DE19737583C2 - Füllstoff zum Auffüllen von Hohlräumen im Salinar und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Füllstoff zum Auffüllen von Hohlräumen im Salinar und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Füllstoff zum Auffüllen von Hohlräumen im
Salinar, welcher an Luft und unter Salzlösung versteift und dessen Endfestigkeit in wei
ten Grenzen zwischen gelartig bis fest variiert werden kann und ein Verfahren zu seiner
Herstellung.
Es sind eine Reihe von Füll- bzw. Versatzstoffmischungen für die Verfüllung untertägiger,
salinarer Grubenhohlräume bekannt. Diese bestehen zumeist aus einem mineralischen
Bindemittel, wie Silikatzement, feinkörnigen, teils puzzolanisch erhärtenden Stoffen, wie
zum Beispiel Aschen oder Flugstäuben, und grobstückigen Zuschlagstoffen, die überwiegend
mineralischen Ursprungs sind. Als Anmischflüssigkeit wird in der Regel Wasser verwen
det. Solche Versatzstoffe sind beispielsweise in der DE 40 00 183 C1 beschrieben.
Auch der Einsatz von Versatzstoffmischungen auf der Basis von Magnesiabindern ist
bekannt. Hierbei erfolgt die Verwertung der bei der bergmännischen Kalisalzgewinnung
als Ablauge anfallenden hoch MgCl2-haltigen Lösungen als Anmischflüssigkeit. Derartige
Verfahren werden in der DE 42 35 032 C1, in der DE 195 39 684 A1 und in der
DE 195 29 850 A1 beschrieben.
Gemeinsam ist diesen Versatzstoffen, daß diese nur in zugängliche, lufterfüllte Gruben
baue eingebracht werden können und daß der Flüssigkeitsanteil in diesen Stoff
mischungen, ähnlich wie bei Betonen, nur maximal 10 bis 20% beträgt.
Die DD-WP 127 038 beschreibt, dass durch das Einbringen von Kalk in reaktionsfreudi
gem Zustand in flüssigkeitsgefüllte Grubenfelder, unter Ausnutzung der dort vorhande
nen Chloride des Calciums und des Magnesiums, eine Abdichtung und Sicherung der
Grubenfelder erreicht werden kann. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die undefi
nierte Reaktionsmasse im Grubenfeld nicht zu kontrollieren ist und keine homogene
Verfüllung entsteht. Weiter ist das beschriebene Verfahren auf mit Flüssigkeit gefüllte
Grubenfelder beschränkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Füllstoff bereitzustellen, der zuverläs
sig an Luft und unter Salzlösung versteift, der pumpbar ist, die Selbstnivellierung ge
währleistet und der diese Eigenschaften für die technologisch erforderliche Zeitdauer
beibehält sowie anschließend an Luft und unter Salzlösung dauerhaft einen vorgegebe
nen Konsistenzgrad aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Füllstoff zum Auffüllen von Hohlräu
men im Salinar nach Anspruch 1 und mit einem Verfahren zur Herstellung
des Füllstoffs nach Anspruch 7 gelöst.
Dieser Füllstoff ist dadurch gekennzeichnet, daß er 85 bis 99 Gewichtsteile einer
MgCl2/MgSO4-Salzlösung und 1 bis 15 Gewichtsteile eines mineralischen Bindemittels,
ausgewählt aus CaO, Ca(OH)2, MgO und Mg(OH)2, umfaßt, wobei die Gesamtmenge
der Salze MgCl2 und MgSO4 in der Salzlösung mindestens 150 g/l beträgt und die Min
destmenge an MgSO4 in der Salzlösung 20 g/l beträgt, erhalten durch ein Verfahren, in welchem
die MgCl2/MgSO4-Salzlösung und
das Bindemittel in einem Intensivmischprozeß miteinander vermischt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprü
chen angegeben.
Der erfindungsgemäße Füllstoff wurde speziell für Sicherungsmaßnahmen in Gruben
hohlräumen im Salinar entwickelt. Das Wirtsgestein des Salinars kann zum Beispiel Sylvinit, anhydritisches
oder kieseritisches Hartsalz, Carnallit oder Steinsalz sein. Der Füllstoff ist
indifferent gegen alle üblicherweise vorkommenden Arten von Salzgesteinen und unter
bindet zuverlässig deren Auflösung durch migrierende Fluide.
