Dissertations / Theses on the topic 'Mineralischer Rohstoff'

Diese Forschung zielt darauf ab, den Einsatz realistischer Mineralmikrostrukturen in Mineralverarbeitungssimulationen Simulationen von Aufbereitungsprozessen zu ermöglichen. Insbesondere Zerkleinerungsprozesse, wie z.B. das Brechen und Mahlen von mineralischen Rohmaterialien, werden stark von der mineralischen Mikrostruktur beeinflusst, da die Textur und die Struktur der vielen Körner und ihre mikromechanischen Eigenschaften das makroskopische Bruchverhalten bestimmen. Ein Beispiel: Stellen wir uns vor, wir haben ein mineralisches Material, das im Wesentlichen aus Körnern zweier verschiedener Mineralphasen, wie Quarz und Feldspat, besteht. Wenn die mikromechanischen Eigenschaften dieser beiden Phasen unterschiedlich sind, wird sich dies wahrscheinlich auf das makroskopische Bruchverhalten auswirken. Unter der Annahme, dass die Körner eines der Minerale bei geringeren Belastungen brechen, ist es wahrscheinlich, dass sich ein Riss durch einen Stein dieses Materials durch die schwächeren Körner ausbreitet. Tatsächlich ist dies eine wichtige Eigenschaft für die Erzaufbereitung. Um wertvolle Mineralien aus einem Erz zu gewinnen, ist es wichtig, sie aus dem kommerziell wertlosen Material, in dem sie vorkommen, zu befreien. Dazu ist es wichtig zu wissen und zu verstehen, wie das Material auf Korngrößenebene bricht. Um diesen Bruch simulieren zu können, ist es wichtig, realistische Modelle der mineralischen Mikrostrukturen zu verwenden. Diese Studie zeigt, wie solche realistischen zweidimensionalen Mikrostrukturen auf der Grundlage der quantitativen Mikrostrukturanalyse am Computer erzeugt werden können. Darüber hinaus zeigt die Studie, wie diese synthetischen Mikrostrukturen dann in die gut etablierte Diskrete-Elemente-Methode integriert werden können, bei der der Bruch von mineralischem Material auf Korngrößenebene simuliert werden kann.:List of Acronyms VII List of Latin Symbols IX List of Greek Symbols XV 1 Introduction 1 1.1 Motivation for using realistic microstructures in Discrete Element Method (DEM) 1 1.2 Possibilities for using realistic mineral microstructures in DEM simulations . 4 1.3 Objective and disposition of the thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 Background 9 2.1 Discrete Element Method (DEM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.1 Fundamentals of the Discrete Element Method (DEM) . . . . . . . . 9 2.1.2 Applications of DEM in comminution science . . . . . . . . . . . . . 21 2.1.3 Limitations of DEM in comminution science . . . . . . . . . . . . . . 26 2.2 Quantitative Microstructural Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.1 Fundamentals of the Quantitative Microstructural Analysis . . . . . . 29 2.2.2 Applied QMA in mineral processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.2.3 Applicability of the QMA for the synthesis of realistic microstructures 49 3 Synthesis of realistic mineral microstructures for DEM simulations 51 3.1 Development of a computer-assisted QMA for the analysis of real and synthetic mineral microstructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.1.1 Fundamentals of the computer-assisted QMA . . . . . . . . . . . . 53 3.1.2 The requirements for the false-color image. . . . . . . . . . . . . . 54 3.1.3 The conversion of a given real mineral microstructure into a false-color image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.1.4 Implementation of the point, line, and area analysis . . . . . . . . . 59 3.1.5 Selection of appropriate QMA parameters for analyzing two-dimensional microstructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.1.6 Summary of the principles of the adapted Quantitative Microstructural Analysis (QMA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.2 Analysis of possible strategies for the microstructure synthesis . . . . . . . . 71 3.3 Implementation of the drawing method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.3.1 Drawing of a single grain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 XVIII List of Greek Symbols 3.3.2 Drawing of multiple grains, which form a synthetic microstructure . . 81 3.3.3 Synthesizing mineral microstructures consisting of multiple phases . 85 3.4 The final program for microstructure analysis and synthesis . . . . . . . . . 89 3.4.1 Synthesis and analysis of an example microstructure . . . . . . . . . 90 3.4.2 Procedure for generating a realistic synthetic microstructure of a given real microstructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 4 Validation of the synthesis approach 103 4.1 Methodical considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 4.1.1 The basic idea of the validation procedure . . . . . . . . . . . . . . 103 4.1.2 The experimental realizations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 4.2 Basic indenter test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 4.2.1 Considerations for the basic indenter test . . . . . . . . . . . . . . . 