Pictures of the Future        Herbst 2008

Sparsame Talfahrt

Die Kupfergrube Los Pelambres in Chile ist eine der profitabelsten Minen der Welt, obwohl sie hoch in den Anden liegt. Automatisierungs- und Antriebslösungen von Siemens tragen dazu bei, dass die Anlage in punkto Energieeffizienz und Ressourcenschutz zu den Vorzeigebetrieben des Landes gehört.

Wie ein Lindwurm schiebt sich das Förderband aus dem Tunnel am Ende des Valle del Choapa. Es ist ein Drache, der Berge verschlingt. Endlose Haufen hellen Schotters wandern auf dem 1,80 m breiten Fördergurt zu Tal. Das Kupfererz stammt aus einer 13 km entfernten Grube in 3 200 m Höhe: dem Tagebau der Kupfermine Los Pelambres. Die gigantische Kuhle ist 2,5 km lang, 2 km breit, und im Jahr 2030 wird sie 1 km tief sein. Jede Stunde ver­frachtet das Band 8 700 t Erz aus dem Tagebau hinunter in die Aufbereitungs­anlage in 1 600 m Höhe – eine Menge, die in 200 Schwerlaster passt. Ohne das Förderband würde es die Mine nicht geben, sagt der Betriebsleiter Ricardo Funes Maggi vom Betreiber Mine- ra Los Pelambres: "Die Bandanlage ist das Rückgrat unseres Betriebs."

Obwohl Los Pelambres in einer abgelegenen Region Zentralchiles in der Nähe der höchsten Andengipfel liegt und Gewittern, Schneefall und Gesteins­lawinen ausgesetzt ist, zählt die Grube zu den profitabelsten Bergbaubetrieben der Welt. Die von Siemens und ThyssenKrupp konzipierte und gebaute Förder­anlage trägt zum wirtschaftlichen Erfolg entscheidend bei: Das Riesenfließ­band transportiert nicht nur  Erz zu Tal, es erzeugt dabei auch noch elektri­schen Strom, 2007 waren es 90 Mio. kWh. "Ähnlich wie in einem Wasserkraft­werk wird potentielle Energie in elektrische Energie umgewandelt", erläutert Christian Dirscherl, Marketing Manager im Bereich Mining vom Siemens-Sektor Industry. Wenn das Band voll beladen ist, läuft es dank der Schwerkraft, die das Gestein nach unten zieht, von allein. Die zehn Siemens-Elektro­motoren, die zum Anfahren und zum gleichmäßigen Betrieb der Anlage nötig sind, arbeiten bis zu einer Auslastung von 15 % im Generatorbetrieb und erzeugen Strom.

Steiler Anstieg des Kupferpreises. Auch neun Jahre nach Inbetriebnahme ist das Förderband das größte und effizienteste seiner Art weltweit. Bergbau­betriebe sind Großverbraucher elektrischer Energie, und in Chile ist Strom ein knappes Gut. Schon bei der Planung Ende der 1990er-Jahre achteten Investoren und Betreiber daher besonders auf Effizienz – zumal damals noch kein Rohstoffboom in Sicht war: 1999 erreichten die Kupferpreise einen Tief­stand, für eine Tonne des Metalls wurden gerade mal 1 320 US-$ bezahlt. Im Sommer 2008 wurde die Tonne zwischenzeitlich für über 8 000 US-$ ge­handelt. Der Grund für den Preisanstieg ist vor allem die hohe Nachfrage in China. Die Hälfte der Jahresproduktion von weltweit 15,6 Mio. t wird in Gebäuden verbaut, z.B. in Rohrleitungen oder Dächern. Wegen seiner guten elektrischen Leitfähigkeit ist Kupfer zudem ein essentieller Bestandteil von Elektrogeräten, es steckt in Kabeln, Elektromagneten, Elektromotoren, Generatoren und Transformatoren, außerdem in Alltagsgegenständen wie Münzen oder Armaturen.