Der erfindungsgemäße Füllstoff umfaßt 85 bis 99 Gewichtsteile einer MgCl2/MgSO4-
Salzlösung, wobei die Gesamtmenge der Salze MgCl2 und MgSO4 in der Salzlösung
mindestens 150 g/l und bevorzugt mindestens 240 g/l beträgt, und wobei die Mindest
menge an MgSO4 in der Salzlösung 20 g/l beträgt. In einer bevorzugten Ausführungs
form der Erfindung enthält die Salzlösung 20 bis 100 g/l, besonders bevorzugt 40 bis 60 g/l
MgSO4. Der Gehalt an MgCl2 in der Salzlösung beträgt bevorzugt 100 bis 400 g/l,
besonders bevorzugt 200 bis 350 g/l. Der Füllstoff umfaßt weiterhin 1 bis 15 Gewichts
teile eines mineralischen Bindemittels, ausgewählt aus CaO, Ca(OH)2, MgO und
Mg(OH)2. Als Bindemittel werden bevorzugt Branntkalk, Kalkhydrat, Branntdolomit, Do
lomitkalkhydrat und/oder kaustisch gebranntes Magnesiumoxid verwendet. Die verwen
deten Bindemittel haben bevorzugt eine Körnung von bis zu 0,1 mm (vorzugsweise
< 0,01 mm) und unterliegen keinen besonderen Reinheitsanforderungen, da beispielswei
se weder Eisen- noch Aluminium- noch Siliciumverbindungen störend wirken.
Durch Variation des Mischungsverhältnisses von Salzlösung und mineralischem Binde
mittel kann die nach Aushärtung resultierende Konsistenz des Füllstoffes dauerhaft in
den Grenzen gelartig bis steinartig-fest variiert werden. So gelingt es, bei niedrigen Zu
satzmengen an Bindemittel von etwa 1 bis 5 Gewichtsteilen einen gelartig-plastischen
Füllstoff zu erzeugen, der die Eigenschaften einer Flüssigkeit aber bereits verloren hat
und nicht konvektiv strömen kann, also auch keinen Angriff auf Salzgesteine hervorruft.
Bei Zusatzmengen an Bindemittel von etwa 6 bis 10 Gewichtsteilen entstehen hochkon
sistente, dauerplastische Füllstoffe, welche einerseits bereits ähnlich beanspruchbar wie
Festkörper sind, andererseits jedoch nicht bei Gebirgsbewegungen klüftig werden. Bei
noch höheren Zusatzmengen an Bindemittel im Bereich von etwa 11 bis 15 Gewichts
teilen entstehen bereits Festkörper, die Kräfte und Spannungen aufnehmen können.
Richtwerte für die zum Versteifen bzw. Abbinden der erfindungsgemäßen Füllstoffe be
nötigte Zeit sind in der folgenden Tabelle angegeben:
| Konsistenzgrad | |
| Zeit (Stunden) | |
| strukturviskos | 4-8 |
| dauerhaft-plastisch | 2-3 |
| plastisch-fest | 1-2 |
| fest | < 1 |
Als Salzlösung kann jede Lösung mit einem Mindestgehalt an MgCl2 und MgSO4 von
150 g/l, verwendet werden. Das eröffnet die Möglichkeit, bei der Anwendung des erfin
dungsgemäßen Füllstoffes in "ersoffenen" oder gefluteten Grubenhohlräumen oder zur
Verfüllung ersoffener Schachtanlagen, aber auch zur Verfüllung von Carnallit-
Solkavernen, die beim Verfüllen verdrängte Salzlösung selbst zur Herstellung des Füll
stoffes mitzuverwenden, wenn diese den erforderlichen Mindestgehalt an MgCl2 und
MgSO4 enthält oder wenn diese durch Zusatz von hochkonzentrierten MgCl2-Lösungen
und/oder MgSO4-Lösungen auf einen Wert von ≧ 150 g/l eingestellt werden kann. Da
durch entfällt die Entsorgung der durch Unterschichten mit dem erfindungsgemäßen
Füllstoff verdrängten Salzlösung, so daß lediglich das erforderliche Bindemittel und ge
gebenenfalls Zuschlagstoffe zugeführt werden müssen.
