Zusammenfassung

Feinstaubpartikel unter 10 Mikrometern stellen in Bergbau- und Hüttenanlagen eine erhebliche Gefahr für die Atemwege und eine Belastung der Umwelt dar. Die herkömmliche Nassbekämpfung mittels Wasserbesprühung bindet diese Feinstaubpartikel nicht dauerhaft. Stattdessen erhöht sie den Feuchtigkeitsgehalt des Rohmaterials, wodurch ein erheblicher Energieaufwand für die Verdunstung des überschüssigen Wassers in den Öfen erforderlich wird. Der Einsatz gezielter chemischer Verkrustungsmittel, Bindemittel und Netzmittel begrenzt die Feuchtigkeitszufuhr und hält gleichzeitig die Feinstaubpartikel am Boden. Dieses Verfahren schützt die Rohstoffe bei Lagerung, Transport und Umschlag, verhindert die Selbstentzündung kohlenstoffbasierter Produkte und reduziert den Wasserverbrauch auf den Transportwegen.

Wie sich die Betriebskosten von Feinstaubemissionen in der Bergbau- und Metallproduktion reduzieren lassen

Viele Industrieanlagen behandeln Feinstaub lediglich als ein nebensächliches Umweltproblem. Unkontrollierter Staub stellt jedoch eine erhebliche Belastung für den Betrieb und die Finanzen dar und beeinträchtigt die Effizienz der Anlagen erheblich. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) definiert Staub als feste Partikel mit einer Größe von unter einem Mikrometer bis zu 100 Mikrometern, wobei Partikel unter 10 Mikrometern die größten Gefahren für die Atemwege bergen. Unkontrolliert verursachen diese Feinstaubpartikel schwere Berufskrankheiten wie Silikose und Pneumokoniose (auch: Staublunge). Darüber hinaus kann Feinstaub die umliegenden Industriegebiete kontaminieren.

Abgesehen von den gesundheitlichen Folgen für die Belegschaft sind die direkten finanziellen Auswirkungen erheblich. Allein die Winderosion von offenen Halden kann zu einem Verlust von bis zu 5%¹ der Fertigmaterialien führen. Auch die beim Transport von Rohmaterialien entstehenden Staubemissionen können einen erheblichen Betriebsausfall verursachen und die damit verbundenen Wartungskosten in die Höhe treiben. Für einen Betrieb, der Hunderttausende Tonnen wertvolles Erz, Koks oder Sinter verarbeitet, bedeutet dies einen gravierenden, nicht wieder gutzumachenden Kapazitätsverlust. Traditionell wird in solchen Betrieben Wasser versprüht. Wasser ist zwar günstig und weit verbreitet, aber ein relativ ineffektives Staubbindemittel. Es verdunstet schnell auf der Mineraloberfläche, muss ständig neu aufgetragen werden und verursacht durch übermäßige Feuchtigkeit einen kritischen, oft übersehenen Mehraufwand an Heizkosten in nachgelagerten Prozessen.

¹ Quelle: Aerosol and Air Quality Research (AAQR), Suppression Efficiency for Dust from an Iron Ore Pile Using a Conventional Sprinkler and a Water Mist Generator, 11. Januar 2022, Band 22, Artikelnummer 210320 (2022)
Durch die Analyse dieser und anderer veröffentlichter Studien aus Hafenterminals und Lagerplätzen konnte ein durchschnittlicher jährlicher Materialverlust zwischen 3% und 15% ermittelt werden. Dabei wurde ein Materialverlust von 5% als konservativer Standardwert für ungeschützte Schüttguthalden bestätigt.

Welche Auswirkungen hat die Staubbekämpfung auf Produktionsprozesse?

