DE102020004653A1

DE102020004653A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung einer thixotropen Bentonit-Bodensuspension

Info

Publication number: DE102020004653A1
Application number: DE102020004653.3A
Authority: DE
Inventors: Gerd Velebil; Nico Eckart
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2040-07-31
Also published as: DE102020004653B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung einer thixotropen Bentonit-Bodensuspension durch Ausflocken der Suspension und Abtrennen der Flocke von der überstehenden Flüssigkeit, wobei das Verfahren umfassend eine Zugabe von wasserlöslichen Salzen zwei und/oder dreiwertiger Metalle zur Bentonit-Bodensuspension, eine Zugabe von Kalk zur Bentonit-Bodensuspension und nach der Zugabe der wasserlöslichen Salze und des Kalks eine Zugabe eines Polyelektrolyten zur Mischung aus Bentonit-Bodensuspension, wasserlöslichen Salzen und Kalk. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Aufarbeitung einer Bentonit-Bodensuspension vorzuschlagen, welches durch eine verbesserte Ausflockung kolloidaler Bestandteile der Bentonit-Bodensuspension gekennzeichnet ist. Diese Aufgabe wir dadurch gelöst, dass dass die Zugabe von Kalk in Form von Kreide (Calciumcarbonat, CaCO3) erfolgt und dass die Bentonit-Bodensuspension (2) vor der Zugabe der wasserlöslichen Salze und der Kreide als Suspensionsstrom geführt wird und diesem Suspensionsstrom vor oder bei oder nach der Zugabe der wasserlöslichen Salze und der Kreide mit einem Fluidisierer (6) ein Energieeintrag zugeführt wird und mit diesem Energieeintrag die thixotrope Bentonit-Bodensuspension von einem nicht-newtonschen Fließverhalten in ein einem newtonschen Fließverhalten angenähertes Fließverhalten überführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung einer Bentonit-Bodensuspension durch Ausflocken der Suspension und Abtrennen der Flocke von der überstehenden Flüssigkeit, wobei das Verfahren eine Zugabe von wasserlöslichem Salz zwei und/oder dreiwertiger Metalle zur Bentonit-Bodensuspension, eine Zugabe von Kalk zur Bentonit-Bodensuspension und nach der Zugabe des wasserlöslichen Salzes und des Kalks eine Zugabe eines Polyelektrolyten zur Mischung aus Bentonit-Bodensuspension, wasserlöslichen Salzen und Kalk umfasst.
Bei der Ausführung von Erdbohrungen beispielsweise im Tunnelbau oder bei der Bodenverfestigung wird zur Unterstützung des Bohrvorganges in die Bohrlöcher Bentonit in flüssiger Form zugegeben. Bei Bentonit handelt es sich um ein ladungsneutrales Tonmehl, welches beim Bohren als Stabilisierungsmaterial verflüssigt dem Vortrieb zugegeben wird. Dabei entsteht eine Bentonit-Bodensuspensionen (Bohrschlamm), die neben dem Bentonit mit Bodenbestandteilen versetzt ist. Die Bentonit-Bodensuspension ist üblicherweise thixotrop ausgebildet, sodass bei einem Stillstand des Bohrvorgangs Bodenbestandteile in der Bentonit-Bodensuspension an einem Absinken gehindert werden. Verbrauchte Bentonit-Bodensuspension wurde bisher auf Deponien gelagert, was aber insbesondere durch einen hohen pH-Wert der Suspension bedenklich ist und daher zunehmend gesetzlich untersagt wird. Auch das Austragen auf landwirtschaftlichen Flächen ist nicht mehr gestattet, da Bentonit die Bodenstruktur dieser landwirtschaftlichen Flächen versetzt. Um die überschüssige Bodensuspension entsorgen zu können, ist daher eine Aufarbeitung vor der Deponierung notwendig. Hierfür muss das Bentonit aus der Bentonit-Bodensuspension wieder herausgelöst werden.
