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Mechanical high-velocity comminution by VeRo Liberator ® technique for efficient particle liberation and size reduction --- Mechanische Hochgeschwindigkeitszerkleinerung mittels VeRo Liberator ® für die effiziente Freilegung von Partikeln und Korngrößenreduzierung

Authors:
  • PMS Handelskontor GmbH

Abstract and Figures

The efficiency improvement in the comminution of ores has been on the international agenda of the mining industry for some time but substantial advances are still relatively scarce. It is generally agreed upon that major goals include a substantially reduced energy consumption, systems that operate dry, markedly enhanced particle size reduction, and improved particle liberation. The VeRo Liberator ® was invented some five years ago and applies a completely new, mechanical comminution principle, which applies high-velocity, high-frequency impact comminution. www.at-minerals.com Zusammenfassung: Die Effizienzsteigerung bei der Zerkleinerung von Erzen ist seit langem ein wichtiges Thema für die Bergbauindustrie, aber wesentliche Fortschritte sind immer noch verhältnismäßig rar. Einigkeit besteht darüber, dass die Hauptziele u. a. ein deutlich reduzierter Energieaufwand, trocken betriebene Anlagen, eine deutlich verbesserte Korngrößenreduzierung und die effektivere Freilegung von Wertpartikeln sind. Der VeRo Liberator ® ist vor etwa fünf Jahren erfunden worden und basiert auf einem vollkommen neuen, mechanischen Zerkleinerungsprinzip, das mechanische Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzprallzerkleinerung anwendet. www.at-minerals.com
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TECHNICAL SOLUTIONS
AT MINERAL PROCESSING (Volume59)
Mechanische Hochgeschwindigkeitszerkleinerung mittels
VeRo Liberator® für die effiziente Freilegung von Partikeln und
Korngrößenreduzierung
Prof. Dr. Gregor Borg
PMS GmbH, Hamburg/Germany, www.pms-handelskontor.de
Economic Geology and Petrology, Martin Luther University Halle-Wittenberg/
Germany, www.petrology.de
Gregor Borg is a German economic geologist by training and has worked in
academia, geological surveys, and industry alike for over 30 years. He studied
geology in Germany and South Africa and holds the position of Professor of
Economic Geology and Petrology at the Martin Luther University Halle-Wit-
tenberg in Germany. He is deputy chairperson of the advisory board of two
public mineral resource companies, Deutsche Rohstoff AG and Ceritech AG.
He is author or coauthor of more than 70 full scientific papers and a large
number of confidential internal consultancy reports. He has practically
explored for and academically studied various types of precious and base
metal deposits in several continents. He lived for almost ten years in Southern
and Eastern Africa and has worked extensively in countries such as Namibia,
South Africa, Botswana, Turkey and Iran.
Weitere Autoren:
Felix Scharfe
PMS GmbH, Hamburg/Germany
Oscar Scharfe
PMS GmbH, Hamburg/Germany
Prof. Dr. Christof Lempp
Rock Mechanics/Engineering Geology,
Martin Luther University Halle-Wittenberg/Germany
Zusammenfassung: Die Effizienzsteigerung bei der Zerkleinerung von Erzen ist seit langem
ein wichtiges Thema für die Bergbauindustrie, aber wesentliche Fortschritte sind immer
noch verhältnismäßig rar. Einigkeit besteht darüber, dass die Hauptziele u.a. ein deutlich
reduzierter Energieaufwand, trockenbetriebene Anlagen, eine deutlich verbesserte Korn-
größenreduzierung und die effektivere Freilegung von Wertpartikeln sind. Der VeRo
Liberator® ist vor etwa fünf Jahren erfunden worden und basiert auf einem vollkommen
neuen, mechanischen Zerkleinerungsprinzip, das mechanische Hochgeschwindigkeits- und
Hochfrequenzprallzerkleinerung anwendet.
Mechanical high-velocity comminution by VeRo Liberator®
technique for efficient particle liberation and size reduction
Summary: The efficiency improvement in the comminution of ores has been on the inter-
national agenda of the mining industry for some time but substantial advances are still rela-
tively scarce. It is generally agreed upon that major goals include a substantially reduced
energy consumption, systems that operate dry, markedly enhanced particle size reduction,
and improved particle liberation. The VeRo Liberator® was invented some five years ago
and applies a completely new, mechanical comminution principle, which applies high-
velocity, high-frequency impact comminution.
Zerkleinerung • Comminution
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TECHNICAL SOLUTIONS
(Volume59) 04/2018AT MINERAL PROCESSING
1 Introduction
The industrial scale 100t/h VeRo Liberator® prototype fea-
tures a vertical four-fold axle-in-axle system, equipped with
a large number of hammer tools, which rotate on three levels
clockwise and anticlockwise against each other. The resulting
high-frequency, high-velocity impacts cause a highly turbu-
lent particle flow and trigger fracture nucleation and fracture
propagation preferentially at and along mineral boundaries.
Breakage occurs from the high-velocity stimulation of parti-
cles, where the elasticity and compressibility modules control
differential particle behaviour. This differential behaviour results
in the build-up of stress along particle boundaries and eventual
failure and breakage nucleation on mineral phase boundaries.
Compressive breakage occurs only in a minor portion of the
impacted particle whereas most of the particle disintegrates
when a critically high elastic load is absorbed by the particle.
When the specific elastic limit of the rock type is exceeded, it
disintegrates without direct contact with the steel tool.
The resulting fracture nucleation and fracture propagation on
particle boundaries rather than cross-boundary breakage ex-
plains the high degree of liberation and low energy consump-
tion, compared to traditional comminution systems that feature
breakage development parallel to σ1 between point-loads. The
improved breakage behaviour results in a drastically reduced
energy consumption of between 3and 13kWh/t, very high
degrees of particle liberation, and particle size reduction ratios
of up to 6250in single pass comminution. The VeRo Liberator®
can either replace several conventional comminution steps or
1 Einleitung
Der großtechnische Prototyp des VeRo Liberators® mit einem
Durchsatz von 100t/h verfügt über ein vertikales vierfaches
Hohlachsensystem, das mit einer Vielzahl an Hammerwerk-
zeugen bestückt ist. Diese auf drei Ebenen befestigten Ham-
merwerkzeuge rotieren im Uhrzeigersinn und gegen den
Uhrzeigersinn gegeneinander. Die daraus resultierenden Hoch-
frequenz- und Hochgeschwindigkeitsschläge verursachen eine
hochturbulente Partikelströmung und lösen die Bruchbildung
und -ausbreitung bevorzugt an und entlang von Mineralgrenzen
aus. Der Bruch entsteht aufgrund der Hochgeschwindigkeits-
stimulierung der Partikel, wobei die Elastizitäts- und Kompres-
sivitätsmodule der Partikel unterschiedliches Partikelverhalten
anregen. Dieses Differentialverhalten führt zum Spannungsauf-
bau an den Korngrenzen und schließlich zur Bruchbildung an
den Mineralphasengrenzen. Durch Druckspannung induzierter
Bruch findet bei diesem Verfahren nur in einem kleineren Teil
des prallbeanspruchten Partikels statt, während der größere Teil
des Partikels aufgeschlossen wird, wenn eine kritische elastische
Beanspruchung durch den Partikel aufgenommen wird. Sobald
die spezifische Elastizitätsgrenze des Gesteinstyps überschritten
wird, wird er ohne direkten Kontakt mit dem Stahlwerkzeug
zerbrochen und die Wertpartikel zugleich aufgeschlossen.
Die resultierende Bruchbildung und -ausbreitung an den und
entlang der Partikelgrenzen sind, im Gegensatz zur grenz-
überschreitenden Bruchbildung, der Grund für die hochgra-
dige Freilegung mit besonders niedrigem Energieaufwand im
Vergleich zu klassischen Zerkleinerungsanlagen, die auf einer
Prototyp des VeRo Liberator® Prototype of the VeRo Liberator®
Quelle/Source: PMS GmbH
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TECHNICAL SOLUTIONS
AT MINERAL PROCESSING (Volume59)
Bruchentwicklung parallel zur Spannungsrichtung σ1 zwischen
Punktlasten beruhen. Das verbesserte Bruchverhalten führt zu
einem drastisch reduzierten Energieaufwand zwischen 3und
13kWh/t, zu hocheffektiver Partikelfreilegung und zu Korn-
größenzerkleinerungsgraden bis zu 6250 in einem einzigen,
meist wenige Sekunden dauernden Zerkleinerungsdurchgang.
Der VeRo Liberator® kann entweder mehrere herkömmliche
Zerkleinerungsschritte ersetzen oder die Effizienz einzelner
Zerkleinerungsschritte minimieren (Bild1 und Bild2[11]).
Der Erfindung und dem Bau des ersten Prototyps (2011-2012)
folgten umfangreiche Zerkleinerungsversuche an Großproben
diverser Erze aus unterschiedlichen Lagerstätten und Minen
(2012-2014). Diese Tests wurden durch unabhängige geometal-
lurgische und mineralogische Dokumentation und Forschung
begleitet (2013-2015). Interne Präsentationen bei Bergbauun-
ternehmen und auf internationalen Zerkleinerungstagungen
weckten großes Interesse seitens der Industrie, was zu weiteren
umfangreicheren Zerkleinerungsversuchen an verschiedenen,
von der Industrie gelieferten Erzen und Hüttenschlacken führte
(2015-2016). Die erste großtechnische Versuchsphase wurde
Anfang 2017 von PMS in Zusammenarbeit mit Anglo Ameri-
can gestartet, um den VeRo Liberator® ab April 2018 an einem
ihrer Betriebsstandorte in einer umfangreichen Pilotphase zu
testen.
2 Erfindungs- und Entwicklungsgeschichte
Der VeRo Liberator® wurde 2011 erfunden und zunächst
wurde eine kleinere Testanlage gebaut, die an Werkstoffen wie
Stahlbeton und Müllverbrennungsschlacken ausprobiert wurde.
Vielversprechende Ergebnisse veranlassten die PMSGmbH,
nach unabhängigen, standardisierten wissenschaftlichen Un-
tersuchungen sowie der Dokumentation des Zerkleinerungs-
erfolgs durch die mineralogische Charakterisierung von Auf-
gabematerialien und Endprodukten zu suchen. Im Rahmen
eines 18-monatigen Kooperationsprojekt zwischen der Eco-
nomic Geology and Petrology Research Unit an der Martin-
Luther-Universität Halle-Wittenberg/Deutschland und der
PMSGmbH wurden Großproben verschiedenster Erze für
Zerkleinerungstests beschafft.
can reduce the application of less (energy) efficient technique
to a minimum (Fig.1 and Fig.2,[11]).
