DE102014116682A1

DE102014116682A1 - Process for dewatering bentonite suspensions

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Publication number: DE102014116682A1
Application number: DE102014116682.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2034-11-15
Also published as: DE102014116682B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Entwässerung von Bentonit-Suspensionen, umfassend die Schritte: a) Vermischen einer Bentonit-Suspension mit einem linearen kationischen Epichlorhydrin-Dimethylamin-Polymer zum Erhalt einer viskosen Zwischenlösung, b) Vermischen der im Schritt (a) erhaltenen Zwischenlösung mit einem anionischen Polymer oder Copolymer auf der Basis von Acrylamid oder Acrylsäure als Flockungshilfsmittel, bis zur Ausbildung einer Flockenstruktur, wodurch eine Flockenphase und eine wässrige Phase der Suspension erhalten werden, c) Zerstörung der in Schritt (b) gebildeten Flockenstruktur durch erneute Einmischung des anionischen Polymers oder Copolymers zur Ausbildung einer stabilisierten Flockenstruktur.The present invention comprises a process for dewatering bentonite suspensions, comprising the steps of: a) mixing a bentonite suspension with a linear cationic epichlorohydrin-dimethylamine polymer to obtain a viscous intermediate solution, b) mixing the intermediate solution obtained in step (a) with an anionic polymer or copolymer based on acrylamide or acrylic acid as a flocculant, until a flake structure is formed, whereby a flake phase and an aqueous phase of the suspension are obtained, c) destruction of the flake structure formed in step (b) by renewed incorporation of the anionic Polymer or copolymer to form a stabilized flake structure.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwässerung von Bentonit-Suspensionen. The present invention relates to a process for dewatering bentonite suspensions.

Bentonit-Suspensionen, insbesondere Natriumbentonit-Suspensionen, werden in der Bohr- und Bauindustrie beispielsweise im Schlitzwand- oder Tunnelbau, bei Rohrdurchpressungen und Schachtabsenkungen zur Verfestigung des umgebenden Bodens oder im Fracturing eingesetzt. Bentonit-Suspensionen werden zudem zur Stützung und Stabilisierung des umgebenden Erdreichs eingesetzt. Hierfür muss neben dem spezifischen Gewicht der Suspension auch die Viskosität eingestellt werden. Verbrauchte Bentonit-Suspensionen sind häufig durch kolloidale Substanzen verunreinigt, was dazu führt, dass beispielsweise Natriumbentonit mit Kalziumionen aus dem Boden oder dem Zement reagiert, wodurch Kalziumbentonit gebildet wird. Bentonite suspensions, in particular sodium bentonite suspensions, are used in the drilling and construction industry, for example in trench wall or tunnel construction, in pipe penetrations and manhole depressions for solidifying the surrounding soil or in fracturing. Bentonite suspensions are also used to support and stabilize the surrounding soil. For this purpose, in addition to the specific gravity of the suspension and the viscosity must be adjusted. Spent bentonite suspensions are often contaminated by colloidal substances, which causes, for example, sodium bentonite to react with calcium ions from the soil or cement to form calcium bentonite.

Bentonit-Suspensionen weisen regelmäßig einen alkalischen pH-Wert zwischen 9 und 13 auf, so dass eine Deponierung sehr aufwändig und aus Umweltschutzgründen auch bedenklich ist. Aus diesem Grund werden Bentonit-Suspensionen, in denen kolloidale Bentonit-Teilchen gelöst sind, durch Ausflocken in eine filtrierbare Form überführt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der JP 746484 A beschrieben. Dabei werden bentonithaltige Abwässer von Baustellen mit organischen anionischen Flockungsmitteln und organischen und anorganischen kationischen Flockungsmitteln behandelt. Eine Behandlung mit anorganischen Flockungsmitteln ist jedoch nachteilig, da die daraus entstehenden Suspensionen korrosiv sind. Ferner beobachtet man eine Salzbildung, was nicht erwünscht ist. Bentonite suspensions regularly have an alkaline pH of between 9 and 13, so that landfill is very complex and also environmentally questionable. For this reason, bentonite suspensions in which colloidal bentonite particles are dissolved are converted by flocculation into a filterable form. Such a method is for example in the JP 746484 A described. This involves treating bentonite-containing wastewater from construction sites with organic anionic flocculants and organic and inorganic cationic flocculants. However, treatment with inorganic flocculants is disadvantageous because the resulting suspensions are corrosive. Furthermore, salt formation is observed, which is undesirable.

