In diesem Jahr hat - Advanced Mining Solutions
Werbung
02 2008 www.advanced-mining.com ANZEIGE 02 2008 WEITERBILDUNG Einführung in die Lagerstätten mineralischer Rohstoffe Berichte zur Rohstoffgeologie - Uran-Lagerstätten TECHNOLOGIETRANSFER Systematische Lagerstättenerkundung - ein Schlüssel zur Risikominderung bei Investitionen dargestellt am Beispiel eines Diabas-Vorkommens in Bosnien Lehmann, B. Institut für Mineralogie und Mineralische Rohstoffe, TU Clausthal, Deutschland Tudeshki, H. MTC, Clausthal, Deutschland Tagebauprojektierung Systematische Planung und Realisierung eines Steinbruch-Neuaufschlusses in Russland Tudeshki, H.1 | Aumüller, Ch.2 | Kaufmann, L.3 Untersuchungen zur Erfassung von Staubemissionen beim Umschlag von Steinkohle - Ein Vergleich zwischen Emissionsfaktoren aus VDI Richtlinie und Messungen Tudeshki, H.1 | Xu, T.1 | Feldbach, W.-M.2 MTC, Clausthal, Deutschland | 2BAG, Linz a. Rhein, Deutschland | 3 Sandvik Mining & Construction Deutschland GmbH, Essen, Deutschland 1 1 2 MTC, Clausthal, Deutschland Öko-Control GmbH, Schönebeck, Deutschland Arbeitsschutz - ein wesentlicher Erfolgsgarant im deutschen Steinkohlenbergbau Schumachers, R. RAG Aktiengesellschaft, Herne, Deutschland NEUHEITEN & REPORTAGEN Beeindruckende Leistung im Basalt-Steinbruch mit Flächenfelsfräse Vermeer Deutschland GmbH Das revolutionäre Staubunterdrückungssystem von Sandvik erhält das amtliche Gütezeichen der StBG Sandvik Mining & Construction Lösungspaket für die Grundstoffbranche - Bestens versorgt mit dem zugeschnittenen Paket an messtechnischen Lösungen ... Endress + Hauser Neues Antriebssystem für schwere Trucks steigert die Produktivität im Bergbau Siemens Tiefergelegte Hochleistung - Bell B25D mit niedrigem Fahrerhaus Bell Equipment Die Zukunft beginnt: Volvo CE stellt Radlader mit Hybridantrieb vor Volvo Construction Equipment allmineral-Maschinen für indischen Stahlkonzern Jindal allmineral steinexpo 2008 - Ein Resümee aus Sicht ausgewählter Aussteller VERANSTALTUNGEN Der AMS-Veranstaltungskalender 2009 DIESES MAGAZIN WIRD UNTERSTÜTZT VON: Continental/ContiTech Endress & Hauser FB Filter Bau Gerwin Silotechnik Metso Minerals Sandvik Mining & Construction VDMA Vermeer Deutschland GmbH ANZEIGE WEITERBILDUNG Einführung in die Lagerstätten mineralischer Rohstoffe A ls Lagerstätte werden die natürlichen Anhäufungen nutzbarer Minerale und Gesteine bezeichnet, die nach Größe und Inhalt für eine wirtschaftliche Gewinnung in Betracht kommen. Eine Lagerstätte ist demnach ein Teil eines höffigen Gebietes der Erdkruste, in dessen Bereich im Ergebnis geologischer Prozesse eine Konzentration von Nutzkomponenten stattgefunden hat, die in ihrer Qualität bestimmten vorgegebenen Konditionen entsprechen, in ihrer Quantität die Tätigkeit eines Bergbaubetriebes für einen längeren Zeitraum sichert und in Bezug auf die Kosten die Aufwendungen für den Bau aller notwendigen Betriebsanlagen rechtfertigt. Grundsätzlich bestehen mehrere Möglichkeiten zur Unterteilung von mineralischen Rohstofflagerstätten. Abb. 1 zeigt eine mögliche Einteilung nach der geologischen Entstehung, dem Lagerstätteninhalt sowie der Gesteinsfestigkeit. Hinsichtlich ihrer Verwendung können mehrere Gruppen von mineralischen Rohstoffen unterschieden werden. Hierzu zählen die Energierohstoffe, die metallischen Rohstoffe, die Baurohstoffe sowie die Salze und Industrieminerale. Die Einteilung der Lagerstätten erfolgt weiterhin in Abhängigkeit der Gesteinsfestigkeit. Es werden zwischen Festgesteinslagerstätten und Lockergesteinslagerstätten unterschieden. In Abhängigkeit der Gesteinsfestigkeit un- terscheiden sich die Gewinnungsverfahren beträchtlich. Betrachtet man die Entstehung mineralischer Rohstoffe, so werden diese in Abhängigkeit der geologischen Entstehung untergliedert. Gesteine bzw. Lagerstätten werden im Wesentlichen in drei Bereiche eingeteilt, die unmittelbar mit ihrer Entstehung zusammenhängen. Dies sind die Magmatite, die Metamorphite sowie die Sedimente. Die wesentlichen Kriterien zur Einteilung von Lagerstätten werden im Folgenden vorgestellt. Lagerstätten Geologische Entstehung Gesteinsfestigkeit Lagerstätteninhalt Abb. 1: Einteilung der mineralischen Rohstofflagerstätten Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 4 WEITERBILDUNG Einteilung von Lagerstätten in Abhängigkeit ihrer geologischen Entstehung Magmatite entstehen durch das Erkalten flüssiger Magmen. Die Abkühlung der Erde erfolgt von außen her. Unter der dünnen, festen Erdkruste befinden sich Magmen, also Schmelzmassen von hoher Temperatur in flüssigem Zustand. Zeitweise kommen sie durch Vulkanismus bis an die Oberfläche und ergießen sich als Lava, deren gewöhnliche Temperatur bei 1.100°C bis 1.250°C liegt. Feste Olivinund Leuzitkristalle, die erst bei über 1.300°C schmelzen, deuten darauf hin, dass die Temperaturen der Magmen in den Tiefen noch weit höher liegen müssen. Tritt Magma granitischer Zusammensetzung an der Erdoberfläche aus, bilden sich Ergussgesteine oder Vulkanite, die unter dem Einfluss der Atmosphäre schnell abkühlen. Aufgrund dieses schnellen Abkühlens können sich keine größeren Kristalle bilden und die so entstandenen Gesteine zeichnen sich durch eine sehr feinkörnige Struktur aus. Beispiele sind Quarzporphyr, Melaphyre und Basalte, die so feinkörnig sind, dass ihre Bestandteile makroskopisch nicht erkennbar sind. Erstarren die Magmen durch Abkühlung auf ihrem Weg zur Erdoberfläche, also noch in den Tiefen der Erdkruste, bilden sich die sog. Tiefengesteine oder Plutonite. Sie kristallisieren noch bei 1.500°C und bei Drücken von einigen tausend bar aus. Der Abkühlungsprozess in diesen Tiefen erfolgt sehr langsam, so dass die auskristallisierenden Bestandteile zu großen Einzelkristallen verwachsen können. Tiefengesteine sind deshalb im Allgemeinen grobkörnig. Granit besteht z.B. aus hellen Feldspatkristallen, glänzenden Quarzkörnern und stark reflektierenden Glimmerblättchen. In sog. vulkanischen Durchschlagsröhren können unter sehr hohem Druck Diamanten entstehen. Als Muttergestein dient hierbei Kimberlit, das aus den Bestandteilen Olivin, Pyrop und Ilmenit besteht. Die Entstehung magmatischer Gesteine läuft in mehreren Phasen ab. In der intramagmatischen Phase kristallisieren zunächst die hochschmelzenden Mineralien aus. Es entstehen die Tiefengesteine Granit, Diorit und Gabbro. Die schmelzflüssigen Teile entmischen sich durch Schwerewirkung, so dass liquidmagmatische Lagerstätten von Chromit und Nickelmagnetkies entstehen. Im Zusammenhang mit der Frühkristallisation ultrabasischer und basischer Gesteine entstehen Lagerstätten von Kupferkies, Titanomagnetit, Titaneisen, Platinmetall und platinhaltige Kiese sowie Edelsteine, wie Diamant, Minerale der Granatgruppe, Peridot (Olivin) und Feldspat (Labradorit). Bei diesem Kristallisationsvorgang nimmt die Schmelze an Menge immer mehr ab. Die Restschmelze beginnt sich mit leichtflüchtigen Stoffen, wie Wasser, Kohlensäure, Schwefelwasserstoff, Fluorwasserstoff, Chlorwasserstoff, Bor und Beryllium sowie Schwer- und Ausgabe 02 | 2008 Edelmetallen anzureichern, was eine Erhöhung des Gasdruckes zur Folge hat. Bei der Abkühlung einer Schmelze bilden sich durch Schrumpfungsprozesse immer wieder Hohlräume, in denen sich flüchtige Bestandteile unter günstigen Bedingungen anreichern können. Die Hohlraumbildung ist besonders dann günstig, wenn die Schmelze auf wenige hundert Grad abgekühlt ist. Dann werden die Gesteine nicht mehr plastisch verformt, sondern zerbrechen unter Druckeinwirkung, was Kluftbildungen und Verwerfungen begünstigt. Durch den steigenden Gasdruck werden die Flüssigkeiten und Gase in die entstandenen Gänge und Spalten hineingepresst, in denen Bestandteile auskristallisieren können. Diese fortlaufende Abscheidung von Mineralien führt zu den liquidmagmatisch-pneumatolytischen Bildungen. Anschließend folgt die zweite Phase der Magmenerstarrung, die pegmatitisch-pneumatolytische Phase. Aus Restschmelzen entstehen bei weiterer Abkühlung die Ganggesteine oder Pegmatite (griech. „pégma“ = Festgewordenes). Dies sind sehr grobkörnige Gesteine, die besonders durch die Größe ihrer Mineralbestandteile auffallen. Bei deren Entstehung ist der Druck noch immer sehr hoch, wobei die Temperaturen mit 700°C bis 500°C jedoch wesentlich tiefer liegen und nur sehr langsam abfallen. Die Restlösungen, die in Spalten und Klüfte eingedrungen sind, wirken auf die benachbarten Nebengesteine der Erdkruste ein und führen zu den später beschriebenen Prozessen der Metamorphose. Die pegmatitische Phase wird begleitet von einer pneumatolytischen Phase (griech: „pneuma“ = Gas und „lyein“ = lösen). Es kommt im Nebengestein zu ausgedehnten Lösungsvorgängen. Da die neu eingedrungenen Restlösungen heißer sind als das umgebende Gestein, wird dieses wieder angeätzt und aufgelöst. Das erneut eingeschmolzene Material reagiert mit dem Restmagma und bei der nachfolgenden Neukristallisation bilden sich so genannte Kontaktgesteine und Kontaktminerale. Dieser Vorgang wird als Kontaktmetamorphose (Umwandlung durch Neukontakte) bezeichnet. Da bei dem Kontaktvorgang die chemisch sehr aktiven, leichtflüchtigen und gasförmigen Bestandteile eine besonders große Rolle spielen, wird der Begriff Pneumatolyse benutzt. Pegmatitbildung und Pneumatolyse laufen parallel ab oder gehen ineinander über. Während der Kontaktmetamorphose entstehen durch Siede- und Destillationsvorgänge im Zusammenhang mit Druckänderungen Lagerstätten von Zinn, Wolfram und Molybdän. Kontaktmetamorphe Gesteine besitzen meist ein richtungsloses körniges Gefüge. Nach der Bildung der Tiefengesteine, Ganggesteine und Kontaktgesteine bleibt bei der Erstarrung des Magmas nur Wasser im überkritischen Zustand übrig, das bei hohem Druck und Temperaturen von 350°C viele Stoffe in gelöster Form enthält. Bei weiterer Abkühlung während des Durchfließens von Spalten und Rissen in der Erdkruste kommt es zur letzten Phase der Gesteinsbildung, der www.advanced-mining.com 5 WEITERBILDUNG genannt. Es bilden sich sog. Sedimentgesteine, wie beispielsweise Sandstein, Schieferton, Marmor, Kalkstein, Dolomit usw. Meist liegen die wirtschaftlich verwertbaren mineralischen Rohstoffe am Ort ihrer Entstehung als primäre Lagerstätte vor. Durch Verwitterung kann eine primäre Lagerstätte zerstört und die Zerfallsprodukte durch Erosion von Wind und Wasser abgeführt werden. Beim Nachlassen der Transportkraft sedimentieren die spezifisch schweren Produkte, d.h. sie werden nach Größe der Körner und nach ihrem spezifischen Gewicht sortiert. Dies findet häufig an den Innenseiten der Kurven von Flussläufen (Mäander) oder im Bereich eines Flussdeltas beim Eintritt des Flusses ins Meer statt. Auf diese Weise bilden sich die sekundären Lagerstätten in Form alluvialer Seifen, aus denen ein Großteil der weltweiten Förderung von Edelsteinen, Edelmetallen und Schwermineralen kommt. An anderen Stellen verfestigen sich in geologischen Zeiträumen die sekundären Ablagerungen durch Auskristallisieren von Bindemitteln und Umlagerung der Substanz zu festen Gesteinen. Nach dieser Diagenese der Sedimentgesteine kann der Zyklus der Verwitterung, des Abtragens und der Sedimentation erneut stattfinden und in der Bildung tertiärer Lagerstätten enden. Entlang der Westküste Afrikas befinden sich im Meer ausgedehnte tertiäre Diamantlagerstätten. ANZEIGE hydrothermalen Phase. Es bilden sich Schwerspat- und Flussspatgänge, Kalkspat sowie Erzlagerstätten von Gold, Silber, Kupferkies, Bleiglanz, Zinkblende, Pyrit und Erze des Antimons und Arsens. Nicht nur durch Kontaktmetamorphose können bereits bestehende Gesteine verändert werden, auch Bewegungsvorgänge innerhalb der Erdkruste können Neubildungen durch die sog. kinetische Metamorphose bewirken. Durch Faltungen von Gebirgen können Gesteine wieder in große Tiefen gelangen, in denen sie viel höheren Temperaturen und Drücken ausgesetzt sind. Bei großräumiger Wirkung hoher Drücke und Temperaturen, insbesondere in Bereichen der Gebirgsbildung und tektonischen Deformationen, ereignet sich die sog. Regionalmetamorphose. Es entstehen regionalmetamorphe Gesteine wie beispielsweise kristalline Schiefer. Metamorphe Gesteine (gr. „metamorphóo“ = umgestalten) bilden sich demnach durch die Veränderung des Mineralbestandes und des Gefüges aus allen Gesteinen. Bei einer Bildung aus magmatischen Gesteinen werden sie als Orthogesteine, bei einer Entwicklung aus Sedimentgesteinen als Paragesteine bezeichnet. An der Erdoberfläche unterliegen alle Gesteine der Verwitterung, sind also im Zustand des mechanischen und chemischen Zerfalls. Die Verfestigung der Verwitterungsprodukte, der Kiese, Tone, Sande usw. wird Diagenese Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 6 WEITERBILDUNG Gesteine sind in der Regel vielkörnige Mineralaggregate, die in selbständigen, zusammenhängenden, geologisch kartierbaren und profilierbaren Körpern auftreten. Der Begriff „selbständig“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein Gestein das Ergebnis eines definierbaren geologischen Vorgangs ist. Im Unterschied zum Mineral sind Gesteine heterogene Naturkörper. Der Mineralbestand und das Gefüge bestimmen ein Gestein, seine Eigenschaften und technischen Kennwer- te. Das Gefüge bezeichnet die Ausbildung und Anordnung der Mineralien im Gestein, wie z.B. Mosaikgefüge bei Tiefengesteinen, porphyrisches Gefüge bei Ergussgesteinen, Anlagerungsgefüge bei Sedimentgesteinen oder Parallelgefüge bei metamorphen Gesteinen. Die nachstehenden Tabellen geben einen Überblick über einige Gesteinsarten und die Zuordnung nach ihrer Entstehung (Genetisches System). MAGMATISCHE GESTEINE (Magmatite) Plutonite (Tiefengesteine) Vulkanite (Ergussgesteine) Ganggesteine Granit, Charnockit Rhyolith Mikrogranit Granodiorit Rhyodacit Mikrodiorit (Kuselit) Diorit Andesit Mikrogabbro (Lamprophyr) Quarzdiorit Dacit Aplit Gabbro (Anorthosit) Tholeiitbasalt, Dolerit, Diabas, Melaphyr Pegmatit Peridotit Pikrit Syenit Trachyt Alkalisyenit Alkalitrachyt Monzonit Latit Foyait Phonolith Essexit Alkalibasalt (Tephrit / Basanit) Foidolith Nephelinit / Leucitit Pyroklastika Tuffstein METAMPROHE GESTEINE (Metamorphite) Amphibolit Dolomitmarmor Eklogit Glimmerschiefer Gneis (Ortho- / Paragneis) Granulit Marmor Migmatit Phyllit Quarzglimmerschiefer Quarzphyllit Quarzit Serpentinit Silikatmarmor Talkschiefer (Speckstein) SEDIMENTGESTEINE (Sedimentite) Klastite Chemische Sedimente Biogene Sedimente Konglomerat Kalkstein Lumachelle Brekzie Dolomitstein Kreide Sandstein, Grauwacke Gips / Anhydrit Ölschiefer Schluffstein Steinsalz Kohle Tonstein Kali- und Magnesia-Salze Lydit (Radiolarit) Tonschiefer Ausgabe 02 | 2008 Phosphorit www.advanced-mining.com 7 WEITERBILDUNG Einteilung der Lagerstätten nach der Verwendung des Rohstoffes Energierohstoffe Unter Energierohstoffen werden alle natürlichen Rohstoffe verstanden, die für die Erzeugung von Wärme oder Strom eingesetzt werden. Grundsätzlich muss unterschieden werden zwischen erneuerbaren Energien und Energien aus mineralischen Rohstoffen (sog. fossile Brennstoffe). Zu den erneuerbaren Energien gehören beispielsweise die Wasserkraft, die Windkraft, die Solarenergie, die Geothermie und die Biomassen wie z.B. Holz. Zu den mineralischen Energieträgern zählen Stein- und Braunkohle, Erdöl, Erdgas, Uran sowie Ölsande und Ölschiefer. Diese so genannten Primärenergien werden zumeist durch Umwandlungsprozesse in Sekundärenergien wie beispielsweise Strom, Fernwärme, Benzin oder Heizöl umgewandelt und so der Gesellschaft für die Nutzung zugänglich gemacht. Nachstehend werden die wichtigsten primären Energieträger kurz vorgestellt. Für eine Umrechnung der einzelnen Energien, wurde die so genannte Steinkohleneinheit (SKE) definiert. Die Steinkohleneinheit ist die Bezugseinheit für die energetische Bewertung verschiedener Energieträger. Ein kg Steinkohleneinheit (kg SKE) entspricht einem mit 7.000 Kilokalorien (7.000 kcal = 29,3 MJ = 8,141 kWh) festgelegten Wert und damit in etwa dem Heizwert der Steinkohle, der je nach Sorte bei etwa 29,3 MJ/kg (Gasflammkohle) bis 33,5 MJ/kg (Anthrazit) liegt. BRAUN- UND STEINKOHLE Kohle entsteht durch einen als Inkohlung bezeichneten Umwandlungsprozess. In Sumpfmooren und Seen versunkenes organisches Material in Form von beispielsweise Holz und Blättern wurde bei geeigneten Bedingungen vom Luftsauerstoff abgeschlossen. Damit konnte keine herkömmliche Verwesung einsetzen. Stattdessen bildete sich im Laufe der Zeit aus diesem organischen Material Torf. Über geologische Zeiträume hinweg lagerten sich über diese Torfschichten Sande, Tone und Steine ab. Aufgrund des mit zunehmender Überdeckung größer werdenden Druckes und der steigenden Temperatur beginnt der Inkohlungsprozess, in dessen Verlauf über 65 Millionen Jahre aus Torf Braunkohle und daraus schließlich Steinkohle (355 Millionen Jahre) wird. Mit zunehmender Dauer der Inkohlung nimmt der Kohlenstoffgehalt im Wertmineral zu und der Brennwert steigt an. Beim Anthrazit, einer extrem harten Steinkohle, beträgt der Anteil von Kohlenstoff 98 %. Die wichtigsten Kohlelagerstätten befinden sich in den gemäßigten Breiten mit einem Schwerpunkt in den USA, Mittel- und Osteuropa sowie China. Hinzu kommen drei wichtige Förderregionen in Südafrika, Indien und Australien. Steinkohle Braunkohle Abb. 2/3: Braun- und Steinkohle werden zu den Primärenergieträgern gezählt und bilden in der Regel flözartige Lagerstätten. Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 8 WEITERBILDUNG ERDÖL Für die Entstehung von Erdöl ist das Absinken tierischer und pflanzlicher Organismen auf den Grund von Gewässern, wie Binnenseen oder Meeresbecken notwendig. Die abgesunkenen organischen Reste werden von Bakterien in einen Faulschlamm (Sapropel) umgewandelt. Unter Sauerstoffabschluss wird dieser Schlamm allmählich zersetzt und von weiteren Meeresablagerungen überdeckt. Durch die mit der Überdeckung durch Sedimentschichten verbundene Erhöhung des Druckes und der Wärme erfolgte eine allmähliche Umwandlung in Erdgas und in die zahlreichen Bestandteile des Erdöls. Das Erdöl emigrierte durch Poren und Ritzen aus dem Muttergestein in das umliegende Gestein, bis es gegebenenfalls an einer undurchlässigen Schicht gefangen wurde und sich im so genannten Trägergestein ansammelte. Der wichtigste Entstehungszeitraum für Erdöl begann vor etwa 200 Millionen Jahren. Das weltweit aus verschiedenen Lagerstätten geförderte Erdöl wird zur Gewinnung von Treibstoffen, Schmieroder Heizölen sowie in großem Umfang für die chemische Industrie verarbeitet. Die Öl- und Gasreserven der Erde sind über den gesamten Erdball verteilt. Hauptförderregionen sind dabei das Gebiet am Persischen Golf, Alaska, die Südstaaten der USA sowie Russland. URAN Uranerz ist die Grundlage für eine Energieerzeugung in Kernkraftwerken. Uran kommt dabei in der Natur nicht als reines Metall vor, sondern in Form von Uranmineralen. Die wichtigsten Lagerstätten bildenden Minerale sind Pechblende (Uraninit, UO2) und Coffinit (USiO4). Insgesamt treten etwa 200 Uranminerale in der Natur auf. Die umfangreichsten Vorkommen liegen in Australien, Kasachstan, Kanada, Südafrika, Brasilien, Namibia, Russland und den USA. Dabei stammen rund drei Viertel des abgebauten Urans aus Kanada. Einen ausführlichen Bericht zu Uran-Lagerstätten lesen Sie im zweiten Teil der Rubrik „Weiterbildung“ auf Seite 16. ERDGAS Auch der Energieträger Erdgas gehört wie Erdöl und Kohle zu den brennbaren organischen Rohstoffen. Die Entstehung von Erdgas ist ein natürlicher Vorgang, der vor Millionen von Jahren einsetzte und bis in die Gegenwart andauert. Ausgangsmaterial sind wie bei der Entstehung von Erdöl organische Substanzen wie beispielsweise Mikroorganismen, Plankton und Algen. Eine wesentliche Bedingung für die spätere Entwicklung von Erdgas sind Gebiete, wie z.B. Küstenregionen, in denen das überdurchschnittliche hohe Angebot an organischen Substanzen für genügend Ausgangsmaterial sorgte. Das organische Material sank auf den Boden von Gewässern ab und wurde dort unter Luftabschluss umgewandelt und von Sedimentschichten überdeckt. Durch den Luftabschluss und den hohen Druck der auflagernden Gesteinsschichten wurde ein langwieriger chemischer Prozess in Gang gesetzt, in dessen Verlauf die organischen Substanzen in gasförmige Kohlenwasserstoffe umgewandelt wurden. Das heute geförderte Erdgas ist vor ungefähr 15 bis 600 Millionen Jahren entstanden. Im Allgemeinen werden unter dem Begriff Erdgas alle brennbaren, aus der Erde stammenden, gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen verstanden. Die chemische Zusammensetzung von Erdgas kann beträchtlich schwanken, jedoch ist der Hauptbestandteil stets Methan (CH4). Abb. 4: Uran-Lagerstätte Rössing, Namibia Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 9 WEITERBILDUNG Metallische Rohstoffe Metalle stellen die größte Gruppe der chemischen Elemente dar. Etwa 80 % aller bekannten Elemente sind Metalle. Aus diesem Grund sind auch die im Bergbau gewonnenen metallischen Rohstoffe sehr vielfältig. Zu den metallischen Rohstoffen wird beispielsweise Eisen (Fe) für die Stahlerzeugung und die hierfür benötigten Stahlveredler wie Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Mangan (Mn), Wolfram (W), Nickel (Ni) und Vanadium (V) gezählt. Ebenfalls von großer Bedeutung sind die Edelmetalle wie Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt) oder Palladium (Pd). Aber auch die Buntmetalle wie Kupfer (Cu), Blei (Pb), Zink (Zn), Cadmium (Cd), Quecksilber (Hg) oder Zinn (Sn) sind aus unserer Gesellschaft nicht wegzudenken. Hinzu kommen weitere Metalle wie beispielsweise Aluminium (Al) oder Titan (Ti). Metalle zeichnen sich durch hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, den typischen metallischen Glanz, leichte Verformbarkeit sowie im Allgemeinen hohe Schmelzpunkte aus. Viele Metalle sind wichtige Werkstoffe. Das Funktionieren einer modernen Gesellschaft wäre ohne Metalle unmöglich. Nicht ohne Grund werden Phasen der Menschheitsentwicklung nach den verwendeten Werkstoffen als Steinzeit, Bronzezeit, Eisenzeit bezeichnet. Ausschlaggebend für den Abbau der metallischen Rohstoffe ist ein angereichertes Vorkommen in zugänglichen Lagerstätten. Zumeist kommen die Metalle in Form ihrer Oxide, Sulfide, Carbonate, Halogenide oder Silikate vor. Nachfolgend werden einige ausgewählte Metallrohstoffe beschrieben. EISENERZ Eisenerz wird seit über 6.000 Jahren durch den Menschen genutzt. Heute gibt es kaum Bereiche, ob in der Haushaltsgeräteindustrie, in der Bauindustrie, im Maschinen- und Kraftwerksbau oder in der Automobilindustrie, in denen auf Eisen bzw. Stahl verzichtet werden kann. Eisen ist ein wesentlicher Bestandteil der Erde. So ist es zusammen mit Nickel vermutlich der Hauptbestandteil des Erdkerns und damit mit verantwortlich für die Entstehung des Erdmagnetfeldes. Rund 5% der Erdkruste bestehen aus Eisen in Form von Lagerstätten die bis zu 60% Eisen enthalten. Das dabei am häufigsten auftretende Mineral ist Hämatit, das zu einem großen Teil aus Fe2O3 besteht. Die großen Eisenerzlagerstätten liegen in Südamerika und hier vor allem in Brasilien, im Westen Australiens, in der Volksrepublik China, in Osteuropa und Kanada. Technisch gesehen ist Eisen am bedeutsamsten für die Stahlproduktion. Stähle sind Legierungen, die neben Eisen andere Metalle und Nichtmetalle enthalten, die dem Stahl die gewünschten Eigenschaften verleihen. Das gewonnene Roheisen enthält 3,5 bis 4,5% Kohlenstoff, dadurch ist es spröde und erweicht beim Erhitzen sofort. Um es in Ausgabe 02 | 2008 verformbares Eisen zu überführen, also um daraus Stahl herzustellen, muss der Kohlenstoffgehalt herabgesetzt werden. Betrachtet man das Gewicht der weltweit verwendeten metallischen Rohstoffe so besitzt Eisen einen Anteil von 95%. Abb. 5: Eisenerz-Lagerstätte in Iran ALUMINIUM Aluminium wurde als Element im Jahre 1825 vom Dänen Hans Christian Oersted (1777-1851) bei der Zerlegung von Alaunerde entdeckt. Der Name leitet sich daher von lateinisch „alumen“ (Alaun) ab. Reines Aluminium wurde im Jahre 1827 erstmalig von Friedrich Wöhler (1800-1882) durch Reduktion von Aluminiumchlorid mit Kalium hergestellt. Das in der Natur am häufigsten auftretende Aluminiumerz ist Bauxit (Aluminiumhydroxid Al2O3). Bauxit entsteht als Verwitterungsprodukt aus tonhaltigem Kalksilikatgestein und ist nach dem südfranzösischen Ort Les Baux benannt. Bekannte Lagerstätten liegen in Australien, Guinea, Brasilien, Frankreich, Spanien, Griechenland, Ungarn, Rumänien, Japan, Russland und Nordchina. Die Vorkommen werden überwiegend im Tagebau gewonnen. Bauxit ist ein wichtiger Rohstoff zur Aluminiumgewinnung und zur Herstellung von feuerfesten Ziegeln. Aluminium ist ein sehr vielfältig einsetzbarer Rohstoff. Aufgrund der geringen Dichte wird dieses Metall dort eingesetzt, wo Massen bewegt werden müssen, vor allem in der Verpackungsindustrie, der Automobilindustrie sowie der Luft- und Raumfahrt. In Legierungen mit Magnesium, Silizium und anderen Metallen werden Festigkeiten erreicht, die mit denen von Stahl vergleichbar sind. www.advanced-mining.com 10 WEITERBILDUNG KUPFER Kupfer war eines der ersten vom Menschen genutzten Metalle, da es relativ häufig in gediegener Form vorkommt und somit nicht aufwendig verhüttet werden musste. Daher wurde es schon zu einem frühen Stadium unserer Zivilisation für Waffen, Schmuck oder Werkzeuge eingesetzt. Die sich entwickelnde Fähigkeit, Kupfer mit Zinn zu legieren, gab einer ganzen Menschheitsepoche ihren Namen – der Bronzezeit. Aufgrund der sehr guten Leitfähigkeit wird reines Kupfer sowohl in elektrischen Kabeln und Leiterbahnen als auch in Wärmeleitern verwendet. Typisch ist auch das Decken von Dächern mit Kupferblech, auf denen sich dann eine beständige grünliche Patina (Grünspan) bildet, die wiederum das darunter liegende Metall vor weiterer Korrosion schützt