Verfahren und Vorrichtungen zum Trennen von seltenerdhaltigem Primärerz

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Trennen von Primärerz in taubes Gestein und mindestens ein, mit mindestens einem Wertmineral angereichertes Gestein, wobei das mindestens eine Wertmineral zumindest ein Seltenerd- mineral umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Sortiereinrichtung zum Trennen von Gesteinspartikeln aus Primärerz in taubes Gestein und mindestens ein, mit mindestens einem Wertmineral angereichertes Gestein, wobei das mindestens eine Wertmineral zumindest ein Seltenerdmineral umfasst, und wobei die Gesteinspartikel taube Gesteinspartikel aus oder überwiegend aus taubem Gestein umfassen und weiterhin Wertmineralpartikel aus oder überwiegend aus mit Wertmineral angereichertem Gestein umfassen. Primärerz- oder Hartgesteinslagerstätten zum Abbau Seltener Erden weisen in der Regel nur geringe Wertstoffgehalte bzw. Seltenerdgehalte auf. Die Elemente der Seltenen Erden liegen in komplexen Erzstrukturen, innerhalb fein verwachsener Minerale vor. Zudem weisen alle gewonnenen Erztypen meist eine natürlich auftretende Radioaktivität auf, da Minerale, in denen Seltene Erden enthalten sind, häufig sowohl an Thorium, als auch Uran angereichert sind. Diese Eigenschaften der Seltenen Erden-Lagerstätten führen in vielen Fällen dazu, dass ein ökologischer und ökonomischer Abbau dieser Lagerstätten- typen erschwert oder unmöglich ist.

Üblicherweise werden die fein verwachsenen Minerale vor der eigentlichen Anreicherung bzw. Aufkonzentration der Seltenen Erden durch physikalische Aufbereitungstechniken unter hohem Energieeinsatz zerkleinert. Dazu werden die Erze zunächst gebrochen und anschließend durch Mahlung auf eine Korngröße zerkleinert, in der ein ausreichender Aufschlussgrad der Wertminerale erreicht wird. Der Aufschlussgrad gibt dabei den prozentualen Anteil des Wertminerals an, welcher im Einzelkorn frei vorliegt und somit von taubem Gestein getrennt werden kann. Nach dem Aufschluss müssen die werthaltigen Minerale von taubem Gestein getrennt werden. Bei diesen Aufberei- tungsprozessen sind große Mengen an Wasser und Reagenzien notwendig. Das gesamte, feingemahlene taube Gestein wird abgelagert. Dies kann im Falle einer übertägigen Aufbereitung zu einem hohen Flächenverbrauch führen und die Umwelt durch die Ablagerung von Materialien mit einem hohen Anteil an un- erwünschten Bestandteilen belasten.

Problematisch sind die geringen Wirkungsgrade der bekannten Anreicherungsprozesse, durch die das Ausbringen der Wertminerale gering ist. Das Ausbringen gibt dabei den prozentualen Anteil an Wertmineral an, welcher durch einen technischen

Sortierprozess aus dem Primärerz gewonnen werden kann. Je geringer das Ausbringen, desto mehr Wertmineral verbleibt im Bergestrom und geht somit verloren. Zur Aufbereitung von Primärerzen enthaltend Seltenerdminerale, wie Bastnäsit oder Monazit, werden derzeit ausschließlich konventionelle Aufbereitungstechnologien verwendet. Bei den Primärerz- oder Hartgesteinslagerstätten wird vor der eigentlichen Anreicherung der Wertminerale der gesamte Material - ström gebrochen und auf Flotationsfeinheit, in der Regel auf Korngrößen kleiner 150 μπι, aufgemahlen, wodurch große Mengen an Energie aufgewendet werden müssen. In der sich üblicherweise anschließenden Flotation, einem Trennprozess , bei dem die unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften der Minerale als Trennkriterium genutzt werden, kommen Wasser und Reagenzien zum Einsatz, um die werthaltigen Minerale vom tauben Gestein zu trennen. Hohe Kosten für die Wasseraufbereitung, ein hoher Flächenverbrauch, sowie Umweltproblematiken durch den Gehalt an Flotationsreagenzien und schädlichen Stoffen in den Abgängen sind die Folge.

Ein Fließbild einer Aufbereitungsanlage für Mountain Pass, einer Primärerzlagerstätte enthaltend Seltenerdminerale in Kalifornien, wird durch C.K. Gupta und N. Krisnamurthy in „Extractive Metallury of Rare Earths", 2005, CRC-Press, Seite 141, aufgezeigt. FIG 1 zeigt ein davon abgeleitetes, vereinfachtes Fließbild einer beispielhaften Aufbereitungsanlage, wie ein Fachmann sie aktuell ausführen würde. Der gesamte Strom an Primärerz 1 wird durch Brech- , Mahl- oder Klassierprozesse auf eine Korngröße von 80 % < 150 μπι zerkleinert. Beispielsweise kann das Primärerz, wie in FIG 1 gezeigt, in einem Brecher 2 gebrochen und einer nachfolgenden ersten Klassierstufe 3 zugeführt, um zu grobe Gesteinspartikel 3a abzutrennen und in den Brecher 2 zurückzuführen. Die anderen Gesteinspartikel 3b werden bevorzugt einer Mahlstufe 4 zugeführt und auf eine Korngröße von rund 150 μπι aufgemahlen. Es folgt gegebenenfalls eine zweite Klassierstufe 3", in welcher weitere zu grobe Gesteinspartikel 3a" abgetrennt und in die Mahlstufe 4 rückgeführt werden. Die anderen Gesteinspartikel3b" werden als Bestandteil einer Pulpe einer Konditionierung 10 bzw. Flotation 11, 12, 12" zu- geführt, um dort in taubes Gestein und Wertmineral getrennt zu werden. Bei der Konditionierung 10 der Pulpe werden dieser insbesondere Wasserdampf 5, Ammoniumligninsulfonat 6, destilliertes Tallöl 7, Natriumcarbonat 8 und Fluorsilikat 9 zugegeben. Die konditionierte Pulpe 10" wird nun einer Vorflota- tion 11 zugeführt, wobei das gebildete Vorflotations- Konzentrat IIb einer oder mehreren nachfolgenden Reini- gungsflotationsstufen 12, 12" zugeführt wird. Der Vorflotati- ons-Abfallstrom IIa wird einer Nachmahlstufe 18 zugeführt und anschließend wieder der Vorflotation 11 zugeführt. Der Ab- fallstrom 12a der ersten Reinigungsflotationsstufe 12 wird einer Nachreinigungsflotations 19 zugeführt, wobei das dort gebildete Nachreinigungsflotations-Konzentrat 19b ebenfalls der Nachmahlstufe 18 zugeführt wird. Dadurch wird die Ausbeute an Wertmineral, hier an Seltenerdmineralien, erhöht. Der Nachreinigungsflotations-Abfallstrom 19a wird in einer Deponie 20 abgelegt. Der aus der ersten Reinigungsflotationsstufe 12 stammende Konzentratstrom 12b wird gegebenenfalls mindestens einer weiteren Reinigungsflotationsstufe 12" zugeführt. Abgetrennte Abfallströme 12a" aus weiteren Reinigungsflotationsstufen 12" werden dabei in die erste Reinigungsflotationsstufe 12 rückgeführt .