Die JP 7340161 A beschreibt eine Entflockung mit synthetischen polymeren Flockungsmitteln in Kombination mit Carboxylmethylcellulose. Die JP 050 038 404 A beschreibt ein Entwässerungsmittel für Bentonit-haltige Abwässer auf der Basis einer Mischung eines anionischen und kationischen Polymers. The JP 7340161 A describes deflocculation with synthetic polymeric flocculants in combination with carboxymethylcellulose. The JP 050 038 404 A describes a dewatering agent for bentonite-containing effluents based on a mixture of an anionic and cationic polymer.

Die US 5,454,955 B beschreibt ein Verfahren zum Klären von Abwässern, bei dem der Zusatz eines löslichen kationischen Polymers zur Neutralisierung der negativ geladenen Partikel im Abwasser erfolgt. Anschließend erfolgt die Zugabe eines wasserlöslichen anionischen Polymers. In einem dritten Schritt erfolgt die Zugabe eines Tonminerals. Die Anwendung liegt jedoch auf einem anderen Gebiet und das Verfahren umfasst zudem mehrere aufwändige Schritte, die umständlich in der Handhabung, hoch in den Kosten und bei der pH-Regulierung schwer zu kontrollieren sind. The US 5,454,955 B describes a process for clarifying effluents in which the addition of a soluble cationic polymer to neutralize the negatively charged particles in the wastewater takes place. This is followed by the addition of a water-soluble anionic polymer. In a third step, a clay mineral is added. However, the application is in another field and the method also involves several elaborate steps that are cumbersome to handle, high in cost, and difficult to control in pH regulation.

Die DE 24 28 928 B beschreibt die Verwendung eines anorganischen Metallsalz-Flockungsmittels zur Behandlung von Suspensionen mit suspendierten Feststoffteilchen, bei dem in einem zweiten Verfahrensschritt ein hochmolekulares anionisches organisches Flockungsmittel zugesetzt wird. Die Suspension wird nach Zugabe des Flockungsmittels verrührt und die ausgeflockten Teile von der Flüssigkeit abgetrennt. Ein kationisches Flockungsmittel wird nicht zugesetzt. The DE 24 28 928 B describes the use of an inorganic metal salt flocculant for the treatment of suspensions with suspended solid particles, in which a high molecular weight anionic organic flocculant is added in a second process step. The suspension is stirred after addition of the flocculant and the flocculated parts are separated from the liquid. A cationic flocculant is not added.

In der DE 20 25 725 B ist ein Flockungsmittel zum Ausflocken fester Teilchen aus wässrigen Medien auf der Basis von Acrylmonomeren bekannt, die als wasserlösliche Teerpolymere von Acrylamid, teilweise neutralisierter Acrylsäure und Acrylnitril mit einem Molekulargewicht von mehr als 400.000 vorliegen. Hierbei erfolgt eine Flockung von suspendiertem Aluminiumoxid mit dem Teerpolymer. In the DE 20 25 725 B For example, a flocculating agent is known for flocculating solid particles from aqueous monomers based on acrylic monomers present as water-soluble tar polymers of acrylamide, partially neutralized acrylic acid and acrylonitrile having a molecular weight greater than 400,000. This flocculation of suspended alumina with the tar polymer.

Die EP 0 807 151 B1 beschreibt ein Fluid zur Stabilisierung des Erdbodens, das auf einem oder mehreren anionischen Polymeren und kationischen Elektrolyten basiert. Als anionisches Polyelektrolyt werden beispielsweise Polyacrylamide, vorzugsweise Copolymere aus Acrylamid oder Acrylat eingesetzt. The EP 0 807 151 B1 describes a soil stabilizing fluid based on one or more anionic polymers and cationic electrolytes. As anionic polyelectrolyte, for example, polyacrylamides, preferably copolymers of acrylamide or acrylate are used.