109 4.2.2 Realization and evaluation of the real basic indenter test . . . . . . . 114 4.2.3 Realization and evaluation of the simulated basic indenter test . . . 127 4.2.4 Conclusions on the basic indenter test . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 4.3 Extended indenter test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 4.3.1 Basic considerations for the extended indenter test . . . . . . . . . . 139 4.3.2 Realization and evaluation of the real extended indenter test . . . . 142 4.3.3 Realization and evaluation of the simulated extended indenter test . 154 4.3.4 Conclusions on the extended indenter test . . . . . . . . . . . . . . 171 4.4 Particle bed test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 4.4.1 Basic considerations for the particle bed test . . . . . . . . . . . . . 173 4.4.2 Realization and evaluation of the real particle bed test . . . . . . . . 176 4.4.3 Realization and evaluation of the simulated particle bed test . . . . . 188 4.4.4 Conclusions on the particle bed test . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 5 Conclusions and directions for future development 205 6 References 211 List of Figures 229 List of Tables 235 Appendix 237
This research aims to make it possible to use realistic mineral microstructures in simulations of mineral processing. In particular, comminution processes, such as the crushing and grinding of raw mineral materials, are highly aff ected by the mineral microstructure, since the texture and structure of the many grains and their micromechanical properties determine the macroscopic fracture behavior. To illustrate this, consider a mineral material that essentially consists of grains of two diff erent mineral phases, such as quartz and feldspar. If the micromechanical properties of these two phases are diff erent, this will likely have an impact on the macroscopic fracture behavior. Assuming that the grains of one of the minerals break at lower loads, it is likely that a crack through a stone of that material will spread through the weaker grains. In fact, this is an important property for ore processing. In order to extract valuable minerals from an ore, it is important to liberate them from the commercially worthless material in which they are found. For this, it is essential to know and understand how the material breaks at grain-size level. To be able to simulate this breakage, it is important to use realistic models of the mineral microstructures. This study demonstrates how such realistic two-dimensional microstructures can be generated on the computer based on quantitative microstructural analysis. Furthermore, the study shows how these synthetic microstructures can then be incorporated into the well-established discrete element method, where the breakage of mineral material can be simulated at grain-size level.:List of Acronyms VII List of Latin Symbols IX List of Greek Symbols XV 1 Introduction 1 1.1 Motivation for using realistic microstructures in Discrete Element Method (DEM) 1 1.2 Possibilities for using realistic mineral microstructures in DEM simulations . 4 1.3 Objective and disposition of the thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 Background 9 2.1 Discrete Element Method (DEM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.1 Fundamentals of the Discrete Element Method (DEM) . . . . . . . . 9 2.1.2 Applications of DEM in comminution science . . . . . . . . . . . . . 21 2.1.3 Limitations of DEM in comminution science . . . . . . . . . . . . . . 26 2.2 Quantitative Microstructural Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.1 Fundamentals of the Quantitative Microstructural Analysis . . . . . . 29 2.2.2 Applied QMA in mineral processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.2.3 Applicability of the QMA for the synthesis of realistic microstructures 49 3 Synthesis of realistic mineral microstructures for DEM simulations 51 3.1 Development of a computer-assisted QMA for the analysis of real and synthetic mineral microstructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.1.1 Fundamentals of the computer-assisted QMA . . . . . . . . . . . . 53 3.1.2 The requirements for the false-color image. . . . . . . . . . . . . . 54 3.1.3 The conversion of a given real mineral microstructure into a false-color image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.1.4 Implementation of the point, line, and area analysis . . . . . . . . . 59 3.1.5 Selection of appropriate QMA parameters for analyzing two-dimensional microstructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.1.6 Summary of the principles of the adapted Quantitative Microstructural Analysis (QMA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.2 Analysis of possible strategies for the microstructure synthesis . . . . . . . . 71 3.3 Implementation of the drawing method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.3.1 Drawing of a single grain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 XVIII List of Greek Symbols 3.3.2 Drawing of multiple grains, which form a synthetic microstructure . . 