und so dass Kupferdächer eine Lebensdauer von mehreren Jahrhunderten haben können. Zudem ist Kupfer Bestandteil vieler Legierungen wie Messing oder Bronze. Kupferverbindungen kommen in Farbenpigmenten, medizinischen Präparaten und galvanischen Oberflächenbeschichtungen zum Einsatz. Kupferlagerstätten treten sehr häufig in sulfidischen Formen auf. Oxidische Kupferminerallagerstätten entstehen sekundär durch Verwitterungsprozesse. Das Kupfermineral mit der weitesten Verbreitung ist Kupferkies oder Chalkopyrit (CuFeS2). Die meisten Kupferlagerstätten werden im Tagebau abgebaut, nur bei Kupfererzen mit sehr hohen Gehalten lohnt sich ein Abbau im Tiefbau. Die wichtigsten Kupferlagerstätten liegen in Chile, den USA, Russland, Australien, Peru und dem südlichen Afrika. GOLD Gold war eines der ersten Metalle, die von Menschen verarbeitet wurden. Der Grund hierfür liegt zum einen in der auffallend gelben Farbe und zum anderen in der Tatsache, dass Gold sehr häufig in gediegener Form vorkommt und dementsprechend nicht aus Erzen gewonnen werden muss. Gold ist das wohl wichtigste Edelmetall weltweit. Es ist das dehnbarste aller Metalle; so ist es möglich aus 1g Gold einen 3 km langen Draht herzustellen. Diese Eigenschaft wird auch bei der Herstellung von Blattgold ausgenutzt. Das Metall lässt sich zu einer Dicke von ca. 1 Mikrometer auswalzen und kann so für verschiedene künstlerische Zwecke eingesetzt werden. Die abbaubaren Lagerstätten sind über die ganze Welt verteilt, allerdings in einigen Ländern konzentriert. So kommen ca. 40 Prozent des heute bergmännisch gewonnenen Golderzes aus Australien, den USA und Südafrika. Aufgrund der Weiterentwicklungen in der Abbau- und Aufbereitungstechnik sind gegenwärtig Vorkommen wirtschaftlich gewinnbar, die nur wenige Gramm Gold pro Tonne Gestein enthalten. Zudem fallen bedeutende Goldmengen bei dem Abbau und der Raffination anderer Metalle, wie Kupfer, Nickel oder der anderen Edelmetalle an. Teilweise machen erst diese Nebenbestandteile ein solches Vorkommen wirtschaftlich gewinnbar. Ausgabe 02 | 2008 Gold wird in Form von Goldmünzen und Barrengold als internationales Zahlungsmittel verwendet. Allerdings ist heute die Stabilität einer Währung nicht mehr auf der Deckung durch Goldreserven angewiesen. Eine weitere Anwendung findet Gold in der Schmuckindustrie. Aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit und seiner ästhetischen Qualitäten wird Gold beispielsweise in der Elektronikindustrie oder Zahnheilkunde eingesetzt. Baurohstoffe Baurohstoffe sind wichtige mineralische Rohstoffe, ohne die ein Bauen von Gebäuden, Straßen und sonstigen Infrastruktureinrichtungen nicht denkbar wäre. In den sich anschließenden Abschnitten werden einige Baurohstoffe, ihre Entstehung und ihre Verwendung näher betrachtet. KALKSTEIN Die deutschen Kalksteinlagerstätten sind vor Jahrmillionen als Ergebnis organogener oder chemischer Prozesse im Meer entstanden. Auf dem Grund des Meeres abgelagerter Kalkschlamm wurde verfestigt, durch die Auflast jüngerer Sedimente kompaktiert und im Laufe von Millionen Jahren zu festem Gestein umgewandelt. Teilweise kam es zu einer Reaktion des Kalksteins mit magnesiumhaltigen Wässern und damit einhergehend zur Bildung des mit dem Kalkstein nahe verwandten Dolomits. Die heute in Deutschland anzutreffenden Kalksteinlagerstätten sind bis zu 600 Mio. Jahre alt. Verbindungen von Ton, Kalk und teilweise Sand werden als Mergel bezeichnet. Je nach Bestandteilen wird das Gestein als Tonmergel (10 bis 30% CaCO3), Kalkmergel (30 bis 85% CaCo3) oder mergeliger Kalk (85 bis 95% CaCo3) bezeichnet. Ein großer Teil der Kalkstein- und Dolomitproduktion wird in der Kalkindustrie eingesetzt. Als Produkte der Kalkindustrie sind gebrannte und ungebrannte Erzeugnisse zu unterscheiden. Bei den ungebrannten Erzeugnissen handelt es sich um Produkte, die in Steinbrüchen gewonnen, gebrochen und klassiert in den Verkauf gelangen. Zu diesen Erzeugnissen werden Rohsteine in Form von Steinen, Schotter, Splitten und Sanden sowie Steinmehl und gemahlene kohlensaure Kalke gezählt. Für die Herstellung der gebrannten Produkte werden diese einem Brennprozess unterworfen, bei dem in einem chemischen Prozess CaCO3 in CaO und CO2 umgesetzt wird. Zu den gebrannten Kalk- und Dolomiterzeugnissen werden alle Produkte aus Branntkalk und Kalkhydrat sowie die hydraulischen Kalke gerechnet. Für die Herstellung einer Tonne Branntkalk werden circa 1,8 t Kalkstein benötigt. Der älteste Verwendungsbereich für Kalk ist das Baugewerbe. Schon seit Jahrtausenden wird Kalk zum Anmischen von Mörtel auf Baustellen eingesetzt. www.advanced-mining.com 11 WEITERBILDUNG Gebrochener und zu Schotter, Splitt oder Brechsand aufbereiteter Kalkstein und Dolomit wird als Zuschlag für Beton eingesetzt. Dieser Kalksteinbeton wird aufgrund seiner geringen Wärmedehnung als Massenbeton bei Großbauwerken wie Talsperren oder Brücken verwendet. Die geringe Wärmedehnung bei Hitzeentwicklung führt zum vermehrten Einsatz von Kalksteinzuschlag überall dort, wo Beton hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Ein weiterer Einsatzbereich von Kalkstein ist die Kalksandsteinindustrie. Kalksandsteine, die aus einer Mischung aus Feinkalk, Sand und Wasser hergestellt werden, sind ein wichtiger Baustoff im Wohnungsbau. So ist jeder dritte in der Bundesrepublik verwendete Mauerstein ein Kalksandstein. Eine Alternative zum Kalksandstein stellt der Porenbeton dar, der aus den Bestandteilen Quarzsand, Kalk, Zement und Wasser angemischt wird. Durch eine Zugabe von Aluminiumpulver kann das Gemisch aufgeschäumt werden und entwickelt so hervorragende Eigenschaften in der Wärmedämmung bei gleichzeitig sehr geringem Gewicht. Kalkstein ist auch für die Herstellung von Zement, einem der weltweit wichtigsten Bindemittel, von größter Bedeutung. Zement wird aus den Rohstoffen Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz hergestellt. Für die Produktion einer Tonne Zement werden knapp 1,4 t Kalkstein verwendet. Ein weiteres Einsatzgebiet von Kalk, Kalkstein und Dolomit ist der Straßenbau. Kalkstein wird in allen Schichten der Straßenherstellung, von der Frostschutzschicht bis zur Asphaltdeckschicht verbaut. Kalk und Kalkstein wird bei der Herstellung von Stahl in unterschiedlicher Form und großer Menge eingesetzt. Für die Herstellung einer Tonne Roheisen werden ca. 20 bis 30 Kilogramm Branntkalk und ca. 100 bis 200 Kilogramm Kalkstein verwendet. Der im Hochofen zugegebene Kalkstein dient dabei einer besseren Schlackenbildung. Abb. 6: Kalkstein-Lagerstätte, Union Bridge Quarry, USA Ausgabe 02 | 2008 Kalk ist für einen Einsatz im Bereich der Bodenverbesserung und Bodenverfestigung geeignet. Dabei entzieht dieser dem Boden Wasser, so dass die Tragfähigkeit verbessert und der Boden frostbeständig wird. Kalk ist zudem ein wichtiger Bodennährstoff. Ein ausgewogener Zustand hinsichtlich des Kalkgehaltes eines landwirtschaftlich genutzten Bodens beeinflusst die Fruchtbarkeit und damit den landwirtschaftlichen Ertrag. Landwirtschaftliche Nutzflächen verlieren ihre Fruchtbarkeit im Laufe der Zeit, da zum einen der Nährstoff CaO durch Niederschläge ausgewaschen wird und zum anderen durch die Pflanzen selbst, die bei ihrem Wachstum ebenfalls den Nährstoff CaO entziehen. Aus diesem Grund ist eine regelmäßige Kalkung für die Aufrechterhaltung der Ertragsfähigkeit der Böden unerlässlich. Die chemische Industrie setzt bereits seit Jahrhunderten Kalk als besonders preiswerte Base für die Herstellung von anorganischen oder organischen Calciumverbindungen ein. Zudem wird Kalk zur Veränderung von pH-Werten, als Reaktionsmittel bei chemischen Synthesen, bei physikalisch-chemischen Aufbereitungsverfahren, und für die Neutralisation eingesetzt. Kalk und Kalkstein wird beispielsweise für die Herstellung von Zitronensäure, Klebstoffen, Alkoholen, Lacken, Farben, Pharmazeutika, Kalkseifen für die Papierindustrie, Propylenoxid für Weichmacher in der Kunststoffindustrie sowie Glanzpigmenten eingesetzt. KIES UND SAND Kies und Sand sind weltweit und bundesweit die mengenmäßig bedeutendsten mineralischen Rohstoffe. Als Sande werden lose Gesteinskörnungen mit einem Durchmesser von rund 0,1 bis 2 mm bezeichnet. Bei Kiesen liegen die Durchmesser der Körner bei 2 bis 63 mm. Jährlich werden in Deutschland große Mengen an Kies und Sand gebraucht. Der Bedarf kann dabei aus heimischen Lagerstätten gedeckt werden. So werden in Deutschland an jedem Arbeitstag mehr als 1 Mio. t Kies und Sand abgebaut, transportiert und verarbeitet. Zu unterscheiden sind Sande und Kiese, die als Baurohstoffe verwendet werden, von den Spezialsanden- und kiesen. Sand und Kies sind wertvolle Rohstoffe für eine Vielzahl von Industriezweigen. Vor allem die Bauindustrie ist auf eine ausreichende Versorgung mit Bausanden und -kiesen angewiesen. Damit leistet die Sand- und Kiesindustrie einen bedeutenden Beitrag zur reibungslosen Versorgung dieses wichtigen Wirtschaftszweiges. Die verschiedenen Verbraucher sind wesentlich von der Verfügbarkeit von Sand und Kies aus verbrauchernahen Lagerstätten abhängig, da die Transportkosten dieser Massenrohstoffe bei größeren Entfernungen die Kosten für die Gewinnung und die Aufbereitung leicht um ein Mehrfaches übersteigen. www.advanced-mining.com 12 WEITERBILDUNG Eine Gewinnung von Kies- und Sandvorkommen kann sowohl im Trocken- als auch im Nassabbau geschehen. Während die Lagerstätte beim Trockenabbau oberhalb der Grundwasserlinie ausgekiest wird, geschieht dies beim Nassabbau unterhalb des Grundwassers. Zwei Drittel der Abbauflächen werden im Nassbetrieb abgebaut. Gewonnen wird der so genannte Rohkies, der anschließend gewachsen und klassiert wird. Produkte, die unter Verwendung von Sand und Kies hergestellt werden, sind beispielsweise Beton (besteht zu etwa 80 % aus Kies und Sand) und Betonfertigteile, Pflastersteine, Gehwegplatten, Kanalrohre, Eisenbahnschwellen und Mauersteine. Zudem wird Sand für den Straßenbau zur Herstellung von Asphalt und Beton sowie von Frostschutz- und Tragschichten verwendet. Rund 95 % der gewonnenen Sande und Kiese finden in Form von Bausanden und -kiesen ihren Abnehmer im Bauwesen. Mit einem Anteil von knapp 5% werden hochwertige Spezialsande und -kiese mit speziellen Qualitätsanforderungen vor allem in der Glas- und Keramikindustrie, in der Eisen schaffenden und Eisen verarbeitenden Industrie Abb. 7/8: Kies- und Sand - Lagerstätte, Deutschland oben: Gewinnung im Trockenabbeu, unten: Nassabbau sowie in der chemischen Industrie eingesetzt. NATURSTEIN Zur Naturstein-Industrie gehören Gewinnungsbetriebe von Naturstein (Steinbrüche) für den Hoch- und Tiefbau, Aufbereitungsanlagen (Schotter- und Splittwerke), denen wiederum häufig Weiterverarbeitungsanlagen (Mischanlagen für den Asphaltstraßenbau und für Transportbeton sowie Beton- und Fertigteilwerke) angeschlossen sind. Hinsichtlich der Bedeutung dieser Industrien für die Versorgung der Bauwirtschaft mit Rohstoffen gilt das für Kies und Sand Gesagte gleichermaßen. Naturstein wird in den Körnungen bis 0,125 mm als Füller, bis 4 bzw. 5 mm als Brechsand, bis 32 mm als Splitt und größer 32 mm als Schotter bezeichnet. Diese Körnungen werden zu etwa 75% ungebunden, hydraulisch oder bituminös gebunden in allen Schichten des Straßen- und Tiefbaus eingesetzt, z. B. als Unterbau- und Schüttmaterial, als Frostschutz- oder Tragschicht sowie als Binder- oder Deckschicht. Für 100 m Autobahn werden beispielsweise 2.600 t gebrochenes Natursteinmaterial benötigt. Dieses macht die Straße tragfähig und griffig. Etwa 20% der Natursteinkörnungen gehen als Splitt in die Betonherstellung für Brücken, Stadien, Talsperren und vieles mehr. Der Rest wird als Gleisschotter zum Bau von Schienenwegen oder als Wasserbausteine zur Fluss- und Küstenbefestigung verwendet. Abb. 9: Basalt - Lagerstätte mit typischer Säulenstruktur, Deutschland Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 13 WEITERBILDUNG NATURWERKSTEIN Naturwerkstein als Baumaterial wird schon seit vorgeschichtlicher Zeit eingesetzt und war für Jahrhunderte das vorherrschende Baumaterial. Gerade repräsentative historische Bauvorhaben wie beispielsweise die ägyptischen Pyramiden, die griechischen Tempelanlagen, die gotischen Kathedralen sowie die barocken Schlossanlagen wurden aus Naturwerkstein errichtet. Zu den Naturwerksteinen werden beispielsweise Sandstein, Marmor, Granit oder Schiefer gezählt. Durch die Entwicklung kostengünstigerer Baustoffe wie Beton oder Kalksandstein wurde die Verwendung von Naturwerksteinen stark eingeschränkt. Gegenwärtig werden diese Baustoffe daher vornehmlich als Bodenbelag und als Wandverkleidung eingesetzt. Naturwerksteine zeichnen sich durch besondere Gesteinseigenschaften aus. So werden aus Naturwerksteinen vielfältige Werkstücke wie beispielsweise Bauwerksverkleidungen, Bodenplatten, Grabmale oder Grundkörper für Steinmetz- und Bildhauerarbeiten hergestellt. Damit die gewünschten Gesteinseigenschaften der aus dem Festgestein gelösten Rohblöcke den Anforderungen entsprechen, werden Naturwerksteine in der Regel nicht gesprengt, sondern mechanisch aus dem Gesteinsverband gelöst oder herausgesägt. Trotz der weiten Verbreitung von Natursteinlagerstätten sind Vorkommen, die sich für die Werksteingewinnung eignen, äußerst selten und demzufolge besonders wertvoll. Ein wichtiger Naturwerkstein, der vielfältige Anwendung in der Bauwirtschaft findet, ist der Schiefer. Im Laufe von Millionen von Jahren entstand aus abgelagerten feinsten Tonschlämmen durch die Einwirkung von hohen Temperaturen und Drücken Schiefer. Die typische Schieferstruktur entsteht durch eine Abfolge von Glimmerlagen, die zudem zu einer guten Spaltbarkeit und zur so begehrten Abb. 10: Marmor - Lagerstätte, Carrara, Italien. Produktion von Naturwerkstein Ausgabe 02 | 2008 Witterungsbeständigkeit beiträgt. Bereits seit über 2.000 Jahren wird Schiefer als Baumaterial verwendet. Nachdem Schiefer schon im Mittelalter für das Dachdecken eingesetzt wurde, allerdings dann an Bedeutung verloren hat, erlebt er in den letzten 25 Jahren einen erneuten Aufschwung. Möglich wurde dies durch moderne Schieferbergwerke, die zu Preisen produzieren konnten, die einen Masseneinsatz dieses Natursteins möglich gemacht haben. Deutschlandweit werden jährlich rund fünf Millionen Quadratmeter Schieferdächer hergestellt. LEHM UND TON Lehm ist ein Gemisch aus Ton, Schluff und Sand, das Beimengungen von kiesigen Gesteinspartikeln sowie von organischem Material enthalten kann. Der Ton dient im Lehm als Bindemittel. Lehm und Ton werden, da sie feucht leicht formbar und in der Sonne zu hartem Körper austrocknen, schon seit langer Zeit als Baustoff eingesetzt. Heutzutage wird ein Großteil der Lehm- und Tonproduktion zur Herstellung verschiedener Ziegelprodukte (Mauerziegel, Klinker, Dach- und Deckenziegel) und Feuerfestprodukte verwendet. Tone werden für Produkte der Grob-, Fein- und Kunstkeramik sowie für Baustoffe und Schmelztiegel verwendet. Absatzmärkte sind unter anderem die Sanitärkeramik, die Steinzeugröhrenindustrie, die Herstellung von technischer Keramik, die Feuerfest- und Säurefestindustrie, die Kunststoffindustrie sowie die Gummi- und Futtermittelindustrie. Kaoline oder kaolinitische Tone finden Verwendung in der Papier-, Keramik- und Feuerfestindustrie, als Füllstoffe bei der Herstellung von Farben, Lacken, Gummi- und Kunststoffen, als Keramikträger in Abgaskatalysatoren sowie als Dichtungsmaterial für Deponien. Feuerfestprodukte werden für alle industriellen Prozesse benötigt, die mit sehr hohen Temperaturen einhergehen. Ohne die gefertigten Spezialprodukte lassen sich weder Stahl noch Glas, Aluminium, Kupfer, Kalk oder Zement herstellen. Daher kommt der Feuerfestindustrie, obwohl keine der großen Branchen, doch eine unverzichtbare Schlüsselstellung zu. Der Rohstoff Ton wird dabei nicht nur in Deutschland verarbeitet, sondern ist, wie der hohe Exportanteil beweist, in ganz Europa begehrt. Vor allem deutsche Feuerfestprodukte sind weltweit führend. Der Exportanteil liegt hier bei rund 50%. www.advanced-mining.com 14 WEITERBILDUNG Salze und Industrieminerale Steinsalz (Natriumchlorid, NaCl) tritt in großen Salzlagerstätten auf, die sich in Deutschland vor rund 240 Millionen Jahren durch das Verdunsten früherer Salzseen oder Meeresteile gebildet haben. Steinsalz wird untertägig in Salzbergwerken oder durch Solung in Kavernen gewonnen. Salz als eines der ersten und wertvollsten Handelsgüter ist auch heute noch von großer ökonomischer Bedeutung. Steinsalz wird in Form von Speisesalz in der Lebensmittelindustrie und im Haushalt eingesetzt. Der winterliche Einsatz von Streu- und Auftausalzen ist ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet. Auftausalz ist das wirksamste und wirtschaftlichste Mittel, um Straßen und Autobahnen schnee- und eisfrei zu halten. Salz ist heute unverzichtbarer Rohstoff vor allem für die chemische Industrie, beispielsweise bei der Erzeugung von Soda, Chlor und Natronlauge. Ohne den Grundstoff Salz wäre die Produktion von Glas, Kunststoffen oder Aluminium nicht möglich. Des Weiteren spielt Salz bei der Herstellung von Textilien, Papier, Waschmitteln, Arzneimitteln sowie Farben eine wichtige Rolle. Das zweite wichtige Salz ist das Kalisalz, das ein Gemisch aus Kaliumchlorid und Kaliumsulfat mit Magnesiumund Kalziumverbindungen darstellt und vorwiegend als Düngemittel eingesetzt wird. Zu den Industriemineralen werden beispielsweise Schwefel, Schwerspat oder Flussspat gezählt. Den größten Anteil an der weltweiten Schwefelproduktion macht aus Sulfiderzen gewonnener Schwefel aus. Aus dieser Quelle stammten etwa 50 Millionen Tonnen pro Jahr. Des Weiteren entsteht bei der Entschwefelung von Erdgas eine große Menge Schwefel als Nebenprodukt. Einsatzgebiete von Schwefel finden sich sowohl in der chemischen als auch in der pharmazeutischen Industrie, hier vor allem zur Produktion von Schwefelsäure, Farbstoffen, Insektiziden und Kunstdüngern. Ebenfalls wird Schwefel bei der Herstellung von Schwarzpulver und anderen Sprengstoffen verwendet. Schwerspat ist eine andere Bezeichnung für Bariumsulfat (BaSO4). Das auch als Baryt bezeichnete Gestein kommt aufgrund seiner hohen Dichte als Zusatz zu Bohrspülungen zum Einsatz. Durch die hohe Dichte kann somit ein hoher Schweredruck in der Flüssigkeit erzielt werden. Des Weiteren wird Baryt als Weißpigment, zur Herstellung von Schwerbeton, als Kontrastmittel bei Röntgenuntersuchungen und zur Gewinnung von Barium verwendet. Abb. 12: Kali-Lagerstätte in Deutschland, Foto: K+S Abb. 11: Salz-Lagerstätte in Iran Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 15 WEITERBILDUNG Berichte zur Rohstoffgeologie von Prof. Dr. Bernd Lehmann | Lagerstättenforschung | Technische Universität Clausthal | Deutschland Uran-Lagerstätten U ran-Lagerstätten treten in vielerlei geologischen Milieus auf. Die gegenwärtig wirtschaftlich wichtigsten Lagerstättentypen sind proterozoische Diskordanz-Lagerstätten (hauptsächlich in Kanada und Australien), „Roll front“-Lagerstätten in mesozoisch-känozoischen Sandsteinen (Kasachstan und USA), und IOCG („Iron Oxide-Copper-Gold)“-Lagerstätten in hämatitischen Granit-Brekzien, in denen Uran als Beiprodukt von Kupfer-Bergbau auftritt (Olympic Dam, Australien). Der elementare Hintergrund der Uran-Lagerstättenbildung ist bestimmt durch die gute Löslichkeit von sechswertigem Uran in wässrigen Lösungen, und die konträr hierzu sehr geringe Löslichkeit im vierwertigen Zustand. Dies erlaubt grossräumige Auslaugung von Uran durch oxidierende meteorische und Formations-Wässer, und Ausfällung von Uraninit (UO2, auch als Pechblende bekannt) an Redox-Fronten. Evapotranspiration unter ariden Klimabedingungen kann zur Bildung von oberflächennahen „Calcrete“-Lagerstätten führen (Namibia und Australien). Paläo-Seifen von klastischem Uraninit sind auf das späte Archaikum bis frühes Proterozoikum beschränkt und enthalten sehr grosse Ressourcen bei niedrigem Uran-Gehalt (Südafrika, Kanada). Die heute bekannten Uran-Ressourcen der Erde genügen für die Stromerzeugung aus Nuklearenergie für rund 100 Jahre. Fortgeschrittenere Kernkraft-Technologien können die Lebensdauer auf mehr als 1000 Jahre erweitern. Einführung Uran wird im wesentlichen zur Stromerzeugung in Kernreaktoren verwendet, nach einer ersten Periode von 1945-1960, in der der militärische Bedarf für Kernwaffen im Vordergrund stand. Die zivile Nutzung von Kernernergie begann mit sehr starken Zuwachsraten in den 1960er Jahren, und ist seit dem Chernobyl-Reaktorunfall 1986 in der Ukraine auf etwa gleich bleibendem Niveau. Rund 35 % der Elektrizität in der Europäischen Union werden heute aus Kernenergie gewonnen, aber seit etwa 20 Jahren wurden keine neuen Reaktoren in Betrieb genommen. Gegenwärtig hat das Interesse an Kernenergie weltweit wieder zugenommen, da diese Form der Energiegewinnung Klima-neutral ist und punktuelle Stromerzeugung im grossen Stil bei im Vergleich zu anderen Techniken günstigen Kosten erlaubt. AREVA, der französische Weltmarktführer für Kernreaktoren, baut zur Zeit zwei EPR-Kernreaktoren der dritten Generation („European Pressurised Water Reactor“) in China, sowie einen weiteren 1,6-GW-Reaktor in Finnland. Die größeren Industrienationen entwickeln zur Zeit Reaktoren der vierten Generation, die mit schnellen Neutronen arbeiten, und eine um mehrere Grössenordnungen höhere Effizienz haben als die konventionelle Technik. Abb. 1: Spot-Preis für Uran und Ausgaben für Exploration und Bergbauentwicklung. (Quelle: Nuclear Energy Agency 2008). Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 16 WEITERBILDUNG Solche Kernernergie-Systeme werden langfristig vermutlich eine wichtige Rolle in der Welt-Energiebilanz spielen. Gegenwärtig erlebt die Exploration auf Uran-Lagerstätten einen Boom, mit globalen Ausgaben in 2007 von rund 720 Millionen USD (Abb. 1), nachdem dieser Bereich rund 20 Jahre lang auf sehr niedrigem Niveau stagnierte. Natürliches Uran besteht im wesentlichen aus zwei Isotopen, 238U mit einer Häufigkeit von 99,3 % und 235U mit einer Häufigkeit von 0,7 %, die beide langsam auf stabiles 206Pb beziehungsweise 207Pb zerfallen (T½ 238U 4,5 Ga; T½ 235U 710 Ma). Nur 235U kann in konventionellen Kernreaktoren zur Energienutzung verwendet werden, und die meisten Reaktoren (Leichtwasser-Reaktoren) verwenden angereichertes Uran, in dem das 235U-Isotop auf 3-5 Gew.% angereichert wurde (zum Vergleich: Uran für Nuklearwaffen muss auf mindestens 90 Gew.% 235U angereichert sein). Der Welt-Verbrauch von natürlichem Uran (nicht angereichert) für die insgesamt 439 in Betrieb stehenden Reaktoren (September 2008) liegt bei etwa 65,000 t U pro Jahr, aus dem 2.600 TWh (1 TWh = 1 Milliarde KWh) Strom erzeugt werdem, äquivalent zu 16 % der Welt-Stromerzeugung. Die gegenwärtig identifizierten Uran-Ressourcen genügen sowohl für die Lebensdauer der heutigen Kernkraftwerke sowie für eine bis 2030 um bis zu 80 % erwartete Kernkraftwerks-Expansion für rund hundert Jahre. Engpässe im Angebot sind allerdings möglich, nach der langen Zeit der Stagnation des Uranmarkts bei sehr niedrigen Preisen, die Exploration und Bergbauentwicklung unrentabel machten. Einsatz von fortgeschrittener Reaktortechnik und Brennstoff-Wiederaufarbeitung könnte die Verfügbarkeit von Nuklearenergie von etwa einem Jahrhundert auf ein Jahrtausend verlängern. Derartige Technologie würde schnelle Neutronen nutzen, die auch 238U spalten können, und damit die 99,3 % von natürlichem Uran nutzen, die heute vergeudet oder auf Halde gelegt werden. Die Bergbauproduktion von Uran in 2007 ist in Abb. 2 gezeigt, wobei Kanada (23 %), Australien (21 %) und Kasachstan (16 %) dominieren. Deutschland hat 0,1 % beigetragen, die aus Entwässerung von ehemaligen Uran-Bergbaubetrieben in OstDeutschland stammen. Historisch haben Ost-Deutschland und die Tschechei während den Zeiten der DDR und der Tschechoslowakei wesentlich für das sowjetische Kernwaffen-Arsenal produziert. Seit den 1990er Jahren besteht eine deutliche Differenz zwischen Uran-Verbrauch (65.000 t U/a) und Uran-Bergbauproduktion (41.300 t U/a), die durch Auflösung der militärischen Depots der USA und Russlands sowie durch Wiederaufarbeitung von Brennstäben gedeckt wird (Abb. 3). Abb. 2: Heutige und historische Uran-Bergbauproduktion. Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 17 WEITERBILDUNG (meistens in der Form von Uraninit [UO2], der auch wegen der schwarzen Farbe als Pechblende bekannt ist) an solchen Orten, wo sich die Löslichkeit von Uran ändert. Uran tritt in zwei Oxidationszuständen auf: Uran mit der Wertigkeit 6+ ist leicht löslich, während Uran in der Wertigkeit 4+ stark unlöslich ist. Dieser Zusammenhang kann in die allgemeine geochemische Formulierung kondensiert werden: Abb. 3: Uran-Bergbauproduktion und zivile Nachfrage seit 1945. Seit 1990 besteht eine Schere zwischen Nachfrage und Bergbau-Angebot, die durch Wiederaufarbeitung und Rückführung von Uran aus militärischen Beständen gedeckt wird. (Quelle: Nuclear Energy Agency 2008). U6+ (wässrige Lösung) + 2 e- = U4+↓ (Präzipitat) Oder, in einem natürlichen System UO2(CO3)22- + 2 H+ = UO2 + ½ O2 + 2 CO2 + H2O Uran wurde 1789 von dem Berliner Apotheker Klaproth in Pechblende-Erz von Johanngeorgenstadt im Erzgebirge entdeckt und wurde erst 150 Jahre später allgemein interessant, als Hahn and Strassmann, wiederum in Berlin, 1938 die Kernspaltung von 235U entdeckten. Diese Reaktion setzt mehr Neutronen frei, als sie verbraucht, womit eine Kettenreaktion möglich ist, vorausgesetzt, dass eine kritische Masse von einigen kg 235U vorhanden ist. Es dauerte nur vier Jahre, um einen ersten Kernreaktor an der Universität von Chicago zu bauen, und weitere drei Jahre, um die erste Atombombe in Nevada zu testen. Im Anschluss daran wurden die Städte Hiroshima und Nagasaki mit jweils einer Uranbombe (60 kg 235U) bzw. Plutonium-Bombe (8 kg 239Pu) zerstört. Hierauf setzte ein frenetisches und einzigartig kostspieliges Wettrüsten über rund 30 Jahre ein, während dem mehrere Länder ein weites Spektrum von Nuklear-Technologie entwickelten und Tausende von nuklearen Sprengköpfen herstellten, von denen ein Teil gegenwärtig wieder in Kernbrennstoff konvertiert wird. Als Ironie des Schicksals wird heute die Hälfte der kommerziellen Reaktoren in den USA mit Brennstoff aus russischen Kernwaffen betrieben. Geochemischer Hintergrund Die oberen 10 km der kontinentalen Erdkuste haben eine durchschnittliche Häufigkeit von 2,7 g/t U (Rudnick & Gao 2003). Der Uran-Gehalt in Lagerstätten reicht von ein paar hundert g/t U bis zu mehr als 20 % U. Entsprechend muss für die Bildung von Uran-Lagerstätten ein Prozess wirksam sein, der Uran um den Faktor 100 bis 10.000 über den globalen geochemischen Hintergrund anreichert. Eine derartige Anreicherung ist möglich durch Auslaugen von grossen Gesteinsvolumina durch oxidierendes warmes Wasser und Ausfällung von Uran Ausgabe 02 | 2008 (1) Es bestehen viele weitere Komplexierungsmechanismen, aber das grundlegende Thema ist jeweils die leicht lösliche U-Spezies im 6+ Zustand, während die ausgefällte U-Spezies im 4+ Zustand vorliegt. Die Löslichkeit von U4+ bei niedrigen Temperaturen ist extrem gering, ähnlich zu Thorium als Th4+. Jedoch hat Thorium im Unterschied zu Uran keine oxidierte Spezies, weshalb es nicht in niedrigtemperierten hydrothermalen Lagerstätten angereichert wird. Nur unter Hochtemperatur-Bedingungen, insbesondere in Silikat-Schmelzen, können Uran und Thorium aufgrund ihres grossen Ionenradius und hoher Ladung gemeinsam angereichert werden und dann U-Th-Lagerstätten in Granit-Pegmatiten und Alkali-Graniten bilden. Gleichung (1) beschreibt hinreichend sowohl die Bildung von hydrothermalen Uran-Lagerstätten (Reaktion von links nach rechts), als auch den Abbau solcher Lagerstätten durch „In-Situ Leach“ (ISL) Techniken (Reaktion von rechts nach links). Die Löslichkeit von Uran nach (1) kann formuliert werden als: log K = log [UO2(CO3)22-] + 2 log [H+] - ½ log [O2] - 2 log [CO2] log [UO2(CO3)22-] = log K + 2 pH + ½ log [O2] + 2 log [CO2] Diese Gleichung beschreibt die Löslichkeit von Uran als Funktion von pH, Oxidationszustand und CO2-Fugazität. Unter der Normalsituation, dass der pH durch die GesteinsMineralogie gepuffert ist, wird die Löslichkeit von Uran somit durch die Fugazität von Sauerstoff und CO2 kontrolliert. Ein praktisches Beispiel dieses zunächst akademisch erscheinenden Zusammenhangs ist in Form des Handstücks von Uran-Erz in Abb. 4 gegeben, wo der Übergang von oxidierendem Milieu zu reduzierendem Milieu direkt www.advanced-mining.com 18 WEITERBILDUNG vom Gestein abgelesen werden kann. Uran-Erzbildung (Ausfällung von Uraninit) markiert den Übergangsbereich von oxidiertem zu reduziertem Milieu. ISL („In-Situ Leach“) Mining kehrt diesen Prozess um, wobei Uraninit in der Lagerstätte (inhärent reduziertes Milieu) durch Injektion von mit O2 und CO2 gesättigtem Wasser in Lösung gebracht wird. Hydrothermale Mobilität von Uran verlangt ein oxidierendes Milieu der Fluid-Zirkulation. (Der Begriff „hydrothermal“ meint grundsätzlich warmes Wasser, ohne genetische Festlegung, woher dieses Wasser stammt.) Nennenswerte Mengen von Sauerstoff in der Erdatmospäre sind erst seit rund 2,4 Ga gegeben. Vor dieser Zeit sind keine hydrothermalen Uran-Lagerstätten bekannt, wohl aber magmatische Anreicherung von Uran in Graniten und Granit-Pegmatiten, die sich über den gesamten Zeitraum der Erdentwicklung verfolgen lässt. Uran verhält sich in silikatischen Schmelzsystemen als inkompatibles Element, d.h. es wird nicht in die gesteinsbildenden Silikatminerale eingebaut und somit in Restschmelzen angereichert. Bei der Verwitterung solcher Gesteine in der Zeit vor 2,4 Ga wurde Uraninit mit hohem Thorium-Gehalt als unlösliches Schwermineral in fluviatilen Seifen angereichert. Beispiele sind die Lagerstättenprovinzen von Witwatersrand, Südafrika, und Blind River/Elliott Lake, Kanada. Diese Uran-Seifen konnten sich nur in der archaischen Sauerstoff-freien Atmosphäre bilden. Unter heutigen Atmosphären-Bedingungen löst sich Uraninit leicht im Regenwasser, und die Erosion von Uran- Lagerstätten oder von U-reichen Graniten (10 - 20 g/t U), produziert weite sekundäre Dispersionsaureolen, die zur Lagerstättensuche genutzt werden. Die hohe Löslichkeit von Uran unter oxidierenden Bedingungen auch bei niedriger Temperatur erlaubt die oberflächennahe Bildung von Uran-Lagerstätten unter ariden bis semi-ariden Bedingungen durch Evapotranspiration. In solchen Milieus wird sechswertiges Uran oft zusammen mit Kalium und Vanadium in Form von einer Reihe von kanariengelben bis giftgrünen Mineralen ausgefällt. Typische Beispiele sind Carnotit [K2(UO2)V2O8 · 3H2O] und Tyuyamunit [Ca(UO2)V2O8 · 5-8½ H2O] (Abb. 5). Die weite Verbreitung von Uran-Vanadaten in diesen Lagerstätten beruht auf deren deutlich geringerer Löslichkeit im Vergleich zu allen anderen (UO2)2+-Mineralen. Wichtige Uran-Lagerstättentypen Uran-Lagerstätten bilden sich in einem weiten Spektrum von geologischen Environments. Gang-Lagerstätten waren historisch besonders wichtig, gefolgt von Paläo-Seifen. Diese Lagerstättentypen haben allerdings niedrige Gehalte (zumeist < 1 % U), und die Entdeckung von hoch-haltigen Diskordanz-gebundenen Lagerstätten in Kanada in den 1960er Jahren, sowie von noch höher-prozentigen Lagerstätten bis zu rund 20 % U des gleichen Typs brachte eine Wende im Uran-Markt. Trotzdem sind auch weiterhin noch viele „low-grade“ und „very-low grade“ (< 0.05 % U) Abb. 4: Uran-Erz aus der Lagerstätte Bertholène (ausgeerzt) im Massif Central, Frankreich. Diese Granit-Brekzie besteht aus hämatitisierten Granit-Bruchstücken (rot), zementiert durch einen dünnen Saum von Uraninit (schwarz), gefolgt von Pyrit (gelblich). Das Handstück demonstriert den Wechsel im Oxidationszustand von oxidierend (Hämatit) zu reduzierend (Pyrit). Uraninit wird im Wechsel der Redox-Bedingungen ausgefällt. Das Erz tritt nahe der Diskordanz von verwittertem herzynischem Granit (Karbon) und überlagernden permischen Sedimentgesteinen mit dünnen Kohle-führenden Flözen auf. (Sammlung Lehmann). Ausgabe 02 | 2008 Abb. 5: Uran-Erz aus Verwitterung und Evapotranspiration: Tyuyamunit, ein hydratisiertes Ca-U-Vanadat, in karbonischem Kalkstein, Wyoming, USA. (Sammlung Lehmann). www.advanced-mining.com 19 WEITERBILDUNG Lagerstätten im Abbau, was aufgrund von kostengünstigen Abbaumethoden (insbesondere ISL/“In-Situ-Leaching“) oder aufgrund von weiteren Wertmetallen wie Kupfer oder Gold (insbesondere in IOCG („Iron Oxide-Copper-Gold“)Lagerstätten) profitabel ist. Abb. 6 gibt einen Überblick für einige wichtige Uran-Lagerstätten in Bezug auf Tonnage und Gehalt. Das obere Ende im Parameter Gehalt ist durch die Diskordanz-Lagerstätten gegeben; das untere Ende durch Paläo-Seifen und die sehr grosse IOCG-Lagerstätte Olympic Dam in Australien. Drei Haupttypen von hydrothermalen Uran-Lagerstätten machen gegenwärtig rund 85 % der Welt-Bergbauförderung aus. Diese sind (1) Diskordanz-Lagerstätten, (2) Sandstein- oder „Roll front“-Lagerstätten, und (3) IOCG („Iron Oxide-Copper-Gold“)-Lagerstätten. Alle drei Typen sind durch Redox-Prozesse bestimmt, d.h. Bildung an Redox-Fronten, wo oxidierende Formationswässer oder meteorische Wässer auf reduzierende Lithologien oder Methan-haltige Fluide treffen. Der gemeinsame Nenner ist grossräumige Auslaugung von Uran aus durchschnittlicher kontinentaler Kruste oder leicht in Uran angereicherter Kruste (Granite) unter oxidierenden Bedingungen (U6+), und Fixierung von Uran als U4+ in Uraninit. Dieser Prozess erfordert grosse Mengen von oxidierendem war- mem Wasser, wie es in intrakratonischen Becken mit km-mächtigen Sequenzen von rotem Sandstein (± Gips) gegeben ist. Grossräumige Fluidzirkulation kann sowohl die sedimentäre Becken-Sequenz als auch das unterlagernde metamorphe Basement laugen. Reduktion und Ausfällung von UO2 erfolgt durch Wechselwirkung mit reduzierten Lithologien (Pyrit oder organische Reste in Sandstein; Graphitschiefer) oder mit mobilen Kohlenwasserstoffen. Das Lehrbuch-Beispiel dieser Situation ist im Athabasca-Becken im nördlichen Saskatchewan, Kanada, gegeben, wo mehrere grosse Minen mit Erzgehalten bis zu rund 20 % U im Abbau oder in Entwicklung sind (McArthur River, Cigar Lake) (Abb. 7 und 8). Diese hoch-haltigen Uran-Vorkommen treten nahe der Diskordanz zwischen dem metamorphen Basement (Archaikum, Paläoproterozoikum) und dem überlagernden 1,9-Ga-alten Athabasca-Sandstein auf und werden daher als Diskordanz-Lagerstätten bezeichnet. Die Vorkommen sind räumlich assoziiert mit zerscherten und Graphit-führenden Metasediment-Einheiten im Basement, die ihr reduziertes Milieu über hydrothermale Aureolen bis in den überlagernden Sandstein transponiert haben (Abb. 9). Aufgrund dieser Kontrolle sind elektrische geophysikalische Verfahren bei der Exploration auf verdeckte Lagerstätten wichtig. Abb. 6: Gehalt versus Tonnage für einige Uran-Lagerstätten. „Pre-mining“Ressourcen sind variabel und hängen von ökonomischen und geologischen Annahmen ab. Geographische Zuordnung der Lagerstätten: Kanada/Saskatchewan (McArthur River, Cigar Lake, Collins Bay, Key Lake, Midwest, McClean Lake), Kanada/Ontario (Quirke Lake), Australien (Nabarlek, Ranger, Jabiluka, Yeelirrie, Olympic Dam), Congo (Shinkolobwe), Tschechei (Pribram, Rozna), Deutschland (Aue/Niederschlema, Zobes, Ronneburg, Menzenschwand), Frankreich (Fanay), Russland (Streltsov), Kasachstan (Mynkuduk, Inkai), Namibia (Langer Heinrich, Rössing), Südafrika (Welkom, West Rand). Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 20 WEITERBILDUNG Abb. 7: Diskordanz-gebundenes Uranerz im Athabasca-Sandstein: Bohrkern vom Pod 2-Bereich der Lagerstätte McArthur River, Saskatchewan, Kanada. DDH 301 besteht über mehrere Bohrmeter aus höchst-prozentigem Erz (> 50 % U) aus Uraninit und Tonmineralen. (Photo: Lehmann). Abb. 8: Geologische Überblickkarte des Diskordanz-Lagerstättengebiets vom mittel-proterozoischen Athabasca-Becken in Saskatchewan mit einer Gesamt-Ressource von rund 600.000 t U bei einem Durchschnittsgehalt von etwa 2 %. „MF“ bezeichnet die Manitou Falls-Formation, die den unteren Teil der Sedimentsequenz des Athabasca-Beckens ausmacht. Die wichtigsten Vorkommen liegen am 200 km langen südöstlichen Beckenrand zum paläo-proterozoischen und archaischen metamorphen Basement. Hauptvorkommen: Key Lake (70.000 t U, 2%, abgebaut), McArthur River (nachgewiesen 80.000 t U, 15 %, + wahrscheinlich 62.600 t U, 22 %, im Abbau), Cigar Lake (87.000 t U, 21 % U, in Entwicklung). (Aus Jefferson et al. 2007: 276). Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 21 WEITERBILDUNG Dem grundsätzlich gleichen Bildungsprozess folgen auch die klassischen Sandstein- oder „Roll front“-Lagerstätten in den westlichen USA, wo Uran in Sandstein-Aquifers am Fazieswechsel von oxidiert zu reduziert ausgefällt ist (Abb. 10). Das reduzierte Milieu ist hier durch organische Komponenten (Pflanzenreste) oder synsedimentärdiagenetischen Pyrit gegeben. Eine noch effektivere Redox-Falle kann durch Öl oder Erdgas (Methan) gegeben sein. Eine derartige Situation scheint in Zentral-Kasachstan gegeben zu sein, wo viele kleine bis mittlere UranVorkommen in wenig konsolidiertem spät-kretazischem bis tertiärem Sandstein eine riesige Uran-Provinz mit einer Gesamt-Ressource von 1,1 Gt U bilden, die mit ErdgasFeldern im gleichen Raum assoziiert ist. Diese Lagerstätten haben niedrige Gehalte (~0.03 - 0.05 % U), können aber sehr günstig durch ISL/“In-Situ Leach“-Technik abgebaut werden (Abb. 11). Abb. 9: Drei Beispiele von DiskordanzUran-Lagerstätten im südöstlichen Athabasca-Becken, Kanada. (A) Cigar Lake (Untertagebetrieb in Entwicklung) liegt hauptsächlich unmittelbar über der Diskordanz in hydrothermal alteriertem Sandstein; (B) Deilmann (Tagebau, erschöpft) in Key Lake ist sowohl im Basement und im überlagernden Sandstein. (C) Eagle Point liegt unterhalb der Diskordanz im metamorphen Basement (ursprünglich Tagebau und Tiefbau, heute Tiefbau auf einige Erz-Linsen in der Dachzone im Basement). Alle Vorkommen sind gebunden an Graphit-führende Metasediment-Horizonte im Basement. Vertikaler Maßstab=horizontaler Maßstab. (Aus Jefferson et al. 2007: 287). Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 22 WEITERBILDUNG Abb. 10: Schematische Darstellung einer „Roll front“-Uran-Lagerstätte. Der Halbmond-förmige Uranerzkörper bildet sich an der dynamischen Reaktionsfront im Sandstein-Aquifer im Übergang von oxidierter zu reduzierter Fazies. Die Redox-Front verlagert sich im hydraulischen Gradienten mehr und mehr in die ursprünglich reduzierte Gesteinseinheit. Abb. 11: Schematisches Querprofil über 500 km vom Karatau-Gebirge bis zm Balkash-See (ZentralKasachstan). Uran-Lagerstätten vom Sandstein-Typ bildeten sich dort, wo regionale GrundwasserStrömung in kretazisch-tertiären Sandstein-Aquifers mit Methan und H2S aus den unterlagernden Erdgas-Feldern in Kontakt kam. Diese Lagerstätten enthalten etwa 1.1 Gt U bei niedrigem Gehalt von ~0,03-0,05 % U, wobei Uran durch ISL („In-Situ Leach“)Bergbau gewonnen wird. Modifiziert aus Jaireth et al. (2008). Der IOCG („Iron Oxide-Copper-Gold)-Lagerstättentyp ist hauptsächlich vom Gawler-Kraton im südlichen Australien bekannt, wo die Riesen-Lagerstätte Olympic Dam hervorsticht. Die neusten Ressourcen-Angaben machen diese Lagerstätte zum grössten bekannten Uran-Vorkommen der Erde, obwohl Uran hier nur ein Beiprodukt des KupferBergbaus ist: 8,3 Gt @ 0,88 % Cu, 0,24 kg/t U, 0,31 g/t Au, 1,50 g/t Ag (BHP Billiton Annual Report 2008). Der Abbau ist zur Zeit noch unter Tage, aber ein Multi-Milliarden Tagebauprojekt mit aussergewöhnlichen Dimensionen ist in Planung. Die Cu-U-Au-Lagerstätte von Olympic Dam besteht aus einem mesoproterozoischen (~1.590 Ma) GranitBrekzienkomplex mit sehr viel Hämatit (bis zu 90 %), sowie Magnetit und Sulfiden. Die Bildung ist umstitten. Die Mine hat im vergangenen Jahr 3.500 t U produziert (Juli 2007 bis Juni 2008, entsprechend Geschäftsjahr im BHP Billiton Jahresbericht) und ist der einzige wichtige UranProduzent vom IOCG-Typ. Ausgabe 02 | 2008 Es gibt zahlreiche weitere Uran-Lagerstättentypen, die allerdings gegenwärtig wenig ökonomische Bedeutung haben. Klassische Gang- und Scherzonen-Lagerstätten waren in den frühen Tagen des Uran-Bergbaus wichtig. Ein grosser Teil der europäischen Uran-Produktion kam aus solchen Gangsystemen in den herzynischen Orogenzonen der Böhmischen Masse und des Erzgebirges (Tschechei und Deutschland), sowie des Massif Central in Frankreich. Ein wichtiger Teil der ostdeutschen Uranförderung kam aus frühpaläozoischen Schwarzschiefern im Revier von Ronneburg, wo Uran synsedimentär (euxinisches Sedimentationsmilieu) angereichert wurde, und durch Verwitterung weiter konzentriert wurde. Dieser Lagerstättentyp ist insbesondere auch vom kambrischen Alaunschiefer in Schweden bekannt, wo der Urangehalt von etwa 0,1 % U allerdings unterhalb der wirtschaftlichen Machbarkeit liegt (s. Abb. 6). www.advanced-mining.com 23 WEITERBILDUNG Abb. 12: Gold-Uran-Erz als Paläo-Seife (Meta-Konglomerat), Ventersdorp Contact Reef, Witwatersrand, Südafrika. Dieses typische Handstück zeigt milchig-weisse Quarz-Kiesel in feiner Matrix aus Chlorit und Pyrit (gelblich). Uraninit und Gold sind nur im mikroskopischen Bild sichtbar. Der durchschnittliche Gehalt der 3,1 Ga-alten Witwatersrand Meta-Konglomerate liegt bei rund 10 g/t Au + 210 g/t U, während die sehr ähnlichen Paläo-Seifen im Blind River/Elliott Lake-Bezirk in Ontario, Kanada, etwa 900 g/t U führen, aber kein Gold enthalten. (Sammlung Lehmann). Uraninit ist ein Schwermineral (Dichte 9.0-9.7), das in Seifen unter reduzierenden Bedingungen angereichert werden kann. Solche Bedingungen existieren heute bei 20 % Sauerstoff in der Atmosphäre nicht. Vor etwa 2,4 Ga war allerdings der Sauerstoff-Gehalt der PaläoAtmosphäre sehr niedrig (<< 1 % O2), wodurch Anreicherung von klastischem Uraninit sowie von Pyrit im exogenen Kreislauf möglich war. Sehr grosse Uran-Paläo-Seifen, auch als Meta-Quarz-Konglomerate bekannt, treten im 3,1 - 2,7 Ga-alten Witwatersrand-Becken in Südafrika auf, sowie im 2,45 Ga-alten Blind River/Elliott Lake-Distrikt in Ontario, Kanada. Der klastische Uraninit hat einen hohen Thorium-Gehalt, der die granitische oder pegmatitische Herkunft anzeigt. Ein Teil der Uraninit-Komponente hat mit Bitumen zu amorphem „Thucholit“ reagiert (synthetischer Name für die charakteristische Th-U-CHO-Assoziation). Unter dem Mikrokop zeigen die gerundeten Uraninit-Klasten winzige Einschlüsse von Bleiglanz, der sich aus radiogenem Blei herleitet. Diese Beobachtung erlaubte eine erste Mikroskopie-basierte Altersschätzung, die später Ausgabe 02 | 2008 durch Isotopen-Mikroanalytik verfeinert wurde. Uran ist in granitischen Gesteinen angereichert. Aufgrund des grossen Ionenradius und der hohen Ladung wird Uran nicht in die Haupt-Silikatminerale eingebaut und in Restschmelzen angereichert. Hierbei verhält sich Uran wie Thorium, das ähnliche kristallchemische Eigenschaften hat. Granitische Gesteine haben zumeist einen Teil ihres magmatischen Uran-Gehalts durch Auslaugung verloren, während Thorium weitgehend immobil noch die magmatische Situation widerspiegelt. In besonders hochentwickelten granitischen Gesteinen können Uran- (und Thorium-) Gehalte bis zur Abbauwürdigkeit erreichen, d.h. einige hundert g/t. Solche Gesteine sind Pegmatite, sowie Leukogranite und Alkaligranite. Das gegenwärtig einzige Beispiel eines wirtschaftlichen Vorkommens diesen Typs ist der sehr grosse Tagebau von Rössing in Namibia, wo in 2007 rund 3.000 t U bei einem Erzgehalt von nur 300 g/t U produziert wurden. www.advanced-mining.com 24 WEITERBILDUNG Natürliche Kernreaktoren Wider der landläufigen Meinung sind Kernreaktoren keine menschliche Erfindung, sondern waren bereits in der geologischen Entwicklung der Erde während eines kurzen Zeitfensters und unter aussergewöhnlichen Bedingungen auf natürlicher Basis aktiv. Hierzu musste in der Erdatmosphäre genügend Sauerstoff vorhanden sein, damit sich hochgradige hydrothermale Uran-Lagerstätten bilden konnten (≤ 2,4 Ga), und zudem musste der Anteil von 235 U am natürlichen Uran bei ≥3.5 % liegen, also ähnlich wie in den Brennstäben der heutigen Kernreaktoren. Dem heutigen angereicherten Uran entspricht natürliches Uran vor ≥ 2,0 Ga, was sich aus der rund sechs mal kürzeren Halbwertszeit von 235U gegenüber 238U ergibt. Tatsächlich konnten im paläo-proterozoischen Franceville-Becken im östlichen Gabun 1972 beim Abbau von hochgradigen Uran-Vorkommen in 2,0 Ga-alten Sandsteinen 16 natürliche Kernreaktoren identifiziert werden, die durch ihre exotische Isotopenzusammensetzung auffielen. Diese Reaktoren funktionierten in Uranerz-Körpern in Sandstein mit ≥ 20 % U und mit damals 3,7 % 235U. Grundwasser wirkte als Moderator, um hoch-energetische Neutronen abzubremsen, damit diese in 235U-Atomen Kernspaltung auslösen konnten. Im Verlauf der Kettenreaktion wird Wärme frei ge- setzt, die zum Sieden des Wassers und zur Trockenlegung und damit Abschaltung des Reaktor führt. Ähnlich zu Geysiren in Geothermalfeldern kann der Prozess dann wieder starten, wenn genügend kaltes Grundwasser nachgeflossen ist. Die Isotopenzusammensetzung von radiogenem Xenon und Krypton, das in Alumino-Phosphaten festgehalten wurde, erlaubt eine detaillierte Rekonstruktion dieser Reaktorzyklen, wobei 30-minütige Aktivität jeweils mit einer rund 2,5-stündigen Ruhephase gekoppelt ist (Meshik et al. 2004). Die Energie-Produktion dieser Reaktoren während ihrer insgesamt 150.000-jährigen Lebensdauer kann auf ~15 GWa geschätzt werden, wobei rund 50 % dieser Energie aus „Brüten“ stammt, d.h. interner Produktion von 239 Pu aus Neutronen-Einfang von 238U, und α-Zerfall von 239 Pu zu 235U. Es ist besonders erstaunlich, dass diese Brutreaktoren als offene Systeme nur im m-Bereich zu Kontamination führten, und dass ihre toxischen und radioaktiven Komponenten im Laufe der 2-Ga-Erdgeschichte bis heute im wesentlichen immobil waren. Dieses natürliche Analogon eines nuklearen Endlagers ist für die aktuelle Diskussion zur Endlager-Sicherheit von Bedeutung. Abb. 13: Uran-Verteilung in wichtigen Einheiten der Erdkruste. Die Säulen repräsentieren verschiedene Kategorien von Uran-Vorkommen (in blau) oder geologische Reservoirs von Uran (in rot). Die gegenwärtig in Abbau stehenden Uran-Lagerstätten haben eine weite Variation in Bezug auf den Metall-Gehalt von wenigen Hundert g/t bis zu 20 % U. Die beiden Pfeile markieren die Endpunkte dieses Spektrums, mit der „lowgrade“ Riesen-Lagerstätte Olympic Dam (Cu-U-Au) in Australien, and der „veryhigh-grade“ DiskordanzLagerstätte Cigar Lake in Kanada (in Entwicklung). Modifiziert von Deffeyes & MacGregor (1980). Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 25 WEITERBILDUNG Ressourcen-Ausblick Die geologische Langzeit-Verfügbarkeit von Uran wird dann wichtig, wenn Klima-Veränderungen und Öl-/GasKnappheit in der weiten Öffentlichkeit als besonders unangenehm empfunden werden, und wenn Nuklearenergie als die kostengünstigste Variante der Stromerzeugung an Raum gewinnen solte. Abb. 13 gibt einen Überblick zur Verfügbarkeit von Uran in Lithosphäre und Hydrosphäre der Erde. Die Menge von Uran nimmt mit abnehmendem Gehalt der verschiedenen Reservoirs stark zu. Bei den gegenwärtigen Abbauraten würde Uran in Ressourcen mit mehr als 0,1 % U für mehr als 100 Jahre reichen. Ein grosser Teil dieser Menge ist bei den gegenwärtigen Preisen nicht wirtschaftlich gewinnbar. Die Uran-Ressourcen, die heute mit bis zu 130 USD/kg U gewonnen werden können, sind auf 5,5 Mt U geschätzt (NEA 2008), womit sich eine statische Lebensdauer von rund 100 Jahren ergibt. Durchschnittliches Meerwasser hat eine Konzentration von 3,2 ppb (ng/g) U, die einer in den Ozeanen gelösten Gesamtmenge von rund 4,5 Gt U in Form von Uranyl-Trikarbonat [UO2(CO3)34-] entspricht (Gesamtmasse Meerwasser: 1,4 x 1018 t). Uran-Gewinnung durch ionenselektive Adsorptionsfolien wurde erfolgreich experimentell getestet und Meeres-Bergbau könnte ohne externe Energiezufuhr durch Ausnutzung von Ozean-Strömungen ablaufen. Bergbau im industriellen Stil wurde bisher nicht versucht, und wird vermutlich bei einem Uranpreis von 400-1.200 USD/kg U rentabel (Macfarlane & Miller 2007). Wirtschaftlicher Ausblick Die Produktionskosten der Stromerzeugung aus Kernkraft lagen in 2005 bei 1,7 US ct/kWh, verglichen mit 2,2 US ct für Kohle, 7,5 ct für Erdgas, und 8,1 ct für Erdöl (Betrieb, Brennstoff, Unterhalt; USA-Daten in NEA 2008). Da die Rohstoff-Kosten für Uran nur 3-5 % der Gesamtkosten pro Kilowatt-Stunde von nuklear erzeugtem Strom betragen, verglichen mit 78 % für Kohle, 94 % für Erdgas und 91 % für Erdöl, hat ein starker Preisanstieg für natürliches Uran einen wesentlich geringeren Impakt als Preisanstiege bei den fossilen Brennstoffen. Es ist daher zu erwarten, dass nuklear erzeugter Strom im Vergleich zu anderen Stromarten zunehmend kostengünstiger wird, trotz der erforderlichen hohen Anfangs-Investitionen. Eine einfache Überschlagsrechnung kann den Einfluss von Preis-Fluktuationen für verschiedene Rohstoffe bei der Energieerzeugung abschätzen: Das Verhältnis von EnergieOutput aus gleichen Mengen von Natururan und Kesselkohle beträgt rund 10.000, während das heutige Preis-Verhälnis von gleichen Mengen von Uran (150 USD/kg U) und Kohle (150 USD/t steam coal) bei 1.000 liegt. Entsprechend Ausgabe 02 | 2008 wird eine Verdoppelung der Preise beider Rohstoffe sich für Kohle zehn mal stärker im Strompreis auswirken als für Uran. Bei dieser Erhöhung des Uran-Preises würden diverse Uran-Vorkommen mit nur geringer Uran-Anreicherung wirtschaftlich gewinnbar, und Meerwasser-Bergbau wäre interessant. Die gleiche Rechenmethode unterstreicht die Bedeutung der unvergleichlich günstigeren Sonnenenergie, die als Rohstoff kostenlos verfügbar ist, deren Konversion in Strom allerdings weiterhin extrem teuer ist. Kernkraft bietet ein enormes Potential für kostengünstige Stromerzeugung, das zwar durch Ressourcenmangel geologisch nicht begrenzt ist, wohl aber durch politische und Umwelt-Überlegungen, die sich erfahrungsgemäss schnell ändern können. Sollte der politische Wille bestehen, die neue Brüter-Technologie zu entwickeln, könnte theoretisch der gesamte Energie-Bedarf der Erde in dauerhafter und nachhaltiger Weise gedeckt werden, wie schon von Cohen (1983) vorgeschlagen. Literatur 1. Cohen BL (1983): Breeder reactors: a renewable energy source. American Journal of Physics 51: 75-76 2. Deffeyes KS, MacGregor ID (1980) World uranium resources. Scientific American 242: 66-76 3. Jaireth S, McKay A, Lambert I (2008): Association of large sandstone uranium deposits with hydrocarbons. http://www.ga.gov.au/ image_cache/GA11094.pdf 4. Jefferson CW, Thomas DJ, Gandhi SS, Ramaekers P, Delaney G, Brisbin D, Cutts C, Quirt D, Portella P, Olson RA (2007): Unconformity-associated uranium deposits of the Athabasca Basin, Saskatchewan and Alberta. In: Mineral deposits of Canada: a synthesis of major deposit-types, district metallogeny, the evolution of geological provinces, and exploration methods (Goodfellow WD, ed), 273-305. Geological Association of Canada, Special Publication 5. 