The invention and production of the first industrial-scale proto-
type (2011-2012) was followed by extensive test comminution
of bulk samples of a wide range of typical ores from various
mines around the world (2012-1014). This test work was ac-
companied by independent geometallurgical and mineralogical
documentation and research (2013-2015). In-house presen-
tations to mining houses and at international comminution
conferences drew strong industrial interest and resulted in even
more extensive test comminution of various types of industry-
supplied ores and smelter-slags (2015-2016). Presently, the first
industrial-scale pilot test phase is being launched jointly by
PMS and Anglo American to test the VeRo Liberator® at one
of their operations beginning in 2018.
2 Invention and development history
The VeRo Liberator® was invented in 2011 and, initially, a much
smaller test unit was built and tried on materials such as steel-
armoured concrete and incinerator slags. Promising results led
PMSGmbH to look for independent, standardised scientific
investigation and documentation of the comminution success
based on mineralogical characterisation of feed and product
materials. An 18-month cooperation project with the Econom-
ic Geology and Petrology Research Unit of Martin Luther
University Halle-Wittenberg/Germany and PMSGmbH has
been established and bulk samples of a diverse range of ores
have been obtained for test-comminution.
These bulk samples have been selected with the attempt to
include a variety of different typical ore types, such as massive
2 Schematisches Diagramm der verschiedenen Anteile des
Energieverbrauchs beim Betrieb[10]. Es ist bemerkenswert und
höchst ineffizient, dass nur 1 % (!) der Energie für das
eigentlichen Zerbrechen und damit für der Korngrößenreduzierung
des Materials aufgewendet wird
Schematic pie chart showing the utilisation of energy, consumed
by conventional mills during operation[10]. Please note that only
1 % (!) of the energy is used for the actual breakage and thus size
reduction of the material
1 Aufteilung des Energieverbrauchs an typischen Grubenbetrieben
(abgeändert aus http://www.visualcapitalist.com). Dabei ist zu
beachten, dass Verfahren wie Elektrolyse, Raffination oder
Schmelzen hier nicht miteingerechnet werden)
Distribution of energy consumption at typical mine sites (modified
from http://www.visualcapitalist.com). Please note that processes
such as electro-winning, refining, or smelting processes are not
considered here
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TECHNICAL SOLUTIONS
sulphide ores (Rio Tinto and Aguas Tenidas/Spain and Pyhäsal-
mi/Finland), tungsten ore (Wolfram Camp Mine, Queensland/
Australia), fluorite and barite ore (Clara Mine/Germany), large-
flaked graphite ore (Kropfmühl Mine/Germany), and anode
copper smelter slag (Aurubis Smelter Lünen/Germany). These
bulk samples allowed for detailed and in-depth test commi-
nution and for the initial adaptation and optimisation of the
VeRo Liberator®, which underwent significant development
and modifications during these early stages between 2011 and
2014 (Fig.3 and Fig.4).
Based on the encouraging empirical results, first in-house pres-
entations were offed to selected mining and smelting compa-
nies, which resulted in stimulating– although initially partly
sceptical– discussions, but which also provided the PMSteam
Diese Großproben wurden mit dem Ziel ausgewählt, vielfältige
aber typische Erzen zu testen, wie z.B. massive Sulfiderze (Rio
Tinto und Aguas Tenidas/Spanien und Pyhäsalmi/Finnland),
Wolframerz (Wolfram Camp Mine, Queensland/Australien),
Flussspat- und Schwerspaterze (Grube Clara/Deutschland),
Graphiterz (Grube Kropfmühl/Deutschland), und Anodenofen-
Kupferschlacke (Aurubis Kupferhütte Lünen/Deutschland).
Mit diesen Großproben wurden umfassende Zerkleinerungs-
versuche durchgeführt, was die Anpassung und Optimierung
des VeRo Liberators® ermöglichte, der während dieser Anfangs-
phase zwischen 2011 und 2014 wesentliche Weiterentwicklun-
gen (Bild3 und Bild4) erfuhr.
Angesichts der erfolgreichen empirischen Zerkleinerungs-
ergebnisse wurde die VeRo Liberator-Technik ausgewählten
3 Entwicklungsstufen des VeRo Liberators® vom ersten Versuchsmodell im labortechnischen Maßstab (oben links) über den ersten Prototyp bis zu
den aktuellen großtechnischen Maschinen Different development stages of the VeRo Liberator®, from the first lab-scale trial machine (top left)
through a first prototype to the current full industrial-scale models
Quelle/Source: PMS GmbH
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TECHNICAL SOLUTIONS
AT MINERAL PROCESSING (Volume59)
Bergbau-und Hüttenunternehmen in internen Präsentationen
vorgestellt. Dies führte zu angeregten, wenn auch anfänglich
teils skeptischen Diskussionen, die aber auch für das PMS-Team
konstruktive technische Fragestellungen und Anregungen be-
inhalteten. Präsentationen auf ausgewählten internationalen
Zerkleinerungstagungen, die Veröffentlichung von Beiträgen
in Tagungsberichten und internationalen Fachzeitschriften
sowie der professionelle Webauftritt und eine Werbebroschüre
trugen dazu bei, das neue VeRo Liberator® Verf ahren interna-
tional bekannt zu machen. Darüber hinaus führten Diskussi-
onen mit zahlreichen Zerkleinerungsexperten aus Industrie
und Forschung zum besseren Verständnis des Arbeitsprinzips
des VeRo Liberators® und seiner eindrucksvollen Zerkleine-
rungsergebnisse.
Ausgelöst durch die positiven Ergebnisse und die öffentlichen
Präsentationen schickten nun interessierte Bergbau- und Hüt-
tenbetriebe aus allen Teilen der Welt Großproben verschie-
denster Erze zur Testzerkleinerung mittels VeRo Liberator
®
.
Wissenschaftliche Begleitforschung zur Charakterisierung der
Aufgabematerialien und Produkte wurde fortgesetzt aber auch
erweitert, um das Funktionsprinzip des VeRo Liberators
®
, der
solche innovative und drastisch effizientere Zerkleinerungs-
ergebnisse ermöglicht, besser zu verstehen. Das geometall-
urgische Forschungsteam der Universität wurde durch das
felsmechanische Team ergänzt, um den bereist früh postu-
lierten Zerkleinerungsmechanismus[2] genauer zu untersu-
chen und besser zu verstehen[3; 4; 5]. Die Markteinführung
des VeRo Liberators
®
wurde Ende 2016 erreicht, als Anglo
American nach einer Reihe von Zerkleinerungsversuchen an
verschiedenen Erzen einen maßgeschneiderten VeRo Libera-
tor
®
bestellte, der für den Einsatz in einem großtechnischen
Pilotversuch bei einem der Anglo American Betriebe speziell
ausgelegt wurde.
3 Proprietäres Verfahren
Das VeRo Liberator
®
Verfahren wurde von der PMS GmbH
– einem familiengeführten Unternehmen in Hamburg/
with highly constructive technical questions. Presentations at
selected international comminution conferences, publication of
papers in conference proceeding volumes and technical inter-
national journals, as well a website presentation and advertise-
ment brochure all helped to publicise the new VeRo Liberator®
technique. However, the comminution results and the working
principle of the VeRo Liberator® presented in this paper have
been discussed with and improved by numerous experts both
from industry and academia.
The positive results and reactions to these public presenta-
tions came in the form of abundant bulk samples of ores, now
sent at the request of interested mining and smelting com-
panies from all continents. Accompanying scientific research
on the characterisation of feeds and products continued but
was extended to research, trying to understand the functional
principle of the VeRo Liberator
®
that delivers such innova-
tive and drastically more efficient comminution results. The
university research team was enlarged by including the rock
mechanics group, to test the initially proposed comminution
mechanism[2] and to refine it to the current understanding[3;
4; 5]. Market entry was achieved in late 2016, when Anglo
American, after a series of comminution tests on different
ores, ordered a bespoke VeRo Liberator
®
, specially designed
to be used in a large-scale pilot test at one of their operations.
3 Proprietary technique
The VeRo Liberator® technique was invented and the machine
is being built by PMS GmbH, Hamburg/Germany, a private,
family-owned company with the aim to establish the technique
successfully in the market in both the primary mineral process-
ing and recycling industry. This innovative, patented technique
is thus the sole intellectual property of PMSGmbH and this
proprietary information is handled restrictedly. Therefore, the
current paper cannot present any detailed technical plans of
the machine. Further technical development of the machine
is currently carried out with industry clients, who also treat
the details of these new modifications as confidential. Anglo
American supports the VeRo Liberator technique and cooper-
ates with PMS GmbH to develop the technique to the next
technical level.
4 Technical parameters
The maximum size of the feed for the current VeRo Libera-
tor® model is preferably 120mm in diameter. Depending on
the input material from mining, this could be material from
a primary crusher or the VeRo Liberator® could replace the
primary crusher itself plus subsequent crushing and milling
stages. Reduction ratios in classical dry crushing are generally
small and typically range between 3and 6in a single crushing
stage[13]. More innovative single-level impact crushers and
hammer mills reach reduction ratios, rarely as high as 40to
60°. However, the reduction ratio of the VeRo Liberator® is
fundamentally larger and ranges from a minimum ratio of 100
(at 120mm feed diameter) to a reduction ratio of 1000 for
Rio Tinto massive sulphides and can be as high as 6250. The
latter, extreme reduction ratio has been achieved on a bulk
sample of a natural industrial mineral composite of minute
silica skeletons in a calcite matrix, with an F80 of 120mm
and a P80 of 16µm, thus representing an impressive reduction
ratio of 6250[12].
ni
60
50
40
30
20
10
0
2012 2013 2015 2015 2016 2017 2018
Number of Industry bulk samples processed
PMS-organised
Market Entry with Anglo American plc
2+X machines for pilot bests at operating mines
Presentations at International
and National Comminution Conferences
Client-requested Anglo pre-pilot Total
Publications, Advertisement,
and Website
In-House Presentations
to Industry
Independent University
Research
Invention
4 Zusammenfassung der Erfindungs- und Entwicklungsgeschichte
des VeRo Liberators® mit Begleitforschung, industrieinternen
Präsentationen, öffentlichen Vorstellungen auf Tagungen und
Veröffentlichungen
Invention and development history of the VeRo Liberator® with
accompanying research, in-house industry presentations, public
presentations at conferences, and printed publications
Quelle/Source: Prof. Dr. Gregor Borg
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TECHNICAL SOLUTIONS
(Volume59) 04/2018AT MINERAL PROCESSING
Deutschland – entwickelt, die jetzt auch die Anlage herstellt
und vertreibt, mit dem Ziel, das Verfahren auf dem Markt
für die Aufbereitung primärer mineralischer Rohstoffe und
für die Recyclingindustrie erfolgreich zu etablieren. Dieses
innovative, patentgeschützte Verfahren ist folglich das alleinige
geistige Eigentum der PMSGmbH und relevante proprietäre
Informationen werden daher nur eingeschränkt behandelt.