81 3.3.3 Synthesizing mineral microstructures consisting of multiple phases . 85 3.4 The final program for microstructure analysis and synthesis . . . . . . . . . 89 3.4.1 Synthesis and analysis of an example microstructure . . . . . . . . . 90 3.4.2 Procedure for generating a realistic synthetic microstructure of a given real microstructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 4 Validation of the synthesis approach 103 4.1 Methodical considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 4.1.1 The basic idea of the validation procedure . . . . . . . . . . . . . . 103 4.1.2 The experimental realizations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 4.2 Basic indenter test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 4.2.1 Considerations for the basic indenter test . . . . . . . . . . . . . . . 109 4.2.2 Realization and evaluation of the real basic indenter test . . . . . . . 114 4.2.3 Realization and evaluation of the simulated basic indenter test . . . 127 4.2.4 Conclusions on the basic indenter test . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 4.3 Extended indenter test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 4.3.1 Basic considerations for the extended indenter test . . . . . . . . . . 139 4.3.2 Realization and evaluation of the real extended indenter test . . . . 142 4.3.3 Realization and evaluation of the simulated extended indenter test . 154 4.3.4 Conclusions on the extended indenter test . . . . . . . . . . . . . . 171 4.4 Particle bed test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 4.4.1 Basic considerations for the particle bed test . . . . . . . . . . . . . 173 4.4.2 Realization and evaluation of the real particle bed test . . . . . . . . 176 4.4.3 Realization and evaluation of the simulated particle bed test . . . . . 188 4.4.4 Conclusions on the particle bed test . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 5 Conclusions and directions for future development 205 6 References 211 List of Figures 229 List of Tables 235 Appendix 237

Minestis software allows geological domain modeling and resource estimation through an efficient and simplified geostatistics-based workflow. It has been designed for all those, geologists, mining engineers or auditors, for whom quick production of quality models is at the heart of their concerns.

Die Standortsuche für geeignete Deponien stellt ein bedeutendes Lösungselement zur Krise der Abfallbeseitigung in einer Großstadt dar. Diese Arbeit erläutert die Verwendung der Landeignungsanalyse bei der Deponiestandortsuche. In dieser Arbeit wurde auch eine Methode der Eignungsanalyse eines Standortes für die mögliche Anlage einer Siedlungsabfalldeponie beschrieben.

The underlying research that resulted in this doctoral dissertation was performed at the Division of Economic Geology and Petrology of the Department of Mineralogy, TU Bergakademie Freiberg between 2011 and 2014. It was the primary aim of this thesis to develop and test novel applications for the technology of ‘Automated Mineralogy’ in the field of economic geology and geometallurgy. A “Mineral Liberation Analyser” (MLA) instrument of FEI Company was used to conduct most analytical studies. This automated system is an image analysis system based on scanning electron microscopy (SEM) image acquisition and energy dispersive X-ray spectrometry which can be used to determine both quantitative mineralogical data and mineral processing-relevant parameters. The analyses can be conducted with unconsolidated and solid rocks but also with ores and products of the mineral processing and recycling industry. In consequence of a first-time broadly-based and comprehensive literature review of more than 1,700 publications related to all types of automated SEM-based image analysis systems several trends in the publication chronicle were observed. Publications related to mineral processing lead the field of automated mineralogy-related publications. However, this is with a somewhat smaller proportion than expected and with a significant decrease in share between around 2000 and 2014. The latter is caused by a gradual but continuous introduction of new areas of application for automated mineralogical analysis such as the petroleum industry, petrology or environmental sciences. Furthermore, the quantity of automated mineralogy systems over time was carefully assessed. It is shown that the market developed from many individual developments in the 1970s and 1980s, often conducted from research institutes, e.g., CSIRO and JKMRC, or universities, to a duopoly - Intellection Pty Ltd and JKTech MLA - in the 1990s and 2000s and finally to a monopoly by FEI Company since 2009. However, the number of FEI’s competitors, such as Zeiss, TESCAN, Oxford Instruments, and Robertson CGG, and their competing systems are increasing since 2011. Particular focus of this study, published in three research articles in peer-reviewed international journals, was the development of suitable methodological approaches