Versatzbergbau: High Yield Extraction (HYE)-Technologie von K-UTEC
Die High Yield Extraction (HYE)-Technologie ist eine neue Entwicklung zur Verbesserung der Ressourceneffizienz durch die Rückführung von Aufbereitungsrückstände als Versatz in abgebauten Hohlräumen bei gleichzeitiger Verringerung der Umweltbelastung.
Die Mineralien- und Metallgewinnungsindustrie ist seit Jahrtausenden, seitdem die Menschheit begonnen hat, Feuerstein zur Werkzeugherstellung abzubauen, von großer globaler Bedeutung. Gleichzeitig nahmen auch die Umweltauswirkungen der Bergbauaktivitäten zu. Hervorzuheben ist die an Bedeutung zunehmende Herausforderung, wo und wie Halden aus dem Bergbau und der Verarbeitung zu entsorgen bzw. umweltfreundlich zu bewirtschaften sind, denn heute existieren weltweit mehrere tausend Haldenanlagen. Die Auswirkungen des Bergbaus und der damit verbundenen Entsorgung von Abraum an der Bodenoberfläche oder im Meer sind vielfältig. Um nur einige zu nennen: Kontamination von Boden und Grundwasser durch Ableitung von Leckagen, Oberflächenabsenkung (z.B. Senklochbildung) und extensive Landnutzung.
Wenngleich die Bergbauindustrie Arbeitsplätze schafft, das Wirtschaftswachstum fördert und die Gesellschaft bei der technologischen Entwicklung unterstützt, fordert die Öffentlichkeit mehr Gehör für ihr Anliegen diverser Themen neuer und bestehender mineralgewinnender Betriebe betreffend, sowie für eine bessere Umverteilung des Gewinns. Die Politik beugte sich dem Druck der Bevölkerung und erhöhte den regulatorischen Druck auf die Bergbaubetriebe. Um diesem Trend zu begegnen, steht die Bergbauindustrie vor großen Nachhaltigkeitsherausforderungen, zu denen die Umweltauswirkungen, d.h. die Abfallwirtschaft von Bergbau- und Verarbeitungsabfällen gehören. Ein Beispiel für den regulatorischen Druck auf die Bergbauindustrie in Bezug auf die Abfallwirtschaft ist die europäische Richtlinie über die Bewirtschaftung von Abfällen aus der mineralgewinnenden Industrie. In dieser Richtlinie werden die europäischen Mitgliedstaaten zur Handlung aufgefordert, eine Entsorgung mineralischer Abfälle ohne Gefährdung der menschlichen Gesundheit und der Umwelt sicherzustellen, z.B. durch einen Abfallwirtschaftsplan. Die Ziele eines solchen Plans zeigen auf, welche Rolle den Versatz bei der Verwertung von Abfällen aus der Gewinnung von Mineralien und Metallen unter Berücksichtigung des Grundsatzes der nachhaltigen Entwicklung spielen sollte:
“Die Betreiber sollten erwägen, mineralische Abfälle nach der Gewinnung des Minerals wieder in den gewonnenen Schacht zurückzuführen, soweit dies technisch und wirtschaftlich machbar und umweltfreundlich ist” (Europäisches Parlament und Rat 2006).
Die K-UTEC AG Salt Technologies (K-UTEC), deren Wurzeln fest in der globalen Kali- und Lithiumindustrie verankert sind, vertritt die Vision, dass ein “emissionsfreier” Abbau nicht nur prinzipiell möglich ist, sondern auch eine erträgliche und rentable Führung von Bergbaubetrieben ermöglicht. K-UTEC hat innovative Prozessrouten für Kalium und Lithium geschaffen, um die enormen Abfallmengen, die bei der Gewinnung und Aufbereitung dieser Mineralien anfallen, zu bewältigen. Dies geschieht, indem K-UTEC sowohl die verkaufsfähige Produktpalette erweitert, als auch Abfallstoffe im Versatz von Hohlräumen verwendet. Die verbleibende Frage ist, ob der “emissionsfreie” Abbau, d.h. die Erweiterung der Produktpalette und die Verfüllung von Reststoffen aus der Verarbeitung, wirtschaftlich vertretbar ist. Obwohl diese Frage praktisch nur projektspezifisch beantwortet werden kann, sollte die Prämisse einer signifikanten Steigerung der Ressourceneffizienz durch sekundäre Pfeilergewinnung oder den Einsatz von High Yield Mining Methoden wie dem Strebausbau theoretisch zu einer positiven Antwort beitragen.
Die Rückführung von Rückständen aus der Gewinnung und Verarbeitung in abgebauten Hohlräumen wurde bei einer Reihe von historischen und aktuellen Bergbaubetrieben angewendet. Diese Praxis ist jedoch nicht alltäglich, da die meisten bei den Extraktionsmaßnahmen anfallenden Abfälle an der Bodenoberfläche in Bergeteichen und/oder Deponien entsorgt werden. Die Gründe dafür sind vielfältig, liegen aber hauptsächlich darin, dass die konventionelle Haldenentsorgung, d.h. in Teichen, die kostengünstigste Entsorgungsart ist. Es stellt sich die Frage, welche Kosten in einer wirtschaftlichen Bewertung des Deponiekonzeptes enthalten sind, die diese Aussage untermauert. Die langfristigen Kosten, die der Gesellschaft durch Umweltschäden und -ereignisse entstehen, werden bei wirtschaftlichen Bewertungen in der Entwurfs- und Betriebsphase oft aus offensichtlichen Gründen vernachlässigt oder weggelassen.