Der erfindungsgemäße Füllstoff wird hergestellt, indem 85 bis 99 Gewichtsteile der zuvor
beschriebenen MgCl2/MgSO4-Salzlösung und 1 bis 15 Gewichtsteile des Bindemittels
unter Rühren miteinander vermischt werden. Dabei entsteht eine halbflüssige bis flüssige
Suspension, welche pumpbar ist und nachfolgend stabil versteift bzw. abbindet und die
sen Zustand auch in Kontakt mit Salzlösungen ohne MgCl2/MgSO4-Anteile beibehält.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch die Gestaltung der Rührbedingungen,
insbesondere durch den Energieeintrag, bei gleichen Eigenschaften der Füllstoffe der
Bindemittelanteil bei hohen Energieeinträgen, wie zum Beispiel bei der Anwendung von Dissol
vern, deutlich reduziert wird.
Durch wiederholtes Aufrühren einer ausgebildeten Füllstoffmatrix mit Bindemittelzugaben
von zum Beispiel 1 bis 5 Gewichtsteilen können Stabilisierungen der Systeme erreicht werden, so
daß dauerhaft stabile Füllstoffe mit gelartiger bis plastischer Konsistenz bei geringstem
Bindemitteleinsatz möglich werden.
Die zur Homogenisierung und Anregung erforderlichen Energieeinträge, ausgedrückt
durch die in der Aufbereitungstechnik angewendete, dimensionslose Leistungskennzahl
cp liegen im allgemeinen bei 0,2 bis 5,0, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 2,0.
Das erneute Dispergieren einer bereits ausgebildeten Füllstoffmatrix zur Verbesserung
der plastischen Eigenschaften mit geringen Bindemitteleinsätzen von 1 bis 5 Gewichts
anteilen erfordert Leistungskennzahlen von vorzugsweise 1,0 bis 3,5.
(Zur Leistungskennzahl cp siehe Schubert, H.: "Aufbereitung fester mineralischer Roh stoffe", Band II Sortierprozesse)
(Zur Leistungskennzahl cp siehe Schubert, H.: "Aufbereitung fester mineralischer Roh stoffe", Band II Sortierprozesse)
Weitere Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Füllstoffes umfassen die
Durchführung von Sicherungsmaßnahmen in lufterfüllten Salzgruben zur Verhinderung
von Lösungszutritten und zur Vorbereitung von Verwahrungsmaßnahmen durch Flutung
von Salzgruben sowie den Einsatz als Dammbaustoff in Untertagedeponie (UTD) und in
Endlagern für atomare Abfälle im Salinar.
Für den Einsatz in lufterfüllten Hohlräumen des Salinars können dem System Salzlö
sung/Bindemittel zur Modifizierung der Stoffeigenschaften verschiedene, mineralische
Bestandteile zugesetzt werden. Durch den Zusatz von Gesteinsmehlen, vorzugsweise
Schiefer-, Dolomit-, Anhydrit- oder Kalkmehl, oder verschiedener Tonmineralien werden
die plastischen Eigenschaften, wie zum Beispiel eine geringere Neigung zur Rißbildung bei Druck
beanspruchung und die Bindung der fluiden Phase, verbessert, wodurch die Reduzie
rung von Austrocknungseffekten in Bereichen geringer Luftfeuchtigkeit erreicht wird.