to deploy MLA to new materials and in new contexts. Data generated are then compared with data obtained by established analytical techniques to enable critical assessment and validation of the methods developed. These include both quantitative mineralogical analysis as well as methods of particle characterisation. The first scientific paper “Use of Mineral Liberation Analysis (MLA) in the Characterization of Lithium-Bearing Micas” deals with the field of mineral processing and describes the characterisation of lithium-bearing zinnwaldite mica - as potential natural resource for lithium - by MLA as well as the achievement of mineralogical association data for zinnwaldite and associated minerals. Two different approaches were studied to comminute the samples for this work, conventional comminution by crusher as well as high-voltage pulse selective fragmentation. By this study it is shown that the MLA can provide mineral data of high quality from silicate mineral resources and results very comparable to established analytical methods. Furthermore, MLA yields additional relevant information - such as particle and grain sizes as well as liberation and grade-recovery data. This combination of quantitative data cannot be attained with any other single analytical method. The second article “Characterisation of graphite by automated mineral liberation analysis” is also located in the field of mineral processing. This research article is the first published contribution on the characterisation of graphite, an important industrial mineral, by MLA respectively an automated mineralogy-related analytical method. During this study graphite feeds and concentrates were analysed. By this study it is shown that it is possible to gather statistically relevant data of graphite samples by MLA. Furthermore, the MLA results are validated by quantitative X-ray powder diffraction as well as particle size determinations by laser diffraction and sieve analysis. The third research paper “Nature and distribution of PGE mineralisation in gabbroic rocks of the Lusatian Block, Saxony, Germany” deals with the scientific field of geoscience. In this study it is shown that it is possible to obtain a significant body of novel mineralogical information by applying MLA analysis in a region previously regarded as being well-studied. The complex nature and relatively large distribution of the occurring platinum group minerals (PGM) is well illustrated by this contribution. During previous light microscopic studies and infrequent electron microprobe measurements only a handful isolated PGM grains were identified and characterised. In this investigation, using the samples of previous studies, 7 groups of PGM and 6 groups of associated tellurides as well as in total more than 1,300 mineral grains of both mineral groups were identified. Based on the data obtained, important insight regarding mineral associations, mineral paragenesis and the potential genesis of the PGM is obtained. Within this context, the value of MLA studies for petrological research focused on trace minerals is documented. MLA yields results that are both comprehensive and unbiased, thus permitting novel insight into the distribution and characteristics of trace minerals. This, in turn, is immensely useful when developing new concepts on the genesis of trace minerals, but may also give rise to the development of a novel generation of exploration tools, i.e., mineralogical vectors towards exploration akin to currently used geochemical vectors. The present dissertation shows that automated mineralogy by using a Mineral Liberation Analyser is able to deliver a unique combination of quantitative data on mineralogy and several physical attributes that are relevant for ore geology and mineral processing alike. It is in particular the automation and unbiasedness of data, as well as the availability of textural data, size and shape information for particles and mineral grains, as well as mineral association and mineral liberation data that define major advantages of MLA analyses - compared to other analytical methods. Despite the fact that results are obtained only on 2-D polished surfaces, quantitative results obtained compare well/very well to results obtained by other analytical methods. This is attributed mainly due to the fact that a very large and statistically sound number of mineral grains/particles are analysed. Similar advantages are documented when using the MLA as an efficient tool to search for and characterise trace minerals of petrological or economic significance
