Industriemineralien

Qualitätskontrolle von Gesteinen
Qualitätskontrolle von Gesteinen

Mineralien und Gestein

Die qualitativen Anforderungen an mineralische Rohstoffe zur Herstellung von hochwertigen Produkten und Baustoffen steigen. Die Analyse der mineralischen Rohstoffe wird vorwiegend durch teure Laboranalytik realisiert, direkt im Prozess werden bis jetzt nur einfache Farbkameras eingesetzt. Zur Qualitätssicherung und -steigerung können Gesteine und Störstoffe (bzw. Taubgestein) nur dann mit Farbsensoren zuverlässig getrennt werden, wenn die Fraktionen sich in ihren Färbungen unterscheiden. Wenn die Fraktionen farblich nicht zu unterscheiden sind, ermöglicht der Einsatz moderner NIR-Sortiertechnik eine Trennung. Für jedes IR-aktive Mineral werden durch NIR-Messungen charakteristische Spektralinformationen erhalten. Diese Informationen dienen als Grundlage für die Auswertealgorithmen zur Identifikation und somit Sortierung von Gesteinen. In Abhängigkeit von der mineralischen Zusammensetzung des Gesteins werden für unterschiedliche Fragestellungen individuelle Sortieralgorithmen entwickelt. Die Algorithmen können vom Anwender jederzeit angepasst werden.

Ideale Messgeräte für diesen Anwendungsbereich sind die ortsauflösenden NIR-Prozessspektrometer der Serie uniSPECx.xHSI. Auch kleine Objekte können bei hohen Messgeschwindigkeiten von bis zu 3 m/s zuverlässig detektiert und analysiert werden.

Sollen ausschließlich größere Objekte analysiert werden, können auch die multiplexed NIR-Spektrometer der uniSPEC2.2MPL-24V Reihe mit etwas geringerer Ortsauflösung Verwendung finden. Ob direkt vor Ort im Steinbruch oder aber in der Rohstoff verarbeitenden Industrie, alle Kamerasysteme können direkt in bestehende Anlagen integriert werden. Je nach Sortieraufgabe werden zur Trennung von Wertgestein und Taubgestein verschiedene Lösungen angeboten. Eine Übersicht zu Standardanwendungen gibt die Tabelle:

Anwendung uniSPEC2.2MPL-24V uniSPEC1.7HSI uniSPEC1.9HSI uniSPEC2.2HSI
uniSPEC2.2HSIsens
Calcit / Dolomit + - - ++
Talk / Nebengestein + + + ++
Borate / Nebengestein + ++ - -
Bauxit / Nebengestein + - - +
Gips / Anhydrit + + ++ -

++ Sehr gut geeignet  + Geeignet  - Weniger geeignet

Mit der NIR-Prozessmesstechnik uniSPECx.xHSI und uniSPEC2.2MPL-24V sind semi-quantitative Aussagen über den Gehalt von Mineralien in Gestein möglich, die zur Einhaltung von Grenzwerten in mineralischen Produkten genutzt werden können.

Qualitative Gesteinssortierung von Calcit und Dolomit

Förderbandaufzeichnung Kalkstein
Förderbandaufzeichnung Kalkstein

Die NIR Kameras uniSPEC2.2HSI und uniSPEC2.2HSIsens oder das NIR Spektrometer uniSPEC2.2MPL-24V in Kombination mit dem Softwaremodul idMgO

Kalkstein (Calcit) ist mit einer Weltjahresproduktion von etwa 1000 Megatonnen neben Sand und Kies eines der Hauptprodukte im Bergbau. Für die Zementproduktion oder als Zuschlagsstoff in der Verhüttung muss Kalkstein einen möglichst geringen Magnesiumoxid (MgO)-Anteil aufweisen. Dieser MgO-Anteil stammt häufig aus Dolomit.

Zur Reduktion des MgO-Gehalts in Kalkstein wurde die NIR-Identifikationsroutine idMgO für die Prozessspektrometer uniSPEC2.2HSI / uniSPEC2.2HSIsens und uniSPEC2.2MPL-24V entwickelt. Diese Routine reduziert den MgO-Gehalt im Endprodukt und kann speziell an die Vor-Ort Bedingungen in der Lagerstätte angepasst werden. Optional ist auch ein paralleler Einsatz einer RGB-Zeilenkamera zur zusätzlichen Identifikation von sich farblich abzeichnenden Verunreinigungen möglich.