Aus dem Stand der Technik ist aus EP 0 688 591 A1 ein Verfahren zur Aufarbeitung von Bentonit-Bodensuspensionen bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Bentonit-Bodensuspension zunächst in einem Großbehälter mit Eisen-III-Chlorid und Kalk in Form von üblicherweise Calciumhydroxid (Ca(OH)₂) vermischt. Diese Mischung wird dann mit einem Polyelektrolyten versetzt, sodass es zu einer Ausflockung kolloidaler Bestanteile und somit zu einer Abtrennung des Wassers kommt. Zum Abtrennen der kolloidalen Bestandteile vom Wasser wird dann die Mischung einer Filterpresse zugeführt. Der die kolloidalen Bestandteile enthaltende Filterkuchen ist damit stark entwässert und kann entsorgt werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass beim Vermischen der Zugaben Eisen-Ill-Chlorid und Kalk mit der Bentonit-Bodensuspension im Großbehälter nur eine unzureichende Vermischung erreicht wird, was insbesondere bei der folgenden Zugabe des Polyelektrolyten nur eine unzureichende Ausflockung zur Folge hat. Weiterhin ist die Vermischung in dem Großbehälter auch zeitaufwändig, was das Verfahren insgesamt teuer macht. Ebenso wird durch die unzureichende Vermischung auch nur eine unzureichende Ausflockung erzielt, sodass bei Verwendung einer Siebbandpresse zur Trennung von Flocke und überschüssiger Flüssigkeit keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt werden. Insbesondere kann durch Ausbildung einer sehr feinen Flockenstruktur die Bentonit-Bodensuspension nur unzureichend in einer kontinuierlichen Betriebsweise in einer Siebbandpresse entwässert werden. Weiterhin ist die Verwendung von Calciumhydroxid auch aus Sicht des Arbeitsschutzes bedenklich. Darüber hinaus führt der Einsatz von Calciumhydroxid auch zu einem hohen pH-Wert in der aus der Bentonit-Bodensuspension abgeschiedenen Flüssigkeit, was bei der Einleitung dieser Flüssigkeit in das Abwassersystem problematisch ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Aufarbeitung einer Bentonit-Bodensuspension vorzuschlagen, welches durch eine verbesserte Ausflockung kolloidaler Bestandteile der Bentonit-Bodensuspension und damit einer verbesserten Entwässerbarkeit gekennzeichnet ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 aufgeführt. Weiterhin wird in dem Anspruch 10 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben. Diesbezügliche vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen 11 bis 15.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung einer Bentonit-Bodensuspension umfasst grundsätzlich das Ausflocken der Suspension und Abtrennen der Flocke von der überstehenden Flüssigkeit. Hierzu umfasst das Verfahren

- eine Zugabe von wasserlöslichem Salz zwei und/oder dreiwertiger Metalle zur Bentonit-Bodensuspension
- eine Zugabe von Kreide (Calciumcarbonat, CaCO₃) zur Bentonit-Bodensuspension und
- nach der Zugabe des wasserlöslichen Salzes und der Kreide eine Zugabe eines Polyelektrolyten zur Mischung aus Bentonit-Bodensuspension, wasserlöslichem Salz und Kreide. Erfindungsgemäß wird die Bentonit-Bodensuspension vor der Zugabe der wasserlöslichen Salze und der Kreide als Suspensionsstrom geführt und diesem Suspensionsstrom vor oder bei oder nach der Zugabe des wasserlöslichen Salzes und der Kreide mit einem Fluidisierer ein Energieeintrag zugeführt, sodass mit diesem Energieeintrag die thixotrope Bentonit-Bodensuspension von einem nicht-newtonschen Fließverhalten in ein einem newtonschen Fließverhalten angenähertes Fließverhalten überführt wird. Ein nicht-newtonsches Fluid unterscheidet sich von einem newtonschen Fluid dadurch, dass dessen Viskosität nicht konstant bleibt, wenn Scherkräfte auf dieses einwirken. Wirken auf ein nicht-newtonsches Fluid Scherkräfte ein, wird dessen Viskosität geändert. Insbesondere nimmt die Viskosität einer Bentonit-Bodensuspension mit dem Einwirken von Scherkräften ab. Ein einem newtonschen Fließverhalten angenähertes Fließverhalten der Bentonit-Bodensuspension ist dann erreicht, wenn durch weiteres Einwirken von Scherkräften keine signifikante Verringerung der Viskosität mehr stattfindet.

