Ein neuer Brecher – aber welches System? - BHS

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Aufbereitungstechnik
Ein neuer Brecher –
aber welches System?
>
Eckhard Schicht*
Wenn im Betrieb ein Brecher ersetzt werden muss oder ein neuer
installiert werden soll, steht der Betriebspraktiker vor dem Problem:
„Welches Brechsystem wählen?“ Die Antwort auf diese Frage ist nicht
leicht zu finden, gleichwohl aber entscheidend für die Wirtschaftlichkeit einer Aufbereitungsanlage. Eine Fehlentscheidung kann für einen
Betrieb sehr teuer werden - vom Ärger ganz zu schweigen. Unser Autor
gibt zu dieser Problematik einige Denkanstöße.
Bei der Wahl des richtigen Brechsystems gilt es, zwei grundsätzliche Fragen zu beantworten: „Was kommt in den Brecher hinein?“
und „Was soll wieder herauskommen?“ Die Antwort auf die erste
Frage ist wohl am schwierigsten zu finden. Bereits die Ansprache
des Gesteines bereitet dem Betriebspraktiker oftmals große Schwierigkeiten, da er nur in den wenigsten Fällen über das notwendige
petrographische Wissen verfügt. Leider besitzen in Deutschland
nicht allzu viele Betriebe eine petrographische Analyse ihres Gesteines. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich dann, wenn ein Lockergestein vorliegt. Mit dem Begriff „Kies“ kann derjenige, der das
Brechsystem anbieten soll, nichts anfangen. Selbst eine Zuordnung
des Gesteines zu einem Oberbegriff wie „Granit“ oder „Kalkstein“
hilft nur bedingt weiter. Das Problem liegt darin, dass es bis heute
nicht möglich ist, die zerkleinerungstechnischen Eigenschaften
eines Gesteines mathematisch so zu beschreiben, dass sich daraus
das Ergebnis des Brechvorganges rechnerisch mit einigermaßen
Sicherheit ableiten ließe. Das am Institut für Aufbereitungsmaschinen der Bergakademie Freiberg unter Leitung von Professor Unland
entwickelte System (1) stellt zwar einen guten Schritt in diese Richtung dar, ist aber praktisch, wegen der Vielzahl der Parameter und
der noch viel zu wenig bekannten Zusammenhänge zum Zerkleinerungsergebnis, nur bedingt anwendbar.
Probieren geht über Studieren
Dem Anbieter eines Brechsystems bleibt also im Moment nichts
anderes übrig, als sich vom Anfragenden eine Materialprobe zu
beschaffen und diese auf Basis seines Wissens mit dem Brechergebnis ähnlicher Gesteine zu vergleichen. Die meisten Anbieter von
Mineralgemische
dosieren? Diese Euronorm
13285 macht mich irre!
„... und wir machen Sie fit für
Europa: Mit der KVM-Dosieranlagensteuerung!“
Also: Besser gleich
Rotorbrecher Typ BHS-RSMX 1222 in einem Schweizer Kieswerk.
Foto: BHS Sonthofen
Brechern legen heute entsprechende Dateien an, die auf diese Vorgehensweise zurückgreifen. Fehlt noch die Beschreibung der zu
zerkleinernden Körnung. Im Bereich unter 63 mm bereitet das
keinerlei Schwierigkeiten. Im Bereich darüber wird es schon problematischer. Zum wesentlichen Kriterium wird dann das Größtkorn,
dem die Aufgabeöffnung des Brechers angepasst werden muss.
Die Beantwortung der zweiten Frage erscheint auf den ersten
Blick leicht. Und doch ergibt sich bei genauerer Betrachtung dieser
Frage eine Reihe von Problemen. Hier nur eine Auswahl:
W Soll nur zerkleinert werden, ohne Rücksicht auf die entstehende
Sieblinie?
W Ist das Ziel die Produktion einer bestimmten Fraktion?
W Sollen bestimmte Fraktionen maximiert, andere dagegen minimiert werden?
W Soll das entstehende Brechprodukt vorgeschriebene Eigenschaften, z.B. Kornform, aufweisen?
W Welche Leistung ist erforderlich?
Es gibt noch viele solcher Fragen, die sich nur aus dem jeweiligen
Anwendungsfall ergeben. Diese Fragen kann jedoch nur der Betrei-
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* Dr. Eckhard Schicht, vormals BHS Sonthofen GmbH
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ber stellen und auch beantworten. Die Antworten auf diese Fragen
sind aber für die Auswahl des Brechersystems extrem wichtig.
