Entwicklung und Anwendung eines innovativen Konzepts zur Inline-Charakterisierung von Stoffgemischen in kontinuierlichen Massenströmen mittels der Acoustic Emission Technologie

Vraetz, Tobias; Wotruba, Hermann; Nienhaus, Karl

doi:10.18154/RWTH-2018-225001

Entwicklung und Anwendung eines innovativen Konzepts zur Inline-Charakterisierung von Stoffgemischen in kontinuierlichen Massenströmen mittels der Acoustic Emission Technologie

Vraetz, Tobias

2018

VerantwortlichkeitsangabeTobias Vraetz

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : R. Zillekens 2018

Umfang1 Online-Ressource (160 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

ReiheAachener Schriften zur Rohstoff- und Entsorgungstechnik des Instituts für Maschinentechnik der Rohstoffindustrie ; 96

Dissertation, RWTH Aachen University, 2018

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Nienhaus, Karl (Thesis advisor) ; Wotruba, Hermann (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2018-05-09

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2018-225001
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/726522/files/726522.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/726522/files/726522.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Acoustic Emission, Material stream characterization, Stoffstromcharakterisierung, Inline-Messsystem, Charakterisierung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die Herausforderung der weltweiten Rohstoffwirtschaft besteht darin, den steigenden Bedarf an Primärrohstoffen, trotz sinkender Wertstoffgehalte und komplizierterer Lagerstättengegebenheiten, weiterhin decken zu können. Aus diesem Grund werden sowohl in Deutschland als auch international Strategien für eine nachhaltige und technologiebasierte Entwicklung des Bergbaus von der Gesellschaft gefordert. Ein wichtiger Baustein zur Erreichung dieser Forderungen ist die Entwicklung und Implementierung innovativer Technologien und Verfahren. Ein Ziel dieser Methoden ist es, die Effizienz der Teilschritte Gewinnung, Transport, Qualitätssteuerung, Aufbereitung und Verladung/Verkippung zu steigern. Unter den Aspekten Efﬁzienzsteigerung und Ressourcenoptimierung wird die Rohstoffgewinnung und -aufbereitung daher zukünftig vermehrt(teil-) autonom stattﬁnden. Ein nicht zu vernachlässigender Grund für den Einsatz innovativer Technologien liegt zudem in der Sicherheit für Menschen und Maschinen. Bedingt durch die zukünftige Zunahme untertägiger Produktionsbetriebe und den damit verbundenen Gefahren müssen Methoden entwickelt werden, die den Einsatz von Personal in den Gefahrenbereichen minimieren. Neben der Entwicklung von Technologien für zukünftige Abbauverfahren gibt es heutzutage noch Herausforderungen hinsichtlich des Transports von Stoffströmen, die bisher nicht zufriedenstellend gelöst werden konnten. Eine wesentliche Voraussetzung zur gezielten, autonomen Disposition von Massenströmen ist eine kontinuierlich zur Verfügung stehende Information über deren Zusammensetzung. Erst das Wissen über die Zusammensetzung ermöglicht eine optimierte Weiterverarbeitung in nachgeschalteten Aufbereitungsanlagen oder die gezielte Aufhaldung bei einer qualitätsabhängigen Verkippung. Innerhalb der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges, indirektes Verfahren zur Charakterisierung von Stoffströmen auf Grundlage der Acoustic Emission Technologie vorgestellt. Das Verfahren wird im Rahmen dieser Arbeit speziell für Stoffströme entwickelt, deren Möglichkeiten zur Charakterisierung derzeit nicht mittels etablierter, kontinuierlicher Methoden gegeben sind. Neben dem Stand der Forschung zur Charakterisierung von Rohstoffen werden die Grundlagen der verwendeten Acoustic Emission Technologie sowie Verfahren zur Bewertung von Stoffströmen vorgestellt. Ein Fokus im Kontext Stoffstromcharakterisierung liegt dabei auf der Evaluation von Methoden aus dem Bereich des Machine Learnings. Im Rahmen von Machbarkeitsstudien im Technikumsmaßstab werden verschiedene Methoden an idealen Referenzstoffströmen sowie natürlichen Massenströmen erprobt. Auf die Entwicklung der Auswertealgorithmen innerhalb der Technikumsversuche folgt die Durchführung und Evaluierung praxisnaher Feldtests im industriellen Umfeld. Basierend auf den Ergebnissen der Feldversuche wird das Konzept eines Inline-Messsystems zur Stoffstromcharakterisierung für den Einsatz in der Rohstofﬁndustrie erarbeitet und die angewandte Methodik nach derzeitigem Erkenntnisstand bewertet. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung relevanter Ergebnisse sowie einem Ausblick zu zukünftigen Einsatzbereichen und Optimierungspotentialen.

The global mining industry is facing the challenge of satisfying an increasing demand of primary raw materials, despite decreasing cut-off grades and deposits, which get more and more complex. Strategies for a sustainable and technology-based development of mining methods are demanded globally by societies and policy makers – Germany included. The development and implementation of innovative technologies and processes is an important building block for reaching those requirements. These technologies aim at improving the efﬁciency of extraction, the transportation, the quality management, the loading/dumping as well as the processing of materials. Regarding the aspects of efﬁciency improvement and resource optimization, future mining and processing will work increasingly on a (partly-)autonomous basis. The necessary growth of underground exploitation is accompanied by increasing risks and danger. Therefore, the use of innovative technologies shall improve the safety for staff and machinery by minimizing the employees’ exposition to dangerous areas. Due to the devolvement of mining methods and innovative technologies, challenges connected to the transportation and characterization of material ﬂows become more and more important. Up-to-date data of material composition is an enabling technology for an autonomous distribution and a more efﬁcient production. Just in case of this, an optimized processing in downstream plants or a quality dependent dumping is possible. An innovative characterization method of material ﬂows based on the acoustic emission technology is presented within this thesis. With the help of this new technology, the continuous and indirect characterization of material ﬂows becomes possible. This has not been achieved with known methods yet. Besides a description of the current state of research for characterizing mineral resources, the fundamentals of the acoustic emission technology and processes for evaluating material ﬂow are presented. This thesis focusses on the evaluation of machine learning methods for material ﬂow characterization. Feasibility studies were carried out at laboratory scale. These tests included artiﬁcial and idealised mass ﬂows, as well as real-world samples. The developed algorithms proved their feasibility in ﬁeld tests conducted at industrial sites. Based on the gained experience and the requirements collected from industry partners, a concept of a possible inline measurement system, which characterizes material ﬂows in the mineral resources industry, is presented. The thesis ﬁnishes with a summary of relevant results and gives an outlook on future areas of application as well as possible aspects of optimization.

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