Um eine nachhaltige Fortführung der rohstoffgewinnende Industrie zu gewährleisten, die auch die Anliegen der Öffentlichkeit ernst nimmt, sollten ihre typischen Herausforderungen, wie beispielsweise die Gefahr der Absenkung an der Oberfläche und die Verschmutzung von Boden, Oberflächen- und Grundwasser, in einer neuen Vision der umweltfreundlichen und gleichzeitig wirtschaftlichen Gewinnung und Verarbeitung von Rohstoffen näher betrachtet werden. Weitere zentrale Fragen sind der parallele Abbau und der Versatz unter Verwendung einer abbindenden (d.h. aushärtenden) Suspension auf der Basis von Abfallstoffen und Bindemitteln, die zu einer hohen Ressourceneffizienz bei gleichzeitiger Minimierung der Umweltbelastung führen.
In den letzten Jahren hat K-UTEC, sich am Markt orientierend, hauptsächlich Verarbeitungstechnologien für (minderwertigere) polymineralische Kaliumerze entwickelt. Darüber hinaus konnte das Unternehmen in den letzten zwei Jahrzehnten durch seine bedeutende Rolle in der mitteleuropäischen Abfallwirtschaft umfangreiche Erfahrungen im Bereich der komplexen, chemischen Systeme von Versatzmischungen sammeln. Der Kalibergbau in Mitteldeutschland erstreckt sich über einen Zeitraum von mehr als 150 Jahren. Die daraus resultierende Absenkung der Tagesoberfläche hat die Stabilisierung mehrerer Kaliumbergwerke erforderlich gemacht. Diese wurde durch den Versatz der Abbauholräume mit Versatzmischungen auf Basis von Sekundärrohstoffen aus Müllverbrennungsanlagen, wie zum Beispiel Flugasche und Rauchgasreinigungssalzen, erreicht. Beide Technologien, d.h. die Verarbeitung von (minderwertigen) polymineralischen Erzen und von komplexen, chemischen Versatzsystemen, wurden entwickelt und bis zur Technological Readiness Level (TRL) 9 umgesetzt, mit anderen Worten, diese Technologien werden im industriellen Maßstab eingesetzt.
Die Kombination dieser beiden Erfahrungen hat zur Entwicklung der vorgeschlagenen HYE-Technologie geführt. Diese Entwicklung wurde durch die Durchführung mehrerer grundlegender und angewandter Forschungsprojekte verstärkt, in denen Technologien zur Kaliumgewinnung und -verarbeitung unter Minimierung der Umweltbelastung entwickelt wurden. Schlüsselelement der HYE-Technologie ist die Herstellung einer Versatzmischung auf Basis von Verarbeitungsabfällen und speziellen Bindemitteln. Da ein großer Teil der Verarbeitungsabfälle aus Kaliumerzen, Flüssigkeiten oder Schlämmen besteht, ist die Herstellung von Versatzsuspensionen aus flüssigen Abfällen, festen Abfällen und Bindemitteln der sinnvollste Prozess. Der zusätzliche Vorteil dieser Versatzschlämme ist die Möglichkeit des hydraulischen Transports und der Platzierung mit Pumpen und Rohrleitungen.
Der Einsatz von speziellen Bindemitteln ermöglicht die volle Kontrolle über die Abbindeeigenschaften der Versatzschlämme sowohl in der Abbindezeit als auch in der Endversatzfestigkeit. Für den Einsatz in der HYE-Technologie stehen mehrere mineralische Bindemittel zur Verfügung, die überwiegend aus der mineralgewinnenden Industrie bezogen werden können. Weitere Forschungen zu Bindemitteln aus Sekundärrohstoffen werden bereits durchgeführt, um die Kosten für die Versatzproduktion weiterhin zu senken. Neben dem Bindemittelanteil können die flüssigen Prozessabfälle in einem Versatzgemisch vorverarbeitet werden, z.B. durch Verdampfung und anschließende Teilkristallisation von Salzen im flüssigen Abfall, um extrem feste Versatzmaterialien für den Einsatz in sehr tiefen Bergwerken zu erhalten. K-UTEC ist in der Lage, Versatzmischungen aus kaliumverarbeitenden Abfällen mit einer einachsigen Druckfestigkeit herzustellen, die mit der Anwendung in (tiefen) Untertagebergwerken kompatibel ist, um so die Hängewand ausreichend zu stützen.
Resümee: K-UTEC entwickelt Versatztechnologien, z.B. Bindemittelsysteme und die dazugehörige Infrastruktur, um die zuvor erläuterte Unternehmensvision im Bereich der Kaliumgewinnung und -verarbeitung verwirklichen zu können. Die sich noch in der Entwicklung befindende Technologie ist jedoch auch auf andere Salz-, Mineralien- und Metallgewinnungsbetriebe anwendbar. Durch den Einsatz spezieller chemischer Bindungssysteme sind die Immobilisierung toxischer Komponenten und die Entwicklung von Versatzmischungen mit ausreichender Festigkeit für die Stabilisierung bergbaulicher Hohlräume. K-UTEC möchte akademische und industrielle Partner für eine Zusammenarbeit zur Erfüllung dieser Vision gewinnen. Das ultimative Ziel im Rahmen der Technologieentwicklung ist es, einen neuen Standard in der nachhaltigen Erzgewinnung und -verarbeitung zu setzen, indem der Stand der Technik auf ein neues Niveau gehoben wird.
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