Description: Bergbau und Aufbereitung zum Kupferkonzentrat: Die Abbaumethoden des Kupfers sind abhängig von der Zusammensetzung insbesondere dem Kupfergehalt der Erze. Während der durchschnittliche Kupfergehalt der abgebauten Erze um 1900 noch ca. 5 % betrug, liegt er heute unter 1 % (Ullmann 1986). Dabei variiert er je nach Lagerstätte zwischen 0,1 und 6 % (ETH 1995). Aufgrund der hohen Affinität des Kupfers zum Schwefel wird das Kupfer bei den meisten primären Lagerstätten in sulfidischer Form gebunden. Weit mehr als 80 % der Primärkupferproduktion werden aus sulfidischen Erzen gewonnen. Weiterhin werden in geringerem Umfang oxidische, silikatische und bituminöse Erze zur Kupferproduktion gefördert. In der vorliegenden Arbeit wird lediglich auf die Gewinnung von Primärkupfer aus sulfidischen Erzen eingegangen. Neben den Erzen werden auch Altkupfer und andere Sekundärmaterialien zur Produktion von Sekundärkupfer verwendet. Grundsätzlich lassen sich vier Abbauarten unterscheiden: der Tagebau, der Untertagebau, die in-situ-Laugung und der Abbau ozeanischer Vorkommen (derzeit noch nicht wirtschaftlich betrieben). Dabei dominiert der Tagebau die weltweite Erzgewinnung (ETH 1995). Der Untertagebau kann heute fast nur noch bei Reicherzen wirtschaftlich betrieben werden. Dem Abbau des Roherzes folgt eine Abtrennung der Gangart. Das Erz/Gangart-Verhältnis ist schon innerhalb einer Förderstätte starken Schwankungen unterworfen. Mögliche Verhältnisse liegen zwischen 1:1 und 1:12, so daß unter Umständen aufgrund dieser hohen Abweichung kupferreiche Erze mit ungünstigem Erz/Gangart-Verhältnis einen höheren Energieeinsatz beim Abbau verlangen, als Erze geringeren Kupfergehalts mit günstigerem Erz/Gangart-Verhältnis (KfA 1989). Das gängige Aufbereitungsverfahren nach dem Aufmahlen der Roherze ist die Flotation. Dabei lagern sich die Erzbestandteile an die Flotationsmittel an und werden in einer der Gangart entgegengesetzten Richtung abgeführt. Im Anschluß an die Flotation wird das Konzentrat getrocknet und kann zur Weiterverarbeitung abtransportiert werden. Das Konzentrat hat in der Regel eine Kupferkonzentration zwischen 25 und 35 %. Die Datenbasis für die vorliegende Studie bildet hauptsächlich die „Sachbilanz einer Ökobilanz der Kupfererzeugung aus primären und sekundären Vorstoffen, sowie der Verarbeitung von Kupfer und Kupferlegierungen zu Halbzeug und ausgewählten Produkten“ angefertigt von der Rheinisch Westfälischen Technnischen Hochschule Aachen, Institut für Metallhüttenwesen und Elektrometallurgie (RWTH-IME 1995) im Auftrag des Deutschen Kupfer Instituts (DKI). In ihr wird der Bergbau durch vier Vertreter jeweils eines Minentyps abgebildet. Bilanziert werden je ein Tagebau sowohl mit Reicherz als auch mit Armerz und je ein Untertagebau mit Reicherz und Armerz alle im Ausland. In Deutschland wird laut Metallstatistik seit 1990 keine eigene Bergwerksproduktion mehr betrieben (Metallstatistik 1995). Das Kupferkonzentrat zur Hüttenproduktion aus primären Rohstoffen wird also zu 100 % importiert. Die vier in der Studie des RWTH-IME bilanzierten Minen stellen 15 % der weltweiten Bergwerksproduktion dar. Der Anteil der einzelnen Minen wird gewichtet nach der Produktionsmenge berücksichtigt. Eine Extrapolation auf die gesamte Weltproduktion bzw. auf einen globalen Mittelwert ist anhand dieser Daten nicht möglich. Der in der vorliegenden Studie aufgeführte Wert ist damit nur als Näherungswert zu sehen. In den kommenden Monaten wird jedoch eine Studie des Bundesamtes