Das der Bentonit-Bodensuspension zugegebene wasserlösliche Salz der zwei und/oder dreiwertigen Metalle hydrolisiert in der Bentonit-Bodensuspension, wobei Teile der Reaktionsprodukte dabei die Bentonit-Partikel umhüllen. Dies führt zu Änderung der Oberflächenstruktur und zur Änderung des Ladungszustandes der Oberfläche der Bentonit-Partikel. Im Ergebnis wird die Wasseraufnahme verschlechtert und damit die Wasserabgabe verbessert. Der Zusatz von Kreide dient der Kontrolle des pH-Wertes, sodass bei einem Absinken des pH-Wertes bei der Hydrolyse des wasserlöslichen Salzes entgegengewirkt wird. Weiterhin wird mit der Zugabe von Kreide zwischen den Bentonit-Partikeln eine Dränmatrix gebildet, die ein Abfließen überschüssiger Flüssigkeit in der Bentonit-Bodensuspension unterstützt. Mit der Zugabe des Polyelektrolyten werden noch vorhandene polare Gruppen an den Bentonit-Partikel neutralisiert und damit weitere Kapillare zur Aufnahme von Wasser eliminiert.
Durch die Überführung des Fließverhaltens des Suspensionsstromes vor oder bei oder nach der Zugabe des wasserlöslichen Salzes und der Kreide von einem nicht-newtonschen Fließverhalten in ein einem newtonschen Fließverhalten angenähertes Fließverhalten, wird die Vermischung der einzelnen Komponenten deutlich verbessert. Bei der Vermischung der Komponenten in einem Behälter gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, wird das thixotrope Fließverhalten üblicher Bentonit-Bodensuspensionen nicht berücksichtigt. Ohne vorherige Überführung des Fließverhaltens von einem nicht-newtonschen Fließverhalten in ein einem newtonschen Fließverhalten angenähertes Fließverhalten wird nur eine unzureichende Vermischung der Komponenten erreicht, sodass die oben beschriebene Wirkung des wasserlöslichen Salzes, der Kreide und des Polyelektrolyten nur bei einem deutlich geringeren Anteil der Bentonit-Partikel einsetzt und damit insgesamt die Abtrennung überschüssiger Flüssigkeit deutlich geringer ist.
Es wird vorgeschlagen, dass der Fluidisierer dem Suspensionsstrom über einen Zeitraum von 30 sec bis 2 min eine Energiemenge von 0,5 MJ bis 2,5 MJ je m³ Bentonit-Bodensuspension zuführt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das wasserlösliche Salz Eisen-Ill-Chlorid (FeCl₃) oder Eisen-III-Chlorid-Sulfat (FeClSO₄) oder Aluminium-Ill-Sulfat (AL₂(SO₄)₃).
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Polyelektrolyt kationisch oder anionisch ist. Ob ein anionischer oder ein kationischer Polyelektrolyt eingesetzt wird, richtet sich letztlich nach der Bodenzusammensetzung.
Eine Ausführung sieht vor, dass der Polyelektrolyt ein Acrylamid ist.
Es wird vorgeschlagen, dass der Polyelektrolyt als Feststoff oder als Flüssigkeit zugegeben wird. Die Zugabe als Flüssigkeit kann beim Einmischen verfahrenstechnisch vorteilhaft sein. Polyelektrolyten in flüssiger Form sind (anders als Polyelektrolyten als Feststoff) allerdings meist in Öl gelöst, wobei auch dieses Öl dann in der späteren entwässerten Bentonit-Aufarbeitung angereichert sein kann. Die Verwendung des Polyelektrolyten als Feststoff ist dann vorteilhaft, wenn die spätere entwässerte Bentonit-Aufarbeitung keinen oder nur geringe Kohlenwasserstoffwerte aufweisen darf.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die Bentonit-Bodensuspension nach dem Einmischen des Polyelektrolyten einer Siebbandpresse zugeführt. Damit ist eine kontinuierliche Betriebsweise des Gesamtprozesses möglich.
In einer vorteilhaften Ausführung wird die mit der Siebbandpresse aus der Bentonit-Bodensuspension abgesonderte Flüssigkeit zur Reinigung der Siebbänder der Siebbandpresse genutzt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass vor der Bildung des Suspensionsstromes grobe Bodenbestandteile aus der Bentonit-Bodensuspension ausgesiebt werden.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist Mittel zur Führung des Suspensionsstromes, den Fluidisierer, eine Zuführung zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes, eine Zuführung zur Zugabe der Kreide, eine der Zuführung des wasserlöslichen Salzes und der Zuführung der Kreide nachgelagerte Zuführung zur Zugabe des Polyelektrolyten und ein Mittel zur Abtrennung der Flocke von der überstehenden Flüssigkeit nach der Ausflockung der Bentonit-Bodensuspension auf. Der Fluidisierer ist so ausgebildet, dass dem Suspensionsstrom aus Bentonit-Bodensuspension ein Energieeintrag zugeführt wird und damit das Fließverhalten der Bentonit-Bodensuspension von einem nicht-newtonschen Fließverhalten in ein einem newtonschen Fließverhalten angenähertes Fließverhalten überführt wird.