5. Macfarlane AM, Miller M (2007): Nuclear Energy and uranium resources. Elements 3: 185-192 6. Meshik AP, Hohenberg CM, Pravdivtseva OV (2004): Record of cycling operation of the natural nuclear reactor in the Oklo/Okelobondo area in Gabon. Physical Review Letters 93 (18): Paper 182302, 4 p. 7. NEA (2008) Uranium 2007: Resources, production and demand. A joint report by the OECD Nuclear Energy Agency and the International Atomic Energy Agency. OECD, Paris. Dr. Bernd Lehmann studierte Geologie in Heidelberg und an der FU Berlin (Promotion 1979 über Zinn-Lagerstätten in Bolivien), und war dann Postdoc an der Harvard University. Nach einigen Jahren als Explorationsgeologe in Zentral-Afrika und Südost-Asien habilitierte er sich 1990 an der FU Berlin, und wurde 1991 auf den Lehrstuhl für Lagerstätten und Rohstoffe am Institut für Mineralogie und Mineralische Rohstoffe nach Clausthal berufen. Sein Arbeitsgebiet umfasst das ganze Feld der mineralischen Lagerstätten mit Schwerpunkt Südamerika. [email protected] | www.tu-clausthal.de/~mrbl www.advanced-mining.com 26 ANZEIGE TECHNOLOGIETRANSFER Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 27 TECHNOLOGIETRANSFER Systematische Lagerstättenerkundung ein Schlüssel zur Risikominderung bei Investitionen dargestellt am Beispiel eines Diabas-Vorkommens in Bosnien von Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. H. Tudeshki Planungsbüro MTC | Clausthal-Zellerfeld | Deutschland D er vorliegende Beitrag berichtet über eine systematische Erkundung eines Diabasvorkommens mit der Zielsetzung, beim Nachweis einer nach Qualität und Quantität geeigneten Lagerstätte, ein Werk in Bosnien Herzegowina zur Produktion von Natursteinprodukten für den Einsatz im Hoch- und Tiefbau zu errichten. Das zu untersuchende Vorkommen befindet sich südlich der Stadt Tuzla im Gebiet Ribnica. Die Literatur zur Geologie von Bosnien weist für das Gebiet um den Fluss Mala Ribnica Vorkommen von Diorit bzw. porphyrischen Diabas aus. Die geologische Erkundung dieses Gebietes ist Gegenstand des vorliegenden Beitrages, worin die Explorationsmaßnahmen und die Analyse der angetroffenen Gesteine dokumentiert und bewertet werden. Einführung in die regionale Geologie von Bosnien Die projektrelevante, heutige regionale Geologie Bosniens ist vor allem das Ergebnis der Endogen bedingten dynamischen Vorgänge der Erdkruste in dem Zeitraum zwischen Perm und Alttärtier. Im Bereich des heutigen Bosniens war im Perm die sogenannte Adria-DinaridenPlatte mit der sog. Nordtethys-Plattform vereint. In der mittleren Trias kam es zu einer Riftbildung mit der Folge der Trennung von oben genannten Platten. Diese verlief im heutigen Bosnien etwa auf der Linie Sarajevo-Banja Luka. In dieses Rift drang der Ozean, die Tethys bzw. das alte Mittelmeer ein, während gleichzeitig basaltische Schmelzen aus dem Mantel bis auf den Ozeanboden aufstiegen. Die Verschiebung dieser kontinentalen Platten setzte sich in der Obertrias und Jura fort und führte zur Bildung einer neuen ozeanischen Kruste. Ein Teil der neu gebildeten ozeanischen Kruste sind die mitteljurassischen Basalte und Dolerite von Ribnica. Infolge der Änderung der kontinentalen Verschiebungsrichtung im Oberjura im Raum des heutigen Bosnien kam es zu einer Subduktion des relativ jungen ozeanischen Bodens in nordöstlicher Richtung. Aufgrund der Versenkungsmetamorphose wurden u.a. Gesteine von basaltischem Chemismus stark umgewandelt. Als Zeuge dieser Erscheinungen gelten heute die Amphibolilte der Krivaja mit einem Alter von 170 bis 157 Millionen Jahren. Nach der Subduktionsphase kam es zu erneuter Richtungsänderung der kontinuierlichen Plattenverschiebung, sodass Teile der bereits versenkten Platte eine Ob- Ausgabe 02 | 2008 duktion in Richtung ozeanischen Boden erfuhr. Im Ozean entstand die sog. ophiolithische Mélange als eine chaotische Mischung von Blöcken und Schollen, bestehend aus Grauwacke, Sandstein, Schiefer, Periodite, Serpentinite sowie Baslate, Dolerite und Tuffe aller Art. Im Bereich Ribnica enthält die ophiolitische Mélange alle genannten Gesteine. Im Anschluss dieser geologischen Phase wurde im Ozean Flysch abgelagert. Nach der Schließung des Ozeans durch Kollision der Platten wurde die ophiolithische Mélange nach Südwesten über den Flysch geschoben. So liegt die jurassische ophiolithische Mélange von KrivajaKonjuh-Ribnica auf dem Flysch. Abb. 1: Geologische Übersicht ber das Projektgebiet www.advanced-mining.com 28 TECHNOLOGIETRANSFER lerite (vßß), Spilite (ßßab), amphibolitischer Mikrogabbro (vam) und Amphibol-Dolerit (Avßß). Anhaltspunkt für die Position in der ehemaligen ozeanischen Kruste geben die Kissenlaven. Die nachstehende Abbildung zeigt einen Ausschnitt aus der genannten geologischen Karte. Das Untersuchungsgebiet ist auf diesem Kartenausschnitt gekennzeichnet. Projektrelevante Erkenntnisse aus der regionalen und speziellen Geologie des Untersuchungsraumes Abb. 2: Geologische Entwicklung von Bosnien nach Pamic (2002) Spezielle Geologie des Untersuchungsraumes In der bosnischen geologischen Dokumentation „Geologie“ wird der Dolerit von Ribnica als größte doleritische Masse Bosniens bezeichnet. Auf der geologischen Karte 1:100.000 (Blatt Zavidovi´ci) sind im Bereich Ribnica folgende Gesteinsvorkommen eingetragen: Diabas (ßß), Do- Die im Rahmen des geologischen Betrachtung des Untersuchungsraumes gewonnenen Erkenntnisse über die Bildung der ozeanischen Kruste sowie die Vorgänge der Subduktion und anschließenden Obduktion der basaltischen Massen liefern Informationen, die im Rahmen der Erkundungsarbeiten in den Fokus der Untersuchungen zu stellen sind. In diesem Zusammenhang sind die Aspekte der Hydration von Basalt und Gabbro sowie die Bildung von Schalstein, ein submarin gebildeter Diabastuff, zu nennen. Die primär-magmatischen Minerale Clinopyroxen und Plagioklas, die bei einer Temperatur von 1.200°C in der basaltischen und grabbroidischen Schmelze kristallisieren sind wasserfrei. Bei der beginnenden Versenkungsmetamorphose werden diese Minerale hydratisiert, so dass Hydrosilikate in Form von Perhnit, Chlorit und Zeolithe entstehen. Es bildet sich u.a. Analcim, ein Kristallwasser führendes Na-Silikat, Serpentin sowie Minerale der Smeklitgruppe. Je nach Maß der Hydration und Umkristallisation entstehen Gesteinsmassen, die unter dem atmosphärischen Einfluss relativ schnell ihre Festigkeit verlieren und zerfallen. Eine Eigenschaft die der Nutzung des Gesteins als Natursteinprodukt entgegensteht. Beim Austreten gering viskoser basaltischer Schmelze am Meeresboden entstehen dünnschichtige Lavahorizonte, die durch eine rasche Abkühlung zerreißen und Fragmente in sandiger oder brockenartiger Form bilden. Nach Mischung der Körnungen basaltischen Ursprungs mit eingeschwemmten Kalk und Ton am Ozeanboden sowie anschließender Diagnese entstehen die sog. Aschentuffe bzw. Brockentuffe. Auch diese Gesteinsarten verfügen über keine Eigenschaften für die Nutzung als Baurohstoffe. Abb. 3: Schematisches geologisches Profil Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 29 TECHNOLOGIETRANSFER Primärerkundung der Lagerstätte bei Mala Ribnica Zur Verifizierung der allgemeinen geologischen Angaben aus der Literatur wurde zunächst eine Vorortbegehung im Gelände durchgeführt. Die Begehung wurde in zwei Etappen zunächst auf dem Gelände zwischen den Flüssen V. Ribnica und M. Ribnica und anschließend auf dem Gebiet südwestlich des Flusses M. Ribnica konzentriert. Ziel der Begehungen war, soweit möglich durch vorhandene natürliche und künstliche Aufschlüsse, Informationen über den Verlauf der Lagerstätte und den Aufbau des Gebirges zu bekommen. Parallel hierzu wurden an relevanten Stellen des Geländes sowie eines vorhandenen Aufschlusses, Proben zum Zweck der Laboruntersuchungen entnommen. Bei der Begehung des nördlichen Gebietes zwischen den genannten Flüssen konnten die Angaben aus der Literatur bzw. den geologischen Karten nicht bestätigt werden. Bei den angetroffenen natürlichen Aufschlüssen wurde feinkörniges Gestein mit porösen Eigenschaften beobachtet. In einem relativ großen, künstlich hergestellten Aufschluss wurde Gestein mit geringer Festigkeit und hohen Zerfallseigenschaften angetroffen. Die mikroskopischen Untersuchungen an entnommenen Proben zeigen, dass die Gesteine aus Aschentuff, Brockentuff sowie Grünschiefer bestehen. Zur Erfassung der mineralogischen Zusammensetzung der entnommenen Proben und Feststellung der Genese und Festigkeit wurden Dünnschliffmikroskopie und Röntgenanalysen durchgeführt. Die Untersuchungen zeigen, dass es sich bei dem im Untersuchungsraum befindenden Gestein hauptsächlich um einen witterungsunbeständigen Tuff handelt. Die Dünnschliffmikroskopien weisen einen verfestigten Aschentuff mit wechselnder Korngröße und Zusammensetzung aus. Die Röntgenanalysen ergaben, dass das Gestein hauptsächlich aus Chlorit, Analcim, Hornblende und Albit besteht. Die starke Zerfalleigenschaft des Gesteins ist auf einem relativ hohen Anteil des Analcim zurückzuführen. Aufgrund der negativen Ergebnisse der Geländebegehung im nördlichen Teil des Flusses Mala Ribnica wurde die Geländearbeit auf das Gebiet südlich des Ausgabe 02 | 2008 Flusses konzentriert. Bereits bei der ersten Begehung wurde festgestellt, dass dieses Gebiet über eine bessere Gesteinseigenschaft verfügt. Es wurden entlang eines Weges stellenweise Pillolavenstrukturen, aber auch Tuffablagerungen festgestellt. Die Ergebnisse der Dünnschliffmikroskopie und Röntgenanalysen kommen zu demselben Ergebnis. Es wurden neben stark verfestigten Brockentuffen stellenweise dichte Diabase und Dolerite erkundet. Zusammenfassende Bewertung der Erkenntnisse aus de Primärerkundung Die regionalgeologischen Daten weisen für den Untersuchungsraum ein Diabasvorkommen aus. Die Vorortbegehung und damit verbundene Untersuchung vorhandener Aufschlüsse einschließlich der Probenuntersuchungen kommen zu einem anderen Ergebnis. Das Untersuchungsgebiet Ribnica bedarf einer differenzierten Betrachtung. Der Untersuchungsraum nördlich des Flusses Mala Ribnica weist keinerlei Vorkommen mit einer Eignung zur Herstellung von Natursteinprodukten aus. Das Gebiet südlich des Flusses Mala Ribnica liefert Anhaltspunkte, die auf das Vorhandensein von geeigneten Vorkommen hindeuten. Zwar wurden hier ebenfalls Brockentuffe entdeckt, es wurden jedoch gleichzeitig Proben aus dichtem Diabas angetroffen. Es liegt die Vermutung nahe, dass das Abb. 4: Dünnschliff einer Brockentuff-Probe www.advanced-mining.com 30 TECHNOLOGIETRANSFER Gebirge hier aus einer Wechselfolge von Diabas, Dolerit und Aschentuff besteht. Es wurde empfohlen die weiteren Erkundungsarbeiten auf das südliche Gebiet zu konzentrieren. Hierzu soll zur Reduzierung des Gesamtaufwandes in aufeinanderfolgenden Erkundungsschritten durch Bohrungen und Schürfungen ein genaues Bild der Lagerstätte erzielt werden. Sekundäre Erkundungsarbeiten Im Rahmen der Exploration des Diabasvorkommens wurden insgesamt 11 horizontale Kernbohrungen in einem Abstand von 100 m zueinander, ausgehend von einem Weg in das steil ansteigende Gebirge, niedergebracht. Nachstehende Fotografien dokumentieren die Erkundungsarbeiten sowie entnommene Bohrkerne. Die ungeeignete Qualität des Gesteins ist teilweise bei der visuellen Begutachtung der Kerne deutlich erkennbar. Die anschließenden Laboruntersuchungen, die hier in Form von Dünnschliffmikroskopien dokumentiert wurden zeigen, dass innerhalb des Untersuchungsgebietes kein zusammenhängendes, für einen Steinbruch geeignetes Vorkommen von Dolerit bzw. Diabs nachgewiesen werden kann. Das überwiegend angeroffene Gestein ist Schalstein. Hinzu kommt, dass die Gesteine im Raum Ribnica aufgrund ihrer geologischen Vergangenheit deutlich Zeolite, wie beispielweise Analcim, Wairakit sowie Thomsonit (alle aus de Gruppe der Silikat-Hydrate) führen. Die Zeolithe verursachen ein schnelles Zerfallen des Gesteins, wenn es mit der Luft und Witterung in Berührung kommt. Diese Erscheinung wird im deutschen Sprachgebrauch als Sonnenbrenner bezeichnet. Das bei den Aufschlussbohrungen angetroffene Gesteinsmaterial kann in keiner Weise den Qualitätsansprüchen eines Baustoffes, beispielsweise für den Straßenbau, genügen. Schon geringe dynamische Beanspruchungen, insbesondere nach dem das Gestein mit der Luft in Berührung kommt, führen zum Zerfall des Materials. Resultierend aus den oben gesammelten Erfahrungen wurden die Erkundungsarbeiten eingestellt und das Projekt gestoppt. Zusammenfassung Die Literatur zur Geologie von Bosnien weist für das Gebiet um den Fluss Mala Ribnica Vorkommen von Dolerit bzw. porphyrischem Diabas aus. Die geologische Erkundung dieses Gebietes ist Gegenstand des vorliegenden Berichts, worin die Explorationsmaßnahmen und die Analyse der angetroffenen Gesteine dokumentiert und bewertet werden. Ursprüngliches Ziel des Projektes war es, diese vermeintlichen Vorkommen nach Lage und Qualität auszuweisen und im Falle des Fündigwerdens von geeignetem Rohstoffmaterial Überlegungen zum bergmännischen Aufschluss der Lagerstätte (Planung eines Steinbruchs) vorzunehmen. Abb. 6/7: Fotodokumentation der ausgelegten Bohrkerne Abb. 5: Bohrkernaufnahme im Feld Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 31 TECHNOLOGIETRANSFER Nach der primären großräumigen Erkundung des Projektraumes in Form von mehreren Ortsbegehungen und der Sammlung von Gesteinsproben zum Zwecke der Analyse wurde beschlossen, die genaueren Erkundungsarbeiten (Schürfe, Kernbohrungen) auf das Gebiet südlich des Flusses Mala Ribnica zu konzentrieren. Hier wurden insgesamt elf verwertbare horizontale Aufschlussbohrungen vom parallel zum Fluss verlaufenden Weg aus in das Gestein niedergebracht und Bohrkerne gewonnen sowie einige Schürfe hergestellt. Die Bohrkerne wurden vor Ort begutachtet und fotografisch dokumentiert. Zur genauen Analyse der Gesteinszusammensetzung und -qualität wurden ausgewählte Kernproben labortechnisch mittels Dünnschliffmikroskopie und Röntgenbeugungsanalyse untersucht. Im Rahmen der geologischen Erkundung konnte im Projektgebiet ‚Ribnica’ kein zusammenhängendes, für den Betrieb eines Steinbruchs geeignetes Vorkommen von Dolerit bzw. Diabas nachgewiesen werden. In lediglich zwei der elf Bohrungen wurde bedingt brauchbares Material angetroffen. Die erbohrten Gesteine bestehen überwiegend aus Schalstein bzw. Brockentuff mit hohen Anteilen an Zeolithen (Analcim, Wairakit, Mischkristalle von Analcim und Wairakit, Thomsonit), die ihrerseits wiederum Sonnenbrenner verursachen. Schon geringe dynamische Beanspruchungen führen zum Zerfall des Materials. Resultierend aus den Erkenntnissen aus dem Explorationsprogramm wurde empfohlen, von weiteren Erkundungsmaßnahmen abzusehen. www. advancedmining.com www.advanced-mining.com Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 32 TECHNOLOGIETRANSFER Tagebauprojektierung Systematische Planung und Realisierung eines Steinbruch-Neuaufschlusses in Russland von Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. H. Tudeshki1, Dipl.-Ing. Ch. Aumüller2, Dipl.-Ing. L. Kaufmann3 1 Planungsbüro MTC | Clausthal | Deutschland 2 Basalt-Actien-Gesellschaft | Linz am Rhein | Deutschland 3 Sandvik Mining & Construction Central Europe GmbH | Essen | Deutschland D er vorliegende Beitrag berichtet über die systematische Vorgehensweise bei der Konzipierung und Realisierung der Gewinnungs- und Aufbereitungstechnik in einem russischen Steinbruch. Ein eng gesteckter Zeitrahmen und hohe Qualitätsanforderungen kennzeichneten diesen Neuaufschluss. Der Tagebau befindet sich in der Nähe der Stadt Sheleiky in Russland. Der Ort Sheleiky liegt am Onegasee, dem zweitgrößten See Europas, rund 500 km nordöstlich von St. Petersburg an der Grenze zur Provinz Karelien. Einen wesentlichen Schwerpunkt der Projektentwicklung bildeten zum Einen die Auswahl und Dimensionierung sowie die Installation und Inbetriebnahme der Aufbereitungsanlage, womit die Firma Sandvik Mining and Construction Central Europe GmbH als Generalunternehmen beauftragt wurde. An der aufbereitungstechnischen Umsetzung des Projektes waren ferner die international tätigen Firmen Gerwin Silotechnik, Beckum, Deutschland, K2 Automation GmbH, Bretzfeld, Deutschland und FB Filter Bau GmbH, Rodenberg, Deutschland, als Subunternehmen beteiligt. Zum Anderen erfolgte die Planung des Standortes der neuen Aufbereitungsanlage sowie die Tagebauplanung unter besonderer Berücksichtigung des Vorbrecherstandortes durch das Planungsbüro MTC. Ausgabe 02 | 2008 Aufbereitungstechnik Im Vorfeld der bergtechnischen Planung wurde die Konzeption der vorgesehenen Aufbereitungsanlage in Anlehnung an Vorgaben der Tagebauleitung vorgenommen. Bei der Konzeption wurde berücksichtigt, dass die Anlage flexibel und bedarfsgerecht an die jeweiligen Marktanforderungen hinsichtlich Produktionsleistung und Produktkörnungen angepasst werden kann. Zur Gewährleistung eines wirtschaftlichen Betriebs durch eine frühzeitige Fertigstellung und Inbetriebnahme der Aufbereitungsanlage wurde ein Netzplan (Abb. 1) erstellt, anhand dessen die erforderlichen Arbeiten sukzessive in rd. 37 Wochen, von der Auftragsvergabe bis zur Produktionsaufnahme, realisiert wurden. www.advanced-mining.com 33 TECHNOLOGIETRANSFER BAG Projekt 22.1.2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Sheleiky 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 1 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Auftragsvergabe Übersicht Geländeplan Geländefertigstellung Fertigungszeichung Fertigung Fracht Entzollung BAG Maschinen Lieferung 34 15 22 43 2 28 18 39 3 2 Montage Stahlbau Montage Maschinen Montage Bänder 2 1 19 36 25 1 1 8 23 24 10 14 9 47 20 37 40 10 14 44 46 27 41 26 10 14 44 45 13 Filteranlage 14 Elektrik 15 Inbetriebnahme Abb. 1: Netzplan für die Realisierung des Projektes „Sheleiky“ Die Standardvariante, dargestellt in Abbildung 2, ermöglicht bei einer Aufgabenleistung von ca. 450 t/h die Produktion von etwa 300 – 400 t Erdkörnungen pro Stunde der nachstehenden Größen: Körnung • • • • • • • 25-60 mm 5-10 mm 10-15 mm 15-20 mm 5-20 mm 2-20 mm 0-2, 0-5, 2-5 mm ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... Anteil schlecht geformt maximal (gemäß GOST) 25 % 15 % 15 % 15 % 15 % 15 % (im Anteil 5-20) Die konzipierte Anlage besteht aus einer Vorbrecherstation mit einem Aufgabebunker von 60 m³ Inhalt, einem Schubaufgeber, einem Vorsieb sowie einem Backenbrecher vom Typ JM1511. Von einer Pufferhalde mit einem Aktivvolumen von ca. 2.700 t wird das vorgebrochene Material der Körnung 0-300 mm per Unterflurabzug in einen Hydrocone H6800 gefördert und anschließend auf einem CS173III Sieb in Sand, Vorlagematerial für die dritte Brechstufe, Schotter und Kreislaufmaterial getrennt. Die dritte Brechstufe besteht aus zwei Hydrocones vom Typ H4800, deren Produkte auf zwei CS173III Siebmaschinen zu den Endprodukten klassiert werden. Die Anlage ist mit einer Entstaubungsanlage mit einer Kapazität von 70.000 m³/h ausgestattet. Alle Maschinen und Übergabestellen, werden von dieser Entstaubungsanlage erfasst. Ausgabe 02 | 2008 Tagebauplanung Ausgehend von der Aufnahme und Einarbeitung von topographischen Daten des Tagebaus und der relevanten Umgebung, einschließlich der Ergebnisse einer Erkundung, wurde ein dreidimensionales Modell der Lagerstätte erstellt. Dieses bildete die Grundlage für die weiteren Planungen sowie für die Flächen- und Massenbilanzierung, getrennt nach Abraum und Wertmineral. Resultierend aus dem Umstand, dass es sich beim Tagebau Sheleiky um den Neuaufschluss eines Lagerstättenteils handelt, bei dem in einem ersten Schritt mobile Aufbereitungsanlagen die derzeitige Produktion aufrechterhalten sowie zur Schaffung einer Standfläche für die stationäre neue Aufbereitungsanlage eingesetzt werden, wurde die bergtechnische Planung in folgenden Schritten vorgenommen: • • • • Auswahl und Planung des Aufbereitungsstandortes, Untersuchung möglicher Vorbrecherstandorte, detaillierte Abbauplanung der untersuchten Varianten, Auswahl der optimalen Tagebauzuschnitts- bzw. Planungsvarianten. Analyse des aktuellen Tagebauzuschnitts Die Lagerstätte befindet sich innerhalb eines Hanges, der von Südwesten nach Nordosten relativ leicht ansteigt. Der Steinbruch wurde im südwestlichen Bereich der für den Abbau vorgesehenen Fläche aufgeschlossen und entlang der südöstlichen Grenze über zwei Sohlen in einer relativ schmalen Form fortentwickelt. Die Gewinnung www.advanced-mining.com 34 TECHNOLOGIETRANSFER Abb. 2: Fließschema der neuen Aufbereitungsanlage von Sandvik* im Steinbruch Sheleiky *Sandvik Mining and Constrcution ist ein Geschäftsbereich der Sandvik Gruppe und ein weltweit führender Anbieter von Maschinen, Hartmetallwerkzeugen, Dienstleistungen und technischen Konzepten für den Abbau und das Brechen von Gesteinen und Mineralien für die Bergbau- und Bauindustrie. Die Umsätze 2007 beliefen sich auf SEK 33.100 Mio und die Anzahl der Beschäftigten auf 15.200. Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 35 TECHNOLOGIETRANSFER erfolgt durch Bohr- und Sprengarbeit. Das Haufwerk wird mittels eines Baggers geladen und mit kleinen Skw zu einer mobilen Aufbereitungsanlage transportiert. Resultierend aus dem Umstand, dass der Neubau der Aufbereitungsanlage einschließlich der Installation eines neuen semistationären Vorbrechers parallel zu den Aufschlussarbeiten durch die Mobilanlagen erfolgen sollte, ergaben sich nachstehende planerische Vorgaben: • • • • • • Auswahl des Standortes für die Aufbereitungs- anlage und den Vorbrecher, Möglichst frühzeitige Installation der neuen Vorbrecheranlage und der Aufbereitung, Betrieb der vorhandenen Anlage während der Vorbereitung und Installation der neuen Aufbereitungsanlage und des Vorbrechers, Optimierung der Transportwege zwischen den Gewinnungsstellen und der Vorbrecheranlage, Gewährleistung des zukünftigen Ausbaus und der Erweiterung des Tagebaues sowie vollständige Nutzung der Lagerstätte, soweit technisch und wirtschaftlich sinnvoll. Nach Abwägung sämtlicher Planungsvorgaben und unter Berücksichtigung eines wirtschaftlichen Transports des gewonnenen Rohstoffs wurde der Vorbrecherstandort direkt an der westlichen Abbaugrenze gewählt. Dieser Standort bietet eine gute Anbindungsmöglichkeit zwischen dem Tagebau einerseits und der Aufbereitungsanlage andererseits. Die Skw - Entladung kann auf dem Niveau 105 m ü.NN erfolgen. Der gebrochene Rohstoff wird auf dem Niveau von rd. 92 m ü.NN über eine Bandanlage mit der Vorhalde verbunden. Von dort aus wird das Material über einen Unterflurabzug zur Aufbereitungsanlage transportiert. Das Ergebnis der dreidimensionalen Planung des Standortes ist in den Abbildungen 4 ff. dargestellt. Die für die Vorbereitung dieses Standortes zu bewegenden Massen betragen rd. 115.000 m³. Abb. 3: Standort und Planung der neuen Aufbereitungsanlage und des Vorbrechers Dieses Planungsziel einer schnellen Installation der Anlage und der damit verbundenen Notwendigkeit geringer Massenbewegungen zur Schaffung eines geeigneten und langfristigen Standortes konnte dadurch entsprochen werden, dass der südwestliche Teil der Konzessionsfläche hierfür ausgewählt wurde. Dieser Standort verfügt weiterhin über den Vorteil, direkt an der Tagebauausfahrt zu liegen und eine klare Trennung zwischen Tagebaubetrieb und Verladung zu ermöglichen. Grundsätzlich ist anzustreben, einen Vorbrecher im Bereich des Massenschwerpunktes der Lagerstätte bzw. auf einer Ebene, die durch den Schwerpunkt der Lagerstätte verläuft, zu installieren. Bedingt durch die Form und räumliche Lage der Lagerstätten im Raum lässt sich jedoch diese Zielsetzung, gerade bei der Planung von Neuaufschlüssen, selten realisieren. Im vorliegenden Fall würde die Realisierung dieses Punktes zu Konflikten hinsichtlich der geforderten kurzen Installationszeit, der vollständigen Gewinnung der Lagerstätte sowie der Vermeidung von Kreuzungen zwischen Transportband und diskontinuierlicher Förderung mittels Skw führen. Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 36 TECHNOLOGIETRANSFER Zuschnittsplanung Ein wesentlicher Aspekt zur Gewährleistung eines nachhaltigen und wirtschaftlichen Betriebs eines Festgesteinstagebaus bildet die sukzessive Optimierung der innerbetrieblichen Transportkosten. Die in Folge des Abbaus stets zunehmende Entfernung zwischen der Ladestelle und dem Vorbrecher ist, soweit möglich, durch Umsetzen der Vorbrecheranlage und Verlängerung der Bandanlage bis zur Aufbereitung entgegenzuwirken. Die technische Vorraussetzung besteht in der Nutzung eines semistationären Vorbrechers, der zu gegebener Zeit mit vertretbarem wirtschaftlichem Aufwand umgesetzt werden kann. Die technische Planung des Tagebaus sollte stets diese Möglichkeit in die Überlegungen einbeziehen und durch eine wirtschaftliche Untersuchung prüfen. Diese planerische Notwendigkeit wurde im Rahmen dieses Projektes integriert. Es wurden dabei zwei Abbauvarianten, die eine Umsetzung des Vorbrechers berücksichtigen, geplant und miteinander verglichen. Unabhängig von der jeweiligen Planungsvariante wurden nachstehende technische Randparameter umgesetzt: • Sohlenhöhe 12 m, • Neigung der Gewinnungsböschung 78°, • Breite der Sohle mindestens 30 m, • Breite der Fahrbahn 15 m, • Neigung der Rampe 10%. • Endbermenbreite 5 m und • Schaffung mehrerer Abbausohlen zur Qualitätssteuerung. Abb. 4: Abbaustand 1, Abbauvariante 1 Abb. 5: Abbaustand 2, Abbauvariante 1 Planung der Abbauvariante 1 In der ersten Abbauvariante wurde davon ausgegangen, dass der Vorbrecher nach geeignetem Fortschritt des Tagebaus in eine zentrale Lage auf die Ebene des Massenschwerpunktes umgesetzt wird. Dabei wurde zunächst mit dem Aufschluss des Tagebaus nördlich des Vorbrechers begonnen und der Abbau flächenhaft in Richtung Norden und Osten erweitert. Die Anbindung der ersten Sohlen erfolgte entlang der westlichen Grenze. Im zweiten Schritt wurden die oberen Abbausohlen in östlicher und südlicher Richtung bis zu ihrem Endstand geführt. Erst in der dritten Phase der Abbauentwicklung kann nach langjähriger Vorbereitung des neuen Vorbrecherstandortes und der dazugehörigen Bandrampe der Vorbrecher umgesetzt werden. Die Bilanzierung der gewonnenen Massen zeigt, dass die Umsetzung des Vorbrechers erst rd. 18 Jahre nach dem Tagebauaufschluss erfolgen kann. In weiteren Abbauschritten wird der Tagebau sukzessive in die Teufe geführt (Abb. 4 bis 7). Abb. 6: Zwischenabbaustand nach Umsetzen des Vorbrechers, Abbauvariante 1 Abb. 7: Abbauendstand, Abbauvariante 1 Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 37 TECHNOLOGIETRANSFER Eine erste Analyse dieser Planungsvariante lässt folgende Probleme erkennen: • die Umsetzung des Vorbrechers führt zu einer erheblichen Reduzierung der gewinnbaren Massen, • eine Kreuzung der Bandtrasse und des Fahrzeugverkehrs im Tagebau ist unvermeidbar, • die Rampenführung ist umständlich, ihre Herstellung führt zu einer Leistungsminderung während des Tagebaubetriebs, • Das Abbaufeld wird durch die Lage der Bandanlage in zwei Bereiche geteilt. Entstaubungsanlagen Rohrleitungen, Ventilatoren, Zubehör ... Entfüllerung Beratung, Planung, Betreuung Montagen Service und Wartung Planung der Abbauvariante 2 Aufgrund der oben beschriebenen Nachteile der ersten Abbauvariante wurde in der zweiten Variante angestrebt, die Planung derart auszuführen, dass ein späteres Umsetzen des Vorbrechers möglichst am Rande der Tagebaugrenze stattfinden kann. Des Weiteren empfiehlt es sich, den zukünftigen Standort in nördlicher Richtung zu planen, da die Lagerstätte in diesem Abschnitt über eine größere Mächtigkeit verfügt. Eine detaillierte Planung ergab, dass das Ziel, den Vorbrecher in einem Schritt auf der Ebene des Massenschwerpunktes auf dem Niveau 76 m ü.NN zu installieren, erst nach 24 Jahren ermöglicht wird. Die Planung wurde daher derart ausgeführt, dass eine zweifache Umsetzung des Vorbrechers 15 bzw. 23 Jahre nach dem Aufschluss vorgenommen werden kann. Die ersten zwei Planungsschritte entsprechen denen der ersten Abbauvariante. Die sich anschließenden Planungsphasen bis zum Abbauendstand sind in den Abbildungen 8 und 9 dargestellt. Durch die Wahl dieser Abbauführung können die aus Abbauvariante 1 resultierenden Nachteile (s.o.) umgangen werden. Die vorgestellte Planungsvariante 2 wurde mit allen Projektbeteiligten abgestimmt und umgesetzt. Das Projekt wurde termingerecht abgeschlossen. Die Produktion mit der neuen Aufbereitungsanlage findet seit Herbst 2006 erfolgreich statt. Ersatzteile für Entstaubungsanlagen aller Fabrikate - Filterschläuche, -taschen - Filterpatronen - Stützkörbe, Distanzmatten - kompletter Ersatzteilservice Abb. 8: Zwischenabbaustand nach der ersten Umsetzung des Vorbrechers, Abbauvariante 2 Ausgabe 02 | 2008 ANZEIGE Umweltmessgeräte Montagen Service und Wartung uvm. Gottlieb-Daimler-Str. 10 D-31552 Rodenberg Tel. +49-5723-98990 Fax +49-5723-989929 www.advanced-mining.com 38 TECHNOLOGIETRANSFER ANZEIGE Zusammenfassung Abb. 9: Abbauendstand, Abbauvariante 2 AUTOREN: Der vorliegende Beitrag verdeutlicht, dass durch eine systematische Vorgehensweise und eine rechtzeitige Verzahnung der Planung und Projektierung einer großen Aufbereitungsanlage sowie der Planung des zugehörigen Tagebaubetriebs dauerhafte wirtschaftliche Vorteile erzielt werden können. In weniger als 40 Wochen wurde ein Großprojekt unter Berücksichtigung der noch in Produktion befindlichen mobilen Aufbereitung realisiert. Der Tagebau Sheleiky ist seit dem Jahr 2006 in Betrieb. Die Projektziele wurden voll erreicht. Die folgenden Abbildungen zeigen die fertige neue Aufbereitungsanlage im Steinbruch Sheleiky. Dipl.-Ing. Christoph Aumüller Technischer Leiter Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Hossein Tudeshki Basalt-Actien-Gesellschaft Planungsbüro MTC Linzhausenstr. 20 Albrecht-von-Groddeck-Str. 3 53545 Linz am Rhein | Deutschland 38678 Clausthal-Zellerfeld | Deutschland Tel.: +49 (0) 2644 - 56 31 68 Tel.: +49 (0) 5323 - 98 39 33 Internet: www.basalt.de [email protected] [email protected] Ausgabe 02 | 2008 Dipl.-Ing. Lutz Kaufmann Segment Manager Quarry Sandvik Mining & Construction Central Europe GmbH Hafenstr. 280 45356 Essen | Deutschland Tel.: +49 (0) 174 - 3367 313 Internet: www.sandvik.com [email protected] www.advanced-mining.com 39 TECHNOLOGIETRANSFER Fotos: BAG Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 40 TECHNOLOGIETRANSFER Fotos: BAG Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 41 TECHNOLOGIETRANSFER WEITERE FIRMENKONTAKTE: FB Filter Bau GmbH | www.filterbau.de Gerwin Silotechnik | www.gerwin-silotechnik.de K2 Automation GmbH | www.k2controlsystems.com Fotos: BAG Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 42 TECHNOLOGIETRANSFER Untersuchungen zur Erfassung von Staubemissionen beim Umschlag von Steinkohle Ein Vergleich zwischen Emissionsfaktoren aus VDI Richtlinie und Messungen von Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. H. Tudeshki1, Dipl.-Ing. Tao Xu1, Dr.-Ing. W.-M. Feldbach2 1 Lehrstuhl für Tagebau und Internationaler Bergbau | Technische Universität Clausthal | Deutschland 2 Öko-Control GmbH | Schönebeck | Deutschland D er vorliegende Beitrag berichtet über die Ergebnisse einer Studie zur Erfassung von Staubemissionen beim Umschlag von Steinkohle. Im Rahmen des Projektes wurden für staubrelevante Arbeitsvorgänge auf dem Betriebsgelände der Rhenus Midgard GmbH am Standort Nordenham Staubmessungen durchgeführt. Ziel war es dabei, Werte für die Staubemissionen zu ermitteln und diese mit den Vorgaben aus der VDI-Richtlinie 3790 zu vergleichen, damit technisch sinnvolle Maßnahmen zur Immissionsminderung eingeleitet werden können. Die Rhenus Midgard GmbH besitzt und betreibt am Standort Nordenham in Norddeutschland einen Seehafen, in dem bereits seit etwa 100 Jahren Massengüter wie Kohle, Petrolkoks, Eisenerzpellets und Baustoffe umgeschlagen und zwischengelagert werden. Der Massenumschlag beläuft sich gegenwärtig auf rund 2,5 Mio. Tonnen pro Jahr. Da die Rohstoffnachfrage seit einigen Jahren steigt ist eine Lagererweiterung am Standort Nordenham geplant. Im Laufe der Jahre entstand in unmittelbarer Nähe der Seehafenanlage eine dichte Wohnbebauung, was immer wieder zu Konflikten mit Anwohnern aufgrund der Staubemissionen führte. Durch verschiedene Staubschutzmaßnahmen hat Rhenus diese Emissionen erheblich reduziert. Darüber hinaus hat das Unternehmen eine Studie mit dem Titel „Untersuchungen zur Erfassung von Staubemissionen beim Umschlag von Steinkohle“ in Auftrag gegeben, in deren Rahmen Staubmessungen bei allen staubrelevanten Arbeitsgängen auf dem Betriebsgelände durchgeführt wurden. Auf dieser Grundlage können nun weitere technisch effektive Maßnahmen zur Immissionsminderung eingeleitet werden, die sogar über die gesetzlich geforderten Maßnahmen hinausgehen. Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 43 TECHNOLOGIETRANSFER F ür Staubemissionsmessungen wird in der VDI-Richtlinie 3790 zwar ein Verfahren beschrieben, wie die beim Umschlag von Schüttgütern auftretenden Emissionen abzuschätzen sind, gleichzeitig wird aber auch festgestellt, dass vor Ort durchgeführte Messungen stets eine höhere Genauigkeit aufweisen und aus diesem Grund zu bevorzugen sind. Aus diesem Grund wurde zunächst eine Analyse der betrieblichen Arbeitsgänge vorgenommen, die im Ergebnis zu einer Definition staubrelevanter Betriebsvorgänge führte. Für diese Arbeitsgänge wurde im weiteren Vorgehen ein Messkonzept erarbeitet, zu dem neben der Auswahl geeigneter Messgeräte auch das genaue Vorgehen bei den Messungen, die Dokumentation der Messergebnisse sowie die Auswertung beschrieben wurde. Die definierten Arbeitsgänge bzw. Messstellen wurden anhand ihrer Emissionscharakteristik in die Kategorien kontinuierliche und diskontinuierliche Punktquellen, Linienquellen sowie Flächenquellen eingeteilt Die Messergebnisse haben gezeigt, dass das in der VDIRichtlinie 3790 beschriebene Vorgehen zur Abschätzung von Staubemissionen am Standort Nordenham zur Annahme deutlich zu hoher Staubemissionen führt. Im Vergleich zu den vor Ort ermittelten Staubemissionen lagen die nach VDI berechneten Werte für die meisten Messstellen deutlich zu hoch. Nur für zwei Staubquellen führte das Vorgehen nach VDI zu geringeren Werten als die Vorortmessungen. Dieses Ergebnis zeigt, dass für weitere Betrachtungen der Emissionsentwicklung am Standort Nordenham, die Ausgabe 02 | 2008 vor Ort ermittelten Emissionswerte verwendet werden sollten. Nur hierdurch ist es möglich sinnvolle Maßnahmen zur Staubreduzierung einzuleiten. Dies gilt ebenso für andere Betriebsstätten, die die gleichen oder ähnliche emissionsrelevante Arbeitsgänge aufweisen. Hier wird vorgeschlagen statt der berechneten Werte aus der VDIRichtlinie, die im Rahmen dieses Messprogramms ermittelten Emissionswerte zu verwenden bzw. bei abweichenden örtlichen Gegebenheiten oder Arbeitsgängen zusätzliche Messungen vorzunehmen, um auch für diese Emissionsquelle belastbare Messergebnisse zu erlangen. Einführung In der Bundesrepublik werden jährlich rd. 70 Mio. Tonnen Steinkohle zum Zwecke der Energieerzeugung und Stahlproduktion eingesetzt. Sowohl die Eigenproduktion des Landes als auch die rd. 44 Mio. Tonnen Importkohle müssen entsprechend der Standorte der Verbraucher nach Quantität und Qualität einer systematischen Verteilung unterzogen werden. Die Materialströme werden zurzeit i.A. im europäischen Ausland hauptsächlich in Rotterdam sowie im Inland in Hamburg Hansaport sowie Nordenham koordiniert. Resultierend aus der positiven Entwicklung der Kohleverstromung und Stahlerzeugung einerseits sowie die baldige Reduzierung der Kohleumschlagkapazität für Kraftwerke in Hamburg Hansaport besteht ein sicherer Bedarf an Erweiterung bzw. Neubau von Kohleumschlagstandorten in der Bundesrepublik Deutschland. Gerade hinsichtlich der Notwendigkeit der Landesentwicklung nimmt dieser Bedarf im wirtschaftlichen Konkurrenzkampf zum Nachbarland Niederlande eine zentrale Bedeutung für die in Deutschland ansässige Industrie ein. www.advanced-mining.com 44 TECHNOLOGIETRANSFER Als mögliche Standorte könnten Umschlagplätze an der Elbe, Weser und Jade entwickelt werden. Eine zentrale Stellung sowohl bei der Aufrechterhaltung vorhandener Kohleumschlagstandorte als auch für die zukünftig zu genehmigenden Betriebe nehmen der in Folge des Materialumschlags entstehende Staub und die damit einhergehende Immission in der Nachbarschaft ein. Insofern bildet in diesem Zusammenhang der Nachbarschaftsschutz einen der elementaren Strategie-Eckpunkte beim Betrieb und der Genehmigung. der Vergangenheit Bemühungen zur Staubbekämpfung und zum Schutz der Anlieger eingeleitet. Hierzu gehören das Anlegen von Wasserleitungen zur Schaffung von Berieselungsanlagen an 23 Stellen im Betrieb sowie eine rechnergestützte Steuerung von 2-3 Regnereinheiten. Darüber hinaus wird zur Windversiegelung der Haldenoberflächen seit einiger Zeit eine Berieselung mit umweltfreundlichen Bindemitteln durchgeführt. Die Firma Rhenus Midgard GmbH & Co. KG betreibt in Nordenham einen privaten Hafen, in dem u. a. ein jährlicher Umschlag von rd. 500.000 t Steinkohle vorgenommen wird. Der entlang der Weser liegende Pier umfasst eine nordöstliche und südwestliche Erstreckung von rd. 2,5 km mit einer maximalen Ost-West Breite von ca. 450 m. Die Gesamtkapazität beträgt 2,5 Mio Tonnen. Der Kohleumschlag wird im Bereich vom Nordpier und dessen Verlängerung, insgesamt auf einer Länge von ca. 600 m vorgenommen. Während der Umschlag in den westlichen, parallel zur Weser liegenden Halden mittels schienengebundenen Beund Entladevorrichtungen durchgeführt wird, erfolgt die Bewirtschaftung der dahinter liegenden ostwestlich angelegten und lang gestreckten Halden in einem diskontinuierlichen Betrieb mittels Radlader. Der Auf- und Abbau der Halden in diesem Abschnitt wird mittels Load- and Carry System praktiziert. Zusätzlich sind hier Hydraulikbagger zur Gestaltung der Hochhalden im Einsatz. Insofern existieren in dem Betrieb unterschiedliche Staubimmissionsquellen, verschiedener räumlicher Anordnung sowie verschiedene mobile Quellen unterschiedlicher Betriebsweise. Die ersten Eigenmessungen des Betriebes an drei Stellen zeigen, dass der Grobstaub (nicht gesundheitsgefährdende Staubpartikel größer PM 10 gemäß der 22. BImSchV bzw. der TA-Luft) nicht die Immissionsgrenzwerte überschreitet. Dennoch ist die Firma Rhenus Midgard GmbH & Co. KG bestrebt sinnvolle Maßnahmen zur Staubreduzierung einzuleiten. Hierzu sollen unabhängig von den Richtlinien und Anhaltswerten der einschlägigen Normen technisch sinnvolle und wirtschaftlich tragbare Lösungen zur starken Reduzierung der Staubentwicklung eingeleitet werden. Die Untersuchungen sollen gleichzeitig mit der Zielsetzung vorgenommen werden die Lösungsvorschläge nach Erprobung in der Praxis des Betriebes Nordenham als Grundlage für die Genehmigung und Inbetriebnahme zukünftiger firmeneigener Umschlagplätze zu nutzen. Resultierend aus dem sehr kurzen Abstand der Bebauung bzw. der Wohnobjekte zum Betriebsgelände wurden in Ziel der Untersuchungen war es, diesen Anforderungen folgend, eine systematische Analyse und Bewertung des Betriebes Nordenham, die Emissionsquellen zu identifizieren, die entstehende quellbezogene Immission nach Qualität und Quantität in Abhängigkeit wirksamer Einflussparameter zu erfassen und schließlich durch Einbeziehung internationaler Erfahrungen wirksame Technologien zur Behebung bzw. Linderung des Problems vorzuschlagen. Abb. 1: Übersicht der gesamten Hafenanlage Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 45 TECHNOLOGIETRANSFER Analyse der Betriebsabläufe und Staubentwicklung Die Umschlagvorgänge im Seehafen Nordenham bestehen aus der Seeschiffentladung (Ankunft der Kohle aus dem Ausland), der Zug- und Binnenschiffbeladung (Weitertransport innerhalb Deutschlands), dem Umschlag zwischen den Lagern sowie den zusätzlich notwendigen Trimmarbeiten in allen Bereichen des Betriebsgeländes. Die erfassten Arbeitsabläufe umfassen den Greiferbetrieb, den Bandtransport, Trimmarbeiten sowie die Zugbeladung. Zusätzlich wurden Fahrwege, Halden und Freiflächen hinsichtlich ihrer Staubemissionen betrachtet. Die auf dem Betriebsgelände der Rhenus anzutreffenden Halden sowie die sie umgebenden Freiflächen zählen zwar nicht zu den Betriebsabläufen, werden jedoch als bedeutender Staubemittent eingeschätzt und daher berücksichtigt. Greiferbetrieb Abb. 2: Greiferbetrieb Die in Nordenham eingesetzten Umschlagbrücken bzw. der Drehwippkran zum Be- und Entladen von Schiffen sind mit Greiferanlagen ausgestattet. Im Wesentlichen werden drei Betriebsabläufe im Greiferbetrieb vorgenommen. Dies sind die Seeschiffentladung, die Zugbeladung sowie die Beladung von Binnenschiffen. Abb. 3: Bandübergabe (links) und Bandabwurf (rechts) Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 46 TECHNOLOGIETRANSFER Bandübergaben und Bandabwurf Ausgehend von den Abwurftrichtern der Brücken sowie des Drehwippkrans wird die aus dem Seeschiff entladene Kohle durch Bandanlagen auf die jeweiligen Halden transportiert. Trimmarbeiten Trimmarbeiten sind an verschiedenen Stellen des Betriebsgeländes und zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Betriebsablauf notwendig. Für die erforderlichen Trimmarbeiten kommen hauptsächlich Radlader, Kettendozer und Hydraulikbagger zum Einsatz. Diese Betriebsmittel sind lediglich Hilfsgeräte bei der eigentlichen Be- und Entladung von Schüttgütern. Zugverladung Für die Zugverladung nehmen die Greifer der Umschlagbrücken Kohle in den Lagerbereichen auf und geben sie in die Aufgabetrichter. Die Kohle wird zunächst mit einer unter dem Trichter angeordneten Waage gewogen und im Anschluss in die bereitstehenden Waggons aufgegeben. Abb. 4: Trimmarbeiten mit Radlader und Kettendozer Fahrwege Beim Umschlag von Schüttgütern zwischen den Lagern sind Fahrbewegungen der Radlader unumgänglich. Darüber hinaus treten Fahrten von Radladern und Kettendozern bei Trimmarbeiten in allen Bereichen des Betriebsgeländes auf. Fahrbewegungen sind stets mit Staubemissionen verbunden, die durch Aufwirbelungen des auf der Fahrbahn liegenden Staubes verursacht werden. Zusätzlich wirkt sich eine kontinuierliche Zerkleinerung der Kohle, verursacht durch eine Befahrung, negativ auf die Höhe der Staubemissionen aus. Ausgabe 02 | 2008 Abb. 5: Zugbeladung Abb. 6: Fahrweg (trocken) www.advanced-mining.com 47 TECHNOLOGIETRANSFER Halden und Freiflächen Bei den Halden muss unterschieden werden zwischen versiegelten und unversiegelten Haldenflächen. Die Versiegelung wird nach Trimmung der Halde durch einen Wasserwagen aufgebracht und beinhaltet neben Wasser das Antistaub- und Versieglungsmittel Innocoat. Eine Versiegelung wird im Wesentlichen dort aufgebracht, wo die Kohle für eine längere Zeit gelagert werden soll. Von den versiegelten Haldenflächen gehen kaum Staubemissionen aus, da der Feinkornanteil durch das Innocoat gebunden ist und die Haldenoberfläche längere Zeit ungestört bestehen. Unversiegelte Haldenflächen (Bruchflächen) treten in den Betriebsbereichen auf, in denen die Kohle sehr schnell wieder verladen wird bzw. in denen kontinuierlich Kohle entnommen wird. Abb. 7: Halden und Freiflächen Neben den betriebsbedingt notwendigen Halden besitzen auch die Freiflächen ein nicht zu unterschätzendes Emissionspotential. Besonders problematisch wirken sich Freiflächen aus, auf denen Kohle durch die Fahrbewegungen von Radladern oder sonstigen Fahrzeugen stark zerkleinert wird. Relevante Staubquellen und Messstellen Die im Hafen Nordenham vor Ort aufgenommenen Betriebsabläufe ergeben die in Tabelle 1 aufgeführten 16 relevanten Staubquellen bzw. Messstellen. Tab. 1: Staubquellen und Messstellen Messstelle Messstelle 1 Messstelle 2 Messstelle 3 Messstelle 4 Messstelle 5 Messstelle 6 Messstelle 7 Messstelle 8a Messstelle 8b Messstelle 9a Messstelle 9b Messstelle 10 Messstelle 11 Messstelle 12 Messstelle 13 Messstelle 14 Ausgabe 02 | 2008 Entladung Seeschiff -Haufwerkaufnahme durch Greifer Greiferabwurf in Trichter Greiferabwurf direkt auf Halde Bandübergaben Bandabwurf (in Abhängigkeit der Abwurfhöhe) Trimmarbeiten durch Kettendozer Fahrweg Kettendozer Trimmen durch Radlader – Aufnahme des Haufwerkes Trimmen durch Radlader – Abgabe des Haufwerkes Fahrwege Radlader – beladen (Lastfahrt) Fahrwege Radlader – unbeladen (Leerfahrt) Greiferaufnahme auf der Halde Greiferabwurf auf Binnenschiff Abgabe Kohle in Zugwaggon Halden (versiegelt oder nicht versiegelt, Bruchflächen) Trockene Freifläche Art der Emissionsquelle Diskontinuierliche Punktquelle Diskontinuierliche Punktquelle Diskontinuierliche Punktquelle Kontinuierliche Punktquelle Kontinuierliche Punktquelle Linienquelle Linienquelle Diskontinuierliche Punktquelle Diskontinuierliche Punktquelle Linienquelle Linienquelle Diskontinuierliche Punktquelle Diskontinuierliche Punktquelle Diskontinuierliche Punktquelle Flächenquelle Flächenquelle www.advanced-mining.com 48 TECHNOLOGIETRANSFER Messkonzept Für jede Staubquelle wird ein spezifischer Emissionsfaktor in der Einheit von g/h ermittelt, damit die Emissionsintensität der verschiedenen Staubquellen miteinander verglichen werden können. Ferner kann somit die Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzwerte überprüft werden. Das entwickelte Messprinzip beruht auf einer Differenzmessung. Dabei werden für die jeweiligen Staubquellen sowohl auf der Luv- als auch auf der Lee-Seite in zeitlich nah beieinander liegenden Zeitabständen die auftretenden Staubkonzentrationen in der Luft messtechnisch registriert. Aus der Bildung von Mittelwerten resultieren in entsprechender Weise die Vor- bzw. Gesamtbelastung. Die Differenzbildung beider Werte liefert die Zusatzbelastung, die durch die reine Umschlagtätigkeit beim Materialhandling entsteht. belasteten Luft, enthalten sind. Damit konnte bestätigt werden, dass die ausgewählten und eingesetzten Messgeräte für die Messung der Staubemissionen auf dem Betriebsgelände der Rhenus geeignet waren. Abb. 8: REM-Aufnahme, 500fache Vergrößerung Unter Berücksichtigung der geometrischen Abmessungen der Staubwolke kann die jeweilige Emission pro Masseeinheit ermittelt werden. Der gesuchte Emissionsfaktor ergibt sich anschließend dadurch, indem der massebezogene Emissionswert auf die umgeschlagene Menge oder die Betriebsdauer bei den verschiedenen Staubquellen bezogen wird. Das Messkonzept wird entsprechend der Aufgabe, Emissionen diverser Quellen beim Umschlag, Transport und Lagerung von Kohle zu ermitteln, erstellt. Um die tatsächlichen Emissionen bestimmen bzw. realistisch abschätzen zu können, müssen die Immissionen im Umfeld der einzelnen Quellen unter realen Umschlags- und Lagerungsbedingungen sowie bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen messtechnisch erfasst werden. Das im Rahmen dieses Projektes gewählte Messkonzept sowie die dabei zum Einsatz kommenden Messgeräte sind geeignet, Partikelgrößen von unter 1 µm bis 32 µm in verschiedenen Korngrößenklassen zu erfassen. In einer vorgeschalteten Untersuchung wurde die Korngröße der am Standort Nordenham auftretenden Staubemissionen mittels REM-Aufnahmen vorgenommen. Anhand dieser Analyse konnte nachgewiesen werden, dass bei einer Entfernung des Messgerätes zum Emissionsort von etwa 6 m, kaum Partikel mit einer Korngröße von mehr als 30 µm in der angesaugten, mit Staub Ausgabe 02 | 2008 Tab. 2: Auswertung der REM-Aufnahmen Bild Anzahl der Partikel x > 30μm #11608 #11610 #11611 #11612 #11613 #11614 #11615 Summe % 0 1 1 1 0 2 1 6 0,33 10 < x < 30μm 5 4 5 14 12 10 8 58 3,23 x < 10 μm Gesamt 237 284 258 212 254 227 261 1.733 96,44 242 289 264 227 266 239 270 1.797 100 www.advanced-mining.com 49 TECHNOLOGIETRANSFER Messdurchführung Bei jeder Messung wurden der untersuchte Betriebsablauf (Messstelle), der Ort, das Datum und die Uhrzeit der Messung sowie die klimatischen Gegebenheiten (Außentemperatur, Windrichtung und Windgeschwindigkeit) zum Zeitpunkt der Messung erfasst und dokumentiert. Der Ort der Messung wurde anhand einer Karte des Betriebsgeländes und eines darauf gelegten Rasters definiert. Damit wurde für jede Messung eine exakte Ortszuordnung möglich. Unabhängig von der jeweils gewählten Vorgehensweise wurden für statistisch gesicherte Werte mindestens 10 Wiederholungen der Messung bei möglichst identischen Bedingungen vorgenommen. Die Messergebnisse, alle weiteren Messparameter sowie sonstige Besonderheiten, die während der Messungen auftraten wurden in einem speziellen Messdokumentationssystem erfasst. Messergebnisse Die Messergebnisse wurden in Punkt-, Linien- und Flächenquellen unterteilt. Bei den Punktquellen wurde darüber hinaus zwischen kontinuierlichen und diskontinuierlichen Emissionsquellen unterschieden. Grundsätzlich wurden die Emissionen der einzelnen Staubquellen (Messstellen) zunächst mit Hilfe der VDIRichtlinie 3790 berechnet. Anschließend wurden die Emissionen auf Basis der eignen Messungen ermittelt und miteinander verglichen. Für das weitere Vorgehen wurde jeweils der höhere berechnete Emissionsfaktor der beiden Vorgehensweisen verwendet. Dies entspricht dem üblichen Vorgehen bei einer Worst-Case-Betrachtung. Die Auswertung der Messergebnisse erfolgte in einer Darstellung der Emissionsfaktoren für alle Emissionsquellen in den Korngrößenklassen PM2,5, PM10 sowie Staub mit einer Korngröße von 10 bis 32 µm. Im Ergebnis konnte festgestellt werden, dass in den meisten Fällen die auf den Messwerten beruhenden Emissionsfaktoren deutlich unter denen der VDI-Richtlinie liegen. Die nachfolgende Abbildung zeigt die Emissionsfaktoren nach VDI-Richtlinien, die berechneten Emissionsfaktoren nach dem durchgeführten Messprogramm sowie eine prozentuale Angabe des Verhältnisses dieser beiden Emissionsfaktoren zueinander. Abb. 9: Verteilung der Messorte und Anzahl der Messungen Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 50 TECHNOLOGIETRANSFER Tab. 3: Vergleich von Messwerten und VDI-Richtlinie Messstelle Max. Wert - PM10 VDI- Wert - PM10 prozentualer Anteil MS1 MS2 MS3 MS4 MS5 MS6 MS7 MS8a MS8b MS9a MS9b MS10 MS11 MS12 MS13 MS13-Bruchfläche MS14 2 mg/t 1 mg/t 4 mg/t 52,1 mg/t 17 mg/t 15 mg/m 4 mg/m 13 mg/t 2 mg/t 30 mg/m 45 mg/m 16 mg/t 67 mg/t 1 mg/t 0,8 mg/m²*h 419 mg/m²*h 215 mg/m²*h 77 mg/t 95 mg/t 148 mg/t 115 mg/t 115 mg/t 78 mg/m 78 mg/m 95 mg/t 95 mg/t 75 mg/m 75 mg/m 35,1 mg/t 115,1 mg/t 434,5 mg/t 81,3 mg/m²*h 81,3 mg/m²*h 81,3 mg/m²*h 3% 1% 3% 45 % 15 % 20 % 5% 14 % 2% 40 % 60 % 46 % 58 % 0,3 % 1% 515 % 265 % Im Bereich der diskontinuierlichen Punktquellen (MS 1, 2, 3, 8a, 8b, 10, 11, 12) konnte festgestellt werden, dass in allen Fällen die ermittelten Emissionsfaktoren deutlich unterhalb der VDI-Werte liegen. Lediglich im Bereich der Haufwerksaufnahme auf der Halde (MS 10) sowie dem Greiferabwurf Binnenschiff (MS11) traten vergleichbare Werte mit der VDI auf, wobei auch diese um den Faktor 2 unter den VDI-Werten liegen. Die höheren gemessenen Emissionswerte dieser beiden Emissionsquellen beruhten auf der Berücksichtigung der Verladung von trockener Kohle, wie sie betrieblich nur sehr selten vorkommt. Bei den kontinuierlichen Punktquellen (MS 4 und 5) lagen die gemessenen Emissionsfaktoren um den Faktor 2 bzw. 6 unter den Werten der VDI-Richtlinie. Auch bei den Linienquellen (MS 6, 7, 9a, 9b) konnte dieser Trend festgestellt werden. Hier erreichten die gemessenen Emissionsfaktoren einen maximalen Anteil von 60% der VDI-Werte. Ein anderes Bild ergibt sich bei den Flächenquellen, hier wurden die Werte der VDI teilweise um den Faktor 5 überschritten (MS 13 – Bruchflächen). Dieser Extremwert beruhte allerdings auf der Betrachtung trockener Bruchflächen, wie sie betrieblich nur selten vorkommen. Definierte Messergebnisse Entsprechend der Auswertung der Messergebnisse für alle Messstellen wurden, unterteilt nach Punkt-, Linien- Ausgabe 02 | 2008 und Flächenquellen, abschließend Messwerte definiert, die für eine sich anschließende Simulation der Emissionsausbreitung verwendet werden. Hinsichtlich der Simulation ist eine Korrektur der Messergebnisse erforderlich, da messtechnisch die Körnungen PM2,5, PM10 und Staub mit einer Korngröße zwischen 10 und 32 µm erfasst wurden, das Simulationsprogramm jedoch eine