Erzverarbeitung & Hüttenwesen

Erzaufbereitung bzw. Metallgewinnung ist ein integraler Bestandteil der Bergbauindustrie, die sich auf auf die Gewinnung von Metallen aus ihren natürlichen Erzen fokussiert. Die Bestimmung der Erze durch die Mineralogie ist von entscheidender Bedeutung in allen Zweigen der Mineralveredelung.
Unterschiedliche Erztexturen oder unterschiedliche Mineralogie von Erzen können signifikante Schwankungen im Durchsatz eines Betriebes verursachen. Automatisierte Mineralogie (AM) ist ein sehr wichtiges diagnostisches Werkzeug bei der Metallgewinnung, da sie die mineralogischen Eigenschaften von Erzen und Mineralpartikeln den traditionell erhobenen Daten hinzufügt. Die AM wird eingesetzt bei der Projektentwicklung, für die Untersuchung zukünftiger Erze und die Überprüfung des täglichen Betriebsablaufs. Dies sind Schwierigkeiten in großtechnischem Maßstab, wobei der Schwerpunkt mehr auf hoher Produktivität sowie schneller Materialbestimmung und der Interpretation der Ergebnisse liegt, als auf klassischer mikroskopischer, mineralogischer Forschung.
  • Eine große Anzahl an Proben und Probenstatistiken wird benötigt. Daraus folgt, dass manuelle Messungen einfach nicht schnell und repräsentativ genug wären. Eine derart industriell ausgerichtete Arbeit erfordert Automation, hier durch automatische Mineralanalyse. Tescan verfügt über eine eigens dafür entwickelte Lösung: TIMA (TESCAN Integrated Mineralogical Analyzer). Dabei handelt es sich um ein zweckbezogenes System für die industrielle Nutzung. Als zusätzliches Feature der TIMA entwickelte TESCAN den AutoLoader, welcher die Automation auf ein nächstes Level hebt. Ein robotisches System lädt die zu untersuchenden Proben in die TIMA REM-Kammer, bei automatisierter Identifikation und Zuordnung der Proben.
  • Die TIMA ermittelt automatisch das Verhältnis individueller Mineralien. Dazu nutzt sie das Signal der Rückstreuelektronen (BSE/RE), kombiniert mit Röntgen-Mapping durch die Interaktion zwischen Elektronenstrahl und Probe. Die Intensität des BSE-Signals ist proportional zur mittleren Kernladungszahl der untersuchten Phase. Korngrenzen zwischen unterschiedlichen Phasen können auf diese Weise einfach visualisiert werden.
  • Die Proben kommen direkt aus Werk und Testlabor und sind Mineralpartikel (Streupräparate), die in der Größe von ein paar Mikrometern bis Millimetern variieren. Das Pulver wird in einem Epoxidblock verteilt, der in Segmente aufgeteilt und zu einer flachen, glatten Scheibe geschliffen und poliert wird. Die polierten Proben werden mit einer dünnen, leitenden Kohleschicht bedampft. Die Oberfläche muss so beschaffen sein, dass ein kalibrierter Vergleich der BSE-Intensität und das Erfassen spezifischer Röntgenstrahlung repräsentativ möglich ist.
  • Die Mineralpartikel werden vom Epoxid unterschieden, basierend auf dem BSE-Kontrast. Das Epoxid wird als Hintergrund mit niedriger Helligkeit betrachtet und von der Analyse ausgeschlossen.
  • Um Messzeiten zu minimieren, werden die charakteristischen Röntgenspektren für die Phasenalyse nur in Probenbereichen generiert, deren Intensität des BSE-Signals sich oberhalb eines definierten Schwellenwertes befindet. Der BSE-Schwellenwert lässt sich auch dafür nutzen, um übliche gesteinsbildende Minerale oder Gangart auszuschließen und sich analytisch nur auf Partikel mit hoher BSE-Intensität – typischerweise Goldpartikel oder Platingruppenminerale - zu fokussieren.
  • Die Mineralidentifikation basiert sowohl auf dem BSE-Signal, als auch auf der chemischen Zusammensetzung der Phase. Die Mineralien werden automatisch identifiziert, basierend auf vordefinierten Parametern innerhalb der Mineralklassifikationsschemata.
  • Die TIMA erzeugt eine mineralogische Modalzusammensetzung der Probe. Jedes Mineralkorn (Segment) wird wie ein eigenständiges Objekt behandelt, dessen Eigenschaften (Größe, Nachbarkörner, Ausmaß der freien Oberfläche etc.) ausgewählt und genutzt werden können, um verschiedene Ergebnisse – Vergesellschaftung, Aufschluss, Korngröße etc. - zu synthetisieren, die für die ganze Probe gültig sind.
  • Die gemessene volumetrische Modalzusammensetzung der Probe lässt sich in das Gewicht einzelner Mineralkörner umrechnen, wobei die Dichtewerte der mineralogischen Datenbank genutzt werden.
  • Basierend auf der mineralogischen Datenbank kann das System danach die durchschnittliche Dichte und chemische Zusammensetzung der gesamten Probe berechnen und sie mit dem unabhängig erzielten Resultat der chemischen Analyse vergleichen.
  • Automatisierte Mineralanalyse wird üblicherweise genutzt, um die relative Anreicherung zu ermitteln. Die TIMA kann zahlreiche relevante Daten zu schwach aufgeschlossenen Körnern des interessanten Minerals, zu prozessbeeinflussender Gangart, zur Mineralogie der wertvollen Metalle und zum Vorkommen problematischer Elemente liefern. Dies sind einige von vielen möglichen Beispielen der diagnostischen Möglichkeiten, die sich in Abbildungen, Tabellen und Charts darstellen lassen.
Erzverarbeitung & Hüttenwesen
Tantalitkorn, komplex verwachsen mit Muskovit