Der am Ende der Reinigungsflotationsstufe 12, 12" vorliegende Konzentratstrom 12b" (üblicherweise mit einem aufkonzentrier- ten Anteil an Seltenerdmineral von ca. 60 %) wird entweder verkauft oder mit 10 %-iger HCl gelaugt 13, eingedickt 14 und das dabei entzogene Wasser 14a in einen Absetzteich 21 geleitet. Der eingedickte Konzentratstrom 14b wird gefiltert 15 und der Filterrückstand nachfolgend getrocknet 16. Das tro- ckene Konzentrat 16b enthaltend ca. 70 % Wertmineral bzw.

Seltenerdmineral wird unmittelbar verkauft 22 oder unter Abspaltung von C0 ₂ 17" kalziniert 17 und das kalzinierte Konzentrat 17b enthaltend nun ca. 90 % Wertmineral bzw. Seltenerdmineral verkauft 22.

Der Aufschluss und die Anreicherung von seltenerdhaltigen Erzen ist somit problematisch, da aufgrund der meist nur geringen Konzentration der Seltenerdminerale im Primärerz ein hoher Energiebedarf und Ressourcenverbrauch erforderlich ist, um geringe Mengen an Seltenerdmineral zu erhalten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein effizienteres und dabei umweltschonenderes Verfahren zur Anreicherung von Wertmineral enthaltend Seltenerdminerale bereitzustellen und dafür geeignete Vorrichtungen und deren Verwendung anzugeben.

Die Aufgabe wird für das Verfahren zum Trennen von seltenerdhaltigem Primärerz in taubes Gestein und mindestens ein, mit mindestens einem Wertmineral angereichertes Gestein, wobei das mindestens eine Wertmineral zumindest ein Seltenerdmineral umfasst, mit folgenden Schritten gelöst:

Zerkleinern des Primärerzes in Gesteinspartikel mit einer Partikelgröße im Bereich von > 1 mm bis 300 mm, wobei die Ge- Steinspartikel taube Gesteinspartikel aus oder überwiegend aus taubem Gestein umfassen und weiterhin Wertmineralpartikel aus oder überwiegend aus mit Wertmineral angereichertem Gestein umfassen;

Vereinzeln der Gesteinspartikel;

Zuführen der vereinzelten Gesteinspartikel zu mindestens einer Messeinheit;

Erfassen mindestens eines primären und/oder sekundären Gesteinsmerkmals eines jeden Gesteinspartikels mittels der min- destens einen Messeinheit, wobei mindestens zwei unterschiedliche Gesteinsmerkmale eines Gesteinspartikels ermittelt werden, und Zuordnen des mindestens einen erfassten Gesteinsmerkmals zu dem jeweiligen Gesteinspartikel;

Klassifizieren eines jeden Gesteinspartikels in Abhängigkeit seiner Gesteinsmerkmale als tauber Gesteinspartikel oder Wertmineralpartikel; und

Trennen der tauben Gesteinspartikel von den Wertmineralpartikeln . Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt eine sensorgestützte

Vorsortierung von groben Gesteinspartikeln nach dem Prinzip der Einzelkornerkennung, wodurch eine Vereinzelung und geeignete Zuführung des vereinzelten Gesteinspartikels zur mindestens einen Messeinheit erfolgen muss.

Erfindungsgemäß wird der hohe Ressourcenverbrauch für den Aufschluss und die Anreicherung des die Seltenerdminerale enthaltenden Wertminerales also durch eine vorgeschaltete sensorgestützte Sortierung reduziert. Die im Primärerzstrom befindlichen Wertminerale werden so bereits nach dem Brecher und vor Eintritt in eine Aufbereitungsanlage, üblicherweise eine dem Brecher nachgeschaltete Mahlstufe, durch eine sensorgestützte Vorabscheidung vorkonzentriert. Taubes Gestein wird an der frühest möglichen Stelle im Prozessstrom von werthaltigem Erz getrennt und somit das Wertmineral vor Eintritt in die Aufbereitungsanlage aufkonzentriert . Dadurch verringert sich der Materialstrom, vergleiche hier FIG 1, al- so die Menge an Gesteinspartikeln 3b, signifikant, der durch den Prozess geschleust werden muss.

Der Energiebedarf für den Prozess sinkt dadurch und es werden weniger Ressourcen, insbesondere Wasser und Chemikalien, benötigt .

Die Kosten für den Transport der gewonnenen Wertminerale zur Aufbereitungsanlage werden gesenkt und der Energieeinsatz für die Zerkleinerung, insbesondere die Mahlung, wird reduziert. Zudem wird der hohe Einsatz von umweltbelastenden Reagenzien in den nachfolgenden Prozessschritten gesenkt und der Wirkungsgrad existierender Prozesse durch die frühzeitige Anreicherung der Seltenerdminerale erhöht.

