Digitales Gold

Die Landstraße in South Carolina liegt in völliger Dunkelheit. Es ist 6.20 Uhr am Morgen, einige gelbe Schulbusse drehen ihre Runden und sammeln Kinder ein. Brett Schug blinkt rechts und biegt in eine kleine Straße ab. „Das hier ist die Gold Road“, sagt der ANDRITZ Business Developer. Vor ihm erscheint aus dem Nichts ein riesiges Industriegelände: die Haile Gold Mine. Vier große Türme sind zu sehen, imposante Metallgerüste überall. Förderbänder werfen Schotter auf einen mehrere Häuser hohen und hell beleuchteten grauen Berg. „Das ist das Golderz“, sagt er. Aber so gewaltig der Berg auch wirkt, sein Goldgehalt ist niedrig: Für eine Unze Gold braucht man mehr als 20 Tonnen Erz.

Seit 200 Jahren wird hier, 400 Kilometer östlich von Atlanta, Gold geschürft. In Kershaw fand Captain Benjamin Haile im Jahr 1827 das Edelmetall und errichtete eine der ersten Minen der Vereinigten Staaten. Nach einer vorübergehenden Stilllegung des Betriebs hat am 20. Januar 2017 das australische Unternehmen OceanaGold hier sein erstes Gold gewonnen, unterstützt von ANDRITZ.

Eine der eingesetzten Technologien wird als „Digital Twin“, Digitaler Zwilling, bezeichnet. Es handelt sich um ein „virtuelles Instrument“, mit dem die Anlagenbetreiber sehr effektiv Messungen vornehmen können. Die Probleme mancher physischer Instrumente hinsichtlich ihrer Verlässlichkeit und die zum Teil aufwändige Wartung werden so vermieden.

Der Blick fürs Ganze

Ein Digitaler Zwilling ist ein detailliertes mathematisches Modell eines industriellen Prozesses, das mit der tatsächlichen Anlage live im Betrieb verbunden ist. Wenn er zur Schaffung virtueller Instrumente verwendet wird, liefert er verlässliche, berechnete Messwerte, die dem Bedienungspersonal und der automatischen Steuerung dabei helfen, die Anlage effizienter zu betreiben.

In der Haile Gold Mine sind virtuelle Instrumente momentan auf Schlammleitungen montiert, die eine Mischung aus Wasser und Golderz fördern. Physische Dichtemessungen an solchen Stellen sind erfahrungsgemäß schwierig, verwenden nukleare Strahlung und erfordern häufige Rekalibrierungen. Der Digitale Zwilling setzt ein nuanciertes, dynamisches Prozesssimulationsmodell ein, das mithilfe der IDEAS-Software – einer ANDRITZ-Entwicklung – entsteht. Dieses Modell enthält Informationen über die Anlagenausrüstungen, wie beispielsweise die Größe jeder Leitung, sowie die Eigenschaften der Schlammpumpe. Es ist mit der Prozesssteuerung verbunden, verwendet Werte von zuverlässigen, physischen Anlagenmessungen und berechnet die Schlammdichte sekündlich.

Das digitale Zwillingssystem liefert einen verlässlichen Dichtewert, ohne auf Kerninstrumente, Rekalibrierung oder händische Probeentnahmen zurückgreifen zu müssen. Außerdem kann es Warnmeldungen für das Bedienungspersonal ausgeben, wenn Betriebsprobleme im Prozess erkannt werden. Das virtuelle Instrument bietet somit verlässliche Informationen in Echtzeit und unterstützt einen stabileren und effizienteren Anlagenbetrieb.

Zusätzlich verwendet die Haile Gold Mine die ACE-Optimierungstechnologie (Advanced Control Expert) von ANDRITZ. Für die Mitarbeiter ist es so etwas wie ein virtueller Kollege – allerdings einer mit besonders viel Power und Verantwortung. ACE agiert wie ein speziell geschulter Mitarbeiter, der Prozesse optimiert, für einen niedrigen Ressourcen- und Energieverbrauch sorgt und stets mit voller Aufmerksamkeit bei der Sache ist, damit die Fabrik möglichst effizient funktioniert. Die Werte, die das virtuelle Instrument des Digitalen Zwillings ermittelt, versorgen auch die ACE-Systeme in der Mine mit Informationen und Eingangswerten.

Die Wirkung der digitalen Technologien von ANDRITZ ist beeindruckend: Die Trommeln einer Kugelmühle zum Beispiel, so groß wie ein Einfamilienhaus, drehen sich in wenigen Sekunden um sich selbst. Darin donnern Hunderte Metallkugeln und zermahlen das Erz, sie allein sind mehr als 100 Tonnen schwer. In den riesigen Flotationstürmen blubbert leicht glänzendes, dunkles Wasser, wo metallbeladene Blasen mit dem Glanz des Erzes in die nächste Stufe des Prozesses überschwappen. Sogar das geförderte Ausgangsmaterial sieht nicht nach Gold aus. „Das sind alles nur Steine – auf den ersten Blick”, sagt Brett Schug. Der Goldgehalt im Erz ist sehr niedrig, und die neueste Technologie hilft dabei, die Goldgewinnung zu maximieren und den Prozess rentabler zu gestalten.