In einer Ausführung ist der Fluidisierer dabei so ausgebildet, dass dieser dem Suspensionsstrom über einen Zeitraum von 30 sec bis 2 min eine Energiemenge von 0,5 MJ bis 2,5 MJ je m³ Bentonit-Bodensuspension zuführt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Fluidisierer ein im Suspensionsstrom angeordnetes Schaufelrad aufweist ist.
Es wird vorgeschlagen, dass das Schaufelrad des Fluidisierers mit einer Drehzahl von 1000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute drehbar ist. Über die Drehung des Schaufelrades wird die Scherung des Suspensionsstromes erreicht und damit die zur Änderung des Fließverhaltens notwendige Energie in den Suspensionsstrom eingebracht.
In einer vorteilhaften Ausführung weist der Fluidisierer in einem den Suspensionsstrom aufnehmenden Volumen Strömungshindernisse auf. Durch die Strömungshindernisse wird die Scherung der Bentonit-Bodensuspension unterstützt.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Mittel zur Abtrennung der Flocke eine Siebbandpresse ist.
Die Zugaben des wasserlöslichen Salzes und der Kreide zum Suspensionsstrom können an verschiedenen Stellen erfolgen. In einer ersten Ausführung sind die Zuführung zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes und die Zuführung zur Zugabe der Kreide in Strömungsrichtung des Suspensionsstromes dem Fluidisierer nachgelagert. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Zuführung zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes in Strömungsrichtung des Suspensionsstromes dem Fluidisierer nachgelagert und die Zuführung zur Zugabe der Kreide in dem Fluidisierer integriert ist. In einer alternativen Ausführung ist die Zuführung zur Zugabe der Kreide in Strömungsrichtung des Suspensionsstromes dem Fluidisierer nachgelagert und die Zuführung zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes ist in dem Fluidisierer integriert. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Zuführung zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes und die Zuführung zur Zugabe der Kreide in dem Fluidisierer integriert sind.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Ausführung einer Vorrichtung zur Aufbereitung einer Bentonit-Bodensuspension
2 eine Seitenansicht einer Ausführung des Fluidisierers
3 eine räumliche Darstellung des Fluidisierers gemäß 2

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung einer Vorrichtung 1 zur Aufbereitung einer Bentonit-Bodensuspension 2. Die Vorrichtung umfasst

- einen Vorlagebehälter 3,
- eine als Doppelschwingsieb ausgestaltete Siebeinrichtung 4,
- ein als Rohrleitung 5 ausgebildetes Mittel zur Führung des Suspensionsstromes,
- einen Fluidisierer 6,
- eine Zuführung 7 zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes,
- eine Zuführung 8 zur Zugabe der Kreide,
- eine der Zuführung 7 des wasserlöslichen Salzes und der Zuführung 8 der Kreide nachgelagerte Zuführung 9 zur Zugabe des Polyelektrolyten und
- ein als Siebbandpresse 10 ausgestaltetes Mittel zur Abtrennung der Flocke von der überstehenden Flüssigkeit.