Angabe in den Korngrößenklassen • • • • 0 bis 2,5 µm, 2,5 bis 10 µm, 10 bis 50 µm sowie 50 bis 500 µm erfordert. Daher wurden die Messergebnisse durch Emissionsfaktoren für Staub mit einer Korngröße zwischen 50 und 500 µm ergänzt. Diese Werte konnten messtechnisch nicht erfasst werden und können daher nur anhand der Korngrößenanalyse (Anteil dieser Korngrößenklasse) und der Messergebnisse der anderen Körnungen (PM2,5, PM10, Staub zwischen 10 und 32 µm) abgeschätzt werden. Die definierten Messergebnisse für die nachfolgenden Simulationen sind in den nachfolgenden Tabellen 4 bis 6 unterteilt nach Punkt-, Linien- und Flächenquellen dargestellt. www.advanced-mining.com 51 TECHNOLOGIETRANSFER Tab. 4: Definierte Emissionsfaktoren, Punktquellen Art der Emissionsqelle kontinuierliche Punktquellen diskontinuierliche Punktquellen Ermittelter Emissionsfaktor Messstelle 0 bis 2,5 μm [g/h] 2,5 bis 10 μm [g/h] 10 bis 50 μm [g/h] 50 bis 500 μm [g/h] 4 5 1 2 3 8a 8b 10 11 12 3,0 5,0 0,3 0,4 0,5 0,3 0,2 3,3 1,8 0,3 24,0 4,0 0,7 0,1 1,5 3,7 0,3 4,7 32,2 0,1 29,9 2,6 0,9 0,3 2,7 7,2 0,7 1,3 2,6 1,3 81,3 16,6 2,7 1,1 6,7 15,9 1,6 13,3 52,3 2,4 Tab. 5: Definierte Emissionsfaktoren, Linienquellen Ermittelter Emissionsfaktor Art der Emissionsqelle Messstelle 0 bis 2,5 μm [mg/m] 2,5 bis 10 μm [mg/m] 10 bis 50 μm [mg/m] 50 bis 500 μm [mg/m] Linienquellen 6 7 9a 9b Fahrweg trocken Fahrweg nass 3,0 2,0 18,0 23,0 23,0 0,4 12,0 2,0 12,0 22,0 22,0 0,6 1,3 1,3 67,6 67,6 67,6 0,7 23,3 7,6 139,4 160,9 160,9 2,4 Tab. 6: Definierte Emissionsfaktoren, Flächenquellen Ermittelter Emissionsfaktor Art der Emissionsqelle Messstelle 0 bis 2,5 μm [mg/m] 2,5 bis 10 μm [mg/m] 10 bis 50 μm [mg/m] 50 bis 500 μm [mg/m] Flächenquellen Halde, versiegelt Halde, unversiegelt Bruchfläche 14 < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,8 < 0,1 2,3 < 0,1 4,6 237,0 16,6 182,0 198,4 260,0 11,6 970,0 325,0 Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 52 TECHNOLOGIETRANSFER Simulation einer typischen Arbeitsschicht Abschließend wurde im Rahmen der Simulationen eine typische Arbeitsschicht auf dem Betriebsgelände in Nordenham nachgebildet. Hierfür wurden alle während einer Schicht aufgetretenen Arbeitsprozesse beschrieben und einem Ort auf dem Betriebsgelände zugeordnet. Bei den Punktquellen ist diese räumliche Zuordnung recht einfach, hier ist die genaue Lage der Emissionsquellen im Rahmen des Messprogramms erfasst wurde. Auch für die Linienquellen kann anhand der erfassten Fahrwege eine Lokalisierung erfolgen. Für die Flächenquellen mussten hingegen Annahmen getroffen werden. Hier wurde für den Zeitpunkt der Simulation angenommen, dass etwa 90% aller Freiflächen im nassen und nur etwa 10% im trockenen Zustand vorliegen. Der überwiegende Teil der Halden befindet sich in der Simulation im versiegelten Zustand, mit Ausnahme eines Teils des Lagers im südlichen Bereich des Betriebsgeländes. Für eine zweite Simulation wurde der Anteil der trockenen Freiflächen auf 0% herabgesetzt, um den Einfluss einer vollständigen und dauerhaften Bewässerung aufzuzeigen. Bei der Simulation wurde ein typischer Arbeitsablauf eines Tages modelliert und die Annahme getroffen, dass dieser Ablauf tagtäglich, für die Dauer eines Jahres, wiederholt wird. Für den auftretenden Wind während des Simulationszeitraumes von einem Jahr wurde die Windklassenstatistik des Standortes angewandt. Die Simulationsergebnisse sind in den Abbildungen 10 und 11 dargestellt. Abb. 10: Gesamtsimulation mit 10% trockenen Freiflächen Ausgabe 02 | 2008 Bei den Berechnungen der Deposition des Staubes konnte in diesen Simulationen gezeigt werden, dass die trockenen Freiflächen einen sehr großen Einfluss auf die Gesamtstaubdeposition haben. Bereits eine Erhöhung des trockenen Anteils der Freiflächen von 0 % auf 5 %, erhöht die Gesamtdeposition des Hafens in der Umgebung des Betriebes so stark, dass andere Staubquellen kaum noch einen Einfluss haben. Das unterstreicht die Notwendigkeit, grundsätzlich alle Freiflächen ständig feucht zu halten. Empfehlungen Als bedeutende Staubquellen, die sich durch eine hohe Reichweite und damit durch ein erhöhtes Belästigungspotential auszeichnen, wurden die Staubquellen • • • • • • Bandübergaben, Trimmarbeiten der Kettendozer mit trockenem Material, trockene Fahrwege der Radlader, unversiegelte Kohlehalden, trockene Bruchflächen sowie trockene Freiflächen identifiziert. An diesen Staubquellen sollte Staubminderungsmaßnahmen implementiert werden. Bandübergabestellen gehören zu den kontinuierlichen Staubquellen. Abb. 11: Gesamtsimulation mit 0% trockenen Freiflächen www.advanced-mining.com 53 TECHNOLOGIETRANSFER Die Emission einer kontinuierlichen Quelle ist bei gleicher Umschlagmenge und gleichen Bedingungen immer höher als die einer diskontinuierlichen Quelle. Aus diesem Grund sollten Bandübergabestellen möglichst gekapselt werden. Damit kann eine Minderung der Staubemission bis etwa 90 % erreicht werden. Werden Trimmarbeiten an trockenem Material durchgeführt oder ist die Fahrstrecke eines Kettendozers trocken, kann es zu erhöhten Staubemissionen kommen. Sollten während der Trimmarbeiten solche Bedingungen festgestellt werden, so sollte das Material, insbesondere bei Ostwinden, durch geeignete Maßnahmen feucht gehalten werden. Die Emissionen einer trockenen Fahrstrecke können entsprechend den Ergebnissen dieser Untersuchung bis zu einem Faktor 100 größer sein, als die einer befeuchteten Fahrstrecke. Aus diesem Grund sollten alle Fahrstrecken der Radlader stets feucht gehalten werden. Aufgrund ihrer großen flächenmäßigen Erstreckung können unversiegelte Kohlehalden zu bedeutenden Staubemittenten werden. Aus diesem Grund sollten möglichst alle Kohlehalden versiegelt werden. Wird die Versiegelung einer Halde aufgebrochen, so entstehen Bruchflächen. Diese liegen in der Regel zunächst in einem feuchten Zustand vor und emittieren nur geringfügig Staubmassen. Trocknen sie allerdings bei entsprechender Witterung ab, so bieten die Bruchflächen aufgrund ihrer großen Oberfläche und der meist sehr lockeren Materiallagerung eine gute Angriffsmöglichkeit für den Wind, so dass sich große Emissionen ergeben können. Aus diesem Grund sollten Bruchflächen, insbesondere bei trockener Witterung, stets feucht gehalten bzw. nach Abschluss der Arbeiten oder bei längeren Arbeitsunterbrechungen möglichst frühzeitig erneut versiegelt werden. Darüber hinaus ist zu beachten, dass die Orientierung der Bruchflächen zur Windrichtung einen Einfluss auf die Höhe der Staubemission ausübt. Deshalb sollten Bruchflächen, die parallel zur Windrichtung liegen, bei der mit den größten Belästigungen zu rechnen ist (Ostwind), möglichst vermieden werden. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Hossein H. Tudeshki studierte am Mining College of Schahrud, Iran. Nach mehrjähriger Tätigkeit in der Bergbauindustrie absolvierte er 1989 das Bergbaustudium an der RWTH Aachen. Von 1992 bis 2001 war er Oberingenieur am Institut für Bergbaukunde III der RWTH Aachen mit dem Arbeitsschwerpunkt Tagebau- und Bohrtechnik. Er promovierte 1993 und habilitierte sich 1997. Von 1997 bis zu seiner Ernennung zum Universitätsprofessor war er als Dozent für das Fach Tagebau auf Steine und Erden tätig. 1998 wurde ihm die Venia Legendi für dieses Fach an der RWTH Aachen verliehen. 2001 wurde er zum Professor für Tagebau und Internationaler Bergbau an der TU Clausthal ernannt. Neben dem Tagebau und internationalem Bergbau bildet u.a. die Spezialbohrtechnik mit den Anwendungsfeldern Brunnenbau, Microtunneling, pipe jacking und HDD-Technologie einen Schwerpunkt seiner Lehr- und Forschungstätigkeit. [email protected] | www.bergbau.tu-clausthal.de Dipl.-Ing. Tao Xu, geboren 1980 in Shandong, China studierte von 2003 bis 2008 Umweltschutztechnik an der Technischen Universität Clausthal. Seit seinem Diplomabschluss im Februar 2008 ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Tagebau und Internationaler Bergbau am im Institut für Bergbau der TU Clausthal beschäftigt [email protected] | www.bergbau.tu-clausthal.de Dr. rer. nat. Wolf-Michael Feldbach, Jahrgang 1948, studierte Physik an der Technischen Hochschule „Otto von Guericke“ in Magdeburg und erhielt dort 1972 sein Diplom. An der Akademie für Ärztliche Fortbildung in Berlin graduierte er im Jahr 1985 zum Fachpyhsiker der Medizin im Bereich Technische Arbeitshygiene. 1987 promovierte er an der TU „Otto von Guericke“ in Magdeburg im Fach Physik. Bis 1990 war er bei der Arbeitshygieneinspektion Magdeburg, heute Gewerbeaufsichtsamt, beschäftigt. Seit 1990 ist er geschäftsführender Gesellschafter der öko-control GmbH mit Firmensitz in Schönebeck (Elbe). Im Jahr 1995 wurde Herr Dr. Feldbach mit dem Bundesverdienstkreuz ausgezeichnet. [email protected] | www.oeko-control.com Freiflächen stellen im trockenen Zustand große Staubemittenten dar. Deshalb sollten alle Freiflächen, auch die an unzugänglichen Stellen, möglichst feucht gehalten werden. Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 54 TECHNOLOGIETRANSFER Arbeitsschutz - ein wesentlicher Erfolgsgarant im deutschen Steinkohlenbergbau von Dr.-Ing. R. Schumachers | RAG Aktiengesellschaft | Herne | Deutschland D ie RAG Aktiengesellschaft zeichnet sich durch modernstes Bergbau-Know-how und Arbeitssicherheit sowie Gesundheitsschutz auf sehr hohen Niveau aus. In den vergangenen Jahren wurden sehr erfolgreich neue Technologien entwickelt und eine äußerst wirksame Sicherheitsarbeit geleistet. Die langfristig angelegte Arbeitsschutzstrategie sowie ein modernes Managementsystem, basierend auf einer innovativen Arbeitsschutzpolitik und einer kontinuierlich weiterentwickelten Aufbau- und Ablauforganisation sind die Basis für die erfolgreiche Sicherheitsarbeit. In dem vorliegenden Beitrag werden einige Beispiele für die Optimierung der Sicherheitstechnik und der Organisation sowie zur Sensibilisierung der Mitarbeiter zu noch stärkerem sicherheitlichen und gesundheitsbewussten Verhalten aufgezeigt. Die Förderung deutscher Steinkohle ist das Kerngeschäft der RAG Aktiengesellschaft. Unter ihrem Dach sind sämtliche Aktivitäten des heimischen Steinkohlenbergbaus gebündelt. In den 3 Bergbaurevieren in Ibbenbüren, im Saarland und der Rhein-Ruhr-Region beschäftigt das Unternehmen in in acht Bergwerken, einer Kokerei und den Servicebereichen etwa 30.000 Mitarbeiter (Stand Mai 2008). Rund 21 Millionen Tonnen Steinkohle wurden im vergangenen Jahr in den deutschen Revieren gefördert. Trotz der Reduzierung der Förderung und des damit verbundenen Anpassungsprozesses deckt das Unternehmen damit über ein Drittel des gesamten deutschen Steinkohlenbedarfs. Die RAG Aktiengesellschaft steht nicht nur für Energieversorgungssicherheit und modernstes Bergbau-Knowhow sondern zeichnet sich auch durch Arbeitssicherheit auf sehr hohem Niveau aus. In der Unternehmensphilosophie fest verankert sind neben der Produktion, die Arbeitssicherheit, der Gesundheitsschutz und der Umweltschutz. Arbeitsschutz und Produktivität - Diese beiden Ziele sind bei der RAG Aktiengesellschaft untrennbar miteinander verbunden. So hat der deutsche Steinkohlenbergbau in den vergangenen Jahren sehr erfolgreich innovative Technologien entwickelt und eine äußerst wirksame Sicherheitsarbeit geleistet. Ausgabe 02 | 2008 Abb. 1 Trotz einer schwierigen Ausgangssituation wurden bei der RAG Aktiengesellschaft im Arbeitsschutz große Erfolge erzielt. So konnte insbesondere die Anzahl der Arbeitsunfälle in allen über- und untertägigen Betrieben des deutschen Steinkohlenbergbaus stark reduziert werden. Seit dem Jahre 1995 wurde beispielsweise die Unfallhäufigkeit um über 75 % bei der Summe aller meldepflichtigen Unfälle unter Tage gesenkt werden. Mit genau 20,3 Unfällen je 1 Million geleisteter Arbeitsstunden haben wir im Untertage - Bergbau einen historischen Tiefstand erreicht. Im gleichen Zeitraum konnten wir die Leistung je Mann und Schicht unter Tage und damit unsere Produktivität um über 26 % auf 7.071 kg/MS steigern (Abb. 1). Hieraus wird deutlich, dass die Steigerung der Produktivität und damit der Wirtschaftlichkeit einerseits und www.advanced-mining.com 55 TECHNOLOGIETRANSFER die Senkung der Unfallhäufigkeit andererseits sich durchaus ergänzen. Mehr noch: Gesunde Mitarbeiter sind die Voraussetzung für den wirtschaftlichen Erfolg unseres Unternehmens. Damit trägt der Arbeitsschutz auch aus ökonomischen Gründen entscheidend zur Wertschöpfung und damit zum Erreichen des Unternehmenszieles bei. Mit dieser Unternehmensphilosophie konnten wir große Erfolge erzielen. Unsere Erfolge im Arbeitsschutz sind u. a. das Ergebnis einer langfristig angelegten Arbeitsschutzstrategie basierend auf einer innovativen Arbeitsschutzpolitik und einer kontinuierlich weiterentwickelten Aufbau- und Ablauforganisation. Der ehemals eher korrektive und reaktive Arbeitsschutz wurde stärker proaktiv und präventiv ausgerichtet. Ein besonderes Augenmerk richtete sich dabei auf die Bewusstseinsund Verhaltensänderung aller Mitarbeiter. In allen Betrieben wurde ein Umfeld geschaffen, in welchem die Arbeitssicherheit und der Gesundheitsschutz als selbstverständliche Führungsaufgabe verstanden werden. Durch einen kooperativen und partizipativen Arbeitsschutz wird jeder Beschäftigte motiviert, sein Know-how aktiv in die Ermittlung und Beurteilung von Gefährdungen einzubringen und eigenverantwortlich an einer ständigen Verbesserung mitzuwirken. Dies setzt eine intensive Kommunikation und Zusammenarbeit aller betrieblichen Akteure voraus (Abb. 2). Darüber hinaus haben wir unser Managementsystem ganzheitlich ausgerichtet. Dies bedeutet in diesem Zusammenhang die universelle und umfassende Ausrichtung des Arbeitsschutzes auf alle Bereiche, Prozesse und Tätigkeiten sowie die Berücksichtigung jeglicher Faktoren, die zu Arbeitsunfällen, arbeitsbedingten Erkrankungen oder Berufskrankheiten führen können. Ausgabe 02 | 2008 Ganzheitlicher Arbeitsschutz erfordert selbstverständlich eine intensive Analyse aller betrieblichen Belastungen und Gefährdungen sowie eine komplexe Betrachtung aller Wirkungen auf den Menschen und anschließend die Einleitung erforderlicher Maßnahmen. Nach unserem Arbeitsschutzverständnis können die Themenfelder menschliches Verhalten, Organisation und Technik nicht getrennt betrachtet werden. Fortschritte bei der Bildung sicherer und gesundheitsgerechter Arbeitsstätten und Arbeitsbedingungen lassen sich nur dadurch erreichen, indem die drei Themenfelder optimal aufeinander abgestimmt sind und jeweils für sich betrachtet einen hohen Standard a Abb. u f - weisen. Aus diesem Grunde ist moderner Arbeitsschutz eine Managementaufgabe (Abb. 3). Beispielhaft möchte ich deshalb auf einige ausgewählte technische, organisatorische sowie verhaltensbezogene Maßnahmen der RAG eingehen, durch die wir Verbesserungen im Arbeitsschutz erzielen konnten. Wir konnten unsere Abb. Betriebe im deutschen Steinkohlenbergbau in den vergangenen Jahren noch sicherer machen, indem wir innovative Technologien eingesetzt und weiterentwickelt sowie den Einsatz weitgehend standardisierter Betriebsmittel forciert haben. Zielorientierte technische Strategien für die Bereiche Abbau, Vorleistung, Elektro- und Maschinentechnik, Logistik, Instandhaltung sowie Aufbereitung wurden entwickelt und realisiert. Bereits bei der Planung neuer Betriebe werden die grundle-genden Voraussetzungen z. B. für eine spätere sichere und leistungsfähige Gewinnung, Streckenauffahrung, Abförderung, Klimatisierung oder Grubengasabsaugung geschaffen. Lassen Sie mich drei Beispiele für den Stand der Sicherheitstechnik im deutschen Steinkohlenbergbau unter Tage anführen: 2 3 www.advanced-mining.com 56 TECHNOLOGIETRANSFER Durch ein umfangreiches Netz von Messgeräten mit sehr hoher Messgerätedichte wird der gesamte Grubenbereich sicherheitstechnisch überwacht. Kontinuierlich werden Wettermessdaten z. B. von CH4-, CO- oder Wettermengenmessungen an übertägige, ständig besetzte Sicherheitswarten gesandt. Dort werden die Daten rund um die Uhr im 5 Sekundentakt abgerufen, aufbereitet, analysiert und ausgewertet. Durch den Einsatz dieses hochmodernen Sicherheitswartensystems können bereits sehr frühzeitig Tendenzen erkannt und mögliche spätere Ereignisse verhindert oder unmittelbar bekämpft werden. Die Anzahl von Bränden oder Methanzündungen konnte so auf ein absolutes Minimum reduziert werden (Abb. 4). Da das Vorhandensein von Methan in den Grubenwettern ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt, wird zur Vermeidung hoher Methankonzentrationen das Gas gezielt entweder vor oder während der Gewinnung abgesaugt. In Rohrleitungen wird es anschließend nach über Tage geleitet und der Verwertung zugeführt. Hierbei liegt die Verwertungsrate, d. h. das Verhältnis von abgesaugter zu verwerteAbb. ter Menge bei 92 %. Das Grubengas wird durch circa 100 Blockheizkraftwerke für die regionale Energieversorgung genutzt (Abb. 5). Ein weiteres Beispiel für technische Innovationen im Arbeitsschutz sind die vielfältigen Entwicklungen im Zusammenhang mit dem Heben und Bewegen von schweren Lasten. Eine große Anzahl von Anschlaggeschirren, Hebezeugen, manuellen Tragehilfen oder Manipulatoren wurden entwickelt und kommen im Zusammenhang mit speziellen Anschlagpunkten zum regelmäßigen Einsatz. Hierdurch konnte sowohl die körperliche Beanspruchung der Mitarbeiter als auch die Anzahl der Unfälle deutlich verringert werden (Abb. 6). Abb. Die RAG misst der sicherheitlichen Fortbildung aller Mitarbeiter eine sehr große Bedeutung bei. Dabei wird das spezielle sicherheitliche Verhalten in Verbindung mit unserer hoch modernen Technik ebenso intensiv trainiert, wie die Sensibilisierung für alle sicherheitlichen Fragestellungen. Besonders stehen dabei die Verantwortlichkeit sowie die Vorbildfunktion eines jeden Mitarbeiters im Mittelpunkt. Im Jahre 2007 wurden insgesamt fast 25.000 Schichten aufgewendet, um unsere Mitarbeiter zu schulen und sicherheitlich weiterzubilden (Abb. 7). 4 5 Abb. Ausgabe 02 | 2008 6 www.advanced-mining.com 57 TECHNOLOGIETRANSFER Im Zusammenhang mit der Personalentwicklung unserer Führungskräfte wurde ein Stufenmodell erarbeitet, bei dem auch Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz Bestandteil jedes Lehrgangs sind. Für jede Hierarchiestufe wurden spezielle Lehrgänge entwickelt, die entweder in eigenen Schulungszentren oder als externe Fortbildungsmaßnahmen durchgeführt werden. Sie dauern je nach Entwicklungsstufe zwischen 9 Tagen und 6 Wochen. Grundsätzlich ist das erfolgreiche Durchlaufen dieser Lehrgänge sowie das sicherheitliche Verhalten in der betrieblichen Praxis Voraussetzung für die berufliche We i t e r e n t w i c k l u n g (Abb. 8). Ein weiterer wichtiger Baustein zur kontinuierlichen Verbesserung von Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz ist die Vereinbarung von anspruchsvollen qualitativen und quantitativen Zielen. Wesentlicher Bestandteil der konkreten Zielvereinbarung ist die Verknüpfung mit planbaren und detaillierten Maßnahmen zu Technik, Organisation und Verhalten. Ein kontinuierliches Controlling gewährleistet eine kurzfristige Reaktion bei Abweichungen zwischen Plan- und IstZahlen (Abb. 9). Das Erreichen der mit den Führungskräften vereinbarten Ziele im Arbeitsschutz ist mit finanziellen Auswirkungen verbunden. Die eigenverantwortliche und kontinuierliche Verbesserung des Arbeitsschutzes ist somit stets ein wichtiges Element unserer Unternehmensführung. Es hat sich gezeigt, dass Ausgabe 02 | 2008 die Vereinbarung von Arbeitsschutzzielen - verbunden mit konkreten Maßnahmen - auf die Mitarbeiter herausfordernd und motivierend wirken. Die sinkenden Unfallzahlen sind sicherlich auch ein Indiz dafür. Als besonders effektive Form der Mitarbeiterbeteiligung hat sich das Projekt „Gefahrenkenntnis in der betrieblichen Praxis” etabliert. Das Konzept beruht auf der Erkenntnis, das Tätigkeiten mit niedriger Einschätzung der Gefährlichkeit in der Regel besonders hohe Unfallziffern und demgegenüber Tätigkeiten mit hoher Einschätzung der Gefährlichkeit im Regelfall nur niedrige Unfallziffern aufweisen (Abb. 10). Abb. 7 Abb. 8 Abb. 9 Die Sensibilisierung für Gefahren bei den Mitarbeitern geschieht wie folgt: Zunächst werden die Mitarbeiter befragt, wie sie die Gefahren ihrer eigenen Tätigkeiten an der Arbeitsstätte beurteilen. Die Daten aus Analysen der Verbandbucheintragungen werden anschließend mit den subjektiven Einschätzungen der Mitarbeiter verglichen. Dabei ergeben sich Differenzen zwischen der tatsächlichen und der geschätzten Gefährlichkeit. Durch Unterweisungen oder Schulungen sowie in Kleingruppenarbeit werden die beteiligten Mitarbeiter anschließend mit ihrer jeweiligen Fehleinschätzung konfrontiert und lernen so, die Gefahren richtig einzuschätzen und damit, durch entsprechendes Verhalten, Unfälle zu vermeiden. www.advanced-mining.com 58 TECHNOLOGIETRANSFER Die Anzahl der Unfallmeldungen der an dem Projekt beteiligten Betriebe konnte durch Korrektur der subjektiven, aber falschen Gefährlichkeitseinschätzungen bisher deutlich reduziert werden. Auch der betriebliche Gesundheitsschutz hat bei der RAG einen besonders hohen Stellenwert. Neben einer Vielzahl von Projekten und Maßnahmen zur Reduzierung der Unfälle existiert eine Reihe von innovativen arbeitsmedizinischen Konzepten zur Gesundheitsförderung. Die eingeleiteten Maßnahmen zur Prävention von Muskel- und Skelettkrankheiten möchte ich hier besonders hervorheben, da diesbezügliche Erkrankungen mit an der Spitze aller Erkrankungen der Menschen stehen. Abb. 10 Abb. 11 Bei der RAG beträgt der Anteil der Erkrankungen des Muskel- und Skelettsystems über 50 % der gesamten krankheitsbedingten Fehltage. Im Rahmen der betrieblichen Gesundheitsförderung zur Verringerung der Muskel- und Skeletterkrankungen wurde ein spezielles Präventionskonzept für alle Betriebe entwickelt. Dabei werden zunächst im Zuge der turnusmäßigen arbeitsmedizinischen Vorsorgeuntersuchungen besonders gefährdete Mitarbeiter ermittelt. Der Werksarzt legt anschließend die zu treffenden gezielten personenbezogenen Maßnahmen fest. Ein besonders effektives Angebot an alle Mitarbeiter ist hierbei die Teilnahmemöglichkeit an speziellen Wirbelsäulentrainings in eigenen Trainingszentren. Seit Umsetzungsbeginn der beschriebenen Konzeption stellten wir eine durchweg positive Resonanz bei den Mitarbeitern fest. Die Maßnahmen ließen sich mit geringem Aufwand in die betrieblichen Strukturen einbinden und zeigten bereits nach wenigen Monaten erste Erfolge (Abb. 11). Im Wesentlichen durch dieses Präventionskonzept konnten die krankheitsbedingten Fehltage je Mitarbeiter infolge Muskel- und Skeletterkrankungen bei der RAG kontinuierlich um über 40 % von 12,2 % im Jahre 2001 auf 7,3 im Jahre 2006 gesenkt werden. Im Jahre 2005 wurde ein zukunftsweisendes methodi- Ausgabe 02 | 2008 sches Konzept für die RAG entwickelt, mit dem Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und auch der Umweltschutz systematisch und konsequent mit den Mitteln eines Managementsystems betrieben werden. Das Konzept orientiert sich an den Grundprinzipien jeden menschlichen Handelns: • • • • Setzen von anspruchvollen Zielen Planen des Vorgehens Handeln nach Plan Regelmäßige Prüfung, ob der Kurs eingehalten wird • Konsequentes Korrigieren von Fehlentwicklungen • Optimieren des Kurses und Setzen von neuen Zielen www.advanced-mining.com 59 TECHNOLOGIETRANSFER Mit diesen grundlegenden Elementen (Ziele, Planung, Durchführung, Kontrolle, Korrektur und Verbesserung) wird das Verhalten gesteuert. Durch die lückenlose Verknüpfung in einem Regelkreis ergibt sich der Managementzyklus. Seine konsequente und systematische Anwendung machen den Arbeits-, Gesundheits- und Umweltschutz planbarer und kalkulierbarer (Abb. 12). Das Konzept beruht auf den drei Säulen: • • • Führen mit schriftlichen Zielvereinbarungen Vereinbarung von konkreten auf die jeweilige Situation zugeschnittenen Maßnahmen Bewusstseins- und Verhaltensänderung durch Information und Kommunikation Auch durch dieses Programm konnte die Zahl der Arbeitsunfälle weiter gesenkt werden. Zusammenfassend sei gesagt: die RAG Aktiengesellschaft hat mit den beschriebenen Konzepten und Maßnahmen ein erfolgreiches, praxisorientiertes Arbeitsschutzmanagement geschaffen. Sicherheit und Gesundheitsschutz sind mittlerweile nicht nur eine selbstverständliche Führungsaufgabe, sondern auch zu einem wesentlichen Bestandteil der täglichen Arbeit geworden. Auf den Erfolgen der letzten Jahre wollen wir uns aber keineswegs ausruhen. Ständig sind weitere Initiativen und Aktivitäten erforderlich, nicht zuletzt um mit der Technologieentwicklung und den damit verbundenen Herausforderungen Schritt zu halten. Abb. 12 Dr.