Zerkleinerung

Zerkleinerung ist die fortschreitende Verringerung von Feststoffen in immer kleinere Partikel. Im Bergbau und in der Mineralaufbereitung ist dies der wesentliche Schritt nach der Rohstoffgewinnung und vor der Konzentration oder chemischen Behandlung. Das Verfahren reduziert Brocken von gebrochenem Erz aus dem Abbaubereich, die 300 mm oder größer sein können, auf die für nachgelagerte Prozesse erforderliche Korngröße, typischerweise 10 bis 200 Mikrometer je nach Mineral und Gewinnungsverfahren.

Zerkleinerungsmaschinen fallen je nach Korngröße in zwei breite Kategorien. Primär- und Sekundärzerkleinerung nutzen Backenbrecher, Kegelbrecher oder Kreiselbrecher, um Erz von 300 mm auf 10 bis 50 mm zu brechen. Feines Mahlen nutzt Stabmühlen, Kugelmühlen oder Rührwerksmühlen, um Material unter 100 Mikrometer zu reduzieren. Die meisten Anlagen schalten mehrere Stufen hintereinander, denn eine einstufige Zerkleinerung ist ineffizient und erzeugt übermäßig viel Feingut, unerwünschte Partikel, die zu klein sind, um wirtschaftlich verarbeitet zu werden.

Energieintensität und praktische Grenzen

Zerkleinerung verursacht 50 bis 60 Prozent des Gesamtenergiebedarfs in einem typischen Hartgesteinsbergbau. Dieser hohe Energiebedarf spiegelt die Physik des Prozesses wider: Das Brechen von Bindungen zwischen Atomen im Gestein erfordert Arbeit, die mit der neu erzeugten Oberfläche skaliert. Bonds Zerkleinerungsgesetz, entwickelt in den 1950er Jahren, bietet ein praktisches Maß für diese Arbeit in Form des Energieinputs pro Masseneinheit und der Korngrößen vor und nach dem Mahlen. Verschiedene Erztypen benötigen deutlich unterschiedliche Energiemengen; ein Quarziterz kann drei bis fünf Mal mehr Energie benötigen als ein weicheres Karbonatenerz.

Betreiber haben ständig mit Kompromissen zwischen Durchsatz, Produktgröße und Verschleiß zu kämpfen. Mahlmühlen verschleißen schnell; Kugelmühlenauskleidungen können bei kontinuierlichem Betrieb auf abrasiven Erzen nur wenige Wochen halten. Übermäßig feines Mahlen erzeugt Schlamm, der Trennkreisläufe verstopft und den Wasserbedarf erhöht. Zu grobes Mahlen hinterlässt wertvolle Minerale in größeren Partikeln, wo sie nicht vom Bergematerial getrennt werden können, was zu verlorener Ausbeute und niedrigerem Konzentratheragrad führt.

Der Begriff Zerkleinerung leitet sich vom lateinischen comminuere ab, was so viel wie klein machen oder in Stücke brechen bedeutet. Im alltäglichen Englisch erscheint diese Wurzel im Wort "diminish". Der Begriff ist heute Standard in Bergbau, Gesteinskörnung, Zement und Pharmaindustrie überall dort, wo Materialreduktion zu feinen Partikeln ein primärer Prozessschritt ist.