für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Zusammenarbeit mit dem Umweltbundesamt (UBA) erscheinen („Stoffmengenflüsse und Energiebedarf bei der Gewinnung ausgewählter mineralischer Rohstoffe, Maßnahmenempfehlungen für eine umweltschonende nachhaltige Entwicklung“), in der versucht wird, die globalen Kupferminen summarisch zu erfassen. Nach Auskunft des BGR nach einer vorläufigen Auswertung sind die in GEMIS verwendeten Daten trotz mangelnder Repräsentativität gemessen an der relativen Fehlermöglichkeit bei der Mittelwertbildung gut. Sie sind in einer ähnlichen Größenordnung wie die von der BGR gewonnenen Daten (BGR 1996). Da bei den vier bilanzierten Abbau-Standorten kein lokaler Bezug herzustellen ist, muß der Datensatz hierzu als generisch gelten. Es wird daher auch eine fiktive Transportstrecke des nach der Förderung aufbereiteten Konzentrats nach Deutschland angenommen. Ein lokaler Bezug für den Transport des Konzentrats nach Deutschland würde auch nur für einen bestimmten Zeitraum Sinn machen, da deutsche Verarbeiter periodisch ihre spezifischen Lieferverträge neu aushandeln und die Rohstoffe aus anderen Nationen und Regionen beziehen können (BGR 1996). Da über die spezifischen Konzentrat-Lieferanten und deren Minen keine hinreichenden Informationen vorliegen, muß der generische Bezug akzeptiert werden. Allokation: keine Genese der Kennziffern Als Bezugsgröße zur Bilanzierung der beschriebenen Prozeßschritte wurde entsprechend der Methodik von GEMIS eine Tonne trockener Konzentrat-Output gewählt. Massenbilanz: In Abhängigkeit von den Gehalten des Kupfers im Erz und im Konzentrat müssen in den einzelnen Gruben unterschiedliche Mengen Erz gefördert werden, dementsprechend fallen auch unterschiedliche Mengen Abraum und Berge an. Abraum und Berge werden unter den Reststoffen ausführlicher bilanziert. Im folgenden werden die zu fördernden Mengen Erz angegeben, die pro Tonne trockenes Konzentrat an den einzelnen Abbaustätten zu extrahieren sind. Tab.: Fördermengen der einzelnen Gruben und des gewichteten Mittels der Gruben bezogen auf eine Tonne trockenes Konzentrat (RWTH-IME 1995). Tiefbau(Reicherz) Tiefbau(Armerz) Tagebau(Reicherz) Tagebau(Armerz) gewichtetesMittel Gehalt Cu kg /t Erz 32 10 12,5 5 Gehalt Cukg/t Konz 270 305 350 350 Förderung Erz t/t Konz 8,4 30,5 28 70 30,2 Für die berücksichtigten 15 % der Weltproduktion können im Mittel 30.200 kg Erz pro Tonne gewonnenen Kupferkonzentrats angenommen werden. Zusätzlich muß die Abraummenge berücksichtigt werden, die bei der Förderung anfällt, um auf die Gesamtmenge bewegten Materials schließen zu können. Sie wird unter Reststoffen genauer bilanziert. Im gewichteten Mittel fallen 55,7 t Abraum an (RWTH-IME 1995). Somit ergibt sich eine Gesamtfördermenge von 85,9 t pro t trockenes Konzentrat . Energiebedarf: Der Energiebedarf bei der Förderung und Aufbereitung kommt durch die Abbauaggregate und die Transporte innerhalb der Mine sowie den elektrischen Energiebedarf zur Aufbereitung zustande. Für die in der Studie für das DKI untersuchten Minen wird der in der folgenden Tabelle dargestellte Energiebedarf angegeben. In GEMIS wird das gewichtete Mittel der Minen angesetzt. Tab.: Strom- und Dieselbedarf bei der Förderung und Aufbereitung der Erze zum Kupferkonzentrat bezogen auf eine Tonne trockenes Konzentrat (RWTH-IME 1995). Tiefbau(Reicherz) Tiefbau(Armerz) Tagebau(Reicherz) Tagebau(Armerz) gewichtetesMittel StrombedarfGJ/t Konz 2,29 3,73 3,36 5,73 3,54 DieselbedarfGJ/t Konz 0,67 1,26 3,37 5,32 2,70 Aus der Tabelle geht hervor, daß im Mittel