Eine Ideallösung
gibt es nicht
Sind befriedigende Antworten auf die obenstehenden zwei
grundsätzlichen Fragen gefunden, ist es erst einmal möglich, ein
Brechsystem zum Vorschlag zu bringen. Dieser Vorschlag wird die
Wünsche des zukünftigen Betreibers wohl kaum in allen Punkten
erfüllen. Hinzu kommen jetzt betriebsspezifische Probleme, die
Anbieter und Betreiber nur gemeinsam lösen können. Kein Anbieter wird die Frage nach der Wirtschaftlichkeit eines Brechers beantworten können, da er dazu betriebsinterne Angaben benötigen
würde. Er kann dem späteren Betreiber nur Richtwerte liefern, auf
deren Grundlage dieser seine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchführen muss. Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass es für den
Betreiber notwendig wird, verschiedene Systeme unter technischen
und wirtschaftlichen Aspekten zu vergleichen. Einer Ideallösung
gibt es nicht.
Der Markt bietet eine Vielzahl an Brechsystemen, zu den Wichtigsten gehören:
Backenbrecher:
Meistens in der Vorbrechstufe anzutreffen
Der Backenbrecher war einmal der „Allrounder“ unter den
Brechern. Obwohl schon vor mehr als 150 Jahren von Blake in den
USA erfunden, ist er immer noch der Brecher, wenn es um sehr
feste, stark schleißende und sehr grobkörnige Gesteine geht. Damit
ist er der prädestinierte Vorbrecher für alle Gesteine, welche wir als
sogenannte „Hartgesteine“ bezeichnen. Sein Nachteil besteht jedoch
darin, dass er wegen seiner Bauweise in der Leistung nach oben
begrenzt ist. Moderne Backenbrecher sind überwiegend als Einschwingenbrecher ausgebildet. Nur wenn es sich um extrem feste
Materialien handelt, die gebrochen werden sollen, kommt noch der
Doppelkniehebelbackenbrecher zum Einsatz. Wenn es um einen
Vorbrecher für „Hartgesteine“ geht, ist der Backenbrecher im Bereich
bis etwa 1.000 t/h unschlagbar. Ein Nachteil des Backenbrechers als
Vorbrecher besteht jedoch darin, dass er nicht direkt „bekippt“
werden kann, sondern durch eine Beschickungsvorrichtung möglichst gleichmäßig befüllt werden muss. Ein Einsatzgebiet hat der
Backenbrecher in den vergangenen 50 Jahren aber vollkommen
verloren – das des Fein- (oder Splitt-) -brechers. Anders sieht es
jedoch aus, wenn z.B. ein Kiesüberkorn, gleichgültig welches Gestein,
mit einer Korngröße bis ca. 250 mm und einer Leistung von
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W Backenbrecher als Ein- und Doppelkniehebelbrecher
W Kegelbrecher in drei grundsätzlichen Varianten: Steilkegelbrecher,
Kegelbrecher, Flachkegelbrecher
W Prallbrecher/mühlen
W Rotorbrecher
W Walzenbrecher/mühlen
W Hammerbrecher/mühlen
Daneben gibt es noch eine Reihe von Sonderkonstruktionen,
die aber nur ein spezielles Einsatzfeld haben. Zwischen den Begriffen Brecher und Mühle gibt es keine eindeutige Abgrenzung.
Überwiegend wird eine Maschine als Brecher bezeichnet, wenn sie
gröberes Aufgabegut, als Mühle, wenn sie feineres Aufgabegut
verarbeitet. Es bleibt dem Anbieter überlassen, wie er seine Maschine bezeichnet.
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Der Steilkegelbrecher ist wegen seiner Baugröße, seiner möglichen Aufgabestückgröße und seiner Durchsatzleistung stets ein
Vorbrecher. Eine Durchsatzleistung weit über 1.000 t/h ist problemlos möglich. Zudem besitzt er den Vorteil, direkt durch die
Fahrzeuge beschickt werden zu können. Andererseits bedarf er
eines großen Bauwerkes. Die Entscheidung, ob als Vorbrecher ein
Steilkegelbrecher oder ein Backenbrecher gewählt werden soll, kann
also nicht nur an der Leistung oder Investitionssumme der Maschine festgemacht werden, vielmehr muss das gesamte „Drumherum“
mit betrachtet werden.