Der Abbau bestimmter Vorkommen, welche aus ökologischer und ökonomischer Sicht bisher als nicht abbauwürdig eingestuft sind, kann dadurch nun in Betracht kommen. Ressourcen können somit in Reserven umgewandelt werden. Ursprünglich unwirt- schaftliche Vorkommen werden also in wirtschaftlich gewinnbare Reserven umgewandelt.

Der Durchsatz einer sensorgestützten Vorsortierung ist direkt von der Korngröße des zu sortierenden Materials abhängig, wo- durch eine zu geringe Korngröße dazu führt, dass eine wirtschaftliche Abtrennung der Minerale mit ausreichendem Durchsatz der Sortierer nicht möglich ist. Daher konzentriert sich die Erfindung im Wesentlichen auf die Anwendung von sensorgestützter Vorsortierung im Bereich von Primärerzlagerstätten.

Da bei Sekundärerzlagerstätten, bei denen die Seltenerdminerale in Schwermineralsanden enthalten sind, der Korngrößenbereich meist unterhalb von 1 mm Korngröße liegt, kommt bei dieser Art von Lagerstätten eine sensorgestützte Vorsortie- rung bei dem derzeitigen Stand der Technik für eine Vorabscheidung weniger bzw. nur in Ausnahmefällen in Frage. Die Klassifizierung von Partikeln dieser Größe ist mit heutigen Sensoren zwar möglich, jedoch ist die mechanische Abtrennung derartiger Partikel noch schwierig bzw. nicht wirtschaftlich zu realisieren.

Im Falle der Seltenerdminerale erschweren der geringe Gehalt und die feine Verteilung der Seltenerdelemente im Primärerz, zusammen mit einer schwierigen bzw. langsamen Detektion der Seltenerdelemente durch existierende Sensoren eine schnelle Erkennung. Eine ausreichend schnelle Identifizierung der Eigenschaften einzelner Partikel ist dadurch erschwert. Dies führt dazu, dass eine effiziente Abtrennung des tauben Gesteins gehemmt wird.

Es ist daher für das Verfahren bevorzugt, wenn mindestens zwei unterschiedliche Gesteinsmerkmale eines einzelnen Ge- steinspartikels ermittelt werden, wobei zwei oder mehr primäre Gesteinsmerkmale, zwei oder mehr sekundäre Gesteinsmerkmals oder gleichzeitig primäre und sekundäre Gesteinsmerkmale eines jeden Gesteinspartikels mittels der mindestens einen Messeinheit ermittelt werden.

Insbesondere werden sogenannte sekundäre Gesteinsmerkmale zur Klassifikation der Minerale im Erzstrom ausgenutzt. Dabei werden nicht primär die Seltenerdelemente detektiert, sondern Indikatoren, welche für eine Identifikation von wertvollem und taubem Gestein genutzt werden können. Dies umschließt alle messbaren Werte, welche nicht direkt Seltenerdelemente darstellen. Bei der Nutzung solcher sekundärer Identifikationsmerkmale als Trennkriterium ist es allerdings notwendig, dass für eine Klassifizierung einzelner Gesteinspartikel eine ausreichende Korrelation zwischen Wertstoffgehalt und Indikator besteht.

Zur Trennung des Primärerzes können dabei unterschiedlichste Sensoreinheiten zum Einsatz kommen, welche alle auf Basis des elektromagnetischen Spektrums die Klassifikation durch unterschiedliche Materialeigenschaften ermöglichen. Es hat sich für das Verfahren bewährt, wenn als primäres Gesteinsmerkmal die Art mindestens eines enthaltenen Wertminerals und/oder ein Wertmineralgehalt ermittelt wird. Es werden hier also primäre Merkmale, die in unmittelbarem Zusammenhang mit den tatsächlich enthaltenen Seltenen Erden oder Selte- nerd-Element (en) stehen, erfasst. Es könnte sich alternativ um den Gehalt an Seltenen Erden insgesamt oder auch einzelnen oder mehreren Seltenerd-Elementen handeln. Als sekundäres Gesteinsmerkmal wird bevorzugt eine atomare Dichte und/oder eine magnetische Suszeptibilität und/oder mindestens eine optische Eigenschaft, wie eine Farbe, und/oder eine natürliche Radioaktivität und/oder die Art und/oder ein Gehalt der Begleitmineralien, Alterationsminera- lien oder Elementen bestimmt, die mit dem zumindest einen Seltenerdmineral vergesellschaftet auftreten.

Um Seltenerdminerale aufzukonzentrieren, werden insbesondere optische Eigenschaften und/oder die magnetische Suszeptibili- tät von Begleit- oder Alterationsmineralen oder deren Gehalt als möglicher Indikator für die Anwesenheit von Seltenen Erden verwendet und dadurch eine effiziente Trennung von taubem Gestein ermöglicht. Insbesondere hat es sich dabei bewährt, den Kalkgehalt eines Gesteinspartikels zu ermitteln. Bei kalkreichen Gesteinspartikeln lässt sich häufig darauf schließen, dass dieser auch reich an Bastnäsit ist, während kalkarme Gesteinspartikel meist reich an Monazit sind. Weiterhin hat es sich bewährt, einen Gehalt eines Gesteinspartikels an Eisen oder Silizium zu messen und daraus Rückschlüsse auf dessen Gehalt an leichten oder schweren Seltenerd-Elementen zu ziehen.

Auch kann sich der Kalzium-Gehalt bei einem Bastnäsit als In- dikator eignen. Insgesamt müssen die zur Verfügung stehenden Indikatoren aber abhängig von den Gegebenheiten in einer konkreten Lagerstätte ermittelt werden. Die Seltenen Erden liegen in der Natur meist in oxidischer Form (z.B. als Karbonate, Phosphate) in verschiedenen Mineralen vor. Die Minerale Bastnäsit, Monazit und Xenotim bilden dabei ca. 95 % der weltweiten Reserven an Seltenen Erden. Charakteristisch für diese Minerale ist, dass die Seltenerd- Elemente miteinander vergesellschaftet vorliegen, d.h. die Minerale enthalten meist das gesamte Spektrum an Seltenerd- Elementen. Im Allgemeinen werden die Seltenerd-Elemente in leichte und schwere Seltenerd-Elemente unterteilt, wobei Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Gadolinium, Samarium und Euro- pium zu den leichten Seltenerd-Elementen zählen und Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium und Yttrium zu den schweren Seltenerd-Elementen zusammengefasst werden. Je nach Mineraltyp und Lagerstätte variiert die jeweilige Zusammensetzung. So weist beispielsweise Xenotim ei- nen sehr hohen Gehalt (ca. 80 %) an schweren Seltenerd- Elementen auf, hingegen beinhalten Bastnäsit und Monazit überwiegend leichte Seltenerd-Elemente.