-Ing. Rudolf Schumachers, 52 Jahre alt, studierte Bergbau an der RWTH Aachen, Abschluss 1982. Im Anschluss an sein Studium folgten Tätigkeiten in der Produktion auf verschiedenen Bergwerken der Deutschen Steinkohle AG, zuletzt als Abbau-Betriebsführer. Seit 1994 ist er in der Hauptverwaltung der Deutschen Steinkohle AG, im Zentralbereich Arbeits-, Gesundheits- und Umweltschutz tätig und seit Januar 2005 als Sachverständiger im Ausschuss für Arbeitsstätten des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales. Im Februar 2005 promovierte er an der Technischen Universität Clausthal zum Doktor-Ingenieur. Seit März 2006 ist er Lehrbeauftragter für Arbeitsschutz und Integrierte Managementsysteme. [email protected] www.advanced-mining.com Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 60 NEUHEITEN & REPORTAGEN Vermeer Deutschland GmbH Beeindruckende Leistung im Basalt-Steinbruch mit Flächenfelsfräse I m Rahmen der Steinexpo 2008, die vom 3. bis 6. September 2008 im Basalt-Steinbruch in Niederofleiden, Deutschland, stattfand, führte Vermeer die derzeit weltgrößte Flächenfelsfräse Terrain Leveler T 1255 vor - mit beeindruckendem Ergebnis. Der Terrain Leveler T 1255 hat ein Eigengewicht von 110 Tonnen, bei einer Länge von 12,40 m, einer Frästrommelbreite von 3,70 m und einer variablen Frästiefe von 0 bis 60 cm. Die Fahrwerksbreite beträgt maximal 3,40 m. Transportiert wird die Maschine in zwei Teilen, bestehend aus dem Fahrwerk inklusive der Fahrerkabine und dem Fräsausleger mit Trommel. Die Demontage des Gerätes wird von zwei Mechanikern innerhalb von 8 Stunden erledigt. Auch der Zusammenbau des T 1255 geschieht in diesem Zeitrahmen, wobei besonders hervorzuheben ist, dass dazu weder ein Kran noch sonstiges Hebezeug auf der Einsatzstelle vorzuhalten ist. Angetrieben wird die Flächenfelsfräse von einem 6-Zylinder Caterpillar C – 16 Motor mit einer Leistung von 447 KW (600 PS). Der Antrieb der Fräskette und der Frästrommel erfolgt hydrostatisch. Die mit 160 Einzelzähnen bestückte Trommel kann bis zu 5° geneigt werden, so dass ein GPS- oder lasergesteuerter Flächenabtrag vorgenommen werden kann. Fahrwerksketten mit einer Breite von 76 cm sorgen für eine gute Standsicherheit und eine angemessene Flächenbelastung. Die hydraulisch höhenverstellbare Fahrerkabine ist mit einem luftgefederten Schwenksitz, Klimaanlage, Heizung, Radio und Sonnenschutzfenstern ausgestattet. Bei der fräsenden Arbeitsweise wird das Festgestein gelöst, gebrochen und abgelegt. Der T 1255 fährt rückwärts wobei die Frästrommel auf die gewünschte Tiefe eingestellt wird. Mittels der Fräszähne wird der Fels aus der Formation brechend gelöst und abgelegt. Ausgabe 02 | 2008 Der Terrain Leveler T1255 von Vermeer ist mit 110 Tonnen Betriebgewicht die weltgrößte Flächenfelsfräse. Im hochfesten Basalt konnte eine stündliche Abbauleistung von 700 bis 900 t erreicht werden. Als Haufwerk bleibt ein Material mit einer Kornabstufung von 0 – 300 mm vor der Fräse liegen. Die einzelnen Fraktionen ergeben sich üblicherweise wie folgt: • • • • • • 0 – 8 mm 8 – 32 mm 32 – 63 mm 63 – 100 mm 100 – 200 mm 200 – 300 mm .... .... .... .... .... .... ca. 6 – 8% ca. 6 – 10% ca. 15 – 25% ca. 20 – 30% ca. 20 – 30% ca. 10 – 20% Das gewonnene Rohmaterial kann mit den im Steinbruch vorhandenen Fahrzeugen zu den weiterverarbeitenden Brechern oder Mühlen transportiert werden. www.advanced-mining.com 61 NEUHEITEN & REPORTAGEN Der Einsatz der Flächenfelsfräse ist aus technischer und wirtschaftlicher Sicht unter folgenden Aspekten sinnvoll: • • • • • • • • Anwendung des T1255 als Sprengersatz Flächige zentimetergenaue Gewinnung bis an vorgegebene Koordinaten Gewinnung von sortenreinem Material Trennung zwischen Abraum und Mineral Abbau von werthaltigen Lagerstätten die als Streifen oder Bänke anstehen Wechselnde Einsatzorte, Nutzung mehrerer Steinbrüche Zeitlich begrenzter Abbau Flächennivellierung Die 3,70 m breite Frästrommel des T1255 ist, je nach Einsatzbedingungen, mit bis zu 160 Hartmetallmeißeln bestückt und kann bis zu 5° geneigt werden. Hierdurch können z.B. ein GPS- oder lasergestützter Flächenabbau vorgenommen werden. Während der Vorführungen bei der Steinexpo und auch danach wurden Stundenleistungen zwischen 700 und 900 Tonnen pro Stunde in einem Basalt mit einer einaxialen Druckfestigkeit von ca. 240 Mpa erzielt. Im Abbauergebnis entsteht ein Kornspektrum von 0 bis 300 mm mit wenig Feinkornanteil, womit ggf. eine oder mehrere nachgeschaltete Brechstufen eingespart werden können. Auch die Beschaffenheit der Sohle weist eine hohe Qualität auf. WEITERE INFORMATIONEN UND KONTAKT: Vermeer Deutschland GmbH Werner Hillen Puscherstr. 9 | 90411 Nürnberg | Deutschland Tel.: +49 (0) 911 540 14 67 | Fax: +49 (0) 911 540 14 99 | Mobil: +49 (0) 173 676 74 32 eMail: [email protected] | Internet: www.vermeer.de Kostenlos. Digital. Informativ. www.advanced-mining.com Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 62 NEUHEITEN & REPORTAGEN Das revolutionäre Staubunterdrückungssystem von Sandvik erhält das amtliche Gütezeichen der StBG Sandvik Mining & Construction D as elektrostatische Staubunterdrückungssystem HX410 von Sandvik Mining and Construction kann sich bereits mit über 200 erfolgreichen Installationen auf der ganzen Welt rühmen, und die Steinbruch Berufsgenossenschaft (StBG) führte kürzlich Tests mit diesem System durch. Unter Verwendung einer Installation in der Sandaufbereitung bei Strobel Quarzsand in Freihung in Süddeutschland wurde der HX410, der speziell für Materialübergabestellen in Schüttgutförderanlagen entwickelt wurde, mittels ausführlicher Staubmessungen getestet. Die von der StBG gemessenen Werte zeigen, dass der HX410 Staubpartikel in der Luft auf Niveaus verringerte, die weit unter den Grenzwerten für sowohl einatembaren als auch Alveolarstaub lagen. Strobel Quarzsand ist ein Lieferant für qualitativ hochwertige Quarzsande. In Freihung werden jährlich 400.000 Tonnen Quarzsand für die bau-chemische Industrie, Gießereien und die Glas- und Bauindustrie sowie für den Einsatz in Sport-, Spiel- und Freizeitanlagen aufbereitet. Der Quarzsand ist verschiedenen Prozessen ausgesetzt, so dass er gemäß den Anforderungen des Kunden aufbereitet werden kann. Trotz einer bestehenden Absaugung, ist es unmöglich, Staub von dem getrockneten Quarzsandprodukt an den verschiedenen Bandübergaben vollständig zu vermeiden. Der entstehende A- und E-Staub sowie Quarzfeinstaub stellen potentielle lebensbedrohliche Gesundheitsrisiken für das Personal und eine Belastung für die Umwelt dar. Zusätzlich sind die jährlichen Materialverluste an den Bandübergaben ein bedeutender Kostenfaktor. Die Feinstaubentwicklung an den Bandübergabestellen Ausgabe 02 | 2008 ist eine besondere Herausforderung für Staubunterdrückungssysteme; der HX410 konnte diese Hürde jedoch problemlos meistern. Der HX410 ist ein auf Ionisierung basierendes System mit einer Staubunterdrückungsrate von über 90 %. Es ist besonders effektiv an Bandübergaben, an denen üblicherweise beträchtliche Mengen an Staub von Schüttgut in die Luft abgegeben werden. Übergabestellen für Schüttgüter der Steine und Erden-, Zement-, Gießereien sowie die Bergbau-, Stahl- und Glasindustrie ziehen besonders viel Nutzen aus dem System. Das beförderte Schüttgut wird zusammen mit dem Staub durch das Gehäuse des Staubunterdrückungssystems geleitet. Durch die elektrostatischen Kräfte im Inneren lagert sich der Staub am Gehäuse ab; von dort wird er in regelmäßigen Abständen mittels www.advanced-mining.com 63 NEUHEITEN & REPORTAGEN eines Unwuchtmotors abgerüttelt und wieder in den Prozess zurückgeführt. Das modulare System ist einfach zu installieren. Da es keine beweglichen Teile hat, ist das Gerät verschleißfrei. Die Wartungszeit beträgt typischerweise weniger als eine halbe Stunde pro Monat. Das System arbeitet mit einer hohen elektrischen Spannung (50-60 kV) und einem sehr geringen Strom (1,5 mA). Die maximale Leistungsaufnahme beträgt weniger als 0,5 kW (vergleichbar mit einer kleinen Handbohrmaschine). Die StBG hat die folgenden Schlussfolgerungen infolge dieser Messungen gezogen: „Die A-Staub - Mittelwerte fielen von 4,25 mg/m³ auf 0,56 mg/m³, während der Durchschnittswert für E-Staub von 14,28 mg/m³ auf 1.16 mg/m³ fiel.“ Da die Grenzwerte für A-Staub bei 3 mg/m³ und bei E-Staub 10 mg/m³ liegen, wird durch die Messungen ersichtlich, dass das System HX410 die Staubbelastung von einem Niveau über den Grenzwerten auf ein Niveau weit unter den Grenzwerten reduziert. Im Rahmen des Berichtes wurde der HX410 von Sandvik als besonders effektives elektrostatisches Staubunterdrückungssystem für Schüttgüter empfohlen; der dadurch produzierte Staub kann wieder in den Produktionsfluss zurückgebracht werden. Gemäß den Richtlinien der StBG wäre der HX410 für einen Kredit in Höhe von 30 % in Bezug auf dessen Kauf durch deutsche Unternehmen berechtigt. Eine vollständige Kopie des Berichts ist bei der StGB erhältlich. * Quelle: StBG: Bericht über die Messung von Gefahrstoffen in der Luft in Arbeitsbereichen nach § 19 SGB VII, Messsystem der UV-Träger zur Gefährdungsermittlung – BGMG; qualitätsgesichert gemäß DIN EN ISO 9001: 2000, Vorgangsnummer:08/099/038, Seite 18, 23.06.2008 WEITERE INFORMATIONEN UND KONTAKT: Sandvik Mining and Construction Central Europe GmbH Sven Waliczek | Vertrieb und Service Förderbandkomponenten Tel.: +49 (0) 5332 93 09 20 eMail: [email protected] Internet: www.sandvik.com www.rohstoffingenieur.de Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 64 NEUHEITEN & REPORTAGEN Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG Lösungspaket für die Grundstoffbranche Bestens versorgt mit dem zugeschnittenen Paket an messtechnischen Lösungen für die Schüttgut verarbeitenden Industrien E ndress+Hauser bietet für diese Industrien ein zugeschnittenes Paket, angefangen mit Feldgeräten zur Erfassung von Füllstand, Druck, Temperatur, Durchflussmenge, Analysewerte sowie zur Registrierung bis hin zu kompletten Systemen, einschließlich aller Dienstleistungen und Automatisierungslösungen, Engineering und Inbetriebnahme an. Das Messen von Schüttgütern bleibt eine Herausforderung, weil unterschiedliche Materialien der angewandten Messtechnik alles abverlangen. Basierend auf den diversen physikalischen Eigenschaften von Schüttgütern, bietet Endress+Hauser ein komplettes Portfolio verschiedener Messverfahren. Im Lösungspaket für die Grundstoffbranche ist die neue Variante der Radargerätelinie Micropilot M enthalten. Der FMR244 mit 4 mm starker PP-Scheibenantenne ist optimal für den Einsatz in Feststoff- als auch Flüssigkeitsanwendungen geeignet. Und das zu einem besonders attraktiven Preis. Die Einsatzmöglichkeiten des FMR 244 sind beispielsweise in kleinen Feststoffsilos oder offenen Bunkern mit Messbereichen von bis zu 15 m. Er verfügt über die gleiche, menügeführte Bedienung wie der Micropilot M FMR250 zur einfachen, schnellen und sicheren Inbetriebnahme. Das neue 26 GHz Prozessradargerät Micropilot M FMR244 und das bewährte FMR250 erweitern durch die weiterentwickelte Hard- und Software die Einsatzmöglichkeiten der Radartechnologie in den verschiedenen Anwendungen. Diese ergeben sich durch eine optimierte Signalbewertung mit der Software „PulseMaster eXact“ und die erhöhte Empfindlichkeit der Hochfrequenzmodule für Feststoff- als auch Flüssigkeitsanwendungen. Neben neuen, kontinuierlichen Füllstandmessgeräten umfasst das Lösungspaket: • Elektromechanisches Messsystem Silopilot T, für leichte Schüttgüter – unabhängig von fast allen Produkteigenschaften (z. B. Perlite, Styropor) • Geführtes Radar Levelflex M, mit einem Messbereich bis 35 m für pulverige bis feinkörnige Schüttgüter. Unabhängig von Staubentwicklung oder z. B. von spiegelnden Oberflächen (z. B. Sand, Zucker, Getreide & Kunststoffgranulate) • Mikrowellenschranke Soliwave M mit Sender und Empfänger zur berührungslosen Grenzstanddetektion in freifliessenden Schüttgütern • Vibrationsgrenzschalter Soliphant M für feinkörnige oder pulvrige Medien ab einem Schüttgewicht von 50g/l • Online-Erfassung des Massenstromes und der Dichte mit Coriolis-Massedurchfluss-Messgerät Promass F ohne bewegte Teile, z. B. zur Dosierung von flüssigen Brennstoffen bei thermischen Prozessen der Schüttgutverarbeitung • Temperatur Widerstandsthermometer Omnigrad M mit vibrationssicherem mineralisoliertem Messeinsatz, z. B. für Temperaturmessungen von Utilities wie Hydrauliköl Der Micropilot M FMR244 Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 65 NEUHEITEN & REPORTAGEN Neben robusten Feldgeräten für diese rauen Anforderungen werden Lösungen zur Datenfernübertragung und Weiterverarbeitung von der Bestandsdatenerfassung, der Visualisierung bis zur Bestandsführung angeboten. Eine optimale Unterstützung über den gesamten Lebenslauf der Feldgeräte bietet das W@M Life Cycle Management. W@M ist eine offene und flexible Informationsplattform mit Softwareanwendungen und Dienstleistungen. Vom Engineering, Beschaffung, Inbetriebnahme bis zum Betrieb, Instandhaltung und Ersatz einzelner Komponenten liefert W@M aktuelle und vollständige Informationen, auch über Produkte anderer Instrumentierungsanbieter. Die Endress+Hauser Gruppe Endress+Hauser ist einer der international führenden Anbieter von Messgeräten, Dienstleistungen und Lösungen für die industrielle Verfahrenstechnik. Mit mehr als 7.000 Beschäftigten erwirtschaftet die Firmengruppe rund eine Milliarde Euro Umsatz im Jahr. Endress+Hauser liefert Sensoren, Geräte, Systeme und Dienstleistungen für Füllstand-, Durchfluss-, Druck- und Temperaturmessung sowie Flüssigkeitsanalyse und Messwertregistrierung. Das Unternehmen unterstützt seine Kunden mit automatisierungstechnischen, logistischen und informationstechnischen Dienstleistungen und Lösungen. Die Produkte setzen Maßstäbe im Hinblick auf Qualität und Technologie. WEITERE INFORMATIONEN UND KONTAKT: Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG Daniela Storrer Colmarer Str. 6 | 79576 Weil am Rhein | Deutschland Tel.: +49 (0) 7621 975 399 Fax: +49 (0) 7621 975 20 399 eMail: [email protected] Internet: www.endress.com Automatisierungslösungen, die perfekt passen. Optimieren Sie Ihre Produktions-, Logistik- und Wartungsprozesse mit Automatisierungslösungen von Endress+Hauser. Das perfekte Zusammenspiel von qualitativ hochwertigen Produkten, unserem Know-how im Projektmanagement, im Feldbus-Engineering sowie in der Systemintegration und der Einbindung von Produkten anderer Hersteller, steigert die Produktivität und senkt die Kosten. Unsere exzellenten Lösungen sind perfekt auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten, so dass Sie sicher sein können, dass jedes Stück des Puzzles am rechten Platz ist. www.de.endress.com/automation Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG Colmarer Straße 6 79576 Weil am Rhein Telefon 0 800 EHVERTRIEB oder 0 800 348 37 87 Telefax 0 800 EHFAXEN oder 0 800 343 29 36 Ausgabe 02 | 2008 ANZEIGE www.advanced-mining.com 66 NEUHEITEN & REPORTAGEN Siemens AG Neues Antriebssystem für schwere Trucks steigert die Produktivität im Bergbau S iemens hat ein neues Wechselstrom-Antriebssystem für schwere Trucks im Tagebau entwickelt, die Nutzlasten von 260 Tonnen und mehr befördern können. Das dieselelektrische Antriebssystem verringert die Umweltbelastung, bietet größere Kraftstoffeinsparungen und senkt die Betriebskosten im Tagebau. Die neuen Siemens-Antriebssysteme werden erstmals bei dem Truck 860E-1K von Komatsu eingesetzt. Nach erfolgreichen Tests unter rauen Umgebungsbedingungen in Tagebaubetrieben in Arizona und Südafrika planen Siemens und Komatsu die Serienfertigung zum Jahresanfang 2009. Der Motor des neuen Trucks 860E-1K mit starrem Rahmen und elektrischem Antrieb entspricht der Abgasnorm TIER 2, die geringere Emissionen vorschreibt. Durch eine werksseitig montierte Truck-Trolley-Systemoption lässt sich im Bergbau zudem Treibstoff sparen und die Lebensdauer des Motors verlängern. Das Trolley-System kann an 1.600- oder 1.800-Volt-Leitungen eingesetzt werden, mit denen die Fahrzeuge bei verringerter Motordrehzahl schneller bergauf fahren können. Auf diese Weise wird Treibstoff gespart und die Lebensdauer des Motors verlängert. Das speziell für die harten Anforderungen der Bergbauindustrie entwickelte neue Antriebssystem ist für hohe Schwingungsbelastungen, großen Höhen sowie einem Temperaturbereich von -40 bis +60 Grad Celsius ausgelegt. Das innovative, flüssigkeitsgekühlte WechselstromAntriebssystem ermöglicht eine hohe Leistung, während gleichzeitig die Betriebskosten aufgrund der hohen Produktivität, des großen Wirkungsgrads und der enormen Zuverlässigkeit geringer sind. Wechselstromantriebe bieten gegenüber traditionellen Gleichstromantrieben viele Vorteile. Im Gegensatz zu Gleichstrommotoren haben sie keine Bürsten oder Kommutatoren, die gewartet werden müssen und verschleißen. Bei der IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)-Umrichtertechnologie von Siemens Die neuen Siemens-Antriebssysteme werden erstmals beim 860E-1K Truck von Komatsu eingesetzt. Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 67 NEUHEITEN & REPORTAGEN wird der Drehstrom zunächst in Gleichstrom und anschließend in Wechselstrom mit variabler Frequenz für die Radmotoren umgewandelt. „Dank ‚Siemens inside‘ steigern die neuen Truckgenerationen die Produktivität im Bergbau“, erklärt Dietmar Jürges, Leiter von Siemens Mining Technologies. „Als einer der bedeutendsten Anbieter von elektrotechnischen Lösungen arbeitet Siemens mit den weltweit führenden Schwermaschinenherstellern für den Bergbau wie etwa Komatsu zusammen, um innovative, zuverlässige und effiziente Technologien anbieten zu können“. WEITERE INFORMATIONEN UND KONTAKT: Siemens AG Industry Sector - Industry Solutions Division Wieland Simon Schuhstr. 60 | 91052 Erlangen | Deutschland Tel.: +49 (0) 9131 74 61 69 eMail: [email protected] Internet: www.siemens.com/mining www.bergbau.tu-clausthal.de Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 68 NEUHEITEN & REPORTAGEN Bell Equipment Tiefergelegte Hochleistung Bell B25D mit niedrigem Fahrerhaus S eit über fünfzig Jahren baut die Günter Jaeger SteinbruchbetriebeGmbHinReichshof-NespenbeiGummersbachGrauwackeab.GeringeKapazitätenderLagersilos behinderten in Spitzenzeiten die Betriebsorganisation der stationären 250-t/h-Aufbereitung, wobei insbesondere das geringe Lichtmaß der Silodurchfahrt das Abziehen der Endprodukte auf die Außenlager erheblich erschwerte. Die wirtschaftliche Lösung brachte ein Bell B25D mit niedrigem Fahrerhaus: Seit August beschickt der Knicklenker die Produkthalden über die höher gelegenen Betriebsebenen. Gegenüber der Serienversion nur geringfügig, aber entscheidend verändert, erweist sich der neue Dumper dank hohem Muldenvolumen und 6x6-Offroad-Qualitäten als ebenso leistungsstarke wie witterungsunabhängige Transportalternative. Flexible Entlastung: Der Bell B25D an der Silostation im Werk Elbach der Günter Jaeger Steinbruchbetriebe. Je nach Frequenz am separaten Ladeband für Kundenfahrzeuge zieht der Knicklenker die Produkte aus den insgesamt 12 Silos und puffert damit die 250 t/h-Aufbereitung. Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 69 NEUHEITEN & REPORTAGEN Nadelöhr Silo leisten hier naturgemäß mehr und können zudem produkInsgesamt 450.000 Tonnen beträgt die jährliche Abbautiv im Abraumtransport arbeiten. Allerdings sind sie konmenge im rund 10 Hektar großen Werk Elbach der Günter zeptionell nicht auf Silodurchfahrten ausgelegt, sieht man Jaeger Steinbruchbetriebe. Ein geringer Anteil davon wird einmal von den kleineren Baustellen-Dumpern am Markt zu Naturwerkstein verarbeitet, zu 90 Prozent wandert die ab. „Um die erforderliche Entlastung zu erzielen, benötiGrauwacke mit einem sehr hohen Quarzanteil (bis 70 %) gen wir jedoch schon deutlich über 20 Tonnen Nutzlast und in die Produktion klassischer Mineralstoffe für den Stradamit kamen letztlich nur echte SKW in Frage,“ rechnet ßenbau und hochwertige Zuschläge für die BaustoffproWolfgang Jaeger vor. duktion. „Wir liefern ins Sieger- und Sauerland und bis 100 Maximal 3,25 Meter Höhe durfte das Fahrzeug der Wahl Kilometer ins Rheinland hinein,“ umreißt Geschäftsführer messen, um auch bei Materialrückständen am Boden Wolfgang Jaeger die gute Nachfragesituation. nicht mit der Silokonstruktion zu verunfallen. Diese VorDabei werden die vier eigenen Transportzüge und gabe schafft kein Seriendumper der +20-Tonnenklasse Fremdfahrer direkt über ein separates Ladeband an der am Markt, wodurch auch die zunächst wirtschaftlich Sieb- und Silostation bedient, deren Lagerkapazität mit insg. 650 Tonnen seit der letztmaligen Erneuerung der Werksanlagen vor rund 30 Jahren allerdings längst nicht mehr ausreicht. „Wir mussten reagieren und eine leistungsfähige Lösung zur Beschickung unserer Außenlager finden, die wir allerdings aufgrund der Platzverhältnisse auch nicht unbeschränkt ausweiten können,“ erklärt Wolfgang Jaeger. 20.000 bis 30.000 Tonnen lagern auf verschiedenen Ebenen im Zufahrtsbereich zu den drei Abbausohlen. Die Beschickung der Halden und die Rückverladung per 4,5-m³-Radlader werden zusätzlich durch den Verkehr der beiden 40- bzw. 25-Tonnen-Starrmulden erschwert, die den Lagerbereich auf dem Weg zum Vorbrecher kreuzen. „Entsprechend benötigten wir eine schnelle, wendige und leistungsfähige Transportlösung, die bei jeder Witterung alle Produkthalden erreicht und damit die effiziente Pufferung unserer Silos gewährleistet.“ Wie in zahlreichen anderen Werken älterer Baujahre weist die Silodurchfahrt nur ein geringes Lichtmaß auf. Gerade einmal 3,40 x 3,00 Meter stehen im Werk Elbach zur Verfügung. „Konventionelle Kipperfahrzeuge passieren zwar problemlos, bringen allerdings nicht die gewünschte Abzugsleistung und haben selbst mit mehreren Antriebsachsen ProbleGanz enge Kiste: Mit 3,40 x 3,00 Meter bildet die Silodurchfahrt im Werk Elbach ein echtes Nadelöhr. Der attraktive Kuhfänger im unteren Kühlerbereich ist Marke „Jaeger-Eigenbau“, me an den Rampen und den Entjedoch nicht ohne Chancen ins Bell-„Customized“-Programm aufgenommen zu werden ... ladestellen.“ 6x6-Offroad-Mulden Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 70 NEUHEITEN & REPORTAGEN anmutende Lösung eines Gebrauchten für die gerade 100 bis 500 Meter langen Fahrtstrecken von vorneherein ausfiel. Schnell auf Halde: Bis zu 22 Tonnen verfährt der Bell B25D pro Charge auf die einzelnen Produkthalden im Außenlager. Lösung vom Knicklenkerspezialisten Blieb die Option eines Neufahrzeuges mit Sonderausrüstung. Allerdings: „Die erforderliche Maximalhöhe stellt auch hier ein Problem dar, das viele Hersteller, wenn überhaupt, nur mit teilweise abenteuerlich anmutenden Lösungen angehen. Von der kleineren Bereifung, die allerdings die Offroad-Qualitäten deutlich einschränkt, bis hin zu offenen Führerhäusern von Tunnelgeräten reichen hier die Optionen, wobei die entsprechenden Umbauten auch schnell an die Grenze der Wirtschaftlichkeit stoßen,“ resümiert Wolfgang Jaeger seine Recherchen. „Liebherr Baumaschinen Dortmund brachte uns schließlich mit Bell Equipment zusammen, die für alle ihre Maschinen ein vollwertiges Führerhaus in Niedrigversion als Sonderausstattung bieten.“ In Zusammenarbeit mit den Dortmunder Kundenberatern und den Bell-Produktspezialisten wurde die erforderliche Leistungsklasse bestimmt, und das Fahrzeug auf die spezifischen Anforderungen hin konfiguriert. Als Basismaschine wählte Wolfgang Jaeger den Bell B25D. Das kleinste Modell der neuen D-Serien-Generation leistet 205 kW und ist in der Normalversion auf 23,2 Tonnen Nutzlast ausgelegt. Mit 3425 mm Dachhöhe markiert die StandardGroßraumkabine den höchsten Punkt des Fahrzeugs, was die Anpassung auf die erforderliche Maximalhöhe erleichterte. Das niedrigere Führerhaus baut bei identischer Grundfläche 200 mm niedriger, wodurch als weitere Ausgabe 02 | 2008 Dank hoher Ladekapazität und Geländegängigkeit bewährt sich der Bell B25D auch in der Abraum-Organisation oder im Neuaufschluss. Langes Muldenleben: Die abrasive Grauwacke erforderte eine Verschleißauskleidung für die neue glattwandige Mulde. „Höhenkontrolle“ lediglich das Auspuff-Endrohr sowie die Muldenstirnwand modifiziert werden mussten. Der Auspuff wurde verkürzt und mit Schwingklappe versehen, die Stirnwand endet jetzt auf gleicher Höhe wie das allen einschlägigen ROPS/FOPSVorschriften entsprechende und für den Silobetrieb mit einem zusätzlichen Schutzblech ausgerüstete Kabinendach. Dazu orderte Wolfgang Jaeger ab Werk eine Bordwanderhöhung sowie die automatische Heckklappe für die neue glattwandige Bell-Mulde, die zum Transport der sehr abrasiven Grauwacke zudem mit Verschleißblechen versehen wurde. Geringfügig verkürzte Außenspiegel sind ansonsten die einzige Veränderung am Grundgerät, das mit 23,5R25-Standardbereifung in Leistung und Fahrkomfort dem Serien-B25D in nichts nach steht. Leistung voll auf Höhe Ganz im Gegenteil: „Wir fahren wohl den einzigen ‚Kuschel-Dumper’ in Deutschland,“ lacht Wolfgang Jaeger, als er mit seinem 1,90-Meter-Gardemaß das neue Raumgefühl im „tiefergelegten“ B25D demonstriert. Zum ohnehin kompletten Serienpaket mit Komfortsitz, Klimaanlage und AudioSystem orderte der Firmenchef zusätzlich eine Standheizung. „Unsere Radlader und der BellDumper sind morgens als erste Geräte im Einsatz. Ohne gefährliches Herumturnen auf dem vereisten oder verschneiten Fahrzeug sind Fahrer und Maschine mit der programmierten Vorheizung selbst bei tiefem Frost sofort voll leistungsfähig und sparen dabei noch Treibstoff,“ erklärt Wolfgang Jaeger die Zusatzinvestition. www.advanced-mining.com 71 NEUHEITEN & REPORTAGEN Auch im Normalbetrieb der Haldenbewirtschaftung und den Abraumtransporten im Bruch überzeugt der Bell B25D. Ganz wichtig: Trotz spürbar geringerer Kopffreiheit ist die Rundumsicht des Fahrers nicht eingeschränkt. Entsprechend schnell und sicher bewegt sich der nach Muldenerhöhung, -auskleidung und Heckklappenausrüstung jetzt nominell 16 m³ (SAE 2:1) ladende 6x6 in der Silozufahrt und auf den 100 bis 500 Meter langen Ladestrecken mit Steigungen bis 15 %. Schon Mitte September passierte der Anfang August gelieferte Bell B25D die 10.000-Tonnen-Grenze – je nach Tagesauslastung im Kundenverkehr entspricht dies 10 bis maximal 50 Umläufen mit Einzelchargen von rund 22 Tonnen der leicht fließenden Grauwacke-Splitte und -Schotter. Im Abraumtransport werden diese Werte bisweilen stark überschritten, dennoch überzeugt der Bell B25D durch eine hohe Wirtschaftlichkeit: einen Durchschnittsverbrauch von gerade einmal 7,8 l/h weist das elektronische Motormanagement aus. Die niedrige Kabine bringt keine Komforteinbussen für den Fahrer WEITERE INFORMATIONEN UND KONTAKT: Bell Equipment (Deutschland) GmbH Willi-Brandt-Str. 4-6 | 36304 Alsfeld | Deutschland Tel.: +49 (0) 6631 9113 0 Fax: +49 (0) 6631 9113 13 eMail: [email protected] Internet: www.bellequipment.de Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 72 NEUHEITEN & REPORTAGEN Volvo Construction Equipment Die Zukunft beginnt: Volvo CE stellt Radlader mit Hybridantrieb vor Der weltweit erste große Radlader mit Hybridantrieb für den schweren Erdbau und die Gewinnungsindustrie wurde von Volvo CE auf der Conexpo 2008 in Las Vegas als Prototyp vorgestellt den schwedischen Konstrukteuren schon vor Jahrzehnten bewusst. So führte Volvo CE bereits ab 1993 bei Radladern, Hydraulikbaggern und knickgelenkten Dumpern sogenannte Niederemissionsmotoren ein. Das war lange vor den aktuellen Abgasvorschriften wie TIER und EPA und auch erheblich früher als bei den Mitbewerbern. Eine echte Sensation brachte Volvo CE zur amerikanischen Baumaschinenmesse Conexpo-Con/Agg in Las Vegas im März dieses Jahres mit. Im etwas sperrigen Gepäck hatten die Schweden einen 33-Tonnen-Radlader mit mehr als ungewöhnlichem Antrieb: Ein L220F, mit 5,0 m3 fassender Standardschaufel – der zweitgrößte Radlader von Volvo CE – wurde als Prototyp mit einem Hybridantrieb präsentiert. Damals teilte Volvo CE dazu mit: „Leistungsfähigere Einspritzpumpe, neuer Turbolader mit höherem Wirkungsgrad und neue Gestaltung des Brennraumes bewirken nicht nur eine vollständigere Verbrennung und höhere Motorleistung, sondern auch reinere Abgase und somit eine bessere Umweltverträglichkeit. Der Anteil schädlicher Partikel in den Abgasen konnte weiter verringert werden.