Filterpressen für die Bergbauindustrie

• 1. Einleitung
• 2. Mechanische Trocknung mittels Filterpressen
• 3. Einsatz der Filterpresse im Bergbau
• 4. Kombinierter Einsatz von DAF-Anlagen und Filterpressen
• 5. Zusammenfassung

1. Einleitung

Filterpressen sind eine Technologie zur Fest-Flüssig-Trennung, die zur mechanischen Trocknung von Schlämmen eingesetzt wird und in einer Vielzahl von Branchen, darunter auch im Bergbau, Anwendung findet.

Im Bergbau werden Filterpressen üblicherweise für die Aufbereitung von Abraum, die Entwässerung von Schlamm, die Metallrückgewinnung und das Wasserrecycling eingesetzt.

Dank ihrer Fähigkeit, Schlamm zu entwässern, wertvolle Flüssigkeiten und Feststoffe zurückzugewinnen und das Abfallvolumen zu reduzieren, verbessern Filterpressen nicht nur die Prozesseffizienz, sondern helfen Unternehmen im Bergbausektor auch dabei, ihre Betriebskosten zu senken und Umweltvorschriften einzuhalten.

Diese Technologie wird auch beim Recycling und bei der Entsorgung gefährlicher Abfälle eingesetzt. Ein Beispiel hierfür sind die mit Schwermetallen belasteten Filterasche aus Verbrennungsanlagen, die in Salzsäure aufgelöst werden. Der dabei entstehende Hydroxidschlamm wird neutralisiert und durch mechanische Trocknung in Filterpressen in Form eines festen Kuchens verwertet. Gleiches gilt für die Bergbauindustrie, deren Abwässer hohe Konzentrationen an Schwermetallen unterschiedlicher Toxizität enthalten.

Im Bergbau wird die Filterpresse zur Entwässerung von Kohleschlämmen und anderen Mineralien eingesetzt, um trockene Feststoffe von hoher Reinheit zu gewinnen. Sie wird auch als Teil des Verfahrens zur Gewinnung von Metallen wie Eisen, Blei, Kupfer, Zink, Gold usw. verwendet.

2. Mechanische Trocknung mittels Filterpressen

Eine Filterpresse ist eine Maschine, die auf einem Tragrahmen montiert ist und aus einer Reihe von Kammern mit darin befindlichen Filtertüchern besteht. Der Schlamm wird über eine pneumatische Pumpe zugeführt, um Betriebsprobleme zu vermeiden, die durch den hohen Feststoffgehalt in der zu filternden Flüssigkeit verursacht werden könnten.

Ein Sammelkanal leitet den Schlammstrom zu den verschiedenen Kammern der Filterpresse. Diese Kammern bestehen in der Regel aus Kunststoff und sind im Inneren mit Filtertüchern ausgekleidet, sodass sich in jeder Kammer ein entwässerter Schlammkuchen bildet.

Das abfließende Wasser wird nach der Filterung auf der gegenüberliegenden Seite aufgefangen. Auf diese Weise tragen die Filtergewebe und der sich ansammelnde Schlamm dazu bei, den Druck zu erhöhen, die Konzentration zu steigern und Schlammkuchen zu bilden. 

Filterpressen arbeiten in der Regel bei Drücken zwischen 6 und 16 bar, manchmal sogar darüber hinaus. Die Schlammkonzentration steigt mit zunehmendem Druck, wobei das Ziel darin besteht, eine möglichst hohe Entwässerung zu erreichen. Die Druckgrenze des Filters wird durch die Analyse und Erprobung einer Probe im Labor ermittelt.

Das Entladen der Presskuchen ist ganz einfach. Man muss lediglich den elektrohydraulischen Zylinder entlasten, der die Platten geschlossen hält, und diese anschließend öffnen und voneinander trennen, damit die Presskuchen durch ihr Eigengewicht in den angrenzenden Behälter fallen.

Um die Sammlung von Trockenschlamm zu optimieren, werden Systeme zum Zerkleinern der Schlammkuchen installiert, um das Volumen in den Sammelbehältern zu reduzieren.

Filterpressen werden in der Regel im Freien aufgestellt und sind mit einem Dach ausgestattet, um zu verhindern, dass Regenwasser in den Schlammbehälter gelangt.

Die Wartung dieser Art von Filtern ist sehr einfach, da sie lediglich eine ordnungsgemäße Reinigung der an den Platten befestigten Gewebe erfordert. Dazu müssen diese in regelmäßigen Abständen gereinigt werden, entweder durch einen Waschvorgang im geschlossenen Kreislauf oder indem man sie ausbaut und separat reinigt.