Aus diesem Grund präsentiert dieser Beitrag auch keine de-
taillierten technischen Pläne der Maschine. Die technische
Weiterentwicklung der Maschine wird momentan in Zusam-
menarbeit mit Industriekunden ausgeführt, die auch die Ein-
zelheiten dieser neuen Anpassungen als vertraulich behandeln.
Anglo American unterstützt das VeRo Liberator
®
Verfahren
und ist gemeinsam mit der PMS GmbH dabei, die Technik
weiterzuentwickeln.
4 Die technischen Parameter
Die maximale Aufgabengröße für das aktuelle VeRo Libera-
tor® Modell misst 120mm im Durchmesser. Abhängig von der
Sprengzerkleinerung des Ausgangsmaterials aus dem Bergbau,
kann dem VeRo Liberator® Material von einem Vorbrecher
zugeführt werden oder der VeRo Liberator® kann den Vorbre-
cher sowie nachgelagerte Brech- oder Mahlstufen komplett
ersetzen. Zerkleinerungsgrade beim klassischen Trockenbrechen
sind gewöhnlich klein und bewegen sich typischerweise zwi-
schen 3 und 6in einer einzelnen Brechstufe[13]. Innovativere
einstufige Prallbrecher und Hammermühlen erreichen selten
Zerkleinerungsgrade in einer Größe von 40bis 60°. Der Zer-
kleinerungsgrad des VeRo Liberators® ist drastisch größer und
reicht von einem Minimum von 100 (bei 120mm Aufgabe-
The VeRo Liberator® works without process water and is thus
most suitable for operation in arid regions where costs and
availability of water are an even bigger issue than in in wet
regions with adequate supplies of water. However, the machine
works not only in a dry process but is additionally capable of
actively warming/heating and thus drying the comminuted
material by converting the impact energy into thermal energy.
Another effect of the high velocity of the impacts is the embrit-
tlement of viscous (“ductile”) particles, such as spherical metal-
lic copper droplets in smelter slags that remain spherical and are
not flattened as in conventional comminution systems (Fig.13
in[4]). Technically, the equipment is easy to maintain since the
housing can be lifted hydraulically for single-tool replacement
or the entire drive shaft and tool unit can be pulled from the
main frame. This allows maintenance resp. a quick exchange
after possible repair.
5 Comminution results
To date, tens of bulk samples of various ores and slags from several
mines and smelters around the world have been or are currently
being test-comminuted by the Vero Liberator®. These materi-
als include primary ores of metal commodities such as copper,
lead, zinc, tungsten, molybdenum, gold, and platinum as well as
industrial minerals such as graphite, fluorite, barite, limestone,
diatomite, nepheline syenite and others. Some results of test-
comminuted materials have already been published in other pub-
lications[2; 3; 4; 5]. The present paper high-lights the particular
applicability of the VeRo Liberator® for the processing of classical
porphyry copper ore, tungsten ore, and industrial minerals such
as garnet and rutile in eclogite, and also allows to elaborate in
5 Rückstreuelektronenbild von zerkleinertem Wolframerz der
Wolfram Camp Mine, Queensland/Australien, das die von den
Gangmineralen (grau) getrennten und freigelegten Erzminerale
zeigt. Die scharfkantigen Formen, insbesondere der silikatischen
Gangminerale, dokumentieren, dass die Minerale freigelegt, aber
nicht durch Umwälzen oder Mahlen abgerieben worden sind, was
die Bildung von unerwünschten Feinpartikeln reduziert hat
Backscatter electron microscope image of tungsten ore from
Wolfram Camp Mine, Queensland/Australia, showing ore
minerals (white) liberated from gangue minerals (grey). Note the
sharp angular shapes, particularly of the silicate gangue minerals,
which document that the minerals have been liberated but not
abraded from tumbling or milling, which reduced the generation
of fines
Quelle/Source: Prof. Dr. Gregor Borg
6 Stark vergrößertes Rückstreuelektronenbild von silikatischen
Gangmineralen (mittel bis dunkelgrau) und Erzmineralen (weiß).
Die Wolframerzminerale umfassen Scheelit (Sch) und Wolframit
(Wof), zusammen mit Molybdänit (Mol). Die Freilegung der
Partikel ist vollständig und die Partikelformen sind sehr kantig, da
die Trennung entlang der Korngrenzen und ohne Abrieb durch
Umwälzen und Mahlen erfolgt
Close-up backscatter electron microscope image showing silicate
gangue minerals (medium to dark grey) and ore minerals (white).
Tungsten ore minerals include scheelite (Sch) and wolframite
(Wof), together with molybdenite (Mol). Note that particle
liberation is complete and particles are highly angular from
separation/liberation along particle boundaries without abrasion
from tumbling and milling
Quelle/Source: Prof. Dr. Gregor Borg
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TECHNICAL SOLUTIONS
AT MINERAL PROCESSING (Volume59)
durchmesser) bis zu einem Zerkleinerungsgrad von 1000 für
Rio Tinto Massivsulfide und kann sogar 6250 erreichen. Die-
ser letztere, extrem hohe Zerkleinerungsgrad wurde an einer
Großprobe eines natürlichen Industriemineral-Verbundmate-
rials erreicht, der aus winzigen Kieselsäureskeletten in einer
Kalzitmatrix besteht, mit einem F80 von 120mm und einem
P80 von 16µm, was den beeindruckenden Zerkleinerungsgrad
von 6250 bedeutet[12].
Der VeRo Liberator® arbeitet ohne Prozesswasser und ist des-
halb gut geeignet für den Betrieb in wasserarmen Regionen,
wo die Kosten und die Verfügbarkeit von Wasser ein noch grö-
ßeres Problem darstellen als der Kostenfaktor allein, selbst in
wasserreichen Regionen. Die Maschine bietet allerdings nicht
nur ein trockenes Zerkleinerungsverfahren, sie erwärmt zusätz-
lich das zerkleinerte Produkt und kann es dadurch trocknen,
indem die kinetische Aufprallenergie in thermische Energie
umgewandelt wird. Ein weiterer Effekt der hohen Aufprallge-
schwindigkeit ist die Versprödung viskoser (“duktiler”) Parti-
kel, wie z.B. sphärischer metallischer Kupfertropfen in Hüt-
tenschlacken, die beim Zerkleinerungsvorgang in sphärischer
Form erhalten bleiben und nicht ausgewalzt und abgeplattet
werden, anders als durch konventionelle Zerkleinerungssys-
teme (Bild13 in [4]). Technisch ist die Maschine wartungs-
freundlich und das Gehäuse kann hydraulisch gehoben wer-
den, um einzelne Werkzeuge zu ersetzen. Alternativ kann die
gesamte Antriebswelle zusammen mit den Schlagwerkzeugen
aus dem Hauptrahmen herausgezogen werden. Dies ermög-
licht die Wartung bzw. den schnellen Austausch der gesamten
Werkzeugeinheit zur Wartung bzw. bei bei einer möglichen
Reparatur.
5 Zerkleinerungsergebnisse
Bislang ist eine Vielzahl an Großproben verschiedener Erze
und Schlacken von diversen Bergwerken und Hüttenwerken
in der ganzen Welt versuchsweise durch den VeRo Liberator®
zerkleinert worden. Dazu zählen Primärerze metallischer Roh-
stoffe wie z.B. Kupfer, Blei, Zink, Wolfram, Molybdän, Gold
und Platin, sowie Industrieminerale wie Graphit, Flussspat,
Schwerspat, Kalkstein, Diatomit, Nephelinsyenit und andere.
Über einige Testergebnisse der bisher durchgeführten Versuche
wurde bereits in früheren Veröffentlichungen berichtet[2; 3; 4;
5]. Der vorliegende Beitrag stellt die besondere Anwendbar-
keit des VeRo Liberators® für die Aufbereitung von klassischem
porphyrischem Kupfererz, Wolframerz, und Industriemineralien
wie Granat und Rutil aus Eklogit heraus, und liefert weitere de-
taillierte Einblicke in das Arbeitsprinzip, das zu dem drastischen
Aufschlussgrad der Wertpartikel bei zugleich äußerst niedrigem
Energieverbrauch führt.
5.1 Wolframerz, Wolfram Camp Mine, Queensland/Australien
Wolfram ist ein Metall von entscheidender strategischer Be-
deutung und kommt in den Erzmineralen Scheelit und Wolf-
ramit vor, die typischerweise zusammen mit Begleitmineralen
wie dem Zinnmineral Kassiterit und in der Wolfram Camp
Mine auch mit Molybdänit und einigen Sulfidmineralen vor-
gefunden werden. Aktuell in Abbau wie auch in Exploration
befindliche Wolframvorkommen in China, Spanien, Portugal,
Australien, Deutschland und andernorts zeichnen sich allesamt
durch sehr niedrige Gehalte von 0,6–0,2 %WO
3
aus. Be-
sonders für Wolframit-dominierte Wolframvorkommen erg ibt
more detail on the working principle that causes such drastic
liberation at extremely low energy consumption levels.
5.1 Tungsten ore, Wolfram Camp Mine, Queensland/Australia
Tungsten is one of the critical strategic metals and occurs as the
commodity minerals scheelite and wolframite, typically associ-
7 Handstücke von Porphyrschem Kupfererz der Los Bronces Mine in
Chile, welches die typische, in Mosaikbrekzien und Massivbrekzien
enthaltene Vererzung zeigt. Das Erzmineral ist vorwiegend
Chalkopyrit (Kupferkies). Das Erz hat bereits einen Primär- und
einen Sekundärbrecher durchlaufen und wurde anschließend
mittels VeRo Liberator® weiter zerkleinert
Hand specimen of porphyry copper ore from Los Bronces Mine in
Chile, showing typical crackle-brecciated and massive breccia-
hosted ore. The ore mineral is predominantly chalcopyrite. Please
note that the ore has passed through a primary and secondary
crushing circuit already and has been subsequently comminuted
by the VeRo Liberator®
Quelle/Source: Prof. Dr. Gregor Borg
8 Rückstreuelektronenbild von silikatischen Gangmineralen (mittel
bis dunkelgrau) und Sulfidmineralen (weiß). Die Sulfidminerale
umfassen Pyrit (py) und Chalkopyrit (ccp), die von dem
silikatischen Nebengesteinsmineralen effektiv getrennt worden
sind. Gezeigt ist hier die Siebfraktion 250– 125µm
Backscatter electron microscope image showing silicate gangue
minerals (medium to dark grey) and sulphide minerals (white).
