NEWTEK PSA-Sauerstoffanlage für Bergbauprozesse: Zuverlässige Sauerstofflösungen für CIL- und CIP-Prozesse

Sauerstoff ist ein Prozessreagens bei der Goldcyanidierung und kein allgemeines Nutzgas. In Carbon-in-Leach (CIL)- und Carbon-in-Pulp (CIP)-Anlagen beeinflusst gelöster Sauerstoff direkt die Goldauflösungskinetik, die Cyanidnutzung, die Schlammoxidationsbedingungen und die Gesamtrückgewinnungsleistung.

Mit zunehmendem Erzdurchsatz steigt auch der Sauerstoffbedarf im Laugungskreislauf. Viele Bergbaubetriebe in abgelegenen Regionen sind traditionell auf die Lieferung von flüssigem Sauerstoff oder den Transport von Flaschen angewiesen, um die Sauerstoffversorgung aufrechtzuerhalten. Allerdings können Transportentfernung, Straßenanbindung, Wetterbedingungen und Bestandsverwaltung die Betriebskosten erhöhen und Versorgungsrisiken mit sich bringen.

Um die Abhängigkeit von externer Sauerstofflogistik zu verringern, setzen Bergbaubetreiber zunehmend PSA-Sauerstofferzeugungssysteme vor Ort ein. Eine PSA-Sauerstoffanlage von NEWTEK wandelt am Minenstandort Druckluft in Sauerstoff um und versorgt den Laugungsprozess kontinuierlich mit Sauerstoff, ohne auf routinemäßige Sauerstofflieferungen angewiesen zu sein.

In diesem Artikel wird erläutert, wie die PSA-Sauerstofftechnologie den CIL- und CIP-Betrieb unterstützt, wie sich das System in Bergbauprozesse integrieren lässt und warum Container-Sauerstoffanlagen zu einer praktischen Lösung für abgelegene Bergbauprojekte werden.

Warum Sauerstoff bei der CIL- und CIP-Goldgewinnung erforderlich ist

Sauerstoff unterstützt Goldauflösungsreaktionen

Die Goldcyanidierung erfordert sowohl Natriumcyanid als auch gelösten Sauerstoff. Die Auslaugungsreaktion kann durch die Elsner-Gleichung dargestellt werden:

Diese Reaktion zeigt, dass Sauerstoff direkt an der Auflösung von metallischem Gold beteiligt ist. Wenn der Gehalt an gelöstem Sauerstoff sinkt, kann sich die Reaktionsgeschwindigkeit verlangsamen, selbst wenn die Cyanidkonzentration unverändert bleibt. Aus diesem Grund überwachen Goldverarbeitungsbetriebe routinemäßig Folgendes:
· Konzentration von gelöstem Sauerstoff
· Cyanidkonzentration
· pH-Wert der Aufschlämmung
· Aufbewahrungszeit
· Schlammdichte
um stabile Auslaugungsbedingungen aufrechtzuerhalten.

Die Lufteinblasung ist oft unzureichend

Viele Laugungskreisläufe basieren zunächst auf der Injektion von Druckluft. Allerdings enthält atmosphärische Luft nur: 21 % Sauerstoff und 78 % Stickstoff. Mit zunehmender Schlammdichte und steigendem Erzdurchsatz wird die Sauerstoffübertragung aus der Luft weniger effektiv.

Typische Herausforderungen sind:
· Langsame Sauerstoffauflösung
· Begrenzte Effizienz der Sauerstoffübertragung
· Erhöhte Anforderungen an die Aufbewahrungszeit
· Reduzierte Sauerstoffkonzentration in nachgeschalteten Tanks
Durch die Injektion von PSA-erzeugtem Sauerstoff können Bediener den Gehalt an gelöstem Sauerstoff erhöhen, ohne das Gasvolumen wesentlich zu erhöhen.

Der Sauerstoffbedarf steigt mit dem Durchsatz

Mit zunehmender Mahlkapazität steigt der Sauerstoffverbrauch. Beispielsweise benötigt eine Goldanlage, die 1.500 TPD Erz verarbeitet, möglicherweise wesentlich weniger Sauerstoff als eine Anlage, die 5.000 TPD Erz verarbeitet. Der Sauerstoffbedarf wird beeinflusst durch: Erzmineralogie, Sulfidgehalt, Verweilzeit der Laugung und Ziele für gelösten Sauerstoff. Da der Sauerstoffverbrauch prozessabhängig ist, sollte die Sauerstofferzeugungskapazität immer anhand metallurgischer Konstruktionsdaten ermittelt und nicht allein anhand der Anlagengröße geschätzt werden.