3. Bestandteile einer Filterpresse

Eine Filterpresse besteht aus folgenden Grundkomponenten:

• Rahmen: Dies ist die Struktur, die die gesamte Filterpresse bildet und stützt.
• Filterkammern: Dies sind die Zwischenräume zwischen den Filterplatten. Sie dienen als Form für den Schlamm, der sich in ihrem Inneren ansammelt. 
• Filtergewebe: Hierbei handelt es sich um Gewebe aus Kunststoffmaterialien (PP, Polyester, Polyamid usw.), die für Flüssigkeiten durchlässig sind. Sie wirken als Filter, indem sie Schwebstoffe zurückhalten.
• Elektrohydraulische Einheit: Die Plattenbaugruppe wird unter hohem Druck geschlossen gehalten, und zwar durch eine elektrohydraulische Einheit, die mithilfe eines zentralen Kolbens Druck auf das Kammerpaket ausübt.
• Sammelrohre: Hierbei handelt es sich um Leitungen, die in der Regel aus Kunststoff bestehen und dazu dienen, das nach der Filtration des zu entwässernden Schlamms im Filter abfließende Wasser aufzufangen.

4. Anwendungen im Bergbau

Im Bergbau werden Filterpressen hauptsächlich für folgende Zwecke eingesetzt:

• Rückgewinnung von Edelmetallen.
• Schlammentwässerung.
• Systeme zur Nutzung und Rückführung von Abwasser.

Nach dem Pressen kann die Metallrückgewinnung erfolgen, da der Filterkuchen einen geringen Wassergehalt aufweist.

Filterpressen finden in verschiedenen Phasen der Mineralverarbeitung breite Anwendung, darunter:

• Umgang mit gefährlichen Abfällen: Bei der Aufbereitung von verschmutzten Abwässern tragen Filterpressen dazu bei, Feststoffe und Schwermetalle vor der Einleitung oder Wiederverwendung zu entfernen.
• Aufbereitung von Abraum: Abraum ist eine Ansammlung von Abfällen aus dem Bergbau, die bei der Mineralaufbereitung anfallen. Er besteht in der Regel aus einer Mischung aus zerkleinertem Gestein, Wasser und Gangmineralien.
• Mineralkonzentration: Bei der Gewinnung von Edelmetallen und anderen Mineralien tragen Filterpressen dazu bei, Wasser zurückzugewinnen und trockeneres Konzentrat zu erhalten.
• Wasseraufbereitung: Eine effiziente Wasseraufbereitung ist entscheidend, um den Wasserverbrauch zu senken und die Umweltauswirkungen des Bergbaubetriebs zu minimieren.

Die im Bergbau am häufigsten verwendeten Filterpressentypen

Es gibt verschiedene Arten von Filterpressen, die im Bergbau zum Einsatz kommen, wobei die folgenden am häufigsten verwendet werden:

• Platten- und Rahmenfilterpressen: Sie kommen in Prozessen zum Einsatz, in denen eine effiziente und schnelle Trennung erforderlich ist.
• Membranfilterpressen: Sie verfügen über flexible pneumatische Membranen, die die Entwässerung verbessern und den Feuchtigkeitsgehalt im Presskuchen verringern.
• Bandfilterpressen: Werden zur kontinuierlichen Filtration großer Mengen von Schlamm mit hohem Feuchtigkeitsgehalt eingesetzt.
• Hochdruck-Filterpressen: Geeignet für die Herstellung eines Presskuchens mit minimalem Feuchtigkeitsgehalt, wodurch Transport und Entsorgung der Rückstände optimiert werden.

In jedem Fall kann der Betrieb dieser Anlagen manuell, automatisch oder halbautomatisch erfolgen, abhängig von Faktoren wie:

• Filterzyklen
• Filtergrößen
• Durchflussmenge und Schadstoffgehalt der Einleitungen
• Betriebliche Komplikationen wie Toxizität und hohe Resttemperaturen.

5. Vorteile von Filterpressen im Bergbau

Die Rückgewinnung von Metallen mittels Filterpressen bietet gegenüber anderen Verfahren wie thermischer Trocknung, Bandfiltern oder Zentrifugen erhebliche Vorteile, darunter insbesondere:

Höhere Effizienz bei der Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten

Pressfilter erzielen im Vergleich zu Bandfiltern oder Zentrifugen eine optimale Wasserabscheidung und liefern trockeneren Presskuchen (höherer Feststoffgehalt). Dadurch wird die im Rückstand verbleibende Wassermenge reduziert und die Rückgewinnung wertvoller Metalle verbessert.

Geringerer Energieverbrauch

• Im Vergleich zur thermischen Trocknung benötigen Filterpressen keine großen Mengen an Energie, um das Wasser abzuscheiden, was sie effizienter und wirtschaftlicher macht.
• Zentrifugen benötigen Hochgeschwindigkeitsmotoren, weshalb Filterpressen energieeffizienter arbeiten und eine höhere Entwässerungsleistung erzielen.

Höhere Metallrückgewinnung

• Im Vergleich zu Bandfiltern und Zentrifugen ermöglichen sie eine effizientere Rückgewinnung von feinen Metallpartikeln.
• Sie eignen sich ideal für hydrometallurgische Prozesse, bei denen die Rückgewinnung von Metallen aus wässrigen Lösungen maximiert werden soll.
• Das Volumen, das gefährliche Stoffe wie giftige Metalle einnehmen, wird minimiert, was deren Handhabung vereinfacht und die Umweltbelastung verringert.

Bessere Anpassungsfähigkeit an verschiedene Schlammarten

• Pressfilter können Schlamm mit einem hohen Feststoffanteil verarbeiten.

