendigen Bausteine für die Netto-Null-Wirtschaft sind. Für großformatige wiederaufladbare Batterien und die Infrastruktur werden zunehmend grüne Materialien wie Nickel, Lithium, Graphit, Kobalt und Kupfer in Mengen benötigt, die schwer zu erreichen sein werden und wahrscheinlich einen Engpass bei der Massenakzeptanz von Elektrofahrzeugen darstellen werden. Es wird prognostiziert, dass die Kupfernachfrage von heute etwa 25 Mio. t/Jahr bis 2030 auf 40 Mio. t/Jahr steigen wird, während die Nickelnachfrage im gleichen Zeitraum um 44 % steigen wird.

In den letzten zwei Jahrzehnten hat China eine führende Stellung in der Batterieherstellungstechnologie aufgebaut, die den Abbau und die Verarbeitung von Batterievorläufermetallen auf der ganzen Welt umfasst, beispielsweise in der Demokratischen Republik Kongo für Kobalt und in Indonesien für Nickel. Einige dieser Quellen werden neu untersucht, da es an staatlicher Transparenz und Vorschriften mangelt und weil für die Verarbeitung einiger Quellen ein viel höherer Energieaufwand erforderlich ist, beispielsweise beim Abbau und der Verarbeitung von Nickellateriten im Vergleich zu Nickelsulfiden. Ottawa und Washington signalisieren beide energische Maßnahmen, um den Abbau und die Verarbeitung grüner Metalle in Nordamerika „an Land“ zu fördern. Präsidialanordnungen von Präsident Biden zur Unterstützung grüner Metallprojekte in den USA und die jüngste Ankündigung der Bundesregierung, sich von der Beteiligung ausländischer Staatsunternehmen an einigen kanadischen Bergbauunternehmen zu trennen, sind Teil dieses Trends.

Infolgedessen erlebt die Bergbauindustrie in Nordamerika bereits eine Wiederbelebung der Aktivitäten und Investitionen. Dies wird durch das Bestreben vorangetrieben, die Energieinfrastruktur zu elektrifizieren und die Energieautarkie zu erhöhen. Darüber hinaus wird es einen wichtigen Treiber geben, diese Materialien auf möglichst umwelteffiziente und nachhaltige Weise zu gewinnen und zu verarbeiten. Hier kommen Unternehmen wie Eriez ins Spiel.

Der erste Schritt bei der Herstellung von Materialien nach dem Bergbau ist der Konzentrator, und das grundlegende Fließschema des Konzentrators hat sich in den letzten 50 Jahren kaum verändert. Erz mit oder über dem Cut-off-Gehalt wird vom Bergbaubetrieb identifiziert, dann zerkleinert und auf eine geeignete Größe gemahlen, um eine Massenschaumflotation zu ermöglichen, gefolgt von einem Reinigungsschritt zur Aufbereitung, um ein Endkonzentrat zum Schmelzen und/oder Raffinieren herzustellen. Dabei werden der Mahlendpunkt und die verbrauchte Energie durch die Partikelgröße bestimmt, die zum Flotieren von Mineralien bei der konventionellen Flotation erforderlich ist. Für ein typisches Porphyr-Kupfererz ist die herkömmliche Flotation für Partikel über 200 Mikrometer, manchmal deutlich weniger, nicht praktikabel. Daher muss der Endpunkt des Mahlvorgangs in diesem Bereich liegen, was zu übermäßigem Mahlen und ernsthaften Herausforderungen für die Wasserrückgewinnung seit der Entwässerung führt wird umso schwieriger, je feiner die Feststoffe sind. In einer konventionellen Anlage besteht der übliche Weg, dieses Problem zu lösen, darin, die Enden einzudicken und sie dann zum Absetzen in ein Wasserauffangbecken zu pumpen. In diesem Szenario geht ein erheblicher Teil des Wassers durch Verdunstung verloren. Wasserverlust bedeutet, dass das Wasser in einem Konzentrator nicht in einem geschlossenen Kreislauf betrieben werden kann und immer Frischwasser benötigt wird. Es gibt andere Entwässerungsstrategien, die jedoch energie- und kapitalintensiv sind.

