In einigen Gegenden Neuseelands ist die Suche nach Gold noch heute ein weitverbreiteter Zeitvertreib. Während seines zweijährigen Arbeitsaufenthalts an der Massey University hat auch Andreas Hauser dieses Hobby ausprobiert – und suchte als Wissenschaftler gleich nach einer Möglichkeit zur Prozessoptimierung: „Die Tatsache, dass dort noch einige Flüsse Gold führen, hat mich sehr inspiriert und so habe ich bereits in Neuseeland einen ersten, wenn auch äußerst bescheidenen Prototyp gebaut“, erklärt Hauser. Die Herausforderung dabei ist es, auch sehr kleine Partikel erfolgreich auszusortieren, und das bei einem möglichst hohen Materialstrom.
Durch Optimierung zur Präzision
Der von Hauser und Koch mittlerweile entwickelte, bereits industrienahe Prototyp von der Größe eines Kühlschranks basiert auf dem Wirbelstromprinzip. Innerhalb eines Zylinders sind starke Magnete mit je einem Zentimeter Kantenlänge auf rotierenden Scheiben angebracht. Durch ihre Drehbewegung entsteht ein rotierendes magnetisches Feld an der Zylinderfläche, das in daran vorbeirieselnden Nichteisenmetallen einen Wirbelstrom erzeugt. „Wir streben eine Teilchengröße von rund einem Millimeter oder sogar darunter an“, erklärt Hauser; „Partikel von so geringer Größe reagieren jedoch nur schwach auf das magnetische Feld. Deshalb ist die Verweildauer der Partikel im Einflussbereich des Feldes von Bedeutung.“ Um diese Verweildauer zu erhöhen, kann die Abtrennung auch unter Wasser erfolgen, dessen Viskosität gewährleistet, dass auch kleinste Partikel abgetrennt werden. Für die Bearbeitung von Flussgold sind die außen am Zylinder aufgebrachten Materialkanäle daher komplett mit Wasser gefüllt. Ein Abstoßungseffekt - leitfähige Teilchen werden nämlich für kurze Zeit selbst kleine Magnete mit entgegengesetzter Polorientierung - lenkt die Nichteisenmetallpartikel auf eine andere Flugbahn, was eine Abtrennung von den Nichtmetallen ermöglicht. „Man kann es sich so vorstellen: Wenn ein leitendes Teilchen in das rotierende Magnetfeld eintritt, wird es von diesem mitgezogen“, erläutert Hauser das Prinzip. Im Fall der Abscheidung von Aluminium ist bereits eine sortenreine Trennung von anderen Partikeln möglich.
Das Projekt von Andreas Hauser und Markus Koch wurde durch das Austria Wirtschaftsservice (aws) über PRIZE gefördert und von der TU Graz patentrechtlich sowie durch Recherchen bezüglich Verwertbarkeit und Patentierbarkeit unterstützt. Das Institut für Experimentalphysik unter der Leitung von Wolfgang Ernst hat sich durch Materialgaben sowie Fertigungsdienstleistungen in das Projekt eingebracht.
Goldnuggets mit einer Größe von etwa zwei Millimetern können mit dem Prototyp von Andreas Hauser und Markus Koch sehr gut abgetrennt werden. © Lunghammer - TU Graz
Chance Abfallwirtschaft
Da das Goldschürfen heutzutage bis auf wenige Ausnahmen eher ein exotisches Hobby ist, suchte Hauser nach weiteren Anwendungsmöglichkeiten seiner Technologie – etwa im Bereich der Abfallwirtschaft. Gemeinsam mit seinem Kollegen Markus Koch verfolgt er derzeit die Weiterentwicklung des Prototyps mit Unterstützung des Institutsvorstands Wolfgang Ernst und der TU Graz. „Es waren viele Versuche notwendig, bis der Prototyp so funktioniert hat, wie wir uns das vorgestellt haben“, meint Hauser mit einem Lächeln. Der entwickelte Prototyp könnte speziell bei der Verwertung von Rückständen aus der thermischen Abfallverwertung zum Einsatz kommen: Die bei der Verbrennung übrig bleibende Asche wird zunächst magnetisch vorbehandelt, um die Eisenmetalle zu entfernen. Anschließend können die Nichteisenmetalle je nach Teilchengröße entweder über herkömmliche Wirbelstromabscheider oder über das neue Verfahren rückgewonnen werden.
Bei der diesjährigen Verleihung des Abfallwirtschaftspreises Phönix erlangten Hauser und Koch den zweiten Platz mit der Einreichung „Anlage zur Rückgewinnung von Nichteisenmetallen aus Verbrennungsrückständen bei der thermischen Abfallverwertung“.
Markus Koch (re.) befüllt den Prototyp mit feuchtem Sand in dem Goldpartikel enthalten sind um diese abzutrennen. © Lunghammer - TU Graz
Die (Gold-)Suche geht weiter
Die möglichen Einsatzbereiche für die Entwicklung von Hauser und Koch sind aber vielfältig und gehen über die Abfallwirtschaft hinaus, denn knapper werdende Rohstoffe machen den Einsatz hochentwickelter Technologien etwa auch im Bergbau notwendig. In der Abfallwirtschaft herrscht bereits reges Interesse an dem in Graz entwickelten Prototyp, wie sich bei der diesjährigen Preisverleihung des Abfallwirtschaftspreises Phönix gezeigt hat. Dort konnten Hauser und Koch den zweiten Platz erreichen. „Unser Ziel war es, ein Gerät herzustellen, das schon sehr industrienah aufgebaut ist und von einer industriellen Forschungsabteilung im Bereich der Müllverwertung aufgegriffen werden kann“, konkretisiert Andreas Hauser die ursprünglichen Pläne. Derzeit sind Koch und Hauser auf der Suche nach internationalen Partnern für eine Lizensierung ihrer Erfindung.
Dieses Forschungsgebiet ist in den FoE „Advanced Materials Science" und "Mobility & Production“ verankert, zwei der fünf Stärkefelder der TU Graz.
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