Geringere Betriebs- und Wartungskosten

• Sie sind wartungsarm und einfach zu bedienen.

Höhere Qualität des aufbereiteten Wassers

Das beim Filterprozess anfallende Abwasser weist eine geringere Trübung und einen geringeren Gehalt an Schwebstoffen auf, was seine Wiederverwendung im Bergbaukreislauf oder seine Einleitung ohne weitere Aufbereitung erleichtert.

6. Kombination von DAF-Systemen mit Filterpresse

In vielen Fällen weist der in einem Absetzbecken abgeschiedene Schlamm eine Trockenmassekonzentration von kaum mehr als 2 % auf. Diese Schlammkonzentration ist zu gering, um den Schlamm in einer Filterpresse zu trocknen, weshalb die Installation eines Zwischenverdickers erforderlich ist.

Ein Eindicker ist eine Anlage von beträchtlicher Größe und hohen Kosten, die einen Behälter, mechanische Systeme und geeignete Förderpumpen erfordert. Der in diesen Anlagen eingedickte Schlamm erreicht in der Regel Konzentrationen von 4 % bis 6 % Trockensubstanz, was bereits als geeignet für die Behandlung in einer mechanischen Trocknungsanlage gilt.

Dieser Schlamm wird in einem Sammelbehälter gelagert und mittels einer Druckluftpumpe in die Filterpresse geleitet. Bei Bedarf werden Flockungsmittel und Koagulierungsmittel hinzugefügt.

Obwohl Schlamm aus dem Bergbau in der Regel eine hohe Dichte aufweist, kann das Flotationsverfahren mit gelöster Luft in diesem Sektor eingesetzt werden, insbesondere bei leichterem Schlamm, da es eine Erhöhung der Konzentration vor der mechanischen Trocknung ermöglicht und eine höhere Effizienz bei der Abscheidung der suspendierten Feststoffe aus dem Abwasser erzielt wird.

Wenn man sich statt einer Sedimentationsanlage für die Installation einem DAF-System, ist die Zwischenverdickungsanlage entbehrlich, da der vom DAF gewonnene Schlamm eine höhere Trockensubstanzkonzentration aufweist. Ein DAF-System bietet folgende Vorteile:

• Platzsparend.
• Die Installation eines Verdickers ist nicht erforderlich.
• Höhere Effizienz bei der Abscheidung von Schwebstoffen.
• Man erhält klareres Wasser von besserer Qualität.

Betrachtet man die wirtschaftlichen Aspekte, so gibt es zwischen beiden Systemen keinen großen Unterschied hinsichtlich der Investitionen und der Betriebskosten, da das DAF-System eine zusätzliche Ausrüstung für die Druckbeaufschlagung und Druckentlastung der zugeführten Luft erfordert.

7. Zusammenfassung

Die Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten ist für die Rückgewinnung wertvoller Mineralien in der Bergbauindustrie von entscheidender Bedeutung. Eine große Herausforderung in diesem Sektor ist die effiziente Entsorgung der bei der Mineralverarbeitung anfallenden Schlämme. Durch den Einsatz von Filterpressen konnten viele Bergbauunternehmen ihre Metallrückgewinnungsprozesse optimieren und die Menge der anfallenden Abfälle reduzieren.

Die Filterpresse ist eine Anlage zur Fest-Flüssig-Trennung, die mithilfe einer Reihe von Platten und Filtertüchern das Wasser aus dem bei Bergbauprozessen anfallenden Schlamm entfernt. Sie funktioniert, indem Druck auf die mit Schlamm gefüllten Kammern ausgeübt wird, wodurch die Flüssigkeit abfließt und ein sehr trockener Feststoffkuchen zurückbleibt.

Mithilfe dieser Technologie werden unter anderem folgende Stoffe verarbeitet und zurückgewonnen:

• Abwasser aus Abraumhalden
• Konzentrate
• Kupfererz
• Goldmineral, Eisenerz
• Blei-Zink-Erz
• Steinabwasser
• Kohle
• Titangerüst
• Tailings
• Schlacke
• Kaolin
• Keramik
• Sonstige Nichteisen- und Nichtmetallmineralien.

Die Umsetzung verbessert den Bergbaubetrieb und trägt zu einem nachhaltigeren und umweltbewussteren Bergbau bei.

Filterpressen sind im Bergbau die bevorzugte Wahl, da sie sich durch folgende Vorteile auszeichnen:

• Metallrückgewinnung.
• Geringerer Energieverbrauch.
• Bessere Anpassung an verschiedene Schlammarten.
• Geringere Betriebskosten.

Auch wenn andere Technologien wie thermische Trocknung, Bandfilter und Zentrifugen ihre spezifischen Anwendungsbereiche haben, bieten Filterpressen ein besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis bei der Entwässerung und Metallrückgewinnung in der Bergbauindustrie.

Literaturhinweise und weiterführende Literatur

Pressfilter zur Schlammtrocknung in der Abwasserbehandlung

Wie Filterpressen die Produktivität in verschiedenen Branchen gesteigert haben | Ferotex