mit einem Strombedarf von ca. 3,54 GJ/t trockenes Konzentrat ausgegangen werden kann. Weiterhin muß ein Dieselbedarf von 2,7 GJ/t berücksichtigt werden. Als Hilfsstoff wird dem Erz Branntkalk zugegeben. Im gewichteten Mittel sind ca. 80 kg pro Tonne trockenesKonzentrat zu berücksichtigen (RWTH-IME 1995). Betriebsstoffe: Als Betriebsstoffe bei der Förderung und Aufbereitung der Kupferkonzentrate werden von der RWTH-IME Sprengstoff und Mahlverschleiß bilanziert. Bezogen auf eine Tonne trockenes Kupferkonzentrat werden im gewichteten Mittel der Gruben 20 kg Sprengstoff eingesetzt und 14 kg Mahlverschleiß benötigt (RWTH-IME 1995). Mahlverschleiß wird in GEMIS als Aufblasstahl interpretiert. Prozeßbedingte Luftemissionen: Abgesehen von den bei der Energiebereitstellung auftretenden Luftemissionen (werden aus den vorgelagerten Prozeßketten bzw. über eine Verbrennungsrechnung erfaßt) werden keine weiteren prozeßbedingten Luftemissionen berücksichtigt. Emissionen aus der Nutzung des Sprengstoffs werden über die Prozeßkette des Sprengstoffs mitbilanziert. Wasserinanspruchnahme: Beim Abbau der Erze und deren Aufbereitung wird eine Wasserinanspruchnahme von 22 l/t trockenes Konzentrat bilanziert, die hauptsächlich durch die Aufbereitung (Flotation) verursacht wird (RWTH-IME 1995). Eigentlich ist der Wasserbedarf der Gruben mit 4-10 m³/t Roherz sehr viel größer. Allerdings wird ein Großteil des Wassers im Kreislauf geführt. Bilanziert wird daher nur der zu ersetzende Verlust (RWTH-IME 1995). Abwasserinhaltsstoffe: Weder über die Abwassermengen noch über deren Inhaltsstoffe liegen Informationen vor. Allerdings ist das nicht dahingehend zu interpretieren, daß kein belastetes Abwasser anfällt. So wird das Abwasser beispielsweise mit den ebenfalls nicht bilanzierten Flotationsmitteln belastet. Reststoffe: Als Reststoffe der Gewinnung der Erze und der Aufbereitung zum Konzentrat werden Abraum- und Bergemengen bilanziert. Diese sind in den folgenden Tabellen für die einzelnen Gruben und als gewichtetes Mittel dargestellt. Tab.: Abraummengen der einzelnen Gruben und das gewichtete Mittel der Gruben bezogen auf eine Tonne trockenes Konzentrat (RWTH-IME 1995). Tiefbau(Reicherz) Tiefbau(Armerz) Tagebau(Reicherz) Tagebau(Armerz) gewichtetesMittel Abraumt/t Konz 0 1,8 102,2 26,6 55,7 Tab.: Bergemengen der einzelnen Gruben und das gewichtete Mittel der Gruben bezogen auf eine Tonne trockenes Konzentrat (RWTH-IME 1995). Tiefbau(Reicherz) Tiefbau(Armerz) Tagebau(Reicherz) Tagebau(Armerz) gewichtetesMittel Berget/t Konz 7,8 34,8 32,2 49 30 In GEMIS werden 55,7 t Abraum und 30 t Berge bezogen auf eine Tonne trockenes Konzentrat bilanziert. Auslastung: 1h/a Brenn-/Einsatzstoff: Ressourcen Flächeninanspruchnahme: 0,0222m² gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 1a Leistung: 0,000114t/h Nutzungsgrad: 1% Produkt: Metalle - NE
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Comment: Kurzinfo: Datensatz aus GEMIS. Negative Werte durch Gutschriftenrechnung. GEMIS steht für “Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme“; es ist ein Softwaretool des Öko-Instituts. GEMIS wurde 1987 erstmals angewendet und wird seitdem weiterentwickelt. Die GEMIS-Datensätze beruhen - je nach Anwendung - auf unterschiedlichen Methoden; auch der zeitliche und der örtliche Bezug der Datensätze sind verschieden. Methode bei Prozessen mit mehreren Outputs: Zur Modellierung der Datensätze zu Multi-Output Prozessen wird in GEMIS die Methode der Systemerweiterung verwendet. Hierbei werden Datensätze, in denen