Die Forschung die der vorliegenden kumulativen Dissertation (‚Publikationsdissertation‘) zugrunde liegt wurde im Zeitraum 2011-2014 am Lehrstuhl für Lagerstättenlehre und Petrologie des Institutes für Mineralogie der TU Bergakademie Freiberg durchgeführt. Das primäre Ziel dieser Arbeit war es neue Einsatzmöglichkeiten für die Technik der Automatisierten Mineralogie im Gebiet der Lagerstättenkunde und Geometallurgie zu entwickeln und zu testen. Im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Studien stand die analytische Nutzung des Großgerätes „Mineral Liberation Analyser“ (MLA) der Firma FEI Company. Dieses automatisierte System ist ein Bildanalysesystem und basiert auf der Erfassung von Rasterelektronenmikroskopiebildern und energiedispersiver Röntgen-spektroskopie. Mit Hilfe der MLA-Analysetechnik lassen sich sowohl statistisch gesichert quantitative mineralogisch relevante als auch Aufbereitungsprozess-relevante Parameter ermitteln. Die Analysen können sowohl an Locker- und Festgesteinen als auch an Erzen und Produkten der Aufbereitungs- und Recyclingindustrie durchgeführt werden. Infolge einer erstmaligen, breit angelegten und umfassenden Literaturrecherche von mehr als 1.700 Publikationen im Zusammenhang mit allen Arten von automatisierten REM-basierten Bildanalysesystemen konnten verschiedene Trends in der Publikations¬historie beobachtet werden. Publikationen mit Bezug auf die Aufbereitung mineralischer Rohstoffe führen das Gebiet der Automatisierte Mineralogie-bezogenen Publikationen an. Der Anteil der Aufbereitungs-bezogenen Publikationen an der Gesamtheit der relevanten Publikationen ist jedoch geringer als erwartet und zeigt eine signifikante Abnahme des prozentualen Anteils zwischen den Jahren 2000 und 2014. Letzteres wird durch eine kontinuierliche Einführung neuer Anwendungsbereiche für die automatisierte mineralogische Analyse, wie zum Beispiel in der Öl- und Gasindustrie, der Petrologie sowie den Umweltwissenschaften verursacht. Weiterhin wurde die Anzahl der Systeme der Automatisierten Mineralogie über die Zeit sorgfältig bewertet. Es wird gezeigt, dass sich der Markt von vielen einzelnen Entwicklungen in den 1970er und 1980er Jahren, die oft von Forschungsinstituten, wie z. B. CSIRO und JKMRC, oder Universitäten ausgeführt wurden, zu einem Duopol - Intellection Pty Ltd und JKTech MLA - in den 1990er und 2000er Jahren und schließlich seit 2009 zu einem Monopol der FEI Company entwickelte. Allerdings steigt die Anzahl der FEI-Konkurrenten, wie Zeiss, TESCAN, Oxford Instruments und Robertson CGG, und deren Konkurrenzsysteme seit 2011. Ein Schwerpunkt der drei von Experten begutachteten und in internationalen Fachzeitschriften publizierten Artikel dieser Studie war die Entwicklung eines geeigneten methodischen Ansatzes um die MLA-Technik für neue Materialien und in neuem Kontext zu verwenden. Die erzeugten Daten wurden mit Daten die von etablierten analytischen Techniken gewonnen wurden verglichen, um eine kritische Bewertung und Validierung der entwickelten Methoden zu ermöglichen. Dazu gehören sowohl quantitative mineralogische Analysen als auch Methoden der Partikelcharakterisierung. Der Schwerpunkt der Studie zum ersten Fachartikel „Use of Mineral Liberation Analysis (MLA) in the Characterization of Lithium-Bearing Micas“ liegt im Gebiet der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe. Er beschreibt die Charakterisierung von Zinnwaldit-Glimmer - einem potentiellen Lithium-Rohstoff - durch die MLA-Technik sowie das Erringen von Mineralverwachsungsdaten für Zinnwaldit und assoziierter Minerale. Dabei wurden zwei unterschiedliche Wege der Probenzerkleinerung des Rohstoffes untersucht. Zum einen erfolgte eine konventionelle Zerkleinerung der Proben mittels Brecher und Mühle, zum anderen eine selektive Zerkleinerung durch Hoch¬spannungsimpulse. Es konnte aufgezeigt werden, dass die automatisierte Rasterelektronen¬mikroskopie-basierte Bildanalyse mittels MLA von silikatischen Rohstoffen Mineral¬informationen von hoher Güte zur Verfügung stellen kann und die Ergebnisse gut vergleichbar mit etablierten analytischen Methoden sind. Zusätzlich liefert die MLA weitere wertvolle Informationen wie zum Beispiel Partikel-/Mineralkorngrößen, Aussagen zum Mineralfreisetzungsgrad sowie Gehalt-Ausbring-Kurven des Wertstoffes. Diese Kombination von quantitativen Daten kann mit keiner anderen analytischen Einzelmethode erreicht werden. Der zweite Fachartikel „Characterisation of graphite by automated mineral liberation analysis“ ist ebenfalls im Fachgebiet der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe angesiedelt. Während dieser Studie wurden Edukte und Produkte der Aufbereitung von Graphit-Erzen untersucht. Der vorliegende Artikel ist der erste in einer internationalen Fachzeitschrift publizierte Beitrag zur Charakterisierung des Industrieminerals Graphit mittels MLA-Technik bzw. einer Analysenmethode der Automatisierten Mineralogie. Mit der Studie konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, auch mit der MLA statistisch relevante Daten von Graphitproben zu erfassen. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse der MLA-Analysen durch quantitative Röntgenpulverdiffraktometrie sowie Partikelgrößen-bestimmungen durch Laserbeugung und Siebanalyse validiert. Der dritte Fachartikel „Nature and distribution of PGE mineralisation in gabbroic rocks of the Lusatian Block, Saxony, Germany“ ist im Gegensatz zu den ersten beiden Artikeln im Gebiet der Geowissenschaften angesiedelt. In dieser Studie wird gezeigt, dass es möglich ist mittels MLA-Analyse eine signifikante Anzahl neuer Daten von einem eigentlich schon gut untersuchten Arbeitsgebiet zu gewinnen. So konnte erst mit der MLA die komplexe Natur und relativ große Verbreitung der auftretenden Platingruppenelement-führenden Minerale (PGM) geklärt werden. Während früherer lichtmikroskopischer Analysen und einzelner Elektronenstrahlmikrosonden-Messungen konnten nur eine Handvoll weniger, isolierter PGM-Körner nachgewiesen und halbquantitativ charakterisiert werden. In der vorliegenden Studie konnten nun, an den von früheren Studien übernommenen Proben, 7 PGM-Gruppen und 6 assoziierte Telluridmineral-Gruppen mit insgesamt mehr als 1.300 Mineralkörnern beider Mineralgruppen nachgewiesen werden. Auf der Grundlage der gewonnenen Daten wurden wichtige Erkenntnisse in Bezug auf Mineralassoziationen, Mineralparagenese und zur möglichen Genese der PGM erreicht. In diesem Zusammenhang wurde der Wert der MLA-Studien für petrologische Forschung mit dem Fokus auf Spurenminerale dokumentiert. Die MLA liefert Ergebnisse, die sowohl umfassend und unvoreingenommen sind, wodurch neue Einblicke in die Verteilung und Charakteristika der Spurenminerale erlaubt werden. Dies wiederum ist ungemein nützlich für die Entwicklung neuer Konzepte zur Genese von Spurenmineralen, kann aber auch zur Entwicklung einer neuen Generation von Explorationswerkzeugen führen, wie zum Beispiel mineralogische Vektoren zur Rohstofferkundung ähnlich wie derzeit verwendete geochemische Vektoren. Mit der vorliegenden Dissertationsschrift wird aufgezeigt, dass Automatisierte Mineralogie mittels Mineral Liberation Analyser eine einzigartige Kombination an quantitativen Daten zur Mineralogie und verschiedene physikalische Attribute, relevant sowohl für die Lagerstättenforschung als auch für die Aufbereitung mineralischer Rohstoffe, liefern kann. Im Vergleich zu anderen etablierten analytischen Methoden sind es insbesondere die Automatisierung und Unvoreingenommenheit der Daten sowie die Verfügbarkeit von Gefügedaten, Größen- und Forminformationen für Partikel und Mineralkörner, Daten zu Mineralassoziationen und Mineralfreisetzungen welche die großen Vorteile der MLA-Analysen definieren. Trotz der Tatsache, dass die Ergebnisse nur von polierten 2-D Oberflächen erhalten werden, lassen sich die quantitativen Ergebnisse gut/sehr gut mit Ergebnissen anderer Analysemethoden vergleichen. Dies kann vor allem der Tatsache zugeschrieben werden, dass eine sehr große und statistisch solide Anzahl von Mineralkörnern/Partikeln analysiert wird. Ähnliche Vorteile sind bei der Verwendung der MLA als effizientes Werkzeug für die Suche und Charakterisierung von Spurenmineralen von petrologischer oder wirtschaftlicher Bedeutung dokumentiert

In der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet
In the summary the topics of the meeting and important speakers are listed and shortly presented. Topics are the efficency of resources, environmental aspects, secondary mining and human resources in the mining industry of Chile. Technological innovations of the mining industry are also in the focus of the meeting. Some projects for cooperation are introduced. The German-Chilean Raw Materials Forum was organized by the „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ of the Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer

In der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet
In the summary the topics of the meeting and important speakers are listed and shortly presented. Topics are the efficency of resources, environmental aspects, secondary mining and human resources in the mining industry of Chile. Technological innovations of the mining industry are also in the focus of the meeting. Some projects for cooperation are introduced. The German-Chilean Raw Materials Forum was organized by the „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ of the Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer

This thesis explores the application of Markowitz' Modern Portfolio Theory onto 220 years of financial returns for 13 metals and 21 poly-metallic ore types. The interdisciplinary research shows that poly-metallic ores can be described as naturally occurring portfolios that were diversified by natural geological processes. Safest and optimal portfolios for metals and ores can be computed for different time horizons using portfolio optimization algorithms. Results for optimized ore portfolios are thereby subject to geological constraints. The study revealed that commodity cycles last between six and twenty years and exhibit clockwise and counterclockwise motions in the risk-return framework. The cycle length differences for clockwise cycles are statistically significant and thus specific to all investigated metals and ores. By incorporating novel cycle parameters into decision making tools it is suggested that current industry decisions for resource development can be improved. Insights into the performance of metals and ores through the industrial cycles, as well as into the frequency of profitable super cycles can assist Metals & Mining executives in strategic planning and investment.:Introduction 1 Data 3 Metals & ore types studied 5 2.1 Metals.......................................... 