In der Metallindustrie müssen Rohstoffe Hochtemperatur-Wärmebehandlungen wie Sintern, Verkoken oder Direktschmelzen in Öfen durchlaufen. Wird zur Staubbindung lediglich Wasser vorgeschaltet, erhöht sich zwangsläufig der Feuchtigkeitsgehalt des Rohmaterials. Dieses zusätzliche Wasser verdunstet nicht einfach, sondern muss in den Öfen verdampft werden. Die für die Verdampfung dieser überschüssigen Feuchtigkeit benötigte thermodynamische Energie führt direkt zu einem höheren Brennstoff- oder Stromverbrauch in den nachfolgenden Heizprozessen. Der Versuch, ein Staubproblem auf einem Förderband oder in einem Lager mit Rohwasser zu lösen, treibt die Heizkosten ungewollt in die Höhe. Um diesen Zielkonflikt zwischen Wasser und Energie zu lösen, sind gezielte chemische Formulierungen erforderlich, die eine Staubbindung gewährleisten und gleichzeitig den Feuchtigkeitsgehalt des Rohmaterials streng kontrollieren.

Staubbelastung stellt eine erhebliche betriebliche Herausforderung für Bergbau- und Anlagen in der Metallproduktion dar und erfordert einen hohen Personal- und Wartungsaufwand. Die allgegenwärtige Staubbelastung in den Verarbeitungsbereichen führt zu anhaltendem Anlagenverschleiß und betrieblichen Ineffizienzen, die kontinuierliche Aufmerksamkeit erfordern. Ungeplante Stillstände aufgrund von Staubablagerungen können erhebliche finanzielle Verluste verursachen und die Produktivität und Rentabilität der Industrie direkt beeinträchtigen. Präventive Wartungsprogramme erfordern geschultes Personal und Spezialausrüstung, um staubbedingte Risiken effektiv zu minimieren. Die Kosten für Notfalleinsätze übersteigen oft die Ausgaben für geplante Wartungsarbeiten, weshalb ein proaktives Staubmanagement wirtschaftlich unerlässlich ist. Produktionsbereiche sind besonders gefährdet, da selbst kurze Betriebsunterbrechungen zu erheblichen Produktionsverzögerungen und Umsatzeinbußen führen können. Strategische Investitionen in die Infrastruktur, Technologien und qualifizierten Wartungsteams zur Staubbekämpfung sind daher entscheidend für die Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit im Bergbau und der Metallindustrie. Unternehmen, die umfassende Staubmanagementstrategien priorisieren, weisen eine höhere Anlagenverfügbarkeit, reduzierte Ausfallzeiten und eine verbesserte finanzielle Performance in allen Geschäftsbereichen auf.

Schutz von Lagermaterialien vor Wind und Regen – Gezielte Krustenbildung

Bei statischen Lager- oder Haldenmaterialien besteht das Hauptziel darin, Winderosion und Regenabtrag zu verhindern. Anstatt die Halden kontinuierlich zu befeuchten, bietet sich die Anwendung eines Krustenbildners an, der einen widerstandsfähigen, flexiblen Polymerfilm bildet. Dieser Film muss stark genug sein, um starkem Wind und heftigem Regen standzuhalten, ohne durch Wärmeausdehnung zu reißen.

Die industrielle Anwendung von Polymer-Krustenbildnern stellt eine robuste Alternative zur kontinuierlichen Bewässerung dar. Spezielle Formulierungen sind auf spezifische mineralische Untergründe abgestimmt. Für Eisenerz und ähnliche Halden, die extremem Wind und Starkregen ausgesetzt sind, bildet DusTreat* DC9169 eine hochbeständige Barriere. Für Standard-Lagerhalden bietet Aqualead* DC 152 eine ausgewogene Wasserbeständigkeit. Hydrophobe Materialien wie Kohle erfordern eine spezielle Behandlung. Kohlehalden stellen eine doppelte Herausforderung dar: windbedingte Erosion und Oxidation können lokale Hotspots verursachen. Durch die Anwendung eines speziellen Mittels zur Oberflächenversiegelung wie DusTreat DC9178 wird die Oberfläche versiegelt, der Luftsauerstoff ausgeschlossen und eine Selbstentzündung verhindert. Der Einsatz solcher Versiegelungsmittel reduziert den Wasserverbrauch und verringert die Behandlungshäufigkeit.

