DE10059076A1

DE10059076A1 - Schlammbeete zum Entwässern von Flotationsbergeabgänge

Info

Publication number: DE10059076A1
Application number: DE10059076A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hoehn
Original assignee: RAG AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2020-11-29
Also published as: DE10059076B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entwässern von Schlämmen vorzugsweise aus Flotationsanlagen von Steinkohlebergwerken, bei denen vorgeschlagen wird, daß mindestens zwei in etwa gleichvolumige Sedimentationsbecken eingesetzt werden, von denen im Wechsel das eine Becken mit Flotationsschlamm befüllt und aus dem anderen der absedimentierte Flotationsschlamm und das anfallende Wasser getrennt abgezogen werden, wobei durch Schaffung einer Ablaufmöglichkeit von nicht an den Schlamm gebundenen Wassers die Bildung einer Wasserschicht über dem Schlamm verhindert wird und die Mächtigkeit der Sedimentationsschicht nach Beendigung des Einspülvorganges so gering eingestellt wird, daß eine schnelle natürliche Austrocknung der Sedimentationsschicht stattfinden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entwässern von Schlämmen, vorzugsweise aus Flotationsanlagen von Steinkohlebergwerken.

Die Behandlung der Rohkohle in den modernen Aufbereitungsanlagen der Steinkohlebergwerke erfordert neben der nassen Trennung stückiger Berge von Kohle der höheren Kornklassen zwingend auch den Einsatz von Flotationsverfahren, um das durch die Gewinnungstechnik bedingte Fein- und Feinstkohleaufkommen verkaufsgerecht aufzubereiten. So sind beispielsweise geringe Aschegehalte im Feinstkohlebereich ohne Flotationstechnik nicht erreichbar.

Die flotationstechnisch erzielbare Trennung von Berge und Kohle in der Körnung kleiner 0.8 mm bedingt verfahrensgebunden Flotationsbergeabgänge. Diese Flotationsbergeabgänge fallen in der Flotation einer Steinkohleaufbereitung pumpfähig mit einem Festkörperanteil bis zu 500 g/l an und werden in der Regel zur endgültigen Ausgliederung aus dem verfahrenstechnischen Ablauf in einen Absinkweiher gepumpt, in welchem dann der Festkörperanteil sedimentiert und in Form von Flotationsbergeschlamm als Ablagerung verbleibt, während der Wasseranteil möglichst vollständig wieder in die Aufbereitung zurückgeführt wird. Der nutzbare Deponieraum im Absinkweiher wird dadurch nach und nach aufgefüllt.

In einem Bergwerk mit einer Tagesförderung von 10.000 Tonnen Steinkohle fallen im Jahr etwa 150.000 m³ Flotationsbergeschlamm an, für die entsprechender Deponieraum zur Verfügung gestellt werden muß. Absinkweiher haben daher immer einen Flächenbedarf von vielen Hektar und besitzen oft Nutzhöhen von über 10 m. Ist das Nutzvolumen vollständig mit Schlammassen ausgefüllt, so ist die Fläche während der fortgesetzten Abtrocknung des Schlammes jahrelang nicht für andere Zwecke nutzbar. Eine Rekultivierung ist auch später nur sehr eingeschränkt durchführbar. Selbst die Anpflanzung von Gewächsen auf der verbleibenden Fläche ist mit Problemen verbunden.

Aufgrund der stetigen Förderung eines Steinkohlebergwerkes, durch Steigerungen der Tagesförderung oder auch durch die Konzentration bei Verbundwerken auf möglichst nur einen Förderstandort ergibt sich aber, daß der nutzbare Deponieraum bestehender Absinkweiher nach einer gewissen Zeit aufgebraucht ist. Dies erfordert die Erweiterung bestehender oder auch den Bau zusätzlicher Absinkweiher mit einem entsprechend hohen technischen und damit auch wirtschaftlichen Aufwand. Da außerdem der Flächenverzehr dieser Anlagen sehr hoch ist, wird zunehmend die Genehmigungsfähigkeit in Frage gestellt.