5 2.2 Ore types ........................................ 5 2.3 Prices .......................................... 10 2.4 Summary ........................................ 12 II Analysis 13 3 Modern Portfolio Theory 15 3.1 Overview ........................................ 15 3.2 Definitions........................................ 15 3.3 Assumptions ...................................... 17 3.4 Discussion & Conclusion................................ 18 4 Poly-metallic ores as natural portfolios 19 4.1 Objectives........................................ 19 4.2 Results.......................................... 19 4.3 Summary & Discussion................................. 24 4.4 Conclusion ....................................... 25 5 Static portfolio optimization 27 5.1 Objectives........................................ 27 5.2 Assumptions ...................................... 27 5.3 Results.......................................... 27 5.4 Summary & Discussion................................. 31 5.5 Conclusion ....................................... 32 6 Dynamic portfolio optimization 33 6.1 Assumptions ...................................... 33 6.2 Results.......................................... 34 6.3 Summary & Discussion................................. 44 6.4 Conclusion ....................................... 45 7 Commodity cycles & metal assets 47 7.1 Commodity cycles ................................... 47 7.2 Commodity cycle observations ............................ 54 7.3 Summary ........................................ 76 7.4 Discussion........................................ 77 7.5 Conclusion ....................................... 78 III Application 81 8 Commodity cycles & resource development strategies 83 8.1 The timing of mine development and mining start-up................ 83 8.2 Lead times from discovery to operation........................ 88 8.3 Exploration....................................... 89 8.4 Project valuation considerations............................ 91 8.5 Summary & Discussion................................. 92 8.6 Conclusion ....................................... 93 9 Industrial cycles & modern history 95 9.1 The Metal Markets Indicator-MMI ......................... 95 9.2 The Metal Markets Indicator & the economy .................... 97 9.3 The MMI & military conflict ............................. 105 9.4 MMI cyclicality..................................... 115 9.5 Summary & Discussion................................. 122 9.6 Conclusion ....................................... 123 10 Industrial cycles & metal performance 125 10.1 Methodology ...................................... 125 10.2 Metal performance during technological epochs ................ 126 10.3 Discussion........................................ 133 10.4 Conclusion ....................................... 137 11 Industrial cycles & ore type preferences 139 11.1 Coal Age ........................................ 139 11.2 Oil Age ......................................... 142 11.3 Atomic Age....................................... 144 11.4 Discussion........................................ 146 11.5 Conclusion ....................................... 150 12 Industrial cycles & ore provinces 151 12.1 Ore genetic models and industrial cycles....................... 151 12.2 Ore geology and geography .............................. 154 12.3 Ore provenances and mining technology ....................... 156 12.4 Discussion........................................ 157 12.5 Conclusion ....................................... 157 13 The state and future of the M&M Industry 159 13.1 The current state.................................... 159 13.2 The dawn of a new Industrial Age .......................... 163 13.3 The future........................................ 164 13.4 Summary & Discussion................................. 167 13.5 Conclusion ....................................... 168 14 Summary 169 15 Conclusion 171 IV Appendix 173 Bibliography 233 Index 245

In der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet
In the summary the topics of the meeting and important speakers are listed and shortly presented. Topics are the efficency of resources, environmental aspects, secondary mining and human resources in the mining industry of Chile. Technological innovations of the mining industry are also in the focus of the meeting. Some projects for cooperation are introduced. The German-Chilean Raw Materials Forum was organized by the „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ of the Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer

In der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet
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In der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet.