In Seltenen-Erden-haltigen Primärerzen sind die einzelnen Mi- nerale meist miteinander fein verwachsen und der Gesamtgehalt an Seltenen Erden im Erz ist nur gering. Durch die Zerkleinerung des Primärerzes werden die Wertminerale im Erz freigelegt. Abhängig vom korngrößenspezifischen Verwachsungsgrad der Wertminerale variiert der notwendige Zerkleinerungsauf- wand zum Aufschluss der Wertminerale. Je feiner ein Erz gemahlen werden muss, desto höher sind die spezifischen Energiekosten für die Zerkleinerung. Dies kann bei fein verwachsenen Erzen zu erheblichen Energiekosten für die Zerkleinerung führen. Zudem werden große Flächen für die Deponierung der anfallenden Mengen an wertlosem, feinem taubem Material benötigt. Durch die Vergesellschaftung der Seltenerd-Elemente müssen nach der Aufbereitung die einzelnen Seltenerd-Oxide nach der Anreicherung im Konzentrat durch sehr aufwendige Trennverfahren voneinander separiert werden. Dies zieht einen hohen Bedarf an Säuren und Laugen mit sich und stellt damit eine enorme Belastung für die Umwelt dar. Durch die hohe Ähnlichkeit der verschiedenen Seltenerd-Elemente zueinander hin- sichtlich ihres chemischen Verhaltens ist die Trennung extrem aufwendig. Im großtechnischen Maßstab dient zur Auftrennung meist die Flüssig/Flüssig-Extraktion . Diesem Trennverfahren liegt das unterschiedliche Löseverhalten der Substanzen in zwei nicht mischbaren Lösemitteln zugrunde.

Hinzu kommt, dass mit den Seltenen Erden meist radioaktive Begleitstoffe wie Thorium und Uran verwachsen sind, welche bei der Aufbereitung mit freigelegt und angereichert werden können. Diese Bestandteile müssen nach erfolgter Abtrennung deponiert werden, wodurch ebenfalls hohe Risiken für die Umwelt entstehen. Aufgrund der genannten ökologischen und ökonomischen Probleme werden viele Lagerstätten heutzutage nicht abgebaut . Besonders bevorzugt ist es daher, den erhaltenen Strom an

Wertmineralpartikeln weiterhin in erste Wertmineralpartikel und zweite Wertmineralpartikel zu trennen, wobei die ersten Wertmineralpartikel mit schweren Seltenerd-Elementen angereichert sind und die zweiten Wertmineralpartikel mit leichten Seltenerd-Elementen angereichert sind. Dabei werden im Wesentlichen die bereits oben beschriebenen Gesteinsmerkmale der einzelnen Wertmineralpartikel ausgewertet, um hier ein geeignetes Trennkriterium zu erhalten. Dabei kann die Aufteilung in erste und zweite Wertmineralpartikel unmittelbar bei der Abtrennung von taubem Gestein erfolgen oder erst nachfolgend am bereits abgetrennten Strom aus Wertmineralpartikeln erfolgen .

Erfindungsgemäß können dadurch Lagerstätten zukünftig als wirtschaftlich rentabel gelten, deren Abbau beim heutigen

Stand der Technik unökonomisch ist. Durch die Vorsortierung werden Ressourcen an Energie (z.B. für die Zerkleinerung), Wasser und Reagenzien (z.B. für die Flotation) eingespart. Durch eine frühzeitige Trennung von groben Gesteinspartikeln, welche unterschiedliche Gehalte an schweren und leichten Seltenen Erden aufweisen, kann die Aufbereitung und die anschließende Extraktion der Einzelsubstanzen aus dem minerali- sehen Konzentrat effizienter gestaltet werden. So kann beispielsweise je Fraktion an Wertmineralpartikeln, angereichert entweder mit schweren oder leichten Seltenen Erden, die Mahlung und Sortierung an die jeweilige Fraktion gezielt ange- passt werden. Dadurch ist es möglich, die anfallenden Ener- giekosten zu senken und Sortierprozesse an die unterschiedlichen Mineraleigenschaften anzupassen, wodurch das mögliche Wertstoffausbringen gesteigert werden kann. Erzstücke mit nur geringeren Gehalten an schweren Seltenen Erden können in abweichende Verfahrensrouten behandelt oder gänzlich verworfen werden.

Bei der Flüssig-Flüssig-Extraktion kann durch die Vorsortierung in solche Wertmineralpartikel-Fraktionen mittels sensorgestützter Sortierung die Anzahl an notwendigen Trennstufen zur Separierung der enthaltenen Seltenerd-Oxide reduziert werden. Neben dem geringeren apparativen Aufwand führt dies zu einem geringeren Chemikalienverbrauch und zu einer kürzeren Prozesszeit. Alternativ wäre auch denkbar, dass bei einer bereits bestehenden Anlage die verschiedenen Konzentratströ- me, die entweder mit leichten oder schweren Seltenerd-Ele- menten angereichert sind, an unterschiedlichen Stellen der Trennkaskade zugeführt werden. Somit muss das jeweilige Konzentrat nicht alle Stufen durchlaufen und es können auch hier Kosten durch die verminderte Prozesszeit und den reduzierten Chemikalienbedarf eingespart werden.