Die EP 0 688 591 A beschreibt ein Verfahren zur Aufarbeitung von Bentonit-Suspension durch Ausflocken und Abtrennen der Flocke von der überstehenden Flüssigkeit, wobei der Suspension zunächst wasserlösliche Salze zwei- und/oder dreiwertiger Metalle zugegeben werden, um eine Absenkung des pH-Wertes auf etwa 8 ± 1 und eine ungefähr neutrale Grenzflächenladung der Bentonitteilchen zu erhalten. Die so vorbehandelte Suspension wird nacheinander oder gleichzeitig mit einem kationischen und einem anionischen Polyelektrolyten vermischt, wobei der kationische Polyelektrolyt die Grenzflächenladung der Bentonitteilchen leicht anhebt, während der anionische Polyelektrolyt die Grenzflächenladung leicht absenkt. Das Verhältnis zwischen kationischem und anionischem Polyelektrolyt wird so gewählt, dass die Grenzflächenladung der Bentonitteilchen ungefähr neutral wird. The EP 0 688 591 A describes a process for the workup of bentonite suspension by flocculating and separating the flake from the supernatant liquid, wherein the suspension first water-soluble salts of divalent and / or trivalent metals are added to a lowering of the pH to about 8 ± 1 and a to obtain approximately neutral interfacial charge of the bentonite particles. The suspension pretreated in this way is mixed successively or simultaneously with a cationic and an anionic polyelectrolyte, the cationic polyelectrolyte slightly raising the interfacial charge of the bentonite particles, while the anionic polyelectrolyte slightly lowers the interfacial charge. The ratio between cationic and anionic polyelectrolyte is chosen so that the interfacial charge of the bentonite particles becomes approximately neutral.

Die DE 28 35 876 C2 beschreibt ein kationisches polymeres Ausflockungsmittel, das aus einem wasserlöslichen Polykondensationsprodukt eines Epihalogenhydrins und eines Polyamins besteht. The DE 28 35 876 C2 describes a cationic polymeric flocculant consisting of a water-soluble polycondensation product of an epihalohydrin and a polyamine.

Die EP 0 545 383 B1 beschreibt ein Verfahren zur Abscheidung von Feststoffen aus einer wässrigen Suspension, die städtisches Abwasser umfasst, wobei ein Polyvinylaminal als Abscheidungsmittel eingesetzt wird. The EP 0 545 383 B1 describes a method for separating solids from an aqueous suspension comprising urban wastewater using a polyvinylamine as a separation agent.

Die EP 0 641 293 B1 beschreibt ein Verfahren zum Abtrennen von suspendierten Feststoffen aus einer wässrigen Suspension von Zellulosefaser und hydrophobes Material umfassenden suspendierten Feststoffen durch Einmischen eines kationischen polymeren Flockungsmittels in die Suspension. Dadurch kommt es zur Ausflockung der suspendierten Feststoffe, die anschließenden durch Filtration abgetrennt werden können. Dabei kann eine Aggregation der geflockten Feststoffe durch Einmischen eines aus anorganischen Polymeren und Blähtonarten ausgewählten anionischen kolloidalen Materials aggregiert werden. The EP 0 641 293 B1 describes a method for separating suspended solids suspended solids comprising an aqueous suspension of cellulosic fiber and hydrophobic material by mixing a cationic polymeric flocculant into the suspension. This causes flocculation of the suspended solids, which can subsequently be separated by filtration. In this case, aggregation of the flocculated solids can be aggregated by mixing in an anionic colloidal material selected from inorganic polymers and expanded clay types.

Die Zugabe von anorganischen bzw. salzhaltigen Zusammensetzungen hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, da neben dem korrosiven Charakter zudem eine Hydroxidbildung beobachtet werden kann. Ein kosteneffizientes und einfach handbares Verfahren zur Entwässerung von Bentonit-Suspensionen basierend auf organischen Komponenten wäre daher wünschenswert. The addition of inorganic or salt-containing compositions, however, has proved to be disadvantageous, since in addition to the corrosive character also a hydroxide formation can be observed. A cost-effective and easily handled method of dewatering bentonite suspensions based on organic components would therefore be desirable.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Entwässerung von Bentonit-Suspension bereitzustellen, bei dem auf den Zusatz anorganischer Komponenten verzichtet werden kann und bei dem die Flockenstrukturbildung verbessert ist. Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved process for dewatering bentonite suspension, in which it is possible to dispense with the addition of inorganic components and in which the flake structure formation is improved.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entwässerung von Bentonit-Suspensionen umfasst folgende Schritte:

a) Vermischen einer Bentonit-Suspension mit einem linearen kationischen Polymer aus Epichlorhydrin-Dimethylamin, das keinen oder einen geringen Verzweigungsgrad aufweist, zum Erhalt einer viskosen Zwischenlösung,
b) Vermischen der im Schritt (a) erhaltenen Zwischenlösung mit einem anionischen Polymer oder Copolymer auf der Basis von Acrylamid oder Acrylsäure als Flockungshilfsmittel, wodurch eine Flockenphase und eine wässrige Phase der Suspension erhalten werden,
c) Zerstörung der in Schritt (b) gebildeten Flockenstruktur durch Einmischung mit des anionischen Polymers oder Copolymers auf der Basis von Acrylamid oder Acrylsäure.

This object is achieved by a method having the features of claim 1. The method according to the invention for dewatering bentonite suspensions comprises the following steps:

a) mixing a bentonite suspension with a linear cationic polymer of epichlorohydrin-dimethylamine, which has no or a low degree of branching, to obtain a viscous intermediate solution,
b) mixing the intermediate solution obtained in step (a) with an anionic polymer or copolymer based on acrylamide or acrylic acid as flocculant, thereby obtaining a flocculation phase and an aqueous phase of the suspension,
c) destruction of the flake structure formed in step (b) by mixing with the anionic polymer or copolymer based on acrylamide or acrylic acid.

Vorzugsweise erfolgen die Einmischung des Epichlorhydrin-Dimethylamin-Polymers und die Dosierung des anionischen Polymers oder Copolymers als Flockungshilfsmittel unter definierter Mischenergie. Die Mischenergie ist hierbei so hoch, dass sich im Schritt (a) das Koagulans und im Schritt (b) die Flockenstruktur ausbilden können. Auf diese Weise ist eine optimale Phasentrennung möglich. Bevorzugte Mischenergien liefern Rührwerke mit Umdrehungszahlen zwischen 1.500 und 2.500 U/Min. Preferably, the mixing of the epichlorohydrin-dimethylamine polymer and the metering of the anionic polymer or copolymer as flocculation aids are carried out under a defined mixing energy. The mixing energy in this case is so high that in step (a) the coagulant and in step (b) the flake structure can form. In this way an optimal phase separation is possible. Preferred mixing powers provide agitators with speeds between 1,500 and 2,500 rpm.

Das erfindungsgemäße Epichlorhydrin-Dimethylamin-Polymer besitzt eine lineare Struktur mit hoher kationischer Ladung und einem geringen Molekulargewicht. Die Herstellung des Polymers erfolgt über ein DMA-Epichlorhydrin-Addukt, welches durch eine Polymerisationsreaktion bei hoher Temperatur zu dem gewünschten linear-kettigen Polymer führt. Aufgrund der Polymerstruktur und den darin enthaltenen Aminen, wird ein solches Polymer auch häufig als Polyamin bezeichnet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Epichlorhydrin-Dimethylamin-Polymer um ein Copolymer mit zwei oder mehr Epichlorhydrin- bzw. Dimethylamin-Monomereinheiten. The epichlorohydrin-dimethylamine polymer of the present invention has a linear structure of high cationic charge and low molecular weight. The preparation of the polymer is carried out via a DMA-epichlorohydrin adduct, which leads by a polymerization reaction at high temperature to the desired linear-chain polymer. Due to the polymer structure and the amines contained therein, such a polymer is also often referred to as polyamine. Preferably, the epichlorohydrin-dimethylamine polymer according to the invention is a copolymer having two or more epichlorohydrin or dimethylamine monomer units.

