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Prozessleitsystem und Antriebstechnik erhöhen Produktivität in Kupfermine

Bild 1. Kupfererzabbau im arktischen Norden von Schweden

Bild 2. 7 km Transportband zum Konzentrator

Bild 3. Autogenmühle in der Konzentrieranlage zur Zerkleinerung der Erzstücke

Bild 4. Kupferkonzentrat vor der Verdickung

Im Norden Schwedens liegt der größte Kupfertagebau Europas. Allerdings ist die Metallkonzentration in der Mine Aitik gering. Erst moderne Automatisierungs-, Antriebs- und Energietechnik von ABB sorgen für eine hohe Produktivität und machen die Investitionen in die Mine zu einem dauerhaft lohnenden Geschäft für den Betreiber Boliden.

Im arktischen Schweden klafft ein großes Loch – mehr als 400 Meter tief und nahezu drei Kilometer lang. Hier in der Mine Aitik unweit der Kleinstadt Gällivare fördern und verarbeiten etwa 550 Mitarbeiter Erz, aus dem hauptsächlich Kupfer, aber auch Gold und Silber gewonnen werden (Bild 1). Die Mine ist bereits seit 1968 in Betrieb. Kupfer gehört seit Ende der Wirtschaftskrise zu den am meisten nachgefragten Industriemetallen. Der Preis erklimmt ständig neue Höhen liegt aktuell bei über 8 000 US-$ je Tonne. Bei Jahresbeginn 2009 lag der Preis noch bei 3 300 US-$.
Die Mine Aitik im schwedischen Lappland förderte 2009 über 18 Mio. t Erz, die gleich an Ort und Stelle zu 46 000 t Kupferkonzentrat weiterverarbeitet wurden. Allerdings beträgt die Kupferkonzentration im geförderten Erz mit 0,25% nur ein Viertel von den großen Minen in den Hauptförderländern Chile und Peru. Dazu kommen 1,7 g/t Silber und 0,13 g/t Gold.

Um auch bei deutlich niedrigeren Kupferpreisen konkurrenzfähig zu bleiben, hatte der Vorstand des Betreibers das Ziel, die Betriebskosten um 40 % zu senken. Dafür wurden 790 Mio. US-$ in die Grunderneuerung von Aitik investiert. Verbunden mit dieser Investition soll die Förderung bis 2014 auf 36 Mio. t Erz im Jahr verdoppelt und die Betriebsdauer um elf Jahre bis 2027 verlängert werden. Seit ihrer Fertigstellung im August 2010 gilt die schwedische Mine im weltweiten Branchenvergleich als Maßstab für Effizienz im Bergbau. Ende August wurde die „neue“ Kupfermine vom schwedischen König eröffnet.

Riesige Bagger bearbeiten die Felswände und beladen Lastwagen, deren Räder allein 3,4 m hoch sind, mit 200 t Erz pro Tour. Die Lastwagen befördern das Erz zu einer Zerkleinerungsmaschine in der Grube, wo es zu Brocken mit einem Durchmesser von 30 cm verarbeitet und über eine unterirdische Förderanlage zu einer Lagerstätte an der Oberfläche transportiert wird. Das zerkleinerte Gestein aus dem Tagebau wird über ein 7 km langes Förderband (davon 3,5 km unterirdisch) mit einer Geschwindigkeit von 4 m/s (Bild 2) in die Konzentrieranlage geleitet, die sich auf einer Fläche von zwei Fußballfeldern ausbreitet. Das alte Mahlwerk, das im weiteren Jahresverlauf geschlossen werden soll, wurde vollständig durch die neue Konzentrieranlage ersetzt.