Für dieses Verfahren kommen insbesondere Lagerstätten in Frage, bei denen durch die Entstehungsgeschichte bzw. Verwitterung, mineralogisch unterschiedliche Bereiche mit erhöhtem Gehalt an leichten bzw. schweren Seltenerd-Elementen nebeneinander existieren. Ein Beispiel hierfür dienen Xenolithe, die lokal unterschiedlich stark mit leichten bzw. schweren Seltenerd-Elementen angereicht sein können. Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Vorrichtung in Form einer Sortiereinrichtung zum Trennen von Gesteinspartikeln aus Primärerz in taubes Gestein und mindestens ein, mit mindestens einem Wertmineral angereichertes Ge- stein gelöst, wobei das mindestens eine Wertmineral zumindest ein Seltenerdmineral umfasst, und wobei die Gesteinspartikel taube Gesteinspartikel aus oder überwiegend aus taubem Gestein umfassen und weiterhin Wertmineralpartikel aus oder überwiegend aus mit Wertmineral angereichertem Gestein umfas- sen, wobei die Sortiereinrichtung umfasst:

- mindestens eine Vereinzelungseinheit zum Vereinzeln der Gesteinspartikel ,

- mindestens eine Messeinheit zur Analyse mindestens eines primären und/oder sekundären Gesteinsmerkmals eines jeden Gesteinspartikels und zum Zuordnen des mindestens einen Gesteinsmerkmals zu dem jeweiligen Gesteinspartikel,

- mindestens eine Auswerteeinheit zum Klassifizieren eines jeden Gesteinspartikels in Abhängigkeit seiner Gesteinsmerkmale als tauber Gesteinspartikel oder Wertmineralparti- kel, und

- mindestens eine Trenneinheit zum Trennen der tauben Gesteinspartikel von den Wertmineralpartikeln.

Eine derartige Sortiereinrichtung schließt sich bei der Ver- arbeitung von Primärerzen erfindungsgemäß an einen Brecher oder eine Zerkleinerungseinheit an, der bzw. welche das Primärerz auf eine Partikelgröße im Bereich von > 1 mm bis etwa 300 mm vorzerkleinert. Die von der Sortiereinrichtung abgesonderten tauben Gesteinspartikel können demnach sofort nach Verlassen der Sortiereinrichtung abgesondert und deponiert werden. Der verbleibende, entsprechend kleinere Strom an Wertmineralpartikeln wird nun einer Mahlstufe zugeführt und beispielsweise gemäß FIG 1, ab Mahlstufe 4, weiterverarbeitet. Aufgrund des geringeren zu verarbeitenden Materialstroms können die der Sortiereinrichtung nachfolgenden Aufbereitungsanlagenteile entsprechend kleiner dimensioniert und energieeffizienter betrieben werden. Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Anlage zum Trennen von Primärerz in taubes Gestein und mindestens ein, mit mindestens einem Wertmineral angereichertes Gestein gelöst, wobei das mindestens eine Wertmineral zumindest ein Seltenerdmineral umfasst, wobei diese Anlage umfasst:

- mindestens einen Brecher zum Zerkleinern des Primärerzes in Gesteinspartikel, wobei die Gesteinspartikel taube Gesteinspartikel aus oder überwiegend aus taubem Gestein umfassen und weiterhin Wertmineralpartikel aus oder überwie- gend aus mit Werterz angereichertem Gestein umfassen,

- mindestens eine Sortiereinrichtung,

- mindestens einen Übergabebereich zur Übergabe der Gesteinspartikel an mindestens eine Sortiereinrichtung,

- mindestens eine Vereinzelungseinheit zum Vereinzeln der Ge- Steinspartikel im mindestens einen Übergabebereich und/oder im Bereich der mindestens einen Sortiereinrichtung,

- mindestens eine Messeinheit im Bereich der mindestens einen Sortiereinrichtung zum Erfassen mindestens eines primären und/oder sekundären Gesteinsmerkmals eines jeden Gesteins- Partikels und zum Zuordnen des mindestens einen erfassten Gesteinsmerkmals zu dem jeweiligen Gesteinspartikel,

- mindestens eine Auswerteeinheit zum Klassifizieren eines jeden Gesteinspartikels in Abhängigkeit seiner Gesteinsmerkmale als tauber Gesteinspartikel oder Wertmineralparti- kel, und

- mindestens eine Trenneinheit zum Trennen der tauben Gesteinspartikel von den Wertmineralpartikeln.

Der Begriff „Brecher" steht hier stellvertretend für alle Zerkleinerungseinheiten, die in der Lage sind, Primärerz in Gesteinspartikel mit einer Partikelgröße im Bereich von

> 1 mm bis etwa 300 mm zu zerlegen.

Aufgrund des geringeren zu verarbeitenden Materialstroms, entsprechend den abgetrennten Wertmineralpartikeln, können die der Sortiereinrichtung der Anlage nachfolgenden Anlagenteile, wie beispielsweise Mahl- und Klassierstufen, Flota- tionsstufen usw., entsprechend kleiner dimensioniert werden und die Anlage energieeffizient betrieben werden.

Die nachfolgend aufgeführten, bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung beziehen sich in gleicher Weise auf die erfindungsgemäße Sortiereinrichtung wie auch auf die erfindungsgemäße Anlage .

Die mindestens eine Trenneinheit ist in einer besonders be- vorzugten Ausgestaltung der Erfindung weiterhin eingerichtet, die Wertmineralpartikel in erste Wertmineralpartikel und zweite Wertmineralpartikel zu trennen, wobei die ersten Wertmineralpartikel mit schweren Seltenerd-Elementen angereichert sind und die zweiten Wertmineralpartikel mit leichten Selte- nerd-Elementen angereichert sind.

Als Vereinzelungseinheit ist bevorzugt ein Schurrensortierer vorhanden, welcher die Gesteinspartikel vereinzelt. Alternativ zu einem Schurrensortierer kann als Vereinzelungseinheit auch ein Bandsortierer eingesetzt werden.

Die Messeinheit umfasst in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mindestens zwei Sensoren zur Erfassung unterschiedlicher Gesteinsmerkmale eines Gesteinsparti - kels. Dadurch lassen sich eindeutigere Sortierentscheidungen treffen und genauere, da mehrdimensionale Sortierkriterien gewinnen .