jeweils alle Inputs, alle Outputs und alle Umweltaspekte eines Multi-Output Prozesses ausgewiesen sind, als “Brutto“ bezeichnet. Durch Subtraktion von ‚Bonus’-Prozessen, die jeweils einen der Outputs auf herkömmliche Weise bereitstellen, entsteht ein Nettoprozess, in denen das substituierte Nebenprodukt als Gutschrift erscheint. Die Gutschrift ist dabei kein realer Output des Prozesses, sondern ein rechnerischer ‚Merker’. Beispiel: Multi-Output Prozess Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/brutto: Output ist 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ Wärme, der “Netto“-Datensatz soll sich aber nur auf die Elektrizität beziehen. Durch Subtraktion des Bonusprozesses Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020 mit dem Output Wärme(0,6 TJ) entsteht der “Netto“-Datensatz Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/Gas, für den als Output 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ ‚Gutschrift Wärme-Bonus-für-KWK (Bio)-2020 bei Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020’ angegeben werden; die Gutschrift stellt keinen Stoff- oder Energiefluss des Prozesses dar, sie ist allein rechnerisch begründet. Transport: Angaben zu den angesetzten Transportdistanzen werden nicht gegeben. Abschneidekriterien: Wasser wird in der Regel nur auf der Inputseite angegeben (etwa als Kühlwasser), auch wenn es den Prozess wieder verlässt als Abwasser. Weitere Angaben zu angewendeten Abschneidekriterien werden nicht gegeben. Besondere Nomenklatur: Zahlreiche Abkürzungen für Brennstoffe aus Biomasse und entsprechende Technologien. Besonderheiten auf Datensatzebene: Die Datensätze sind mit Vorketten-Datensätzen verknüpft, in denen die jeweils benötigten Vorprodukte, Energien und Transportleistungen erzeugt werden. Die Daten zu den Umweltaspekten werden erstens “direkt“ (d.h., nur aus dem jeweiligen Prozess, falls dieser direkt zu Umweltaspekten beiträgt) als auch “mit Vorkette“ (d.h., einschließlich aller vorausgehenden Prozesse) ausgewiesen. Negative Werte für Stoffflüsse kommen in GEMIS regelmäßig vor; sie entstehen durch die Anwendung von Systemerweiterung um Multi-Output Prozesse in Single Output Prozesse umzurechnen. Teilweise werden Aufwendungen für Produktionsmittel (Anlagen, Fahrzeuge etc.) aufgeführt (als Stoffflüsse im Input); diese sind jedoch nicht auf die funktionelle Einheit bezogen, sondern werden als absolute Werte angegeben; sie werden nur als Input und nicht als Output (Entsorgung der Betriebsmittel) angegeben. Die durch die Herstellung dieser Produktionsmittel verursachten Umweltaspekte sind dagegen über Leistung, jährliche Auslastung und Lebensdauer auf die funktionelle Einheit bezogen Weiterführende Hinweise und Literatur: #1: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.2, Handbuch, Darmstadt, August 2004. #2: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.1, Handbuch, Darmstadt, Darmstadt, Januar 2003. #3: Fritsche, U., et al.: Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse, Verbundprojekt gefördert vom BMU im Rahmen des ZIP, Projektträger: FZ Jülich, Mai 2004, Anhangband zum Endbericht. #4: Fritsche, U., et al.: Umweltanalyse von Energie-, Transport- und Stoffsystemen: Gesamt-Emissions-Modell integrierter Systeme (GEMIS) Version 2.1 - erweiterter und aktualisierter Endbericht, U. Fritsche u.a., i.A. des Hessischen Ministeriums für Umwelt, Energie und Bundesangelegenheiten (HMUEB), veröffentlicht durch HMUEB, Wiesbaden 1995
Origin: /Bund/UBA/ProBas
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