Staubkontrolle an Übergabestellen von Förderbändern

Materialübergabestellen wie Förderbandfallen, Rutschen und Ausläufe erzeugen hohe Staubbelastungen. Unkontrollierte Emissionen verursachen mechanischen Verschleiß an Lagern und Filtern und bergen Sicherheitsrisiken in Zugangstunneln. Standardmäßige Wasservorhänge sind bei schnell fliegenden Feinstaubpartikeln oft unwirksam, da die hohe Oberflächenspannung des Wassers eine effektive Partikelabscheidung verhindert. Die Anwendung dynamischer Bindemittel zur Aggregation der Feinstaubpartikel stellt eine effektivere Lösung dar.

DusTreat DC9112E dient als organisches Aktivbindemittel für allgemeine Untergründe, während DusTreat DC9131E für stark abrasive Materialien wie Sinter, Koks und Metallerze entwickelt wurde. Für die metallurgische Schmelze, bei der organische Rückstände die Ofenchemie verändern oder hochreine Metalle verunreinigen könnten, bietet DusTreat DC9114 eine spezielle anorganische Bindemittellösung. Darüber hinaus senkt der Einsatz spezieller, schwer zu benetzender Substrate wie Aqualead DC 152 oder DusTreat DC9140E die Oberflächenspannung des Wassers, wodurch Mikrotröpfchen Feinstaub aufnehmen können; gleichzeitig können dynamische Bindemittel hinzugefügt werden, um diese Partikel zu agglomerieren.

Wie man Staub auf Transportwegen und den Bedarf an Wassertankwagen reduziert

Unbefestigte Transportwege und Steinbruchrampen stellen eine ständige Staubgefahr dar, die die Sicht für Lkw-Fahrer stark einschränkt und die Sicherheitsrisiken erhöht. Herkömmliche Wassertankwagen müssen häufig befüllt werden, um die Straßenoberflächen feucht zu halten, was zu einem hohen Wasserverbrauch und hohen Kraftstoffkosten führt.

Die Zugabe spezieller Staubbindemittel direkt in die Wassertankwagen stabilisiert den unbefestigten Untergrund. Aqualead DC 153 wirkt als Einzelwirkstoff gegen Staub auf schwer benetzbaren Straßenoberflächen, während DusTreat DC9180 als leistungsstarkes, organisches Bindemittel dient, das lose Oberflächenpartikel bindet. Für hydrophobe Untergründe dient DusTreat DC9140E als Netzmittel, um die Bindungseffizienz zu verbessern. Diese Behandlungen binden lose Partikel zu einer zusammenhängenden Oberflächenschicht, wodurch die Bewässerungshäufigkeit deutlich reduziert, lokale Wasserressourcen geschont und der Dieselverbrauch sowie der Wartungsaufwand gesenkt werden.

Wie man die Leistung der Staubbekämpfung misst – KPIs

Die chemische Staubbindung wandelt die Staubbekämpfung von einer unkalkulierbaren Position in den Betriebskosten in einen strukturierten Prozess um. Der Betrieb kann die Leistung anhand spezifischer Feldkennzahlen verfolgen. Die Echtzeit-Staubüberwachung gewährleistet die Einhaltung von Umweltauflagen und sorgt für Transparenz auf dem Gelände. Penetrometerprüfungen beurteilen die physikalische Qualität und die Witterungsbeständigkeit von Haldenkrusten. Die Überwachung von Feuchtigkeit und Temperatur in kohlenstoffbasierten Halden, wie z. B. Kohle, überwacht das Risiko von Hotspots und verhindert übermäßigen Wassereintrag. Schließlich liefert die Messung des Wasserverbrauchs, des Dieselverbrauchs von Servicefahrzeugen und der Ausfallzeiten von Maschinen klare Daten zur Berechnung der Einsparungen bei den Gesamtbetriebskosten.

Lösen Sie das Wasser-Energie-Dilemma an Ihrem Standort

Die Verwendung von Wasser zur Staubbekämpfung beeinträchtigt die thermische Effizienz nachgelagerter Prozesse und erhöht die Betriebskosten. Der Umstieg auf ein speziell entwickeltes chemisches Programm bietet eine zuverlässige Staubbekämpfung, vermeidet Rohstoffverluste, erhält die optimale Rohstofffeuchte und reduziert den Energieverbrauch für Ofen und Heizung.

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