Insbesondere umfasst die mindestens eine Messeinheit mindes- tens zwei Sensoreinheiten zur Analyse unterschiedlicher Gesteinsmerkmale eines Gesteinspartikels . Insbesondere werden dabei sowohl mindestens ein primäres als auch mindestens ein sekundäres Gesteinsmerkmal eines Gesteinspartikels erfasst, um eine Klassifizierung vorzunehmen. Genauso ist es aber mög- lieh, mehrere primäre oder mehrere sekundäre Gesteinsmerkmale zu erfassen. Eine Sensoreinheit umfasst dabei bevorzugt mindestens eine Emitter- und/oder mindestens eine Detektoreinheit . Vorzugsweise umfasst eine Sensoreinheit mindestens eine Analyseeinrichtung aus der Gruppe umfassend optische Analyseeinrichtungen, NIR-Analyseeinrichtungen, Röntgenanalyseeinrich- tungen, Röntgenfluoreszenzanalyseeinrichtungen, Einrichtungen zur Analyse mittels ionisierender Strahlung, radiometrische Analyseeinrichtungen, induktive Analyseeinrichtungen, LIBS- Analyseeinrichtungen, Mikrowellenanalyseeinrichtungen, usw.

Es können dabei ausschließlich aktive Sensoreinheiten, wie NIR- oder Röntgentransmissionssensoreinheiten, oder passive Sensoreinheiten, wie Suszeptibilitäts- oder radiometrische Sensoreneinheiten, eingesetzt werden.

Bei einer aktiven Sensoreinheit wird ein Gesteinspartikel ak- tiv durch die Aussendung von Strahlung angeregt und eine transmittierte oder reflektierte Strahlung durch mindestens eine Detektoreinheit erfasst. Eine passive Sensoreinheit nutzt hingegen ausschließlich die Eigenschaften eines Ge- steinspartikels an sich, ohne im Vorfeld eine Anregung durch elektromagnetische Strahlung vorzunehmen. Auch eine Kombination aktiver und passiver Sensoreinheiten ist möglich.

Besonders bevorzugt sind Kombinationen von Sensoreinheiten innerhalb einer Messeinheit oder in getrennten Messeinheiten, die folgende Analyseeinrichtungen umfassen:

a) Analyseeinrichtung zur optischen Farberkennung in Kombination mit radiometrischer Analyseeinrichtung

b) NIR-Analyseeinrichtung in Kombination mit Analyseeinrichtung zur optischen Farberkennung

c) Analyseeinrichtung zur optischen Farberkennung in Kombination mit radiometrischer Analyseeinrichtung und weiterhin NIR- Analyseeinrichtung

Die Anordnung der mindestens einen Messeinheit kann ober- und/oder unterhalb einer Transporteinrichtung, wie beispielsweise einem Transportband, für die vereinzelten Gesteinspartikel erfolgen. Eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Sortiereinrichtung zum Trennen von Gesteinspartikeln aus Primärerz in taubes Gestein und mindestens ein, mit mindestens einem Wertmineral angereichertes Gestein hat sich bewährt, wobei das mindestens eine Wertmineral zumindest ein Seltenerdmineral in einer Konzentration von größer als 0,1 %, insbesondere größer als 0,5 % umfasst .

Weiterhin hat sich eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Anlage zum Trennen von Primärerz in taubes Gestein und mindestens ein, mit mindestens einem Wertmineral angereichertes Gestein bewährt, wobei das mindestens eine Wertmineral zumindest ein Seltenerdmineral in einer Konzentration von größer als 0,1 %, insbesondere von größer als 0,5 % umfasst.

Die Figuren 2 bis 5 sollen die Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigt:

FIG 2 ein Verfahren zum Trennen von Primärerz,

FIG 3 eine Sortiereinrichtung zum Trennen von Gesteinspartikeln,

FIG 4 eine weitere Sortiereinrichtung zum Trennen von Gesteinspartikeln,

FIG 5 eine Anlage zum Trennen von Primärerz in taubes Ge- stein und ein mit einem Wertmineral angereichertes

Gestein, und

FIG 6 eine weitere Anlage zum Trennen von Primärerz in taubes Gestein und ein mit einem Wertmineral angereichertes Gestein, wobei weiterhin eine Trennung in Wertmineralpartikel-Fraktionen mit unterschiedlichen Gehalten an leichten und schweren Seltenerd- Elementen erfolgt .

FIG 2 zeigt ein Verfahren zum Trennen von Primärerz 1 in taubes Gestein 23a und ein mit einem Wertmineral angereichertes Gestein 23b, wobei das Wertmineral zumindest ein Seltenerdmineral umfasst. Es erfolgt ein Zerkleinern des Primärerzes 1 in Gesteinspartikel 3b mit einer Partikelgröße im Bereich von > 1 mm bis 300 mm, wobei die Gesteinspartikel 3b taube Gesteinspartikel 23a aus oder überwiegend aus taubem Gestein umfassen und weiterhin Wertmineralpartikel 23b aus oder überwiegend aus mit Wertmineral angereichertem Gestein umfassen. Zu grobe Gesteinspartikel 3a werden in einer Klassierstufe 3 aussortiert und in den Brecher 2 rückgeführt. Die Gesteinspartikel 3b entsprechen dabei den Gesteinspartikeln 3b gemäß FIG 1. Jedoch erfolgt nun im Unterschied zu dem in FIG 1 beispielhaft gezeigten Verfahren hier erfindungsgemäß eine Vor- Sortierung 23. Dabei werden die Gesteinspartikel 3b mittels einer Vereinzelungseinheit 24 vereinzelt und mindestens einer Messeinheit 25 zugeführt. Mittels dieser Messeinheit 25 wird mindestens ein primäres und/oder sekundäres Gesteinsmerkmal eines jeden Gesteinspartikels 3b erfasst und das oder die er- fassten Gesteinsmerkmale dem jeweiligen Gesteinspartikel 3b zugeordnet. Nun erfolgt ein Klassifizieren eines jeden Gesteinspartikels 3b in Abhängigkeit seiner Gesteinsmerkmale als tauber Gesteinspartikel 23a oder Wertmineralpartikel 23b und eine Trennung der tauben Gesteinspartikel 23a von den Wertmineralpartikeln 23b mittels einer Trenneinrichtung 26. Die Wertmineralpartikel 23b werden nun in die Mahlstufe 4 eingespeist und durchlaufen weiterhin z.B. den in FIG 1 ab der Mahlstufe dargestellten Prozess. Die tauben Gesteinspartikel 23a werden zur Deponie 20 befördert und belasten die weitere Aufbereitung nicht mehr unnötig. Als Vorteile ergeben sich eine Energieeinsparung für die ab der Mahlstufe ablaufenden Verfahrensschritte und ein verringerter Bedarf an Wasser und Chemikalien. FIG 3 zeigt eine Sortiereinrichtung 30 in Form eines Bandsortierers zum Trennen von Gesteinspartikeln 3b aus Primärerz in taubes Gestein und ein mit mindestens einem Wertmineral angereichertes Gestein, wobei das mindestens eine Wertmineral zumindest ein Seltenerdmineral umfasst, und wobei die Gesteins- partikel 3b taube Gesteinspartikel 23a aus oder überwiegend aus taubem Gestein umfassen und weiterhin Wertmineralpartikel 23b aus oder überwiegend aus mit Wertmineral angereichertem Gestein umfassen. Die Sortiereinrichtung 30 umfasst hier eine _{± Q}