Sulphide minerals include pyrite (py) and chalcopyrite (ccp), which
have been liberated from the silicate gangue to a very high
degree. Shown here is the 250–125µm sieve fraction
Quelle/Source: Prof. Dr. Gregor Borg
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73
TECHNICAL SOLUTIONS
(Volume59) 04/2018AT MINERAL PROCESSING
sich eine zusätzliche Herausforderung bei der Ausbringung
aufgrund der besonders spröden Konsistenz des Minerals,
die sich aus seiner ausgezeichneten Spaltbarkeit ergibt. Diese
Spaltbarkeit führt dazu, dass der Wolframit beim herkömmli-
chen Mahlen in Kugelmühlen unerwünscht in viel zu klei-
ne Partikel zerbricht oder gespalten wird. Diese zu kleinen
Partikel gehen typischerweise während der nachgelagerten
Schaumflotation verloren, was die an sich schon magere Erz-
ausbringung weiter reduziert, oft bis die Aufbereitung nicht
mehr rentabel ist.
Eine Großprobe des Wolfram-Zinn-Molybdänerzes der Wolf-
ram Camp Mine, Queensland/Australien, wurde bereits 2014
in Testversuchen zerkleinert, aber inzwischen sind die Grube
und die Anlage, die Almonty Industries gehören, vorläufig still-
gelegt, werden aber noch gewartet und instandgehalten, nicht
zuletzt wegen des oben genannten Problems des ungewollten
Verlusts feiner Partikel der Erzminerale nach dem Mahlen in
der Kugelmühle. Die Rückstreuelektronenbilder des mittels
VeRo Liberator® zerkleinerten Erzes zeigen die vollständige
Partikelfreilegung (Bild5 und Bild6) der Erzminerale Schee-
lit, Wolframit, und Molybdänit nach deren Trennung von den
Silikatmineralen Quarz, Muskovit und Feldspat, die die Be-
standteile granitischen Wirtgesteins sind. Die Bilder belegen,
dass die Brüche entlang der Korngrenzen verlaufen und dass
die Partikel sehr kantige Formen aufweisen, ohne Abrasion und
Rundung durch unnötiges Umwälzen oder Mahlen wie dies
bei Kugelmühlen üblich ist.
Die Textanalyse des zerkleinerten Produkts zeigt, dass sich die
Partikel als Folge eines Disintegrations- bzw. Aufschlussverfah-
rens voneinander getrennt haben, das sich deutlich von her-
kömmlichen Mahl- und Brechverfahren unterscheidet. Selbst
plattige Glimmerpartikel (als nadelförmige Partikel in Bild5
und Bild6 zu sehen) haben ihre ursprünglichen Kristall- und
Partikelformen behalten und sogar der deutlich duktilere Mo-
lybdänit weist nur geringfügige Verbiegungen an seinen Enden
auf (Bild6).
Bei der Zerkleinerung mittels VeRo Liberator® werden die
Erzpartikel nicht durch Umwälzung und Mahlung abgerie-
ben, was die Erzeugung unerwünschter, zu feiner Partikel und
damit den Verlust wertvoller Rohstoffe verhindert. Besonders
in Wolfram(-Zinn)-Vorkommen kann der Einsatz des VeRo Li-
berator® Verfahrens einen großen wirtschaftlichen Unterschied
machen, indem das Ausbringen wesentlich verbessert wird.
5.2 Porphyr-Kupfererz, Los Bronces Mine/Chile
Porphyrische Kupfererze sind die weltweit größten primären
Kupferlieferanten. Eine Großprobe des Porphyrischen Kupfer-
erzes von Anglo Americans Los Bronces Mine in Chile wurde
in einem Zerkleinerungsversuch durch den VeRo Liberator®
gebrochen.
Die in Gesteinsbrekzien vorkommende Vererzung (Bild7) ent-
hält Kupferkies als Erzmineral und Pyrit als nicht verkaufsfähi-
ges sulfidisches Begleitmineral, das auf Rissen, Äderchen und in
der Brekzienmatrix innerhalb der Silikatgesteine (K-Feldspat,
etwas Albit, Quarz sowie typischen Umwandlungsmineralen) zu
finden ist. Im Zerkleinerungsprodukt sind die meisten Erzmi-
nerale von den Nebengesteinsmineralen getrennt und freigelegt
ated with the tin mineral cassiterite and locally molybdenite
and some sulphides. Mined and explored tungsten deposits in
China, Spain, Portugal, Australia, Germany and elsewhere are
all characterised by low to very low grades of 0,6–0,2 %WO3.
Particularly wolframite-dominated tungsten deposits face an
additional challenge due to the friable nature of the mineral
that stems from an excellent mineral cleavage. This cleavage
causes the wolframite to break or split unintentionally to far
too small particle sizes during conventional (ball) milling,
particles which are typically lost in subsequent froth flotation,
reducing the meagre ore grades even more and easily to sub-
economic levels.
A bulk sample of tungsten-tin-molybdenum ore from Wolfram
Camp Mine, Queensland/Australia, was test-comminuted back
in 2014 and in the meantime, the mine and plant, owned by Al-
monty Industries, have been put on care and maintenance, not
least due to the above problem of loss of ore mineral fines after
passing the ball mill. The back scatter scanning electron mi-
croscope images of the comminuted ore shows complete par-
ticle liberation (Fig.5 and Fig.6) of the ore minerals scheelite,
wolframite, and molybdenite from the silicate minerals quartz,
muscovite and feldspar, which make up the granitic gneiss host
rock. The images show that breakage has occurred along parti-
cle boundaries and that particles display highly angular shapes,
without any abrasive rounding from tumbling and grinding
or milling.
These textures of the comminuted product document that
the particles have separated from each other in a process of
disintegration that is obviously very different from conven-
tional milling and breakage processes. Even sheet-like mica
particles (shown as laths in Fig.5 and Fig.6) have maintained
their original crystal and particle shapes and more ductile
laminated molybdenite shows only slight bending at the tail
ends (Fig.6).
The lack – or better omission – of abrasion from tumbling and
milling of the ore particles during VeRo Liberator® comminu-
tion prevents the production of unwanted fines and thus can
prevent the loss of valuable commodity minerals. Especially
in tungsten(-tin) deposits, the application of the VeRo Libera-
tor® technique can make a major difference in improving the
recovery rate substantially.
5.2 Porphyry copper ore, Los Bronces Mine/Chile
Porphyry copper ores are the biggest source of primary copper
produced. A bulk sample of porphyry copper ore from Anglo
American’s Los Bronces Mine in Chile has been test-commi-
nuted by the VeRo Liberator®.
The jig-saw breccia- and more massive breccia-hosted ore
(Fig.7) contains chalcopyrite as ore mineral and pyrite as ad-
ditional, non-commodity sulphide mineral, hosted on fractures,
veinlets and in breccia matrices within silicate gangue minerals
(K-feldspar, some albite, quartz, as well as the typical alteration
minerals). Most of the ore minerals have been liberated from the
gangue minerals although very fine-grained sulphides still occur
within the gangue mineral aggregates in the coarser fraction of
the comminuted product (Fig.8). However, liberation increases
clearly in the finer particle fractions (Fig.9 and Fig.10).
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TECHNICAL SOLUTIONS
AT MINERAL PROCESSING (Volume59)
worden, wobei sich lediglich einige feinstkörnige Sulfide noch
in den Nebengesteins-Verwachsungen in der gröberen Fraktion
des zerkleinerten Produkts befinden (Bild8). Der Freilegungs-
grad steigt aber deutlich in den feineren Kornfraktionen an
(Bild9 und Bild10).
5.3 Rutil-Granat Eklogiterz, Nordic Mining/Norwegen
Eine Großprobe von Eklogitgestein ist in Zerkleinerungsversu-
chen gebrochen worden, um Rutil und Granat für Nordic Mi-
ning, Norwegen zu gewinnen. Rutil (TiO2) ist das wichtigste
Industriemineral für die Produktion von Titandioxid als weißes
Pigment für Wandfarbe, während Granat als Schleifmittel und in
einigen Fällen für die Extraktion von darin enthaltenen Seltene
Erden Elementen verwendet wird. Der Eklogit vom Betrieb
des Unternehmens Nordic Mining ist ein sehr hartes, zähes und
dichtes metamorphes Gestein.
Das Zerkleinerungsprodukt weist die volle Freilegung aller drei
Minerale auf, die dieses Gestein bilden, d.h. rosafarbener Gra-
nat, grüner omphazitischer Augit, und braunschwarzer Rutil
(Bild11). Rückstreuelektronenbilder zeigen auch einen sehr
hohen Zerkleinerungsgrad mit wenigen noch verwachsenen
Mineralverbundpartikeln (Bild 12). Folglich lassen sich Indus-
triemineralerze genauso gut wie Metallerze und Hüttenschla-
cken durch den VeRo Liberator® zerkleinern. Andere Beispiele
von in Zerkleinerungsversuchen gebrochenen Industriemine-
ralen sind u.a. Graphiterz, Erze von Flussspat und Schwerspat,
Diatomit und Nephelinsyenit für die Glasherstellung.
6 Das Arbeitsprinzip des VeRo Liberators®
und Versuchsergebnisse
Das Arbeitsprinzip des VeRo Liberators® wird offenbar nur
nachrangig durch die Bruchausbreitung zwischen Lastpunkten
bestimmt. Das Bruchverhalten ergibt sich wahrscheinlich aus
mehreren felsmechanischen Phänomenen, die alle auf dem un-
terschiedlichen Verformungsverhalten der verschiedenen Mine-
ralbestandsteile beruhen. Das auffälligste Phänomen des VeRo
Liberator® Verfahrens besteht darin, dass die Fragmentierung
eine Folge von Bruchentstehung an und Bruchausbreitung
entlang der Korn- oder Mineralphasengrenzen ist. Dieses im
Vergleich zu herkömmlichen Verfahren deutlich anders geartete
Arbeitsprinzip des VeRo Liberators® dürfte auch der Grund
für den drastisch reduzierten Energieverbrauch sein. Bruch-
entstehung und Bruchausbreitung entlang von Korngrenzen
ist sehr viel energieeffizienter, da die Brüche entlang der Pha-
sengrenzen im Vergleich zu grenzüberschreitenden Brüchen
eine wesentlich geringere Zugfestigkeit überwinden müssen.