Bevorzugte Bentonit-Suspensionen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden basieren auf Mischungen verschiedener Tonmineralien. Bevorzugte Bentonit-Suspensionen sind Alkalibentonit-Suspensionen wie z.B. Natriumbentonit. Die Vermischung mit dem kationischen Polymer bzw. Polyamin erfolgt vorzugsweise über einen Eintrag von Mischenergie, beispielsweise über ein Rührwerk, das Umdrehungen zwischen 1.500 und 2.500 U/Min. ermöglicht. Die erforderliche Rührzeit und Mischenergie zum Vermischen der Bentonit-Suspension mit dem kationischen Epichlorhydrin-Dimethylamin-Polymer ist abhängig vom Rührwerk und den jeweiligen Konzentrationen. Unter Laborbedingungen kann die Rührzeit vorzugsweise mehr als 30 Sekunden, vorzugsweise bis zu 5 Minuten betragen. Preferred bentonite suspensions which are used in the process according to the invention are based on mixtures of various clay minerals. Preferred bentonite suspensions are alkali bentonite suspensions, e.g. Sodium bentonite. The mixing with the cationic polymer or polyamine preferably takes place via an input of mixing energy, for example via an agitator, the revolutions between 1,500 and 2,500 rpm. allows. The required stirring time and mixing energy for mixing the bentonite suspension with the cationic epichlorohydrin-dimethylamine polymer depends on the stirrer and the respective concentrations. Under laboratory conditions, the stirring time may preferably be more than 30 seconds, preferably up to 5 minutes.

Bei dem eingesetzten kationischen Epichlorhydrin-Dimethylamin-Polymer kann es sich auch um eine Polyamin-Mischung gleicher oder unterschiedlicher Polyamine oder deren Derivate handeln. Bevorzugte kationische Epichlorhydrin-Dimethylamin-Polymere sind lineare Ketten mit Molekulargewichten zwischen 200.000 und 600.000 Dalton, vorzugsweise etwa 400.000 Dalton. Die kationische Ladungsdichte dieser Moleküle ist sehr hoch. Vorzugsweise wird ein Epichlorhydrin-Dimethylamin-Polymer mit einem Molekulargewicht von etwa 400.000 Dalton eingesetzt, dessen spezifische Dichte zwischen 1,10 und 1,20 vorzugsweise 1,14 beträgt. Bevorzugte Epichlorhydrin-Dimethylamin-Polymere weisen eine Bookfield-Viskosität zwischen 25 und 35 cps auf. The cationic epichlorohydrin-dimethylamine polymer used can also be a polyamine mixture of identical or different polyamines or derivatives thereof. Preferred cationic epichlorohydrin-dimethylamine polymers are linear chains having molecular weights between 200,000 and 600,000 daltons, preferably about 400,000 daltons. The cationic charge density of these molecules is very high. Preferably, an epichlorohydrin-dimethylamine polymer having a molecular weight of about 400,000 daltons is used, the specific gravity of which is between 1.10 and 1.20, preferably 1.14. Preferred epichlorohydrin-dimethylamine polymers have a book-field viscosity between 25 and 35 cps.

Die im ersten Verfahrensschritt (a) erhaltene Zwischenlösung ist hochviskos und es ist eine optische Flockenbildung erkennbar, die jedoch unzureichend ist, da die gebildete Flocke unter mechanischer Beanspruchung sehr schnell zerfällt. Daher ist die über das kationische Epichlorhydrin-Dimethylamin-Polymer erhaltene viskose Zwischenlösung mit den darin gebildeten Flocken für eine Filtration nicht geeignet. The intermediate solution obtained in the first process step (a) is highly viscous and it is an optical flocculation recognizable, but this is insufficient, since the flake formed decomposes very rapidly under mechanical stress. Therefore, the intermediate viscous solution with the flakes formed therein via the cationic epichlorohydrin-dimethylamine polymer is not suitable for filtration.

