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Jan 10, 2024

Ventillösungen für die Minenentwässerung

Wasser ist eine entscheidende Ressource in allen Bergbaubetrieben. Wasser wird in vielen Fällen verwendet

Wasser ist eine entscheidende Ressource in allen Bergbaubetrieben. Wasser wird in vielen Prozessen verwendet, darunter Wassertransport, Lösungsauslaugung, Staubkontrolle, Siebung und Trennung, um nur einige zu nennen. Die Minimierung des Wasserverbrauchs hat in der Bergbauindustrie in den letzten Jahrzehnten zunehmend an Bedeutung gewonnen. Neuere Technologien wie trockene Haldenrückstände und In-Pit-Verarbeitung werden als zusätzliche Methoden zur Wassereinsparung evaluiert. Eine entscheidende Komponente für den Gesamterfolg jeder Entwässerungstechnologie ist die Ventilleistung.

Die Entwässerung beginnt, nachdem das Erz von den Abfallmaterialien oder Rückständen getrennt wurde. Jeder Minenstandort weist aufgrund unterschiedlicher Erzarten spezifische und einzigartige Herausforderungen bei den Entwässerungsprozessen auf. Die Auswahl des optimalen Ventils für jeden Prozess wirkt sich auf die Gesamtleistung des Systems aus und verbessert die Effizienz der Rückführung von wertvollem Wasser in die Anlage zur Wiederverwendung.

Für die Suche und den Vergleich von Ventiloptionen stehen zahlreiche Tools zur Verfügung. Für die Auswahl der richtigen Ventile sind Anwendungsdatenblätter erforderlich, in denen die Anwendungsbedingungen (Druck, Temperatur, Viskosität, spezifisches Gewicht, Feststoffanteil und pH-Wert) aufgeführt sind. Sowohl brancheninterne als auch interne Standards und Spezifikationen helfen dabei, Ventilanforderungen wie Flansch- und Gehäusebewertungen, Tests und Materialstandards weiter zu definieren. Spezifikationen können auch Absperr-, Isolations- und Leckagefähigkeiten definieren. Eine solide Ventilspezifikation ist ein wichtiger Ausgangspunkt. Die Dokumentation von Industriestandards und internen Mindestanforderungen gewährleistet einen fundierten Vergleich der von mehreren Anbietern angebotenen Ventillösungen.

Bei der Auswahl von Ventilen für Entwässerungsanwendungen müssen Faktoren wie Korrosion, Abrieb, Ablagerungen, Ventilausrichtung, Zyklusfrequenz, Zykluszeit und Gesamtsystemdesign berücksichtigt werden, um potenziellen Problemen vorzubeugen.

Um Korrosion zu verhindern, sollten die Medienspezifikationen sowohl Konzentrationen als auch Temperaturen definieren und sowohl normale als auch gestörte Bedingungen umfassen. In den Spezifikationen sollten auch Chemikalien oder Verfahren festgelegt werden, die zum Spülen oder Reinigen der Leitungen verwendet werden, um sicherzustellen, dass die ausgewählten Ventilmaterialien kompatibel sind. Die Verwendung einer Dampfdüse zum Entfernen starker Ablagerungen in der Rohrleitung kann beispielsweise leicht dazu führen, dass Elastomersitze und -dichtungen zerschnitten oder zerstört werden.

Ein häufiges Problem in Tailings-Systemen ist der Abrieb. Zu den Technologien zur Abriebbekämpfung gehören Schweißüberzüge, Sprühbeschichtungen, Keramik und nichtmetallische Auskleidungen wie Gummi und Urethan. Rheologische Untersuchungen von Schleifmaterialien haben ergeben, dass neben dem Feststoffanteil und der Geschwindigkeit auch die Größe und Form der Feststoffpartikel einen erheblichen Einfluss auf abriebfeste Technologien haben. Bei manchen Anwendungen stellt die Kombination aus Korrosion und Abrieb ein doppeltes Problem dar, nicht nur, weil sie die Möglichkeiten einschränkt, sondern auch, weil die Sicherheit zu einem Hauptanliegen wird. Abrasive Materialien verschleißen mit der Zeit Sitze, Dichtungen oder sogar Ventilkörper. Die Minimierung des Risikos einer Medienbelastung für Personal und Umwelt muss gebührend berücksichtigt werden.