Aus der DE 30 41 087 C2 sind Verfahren zur Ausbildung einer entwässerten Schlammschicht in dem Bergeteich eines Bergeteichsystems bekannt, die sich jedoch gattungsfremd auf Teersande, beispielsweise Ölsande, Bitumensande, u. ä beziehen, wobei diese mit dichtem, viskosem Erdöl getränkt sind. Es handelt sich dabei um ein Verfahren, das sich auf einen Reststoffstrom bezieht, genauer aus einem Feinmaterial enthaltenden wässrigen Abstrom eines industriellen Prozesses, bei dem zur Ausflockung des Feinmaterials ein Stärkeflockungsmittel eingesetzt wird.

Wesentlich bei diesem Verfahren ist, daß man hydrolysierte Stärke als Flockungsmittel zu dem Abstrom oder zu einer durch Absetzenlassen aus dem Abstrom gebildeten Schlammschicht gibt und dadurch das Feinmaterial in einer Stufe unter Bildung einer Schlammschicht absetzen lässt. Anschließend wird die Schlammschicht durch Belasten mit einer Sandschicht verdichtet, wobei Wasser aus der Schlammschicht durch die Sandschicht nach oben wandert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein technisch einfaches, flächensparendes und möglichst kostengünstiges Verfahren zur Entwässerung der in der Aufbereitung eines Steinkohlebergwerkes anfallenden Flotationsbergeabgänge zu entwickeln, so daß die entwässerten Schlämme in relativ kurzer Zeit einer Weiterverwendung zugeführt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei in etwa gleichvolumige Sedimentationsbecken eingesetzt werden, von denen im Wechsel das eine Becken mit Flotationsschlamm befüllt und aus dem anderen der absedimentierte Flotationsschlamm und das anfallende Wasser getrennt abgezogen werden.

Zweckmäßigerweise wird dieses Becken in einer sehr einfachen Ausführung aus begrenzenden Lockergesteinswällen hergestellt, die auf drei Seiten des Beckens, ebenso wie der natürliche Untergrund des Beckens, mechanisch so verdichtet werden, daß sie weitgehend wasserundurchlässig sind, während der Wall auf der vierten Seite, der Ablaufseite des Sedimentationsbeckens so locker geschüttet wird, daß er als Filter für das aus dem Schlamm austretende Wasser wirkt.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde gefunden, daß es sehr günstig ist, wenn die Flotationsabgänge nur auf einer Seite des Sedimentationsbeckens eingeleitet werden und wenn die Grundfläche des Sedimentationsbeckens von der Einlaufseite aus, die der Ablaufseite gegenüberliegt, ein Gefälle von etwa 1% zur Ablaufseite hin aufweist, um von Beginn der Einspülung an den Fluß des aus dem Schlamm austretenden Wassers zur Auslaufseite hin zu erzeugen.

Auf der dem Sedimentationsbecken abgewandten Seite des Filterdammes befindet sich ein Graben, der das zulaufende Wasser sammelt und einer Wiederverwendung oder Aufbereitung zuführen kann.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, dafür Sorge zu tragen, daß sich kein oder nur eine geringe Menge Wasser auf der Schlammoberfläche befindet, um die Austrocknung des Schlammes selber nicht zu erschweren. Dies kann in einer einfachen Ausführung dadurch erreicht werden, daß ein, sich im Filterdamm befindliches, drehbar gelagertes Abflußrohr, das mit einem 90°-Winkel versehen ist, so gedreht wird, daß sich der Einlauf des Rohres gerade oberhalb des Schlammspiegels befindet. Oberflächenwasser kann durch dieses Abflußrohr direkt in den Abflußgraben oder in eine Abwasserleitung abgeleitet werden.

Das Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß nur eine geringe Schlammdicke im Sedimentationsbecken erzeugt wird, vorzugsweise nicht über 2 m Mächtigkeit. Versuche haben gezeigt, daß dadurch Schlämme, die zum Zeitpunkt des Einspülvorganges einen Wasseranteil von über 70 Vol.-% besitzen, nach einer Verweildauer von 55 Tagen nur noch eine Restfeuchte von unter 30 Vol.-% aufweisen und damit zum Beispiel begehbar oder transportabel sind. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es somit in besonders einfacher Weise und in sehr kurzer Zeit, den Wassergehalt von feinen Schlämmen so weit zu reduzieren, daß sie auch auf Hochdeponien gelagert werden können.