Durch den sich anschließenden zweiten Verfahrensschritt (b), bei dem die in Schritt (a) erhaltene Zwischenlösung mit einem anionischen Polymer oder Copolymer auf der Basis von Acrylamid oder Acrylsäure als Flockungshilfsmittel vermengt wird, wird eine homogene Flockenstruktur mit weitgehend stabiler Konsistenz erhalten. Die Flockenstruktur wird weiter verfestigt, indem die Suspension des Schrittes (b) mit demselben oder einem weiteren anionischen Polymer oder Copolymer in einem Schritt (c) unter definierter Mischenergie nachbehandelt wird. Die Nachdosierung in Schritt (c) führt zu einer Stabilisierung der Flockenstruktur, d.h. diese Flocken sind mechanisch belastbar und ermöglichen eine schnelle Filtration zur Trennung der Flockenphase von der wässrigen Phase. Bevorzugte Filtrationsverfahren umfassen Filtermaterialien wie geotextile Bags, Kammerfilter, Membranfilterpressen oder Siebbandpressen. By the subsequent second process step (b), in which the obtained in step (a) Intermediate solution is mixed with an anionic polymer or copolymer based on acrylamide or acrylic acid as a flocculant, a homogeneous flake structure is obtained with a substantially stable consistency. The flake structure is further solidified by aftertreatment of the suspension of step (b) with the same or a further anionic polymer or copolymer in step (c) under defined mixing energy. The subsequent metering in step (c) leads to a stabilization of the flake structure, ie these flakes are mechanically strong and allow rapid filtration to separate the flake phase from the aqueous phase. Preferred filtration methods include filter materials such as geotextile bags, chamber filters, membrane filter presses, or wire belt presses.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem anionischen Polymer oder Copolymer um Polyacrylamid. Ein bevorzugtes anionisches Polymer oder Copolymer besitzt ein Molekulargewicht zwischen 10 und 20 Millionen Dalton, bevorzugt ist ein Molekulargewicht von etwa 15 Millionen Dalton. Das eingesetzte anionische Polymer oder Copolymer besitzt eine mittlere Ladungsdichte bei sehr hohem Molekulargewicht. Vorzugsweise liegt der Verzweigungsgrad des anionischen Polymers bzw. Copolymers unterhalb von 10, vorzugsweise unterhalb von 5. Die Bookfield-Viskosität liegt konzentrationsabhängig bei Konzentrationen zwischen 1,0 g/l bis 5,0 g/l zwischen 80 und 1.500 cps. Vorzugsweise werden Konzentrationen von 2 g/l bis 10 g/l eingesetzt. Die Ladungsdichte des eingesetzten anionischen Polymers beträgt wenigstens 20 Mol-%, vorzugweise 30 Mol-%. Preferably, the anionic polymer or copolymer is polyacrylamide. A preferred anionic polymer or copolymer has a molecular weight between 10 and 20 million daltons, preferably a molecular weight of about 15 million daltons. The anionic polymer or copolymer used has an average charge density at very high molecular weight. Preferably, the degree of branching of the anionic polymer or copolymer is below 10, preferably below 5. The Bookfield viscosity is concentration dependent at concentrations between 1.0 g / l to 5.0 g / l between 80 and 1500 cps. Preferably, concentrations of 2 g / l to 10 g / l are used. The charge density of the anionic polymer used is at least 20 mol%, preferably 30 mol%.

Pro kg Bentonitsuspension werden vorzugsweise zwischen 1 und 50 g kationischem Epichlorhydrin-Dimethylamin-Polymer beim Schritt (a) und zwischen 0.5 und 5 g anionischem Polymer beim Schritt (b) eingesetzt. Bei größeren Bedarfsmengen wird entsprechend hochskaliert. Between 1 and 50 g of cationic epichlorohydrin-dimethylamine polymer are used per kg of bentonite suspension in step (a) and between 0.5 and 5 g of anionic polymer in step (b). For larger quantities required is scaled up accordingly.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich nach dem zweiten Verfahrensschritt (b) ein dritter Verfahrensschritt (c) anschließt, bei dem eine nochmalige Behandlung bzw. Nachdosierung der Suspension mit dem anionischen Polymer oder Copolymer erfolgt. Dadurch wird ein Reflockulieren des Flockungshilfsmittels erreicht, was zu einer stabileren Suspension führt. Auch werden instabile oder zerstörte Flockenstrukturen wiederhergestellt. Die Anwendung des dritten Verfahrensschrittes (c) ermöglicht daher eine stärkere mechanische Beanspruchung der sich bildenden Flocken und dadurch eine erleichterte Filtration für die Entwässerung von Bentonit. According to the invention, a third process step (c) follows after the second process step (b), in which a further treatment or subsequent metering of the suspension with the anionic polymer or copolymer takes place. This achieves reflocculation of the flocculant, resulting in a more stable suspension. Also, unstable or destroyed flake structures are restored. The use of the third process step (c) therefore enables a greater mechanical stress on the flakes that form and thereby easier filtration for the dehydration of bentonite.

Ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens ist darin zu sehen, dass mit rein organischen Komponenten gearbeitet wird, was die Handhabung erleichtert und die Kosten senkt. Die Zugabe anorganischer Komponenten, wie beispielsweise die Zugabe von wasserlöslichen Salzen, zwei- oder dreiwertiger Metalle oder Carboxymethylcellulose, wie es beim Stand der Technik der Fall ist, ist nicht erforderlich. Dadurch ist die erfindungsgemäß erhaltene Suspension weniger korrosiv. Ferner wird auch eine Hydroxydbildung vermindert bzw. vermieden. An advantage of the present method is that it works with purely organic components, which facilitates handling and reduces costs. The addition of inorganic components, such as the addition of water-soluble salts, di- or trivalent metals or carboxymethylcellulose, as is the case in the prior art, is not required. As a result, the suspension obtained according to the invention is less corrosive. Furthermore, a hydroxide formation is reduced or avoided.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine schnelle Entwässerung des Bentonits bzw. der Bentonit-Verbindung möglich. Zugleich ist der pH-Wert einfacher zu kontrollieren. Durch die drei Verfahrensschritte erhält man eine sehr hohe Volumenreduzierung des in der Suspension gelösten Feststoffes. Ferner beobachtet man eine sehr schnelle Flockenbildung, da die Reaktionszeiten bei der Behandlung im Vergleich zu Verfahren, bei denen anorganische Komponenten eingesetzt werden, erheblich verkürzt sind. Ferner entfallen auch solche Verfahrensschritte, die auf den Zusatz anorganischer Komponenten, wie beispielsweise Metalle oder Salze, oder Cellulose-haltigen Verbindungen basieren. By the method according to the invention a rapid dewatering of the bentonite or the bentonite compound is possible. At the same time, the pH is easier to control. The three process steps result in a very high volume reduction of the solid dissolved in the suspension. Furthermore, a very rapid flocculation is observed, since the reaction times in the treatment compared to processes in which inorganic components are used, are considerably shortened. Furthermore, such process steps, which are based on the addition of inorganic components, such as metals or salts, or cellulose-containing compounds.

Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen näher erläutert. Dabei handelt es sich um Ausführungsbeispiele, die keinesfalls limitierend aufzufassen sind. The invention is explained in more detail in the following examples. These are exemplary embodiments that are by no means to be understood as limiting.

Beispiele Examples

1. Vermengung einer Bentonit-Suspension mit einem kationischen Epichlorhydrin-Dimethylamin-Copolymer 1. Blending a bentonite suspension with a cationic epichlorohydrin-dimethylamine copolymer

Es werden unterschiedliche Ansätze vorbereitet, d.h. Bentonit-Suspensionen in Originalkonzentraten sowie verbrauchte Bentonit-Suspensionen. Die Konzentrationen betragen zwischen 2,5 und 10 Gew.-%. Das eingesetzte kationische Epichlorhydrin-Dimethylamin-Polymer hat einen linearen Verzweigungsgrad und ein Molekulargewicht von etwa 400.000 Dalton. Die Dichte beträgt 1,14, die Bookfield-Viskosität beträgt zwischen 30 und 35 cps. Der pH-Wert der Lösung beträgt 6,5. Different approaches are prepared, i. Bentonite suspensions in original concentrates and spent bentonite suspensions. The concentrations are between 2.5 and 10 wt .-%. The cationic epichlorohydrin-dimethylamine polymer used has a linear degree of branching and a molecular weight of about 400,000 daltons. The density is 1.14, the bookfield viscosity is between 30 and 35 cps. The pH of the solution is 6.5.

200 g Bentonit-suspension werden mit einer Konzentration von 5 Gew.-% mit 1 ml Polyamin vermengt und mit einem Rührgerät ausreichend vermengt. Die Rührzeit beträgt etwa 30 Sek. Man erhält eine viskose Zwischenlösung, in der sich kurzzeitig Mikroflocken ausbilden. 200 g bentonite suspension are mixed with a concentration of 5 wt .-% with 1 ml of polyamine and mixed sufficiently with a stirrer. The stirring time is about 30 sec. A viscous intermediate solution is obtained in which microflakes form for a short time.