Die Skalierung ist häufig eine Bedingung, die in Anwendungsdaten übersehen wird. Materialansammlungen an der Durchflussregelkomponente und der Sitzfläche können ein Absperrventil beschädigen und seine Lebensdauer verkürzen. Ablagerungen führen dazu, dass Ventile festsitzen oder blockieren, häufig in einer teilweise geöffneten Position. Ein festsitzendes Ventil begrenzt den Durchfluss und verhindert die Isolierung, was zu fast sofortigen und ungeplanten Ausfallzeiten führt. Lösungen für Skalierungsanwendungen umfassen überdimensionierte Antriebe, Beschichtungen oder alternative Ventiltypen, aber jede Lösung hat ihre eigenen Einschränkungen.

Die Ausrichtung der Ventile in der Rohrleitung kann häufig die Leistung beeinträchtigen. In Bild 1 sind verschiedene Ventilausrichtungen in einem Hydroabscheider dargestellt. Als die Zeichnung zur Ausschreibung erschien, waren die Ventile in vertikaler Position in horizontalen Linien dargestellt – typisch für Plattenschieberventile. In den Anwendungsdatenblättern wurde darauf hingewiesen, dass im unteren Teil der Rohrleitung mit übermäßigem Verschleiß zu rechnen sei, da sich schwere Feststoffe absetzen und entlang der Rohrleitung schleppen. Die für das Projekt erworbenen Ventile verfügten über eine Schweißauflage im unteren Drittel des Anschlusses, um Verschleiß durch absetzende Feststoffe zu verhindern. Der verbleibende Teil des Ventilanschlusses wurde wie angegeben aus Standard-Kohlenstoffstahl belassen. Während der Installation mussten die Ventile aufgrund von Platzbeschränkungen in verschiedenen Ausrichtungen statt vertikal installiert werden. Dies bedeutete, dass die Auflage, die den unteren Ventilanschluss vor abrasivem Verschleiß schützen sollte, nicht richtig positioniert war und die Ventile früher als erwartet ausfielen.

Die Zyklusfrequenz kann einen erheblichen Einfluss auf die Leistung eines Absperrventils haben. Abhängig vom Ventiltyp empfehlen die Hersteller, ein Ventil alle drei bis sechs Monate zumindest teilweise zu wechseln. Wenn ein Ventil seltener betätigt wird, kann es aufgrund von Ablagerungen oder Korrosion (intern oder extern) blockieren. Außerdem können weiche Ventilsitze und Dichtungen weniger belastbar werden, was zu Schäden an anderen Bauteilen führen kann. Anwendungen mit hohen Zyklen bei abrasiven Anwendungen können zu einem vorzeitigen Verschleiß weicher Sitze führen – es ist wichtig, auf die Materialauswahl zu achten.

Wenn ein Ventil zu schnell betätigt wird, kommt es zu unerwünschten hydraulischen Stößen oder Schlägen im Rohrleitungssystem. Einige Systeme erfordern ein Schnellschlussventil, um einen Rückfluss zu verhindern, normalerweise ein Rückschlagventil. Gelegentlich wird ein schnell wirkender Plattenschieber in Verbindung mit einem Pumpenabschaltsignal verwendet, um einen Rückfluss aufgrund einer hohen Feststoffkonzentration mit sich absetzenden Partikeln zu verhindern. Beispielsweise kann es erforderlich sein, dass ein 30-Zoll-Ventil in fünf bis sechs Sekunden schließt. Ein gummierter Plattenschieber in Durchsteckausführung wäre keine gute Wahl, auch wenn er alle anderen Kriterien für die Gülleförderung erfüllt. Das Durchsteckventil hat eine Schließgeschwindigkeit von etwa 1 Zoll pro Sekunde für eine ordnungsgemäße Anschnitt-/Auskleidungsleistung, was bedeutet, dass das Schließen des Ventils 30 Sekunden dauern würde. Das Schließen bei höherer Geschwindigkeit würde das Durchsteckventil beschädigen und die Rückstandsleitung lahmlegen. Es sollte über einen anderen Ventiltyp nachgedacht werden.