“ Der neue Radladerantrieb sorgt gleich für mehrere bemerkenswerte Vorteile: Er soll nicht nur den Kraftstoffverbrauch um mindestens zehn Prozent senken, sondern dabei auch eine deutlich höhere Leistung, Produktivität und Wirtschaftlichkeit bewirken. Außerdem leistet der Hybridantrieb des Radladers einen lobenswerten Beitrag zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes und zur Schonung der Ölressourcen. Dass es unbedingt erforderlich ist, Abgas- und besonders CO2-Emissionen zu reduzieren, war Ausgabe 02 | 2008 Zu jener Zeit waren solche Maßnahmen bei Baumaschinen noch ungewöhnlich, heute gehören sie zum Standard. Insofern kann man die Volvo-Konstrukteure hier als Vordenker bezeichnen, die bei der Planung von Maschinen und Antriebstechnik auch stets die Umwelt im Blickfeld hatten. Das zeigt sich auch nun wieder beim neuen Hybridantrieb des Radladers. Derartige Antriebe haben in den letzten Jahren zwar an Popularität gewonnen, doch entwickelte Volvo als erster Hersteller Hybridantriebe für schwere Fahrzeuge wie Lkw und Busse. www.advanced-mining.com 73 NEUHEITEN & REPORTAGEN Der Hybridantrieb ist beim Radlader keinesfalls eine leistungsmindernde Kompromisslösung, um einen umweltfreundlichen Antrieb auf die Räder stellen zu können. Nein, das Gegenteil ist der Fall, denn die Volvo-Konstrukteure berichten bereits von beträchtlichen Kraftstoff- und Kosteneinsparungen sowie von höheren Leistungen und ökologischen Vorteilen. Die höhere Effizienz und das Kosteneinsparungspotential des L220F mit Hybridantrieb, der mehr Kraft, bessere Leistung und Kraftstoffeinsparungen von zehn Prozent ermöglicht, bieten Kunden während des Lebenszyklusses der Baumaschine eine wesentlich höhere Investitionsrendite. Bei Volvo wurde mit der Entwicklung des Parallel-Hybridantriebs für Radlader bereits vor Jahren begonnen. Er basiert auf dem bewährten und zuverlässigen D12-Motor mit der von Volvo konstruierten V-ACT-Verbrennungstechnik. Der 352 PS starke Motor sorgt im serienmäßigen L220F bereits für sparsamsten Kraftstoffverbrauch und niedrige Emissionswerte. Bei sehr niedriger Drehzahl von nur 1.000 U/min liegt das höchste Drehmoment an. Bei 800 U/min sind es immerhin schon 80 Prozent des maximalen Drehmoments. laggregat im Stand abschalten und dann fast augenblicklich neustarten, indem der Motor mittels eines großen Energieschubes von der Hochleistungsbatterie sehr rasch wieder die optimale Drehzahl für Arbeitsabläufe erreicht. Außerdem überwindet der ISG das bekannte Problem aller Dieseltriebwerke: geringes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen. Durch den neuen Antrieb wird automatisch ein immenser elektrischer „Drehmomentschub“ angelegt. Der Elektromotor des ISG bietet aus dem Stand ein Drehmoment von bis zu 700 Nm. In Motorleistung ausgedrückt, liefert der ISG bis zu 68 PS zusätzlich sofort verfügbarer mechanischer Energie. Der neue Volvo L220F ist der erste Großladlader mit Hybridantrieb. Er verspricht eine bessere Leistung bei gleichzeitig hoher Kraftstoffeinsparung Das Herz des Hybridantriebs bildet der ISG (Integrated Starter Generator), eine innovative, von Volvo zum Patent angemeldete Antriebskomponente. Der ISG ist zwischen Motor und Getriebe angeordnet und speist eine hochmoderne Batterie mit Energie. Wertvolle Energie wird beim Bremsen gewonnen: Dann nimmt der ISG als Generator die Bremsenergie des Radladers auf, auch bei jedem Ladespiel, und wandelt sie in elektrische Energie um, die gespeichert werden kann. Der ISG arbeitet auf unterschiedliche Weise und liefert Leistung nur dann, wenn sie benötigt wird. Der Motor eines Radladers verbringt nämlich bis zu 40 Prozent seiner Betriebszeit im Leerlauf. Mit dem ISG lässt sich das Diese- Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 74 NEUHEITEN & REPORTAGEN Die Kombination dieser beiden Eigenschaften des ISG bedeutet, dass der Dieselmotor lange abgeschaltet bleibt, wenn er ansonsten im Leerlauf drehen würde. Zudem muss der Fahrer das Aggregat nicht mit hoher Drehzahl betreiben, um ein ausreichendes Drehmoment für die Arbeit zu erhalten, da das Spitzendrehmoment bereits bei Drehzahlen knapp über der Leerlaufdrehzahl anliegt. Die Batterie wird dann automatisch ohne Produktivitätseinbußen wieder aufgeladen, wobei der ISG als Dynamo (Wechselstromgenerator) fungiert. Neben dem ISG befinden sich weitere energiesparende Innovationen im L220F Hybrid, beispielsweise eine elektrisch betriebene (also nicht direkt vom Motor angetriebene) Klimaanlage. In Verbindung mit dem ohnehin sehr effizienten (nichthybriden) V-ACT-Motor von Volvo und den Hydrauliksystemen des L220F sorgen die Hybridkomponenten für eine beträchtliche Effizienzsteigerung und Kraftstoffeinsparungen sowie für die von Volvo gewohnte Zuverlässigkeit. Wenn die Auslieferung im Jahr 2009 beginnt, wird der L220F Hybrid Volvos erster im Handel erhältlicher Radlader mit Hybridantrieb sein – und wahrscheinlich auch der erste weltweit. Diese zukunftsweisende Radlader-Generation wird einen Wandel in der Industrie einläuten und Kunden verdeutlichen, daß der Einsatz von Hybridmaschinen weit mehr als „nur“ ökologische Vorteile bietet. Die Volvo-Konstrukteure gehen davon aus, dass Baumaschinen mit Hybridantrieb bald schon als „das Beste aus zwei Welten“ Anerkennung ernten. Ohne auf die mit Volvo-Produkten verbundenen Qualitäts- und Sicherheitsfaktoren verzichten zu müssen, werden gesteigerte Produktivität und ein geringerer Kraftstoffverbrauch erzielt. Ausgabe 02 | 2008 „Der Volvo-Konzern verfolgt das Ziel, die energieeffizientesten Antriebsstränge der gesamten Industrie zu bauen“, sagt Pontus Enhager, Manager des Hybrid-RadladerProjekts. „Baumaschinen unterscheiden sich jedoch von Lkw oder Bussen, da sie eine Fülle unterschiedlicher Funktionen und Verwendungszwecke in sich vereinen – dies gilt selbst für eine grundlegend einfache Maschine. Sie arbeiten in einer viel rauheren Umgebung und benötigen reichlich Kraft und Drehmoment. Als erste Hybridmaschine haben wir den Radlader gewählt, da dieser meist kurze Fahrstrecken mit regelmäßigen Starts und Stopps zurücklegt, wofür sich Hybridantriebe hervorragend eignen.“ „Hybridsysteme sind die Zukunft für Baumaschinen“, ist Pontus Enhager überzeugt. „Im Zuge des Ausbaus dieser Technologie, der Erfahrungen, der Serviceleistungen und des Vertrauens in Hybridantriebe werden wir zunehmend unabhängiger von fossilen Brennstoffen. Die Hybridleistung ist eindeutig mit höherer Effizienz und geringeren Umweltbelastungen gleichzusetzen.“ WEITERE INFORMATIONEN UND KONTAKT: Volvo Construction Equipment Europe GmbH Adalperostr. 80 | 85737 Ismaning | Deutschland Tel.: + 49 (0) 89 944 664 230 Fax: + 49 (0) 89 944 664 201 Internet: www.volvoce.com www.advanced-mining.com 75 NEUHEITEN & REPORTAGEN Allmineral Aufbereitungstechnik GmbH & Co. KG allmineral-Maschinen für indischen Stahlkonzern Jindal Großauftrag für Duisburger Aufbereitungsspezialisten G emeinsam mit dem indischen Partner Hari Maschines Ltd hat allmineral ein weiteres indisches Großunternehmen von der Leistungsfähigkeit der Aufbereitungsanlagen »made in Duisburg« überzeugt: Der Konzern Jindal Steel & Power Limited (JSPL) hat insgesamt 14 Maschinen bestellt, um eine bestehende Anlage für hämatitisches Eisenerz in den »Sarda Mines« im indischen Bundesstaat Orissa zu erweitern. Elf luftgepulste Setzmaschinen vom Typ alljig, ergänzt um vier Magnetscheider gaustec-3600, eröffnen JSPL künftig die Möglichkeit, auch Erze mit niedrigerem Fe-Gehalt zu marktfähigen Produkten mit hohem Fe-Gehalt zu verarbeiten. In der 1.500 t/h Anlage in den „Sarda Mines“ kommen fünf alljig G-2200 sowie sechs alljig F-2500 zur Verarbeitung der Körnung 5 bis 30 bzw. 1 bis 5 Millimeter zum Einsatz. Die vier gaustec-Magnetscheider mit einer Durchsatzleistung von jeweils 200 Tonnen pro Stunde (t/h) werden das Material mit einer Körnung kleiner einem Millimeter anreichern. Der Anlagenumbau soll Mitte 2009 abgeschlossen sein. allmineral greift auch in diesem Projekt auf die bewährte Kooperation mit Hari Machines zurück: Der indische Partner fertigt die 14 Einheiten vor Ort, allmineral liefert Kernkomponenten aus Deutschland zu. „Wir waren von Anfang an in die Verfahrensentwicklung eingebunden und haben auf Basis zahlreicher Pilotversuche das Konzept für die neue Anlage zusammen mit dem Kunden erarbeitet“, erklärt allmineral-Geschäftsführer Dr. Ing. Heribert Breuer. Zwei Punkte waren für JSPL unerläßlich: das Aufbereitungsverfahren auf ein maximiertes Ausbringen anzulegen und Produkte nicht nur mit hohem Fe- Gehalt sondern auch mit einem deutlich reduziertem Al2O3-Gehalt erzeugen zu können. Dazu werden die Berge aus den Setzmaschinen sowie der ersten WHIMS-Stufe nachgemahlen und der jeweils nächsten Sortier- Ausgabe 02 | 2008 stufe nochmals aufgegeben. Die Lump und Sinterfeed Produkte dienen zur Versorgung der Jindal Hochofenanlagen. Das Konzentrat mit einer Körnung von weniger als einem Millimeter wird nach weiterer Aufmahlung (< 40µm) in einer im Bau befindlichen 4 Mio. jato Pelletanlage vor Ort eingesetzt. Die Gesamtproduktion der Anlage wird je nach Aufgabequalität bei 8 bis 9 Millionen Tonnen pro Jahr liegen. Die Modernisierung der Aufbereitungsanlage in den „Sarda Mines“ ist Teil eines milliardenschweren Investitionsprogramms, mit dem JSPL die Kapazität in seinen Stahlwerken, Kraftwerken und Minen ausbaut. Der Konzern, gegründet zu Beginn der 1950er Jahre, ist mit einem Jahresumsatz von rund 4 Milliarden US-Dollar der drittgrößte Stahlproduzent Indiens. Heute fördert JSPL in Indien, den USA, Indonesien und künftig auch in Bolivien Eisenerz und Kohle, betreibt Kraftwerke und produziert Stahlprodukte in großer Bandbreite. Weltweit arbeiten 20.000 Beschäftigte für das Unternehmen. alljig-Setzmaschine www.advanced-mining.com 76 NEUHEITEN & REPORTAGEN WEITERE INFORMATIONEN UND KONTAKT: allmineral Aufbereitungstechnik GmbH & Co. KG Baumstraße 45 47198 Duisburg | Deutschland Tel.: +49 (0) 2066 99 17 0 Fax: +49 (0) 2066 99 17 17 eMail: [email protected] Internet: www.allmineral.com gaustec-Magnetscheider Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 77 NEUHEITEN & REPORTAGEN Ein Resümee aus Sicht ausgewählter Aussteller V om 03. bis 06.September 2008 fand zum siebten Mal die internationale Fachmesse Steinexpo in Europas größtem Basaltsteinbruch in Niederofleiden, nahe der Stadt Frankfurt, Deutschland, statt. Ein besonderes Merkmal dieser Messe ist, dass die Aussteller ihre Maschinen und Anlagen aktiv und unter realen Steinbruchbedingungen präsentieren können. Durch eine Reihe von Gerätekombinationen wurden die wesentlichen Prozesse der Rohstoffgewinnung und Aufbereitung demonstriert. Radlader, Hydraulikbagger, Dumper, Muldenkipper, mobile Brecher und Siebe sowie Continuous Miner sind exemplarische Beispiele von Maschinen, die im Rahmen der Veranstaltung live gezeigt wurden. Das praxisorientierte Konzept der Steinexpo hat auch in diesem Jahr zahlreiche Aussteller und Fachbesucher über Ausgabe 02 | 2008 vier Messetage zusammenbringen können. Insgesamt haben rund 250 Firmen ihre Produkte ausgestellt, die Zahl der Fachbesucher belief sich auf ca. 42.280 Personen. Als Barometer der Akzeptanz und Resonanz der diesjährigen Steinexpo hat AMS Online drei international tätige Firmen über ihre Meinung zur Ausstellung befragt. Herr Wilfried Tschich, Geschäftsführer der Komatsu Deutschland GmbH, Herr Roland Redlich, Leiter des Produktmanagements der Cat-Zeppelin Baumaschinen GmbH und Terex | O&K Exklusivhändler sowie Herr Thorsten Stellmacher, Bereichsleiter Brech- und Siebtechnik von Metso Minerals beantworteten Fragen zur Qualität der Steinexpo und der Fachbesucher und sprachen Empfehlungen zur zukünftigen Optimierung der Ausstellung aus. www.advanced-mining.com 78 NEUHEITEN & REPORTAGEN Die Steinexpo aus Sicht der Industrie Das Publikum der diesjährigen Steinexpo hatte ein fachlich sehr hohes Niveau. Viele Top-Entscheider, Eigentümer, Unternehmer und andere Entscheidungsträger haben die Messe besucht. Die Besucher waren großteils Unternehmer aus Deutschland, aber auch aus der Schweiz, Österreich, Ungarn und dem Baltikum. Unsere Erwartungen sind übertroffen worden, sowohl von der Zahl der Besucher, als auch von der Konzentration der Besucher am Stand von Komatsu. Es sind konkrete Geschäfte abgeschlossen und mehrere Projekte anvisiert worden. Die Gespräche waren nicht zuletzt wegen der begleitenden Demonstration der Maschinen sehr angeregt und die Kunden zeigten ein großes Interesse an allen Maschinen. Wir sind überzeugt, dass aus vielen der Gespräche konkrete Projekte hervorgehen werden, die nach der Messe zu Geschäftsabschlüssen führen. Alles in Allem ist die Investitionsbereitschaft der Kunden sehr ausgeprägt. Mittelpunkt der Komatsu Produktentwicklung ist die nachhaltige Wirtschaftlichkeit der Maschinennutzung in Steinbrüchen. Nicht nur die Investitionssummen für die Maschinen, sondern auch die langfristige Reduzierung der Betriebskosten stehen im Fokus der Firma Komatsu. Der Kunde erwartet darüber hinaus von uns eine hohe Qualität bei der Wartung und Instandhaltung sowie eine Restwertgarantie. Die Strategie von Komatsu besteht ferner darin, dem Kunden eine Paketlösung anzubieten, welche eine Verzahnung der Tagebauprozesse, vom Lösen über Laden, Transportieren bis hin zur Kippenbewirtschaftung integriert. Das bedeutet bei Komatsu beispielsweise die Systemkette Radlader/Bagger mit Muldenkipper und Bulldozer. Unser Vorschlag zur Verbesserung der Messe wäre, dass die Veranstalter versuchen, die Messe international bekannter zu machen, da sie in ihrer Art weltweit einzigartig ist. Konkret bedeutet dies mehr Werbung in Nachbarländern, aber auch im internationalen Raum. „ „ Wilfried Tschich, Geschäftsführer Komatsu Deutschland GmbH Die umfassenden Paketlösungen für den Tagebau von Komatsu fanden großes Interesse bei den Fachbesuchern. Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 79 In diesem Jahr hat Caterpillar, nach einer neunjährigen Pause, wieder an der Steinexpo teilgenommen. Das Fachpublikum der Messe war sehr interessiert, so dass wir viele positive Fachgespräche geführt haben. Der Trend zu internationalem Publikum war deutlich zu spüren, ein Umstand, der auch bei der Bauma stets zu beobachten ist. Die Besonderheit dieser Messe, Maschinen aktiv zu präsentieren, entspricht dem Wunsch des Fachpublikums. Hierdurch ist es möglich, innovative Ansätze bei der Optimierung unseres Maschinenparks dem Kunden live zu präsentieren. Die Strategie von Zeppelin, im Großgerätebereich Systeme anzubieten, die miteinander harmonieren, kann während der Demonstrationen auf der Messe realisiert werden. Cat Systeme sind aufeinander abgestimmt, um den Betrieb optimal zu gewährleisten. Gleiches gilt für die Abstimmung der Bagger von Terex|O&K. Zusätzlich hat Zeppelin seit vielen Jahren ein erfahrenes Team, das bei den Kunden die Einsatzberatung vornimmt, d.h. die Mitarbeiter analysieren den Betrieb im Vorfeld der Investition und erarbeiten Optimierungsansätze zur Auswahl und Dimensionierung der Mobilgeräte. Darüber hinaus wurden auf der diesjährigen Steinexpo Innovationen der Fa. Cat zur Erhöhung der Arbeitssicherheit bei der Nutzung von Mobilgeräten präsentiert. Der Trend zu mehr Arbeitssicherheit, der sich in jüngerer Zeit auch in kleineren Unternehmen zunehmend etabliert, wurde von der Fa. Cat beispielsweise durch die konstruktive Optimierung von SKW realisiert und auf der Messe präsentiert: Die SKW hatten früher Leitern, um in das Ausgabe 02 | 2008 Führerhaus zu steigen. Da Studien belegen, dass 75% der Unfälle beim Auf- und Absteigen der Maschinen stattfinden, wurden die SKW nun mit Treppen ausgestattet. Obwohl es sicher nicht unser primäres Ziel war, ist es, trotz des Rückgangs der Investitionsbereitschaft der Industrie, auf der Steinexpo zu Geschäftsabschlüssen gekommen. „ „ Roland Redlich, Leiter Produktmanagement, Cat-Zeppelin Baumaschinen GmbH und Terex | O&K Exklusivhändler NEUHEITEN & REPORTAGEN Aufeinander abgestimmte Großgerätesysteme kennzeichnen die Strategie von Zeppelin und Terex|O&K zur Gewährleistung eines optimalen Betriebs. Dies stellten die auf der Steinexpo demonstrierten Maschinen eindrucksvoll unter Beweis. www.advanced-mining.com 80 NEUHEITEN & REPORTAGEN „ Thorsten Stellmacher, Bereichsleiter Brech- und Siebtechnik Metso Minerals Die Steinexpo ist für Metso Minerals die ideale Messe, da diese Messe zu einer Konzentration von Fachkompetenz aus der Steine- und Erden-Industrie, sowohl auf der Aussteller-, als auch auf der Besucherseite führt. Metso Minerals hat auf der diesjährigen Steinexpo innerhalb von 4 Tagen mit 70 - 80% seiner Kunden Gespräche geführt. Nicht nur die Beziehungen zu den bereits bestehenden Kunden wurden vertieft. Es konnten sogar neue Kunden hinzu gewonnen werden. Ein Schwerpunkt unseres Messeauftritts bestand darin, neue Maschinen zu demonstrieren, mit deren Hilfe es möglich wird, durch die Einsparung einer Brechstufe die Produktionskette, bei gleichzeitiger Einhaltung der Produktqualitäten zu verkürzen - eine technische Innovation der Fa. Metso Minerals, die zu einer nachhaltigen Kostenreduzierung beiträgt. Unsere Innovationen gehen mit der Zielsetzung unserer Kunden, gerade in der Steine- und Erdenindustrie einher, Investitionen nur dann zu tätigen, wenn diese mit Kosteneinsparungen bzw. einer Qualitätsverbesserung verbunden sind. Nach dem Motto „mit weniger mehr erreichen“, haben wir beispielsweise mit unseren Brechern HP4/5 ein Produkt entwickelt, das die Durchsatzleistung erhöht und gleichzeitig die Produktqualität verbessert. Auf der Steinexpo haben wir sehr viele Fachgespräche mit Kunden aus Osteuropa über bevorstehende Investitionen in große Anlagen geführt. Da wir in diesen Ländern stark vertreten sind, besteht die gute Möglichkeit, die Projekte mit unseren dortigen Kunden zu realisieren. „ Metso Minerals zieht eine sehr positive Bilanz aus dem Verlauf der diesjährigen Steinexpo und nutzte die Veranstaltung zur Vorstellung neuer Produkte aus dem Spektrum des breit gefächerten Angebots an Aufbereitungsmaschinen. Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 81 VERANSTALTUNGEN D er Lehrstuhl für Tagebau und Internationaler Bergbau der Technischen Universität Clausthal veranstaltet vom 18. - 20. Februar 2009 im Rahmen des Wissensmanagements für die Industrie den Lehrgang für Fach- und Führungskräfte in der mineralischen Rohstoffindustrie. Darin werden rohstoffbezogene Fachkenntnisse in kompakter und intensiver Form vermittelt. Das Angebot umfasst die Rohstoffgewinnung im Tagebau sowie die Technik der Aufbereitung und Veredlung mineralischer Rohstoffe. Die Lehrinhalte sind praxisorientiert aufgebaut und sollen dem Fach- und Führungspersonal mit verschiedenen Ausbildungsschwerpunkten der Entwicklung von Marktstrategien, der kompetenten Beratung und Pflege von Kundenbeziehungen, der Rohstoff- und Qualitätssicherung sowie der technischen und wirtschaftlichen Betriebsoptimierung dienen. Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 82 VERANSTALTUNGEN 16. Bohr- und Sprengtechnisches Kolloquium Clausthal 30. - 31. Januar 2009, Clausthal-Zellerfeld V or fast 380 Jahren, im Jahre 1632, kam es zur ersten belegbaren Anwendung der Sprengtechnik im Oberharzer Bergbau. Nicht nur die sehr frühe Anwendung der Schießarbeit, sondern auch die Verwendung des brisanten Sprengstoffes, im Jahre 1866, im selben Jahr, in dem Alfred Nobel das Dynamit erfand, zeugen vom Ideenreichtum und der Durchsetzungskraft früher Generationen von Harzer Bergleuten. Seit 1976 kommen traditionell alle zwei Jahre Experten aus dem nationalen und internationalen Bergbau aber auch verwandten Branchen in Clausthal zusammen, um Erfahrungen, Erkenntnisse und Entwicklungen zum neuesten Stand der Technik im Bohr- und Sprengwesen auszutauschen und zu diskutieren. Mit dem 16. Bohr- und Sprengtechnischen Kolloquium am 30. u. 31. Januar 2009 wird rund 380 Jahre nach der ersten Anwendung der Sprengtechnik im Oberharzer Bergbau auch dieses mal eine Diskussionsplattform für Vertreter von Unternehmen, Behörden, Hochschulen und anderen Einrichtungen geschaffen werden. Veranstalter und Kontakt: Institut für Bergbau der Technischen Universität Clausthal Erzstraße 20 | D-38678 Clausthal-Zellerfeld Tel.: +49 (0)5323 - 72 31 80 Fax: +49 (0)5323 - 72 23 77 eMail: [email protected] Internet: www.bus2009.de Informationen und Anmeldung unter: www.bus2009.de Unterstützt von: Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 83 VERANSTALTUNGEN 2009 DER AMS-VERANSTALTUNGSKALENDER 01 - 02 Jan 2009 MINEX 2009 Izmir, Turkey www.izfas.com.tr 18 - 20 Jan 2009 MENA-EX 2009 Jeddah, Saudi Arabia www.mena-ex.com 30 - 31 Jan 2009 16. Kolloquium Bohr- und Sprengtechnik Clausthal, Germany www.bus2009.de 09 - 12 Feb 2009 Mining Indaba 2009 Cape Town, South Africa www.miningindaba.com 15 -18 Feb 2009 STONETECH 2009 Shanghai, China www.stonetech.merebo.com 24 - 27 Feb 2009 Techno+Stone 5th International Exhibition Kiev, Ukraine www.kievbuild.com 18 - 20 Feb 2009 Lehrgang für Fach- und Führungskräfte in der mineralischen Rohstoffindustrie Clausthal, Germany www.bergbau.tu-clausthal.de 23 - 27 Mar 2009 Asia Mining Congress 2009 Singapore www.terrapinn.com 25 - 28 Mar 2009 MAWEV SHOW 2009 Kottingbrunn, Austria www.mawev-show.at 15 – 17 Apr 2009 MiningWorld Russia Moscow, Russia www.primexpo.ru/mining 20 – 25 Apr 2009 Intermat Paris, France www.intermat.fr Braunkohlentag 2009 Hannover, Germany www.debriv.de 20 - 23 May 2009 Stone+Tec Nuremberg, Germany www.stone-tec.com 25 - 30 May 2009 ALTA 2009 - Nickel-Cobalt, Copper & Uranium Conference Perth, Australia www.altamet.com.au 02 - 06 Jun 2009 CTT Moscow 2008 – 10th International Exhibition of Construction Equipment and Technolog Moscow, Russia www.ctt-moscow.com 03 - 04 Jun 2009 AIMS 2009 - 5. Internationales Kolloquium „High Performance Mining“ Aachen, Germany www.aims.rwth-aachen.de 03 - 06 Jun 2009 UGOL ROSSII & MINING 2009 Novokuznetsk, Russia www.ugol-mining.com 18 - 19 Jun 2009 Mining 2009 - Clausthaler Kongress für Bergbau & Rohstoffe Clausthal, Germany www.bergbau.tu-clausthal.de 23 – 25 Jun 2009 Hillhead 2009 Buxton, Derbyshire, UK www.hillhead.com EMC 2009 - 5th European Metallurgical Conference Innsbruck, Austria www.emc.gdmb.de 16 – 18 Sept 2009 MiningWorld Asia Almaty, Kazakhstan www.miningworld.kz 06 – 08 Oct 2009 MiningWorld Uzbekistan Tashkent, Uzbekistan www.miningworld-uzbekistan.com 14 - 17 Oct 2009 Mining Indonesia Jakarta, Indonesia www.pamerindo.com/2009/mining 14 May 2009 28 Jun - 01 Jul 2009 ... Ausgabe 02 | 2008 www.advanced-mining.com 84 IMPRESSUM VERLAG AMS Online GmbH An den Wurmquellen 13 a 52066 Aachen | Deutschland eMail: [email protected] Internet: www.advanced-mining.com St.-Nr.: 201/5943/4085VST | USt.-ID: DE 262 490 739 GESCHÄFTSFÜHRUNG Minka Ruile HERAUSGEBER Prof. Dr.-Ing. habil. Hossein H. Tudeshki Universitätsprofessor für Tagebau und internationalen Bergbau eMail: [email protected] REDAKTIONSTEAM Prof. Dr.-Ing. habil. Hossein H. Tudeshki Dr. Monire Bassir Dipl.-Ing. Stefan Roßbach eMail: [email protected] AUFBAU & LAYOUT Dipl.-Ing. Stefan Roßbach eMail: [email protected] BANKVERBINDUNG Bank: Sparkasse Aachen, BLZ 390 500 00 Konto-Nr.: 1070125826 SWIFT: AACSDE33 IBAN: DE 27390500001070125826 GRAFISCHES DESIGN Graumann Design Aachen Dipl.-Des. Kerstin Graumann Augustastr. 40 - 42 52070 Aachen | Deutschland Tel.: +49 (0) 241 - 54 28 58 Fax: +49 (0) 241 - 401 78 28 eMail: [email protected] Internet: www.graumann-design.de PROGRAMMIERUNG INTERNETPORTAL 79pixel Steffen Ottow, B.Sc. Scharenbergstr. 24 38667 Bad Harzburg | Deutschland Tel.: +49 (0) 53 22 - 8 19 38 eMail: [email protected] Internet: www.79pixel.de ERSCHEINUNGSWEISE Online-Zeitschriftenformat: DIN A4 als druckoptimiertes PDF in deutscher und englischer Sprache | 4 Ausgaben pro Jahr ONLINE-BEZUG Direkter Zugang zum Online-Journal über den abonnierten AMS-Newsletter WIE SIE AMS BEZIEHEN KÖNNEN: INHALTE Die Inhalte des Online-Magazins sowie des Internetportals wurden mit größter Sorgfalt ausgewählt und erstellt. Für die Richtigkeit, Vollständigkeit und Aktualität der Inhalte sind die jeweiligen Autoren und Firmen verantwortlich. Ausgabe 02 | 2008 Registrieren Sie sich kostenlos auf der AMS-Homepage WWW.ADVANCED-MINING.COM Als registrierter Interessent erhalten Sie die Titelseite und das Inhaltsverzeichnis jeder erscheinenden Ausgabe per Email. Über einen Link haben Sie die Möglichkeit, auf das komplette Dokument zuzugreifen. www.advanced-mining.com 85