Gutmaterial: Calcit
Fremdmaterial: Dolomit
Korngröße: Ab 200 mm (MPL-24V), ab 40 mm (HSI)
Förderbandbreite: 800 mm bis 1600 mm
Sortiergeschwindigkeit: Max. 3 m/s

 

Qualitative Gesteinssortierung von Spodumen

Identifikation von Taubgestein in Spodumen
Identifikation von Taubgestein in Spodumen

Die NIR Kamera uniSPEC1.7HSI oder das NIR Spektrometer uniSPEC1.9MPL-24V in Kombination mit dem Software Modul idSpodumene

Spodumen ist das meistverwendete Mineral zur technischen Gewinnung von Lithium. Die industrierelevanten Lithiumverbindungen werden durch energetisch aufwendige mineralische Aufarbeitungsprozesse gewonnen. Besonders der erste Verarbeitungsschritt erfordert Temperaturen von bis zu 1000 °C. Um den Einsatz von Chemikalien und thermischer Energie für die Aufarbeitung zu minimieren, ist eine Anreicherung des Spodumens durch Abtrennung des Taubgesteins notwendig.

Üblicherweise liegen neben Spodumen auch Quarz und Feldspat in den Lagerstätten vor. Diese Mineralien weisen eine ähnliche Farbe auf wie weißer oder gelber Spodumen, wodurch eine Abtrennung mittels Farbsortierung nicht erfolgen kann. Aufgrund der mineralogischen Unterschiede zwischen Spodumen und Quarz oder Feldspat kann Spodumen trotzdem mittels NIR identifiziert werden, eine identische Farbe von Wert- und Taubgestein beeinflusst nicht das Identifikationsergebnis.

Das Modul idSpodumene wurde für die Identifikation von Quarz und Feldspat in Spodumen Lagerstätten entwickelt. Das Modul ist für die Hyperspektralkamera uniSPEC1.7HSI erhältlich und für Sortieranwendungen von Korngrößenfraktionen ≥ 40 mm geeignet.

Gutmaterial: Spodumen
Fremdmaterial: Quarz, Feldspat
Korngröße: Ab 200 mm (MPL-24V), ab 40 mm (HSI)
Förderbandbreite: 800 mm bis 1600 mm
Sortiergeschwindigkeit: Max. 3 m/s

Videolink "Identifikation von Taubgestein und Spodumen"

Qualitative Gesteinssortierung von Quarz, Calcit und Lehm

Identifikation von Taubgestein in Quarz
Identifikation von Taubgestein in Quarz

Die NIR Kamera uniSPEC2.2HSI oder das NIR Spektrometer uniSPEC2.2MPL-24V in Kombination mit dem Software Modul idQuartz

Die Reinheit von Quarzrohstoffen ist ausschlaggebend für die Verwendung in der Glasproduktion oder der Gewinnung von Silizium für elektronische Bauteile. Farblich unterscheidbare Verunreinigungen können mit herkömmlichen RGB Sensoren abgetrennt werden, farbähnliche Fremdbestandteile wie Calcit oder Tonmineralien verbleiben noch im Produkt.

Die NIR Spektrometer können anhand chemischer und mineralogischer Unterschiede auch farbähnliche Verunreinigungen wie Kalkstein und Tonmineralien identifizieren.

Das Modul idQuartz wurde für die Hyperspektralkamera uniSPEC2.2HSI entwickelt und ermöglicht die Identifikation von Kalkstein und Ton in Quarz. Das Modul ist für die Anwendung in Prozessen geeignet und ermöglicht die Sortierung von Korngrößenfraktionen ≥40 mm.

Gutmaterial: Quarz
Fremdmaterial: Kalkstein (Calcit), Tonmineralien
Korngröße: Ab 200 mm (MPL-24V), ab 40 mm (HSI)
Förderbandbreite: 800 mm bis 1600 mm
Sortiergeschwindigkeit: Max. 3 m/s

 

Quantitative Bestimmung des MgO-Gehalts in Kalkstein

Quantitative Bestimmung des MgO-Gehalts in Kalkstein
Quantitative Bestimmung des MgO-Gehalts in Kalkstein

Für die Produktion von Zement muss im Ausgangsmaterial Kalkstein regelmäßig der MgO-Gehalt analysiert werden. Routinemäßig werden dabei RFA-Messungen an Gesteinspulver durchgeführt, nachteilig ist jedoch die aufwendige Probenpräparation. Im Gegensatz dazu können quantitative NIR-Messungen mit NIR-Spektrometern ohne aufwändige Probenpräparation durchgeführt werden.

Die quantitative Bestimmung des MgO-Gehalts erfolgt durch die Analyseroutine idMgOquant. Diese Routine ist für den Handscanner des NIR-Prozessspektrometers uniSPEC2.2MPL-24V verfügbar, um Stichproben direkt vor Ort im Prozess zu kontrollieren. Die Analyseergebnisse der NIR-Messungen sind sehr gut mit RFA-Daten korrelierbar, wie Messungen an Referenzmaterial mit bekanntem MgO-Gehalt zeigen.

Analyse von Mineralien und Gestein mit der NIR Hyperspektralkamera

Analyse und Sortierung von Mineralien mit NIR