Mit anderen Worten ist die Grenzflächenfestigkeit typischer-
weise viel geringer als die Festigkeit im Inneren eines homoge-
nen Partikels oder Minerals[7] und die Bruchentstehung und
Bruchausbreitung zwischen den Partikeln kann als ein Enthaf-
tungs- oder “Debonding“-Prozess verstanden werden[7]. Dies
resultiert in dem ungewöhnlich hohen Partikelfreilegungsgrad,
der bei der Zerkleinerung durch den VeRo Liberator® zu beob-
achten ist. Diese Beobachtung ist in anderen technischen Berei-
chen hinlänglich bekannt und ist für die Bruchentstehung (oder
genauer gesagt für deren Verhinderung und Bruchvorbeugung,
z.B. in Tragflächenbau) in laminierten Verbundwerkstoffen un-
terschiedlicher Viskosität und/oder Sprödigkeit erforscht und
dokumentiert worden[1]. Die theoretische Erklärung für die
5.3 Rutile-garnet eclogite ore, Nordic Mining/Norway
A bulk sample of eclogite for the recovery of rutile and garnet
has been test-comminuted for Nordic Mining, Norway. The
rutile (TiO2) is the most essential industrial mineral for the
production of titanium oxide as a white pigment for wall paint,
whereas garnet is used as an abrasive and in some cases for the
recovery of rare earth elements. The eclogite from Nordic Min-
ing’s operation is a very hard, tough and dense metamorphic
rock.
The comminution product shows complete particle liberation
of all three minerals that constitute this rock, which are
pink garnet, green omphacitic pyroxene, and brownish-black
rutile (Fig. 11). Backscatter electron microscopy images
show also a very high degree of particle liberation with
few intergrown mixed mineral composite particles only
(Fig. 12). Industrial mineral ores are thus equally amenable
to comminution by VeRo Liberator® compared to ores of
metal commodities and smelter slags. Other examples of
test-comminuted in dustrial minerals have included graphite
ore, fluorite ore, barite ore, diatomite, and nepheline syenite
for glass production.
6 The working principle of the VeRo Liberator®
and experimental results
The working principle of the VeRo Liberator® is apparently
only subordinately characterized by fracture propagation be-
tween load points, but is probably the consequence of several
rock mechanical phenomena, all of which are based on the dif-
ferential deformation behaviour of the various mineral compo-
nents. The most striking phenomenon of the VeRo Liberator® is
that fragmentation results from fracture nucleation and fracture
propagation predominantly on and along particle or mineral
boundaries. This starkly different working principle of the VeRo
Liberator® appears to account for the drastically reduced energy
consumption. Fracture formation on and fracture propagation
along particle boundaries are far more energy efficient since
the fractures have to overcome significantly less tensile strength
compared to cross-boundary fracturing.
In other words, interfacial strength is typically much less than
the strength within a homogenous particle or mineral[7]
and the nucleation and propagation of fractures between
particles can be regarded as a “debonding” process[7] with
the high degree of particle liberation that we observe in
VeRo Liberator
®
comminution. This observation is relatively
well known in other disciplines and has been researched
and documented for fracture development (or rather fracture
prevention) in technical, laminated composite materials of
different viscosity and/or brittleness [1]. The theoretical
explanation for such a separation of minerals due to different
moduli of deformation (the compressibility and elastic-
ity moduli) has already been described and illustrated in a
previous publication[2] and is apparently one of the causes
but probably not the only one.
An additional significant aspect is apparently the velocity-
dependence and thus time-dependence of comminution
processes inside the VeRo Liberator
®
. The induced stress dif-
ference between two components must be high enough for
fracture formation and separation to take place at the bound-
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TECHNICAL SOLUTIONS
(Volume59) 04/2018AT MINERAL PROCESSING
Trennung der Minerale aufgrund der unterschiedlichen Ver-
formungsmodule (das Kompressivitätsmodul sowie das Elasti-
zitätsmodul) wurde bereits in einer früheren Veröffentlichung
beschrieben und verdeutlicht[2] und ist scheinbar eine, aber
wahrscheinlich nicht die einzige Ursache für das effiziente Zer-
kleinerungsergebnis des VeRo Liberator®.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist offenbar die Geschwin-
digkeitsabhängigkeit und somit die Zeitabhängigkeit des Zer-
kleinerungsvorgangs im Inneren des VeRo Liberators®. Die
zwischen zwei Komponenten induzierte Spannung muss groß
genug sein, um die Bruchbildung und Trennung an Mineral-
oder Partikelgrenzen aufgrund unterschiedlicher Verformungs-
zustände zu ermöglichen. Es kann daher angenommen werden,
ary of two minerals with a substantially different deformation
state. It must therefore be assumed that a kind of stress accu-
mulation in the oscillating and vibrating components plays a
significant role in inter-granular fracture formation and thus
in particle liberation. In normal impact events, a release of
stress takes place between the various components due to a
time-dependent stress relaxation process and commonly does
not lead to breakage.
However, in case of the VeRo Liberator® the extremely high
frequency of high-velocity impacts is apparently far higher and
faster than stress relaxation can occur within the individual
components. As a consequence, very high stress differences build
up between adjacent minerals and cause fracture formation at
the particle boundaries. These processes are possibly comparable
to well-known, supersonic frequency-dependent processes such
as the ones applied in ultrasonic cleaning and medical kidney
stone disintegration devices[7]. This model explanation has first
been published by Borg et al.[2] and has been subsequently
refined[3; 4; 5] although still based on the same fundamental
mechanisms, which has not been fundamentally questioned in
any of the many discussions with colleagues.
Initial rock mechanical experiments featured static and dy-
namic uni-axial load tests of drilled-out cylinders of copper
smelter slag, carried out at the Rock Mechanics Laborato-
ries of Martin Luther University Halle-Wittenberg. As first
experimental tests for the model, both static and dynami-
cally steered uniaxial compression tests have been conducted,
the latter resulting in significantly reduced rock mechanical
strength under repeated high-frequency pulsating load events.
A drilled-out cylindrical copper slag sample (30mm diameter,
80mm height) has been additionally stressed by increased
loading steps in three subsequent periods of dynamic loading
and unloading.
This dynamic loading served as a first approximation of the high
velocity impact forces (“waves”) that are inflicted on and which
pass through the material in VeRo Liberator® comminution.
During the third dynamic loading and unloading phase, the
failure occurred already at approximately 50 % of the uniaxial
strength, compared to a static loading test on a similar cylin-
drical sample of the same copper slag. This highly significant
reduction of the uniaxial strength during the dynamic load test
is a clear indication of significant changes in rock mechanical
behavior due to dynamic, high-frequency loading. Generally,
this strength reduction is contrary to standard static load ex-
perimental results, in which increased velocities normally result
in a higher strength of the rocks tested. The high-frequency
pulsating load tests, which lead to mechanical fatigue failure
of the rock sample thus appear to come closest to the highly
efficient comminution effects achieved by the high-frequency,
high-velocity impacts inflicted on heterogeneous solid material
by the VeRo Liberator®.
Recent experimental studies on rock impact and breakage be-
haviour and tool wear included high-speed video documenta-
tion of mafic magmatic rock samples being ballistically impact-
ed onto a steel tool. The high-velocity impact study has been
commissioned by Anglo American jointly with PMSGmbH
and Anglo American granted permission to publish selected
9 Los Bronces Erz, 125–63µm Siebfraktion mit höherem
Partikelfreilegungsgrad verglichen mit der gröberen Fraktion in
Bild8 Los Bronces ore, 125–63µm sieve fraction, with higher
degree of particle liberation compared to the coarser fraction
shown in Fig.8
Quelle/Source: Prof. Dr. Gregor Borg
10 Nahaufnahme des Los Bronces Erzes, <63µm Siebfraktion, mit
voller Freilegung der Partikel verglichen mit den in Bild8 und
Bild9 gezeigten gröberen Fraktionen
Close-up of Los Bronces ore, <63µm sieve fraction, with
complete particle liberation compared to the coarser fractions
shown in Fig.8 and Fig.9
Quelle/Source: Prof. Dr. Gregor Borg
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TECHNICAL SOLUTIONS
AT MINERAL PROCESSING (Volume59)
dass der Spannungsaufbau in den aufgrund unterschiedlicher
Kompressivitäts- und Elastizitätsmodule quasi „oszillierenden
und vibrierenden“ Komponenten eine wesentliche Rolle bei
der intergranularen Bruchentstehung und somit bei der Frei-
legung der Partikel spielt. Bei Prallereignissen mit niedrigerer
Impaktenergie und relativ langsamer Aufprallfolge findet eine
Relaxation zwischen den verschiedenen Komponenten auf-
grund eines zeitabhängigen und schnellen Entspannungsprozes-
ses statt und verhindert daher normalerweise die Bruchbildung.
Beim VeRo Liberator® Prinzip ist aber die extrem hohe Fre-
quenz der Hochgeschwindigkeitsaufprallereignisse viel höher
und schneller, sodass keine Entspannung der Einzelkomponen-
ten zwischen den Aufprallereignissen stattfinden kann. Dadurch
bauen sich sehr hohe Spannungsunterschiede zwischen den
angrenzenden Mineralen auf und verursachen die Bruchent-
stehung an den Korngrenzen. Diese Prozesse sind mit bekann-
ten überschallfrequenzabhängigen Verfahren vergleichbar, wie
zum Beispiel der Ultraschallreinigung und der medizinischen
Nierensteinzertrümmerung[7]. Dieses Wirkprinzip des VeRo
Liberators® ist ursprünglich von Borg et al.[2] veröffentlicht
und anschließend verfeinert worden[3; 4; 5], allerdings noch
immer basierend auf der Basis derselben fundamentalen Wirk-
mechanismen, die in zahllosen Diskussionen mit Fachkollegen
nicht grundsätzlich in Frage gestellt werden.
In ersten felsmechanischen Experimenten wurden sowohl
statische als auch dynamische einaxiale Belastungsversuche
an ausgebohrten zylindrischen Probenkörpern aus Kupfer-
schmelzschlacke im felsmechanischen Labor der Martin-Lu-
ther-Universität Halle-Wittenberg durchgeführt. Eine aufge-
bohrte Kupferschlackeprobe (30mm Durchmesser, 80mm
Höhe) wurde durch erhöhte Belastungsstufen während drei
nachfolgender Phasen der dynamischen Belastung und Entlas-
tung beansprucht.
Im Vergleich der statischen und dynamischen (durch wieder-
holte hochfrequenzpulsierte Belastungsereignisse) einaxialen
Druckversuche zeigte sich, dass es bei letzteren bereits bei er-
heblich geringerer Last zum Bruchereignis kam.
