Detektierbarkeit von Wertträgern in geringen Konzentrationen in polymetallischen Erzen im Hinblick auf eine sensorgestützte Sortierung am Beispiel eines Kassiteriterzes einer Skarnerzlagerstätte

Breuer, Ben; Clausen, Elisabeth; Goldmann, Daniel

doi:44793

Detektierbarkeit von Wertträgern in geringen Konzentrationen in polymetallischen Erzen im Hinblick auf eine sensorgestützte Sortierung am Beispiel eines Kassiteriterzes einer Skarnerzlagerstätte

Breuer, Ben^RWTH*

2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von M. Sc. Ben Breuer

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Clausen, Elisabeth (Thesis advisor)^RWTH* ; Goldmann, Daniel (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-05-22

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-06443
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1015563/files/1015563.pdf

Einrichtungen

Projekte

BMBF 033R128 - AFK - Aufbereitung feinkörniger, polymetallischer Zinn-, Wolfram- und Indium-Komplexerze (033R128) (033R128)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
In dieser Forschungsarbeit wird die Detektierbarkeit von Wertträgern in geringen Konzentrationen in polymetallischen Erzen im Hinblick auf eine sensorgestützte Sortierung am Beispiel eines Kassiteriterzes einer Skarnerzlagerstätte untersucht. Der Wertträger Zinn ist in dieser polymetallischen Lagerstätte unter anderem stark mit eisenhaltigen Mineralen verwachsen. Die Lagerstätte wurde bereits intensiv exploriert, jedoch nie kommerziell abgebaut. Die sensorgestützte Sortierung könnte einen Beitrag dazu leisten, die geologischen Nachteile, die die Gewinnung dieser und ähnlicher Lagestätten bislang behinderten, zu kompensieren. Zinn ist unter anderem durch seinen Einsatz als Lötmittel in der Elektroindustrie ein wichtiger wirtschaftlicher Faktor für die Digitalisierung. Die EU ist bei Zinn fast vollständig auf Importe angewiesen. Die beiden größten Fördergebiete der Welt liegen in Asien und Südamerika. Angesichts des teils stockenden Welthandels und einer Neubewertung der Versorgungssicherheit durch globale Lieferketten werden heimische Lagerstätten attraktiver. Die technische Anwendbarkeit der SGS wurde in einer deutschen Skarnerzlagerstätte überprüft, in der es durch bestehende Exploration möglich war, realitätsnahe Proben durch mehrere Probenahmen in unterschiedlichen Teilen der Lagerstätte in ausreichender Quantität zu gewinnen. Zielsetzung der SGS war die Massenreduktion des Erzes für Folgeprozesse in der Aufbereitung bei möglichst niedrigem Wertstoffverlust. Eine umfassende geologische Untersuchung innerhalb des Forschungsprojekts, insbesondere über die Vergesellschaftung von Wertmineralen und Mineralen des Nebengesteins, bildete die Grundlage, um geeignete Sensortypen für den vorliegenden Fall zu identifizieren (NIR und XRT). In praktischen Versuchen konnte die Effektivität der potenziellen Sensortypen analysiert und verglichen werden. Mit dem priorisierten Sensortyp XRT wurde die Anwendbarkeit mittels eines mehrstufigen, aufeinander aufbauenden Versuchsaufbaus weiter untersucht. Die letzte Stufe testete den Einsatz im industriellen Maßstab, wobei potenzielle Optimierungsansätze aufgezeigt wurden. Der bedeutendste Ansatz war hier eine vorgeschaltete Magnetscheidung und die Verlagerung der SGS in die Nachreinigung der unmagnetischen Fraktion der Magnetscheidung. Um gezielt einzelne Parameter näher zu untersuchen wurden synthetische Probekörper mit definierten, aber realitätsnahen Metallgehalten von Eisen, Zinn und Wolfram hergestellt. Aufgrund der bekannten Metallgehalte sowie der Matrixzusammensetzung konnte für die Probekörper ein Referenzwert für die Schwächung der Röntgentransmission erstellt werden um die Vergleichbarkeit verschiedener Verfahren der elektronischen Datenverarbeitung (EDV) zu ermöglichen. Die Ergebnisse der verschiedenen EDV Verfahren wurden auf Stärken und Schwächen ausgewertet, um Optimierungsansätze für künftige Verfahren herauszuarbeiten. Dabei wurden sowohl die Schwankungen der Ergebnisse desselben Probekörpers bei Mehrfachaufnahmen, als auch Schwankungen der Ergebnisse zwischen Partikeln möglichst ähnlicher Komposition untersucht. Des Weiteren wurde die gesamte Breite der Partikelkomposition auf eine Systematik der Schwankungen untersucht. Ein weiterer Ansatz zur Untersuchung der Werteschwankungen war der Metallinhalt der Probekörper und inwieweit die verschiedenen Metallkomponenten die Werteschwankung beeinflussen. Dabei konnte keine Systematik in den Schwankungen gefunden und somit auch kein Korrekturfaktor entwickelt werden.

In this research work, the detectability of value carriers in low concentrations in polymetallic ores is investigated with regard to sensor-based sorting (SBS) using the example of a cassiterite ore from a skarn ore deposit. In this polymetallic deposit, the value carrier tin is strongly intergrown with iron-bearing minerals, among other metals. The deposit has already been intensively explored, but never commercially exploited. Sensor-based sorting could help to compensate for the geological disadvantages that have so far hindered the exploitation of this and similar deposits. Tin is one important economic factor for digitalisation, due to its use as a solder in the electrical industry. The EU is almost entirely dependent on tin imports. The two largest production areas in the world are in Asia and South America. Given the sometimes faltering global trade and a reassessment of supply security through global supply chains, domestic deposits are becoming more attractive. The technical applicability of SBS was tested on a German skarn deposit, where existing exploration made it possible to obtain samples in sufficient quantity by taking several samples in different parts of the deposit. The objective of the SBS was find a reasonable balance between reduce the mass of the ore for subsequent beneficiation processes and keeping as much value as possible. A comprehensive geological investigation within the research project, especially about the association of valuable mineral Cassiterite and minerals of the host rock, formed the basis to identify suitable sensor types for the present case (NIR and XRT). In practical tests the effectiveness of the potential sensor types could be analysed and compared. The applicability of the prioritized sensor type XRT was demonstrated by means of a sequential, multi-stage, experimental setup. The final stage involved the realisation of SBS in industrial scale, highlighting potential optimization approaches. The most significant approach was the utilisation of magnetic separation as rougher step and the use of SBS as scavenger in the magnetic separation tailings fraction. In order to investigate specific individual parameters in detail, synthetic test specimens with defined but realistic metal contents of iron, tin and tungsten were manufactured. Based on the known metal contents as well as the matrix composition, a reference value for the attenuation of the X-ray transmission of the test specimens could be established in order to enable the comparability of different electronic data processing (EDP) methods. The results of the different EDP procedures were evaluated for strengths and weaknesses in order to work out optimization approaches for future procedures. Both - the variations of the results of the same specimen in multiple exposures and variations of the results between different specimen of as similar composition as possible - were investigated. Furthermore, the entire width of the composition was examined for a systematics of the fluctuations. Another approach to the investigation of the value fluctuations was the metal content of the test specimens and to what extent the different metal components influence the value fluctuation. No systematic pattern was identified in the fluctuations and thus no correction factor could be developed.

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