Insbesondere diese kurze Verweildauer des Schlammes in dem Sedimentationsbecken führt zu einer wesentlichen Reduzierung des Flächenbedarfs für derartige Sedimentationsbecken.

Der Ablauf des Arbeitsverfahrens läßt sich grundsätzlich untergliedern in eine Einspülphase, während der der Fotationsbergeschlamm in das Sedimentationsbecken eingeleitet wird, eine Trocknungsphase, in der die Schlämme absedimentieren und das in ihnen enthaltene Wasser abgeben, sowie eine Räumungsphase, in der die getrockneten und absedimentierten Schlämme aus dem Sedimentationsbecken entfernt und z. B. auf eine Hochdeponie verbracht werden.

Da diese Phasen zeitlich aufeinanderfolgen müssen, andererseits die Flotationsschlämme kontinuierlich anfallen, ergibt sich, daß zwei in etwa gleichvolumige Sedimentationsbecken erforderlich sind. Während in dem zweiten Becken die Flotationsschlämme eingeleitet werden, können die in dem ersten, bereits gefüllten Becken vorhandenen Schlämme trocknen und anschließend ausgebaggert werden.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Sedimentationsbecken in Betrieb sind, in denen jeweils eine der oben genannten Arbeitsphasen durchgeführt werden. Dadurch ist gewährleistet, daß sich die Arbeitsphasen nicht gegenseitig behindern, indem z. B. die Austrocknung der Schlammassen durch eine gleichzeitige Einleitung von frischen Flotationsschlämmen behindert und verzögert wird.

In folgenden wird die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Beispieles weiter erläutert.

Fig. 1. zeigt den Grundriß eines rechteckigen Sedimentationsbeckens mit den Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 2 zeigt den Schnitt entlang der Linie A - B durch dieses Sedimentationsbecken.

Das Sedimentationsbecken (1) wird gebildet von den, in der einfachsten Ausführungsform aus verdichtetem Lockermaterial geschütteten Wällen (3) und dem Filterwall (4), der ebenfalls aus Lockermaterial geschüttet sein kann, das in diesem Fall aber nicht verdichtet wird. Die Grundfläche (2) des Sedimentationsbeckens (1) ist mit einem Gefälle von etwa 1% zum Filterwall (4) hin geneigt. Die Form der äußeren Umgrenzung des Sedimentationsbeckens (1) kann an die natürlichen Geländeformen angepaßte sein, doch muß wenigstens eine Seite von dem Filterwall (4) und dem Ablaufgraben (5) gebildet werden. Dieser Ablaufgraben (5) verläuft parallel zum Filterwall (4) und dient zur Aufnahme des aus dem Schlamm austretenden und durch den Filterwall (4) hindurch fließenden Wassers.

In den Filterwall (4) eingebaut ist darüber hinaus ein um die Längsachse drehbar gelagertes Abflußrohr (7), das auf der Einlaufseite innerhalb des Sedimentationsbeckens (1) mit einem 90°-Winkel versehen ist. Durch Drehen um die Längsachse kann die Einlaufhöhe des Ablaufrohres (7) kontinuierlich an das vom Einleitvorgang abhängige Schlammniveau (8) im Sedimenationsbecken (1) angepaßt und das sich auf dem Schlammspiegel (8) sammelnde Oberflächen- oder Niederschlagswasser über das Ablaufrohr (7) in den Ablaufgraben (5) abgeleitet werden.

Dem Filterwall (4) gegenüber befindet sich die Einspülleitung für Flotationsschlämme (6).

Fig. 3 zeigt beispielhaft die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe von drei Sedimentationsbecken A, B und C, von denen jedes die in Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen, in Fig. 3 aber nicht dargestellten Vorrichtungen und Merkmale besitzt.

Durch diese Anordnung ist es möglich, die anfallenden Flotationsschlämme kontinuierlich zu trocknen:
Während in einer ersten Phase das Sedimentationsbecken A die anfallenden Flotationsschlämme aufnimmt, ruht das bereits gefüllte Sedimentationsbecken B, d. h. die Schlämme können sedimentieren und entwässern. Aus Sedimentationsbecken C, das in diesem Beispiel als erstes mit Flotationsschlämmen gefüllt wurde, können gleichzeitig die vollständig entwässerten Sedimente entfernt werden.