So funktioniert eine NEWTEK PSA-Sauerstoffanlage

Luftkompressionsabschnitt

Der Prozess beginnt mit einem Luftkompressor. Der Kompressor erhöht den atmosphärischen Luftdruck auf ca. 7–10 bar. Anschließend gelangt Druckluft in den Behandlungsbereich. Das Kompressorpaket umfasst im Allgemeinen: Luftendbaugruppe, Kühlsystem, Schmiersystem und Luftbehälter. Die Druckluft dient als Rohstoff für die Sauerstoffproduktion.

Abschnitt zur Luftreinigung

Vor dem Eintritt in die Adsorptionsbehälter durchläuft die Druckluft: Wasserabscheider, Kältetrockner, Koaleszenzfilter und Aktivkohlefilter. Diese Komponenten entfernen: Feuchtigkeit, Ölaerosole und Staubpartikel. Die Luftqualität wirkt sich direkt auf die Leistung und Lebensdauer von Molekularsieben aus.

Dualer-Turm-PSA-Sauerstoffgenerator und kontinuierliche Produktion

Der Kern des Systems besteht aus: Adsorptionsturm A, Adsorptionsturm B, pneumatischen Ventilbaugruppen und Zeolith-Molekularsieb. Die Adsorptionsbehälter werden typischerweise aus Druckbehältern aus Kohlenstoffstahl hergestellt, die gemäß den geltenden Druckgerätenormen konstruiert sind. Im Inneren der Türme adsorbiert ein Molekularsieb selektiv Stickstoff und lässt gleichzeitig Sauerstoff durch.

Das Doppelturmdesign wechselt zwischen Adsorption und Regeneration. Während ein Turm Sauerstoff produziert, gibt der zweite Turm adsorbierten Stickstoff ab und bereitet sich auf den nächsten Zyklus vor. Die SPS-Steuerung schaltet die Ventilpositionen automatisch basierend auf programmierten Zeitsequenzen um. Die typische Sauerstoffreinheit liegt je nach Produktionsflussanforderungen zwischen 90 % und 95 %.

Integration mit CIL- und CIP-Verarbeitungsschaltungen

• Sauerstoffinjektion vor der Auslaugung:Viele Bergbaubetriebe injizieren Sauerstoff vor den Laugungstanks. Sauerstoff kann durch statische Mischer, Venturi-Injektoren, Sauerstoffkegel oder Diffusorbaugruppen in die Aufschlämmung gelangen. Das Ziel besteht darin, die Konzentration des gelösten Sauerstoffs zu erhöhen, bevor die Auflösung des Cyanids beginnt.
• Sauerstoffversorgung von CIL-Tanks:In CIL-Kreisläufen erfolgen Aktivkohle und Auslaugung gleichzeitig. Ein typischer CIL-Zug kann Folgendes enthalten: 6–10 Laugungstanks, Rührwerke, Kohlenstoffübertragungssiebe und Schlammpumpen. Die PSA-Sauerstoffanlage liefert kontinuierlich Sauerstoff über das Anlagenverteilungsnetz. Der erzeugte Sauerstoff unterstützt die Oxidationsbedingungen während der gesamten Tanksequenz.
• Sauerstoffversorgung für CIP-Betriebe:In CIP-Anlagen erfolgen Auswaschung und Kohlenstoffadsorption getrennt voneinander. Sauerstoff kann eingeführt werden in: Auslaugungsreaktoren, Konditionierungstanks oder Schlammtransferleitungen. Das PSA-System fungiert als zentrale Sauerstoffquelle, die mehrere Prozessstandorte versorgt.

Warum im Bergbau zunehmend Container-Sauerstoffanlagen eingesetzt werden

Vereinfachte Site-Bereitstellung:Entlegene Minen stehen oft vor baulichen Herausforderungen. Für den Bau einer konventionellen Sauerstoffanlage sind unter Umständen folgende Baustahlinstallationen, Geräteunterstände, Elektrogebäude und Lüftungssysteme erforderlich. Eine NEWTEK-Containergaslösung integriert wichtige Geräte vor dem Versand in einen Standard-ISO-Container. Der Container bietet Platz für: Luftkompressor, Lufttrockner, Filtersystem, PSA-Sauerstoffgenerator und SPS-Schaltschrank. Diese Konfiguration reduziert die Installationsaktivitäten vor Ort.

Transportvorteile:Containerisierte Systeme können mit Tiefladern, Schienentransportern oder Frachtschiffen transportiert werden. Dies ist besonders nützlich für Bergminen, Wüstenprojekte, Inselbergbaubetriebe und Entwicklungsstandorte im Frühstadium. Derselbe Container, der für den Transport verwendet wird, wird nach der Installation zum Betriebsgehäuse.