Wesentliche Verbesserungen der Festigkeitskennwerte werden durch die Einbindung
inerter, körniger Materialien, insbesondere aus der Mineralsalzgenese und der Natur
steinaufbereitung, erzielt.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
- a) 98 Gewichtsteile MgCl2/MgSO4-haltige Grubenlösung
(MgCl2 + MgSO4-Gehalt: 330 g/l)
2 Gewichtsteile Dolomitkalkhydrat - b) 95 Gewichtsteile MgCl2/MgSO4-haltige Grubenlösung
(MgCl2 + MgSO4-Gehalt: 330 g/l)
5 Gewichtsteile Magnesiumoxid - c) 96 Gewichtsteile MgCl2/MgSO4-haltige Grubenlösung
(MgCl2 + MgSO4-Gehalt: 330 g/l)
4 Gewichtsteile Löschkalk - d) 85,5 Gewichtsteile MgCl2/MgSO4-haltige Lösung
(MgCl2 + MgSO4-Gehalt: 160 g/l)
4,5 Gewichtsteile Dolomitkalkhydrat
10,0 Gewichtsteile Tonmineralien
- a) 90 Gewichtsteile MgCl2/MgSO4-haltige Grubenlösung
(MgCl2 + MgSO4-Gehalt: 330 g/l)
10 Gewichtsteile Löschkalk - b) 85,5 Gewichtsteile MgCl2/MgSO4-haltige Grubenlösung
(MgCl2 + MgSO4-Gehalt: 330 g/l)
9,5 Gewichtsteile Löschkalk
5,0 Gewichtsteile Gesteinsmehl
85 Gewichtsteile MgCl2
/MgSO4
-haltige Grubenlösung
(MgCl2
(MgCl2
+ MgSO4
-Gehalt: 330 g/l)
15 Gewichtsteile Dolomitkalkhydrat
15 Gewichtsteile Dolomitkalkhydrat
Die in den Beispielen 1 bis 3 beschriebenen Mischungen werden in einem Intensiv
mischprozeß homogenisiert und angeregt, so daß eine im Zeitraum von 30 Minuten bis
4 Stunden pumpfähige, zu Thixotropie neigende Suspensionen vorliegen, die in bekannter
Weise durch eine Dickstoffpumpe über Rohrleitungen in den untertägigen Verfüllbereich
gefördert werden.
Claims (10)
1. Füllstoff zum Auffüllen von Hohlräumen im Salinar, dadurch gekennzeichnet, daß
er 85 bis 99 Gewichtsteile einer MgCl2/MgSO4-Salzlösung und 1 bis 15 Gewichts
teile eines mineralischen Bindemittels, ausgewählt aus CaO, Ca(OH)2,
MgO und Mg(OH)2, umfaßt, wobei die Gesamtmenge der Salze MgCl2 und MgSO4
in der Salzlösung mindestens 150 g/l beträgt und die Mindestmenge an MgSO4 in
der Salzlösung 20 g/l beträgt, erhalten durch ein Verfahren, in welchem die
MgCl2/MgSO4-Salzlösung und das mineralische Bindemittel in einem Intensiv
mischprozess miteinander vermischt werden.
2. Füllstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge der
Salze MgCl2 und MgSO4 in der Salzlösung mindestens 240 g/l beträgt.
3. Füllstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzlösung 20 bis
100 g/l, bevorzugt 40 bis 60 g/l MgSO4, enthält.
4. Füllstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzlösung 100 bis
400 g/l, bevorzugt 200 bis 350 g/l MgCl2, enthält.
5. Füllstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mineralische Bin
demittel aus Branntkalk, Kalkhydrat, Branntdolomit, Dolomitkalkhydrat und
kaustisch gebranntem Magnesiumoxid ausgewählt ist.
6. Füllstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnung des mine
ralischen Bindemittels bis zu 0,1 mm, bevorzugt bis zu 0,01 mm, beträgt.
7. Verfahren zur Herstellung des Füllstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß die MgCl2/MgSO4-Salzlösung und das Bindemittel in
einem Intensivmischprozeß miteinander vermischt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieeintrag in
dem Intensivmischprozeß, ausgedrückt durch die dimensionslose Kennzahl cp, im
Bereich cp = 0,2 bis 5,0, vorzugsweise cp = 0,2 bis 2,0 liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühr
energie in einem Schritt oder durch wiederholtes Aufrühren eingetragen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
MgCl2/MgSO4-Salzlösung dem zu verfüllenden, soleerfüllten Hohlraum entnommen,
mit dem Bindemittel vermischt und als Suspension wieder in den Hohlraum zurück
geführt wird.
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