2. Zugabe eines anionischen Polymers 2. Addition of an anionic polymer

Als Flockungshilfsmittel werden 2 g Polyacrylamid als anionisches Polymer in Granulatform unter starkem Rühren in Wasser gelöst. Unter moderatem Rühren wird das Gemisch für 45 Min. gereift, bis eine homogene, partikelfreie Lösung vorliegt. Ein Volumen von 15 bis 20 ml dieser 0,2 %-Lösung des anionischen Polymers mit der im ersten Schritt erhaltenen viskosen Zwischenlösung unter Rühren vermengt. Die Mischzeit beträgt etwa 30 Sek. Man erkennt eine deutliche Flockenbildung in der Suspension. As flocculants 2 g of polyacrylamide are dissolved as an anionic polymer in granular form with vigorous stirring in water. With moderate stirring, the mixture is ripened for 45 min. Until a homogeneous, particle-free solution is obtained. One Mix volume of 15 to 20 ml of this 0.2% solution of the anionic polymer with the obtained in the first step viscous intermediate solution with stirring. The mixing time is about 30 seconds. One recognizes a significant flocculation in the suspension.

Um die Flockenbildung weiter zu erhöhen und die sich gebildeten Flocken weiter zu stabilisieren werden in einem dritten Verfahrensschritt 2 bis 5 ml einer 0,2 %-Lösung des anionischen Polymers zugegeben und mit einem Rührgerät vermengt. Die Mischzeit beträgt etwa 5 bis 10 Sek. Hierbei bildet sich eine homogene Flockenstruktur mit einer stabilen Konsistenz aus. Die Flockenstruktur ist mechanisch belastbar und eignet sich sehr gut für die anschließende Filtration zur Abtrennung der Flockenphase von der wässrigen Phase. In order to further increase the flocculation and to further stabilize the flakes which have formed, in a third process step, 2 to 5 ml of a 0.2% solution of the anionic polymer are added and mixed with a stirrer. The mixing time is about 5 to 10 seconds. This forms a homogeneous flake structure with a stable consistency. The flake structure is mechanically strong and is very suitable for the subsequent filtration to separate the flake phase from the aqueous phase.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für den Einsatz in der Bohr- und Bauindustrie, beispielsweise zur Bodenbefestigung oder als Dicht- oder Gleitflüssigkeit. Trotz des hohen pH-Wertes ist es möglich, eine Flockung mit rein organischen Komponenten und damit eine Entwässerung zu erreichen. The inventive method is particularly suitable for use in the drilling and construction industry, for example for ground mounting or as a sealing or lubricating fluid. Despite the high pH, it is possible to flocculate with purely organic components and thus dewatering.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 746484 A [0003]
JP 7340161 A [0004]
JP 050038404A [0004]
US 5454955 B [0005]
DE 2428928 B [0006]
DE 2025725 B [0007]
EP 0807151 B1 [0008]
EP 0688591 A [0009]
DE 2835876 C2 [0010]
EP 0545383 B1 [0011]
EP 0641293 B1 [0012]

Claims

Method for dewatering bentonite suspensions, consisting of the steps: a) mixing a bentonite suspension with a linear cationic epichlorohydrin-dimethylamine polymer to obtain a viscous intermediate solution, b) mixing the intermediate solution obtained in step (a) with an anionic polymer or copolymer based on acrylamide or acrylic acid as flocculant, until a flake structure is formed, whereby a flake phase and an aqueous phase of the suspension are obtained, c) Destruction of the flake structure formed in step (b) by remixing the anionic polymer or copolymer to form a stabilized flake structure.

A method according to claim 1, characterized in that the interference of the epichlorohydrin-dimethylamine polymer and the dosage of the anionic polymer or copolymer as flocculants carried out under a defined mixing energy.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the epichlorohydrin-dimethylamine polymer has a molecular weight between 200,000 and 600,000 daltons, preferably 400,000 daltons.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is the anionic polymer or copolymer is polyacrylamide.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the anionic polymer or copolymer has a molecular weight of 10 to 20 million daltons, preferably 15 million daltons.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that per 1000 kg of bentonite suspension between 1 kg and 50 kg of epichlorohydrin-dimethylamine polymer in step (a) and between 0.5 kg and 5 kg of anionic polymer in step (b) or step ( c) are used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the charge density of the anionic polymer or copolymer used is at least 20 mol%, preferably about 30 mol%.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the anionic polymer or copolymer in step (b) and / or step (c) is added with vigorous stirring in granular form.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step (a) an epichlorohydrin-dimethylamine polymer having a molecular weight of about 400,000 daltons is added, the specific gravity of which is between 1.10 and 1.20 and which has a book-field viscosity between 25 and 35 cps.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the steps (a) to (c) no addition of inorganic salts or cellulose-containing components takes place.