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In der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet
In the summary the topics of the meeting and important speakers are listed and shortly presented. Topics are the efficency of resources, environmental aspects, secondary mining and human resources in the mining industry of Chile. Technological innovations of the mining industry are also in the focus of the meeting. Some projects for cooperation are introduced. The German-Chilean Raw Materials Forum was organized by the „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ of the Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer

Die hyperspektrale Bildgebung stellt eine Schlüsseltechnologie in der nicht-invasiven Mineralanalyse dar, sei es im Labormaßstab oder als fernerkundliche Methode. Rasante Entwicklungen im Sensordesign und in der Computertechnik hinsichtlich Miniaturisierung, Bildauflösung und Datenqualität ermöglichen neue Einsatzgebiete in der Erkundung mineralischer Rohstoffe, wie die drohnen-gestützte Datenaufnahme oder digitale Aufschluss- und Bohrkernkartierung. Allgemeingültige Datenverarbeitungsroutinen fehlen jedoch meist und erschweren die Etablierung dieser vielversprechenden Ansätze. Besondere Herausforderungen bestehen hinsichtlich notwendiger radiometrischer und geometrischer Datenkorrekturen, der räumlichen Georeferenzierung sowie der Integration mit anderen Datenquellen. Die vorliegende Arbeit beschreibt innovative Arbeitsabläufe zur Lösung dieser Problemstellungen und demonstriert die Wichtigkeit der einzelnen Schritte. Sie zeigt das Potenzial entsprechend prozessierter spektraler Bilddaten für komplexe Aufgaben in Mineralexploration und Geowissenschaften.
Hyperspectral imaging (HSI) is one of the key technologies in current non-invasive material analysis. Recent developments in sensor design and computer technology allow the acquisition and processing of high spectral and spatial resolution datasets. In contrast to active spectroscopic approaches such as X-ray fluorescence or laser-induced breakdown spectroscopy, passive hyperspectral reflectance measurements in the visible and infrared parts of the electromagnetic spectrum are considered rapid, non-destructive, and safe. Compared to true color or multi-spectral imagery, a much larger range and even small compositional changes of substances can be differentiated and analyzed. Applications of hyperspectral reflectance imaging can be found in a wide range of scientific and industrial fields, especially when physically inaccessible or sensitive samples and processes need to be analyzed. In geosciences, this method offers a possibility to obtain spatially continuous compositional information of samples, outcrops, or regions that might be otherwise inaccessible or too large, dangerous, or environmentally valuable for a traditional exploration at reasonable expenditure. Depending on the spectral range and resolution of the deployed sensor, HSI can provide information about the distribution of rock-forming and alteration minerals, specific chemical compounds and ions. Traditional operational applications comprise space-, airborne, and lab-scale measurements with a usually (near-)nadir viewing angle. The diversity of available sensors, in particular the ongoing miniaturization, enables their usage from a wide range of distances and viewing angles on a large variety of platforms. Many recent approaches focus on the application of hyperspectral sensors in an intermediate to close sensor-target distance (one to several hundred meters) between airborne and lab-scale, usually implying exceptional acquisition parameters. These comprise unusual viewing angles as for the imaging of vertical targets, specific geometric and radiometric distortions associated with the deployment of small moving platforms such as unmanned aerial systems (UAS), or extreme size and complexity of data created by large imaging campaigns. Accurate geometric and radiometric data corrections using established methods is often not possible. Another important challenge results from the overall variety of spatial scales, sensors, and viewing angles, which often impedes a combined interpretation of datasets, such as in a 2D geographic information system (GIS). Recent studies mostly referred to work with at least partly uncorrected data that is not able to set the results in a meaningful spatial context. These major unsolved challenges of hyperspectral imaging in mineral exploration initiated the motivation for this work. The core aim is the development of tools that bridge data acquisition and interpretation, by providing full image processing workflows from the acquisition of raw data in the field or lab, to fully corrected, validated and spatially registered at-target reflectance datasets, which are valuable for subsequent spectral analysis, image classification, or fusion in different operational environments at multiple scales. I focus on promising emerging HSI approaches, i.e.: (1) the use of lightweight UAS platforms, (2) mapping of inaccessible vertical outcrops, sometimes at up to several kilometers distance, (3) multi-sensor integration for versatile sample analysis in the near-field or lab-scale, and (4) the combination of reflectance HSI with other spectroscopic methods such as photoluminescence (PL) spectroscopy for the characterization of valuable elements in low-grade ores. In each topic, the state of the art is analyzed, tailored workflows are developed to meet key challenges and the potential of the resulting dataset is showcased on prominent mineral exploration related examples. Combined in a Python toolbox, the developed workflows aim to be versatile in regard to utilized sensors and desired applications.

Die Standortsuche für geeignete Deponien stellt ein bedeutendes Lösungselement zur Krise der Abfallbeseitigung in einer Großstadt dar. Diese Arbeit erläutert die Verwendung der Landeignungsanalyse bei der Deponiestandortsuche. In dieser Arbeit wurde auch eine Methode der Eignungsanalyse eines Standortes für die mögliche Anlage einer Siedlungsabfalldeponie beschrieben.