Applikationssbeispiele (in Englisch)

TIMA Modal Analysis - REE Mineralization in Silicate Rocks
Unusual rare-earth mineralization associated with primary silicates, carbonates and fluorite, and hosted by the silicate rocks, was discovered at alkaline complex and rare-earth deposit Lugiin Gol in South Mongolia. Whereas carbonatites as a primary REE source have been investigated in a fair amount of detail because of their economic potential, their associated silicate rocks are not as well understood. The predominant type of silicate rock at Lugiin Gol is leucocratic nepheline syenite. Representative syenite samples are composed of potassium feldspar, nepheline, sodalite, plagioclase, amphibole, biotite, cancrinite and minor quantities of calcite, titanite, magnetite, apatite and zircon. Primary carbonate phases usually occur close to drop-shaped fluorite clusters and contain both silicate glass and fluorite melt inclusions.
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TIMA Study of Tantalum- Niobium-Tin Pegmatites and Its Residual Soil
Tantalum and niobium are rare and valuable metals which are needed for many high-technology applications. As the discovery of mineral resources becomes more difficult, more sensitive detection techniques are required. Microscope and electron microscope examination of heavy mineral grains is only occasionally used as an aid to geological interpretations. The high grade ore concentrates mineral composition should be also supervised before and during the ore metallurgical processing by electron microscope due to relatively cheap outlay and significant data profits. Samples of Tin-niobium-tantalum ore from Central Africa Great Lakes Region (Western Rwanda) have been studied.
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Characterization of Platinum Group Minerals
The platinum-group metals (PGM) consists of six elements – platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium and osmium. Chemical inertness, oxidation-resistance, biocompatibility, high melting temperature, good conductivity and electronic and catalytic properties are unique properties that make PGM irreplaceable starting material in many specific applications. The deposits in the Norilsk-Talnakh region of Northern Russia are the largest nickel-copper-palladium deposits in the world and, the intensive mining activity in this region, positions Russia as the world’s second global PGM supplier. In addition to PGM output, a by-product of this mining is nickel and copper extraction. In this application example the effectiveness of the separation process (gravity separation and hydro-separation) by comparison of PGM mineral content, both in concentrate and in tailings, is studied.
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