Ist das Sedimentationsbecken C geleert, steht es für eine Wiederbefüllung in der zweiten Phase zur Verfügung. Gleichzeitig kann in Sedimentationsbecken A der Flotationsschlamm absedimentieren und entwässern und Sedimentationsbecken B kann entleert werden.

Anschließend wird das Sedimentationsbecken B wiederbefüllt, in Sedimentationsbecken C können die Flotationsschlämme in Ruhe absedimentieren und entwässern und aus Sedimentationsbecken A wird der Schlamm entfernt.

Daran schließt sich wieder die erste Phase an und die Vorgänge wiederholen sich in der beschriebenen Weise.

Die beschriebene Anordnung und die Anzahl der Sedimentationsbecken ist variabel. Allerdings müssen wenigstens zwei Sedimentationsbecken benutzt werden.

Bezugszeichenliste

1

Sedimentationsbecken

2

verdichtete Grundfläche des Sedimentationsbeckens

3

verdichtete Lockergesteinswälle

4

Lockergesteinswall als Filter

5

Ablaufgraben

6

Einspülleitung für Flotationsschlämme

7

Abflußrohr

8

Schlammspiegel (beispielhaft)

Claims

1. Verfahren zum Entwässern von Schlämmen vorzugsweise aus Flotationsanlagen von Steinkohlebergwerken, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei in etwa gleichvolumige Sedimentationsbecken eingesetzt werden, von denen im Wechsel das eine Becken mit Flotationsschlamm befüllt und aus dem anderen der absedimentierte Flotationsschlamm und das anfallende Wasser getrennt abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Sedimentationsbecken A, B und C in folgender Taktfolge genutzt werden:

a) Füllen des Sedimentationsbeckens A, weitgehende Sedimentation im Sedimentationsbecken B und Entfernen von sedimentiertem und entwässertem Schlamm aus dem Becken C;
b) Füllen des Sedimentationsbeckens C, weitgehende Sedimentation im Sedimentationsbecken A und Entfernen von sedimentiertem und entwässertem Schlamm aus dem Becken B und
c) Füllen des Sedimentationsbeckens B, weitgehende Sedimentation im Sedimentationsbecken C und Entfernen von sedimentiertem und entwässertem Schlamm aus dem Becken A.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspülen der Schlämme nur auf einer Seite der Sedimentationsbecken erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwässerung aus den Sedimentationsbecken nur auf einer Seite der Beckens erfolgt, die dem Einspülpunkt gegenüberliegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwässerung des Schlammes über eine Filtersperre, z. B. einen Filterdamm aus Lockergestein, erfolgt, die das Sedimentationsbecken von dem Wasserabzug trennt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Schaffung einer Ablaufmöglichkeit von nicht an den Schlamm gebundenen Wassers die Bildung einer Wasserschicht über dem Schlamm verhindert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mächtigkeit der Sedimentationsschicht nach Beendigung des Einspülvorganges so gering eingestellt wird, daß eine schnelle natürliche Austrocknung der Sedimentationsschicht stattfinden kann.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mächtigkeit der Sedimentationsschicht nicht mehr als 2 m beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sedimentmassen nach Abschluß des Austrocknungsvorganges eine Restfeuchte von weniger als 30% aufweisen.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch mindestens zwei in etwa gleichvolumige Sedimentationsbecken, wobei beide Sedimentationsbecken wechselweise schaltbare Zufuhrleitungen für Schlamm, wechselweise schaltbare und an das Schlammniveau anpaßbare Abflußleitungen für Wasser und jeweils eine Einrichtung zum Entfernen von entwässertem Schlamm aus dem Becken aufweisen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Sedimentationsbecken nebeneinander angeordnet sind, wobei die drei Becken wechselweise schaltbare Zufuhrleitungen für Schlamm, wechselweise schaltbare und an das Schlammniveau anpaßbare Abflußleitungen für Wasser und jeweils eine Einrichtung zum Entfernen von entwässertem Schlamm aus dem Becken aufweisen.