In Los Pelambres wird das Erz zunächst im Tagebau gesprengt. Riesige Bagger laden tonnenschwere Brocken auf 320-t-Trucks. Die Laster trans­portieren das Erz zu einem Brecher, der die Blöcke zwischen riesigen Backen zerquetscht. Von dort fallen die nun maximal 30 cm großen Bruchstücke direkt aufs Band. "Wegen der geringen Metallkonzentration von 0,78 % Kupfer muss extrem viel Material umgesetzt werden, damit der Prozess profitabel wird", erläutert Dirscherl. Das aus drei Abschnitten bestehende Förderband verrichtet daher Schwerstarbeit. Mit einer Geschwindigkeit von 6 m/s wälzen sich maximal 5 100 t Schotter gleichzeitig durch einen Tunnel nach unten, die Reise bis zur Aufbereitungsanlage dauert 35 Minuten. Wegen des starken Gefälles von durchschnittlich 10 % besteht die Gefahr, dass das Band unkontrolliert ins Rutschen kommt. 13 Scheibenbremsen mit einem Durchmesser von jeweils 2,50 m können die gesamte Bandanlage aber notfalls innerhalb von 70 Sekunden stoppen.

Nur wenn weniger als 800 t Erz auf dem Band liegen, verbrauchen die zehn Antriebsmotoren selbst Strom. Im Generator-Betrieb erzeugen sie zusammen eine Leistung von bis zu 17 MW, die wiederum in das Stromnetz des Landes eingespeist wird. Der Betrieb erzeugt etwa 15 % des benötigten Stroms selbst und spart dadurch jährlich gut 50 000 t CO₂ ein. Für diese Leistung erhielt Minera Los Pelambres 2005 einen Preis für effiziente Energienutzung vom chilenischen Wirtschaftsministerium. "Die Motoren sind extremen Belastungen ausgesetzt, sie müssen Staub, Feuchtigkeit, große Temperaturunterschiede und Vibrationen aushalten", berichtet Christan Dirscherl. Für das Förderband wurden daher besonders robuste und wartungsarme Maschinen vom Dynamowerk am Siemens-Standort in Berlin verwendet.

Wartung aus der Ferne. Herzstück der Förderanlage ist das Kontroll- und Kommunikationssystem. Über ein Glasfasernetz werden alle wichtigen Komponenten rund um die Uhr mit Sensoren überwacht, Siemens-Ingenieure können sich weltweit über ein Virtual Private Network auf dem Server der Minengesellschaft einloggen, um zum Beispiel im Fall einer Störung schnell nach der Ursache zu fahnden. Ein Siemens-Service-Team vor Ort ist für die Wartung der gesamten Förderanlage von den Rollen über das Band bis hin zu den Motoren zuständig. "Die Leistung von Siemens geht aber über die reine Wartung hinaus", sagt Ricardo Funes Maggi. "Siemens ist für uns ein sehr wichtiger Partner, um unser Hauptziel zu erreichen – mehr Gestein zu transportieren." 

Siemens wird für den Wartungsdienst leistungsabhängig bezahlt, nach beförderter Tonne. "Damit gelten für uns die gleichen Erfolgsfaktoren wie für die Minengesellschaft", betont Dirscherl. Minera Los Pelambres hat im Mai 2007 den Servicevertrag für die Förderanlage bereits zum zweiten Mal verlängert: bis 2011.

Nach dem Transport ins Tal folgt der komplizierte Teil der Kupfergewinnung: Das Erz muss vom Gestein getrennt und aufbereitet werden. Dafür werden die grob zerkleinerten Metallverbindungen zunächst in 12 m großen Mühlen unter Zugabe von Wasser zu einer Erzbrühe zermahlen, "wie in einer riesigen Waschmaschine", erläutert Dirscherl.

Herunterfallende Erzbrocken zertrümmern zusammen mit Eisenkugeln andere Bruchstücke. Der Clou an den von Siemens gelieferten Erzmühlen sind die getriebelosen Ringmotoren, die die Trommeln umschließen. Die Elektro­antriebe haben eine Leistung von je 15 MW und versetzen die Trommel berührungslos allein durch elektromagnetische Kräfte in Bewegung. Anfahren und Anhalten erfolgen sanft und schonend. "Weil es keine Zahnräder und kein Getriebe gibt, haben unsere Erzmühlen einen extrem geringen Verschleiß", erzählt der Ingenieur. Getriebelose Antriebe haben zudem einen höheren Wirkungsgrad und arbeiten energiesparender als andere Motoren. Gut 50 dieser Erzmühlen haben Dirscherl und seine Kollegen bereits an Bergbau­betriebe in aller Welt verkauft.