Die „normalen“ Kegelbrecher können heute eine Aufgabestückgröße von ca. 25 - 350 mm bei Spaltweiten von 5 - etwa 70 mm
verarbeiten. Dabei werden im Grobkornbereich sehr große Durchsatzleistungen bei hohen Zerkleinerungsverhältnissen erzielt. Damit
ist der „konventionelle“ Kegelbrecher die Nachzerkleinerungsmaschine der zweiten und möglicherweise sogar der dritten Stufe.
Nachteilig ist dabei, dass bei Gesteinen, welche zum plattigen Bruch
neigen, die Edelsplittkonditionen nur durch mehrstufiges Brechen
mit geringen Spaltweitensprüngen erreicht werden können. Diesen
Nachteil kann der Flachkegelbrecher aufheben. Durch ihre Arbeitsweise erzielen sie eine bessere Kornform und sind daher oft die
Maschinen der dritten Zerkleinerungsstufe.
Prallbrecher: Groß im Kleinmachen
Von primär bis tertiär: Kegelbrecher kommen in allen Brechstufen
zum Einsatz. Unser Foto zeigt einen Sandvik-Kegelbrecher vom Typ
CH660.
Foto: Sandvik
Prallbrecher erreichen wegen ihrer Arbeitsweise sehr große
Zerkleinerungsverhältnisse. Andererseits führt diese Arbeitsweise
aber auch dazu, dass sie vorwiegend für schwach und mäßig schleißende Gesteine eingesetzt werden können. Als Vorbrecher können
sie bei Aufgabestückgrößen bis 2 m und mehr Kantenlänge Leistungen von weit über 2.000 t/h erreichen. Auch als „Splittbrecher“
< 50 t/h gebrochen werden soll. Dieser Fall ist typisch für Norddeutschland. Dieses Problem lässt sich mit einem anderen System
deutlich wirtschaftlicher lösen, als mit einem Backenbrecher.
Kegelbrecher:
Machen in allen Aufbereitungsstufen Druck
Bei den Kegelbrechern ist die Entscheidung, welche Variante zu
wählen ist, nur zwischen den Kegelbrechern und Flachkegelbrechern
etwas schwieriger. Die Festigkeit des zu brechenden Materials wirkt
sich dabei höchstens auf die Durchsatzleistung weniger auf das
Zerkleinerungsverhältnis aus.
Prallmühle Typ BHS-PM 0806 in einem deutschen Kieswerk.
Foto: BHS Sonthofen
Bitte besuchen Sie uns auf der bauma 2010, Halle B2, Stand 100.
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bei Aufgabekörnungen ab 31,5 mm erreichen sie hohe Leistungen.
Nachteilig ist der hohe Feinkornanfall, der unter Umständen unerwünscht sein kann. Die Entwicklung der Verschleißmaterialien in
den letzten 50 Jahren haben dazu geführt, dass Prallbrecher auch
für die Zerkleinerung stärker schleißender Gesteine zum Einsatz
kommen können – Begriff „Hartgesteinprallbrecher“.
Überlegungen, einen Prallbrecher für stärker schleißende Gesteine zum Einsatz zu bringen, müssen aber immer den deutlich
höheren Verschleiß und die sich daraus ergebenden Material- und
Rüstkosten berücksichtigen. Deutliche Vorteile erzielt der Prallbrecher in diesem Bereich dann, wenn es darum geht, geringe
Mengen eines Überkornes bis etwa 250 mm zu zerkleinern. Für
eine Durchsatzleistung von bis ca. 50 t/h wäre ein Kegelbrecher
vom Preis her nicht zu vertreten und ein Backenbrecher würde eine
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weitere Zerkleinerungsstufe erfordern, da er nicht den gewünschten
Zerkleinerungsgrad erreichen würde. Für die Feinzerkleinerung
von wenig schleißenden Gesteinen bei Aufgabekörnungen unter
25 mm erreichen auch Prallmühlen nicht das erwünschte Zerkleinerungsergebnis.
Prallbrecher liefern stets eine bessere Kornform als Backen- und
Kegelbrecher. Diese Behauptung wird von den Kegelbrecherherstellern oftmals angefochten – was aber für den einzelnen Fall zu
beweisen wäre.
Vertikal-Prallbrecher:
Die „Veredelungsmaschinen“
Grundlagenuntersuchungen über die Wirkung der Prallzerkleinerung führten in den Jahren um 1970 zur Entwicklung der
VSI-Brecher, auch Rotorbrecher genannt. Bei dieser Maschinengruppe unterscheiden wir
Backenbrecher, wie der Sandvik CJ412, werden häufig als Primärbrecher verwendet.