Vereinzelungseinheit 24 zum Vereinzeln der Gesteinspartikel 3b in Form einer Schurre in Kombination mit einem Transportband 29. Ein Unterschied in den Transportgeschwindigkeiten der Gesteinspartikel 3b im Bereich der Schurre und des Trans- portbandes 29 führt zu einer Vereinzelung der Gesteinspartikel 3b. Die Gesteinspartikel 3b gelangen aus der Schurre nacheinander auf das Transportband 29 und werden nacheinander einer Messeinheit 25 zugeführt. Diese dient zur Analyse mindestens eines primären und/oder sekundären Gesteinsmerkmals eines jeden Gesteinspartikels 3b und zum Zuordnen mindestens eines Gesteinsmerkmals zu dem jeweiligen Gesteinspartikel 3b. Die sensorgestützte Sortierung beruht auf dem Prinzip der Einzelkornerkennung .

Die Messeinheit 25 weist hier beispielsweise zwei unterschiedliche Sensoreinheiten 25a, 25a" auf, wie beispielsweise eine erste Sensoreinrichtung 25a in Form einer NIR-Analyse- einrichtung und eine zweite Analyseeinrichtung in Form einer Röntgenanalyseeinrichtung . Das oder die ermittelten Gesteinsmerkmale des einzelnen Gesteinspartikels 3b werden als Messsignal (e) 25" an eine Auswerteeinheit 27 zum Klassifizieren eines jeden Gesteinspartikels 3b übermittelt. In Abhängigkeit seiner Gesteinsmerkmale wird jeder einzelne Gesteinspartikel 3b als tauber Gesteinspartikel 23a oder Wertmineralpartikel 23b klassifiziert. Die Auswerteeinheit 27 gibt auf Basis dieser Sortierentscheidung ein Steuersignal 28 an eine Trennvorrichtung 26 aus, die eine mechanische Sortierung in taube Gesteinspartikel 23a und Wertmineralpartikel 23b vornimmt. FIG 4 zeigt eine weitere Sortiereinrichtung 30" in Form eines Schurrensortierers zum Trennen von Gesteinspartikeln 3b aus Primärerz in taubes Gestein und ein mit mindestens einem Wertmineral angereichertes Gestein, wobei das mindestens eine Wertmineral zumindest ein Seltenerdmineral umfasst, und wobei die Gesteinspartikel 3b taube Gesteinspartikel 23a aus oder überwiegend aus taubem Gestein umfassen und weiterhin Wertmineralpartikel 23b aus oder überwiegend aus mit Wertmineral angereichertem Gestein umfassen. Die weitere Sortiereinrich- tung 30" umfasst hier eine Vereinzelungseinheit 24 zum Vereinzeln der Gesteinspartikel 3b in Form einer Schurre. Die Gesteinspartikel gelangen aus der Schurre nacheinander auf eine Rutsche 31 und werden nach unten abrutschend nacheinan- der einer Messeinheit 25 zugeführt. Diese umfasst hier eine Sensoreinheit 25a mit einer Emittereinheit E und einer Detektoreinheit D und dient zur Analyse mindestens eines primären und/oder sekundären Gesteinsmerkmals eines jeden Gesteinspar- tikels 3b und zum Zuordnen mindestens eines Gesteinsmerkmals zu dem jeweiligen Gesteinspartikel 3b. Die sensorgestützte Sortierung beruht auf dem Prinzip der Einzelkornerkennung.

Das oder die ermittelten Gesteinsmerkmale des einzelnen Ge- steinspartikels 3b werden als Messsignal (e) 25" an eine Aus- werteeinheit 27 zum Klassifizieren eines jeden Gesteinsparti - kels 3b übermittelt. In Abhängigkeit seiner Gesteinsmerkmale wird jeder einzelne Gesteinspartikel 3b als tauber Gesteinspartikel 23a oder Wertmineralpartikel 23b klassifiziert. Die Auswerteeinheit 27 gibt auf Basis dieser Sortierentscheidung ein Steuersignal 28 an eine Trennvorrichtung 26 aus, die eine mechanische Sortierung, hier mittels eines stoßartig ausströmenden Gases, in taube Gesteinspartikel 23a und Wertmineralpartikel 23b vornimmt. FIG 5 zeigt eine Anlage 100 zum Trennen von Primärerz 1 in taubes Gestein und mindestens ein, mit mindestens einem Wertmineral angereichertes Gestein, wobei das mindestens eine Wertmineral zumindest ein Seltenerdmineral umfasst. Die Anlage 100 umfasst in einem Eingangsbereich I einen Brecher 2 zum Zerkleinern des stückigen Primärerzes 1 in Gesteinspartikel 3b mit geringerer Maximalkorngröße, wobei die Gesteinspartikel 3b taube Gesteinspartikel 23a aus oder überwiegend aus taubem Gestein umfassen und weiterhin Wertmineralpartikel 23b aus oder überwiegend aus mit Wertmineral angereichertem Ge- stein umfassen. Die Anlage 100 umfasst weiterhin einen Übergabebereich II zur Übergabe der Gesteinspartikel 3b an eine Sortiereinrichtung, die sich im Bereich III befindet. Bevorzugt ist vor der Sortiereinrichtung eine Klassiereinrichtung vorhanden, um nur Gesteinspartikel eines bestimmten Korngrößenbereichs an die Sortiereinrichtung zu übergeben. Im Übergabebereich II befindet sich eine Vereinzelungseinheit 24 zum Vereinzeln der Gesteinspartikel 3b. Die Vereinzelungseinheit 24 ist damit hier im Gegensatz zu den in FIGen 3 und 4 gezeigten Sortiereinrichtungen nicht Gegenstand der Sortiereinrichtung .

