Charakterisierung partikelhaltiger Öl/Wasser-Emulsionen - Phasenzusammensetzung und Stabilitätsbetrachtung

Seit Jahrzehnten steigt die Nachfrage nach Rohstoffen und die Anforderung aus diesen einen Wertstoff möglichst rein anzureichern. Durch die zunehmende Rohstoffknappheit werden längst sekundäre Rohstoffquellen genutzt, aber auch primäre Quellen, in welchen der Wertstoff nur zu geringen Anteilen und in sehr hohen Verwachsungsgraden vorkommt. Für den Aufbereitungsprozess ist es von Nöten den Rohstoff so weit aufzuschließen, dass der Wertstoff getrennt von dem Bergematerial vorliegt. Bei einem stark verwachsenen Material entsteht dadurch ein hoher Anteil an Feingut, welches in nachgeschalteten Sortierprozessen Probleme bereitet.
Etabliert zur Feinstgutaufbereitung sind die Verfahren der Heterokoagulationstrennung, in denen Berge- und Wertstoffmaterial auf Grund verschiedener physikalischer Eigenschaften sortiert werden [1], [2], [3].
Die Schaumflotation ist der am häufigsten angewandte Prozess, wobei Partikel mit einem Durchmesser zwischen 5 und 5000 mm flotiert werden können [4]. Am effizientesten werden Partikel im Größenbereich zwischen 10 mm und 100 mm [5], [6], [7] erfasst. Damit kann in diesem Größenbereich eine hohe Produktqualität erzielt werden.
Partikel, die kleiner als 10 mm sind, bereiten im Flotationsprozess Probleme und wurden darum meist vor der Flotation abgetrennt. Der darin enthaltene Wertstoff kann somit nicht gewonnen werden.
Um auch die im Feinstanteil vorkommenden Rohstoffe nutzbar zu machen, wurde für einige Anwendungen der Schaumflotationsprozess modifiziert.
Beispielsweise wurde die Flüssig-Flüssig-Flotation entwickelt, bei der die feinen Feststoffpartikel anstatt mit Luftblasen, mit einer zweiten fluiden, mit Wasser nicht mischbare Phase koagulieren. Dies kann den Trennerfolg im Aufbereitungsprozess verbessern.
Noch setzten sich diese Prozesse in der großtechnischen Aufbereitung nicht durch, unter anderem da sie kostenintensiv sind und der Einsatz von Öl umweltproblematisch ist. Des Weiteren entsteht im Verlauf der Flüssig-Flüssig-Flotation eine Emulsion, die durch die feinen Partikel stabilisiert wird. Ein Sortierprozess ist erfolgreich, wenn es gelingt die Feststoffpartikel selektiv auszutragen und die entstehende Emulsion zu brechen. Erst dann liegen die Wertstoffpartikel getrennt von den fluiden Phasen und dem Bergematerial vor.
Um weiterhin den Rohstoffbedarf decken zu können, sollten sich Bemühungen darauf richten, diese Verfahren zu optimieren, um sie in der Aufbereitung hoch aufgeschlossener Rohstoffe einsetzen zu können.
Diese Arbeit handelt von partikelstabilisierten Emulsionen, die in einem Flüssig-Flüssig-Flotationsprozess entstehen. Mineralisches Magnetit und Quarz mit einer Partikelgröße dP,80 < 10 mm [8] werden eingesetzt und lagern sich im Versuchsverlauf an Öltropfen, die in Wasser dispergiert sind und stabilisieren diese. Die so entstehenden Emulsionen werden von der wässrigen Phase getrennt und Untersuchungen zu Phasenzusammensetzung sowie Stabilität der Emulsionen durchgeführt.
Dies soll dazu beitragen, Erkenntnisse zu deren Handhabung und Destabilisierung zu erhalten und somit auf lange Sicht die Anwendbarkeit der ölbasierten Flotationsprozesse zu ermöglichen [2], [3], [6], [8], [9].