Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

In-Prozess-Überwachung von Stoffströmen in der Schaumflotation mit modellbasierter Ultraschall-Messtechnik

Mehrere Milliarden Tonnen gemahlenen Erzes werden jedes Jahr in Flotationszellen mit der Schaumflotation fraktioniert, um werthaltige Mineralien zu extrahieren. Da Erzzusammensetzung und Wasserqualität in der Praxis oft starken Schwankungen unterliegen, ist ein stabiler und effektiver Betrieb von Flotationszellen ohne leistungsfähige Überwachung nur bedingt möglich. Das führt zu reduzierten Erträgen und gesteigertem Energie- und Chemikalienverbrauch. Dennoch stehen heute zur Überwachung der Schaumzone von Flotationszellen lediglich Füllstandssensoren sowie die optische Analyse der Schaumoberfläche zur Verfügung. Mit den verfügbaren Techniken ist es nicht möglich, prozessrelevante Größen wie Masseaustrag, Gasaustrag oder Schaumstabilität direkt in der Zelle zu messen.

Zur Lösung dieses Problems soll im Rahmen dieses Vorhabens ein Ultraschall-Messsystem für die Messung und Überwachung der Stoffströme an einer Flotationszelle realisiert werden. Das Messsystem sendet Schallsignale unterschiedlicher Frequenzen in den Schaum und zeichnet die Echos auf. Es soll ein modellbasiertes Analysemodell entwickelt werden, das aus den aufgezeichneten Echos die Geschwindigkeit und die Zusammensetzung des Schaums ortsaufgelöst bestimmt, woraus wiederum die Stoffströme rekonstruiert werden können.

Auflösung, Messvolumengröße und Robustheit des angestrebten Systems sollen einen industriellen Einsatz ermöglichen. Der einfache Aufbau und der geringe Preis des Systems erlauben die Entwicklung und den Vertrieb durch KMU. Neben der Erzaufbereitung stellen auch KMU in der Papier- und Abwasseraufbereitung mögliche Abnehmer dar. In der biologischen und chemischen Verfahrenstechnik kann das Messsystem zur Prozessüberwachung und Schaumkontrolle integriert werden, beispielsweise bei Mehrphasenreaktoren, der Biogaswäsche oder in Kläranlagen. Betreiber solcher Anlagen können perspektivisch durch verbesserte Prozesskontrolle Energie und Additive einsparen und eine höhere Prozessausbeute erreichen.