„Je seltener ein Mensch mit der Mahlung in Kontakt tritt, desto weniger anfällig wird das System für menschliche Fehler. Der Prozess wird berechenbarer und leichter zu steuern, wenn die Mitarbeiter weniger eingreifen und die Vorgänge stattdessen intensiver prüfen und beaufsichtigen“, sagt Caelen Anderson, Metallurgical Superintendent von OceanaGold. „Dank virtueller Instrumente können wir konstant und in Echtzeit Daten erheben und den Prozess kontrollieren. Wenn nicht ständig händische Probeentnahmen erforderlich sind, hat der Bediener mehr Zeit für die Optimierung. Mithilfe der ANDRITZ-Technologien Digitaler Zwilling und ACE verändern wir die Art und Weise, wie das Bedienungspersonal die Anlage betreibt, und machen diese Arbeit einfacher und effizienter.“

Als Metallurgical Superintendent beaufsichtigt Caelen Anderson ein Team, das dafür verantwortlich ist, die Mine mit maximaler Effizienz rund um die Uhr zu betreiben. „Ich schaffe Wert“, lautet seine erste Antwort auf die Frage nach seinem Jobprofil. Auch wenn die moderne Mine um ihn herum nichts mehr mit der Schürfromantik des Goldrauschs zu tun hat, so blickt Andersons Familie doch auf eine stolze Geschichte in diesem Bereich zurück. Schon sein irischer Großvater hat im Bergbau gearbeitet, die Familie aus Butte in Montana ist seit 100 Jahren in der Goldindustrie aktiv.

Er selbst war bei den frühen Planungen der Haile Gold Mine Jahre vor der tatsächlichen Inbetriebnahme 2017 dabei. Auch ANDRITZ war damals schon mit an Bord. „ANDRITZ und seine Mitarbeiter haben uns von Beginn an begleitet und ihr Know-how unter Beweis gestellt“, erläutert Anderson und ergänzt, dass ihn besonders die Expertise von ANDRITZ im Bergbaubereich beeindruckt habe. Auch heute noch sind ANDRITZ-Mitarbeiter regelmäßig vor Ort, inzwischen wurde sogar eine Vollzeitstelle geschaffen. „Die Bedingungen, die wir anfangs bei einer Erzfördermenge von 250 Tonnen pro Stunde hatten, waren andere als jetzt bei 430 Tonnen pro Stunde”, sagt Anderson. „Das System ist mit uns gewachsen.“

Andersons Arbeit spielt sich häufig vor Bildschirmen ab. In einem großen Kontrollraum bespricht er mit mehreren Kollegen den Stand der Förderung. Sie sitzen vor riesigen Screens, beobachten Live-Kamerabilder oder Computergrafiken, die das Innenleben der rotierenden Mühlen und das Geschehen auf den Bändern draußen abbilden. Auf einem besonders großen Monitor prangen gut 150 Zahlen, einige blinken, nur eine Handvoll steht auf Rot. Die Kollegen haben etwa ein Dutzend Bildschirme im Blick. Ein Kollege nutzt die Gelegenheit, um mit Anderson und Schug zusammen einige ANDRITZ-Technologien vorzuführen. In einem kleinen Fenster zeigt der Rechner die beiden Werte „SIM Value/Field Value” – wobei SIM Value den Wert des virtuellen Instruments darstellt, das mithilfe des Digitalen Zwillings erzeugt wird.

Gute Geschäfte mit Gold

„Das System sorgt für berechenbare und effiziente Prozesse. Das zahlt sich für uns aus“, erklärt Anderson. „Das Bedienungspersonal sieht in Echtzeit, wie sich Veränderungen auf den Kreislauf auswirken. Wir bekommen vom System mehr Informationen – und je mehr Informationen wir haben, desto besser sind unsere Entscheidungen.“ Der Digitale Zwilling und andere ANDRITZ-Technologien helfen der Haile Gold Mine, mehr Erz zu verarbeiten und mehr Gold daraus zu gewinnen. So lässt sich insgesamt ohne zusätzlichen Aufwand mehr Gold produzieren. Und tatsächlich könnte es künftig mehr werden: OceanaGold schreibt auf seiner Website, dass die ursprünglichen Pläne die Förderung von rund zwei Millionen Unzen Gold pro Jahr vorsahen und dass im Zuge der weiteren Exploration zusätzliche Erzvorkommen entdeckt wurden. Daher gibt es berechtigte Hoffnungen, dass das Endergebnis viel höher ausfallen wird.

ANDRITZ hilft vor Ort mit neuen Technologien – Technologien, von denen die Goldjäger im Wilden Westen nur träumen konnten.

1. Innerhalb des industriellen Produktionsprozesses werden wichtige, vertrauenswürdige Messgeräte identifiziert.

2. Dort werden Messungen vorgenommen, um Daten zu erheben, etwa Informationen über den Durchfluss oder die Pumpleistung, die dann an das Kontrollzentrum gesendet werden.

3. Die Daten werden mithilfe des industriellen Kommunikationsprotokolls OPC
vom physischen Steuerungssystem zum Digitalen Zwilling übertragen.

4. Anschließend werden die Daten in das IDEAS-Prozess-Modell im Herzstück des Digitalen Zwillings geladen.

5. Der Digitale Zwilling errechnet die Prozesswerte für die gewünschten Bereiche, indem er die virtuellen Instrumente bereitstellt.

6. Die Prozesswerte werden an das Steuerungssystem gesendet, inklusive Warn- und Fehlermeldungen, falls diese erforderlich sind.

7. Das Bedienungspersonal und das Steuerungssystem verwenden alle verfügbaren Daten, inklusive Daten des Digitalen Zwillings, und erzeugen Kontrollsignale.

8. Aktuatoren justieren und steuern auf Basis der Kontrollsignale die physischen Geräte und Teile der Anlage.