Diese dynamisch pulsierende Belastung diente als erste An-
näherung an die Hochgeschwindigkeitsprallkräfte („Wellen“),
die auf das Material wirken und während der Zerkleinerung
im VeRo Liberator
®
das Material durchlaufen. Während der
dritten dynamischen Belastungs- und Entlastungsphase versag-
te das Material schon bei etwa 50 % der einaxialen Festigkeit
im Vergleich mit dem statischen Belastungsversuch an einem
ähnlichen Probezylinder aus der gleichen Kupferschlacke.
Diese wesentliche Reduzierung der einaxialen Druckfestig-
keit während des dynamischen Belastungsversuchs weist ein-
deutig auf signifikante Änderungen in dem felsmechanischen
Verhalten als Folge der dynamischen Hochfrequenzbelastung
hin. Diese reduzierte Festigkeit steht allgemein im Gegensatz
zu den üblichen Ergebnissen statischer Belastungsversuche,
in denen erhöhte Geschwindigkeiten allgemein zu höherer
Festigkeit der getesteten Gesteine führen. Die hochfrequenz-
pulsierenden Belastungsversuche, die zum mechanischen
Ermüdungsversagen der Gesteinsprobe führen, scheinen die
hocheffiziente Zerkleinerungswirkung der durch den Vero
Liberator
®
zugefügten Hochfrequenz- und Hochgeschwin-
results from this study. In these experiments, ore fragments of a
mafic-ultramafic rock have been shot at a specific steel tool by
a pressurized air cannon. The three consecutive images shown
11 Binokularmikrofoto des Zerkleinerungsprodukts aus Eklogit von
Nordic Mining, Norwegen, das optimal freigelegten Granat
(hellrot), omphazitischen Augit (grün) und Rutil (braunschwarz)
zeigt. Die Breite des Sichtfelds beträgt 4mm. Das Bild wird mit
freundlicher Genehmigung von Nordic Mining veröffentlicht
Binocular microphotograph of comminution product of eclogite
from Nordic Mining, Norway, showing perfectly liberated garnet
(light red), omphacitic pyroxene (green) and rutile (brownish-
black). Width of field of view is 4mm. Picture courtesy of
Nordic Mining
Quelle/Source: Nordic Mining
12 Rückstreuelektronenbild von zerkleinertem Eklogit, das perfekt
freigelegte Silikat- und Oxidminerale zeigt: Granat (Grt) und
omphazitischer Augit (Omp). Auffällig ist die
Oberflächenrauigkeit und Kantigkeit der freigelegten Minerale
Backscatter electron microscope image of comminuted eclogite,
showing perfectly liberated silicate and oxide minerals. Garnet
(Grt), omphacitic pyroxene (Omp). Note the surface roughness
and angularity of the liberated minerals
Quelle/Source: Prof. Dr. Gregor Borg
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TECHNICAL SOLUTIONS
(Volume59) 04/2018AT MINERAL PROCESSING
digkeitsschläge auf das heterogene Material am ehesten zu
simulieren.
Weiterführende experimentelle Untersuchungen des Aufprall-
und Bruchverhaltens von Gesteinen sowie des Werkzeugver-
schleißes umfassten Hochgeschwindigkeitsvideoaufnahmen
von mafischen magmatischen Erzproben, während diese bal-
listisch auf ein Stahlwerkzeug aufprallten. Die Untersuchung
der Hochgeschwindigkeitsprallwirkung wurde von Anglo
American zusammen mit PMS GmbH in Auftrag gegeben
und mit Anglo Americans Genehmigung, werden hier erst-
mals ausgewählte Ergebnisse dieser Untersuchung veröffent-
licht. In diesen Aufprallversuchen wurden Erzfragmente eines
mafisch-ultramafischen Erzes mit einer Hochgeschwindigkeit-
Druckluftkanone gegen ein speziell entwickeltes Stahlschlag-
werkzeug geschossen. Die drei aufeinanderfolgenden Bilder
(Bild13 links) zeigen die Erzprobe, die eine Masse von 12,46g
besitzt und auf eine Geschwindigkeit von über 150m/sek.
beschleunigt wurde, direkt beim Aufprall und in zwei nach-
folgenden Bildern.
Obwohl es sich hier um erste und vorläufige experimentel-
le Ergebnisse der ballistischen Hochgeschwindigkeitsprall-
versuche handelt, zeigen sich deutlich die wichtigsten
Phänomene der Bruchbildung, des mechanischen Gesteins-
aufschlusses und der Wechselwirkung zwischen Gestein und
Werkzeug. Was bei derart hohen Prallgeschwindigkeiten
passiert, unterscheidet sich deutlich von den statischen Punkt-
lastzuständen, die für traditionelle Zerkleinerungsverfahren
wie die in traditionellen Kugelmühlen zu beobachten sind. In
solchen Mühlen wird das Gestein zwischen zwei Stahlkugeln
bzw. zwischen einer Stahlkugel und dem Mühlengehäuse, oder
zwischen Gestein und den oben genannten Komponenten
eingekeilt und druckbelastet. Im deutlichen Gegensatz hierzu
führt die Hochgeschwindigkeitsprallbeanspruchung nur zu
anfänglicher, sichtbarer Kompression (Verdichtung) der vorde-
ren ca. 20 % der Gesteinsprobe durch die Kompressionskräfte
zwischen dem Stahlwerkzeug und der Masse des Gesteins-
bruchstücks. Der restliche, viel größere Teil der Gesteinsprobe
wird nicht komprimiert, sondern zerbricht und dehnt sich
aus, indem er quasi explodiert und sich in alle Raumrichtun-
gen ausdehnt. Hierbei fällt auf, dass sowohl die Zerbrechung,
der Aufschluss der Partikel und die Expansion ohne weiteren
Kontakt mit dem Schlagwerkzeug erfolgen und damit ohne
äußere Druckbelastung auf diesen weitaus größeren Teil des
Gesteins.
Dieses Bruchprinzip wurde inzwischen ausführlich mit
zahlreichen Zerkleinerungsexperten diskutiert. Die nach-
folgende kurze Zusammenfassung der Aufprall- und Bruch-
phänomene hat insbesondere von den Diskussionen mit
Robert Morrison profitiert. Im Detail scheint sich der ein-
schlagende Gesteinspartikel anfangs schichtweise zu zerlegen,
ausgehend von den höchsten Druckkräften (d.h. in Rich-
tung von σ1), zwischen dem Hammerwerkzeug und der
auf treffenden Partikelmasse. Wenn die erste Schicht auf das
Schlagwerkzeug aufprallt, zerfällt sie, sobald ihre Elastizitäts-
grenze überschritten wird. Diese Spannung breitet sich sehr
schnell durch das Gestein aus und eine zweite sowie jede
weitere Schicht zerfällt wiederum, wenn deren Elastizitäts-
grenze überschritten wird.
in Fig.13 (left) depict the rock sample with a mass of 12,46 g,
which has been accelerated to a speed of more than 150m/
sec immediately after the impact as well as in two subsequent
images, respectively.
Initial and highly preliminary results from these ballistic high-
velocity impact experiments show several phenomena of frac-
ture formation, rock disintegration, and rock-tool interaction.
What happens at such high impact velocities is totally different
from static or dynamic point load situations, which are typical
for the compressive stress situations created in traditional com-
minution, e.g. in classical ball mills. In such traditional mills,
the rock is wedged between two steel balls, a steel ball and the
machine casing, or between rocks and the above-mentioned
items. In stark contrast, the high velocity impact leads only to
initial and visible compression of the frontal 20 % of the rock
sample from compressive forces between the steel tool and the
mass of the rock fragment itself. The remaining, much larger
portion of the rock sample does not only remain uncom-
pressed but disintegrates and expands by literally “exploding”
and “expanding” in all directions of space, away from the steel
tool. It is important to note that this disintegration, explosion,
and expansion is happening without contact to the tool and
without outside compressive stress applied to this major por-
tion of the rock.
The breakage principle has been discussed in great detail with
numerous comminution scientists. The following brief sum-
mary of the impact and breakage phenomena has profited
specifically from discussions with Robert Morrison, who is
gratefully acknowledged. In detail, the impacting rock particle
is apparently impinging in layers from the highest compres-
sional forces (i.e. the direction of σ1) between the hammer
tool and the mass of the particle itself. When the first layer hits
the steel tool, it disintegrates when its elastic limit is exceeded.
The stress travels at very high velocity further through the
rock and a second layer disintegrates, again when its elastic
limit is exceeded.
However, there is apparently a limit to this layer-by-layer disin-
tegration due to the absorption of a critically high elastic load.
When this happens and the specific elastic limit of the rock
type is exceeded, the remaining portion of the rock particle
breaks in an elastic expansion mode in all directions of space.
The same process with be repeated when the disintegrated
fragments of the initial rock particle are impacted by the sub-
sequent collisions with (counter-rotating) hammer tools, ma-
chine liners and other rock fragments. However, the particle
size and– as a consequence – the particle mass will decrease
rapidly, which can explain why the wear on hammer tools
decreases also drastically downward from the top level to the
lower tools levels.
Since only an estimated 20 % of the rock volume is commi-
nuted by compression and the remaining part by triggered dis-
integration and expansion, it appears hardly surprising that the
energy consumption for this process is drastically lower, com-
pared to conventional comminution processes. Subsequently,
larger particles of the disintegrated rock sample will be hit by
other tools, by the liner on the machine casing, or by other
rock fragments and – due to the high and even doubled impact
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TECHNICAL SOLUTIONS
AT MINERAL PROCESSING (Volume59)
Dieser schichtweise Zerfall und resultierende Partikelaufschluss
erfolgt aber offenbar nur begrenzt, bis eine kritisch hoher
Beanspruchungsstress aufgenommen worden ist. Wenn dies pas-
siert und die spezifische Elastizitätsgrenze des Gesteinstyps über-
schritten wird, zerbricht der restliche Teil des Gesteins partikels
aufgrund einer elastischen Ausdehnung in alle Raumrichtun-
gen ohne physischen Kontakt mit dem Schlagwerkzeug. Der
gleiche Vorgang wird wiederholt, wenn diese Bruchstücke des
ursprünglichen Gesteinsstücks in darauffolgenden Kollisionen
auf die (gegenläufig rotierenden) Hammerwerkzeuge, Gehäuse-
teile und andere Gesteinspartikel aufprallen. Auch hierbei erfolgt
die Zerlegung der immer kleiner werdenden Partikel nach dem
gleichen Prinzip und überwiegend ohne direkten Kontakt mit
den Schlagwerkzeugen. Dabei nehmen die Partikelgröße und
damit die Partikelmasse sehr schnell ab. Dies erklärt auch, warum
der Verschleiß der Hammerwerkzeuge von der obersten Werk-
zeugebene zur untersten Werkzeugebene drastisch abnimmt.