Foto: Sandvik
W Rotorprallbrecher
W Rotorschleuderbrecher und
W Rotorprallmühlen.
Bei allen drei Maschinenformen wird jedes Korn des Aufgabegutes, und sei es auch noch so klein, einer Prallbeanspruchung
ausgesetzt. Die reine Prallbeanspruchung in diesen Maschinen
erzeugt die beste kubische Kornform aller Zerkleinerungsmaschinen.
Beim Rotorprallbrecher gleitet das Aufgabegut in der Beschleunigungsphase entlang einer Fläche eines Verschleißelementes. Die
eigentliche Zerkleinerung erfolgt dann durch Aufprall an eine Wand.
Ist diese Wand aus Stahl, wird zwar ein deutlich höheres Zerkleinerungsergebnis aber auch ein entsprechend höherer Verschleiß
erzielt, als bei einer Wand aus eigenem Gestein. Dieses Gleiten an
einem Verschleißelement in der Beschleunigungsphase erzeugt
einen Verschleiß, der bei stark schleißenden Gesteinen, z.B. hochquarzhaltigen, so hoch wird, dass er das größere Zerkleinerungsverhältnis und die bessere Kornform wieder zunichte macht. Rotorprallbrecher sind für Aufgabekörnungen bis 300 mm verfügbar.
Bei den Rotorschleuderbrechern wird der Nachteil des Verschleißes an der Gleitfläche dadurch vermieden, dass die Gleitfläche aus
eigenem Gestein besteht und nur die Abrisskante dieser Fläche dem
Verschleiß unterliegt. Der Zerkleinerungsmechanismus ist identisch
zum Rotorprallbrecher. Die notwendige Konstruktionsform des
Beschleunigungselementes, des Rotors und der Abrisskante, begrenzt
aber die Aufgabekorngröße bei diesen Maschinen. Diese Aufgabekorngröße wird aber ganz wesentlich von der Festigkeit und den
Verschleißeigenschaften des Aufgabegutes bestimmt . Ob die Prallwand aus Stahl oder Gestein sein soll, muss durch das gewünschte
Zerkleinerungsergebnis und durch den zu erwartenden Verschleiß
entschieden werden. Für stark schleißende Gesteine sollte eine
Prallwand aus Stahl normalerweise nicht vorgesehen werden.
Die Rotorschleuderbrecher finden immer dann ihren Einsatz,
wenn es um die Kornform, also die Herstellung von Edelsplitten
geht. Rotorprallmühlen sind prinzipiell Rotorprallbrecher für deutlich feineres Aufgabegut. Sie verfügen über wesentlich mehr Beschleunigungselemente und arbeiten mit einem Spalt von 12–22 mm
zwischen diesen Elementen und der Prallwand. Es handelt sich um
ausgesprochene „Sandmaschinen“ für wenig schleißende Gesteine.
Einsatzgebiete für „Außenseiter“
Walzenbrecher/mühlen sind heute aus der Gesteinsaufbereitung
weitestgehend verschwunden. Ihre Leistung ist zu niedrig, das
Zerkleinerungsverhältnis zu gering und der Verschleiß zu hoch.
Sie haben aber immer noch ein Einsatzgebiet, wenn es um „scho-
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nende Zerkleinerung“ geht. Mit diesem Begriff soll einfach gesagt
werden, dass das geringe Zerkleinerungsverhältnis bewusst angestrebt wird. Hammerbrecher/mühlen haben in den letzten 50
Jahren an Bedeutung verloren. Sie finden aber immer noch ihr
Einsatzgebiet für besondere Zerkleinerungsaufgaben. Hammermühlen mit Spaltrost werden insbesondere für die Feinzerkleinerung
wenig schleißender Gestein eingesetzt. Sie erreichen sehr hohe
Zerkleinerungsgrade.
Zusammenfassung
Die vorstehenden Ausführungen zeigen, dass die Auswahl eines
Brechers gar nicht so einfach ist und wohl durchdacht sein sollte.
Der neue Brecher soll schlussendlich die wirtschaftlichste Lösung
bei Erfüllung aller Wünsche des Betreibers darstellen.
Literatur
[1] Oleg Popov: Beitrag zur mathematisch-petrografische Gefügecharakteristik, Dissertation 2007, TU Bergakademie Freiberg
Kontakt
Dr. Eckhard Schicht
[email protected]
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