Im Bereich III der Sortiereinrichtung befindet sich eine Messeinheit 25 zum Erfassen eines primären Gesteinsmerkmals mit einer Sensoreinheit 25a und eines sekundären Gesteinsmerkmals mit einer weiteren aktiven Sensoreinheit 25a" . Die weitere Sensoreinheit 25a" weist eine Emittereinheit E, die oberhalb des Transportbandes 29 angeordnet ist, und eine Detektoreinheit D, die unterhalb des Transportbandes 29 angeordnet ist, auf. Das von der Sensoreinheit 25a erzeugte Analysesignal 25"" wie auch das von der weiteren Sensoreinheit 25a" erzeugte Analysesignal 25" werden an eine Auswerteeinheit 27 übermittelt. Die beiden Analysesignale 25", 25"" werden dem Gesteinspartikel 3b zugeordnet und dieser mittels der Auswerteeinheit 27 in Abhängigkeit der ermittelten Gesteinsmerkmale als tauber Gesteinspartikel 23a oder Wertmineralpar- tikel 23b klassifiziert. Die Auswerteeinheit 27 gibt auf Basis dieser Sortierentscheidung ein Steuersignal 28 an die weiterhin vorhandene Trennvorrichtung 26 aus, die eine mechanische Sortierung in taube Gesteinspartikel 23a und Wertmineralpartikel 23b vornimmt.

Eine erfindungsgemäße Anlage kann weitere Anlagenteile aufweisen, wie beispielsweise eine zwischen den Brecher 2 und die Schurre geschaltete Klassierstufe zum Abtrennen von zu groben Gesteinspartikeln nach dem Brecher 2 und zur Rückfüh- rung dieser in den Brecher 2, wie in FIG 1 oder FIG 2 unter Ziffer 3 und 3a gezeigt. Weiterhin kann die Anlage Anlagenteile aufweisen, die sich an den Bereich III anschließen, beispielsweise eine Mahlstufe für die Wertmineralpartikel 23b, eine Vorflotation, eine Reinigungsflotationsstufe usw., wie in FIG 1 ab der Mahlstufe 4 dargestellt.

Eine erfindungsgemäße Anlage kann weiterhin einem Brecher nachgeschaltet mehrere Vereinzelungseinheiten aufweisen, wobei sich an eine Vereinzelungseinheit jeweils eine oder mehrere parallel arbeitende Sortiereinrichtungen anschließen können. Dadurch wird der Zeitbedarf für den Einzelkorn- Sortiervorgang signifikant verkürzt. Der aus den parallel ar- beitenden Sortiereinrichtungen stammende Strom an Wertmineralpartikeln kann zusammengeführt und beispielsweise gemäß dem Ablauf nach FIG 1, ab der Mahlstufe 4, behandelt werden.

FIG 6 zeigt eine weitere Anlage 100" zum Trennen von Primär- erz in taubes Gestein 23a und ein mit einem Wertmineral angereichertes Gestein 23b, wobei weiterhin eine Trennung in zwei Wertmineralpartikel-Fraktionen, nämlich einmal umfassend erste Wertmineralpartikel 23b", angereichert mit leichten

Seltenerd-Elementen, und andererseits umfassend zweite Wert- mineralpartikel 23b"", angereichert mit schweren Seltenerd- Elementen. Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 5 kennzeichnen gleiche Elemente. Das von der Sensoreinheit 25a erzeugte Analysesignal 25"" wie auch das von der weiteren Sensoreinheit 25a" erzeugte Analysesignal 25" werden auch hier an eine Aus- werteeinheit 27 übermittelt. Die beiden Analysesignale 25", 25"" werden dem Gesteinspartikel 3b zugeordnet und dieser mittels der Auswerteeinheit 27 in Abhängigkeit der ermittelten Gesteinsmerkmale als tauber Gesteinspartikel 23a, erster Wertmineralpartikel 23b" oder zweiter Wertmineralpartikel 23b"" klassifiziert. Die Auswerteeinheit 27 gibt auf Basis dieser Sortierentscheidung ein Steuersignal 28 an die weiterhin vorhandene Trennvorrichtung 26 aus, die eine mechanische Sortierung in taube Gesteinspartikel 23a, erste Wertmineralpartikel 23b" und zweite Wertmineralpartikel 23b"" vornimmt.

Die ersten Wertmineralpartikel 23b" und die zweiten Wertmineralpartikel 23b"" können nun getrennt voneinander und gezielt einem auf die jeweils hauptsächlich enthaltenen, unterschied- liehen Minerale zugeschnittenen Auf ereitungsprozess zugeführt werden.

Alternativ zu der in FIG 6 beispielhaft dargestellten Anlage 100" kann ausgehend von der Anlage 100 gemäß FIG 5 natürlich auch zuerst eine Abtrennung der Wertmineralpartikel 23b wie dargestellt erfolgen und diese in einer weiteren, nachfolgenden Sortiereinrichtung wieder vereinzelt, analysiert und in erste Wertmineralpartikel und zweite Wertmineralpartikel ge- trennt werden. Der apparative und zeitliche Aufwand ist hier aber entsprechend erhöht, so dass die unmittelbare Trennung in taube Gesteinspartikel 23a, erste Wertmineralpartikel 23b" und zweite Wertmineralpartikel 23b"" gemäß FIG 6 die bevorzugte Lösung darstellt.