Metall aus Schaum. Wenn das Gestein gemahlen ist, folgt der eigentliche Trennungsprozess. In Los Pelambres werden dafür so genannte Flotations­zellen verwendet, riesige Kessel, in denen das gemahlene und zuvor chemisch aufbereitete Erz von je einem Rührwerk pro Zelle mit Wasser und Umgebungsluft vermischt wird. Da die chemisch konditionierten Metall­verbindungen sich schlechter mit Wasser benetzen lassen als die anderen im Erz enthaltenen Mineralien, haften sie an der Haut der entstehenden Gas­bläschen. An der Oberfläche der Flotationszelle entsteht dabei ein an Metall­verbindungen reicher Schaum, der abgeschöpft wird.

Um eine Kupferkonzentration von 30 % zu erreichen, muss der Schlamm mehrere Flotationsstufen mit unterschiedlichen Eigenschaften durchlaufen. Das gewonnene Konzentrat strömt schließlich durch eine Pipeline zum Hafen Los Vilos, wo es entwässert und nach Japan verschifft wird. Dort produziert eine Affinerie das reine Metall dann durch Rösten des Konzentrats und an­schließende Elektrolyse. Neben Kupfer wird in Los Pelambres auch Molybdän gewonnen, ebenfalls per Flotation. Die Erze der Mine enthalten einen Anteil von 0,02 % an dem Übergangsmetall, das vor allem in widerstandsfähigen Stahl­legierungen Verwendung findet.

Seit kurzem wird in Los Pelambres eine neuartige, besonders effiziente Flotationszelle von Siemens erprobt, mit der sich die Molybdän-Ausbeute um über zwei Prozent steigern lässt. Die Besonderheit der Siemens-Zelle: Sie kommt ohne Rührwerk aus, weil der Erzschlamm zusammen mit Stickstoff – bei der Molybdänaufbereitung häufig als Ersatz für Umgebungsluft verwendet – unter hohem Druck durch eine Düse in die Zelle gesprüht wird. Feine Molybdän-Teilchen, die bislang zu großen Teilen verloren gingen, lassen sich damit erstmals in größerem Maß vom Schlamm absondern.

"Eine Steigerung von 2 % klingt nicht beeindruckend, aber angesichts der produzierten Mengen rentiert es sich schon", sagt Wolfgang Krieglstein, Sales und Product Manager für Flotationszellen. Eine Tonne Molybdän wird derzeit für 77 000 US-$ gehandelt, und Los Pelambres produziert knapp 10 000 t pro Jahr. Zudem braucht die Siemens-Zelle bei vergleichbarer Kapazität 70 % weniger Energie und 90 % weniger Stickstoff als andere Zellen. Nach den vielversprechenden Tests arbeiten Krieglstein und seine Kollegen nun an einer ähnlichen Zelle für die Kupfer-Flotation, um auch dort die Ausbeute zu erhöhen.

Durstige Minen. Die neue Flotationszelle folgt einem aktuellen Trend in der Bergbau-Industrie: "Prozessverbesserung ist derzeit ein großes Thema. Es geht darum, mehr Metall aus dem abgebauten Erz herauszuholen und dabei weniger Energie zu verbrauchen", sagt Dirscherl. Dank der effizienten Siemens-Lösungen steht Los Pelambres in diesem Bereich bereits an vorderster Front. Ein weiteres Thema in der chilenischen Mine sind Wasser­verbrauch und Wasseraufbereitung. "Das wird man in der Zukunft verstärkt angehen müssen", so Dirscherls Einschätzung.

Im niederschlagsarmen Chile ist der Bergbau neben der Landwirtschaft der durstigste Verbraucher, und die Wasserrechte sind heiß umkämpft. "Wasser ist der kritische Faktor für die Entwicklung des Bergbaus in Nordchile", schreibt das Wirtschaftsportal Ecoamerica. "Die Augen der Minengesellschaften richten sich deshalb auf das Meer." Entsalzungsanlagen sollen das benötigte Wasser liefern, auch wenn die Minen teilweise 170 km von der Küste entfernt sind und wie Los Pelambres bis zu 3 000 m über dem Meeresspiegel liegen. Für Siemens sind das beste Perspektiven, sagt Christian Dirscherl: "Neben energieeffizienten Minentechnologien haben wir mit Water Technologies auch das notwendige Know-how für die Wasseraufbereitung im Unternehmen." Damit wird Siemens in der Bergbau-Branche auch weiterhin zu den führenden Lösungsanbietern gehören.
                                                                                                                    Ute Kehse