Da das Gesteinsvolumen nur zu geschätzt 20 % durch die
Druckbelastung und in direktem Kontakt zum Schlagwerk-
zeug zerkleinert wird, während der übrige Teil aufgrund des
hohen Energieeintrags in das Gesteinsstück verursachten Auf-
schluss und Expansion zerkleinert wird, überrascht es kaum,
dass der Energieaufwand für diesen Vorgang drastisch niedriger
ist als in herkömmlichen Zerkleinerungsverfahren. Anschlie-
ßend werden größere Teile der zerkleinerten Gesteinsprobe
auf andere Werkzeuge, die Panzerung des Maschinengehäuses
oder andere Gesteinsbruchstücke aufprallen und – als Folge
der hohen und sogar verdoppelten Prallgeschwindigkeit wäh-
rend des Aufpralls auf die gegenläufig rotierenden Werkzeuge
– weiter zerkleinert, bei vergleichsweise niedrigem Energie-
verbrauch und Verschleiß.
7 Schlussfolgerung
Der unerwünscht hohe Energieverbrauch herkömmlicher
Zerkleinerungsanlagen, d.h. mit Brechern und Mühlen,
in der Bergbau- und Aufbereitungsindustrie sowie bei der
Wiederverwertung metallurgischer und Müllverbrennungs-
schlacken ist hinlänglich bekannt. Eine Kostenreduzierung
durch Effizienzsteigerung ist folglich eine der größten Her-
ausforderungen für die Rohstoffindustrie. Daher müssen alle
Prozessstufen im Bergbau, in der Aufbereitung und in der
Metallurgie auf den Prüfstand, um geeignetere und effizi-
entere technische Zerkleinerungslösungen zu finden und zu
implementieren[8].
Der neue VeRo Liberator® weist mehrere innovative und hoch-
effiziente Besonderheiten auf, die die Zerkleinerung von Erzen
und metallurgischen Schlacken deutlich optimieren. Die Verbes-
serung des Energieverbrauchs, des Zerkleinerungsgrades und der
Partikeltrennung bzw. -freilegung wird Dank des innovativen tech-
nischen Aufbaus und ungewöhnlichen Arbeitsprinzips des VeRo
Liberators® realisiert. Der Energieverbrauch bei der Zerkleine-
rung ist sehr niedrig, hauptsächlich aufgrund folgender Tatsachen:
• Das Aufgabematerial fällt gravitativ durch den VeRo Libe-
rator®,
• die kinetische Energie der (Auf)schläge wird durch die an-
tizyklische Rotation und die Schläge auf drei Werkzeug-
ebenen vervielfacht,
• der für die Bruchbildung notwendige Belastungswert ist
beim VeRo Liberator® offenbar niedriger, und zwar aufgrund
velocity from counter-rotating tools – will again be largely
comminuted and disintegrated further with comparatively little
energy consumed.
7 Conclusion
The unfavourably high level of energy consumption in
conventional comminution, i.e. crushing and milling, of mining
and mineral processing operations as well as in recycling of
metallurgical slags and waste incinerator slags is well known.
Cost reduction by improved efficiency is therefore a ubiquitous
task for the extractive industry. As a consequence, all stages
of mining, mineral processing, and metallurgy need to be re-
viewed carefully to identify substantial and suitable technical
innovations[8].
The new VeRo Liberator
®
offers a number of innovative and
highly efficient features that improve the comminution of ores
and metallurgical slags. Improved energy consumption, size
reduction ratio and particle liberation are due to the VeRo
Liberator
®
s innovative technical layout and unusual working
principle. The energy consumption is very low, mainly due to
the facts that
• the comminution material falls gravitationally through the
VeRo Liberator®,
• the kinetic energy of the impacts is multiplied due to the
anticyclical rotation and impacts of the three tool levels,
• the stress level required for rock breakage is apparently low-
ered due to high-velocity and high-frequency impacts, and
• fracture nucleation at and fracture propagation happens along
particle boundaries.
The combination of such a large number of hammer tools, the
special inner liners, and the high rotational speeds of the coun-
ter-rotating axles and tools all make sure that no material can
pass the VeRo Liberator® without being impacted repeatedly. As
understood from recent ballistic high velocity impact experi-
ments, these high velocity impacts only compress a relatively
small portion of the rock, whereas the major portion of the
rock material is disintegrated and “explodes” due to internally
built-up stress on particle boundaries.
The most innovative achievements of the VeRo Liberator® are
the extreme reduction ratios for massive sulphides and indus-
trial minerals (1000 and up to >6000 as of now) and the high
degree of particle liberation, both achieved with significantly
less energy compared to conventional systems. The unusually
high reduction ratio enables the VeRo Liberator® to push com-
minution from energy intensive milling towards more energy
efficient crushing of materials. Embrittlement of viscous mate-
rials by ultra-high velocity impacts is another surprising effect
of the VeRo Liberator® where both causes and applications
need to be investigated further.
In summary one can state that the VeRo Liberator® achieves, to
a substantial extent, the mechanically-induced, partly contactless
disintegration, particle liberation, particle size reduction, and
thus highly efficient comminution. PMS GmbH has moved
from invention, to optimisation, to market entry in the com-
paratively short period of four to five years only. This is due
to the combination of a highly innovative idea and concept,
a healthy entrepreneurial start-up approach, combined with
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TECHNICAL SOLUTIONS
(Volume59) 04/2018AT MINERAL PROCESSING
13 Links: Drei aufeinanderfolgende Bilder der ballistischen Hochgeschwindigkeitsprallversuche an einer Gesteinsprobe (Masse 12,46g, sichtbare
Dimensionen 22x18mm), die mittels Druckluftkanone mit über 150m/Sek. (Belichtungszeit 7Mikrosekunden) auf ein Stahlschlagwerkzeug
geschossen wurde. Bei dieser hohen Geschwindigkeit wird nur der vordere Teil des Gesteins vom Aufprall getroffen und dadurch
zusammengedrückt (komprimiert). Der größere Teil des Gesteins hingegen zerfällt, ohne unter kompressiver Druckbelastung zu stehen und
ohne das Stahlschlagwerkzeug selbst zu berühren. Der größere Teil des Gesteins zerbricht, zerfällt und dehnt sich, als Folge der Aufnahme
einer kritisch hohen Impaktenergie, die die spezifische Elastizitätsgrenze überschreitet, aus. Diesem Zerkleinerungsprinzip sind die hohe
Partikelfreilegung, der niedrige Energieaufwand und der verhältnismäßig niedrige Verschleiß der Schlagwerkzeuge sowie der
Gehäuseauskleidung zuzuschreiben. Rechts: Schematische Darstellung des Arbeitsprinzips des VeRo Liberators® wie von Borg et al.[2]
ursprünglich vorgeschlagen und illustriert
Left side: Three consecutive photographs from ballistic high-velocity impact tests of a rock sample (mass 12,46g, visible dimensions
22x18mm) impacted by a pressurised air cannon onto a steel tool at over 150m/sec, exposure time 7microseconds. At this velocity, only
the frontal portion of the rock is impinged and compressed, whereas the larger portion of the rock disintegrates, without being under outside
compressive stress and without touching the steel tool. The larger part of the rock fractures, disintegrates, and expands from the absorption of
a critically high elastic load, when the specific elastic limit is exceeded. This comminution principle probably accounts for the high particle
liberation, low energy consumption, and comparatively low wear on tools and liners. Right side: Schematic working principle of the VeRo
Liberator® as proposed and illustrated initially by Borg et al.[2]
Quelle/Source: Prof. Dr. Gregor Borg Quelle/Source: Prof. Dr. Gregor Borg Quelle/Source: Prof. Dr. Gregor Borg
Quelle/Source: Fotos Anglo American plcQuelle/Source: Fotos Anglo American plcQuelle/Source: Fotos Anglo American plc
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80 04/2018
TECHNICAL SOLUTIONS
AT MINERAL PROCESSING (Volume59)
der mechanischen Hochgeschwindigkeits- und Hochfre-
quenzschläge und
• der Bruchentstehung an sowie Bruchausbreitung entlang
der Korngrenzen.
Die Kombination der größeren Anzahl der Hammerwerkzeuge,
der besonderen Innenpanzerung und der hohen Rotations-
geschwindigkeiten der gegenläufig rotierenden Achsen und
Werkzeuge sorgen dafür, dass kein Material durch den VeRo
Liberator® durchlaufen kann, ohne unzählige Male mit sehr
hoher Geschwindigkeit aufzuprallen. Wie anhand kürzlich
durchgeführter ballistischer Hochgeschwindigkeitsprallversuche
nachvollziehbar ist, führen die Hochgeschwindigkeitsschläge
zur Verdichtung nur eines kleineren Teils des Gesteinsvolu-
mens. Der größere Teil des Gesteins zerlegt sich und “explo-
diert” aufgrund von intern aufgebauten Spannungen an den
Korngrenzen.
Die innovativsten Leistungen des VeRo Liberators® sind die
extremen Zerkleinerungsgrade für massive Sulfide (1000) und
Industrieminerale (bis zu >6000) und der hohe Aufschluss-
bzw. Freilegungsgrad der Partikel, bei wesentlich niedrigerem
Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen.
Der ungewöhnlich hohe Zerkleinerungsgrad ermöglicht es
dem VeRo Liberator®, den Zerkleinerungsprozess weg vom
energieintensiven Mahlen hin zu energieeffizienterem Brechen
von Erzen und Schlacken zu verändern. Die Versprödung vis-
koser Stoffe durch die Ultrahochgeschwindigkeitsschläge ist ein
weiterer überraschender Effekt des VeRo Liberators®, wobei
sowohl die Ursachen und die möglichen Anwendungen hierfür
noch eingehender untersucht werden müssen.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass der VeRo Liberator® me-
chanisch induzierte, teilweise berührungslose Zerkleinerung
von Erzen und Schlacken, ermöglicht und dabei deutlich ver-
besserte Ergebnisse im Hinblick auf Aufschlussgrad, Freilegung
von Partikeln und die Partikelgrößenreduzierung liefert. PMS
GmbH ist es gelungen, in einem vergleichsweise kurzen Zeit-
raum von etwa fünf Jahren von der Erfindung über die Op-
timierung zur Markteinführung zu gelangen. Möglich wurde
dies durch die Kombination einer hochinnovativen Idee, einem
gesunden unternehmerischen “Start-up” Ansatz, in Verbindung
mit zielführend ausgewählter wissenschaftlicher Begleitfor-
schung in einem kleinen, interdisziplinären Team. Der weitere
Erfolg hängt nun aber von der erfolgreichen Etablierung des
VeRo Liberator® Verfahrens im großtechnischen Maßstab ab,
und dafür dient die derzeitige Pilottestphase, die von Anglo
American aktiv unterstützt und begleitet wird.