Umweltschutz:In Bergbauumgebungen sind Geräte häufig Staub, Temperaturschwankungen, Regenfällen und korrosiven Atmosphären ausgesetzt. Containerstrukturen tragen dazu bei, kritische Geräte von externen Verunreinigungen zu isolieren. Zu den zusätzlichen Optionen können je nach Standortbedingungen isolierte Wandpaneele, gefilterte Belüftungssysteme, epoxidbeschichtete Stahloberflächen und Edelstahlrohre gehören.

Beispiel für ein Bergbauprojekt

Ein Goldbergbaubetrieb, der etwa 3.000 Tonnen Erz pro Tag verarbeitet, war zur Unterstützung seines CIL-Rückgewinnungskreislaufs auf Sauerstoffinjektion angewiesen. Die Mine befand sich mehr als 350 km vom nächsten Industriegaslieferanten entfernt und war zuvor auf die Lieferung von Flüssigsauerstoff per Straßentankwagen angewiesen.

Die ursprüngliche Sauerstoffinfrastruktur umfasste: kryogenen Lagertank, Umgebungsverdampfer, Sauerstoffverteiler und Prozessinjektionssystem. Der durchschnittliche Sauerstoffbedarf lag zwischen 180 und 220 Nm³/h, abhängig vom Anlagendurchsatz und den Erzeigenschaften. Um die logistische Abhängigkeit zu reduzieren, installierte der Betrieb eine NEWTEK 200 Nm³/h PSA-Sauerstoffanlage in Containern.

Die Systemkonfiguration umfasste: Schraubenluftkompressor, Kühltrockner, mehrstufiges Filterpaket, PSA-Sauerstoffgenerator mit zwei Türmen, Sauerstoffpuffertank und SPS-Steuerungssystem. Die Anlage erzeugte Sauerstoff mit einer Reinheit von etwa 93 % und lieferte Sauerstoff direkt in den bestehenden Laugungskreislauf. Nach der Inbetriebnahme beseitigte das Bergwerk den routinemäßigen Transport von Flüssigsauerstoff und richtete vor Ort eine kontinuierliche Sauerstoffquelle für den täglichen Produktionsbetrieb ein.

PSA-Sauerstoff vs. Flüssigsauerstoffversorgung für den Bergbau

Überlegungen zur Wartung

Luftaufbereitungsausrüstung:Die Routineinspektion sollte den Filteraustausch, die Kondensatableitung und die Überprüfung der Trocknerleistung umfassen. Verunreinigte Luft kann die Lebensdauer von Molekularsieben verkürzen.

Molekularsiebüberwachung:Bediener sollten die Reinheit des Sauerstoffs, die Durchflussrate und die Druckunterschiede überwachen. Leistungsänderungen können auf eine Verschlechterung des Adsorptionsbetts hinweisen.

Ventilinspektion:Der PSA-Prozess ist auf eine kontinuierliche Ventilumschaltung angewiesen. Das Wartungspersonal sollte pneumatische Aktuatoren, Magnetventile und Dichtungsbaugruppen prüfen. Eine Ventilleckage kann die Stabilität der Sauerstoffproduktion beeinträchtigen.

Abschluss

Sauerstoff ist ein wichtiger Prozessinput für CIL- und CIP-Goldgewinnungsvorgänge. Die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Gehalts an gelöstem Sauerstoff trägt zur Unterstützung von Cyanidierungsreaktionen und einer stabilen Auslaugungsleistung bei. Eine PSA-Sauerstoffanlage von NEWTEK erzeugt mithilfe der Druckwechseladsorptionstechnologie Sauerstoff direkt aus atmosphärischer Luft und versorgt Bergbauprozesse kontinuierlich mit Sauerstoff. Durch die Integration von Luftkomprimierung, -reinigung, -adsorption, -speicherung und automatisierten Steuerungen verringert das System die Abhängigkeit von wiederkehrenden Flüssigsauerstoff- oder Flaschenlieferungen.

Für abgelegene Bergbauprojekte kombiniert eine NEWTEK-Containergaslösung Ausrüstung zur Sauerstofferzeugung und Schutzinfrastruktur in einem transportablen Paket, das die Bereitstellung vereinfacht und den langfristigen Betrieb unterstützt. Da Bergbauprojekte in immer entlegenere Regionen verlagert werden, wird die Infrastruktur zur Sauerstofferzeugung zu einem Teil der Kernprozessanlage und nicht mehr zu einem eigenständigen Versorgungssystem.

Für viele Betreiber wird eine PSA-Sauerstoffanlage in Containerbauweise nicht mehr nur als einfacher Gerätekauf betrachtet. Es wird zunehmend zu einer langfristigen Infrastrukturinvestition, die die Produktionskontinuität unterstützt, die Logistikabhängigkeit verringert und eine stabile Sauerstoffquelle für zukünftige Produktionserweiterungen bietet.