TP 1

Analytik und Charakterisierung der Gesteine und des Bruchprozesses im Mikro- und Makrobereich
Institut für Mineralogie, Prof Dr. Gerhard Heide

 

Ziel des Teilprojektes:

Erreichung eines besseren Verständnis über das Verhalten von mineralischen Rohstoffen bei der Zerkleinerung sowie Durchführung einer systematischen Analysen der Bruchprozesse von Gesteinen

Um dieses Ziel zu erreichen, werden verschiedene, zielgenaue mineralogische Analysen durchgeführt. Geeignete analytische Techniken zur Untersuchung der Widerstandsfähigkeit und des Bruchverhaltens von Mineralen liefern dazu wertvolle Informationen. Es erfolgt eine qualitative und quantitative Bewertung der Rissbildung und Mikrostrukturen zum Vergleich belasteter und unbelasteter Gesteinsproben.

Unbeanspruchte Gesteins- und Erzproben werden durch Kernbohrungen oder durch Heraussägen von Blöcken gewonnen. Die beanspruchten Gesteins- und Erzproben aus der schneidenden Gewinnung und Selektiven Zerkleinerung in der Aufbereitung werden bei den Untersuchungen in den Teilprojekten TP2 und TP3 in diesem Forschungsprojekt erzeugt und für die Charakterisierung der Bruchprozesse im TP1 zur Verfügung gestellt. Aus den Proben werden in mehreren Prozessschritten die erforderlichen Gesteins-/Erzpräparate für die Analysen hergestellt.
Das mechanische Verhalten der Gesteine wird durch ihren Mineralbestand, die Orientierungsbeziehung der Minerale zueinander, den Korngrenzen, Verwachsungen von Mineralen, Mineralkorngrößen- und Mineralkornformverteilung, etc. bestimmt. Deshalb zeigen die Gesteine bei konstanten Gefügeeigenschaften ein gleichbleibendes mechanisches Verhalten, welches bestimmt werden kann.

Dies erlaubt es, Modelle für die Wechselwirkung von Gesteinen und Maschinen zu entwickeln und sowohl für Gewinnungsmaschinen als auch für Zerkleinerungsmaschinen anzuwenden. Daraus lässt sich auch eine sinnvolle Aufteilung der Zerkleinerung auf die verschiedenen Prozesse ableiten. Eine Auflistung der verwendeten analytischen Techniken für die detaillierte Beschreibung der Proben charakteristischer Lagerstätten des Bundeslandes Sachsen zeigt die Abbildung 1. Der Schwerpunkt liegt bei der Bestimmung der Mineralphasen, ihrer Verteilung und die Veränderungen vom Ausgangsstatus zum Produkt bei Einsatz der verschiedenen Gewinnungs- und Zerkleinerungstechnologien, die durch Zusammenarbeit in der Gruppe InnoCrush festgelegt werden.

1. Forschungsstruktur:

  • Voruntersuchungen: Test der Methoden und Evaluierung, Probenauswahl
  • Untersuchung der Gesteine vor der schneidenden Gewinnung: quantitative Mineralanalyse mittels Röntgenbeugung (XRD), Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) und Untersuchungen mittels Lichtmikroskopie (LiMi) unter Berücksichtigung der quantitativen Mikrostrukturanalyse (QMA)
  • Untersuchung zwischen schneidender Gewinnung und selektiver Zerkleinerung: quantitative Mineral- und Mikrostrukturanalyse und Computertomographie (CT) für das Rissbildungsverhalten
  • Span-Analyse, nach der schneidenden Gewinnung: Analyse der Partikelform, Partikelgrößenverteilung, etc.
  • Untersuchung der Gesteine nach der selektiven Zerkleinerung: quantitative und mikrostrukturelle Analyse mit erweitertem Umfang. Verwendung von EBSD (Elektronenrückstreubeugung) in Kombination mit Lichtmikroskopie derselben Proben; Verwendung weiterer Abbildungsmethoden, z.B. Computertomographie, Lumineszenzmikroskopie, Option zur Entwicklung einer GIS-basierten, ergänzenden Methode, um sensitive Eigenschaften für die Prozesskontrolle zu bestimmen
  • Entwicklung eines Datenmodells für die ergänzende Analyse
  • Zusammenfassung der Ergebnisse

 

 

 

 

 

 

 

 

Abbildung 1.-  Eingesetzte Analysetechniken und daraus erhaltene Daten; XRD - Röntgenbeugung, RFA - Röntgenfluoreszenzanalyse, EBSD – Elektronenrückstreubeugung, CT - Computertomographie

Die Proben, die bisher ausgewählt wurden, sind Gneis-Bohrkerne und Proben der Blei-Zink-Erzzone (Reiche Zeche, Freiberg) sowie Flussspat-Quarz-Erze (Steinbruch Dörfel). Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass sich die nächsten Schritte auf die Analyse derjenigen Proben, welche einer maschinellen Bearbeitung unterzogen wurden und durch die gegebenenfalls eine Deformation der Gesteine (sichtbar im makroskopischen und mikroskopischen Bereich) verursacht wurde, fokussieren und deshalb erwartungsgemäß erhebliche Anreize für Innovationen generieren.

 

 

 

 

 

 

Abbildung 2.-  Mikrophotographie eines Gneis-Dünnschliffs von der Reichen Zeche, Freiberg; Minerale: Qz - Quarz, Bt - Biotit Plg – Plagioklas; Vorzugsorientierung der Minerale N40 ° W XPL. Linke Mikrophotographie.- TL (Durchlicht), PPL (linear polarisiertes Licht) & 2.5x. Mittlere Mikrophotographie.- TL, XPL (gekreuzt polarisiertes Licht) & 2.5x. Rechte Mikrophotographie.- RL (Auflicht), PPL & 10x.

Kontakt/Ansprechpartner: Bravo Méndez, Arturo Hernán Tel.: 39-2079