Von Motorstarter bis getriebelose Mühlenantrieben
Die zwei neuen Autogenmühlen in der Konzentrieranlage zur Zerkleinerung der Erzstücke haben eine Höhe von 11,6 m und werden von zwei getriebelosen Mühlenantrieben (GMD) von ABB angetrieben (Bild 3). Mit einer Leistung von 22,5 MW zählen die beiden Mühlenantriebe zu den weltweit leistungsstärksten Antrieben ihrer Art. Sie werden in Mahlmühlen mit einer Kapazität von 2 200 t Erz pro Stunde eingesetzt und sorgen so für den Ausbau der jährlichen Produktionskapazität auf 36 Mio. t. In Autogenmühlen werden große Erzstücke in einer riesigen Drehtrommel zerkleinert. Die Autogenmühle und das GMD-System zählen nicht nur zu den größten Anlagen überhaupt (der Ringmotor ist nahezu 20 m hoch), sondern spielen auch eine Schlüsselrolle in den Konzentrieranlagen. Durch das Zusammenspiel aus reiner Kraft und fortschrittlichen Technologien sowohl in der Mühle als auch im Motor wird das Erz in kleine Partikel zerkleinert. Kugel- und Mahlmühlen, Förderbänder, Zerkleinerungsmaschinen, Pumpen, Lüfter und die Prozessausrüstung werden von insgesamt 650 effizienten Motoren sowie 230 Antrieben und drehzahlgeregelten Antrieben von ABB betrieben (Bild 4). Insgesamt über 200 Antriebe sind drehzahlgeregelt über Frequenzumrichter. Dazu kommen etwa 750 Motorstarter.

Der Lieferumfang beinhaltet das erste Hochgeschwindigkeits-Antriebssystem im Leistungsbereich von 5 MW mit doppelten Antriebsritzeln („Dual-Pinion“), das mit einem verbesserten Steuersystem zur Vermeidung von Unwucht und Rückstößen aufwartet. Dazu kommen vier 1,4-MW-Permanentmagnetmotoren für Schlammpumpen. Als Resultat des Zerkleinerungs- und Trennungs-Prozesses entsteht das Kupferkonzentrat. Per Zug werden jeden Tag etwa 500 t des Konzentrats, welches zu 27 % Kupfer enthält, in die 400 km entfernte Schmelzanlage in Rönnskär transportiert. Der gereinigte Abfallschlamm wird in einen See bei der Anlage geleitet. Dort sinken die festen Teile ab. Das Wasser wird wieder für die Mine genutzt.

Bild 5. Gasisolierte Schaltanlage für 170 kV

Bild 6. Leistungstransformator von ABB

Bild 7. Leitstand mit Prozessleitsystem Extended Automation System 800xA

Über eine platzsparende, gasisolierte Schaltanlage Elk-04 mit SF6-Leistungsschalter (Bild 5) und drei 80-MVA-Leistungstransformatoren (Bild 6) von ABB wird Netzstrom in die Aitik-Mine eingespeist. Die 170-kV-Schaltanlage wurde von ABB Deutschland geliefert. Die Energieverluste belaufen sich auf ein Minimum. Die ABB-Niederspannungsanlagen mit insgesamt 201 Feldern für 400 V bis 690 V sorgen für eine zuverlässige und energieeffiziente Verteilung des Stroms innerhalb der gesamten Anlage. Die installierte Oberschwingungsfilter und die Blindleistungskompensationsanlage sorgen dafür, dass sich der Leistungsfaktor auf mindestens 0,99 beläuft.

Mit Prozessleitsystem Produktivität erhöhen
Sämtliche Prozesse – einschließlich Konzentrieranlage, Fördersysteme und Hebeanlagen – werden über das Prozessleitsystem Extended Automation System 800xA gesteuert, welches mit über 7 000 E/A-Punkten an die Prozesse angebunden ist (Bild 7). Das System sorgt auch für die vorbeugende Wartung. Eine Besonderheit ist, dass nicht nur die Produktionsprozesse über das Prozessleitsystem gesteuert werden, sondern ebenso die gesamte Energieverteilung. Auf der Mittelspannungsebene kommuniziert das System mit den Anlagen entsprechend der IEC 61850. Das Prozessleitsystem leistet einen wichtigen Beitrag zur Produktionsverdopplung in der Kupfermine.

Nahezu die gesamte Energie-, Antriebs- und Automatisierungstechnik kommt von ABB und somit aus einer Hand. Die Systeme und Anlagen müssen mit Temperaturen bis –40 °C zurechtkommmen. Der Lieferumfang umfasste neben der Bereitstellung der Komponenten und Netzstudien auch die Montageleitung und Inbetriebnahme. Zusammen beträgt das Auftragsvolumen über 84 Mio. US-$. Jan Moström, Geschäftsführer bei Boliden AB, begründet die Auswahl folgendermaßen: „Beste Qualität zum niedrigsten Preis.“
Für Boliden war es eine lohnende Investition. Neben der Produktivitätssteigerung spielen die hohen Metallpreise dem Mineneigentümer in die Hände. Inzwischen würde die Mine bereits allein durch die Gewinnung des „Abfallprodukts“ Gold wirtschaftlich arbeiten.

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Autor: Ronald Heinze