In-Prozess-Überwachung von Stoffströmen in der Schaumflotation mit modellbasierter Ultraschall-Messtechnik
Im Jahr 2016 wurden etwa 20 Milliarden Liter Wasser lediglich zur Kupfergewinnung mittels Schaumflotation benötigt. Bei dem Verfahren werden werthaltige Partikel durch den Einsatz von Tensidlösungen separiert. Aufsteigende Blasen transportieren die hydrophoben Stoffe an die Oberfläche, wo sich eine Schaumschicht bildet. Aufgrund unterschiedlicher Material- und Wasserqualitäten ist ein robuster effektiver Prozess nur bedingt möglich. Informationen über den Materialfluss können diese Faktoren verbessern.
Skizze einer Flotationszelle und dem Messaufbau
Unser Ziel in diesem Projekt ist es, ein Messsystem zu implementieren, das Informationen über die Konsistenz des Schaums und den Materialfluss liefert. Herkömmliche optische Messungen oder Füllstandssensoren haben eine zu geringe Eindringtiefe im undurchsichtigen Schaum bzw. geben zu wenig Informationen über die Schaumparameter. Daher verwenden wir ein In-situ-Ultraschallmesssystem. Ein Ultraschall-Array wird zur Erstellung eines 2D-Bildes verwendet. Durch die Analyse der Schwankungen des sich ausbreitenden (transmittierten/reflektierten) Ultraschallsignals in Abhängigkeit von verschiedenen Schaumparametern wie Flüssigkeitsanteil, Blasengröße oder Partikelmenge ziehen wir Schlussfolgerungen über diese Parameter. Mit Hilfe verschiedener Signalverarbeitungswerkzeuge wie der Doppleranalyse können wir Informationen über die Geschwindigkeit der Partikel und ihre Bewegungsrichtung erhalten. Kombiniert man diese Messwerte, ist es möglich eine Aussage über den Materialfluss treffen. Damit wären wir einem Regelkreis, der die Rohstoffausbeute erhöht und Energie und Ressourcen sparen kann, einen Schritt näher gekommen.
Bearbeiter: H. Emmerich, L. Büttner
Partner: Leon Knüpfer, Dr. Sascha Heitkam, Institut für Fluiddynamik
Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf (HZDR)
Zeitraum: 6/20 -1/23
Nauber, Richard; Büttner, Lars; Eckert, Kerstin; Fröhlich, Jochen; Czarske, Jürgen; Heitkam, Sascha. (2018). Ultrasonic measurements of the bulk flow field in foams. Physical Review E. 97. 10.1103/PhysRevE.97.013113
Emmerich, Hannes, Schaller, Ludwig, Nauber, Richard, Knüpfer, Leon, Heitkam, Sascha, Czarske, Jürgen and Büttner, Lars. "Linear, spatio-temporally resolved ultrasound measurement of the liquid fraction distribution in froth" tm - Technisches Messen, vol. , no. , 2021, pp. 000010151520210047. https://doi.org/10.1515/teme-2021-0047