Danksagung
Wir danken Anglo American plc für die Erlaubnis, über die
Ergebnisse der Zerkleinerungstests an Los Bronces Erzen und
die Ergebnisse der ersten ballistischen Hochgeschwindigkeits-
prallversuche an einem ultramafischen Erztyp zu berichten.
Wir danken besonders Robert Morrison und Adrian Hinde
für ausführliche Diskussionen über die Hochgeschwindigkeits-
prallversuche. Wir danken außerdem Andreas Kamradt, Nicolas
Meyer, Tim Rödel, und Sabine Walther für ihre Hilfe bei der
Probenaufbereitung und bei Untersuchungen mit dem Raster-
elektronenmikroskop.
Literatur • Literature
[1] Bloyer, D.R.; Venkateswara, Rao K.T. and Ritchie, R.O. (1999):
Fatigue-crack propagation behaviour of ductile/brittle lami-
nated composites, Metallurgical and Materials Transactions A,
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Liberation by High-Velocity Comminution – the new VeRo
Liberator®, CUPRUM, Vol.75, No.2, pp.5-14
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minerals by high-velocity comminution – introducing the new
VeRo Liberator®. World of Mining – Surface and Underground,
Vol.67, No.3, 2015, pp.207-212
[4] Borg, G.; Scharfe, F. and Kamradt, A. (2015c): Breaking down
comminution barriers – new dimensions of particle size reduc-
tion and liberation by VeRo Liberator®. ICCC2015, St. Luis
Potosi, Mexico, ISBN 9781329013322, pp.277-289
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comminution of massive sulphide ores by the VeRo Liberator®
technology for more energy efficient size reduction and particle
liberation. World of Mining – Surface and Underground, Vol.68,
No.1, pp.45-52
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Industry. Briefing Paper, March 2011, updated 2015 (www.
clareo.com)
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the sound speed of a kidney stone on the acoustic field induced
by shock waves, ARLO, Vol.5, No.2, pp.37-43
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ting sustainable value. Kellogg Innovation Network. Available at:
http://www.kinglobal.org/catalyst.php Accessed 25 July 2015
[9] Kamradt, A. (2015): Comminution as an Economic Efficient
Key for the Improvement of Metal Recovery from Low-Grade
Kupferschiefer-Type Black Shale-Hosted Copper Ore from the
Mansfeld Mining District, Germany. In: Mineral resources in
a sustainable world, A.S. André-Mayer et al., Eds., SGA 2015,
Nancy, France, pp.1373-1376
[10] Manouchehri, H.R.; Christoffersson, A.; Nilsson-Wulff, T. and
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Design and Implementation – CH860& CH865: Sandvik‘s New
Reliable and Productive Crushers. ICCC2015, St Luis Potosi,
Mexico, ISBN 9781329013322, 2015, pp.129-143
[11] Napier-Munn, T. (2014): Is progress in energy-efficient commi-
nution doomed? Minerals Engineering, Vol.73, pp.1-6
[12] Saeid, Moradi, in prep.
[13] Wills, B.A. and Napier-Munn, T.J. (2007): Will’s Mineral Proces-
sing Technology. Butterworth-Heimann/Elsevier, 7th Edition
suitably selected scientific research in a very small and interdis-
ciplinary team. However, success will eventually depend on the
successful introduction of the VeRo Liberator® technique into
full industrial-scale operations and for this the upcoming pilot
scale test phase is the next step.
Acknowledgements
Anglo American plc is gratefully acknowledged for granting
permission to present results from test-comminution of Los
Bronces ores and first experimental results from ballistic high-
velocity impact tests carried out on an ultramafic ore type.
Robert Morrison and Adrian Hinde are gratefully acknowl-
edged for detailed discussions on the high-velocity impact ex-
periments. Andreas Kamradt, Nicolas Meyer, Tim Rödel, and
Sabine Walther are acknowledged for providing their services
with sample preparation and Scanning Electron Microscopy
work.
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Chapter
Full-text available
The comminution of commodity particles such as ore minerals in mining and metals from recycling of slags, armoured concrete, and incinerator slags by crushing, grinding, and milling makes up the biggest single cost factor in mineral processing. In spite of a marked lack in the development of new and significantly more efficient comminution equipment, an engineering start-up, PMS Hamburg, has invented and produced an innovative high-velocity impact crusher, the VeRo Liberator®, featuring highly improved particle size reduction ratios and very high degrees of particle liberation together with low levels of energy consumption and operational noise and operates dry, i.e. without using any water. The VeRo Liberator® is currently designed for a throughput of approximately 100 t per hour and has been tested on a number of different typical bulk ore and slag samples from mines and smelters around the world. Massive sulphide ore from the classic Rio Tinto Mine of the Iberian Pyrite Belt in Spain has been test-comminuted by the VeRo Liberator®. The ore and rare gangue minerals have been reduced in size by an amazing reduction ratio of 480 and have been liberated to a very high degree. According to our current understanding, these results are due to the unique working principle of the VeRo Liberator®, which is based on high-frequency, high-velocity and therefore high-kinetic-energy impacts inflicted on the material by hammer tools. The hammer tools are mounted on three separate levels of a vertical axle-in-axle system and rotate at variably high speeds clockwise and counterclockwise against each other. The material and particle stream within the machine is thus highly turbulent and each particle is certainly hammered with high impact forces several times at a high frequency. These high-frequency and high-velocity impacts occur apparently so fast, that stress builds up along the particle boundaries due to differential mechanical behaviour of the inhomogeneous materials. The high frequency of the impacts prevents the various minerals from relaxing sufficiently so that the stress between the different particles is not released quickly enough. Eventually this results in fracture formation along particle boundaries. This new comminution concept offered by the VeRo Liberator® allows the significantly more efficient comminution of ores and recycling materials at far lower energy costs and with far higher 13-15 August, 2015 San Luis Potosí, México 278 degrees of particle liberation. Due to its enormous reduction ratio the VeRo Liberator® can also replace two to three traditional crushing and milling stages, saving substantially both in CAPEX and OPEX.
Article
Full-text available
The comminution of commodity particles such as ore minerals in mining and metals from recycling of slags, armored concrete, and incinerator slags by crushing, grinding, and milling makes up the biggest single cost factor in mineral processing. The comminution of graphite in various innovative applications is a particular challenge to the mineral processing industry. Ideally, the host rock containing the graphite without reducing the sixe of the graphite flakes and without leaving remnants of gangue minerals attached to the graphite flakes. Natural graphite is a high-tech commodity with a globally increasing demand for a growing number of highly innovative technical applications and products.
Article
Full-text available
A time-domain finite-difference solution to the acoustic wave equation was used to model the propagation of lithotripsy shock waves in kidney stones. Varying the sound-speed of the stone had minimal effect on the pressure within the stone. Reducing stone diameter dramatically reduced negative, but not positive, pressures. For composite stones the pressures am-plitude changed little, but specific configurations resulted in the peak negative pressure occurring at an internal interface—a likely weak point in the stone. These results indicate that the pressure field in a kidney stone is very sensitive to the size and internal composition of the stone.
Article
Comminution is known to be an inefficient user of energy. This makes it the largest energy consumer in many mine sites and therefore a large component of cost. One would therefore have thought that improving comminution energy efficiency would be receiving the undivided attention of the mining industry, but this is not the case. This paper considers why this is so and what the future might hold, by posing and attempting to answer three questions: • Is this really an important issue for the mining industry? • If so, can comminution energy be substantially reduced in a reasonable time frame? • What are the drivers that will motivate change, and what should now be done? The conclusions of the paper are pessimistic in the sense that forces may be gathering that will demand that the issue be addressed across the industry in the relatively near future, but optimistic in the sense that there is a clear development path. There is much that can be done with what is already known, and considerable promise exists in new developments which can be realised through sustained and focused R&D, building on new knowledge acquired in the last 20 years. These are outlined in the paper. It is concluded that there is a case for a global initiative to significantly reduce comminution consumption over say the next 10 years through a partnership between all parts of industry and the research community, covering short, medium and long-term innovation.
Article
A study has been made of the fatigue-crack propagation properties of a series of laminated Nb-reinforced Nb3Al intermetallic-matrix composites with varying microstructural scale but nominally identical reinforcement volume fraction (20 pct Nb). It was found that resistance to fatigue-crack growth improved with increasing metallic layer thickness (in the range 50 to 250 µm) both in the crack-divider and crack-arrester orientations. For a given layer thickness, however, the properties in the crack-arrester orientation were superior to the crack-divider orientation. Indeed, the fatigue resistance of the crack arrester laminates was better than the fatigue properties of unreinforced Nb3Al and pure Nb; both laminate orientations had significantly better fatigue properties than Nb-particulate reinforced Nb3Al composites. Such enhanced fatigue performance was found to result from extrisic toughening in the form of bridging metal ligaments in the crack wake, which shielded the crack tip from the applied (far-field) driving force. Unlike particulate-reinforced composites, such bridging was quite resilient under cyclic loading conditions. The superior crack-growth resistance of the crack-arrester laminates was found to result from additional intrinsic toughening, specifically involving trapping of the entire crack front by the Nb layer, which necessitated crack renucleation across the layer.
Comminution as an Economic Efficient Key for the Improvement of Metal Recovery from Low-Grade Kupferschiefer-Type Black Shale-Hosted Copper Ore from the Mansfeld Mining District
  • A Kamradt
Kamradt, A. (2015): Comminution as an Economic Efficient Key for the Improvement of Metal Recovery from Low-Grade Kupferschiefer-Type Black Shale-Hosted Copper Ore from the Mansfeld Mining District, Germany. In: Mineral resources in a sustainable world, A.S. André-Mayer et al., Eds., SGA 2015, Nancy, France, pp. 1373-1376
Will's Mineral Processing Technology
  • B A Wills
  • T J Napier-Munn
Wills, B.A. and Napier-Munn, T.J. (2007): Will's Mineral Processing Technology. Butterworth-Heimann/Elsevier, 7 th Edition
Reinventing mining: Creating sustainable value. Kellogg Innovation Network
  • M Cutifani
  • P Bryant
Cutifani, M. and Bryant, P. (2015): Reinventing mining: Creating sustainable value. Kellogg Innovation Network. Available at: http://www.kinglobal.org/catalyst.php Accessed 25 July 2015