Sobald ein neues System oder ein Umbau abgeschlossen ist, wird der Betrieb an den Endbenutzer übergeben. Die Start-, Abschalt- und Betriebsverfahren können von den ursprünglichen Konstruktionsbedingungen abweichen. Wenn ein Ventilproblem auftritt, werden die Originaldaten überprüft und der Ventilauswahlprozess wiederholt sich. Es kann von Vorteil sein, diese Variationen bei der Lösung eines Ventilproblems zu berücksichtigen. Die Überwachung der Geräteleistung zur Standardisierung von Best Practices kann hilfreich sein, um den Verschleiß und die Wartung der Geräte zu reduzieren.

Diese diskutierten Probleme gelten für die Entwässerungstechnologie, die heute üblicherweise an Minenstandorten eingesetzt wird. Es ist jedoch wichtig, sich zwei neuere Technologien anzusehen, die darauf ausgelegt sind, schnell mehr Wasser aufzufangen, und wie sich diese Technologien auf die Ventilkonstruktion und -auswahl auswirken.

Trockene Abraumhalden werden in kleinen bis mittleren Minenbetrieben eingesetzt, insbesondere dort, wo Wasser knapp und teuer ist. Filterpressen werden verwendet, um Rückstände auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 5 bis 6 % zu entwässern, bevor sie zum Trockenstapel transportiert werden. Dadurch werden Wasserverluste durch Verdunstung vermieden und die Effizienz bei der Filtration und Wiederverwendung im Vergleich zu herkömmlichen Absetzbecken erhöht. Die Ventilherausforderungen sind auf höhere Drücke und häufige Zyklen zurückzuführen, die bei Filterpresssystemen erforderlich sind. Filterpressensysteme weisen typischerweise hohe Druckabfälle an den Einlass-/Zufuhrventilen von feststoffreichen Schlämmen auf, was zu einer schwierigen Ventilanwendung führt.

Eine sich entwickelnde Technologie im Ölsandabbau ist die Verarbeitung in der Grube. Bei diesem Verfahren kommt eine modulare Gewinnungsanlage zum Einsatz, die mit dem Abbaubetrieb in der Grube bewegt werden kann. Die Technologie fördert das Bitumen in der Nähe des Bergbaubetriebs und erzeugt trockene, stapelbare Rückstände, wodurch der Wasserverbrauch beim Wassertransport minimiert wird. Zu den Herausforderungen bei den Ventilen zählen voraussichtlich erhöhter Verschleiß und erhöhte Ventilzyklen sowie Herausforderungen bei der Fernbedienung und der Einwirkung von Witterungseinflüssen.

Wassereinsparung, -auffang und -wiederverwendung sind für die Zukunft des Bergbaus von entscheidender Bedeutung. Zuverlässige Ventilleistung gewährleistet einen effizienten Betrieb wichtiger Entwässerungsprozesse. Erfahrene Vertriebsingenieure namhafter Hersteller, die die einzelnen Bergbauprozesse und -anforderungen verstehen, können wertvolle Ratschläge bei der Auswahl von Ventilen für schwierige Anwendungen geben.

Bruce Brabant ist technischer Marketingmanager für DeZURIK, Inc. Er kann unter [email protected] erreicht werden. Weitere Informationen finden Sie unter www.dezurik.com.