Eriez hat mit seiner HydroFloat-Zelle Pionierarbeit bei der Kommerzialisierung der Grobpartikelflotation (CPF) geleistet. Hierbei handelt es sich um eine bahnbrechende Schlüsseltechnologie, die große Auswirkungen auf Wasser und Energie hat und eine Schlüsselstrategie zur Erhaltung beider sein wird. Durch die Vergrößerung der Größe, in der Erzpartikel flotiert werden können, typischerweise um das Zwei- bis Dreifache, ist deutlich weniger Mahlenergie erforderlich, möglicherweise 30 bis 50 % weniger. Und weil der Flotationsschwanz viel gröber ist, lässt er sich leichter entwässern und hat weniger zurückgehaltenes Wasser.

Eriez führte seine Grobpartikelflotationsanlage HydroFloat vor etwa 10 Jahren bei großen Basismetallproduzenten wie Rio Tinto, Newcrest und Anglo American ein. Frühe Anwendungen konzentrierten sich auf die Rückgewinnung „verlorener“ grober Metalleinheiten aus konventionellen Konzentrator-Abfallströmen. Dies entsprach in der Regel mindestens 60 % der groben Reste und einer globalen Erholungsverbesserung von 2 % bis 6 %.

Jetzt liegt der Fokus darauf, den HydroFloat als Erzsortierer in den Mühlenkreislauf einzubinden. Die erste Anwendung dieser Art wurde 2021 im El Soldado von Anglo American erfolgreich demonstriert und ist nun im Vollbetrieb. Diese CPF-Konfiguration ermöglicht eine erhebliche Reduzierung der Mahlenergie und der herkömmlichen Flotationskapazität und erzeugt einen groben Rückstand, der leicht entwässert oder mit herkömmlichen Rückständen kombiniert werden kann. Als Teil seiner FutureSmartMining-Technologiefamilie erprobt Anglo American eine Technologie, mit der grobe und konventionelle Rückstände auf einzigartige Weise vermischt werden können, um einen wasserfreien, trocken gestapelten Rückstand zu erzeugen. Eriez ist begeistert von den neuen Technologien wie der energiesparenden Wasserrückgewinnung und wasserlosen Aufstauanlagen, die durch die Grobpartikelflotation kommerziell möglich geworden sind.

Eine weitere Eriez-Technologie, die zur Steigerung der Effizienz von Konzentratoren eingeführt wurde, ist die StackCell, eine mechanische Hochgeschwindigkeitszelle, die das Zweistufenprinzip nutzt. In der ersten Stufe erfolgt ein Mischen von Blasen und Futterschlamm mit hoher Scherung, um das Sammeln von Blasenpartikeln zu optimieren. In der zweiten Stufe, die von der ersten isoliert ist, können die Blasen-Partikel-Aggregate durch Auftriebskräfte in einer Fluidumgebung mit geringer Turbulenz und einer Konvektionsströmung mit niedriger Energie schweben, die die Ablösung und das Zurückfallen der Blasenpartikel minimiert. Die zweistufige Flotationstechnologie steht im Gegensatz zu herkömmlichen mechanischen Tankzellen, bei denen der Kontakt zwischen Blasen und Partikeln und die Auftriebstrennung in derselben Fluidumgebung stattfinden, die nicht gleichzeitig für beide Prozesse optimiert werden kann. Die StackCell wird mittlerweile in mehreren Ländern in kommerziellen Flotationsanwendungen eingesetzt. Es wurde nachgewiesen, dass StackCells in vielen Szenarien mit einem Viertel oder weniger der Verweilzeit, die für herkömmliche Technologie erforderlich ist, und mit 40 % weniger Laufradenergie betrieben werden können. Dies alles bedeutet kleinere Konzentratoren mit weniger Energieverbrauch.

Beide Produkte sind so positioniert, dass sie eine Schlüsselrolle bei der Unterstützung der nachhaltigen Ausweitung des Abbaus kritischer und strategischer Mineralien in Nordamerika spielen.

Eric Wasmund ist Vizepräsident des globalen Flotationsgeschäfts bei Eriez, Asa Weber ist globaler StackCell-Produktmanager bei Eriez und Jose Concha ist globaler HydroFloat-Produktmanager bei Eriez.

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