Die Bentonit-Bodensuspension 2 wird zunächst (beispielsweise mit einem Saugfahrzeug) vom Ort der Bohrung 11 zur Siebeinrichtung 4 geführt, wo grobe Bodenbestandteile aus der Bentonit-Bodensuspension 2 abgesondert werden. Die Bentonit-Bodensuspension 2 fällt dabei in den Vorlagebehälter 3, der hier als Zwischenlager wirkt. Über die Rohrleitung 5 wird die Bentonit-Bodensuspension 2 als Suspensionsstrom aus dem Vorlagebehälter 3 mit einer Durchsatzleistung von 10 m³/h in Richtung Siebbandpresse 10 gefördert. Auf dem Weg zwischen Vorlagebehälter 3 und Siebbandpresse 10 passiert der Suspensionsstrom zunächst den an der Rohrleitung 5 angekoppelten Fluidisierer 6. In der dargestellten Ausführung schließt der Fluidisierer 6 ein Volumen von 150 Liter Bentonit-Bodensuspension 2 ein und weist ein in diesem Volumen positioniertes und motorisch angetriebenes Schaufelrad auf. Das Schaufelrad ist in der Abbildung der Vorrichtung 1 nicht dargestellt. Die Drehzahl des Schaufelrades ist auf einen Wert im Bereich (1000 - 3000) Umdrehungen einstellbar. Der Motorantrieb weist eine Leistungsaufnahme von 7 kW auf, sodass bei einem Motorwirkungsgrad von etwa 70 % etwa 5 kW über das Schaufelrad an die im Fluidisierer 6 befindliche Bentonit-Bodensuspension 2 übertragen werden. Bei der Energieübertragung wird die im Volumen des Fluidisierers 6 befindliche Bentonit-Bodensuspension 2 von dem Schaufelrad geschert. Bei der Durchsatzleistung von 10 m³/h wird damit ein Energieeintrag von etwa 1,8 MJ je m³ Bentonit-Bodensuspension 2 erreicht. Die Bentonit-Bodensuspension 2 befindet sich bei der Durchsatzleistung von 10 m³/h mit einer Verweilzeit von etwa 54 sec in dem Volumen des Fluidisierers 6. Mit dem Fluidisierer 6 wird dem Suspensionstrom damit also in der Verweilzeit der Energieeintrag von 1,8 MJ je m³ Bentonit-Bodensuspension 2 zugeführt. Mit der Scherung der Bentonit-Bodensuspension 2 und den damit verbundenen Energieeintrag wird das Fließverhalten der Bentonit-Bodensuspension 2 geändert. Vor dem Energieeintrag weist die Bentonit-Bodensuspension 2 ein nicht-newtonsches Fließverhalten auf. Mit dem Energieeintrag am Fluidisierer 6 wird das Fließverhaltens der thixothropen Bentonit-Bodensuspension 2 in ein einem newtonschen Fließverhalten angenähertes Fließverhalten geändert.
Die Erfindung ist nicht auf die genannten Energieeinträge und Verweilzeiten beschränkt. Grundsätzlich kann der Fluidisierer 6 so ausgebildet sein, dass dem Suspensionsstrom über einen Zeitraum von 30 sec bis 2 min eine Energiemenge von 0,5 MJ bis 2,5 MJ je m³ Bentonit-Bodensuspension 2 zugeführt wird. Ebenso ist die Erfindung grundsätzlich auch nicht auf die Verwendung eines Schaufelrades zum Energieeintrag beschränkt. Beispielsweise kann der Fluidisierer 6 auch als Mazerator oder als Exzenterschneckenpumpe ausgestaltet sein. Wesentlich ist lediglich, dass die genannte notwendige Energiemenge in dem genannten Zeitraum in den Suspensionsstrom eingebracht wird.
Die Zuführung 7 zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes zwei und/oder dreiwertiger Metalle zur Bentonit-Bodensuspension 2 ist in dem Fluidisierer 6 integriert. Das wasserlösliche Salz ist in der dargestellten Ausführung Eisen-Ill-Chlorid. Durch die Behandlung der Bentonit-Bodensuspension 2 im Fluidisierer 6 mit der einhergehenden Änderung des Fließverhaltens ist eine homogene und effiziente Einmischung des wasserlöslichen Salzes möglich. Das wasserlösliche Salz kann in Granulatform oder auch als wässrige Lösung am Fluidisierer 6 in die Bentonit-Bodensuspension 2 eingemischt werden. Bei der Durchsatzleistung des Suspensionsstromes von 10 m³/h werden der Bentonit-Bodensuspension 2 beispielsweise (10 - 15) Liter Eisen-Ill-Chlorid als wässrige Lösung zugegeben. Die Erfindung ist aber nicht auf Eisen-Ill-Chlorid beschränkt. Beispielsweise kann auch Eisen-III-Chlorid-Sulfat oder Aluminium-Ill-Sulfat eingesetzt werden.
