In der Bergbauindustrie fallen jedes Jahr große Mengen an Bergbaurückständen an. Am
häufigsten werden diese Bergematerialien in Bergeteichen gelagert, die enorme Ausmaße
haben können. Das Management und die Lagerung solch großer Mengen an Material stellt viele
Herausforderungen sowohl in Bezug auf die Stabilität der Dämme als auch an die
Immobilisierung gefährlicher Schadstoffe dar, die ein Risiko für die menschliche Gesundheit
und die Umwelt bergen, insbesondere bei sulfidhaltigen Rückständen. Außerdem können mit
den Bergematerialien erhebliche Mengen an Edel- und Basismetallen verloren gehen.
Aufgrund des wirtschaftlichen Wertes und der wachsenden industriellen Nachfrage nach diesen
Edel- und Basismetallen können die Bergbaurückstände daher eine potenzielle Quelle für
Sekundärrohstoffe sein.
Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurden zwei Studien (aus einem aktiven und einem
historischen Bergwerk) über die Wiederaufbereitung sulfidischer Bergematerialien mittels
Flotation durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse können zum Aufbau von Kenntnissen über die
Wiederaufbereitung solch sulfidischen Bergematerialien beitragen. Der hier gewählte Ansatz
konzentrierte sich auf die Entfernung sowohl wertvoller als auch gefährlicher Elemente sowie
die Erzeugung saubererer Rückstände mit geringerem Schadstoffpotenzial und mit chemischen
und mineralogischen Eigenschaften, die für weitere Anwendungen (z. B. in der Bauindustrie)
geeignet sind.
Die Bergematerialien aus dem aktiven Bergwerk wiesen eine breite Partikelgrößenverteilung
auf, weshalb ein Flotationsansatz aus einer Kombination, bestehend aus klassischer Flotation
und einer selektiven Flockung mit anschließender Flotation gewählt wurde. Das Material
wurde sowohl im Originalzustand als auch nach einer Klassierung in zwei Fraktionen flotiert.
Das Originalmaterial und die gröbere Fraktion (> 37 µm) wurden der klassischen Flotation
zugeführt, während die feinere Fraktion (< 37 µm) entweder mit der klassischen Flotation aufbereitet oder nach der selektiven Flockung flotiert wurde. Die Flotation der gröberen Partikel
führte zu höheren Sulfidausbringen, höheren Gehalten an Cu, Pb und Zn im Sammlkonzentrat
(3,66 %), saubereren Rückständen (1,6 % S), schnelleren Flotationsraten und geringerem
Reagenzienverbrauch. Die Ergebnisse der Feinpartikelflotation wiesen einen geringeren S-Gehalt in den Rückständen (3,4 % S) als im Vergleich zur Flotation des Originalmaterials auf.
Die Ergebnisse des Kombinationsansatzes aus Flockung und Flotation der feineren Fraktion
zeigte eine Erhöhung des Massenausbringens mit einem leichten Anstieg der Sulfidausbringen.
Insgesamt erwies sich die Entwicklung eines Verfahrens zur Aufbereitung des Bergematerials
als vielversprechend. Die Anwendung eines zweigleisigen Ansatzes zeigt hierbei Vorteile im
Vergleich zu einem eingleisigen.
Die Bergematerialien aus dem historischen Bergwerk enthielten neben den Sulfiden eine
erhebliche Menge an Baryt. Aus diesem Grund wurde nach der Entfernung der Sulfide in einer
weiteren Flotationsstufe der Baryt zurückgewonnen. Abschließend wurden Flotationsversuche
im Pilotmaßstab (100-Liter-Flotationszelle) durchgeführt, um die Übertragbarkeit der erzielten
Ergebnisse auf einen größeren Maßstab zu bewerten. Diese Ergebnisse zeigen, dass sowohl die
Sulfide als auch der Baryt selektiv zurückgewonnen werden können, wobei der Baryt größere
Probleme bereitet als die Sulfide. Die Flotation im Pilotmaßstab erzielte Konzentrate mit
höheren Gehalten und erforderte längere Flotationszeiten, um die gleichen Ausbringen wie bei
den Versuchen im Labormaßstab zu realisieren.The mining industry generates large amounts of tailings every year. The most common
destination for the tailings is deposition in tailings storage facilities (TSFs), which can have
enormous dimensions. The management and storage of such large volumes of material pose
many challenges in terms of dam stability and immobilization of hazardous contaminants that
represent human-health and environmental risks, particularly for sulfide-containing materials.
In addition, considerable amounts of precious and base metals can be lost in the tailings. Due
to the economic value and growing industrial demand for precious and base metals, tailings
may therefore be potential sources of secondary raw materials.
This research showed two case studies (from an active and a historical mine site) on the
reprocessing of sulfidic mine tailings through flotation and the results obtained can contribute
to the construction of knowledge about the reprocessing of sulfidic tailings. The approach
adopted here focused on the removal of valuable and hazardous elements from the tailings and
the generation of cleaner residues, with lower contaminant potential and with chemical and
mineralogical characteristics more adequate for further applications (e.g. in the construction
industry).
The tailings from the active mine site presented a broad particle size distribution, therefore the
flotation approach combined classic flotation and floc flotation (flotation of flocs of targeted
minerals). Flotation of the material as received, as well as after classification into two fractions
was performed. The samples as received and the coarser fraction (+37 µm) underwent classic
flotation, while the finer fraction (-37 µm) was processed either by using the classic or the floc
flotation approach. The flotation of the coarser particles provided higher sulfide recoveries,
higher combined Cu-Pb-Zn grades in the concentrate (3.66%), cleaner residues (1.6% S), faster
flotation rates, and reduced reagent consumption. Likewise, the results from the fine particle
flotation allowed lower S content in the residues (3.4% S) as compared to the flotation of the
original material. The results of the use of floc flotation for the finer fraction showed an
increase in the mass pull with a slight increase in the recovery of sulfides. Overall the
development of a route to process the tailings proved to be promising and the use of a two-route approach indicates advantages as compared to a single route.
The tailings from the historical mine site, in addition to the sulfides, contained a relevant
amount of barite. Therefore, flotation aiming for the separation of the barite was also performed
after the sulfides removal. The tailings underwent classic flotation with several steps for the
removal of sulfides and barite. Finally, trials in a pilot scale (100 L flotation cell) were
performed to evaluate the transferability of the results to a larger scale. The results show that
either the sulfides or the barite can be selectively recovered, with the barite posing more
challenges than the sulfides. The flotation in the pilot scale enabled concentrates with higher
grades and needed longer flotation times to achieve the same level of recovery as the bench-scale test