Dem Fluidisierer 6 nachgeschaltet findet sich in der dargestellten Ausführung die Zuführung 8 zur Zugabe der Kreide. Diese Zuführung 8 ist als handelsüblicher Inline-Mischer ausgeführt. Die Zugabe der Kreide erfolgt beispielsweise als Mischung aus Wasser und 5 % Kreide, wobei bezogen auf die Durchsatzleistung des Suspensionsstromes von 10 m³/h etwa 300 l/h Kreide-Wasser-Mischung zugeführt werden. Bei einem thixotropen Fluid ändert sich das Fließverhalten nach der Beendigung einer Einwirkung von Scherkräften im zeitlichen Verlauf wieder in Richtung seines ursprünglichen vor dem Einwirken der Scherkräfte vorliegenden Fließverhaltens. Das Einmischen der Kreide in den Suspensionsstrom nach dem Fluidisierer sollte daher in einem Zeitraum erfolgen, in dem das einem newtonschen Fließverhalten angenäherte Fließverhalten nicht bereits wieder nicht-newtonsch ist.
In einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführung der Vorrichtung 1 zur Aufbereitung der Bentonit-Bodensuspension 2 ist die Zuführung 7 zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes in Strömungsrichtung des Suspensionsstromes dem Fluidisierer 6 nachgelagert und die Zuführung 8 zur Zugabe der Kreide ist in dem Fluidisierer 6 integriert. In einer weiteren alternativen (nicht dargestellten) Ausführung der Vorrichtung 1 zur Aufbereitung der Bentonit-Bodensuspension 2 ist sind die Zuführung 7 zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes und die Zuführung 8 zur Zugabe der Kreide in dem Fluidisierer 8 integriert. Grundsätzlich ist auch eine Ausführung denkbar, bei der die Zuführung 7 zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes und die Zuführung 8 zur Zugabe der Kreide dem Fluidisierer 6 nachgeschaltet sind. Selbstverständlich muss dann die Zugabe des wasserlöslichen Salzes und der Kreide zur Bentonit-Bodensuspension in einem Zeitraum nach dem Verlassen des Fluidisierers 6 erfolgen, bei der das durch den Fluidisierer 6 geänderte Fließverhalten nicht bereits wieder zum ursprünglichen Fließverhalten relaxiert ist.
Ebenso ist es auch möglich, dass die Zugabe der Kreide und/oder die Zugabe des wasserlöslichen Salzes dem Fluidisierer 6 vorgelagert ist. Der Suspensionsstrom aus Bentonit-Bodensuspension mit Kreide und wasserlöslichem Salz wird dann über den Fluidisierer 6 geführt, wobei hier dann das Fließverhalten des Suspensionsstromes durch die Energiezufuhr wie oben beschrieben an das eines newtonschen Fluides angenähert wird. Somit werden der Kreide und das wasserlösliche Salz optimal mit der Bentonit-Bodensuspension vermischt. Alternativ kann auch die Zugabe der Kreide dem Fluidisierer 6 vorgelagert sein und die Zugabe des wasserlöslichen Salzes in dem Fluidisierer 6 integriert sein. Auch die umgekehrte Variante ist möglich, sodass die Zugabe des wasserlöslichen Salzes dem Fluidisierer 6 vorgelagert ist und die Zugabe der Kreide in dem Fluidisierer 6 integriert ist.
In Strömungsrichtung des Suspensionsstromes ist der Zuführung 7 zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes und der Zuführung 8 zur Zugabe der Kreide die Zuführung 9 zur Zugabe des Polyelektrolyten nachgelagert. Auch hier wird beispielsweise ein handelsüblicher Inline-Mischer verwendet, wobei der Polyelektrolyt in flüssiger Form oder als Feststoff beigemischt wird. Beispielsweise ist der Polyelektrolyt ein Acrylamid in fester Form, wobei die Erfindung nicht auf Acrylamid als Polyelektrolyt beschränkt ist.
Nach der Zugabe des Polyelektrolyten entsteht eine stabile und sehr gut entwässerbare Flocke in der Bentonit-Bodensuspension 2. Der Suspensionsstrom wird dann der Siebbandpresse 10 zugeführt. Optional kann die ausgeflockte Bentonit-Bodensuspension 2 vor dem Zuführen zur Siebbandpresse 10 auch in einem Vorratsbehälter zwischengelagert und die Siebbandpresse 10 aus diesem Vorratsbehälter beaufschlagt werden. In der Siebbandpresse 10 erfolgt dann die Abtrennung der überschüssigen Flüssigkeit von der ausgeflockten Bentonit-Bodensuspension 2. Hierfür wird die ausgeflockte Bentonit-Bodensuspension 2 zwischen die Bandfilter befördert, wobei die Entwässerung der Bentonit-Bodensuspension 2 zum einen schwerkraftbedingt und zum anderen aufgrund der Presswirkung der Bandfilter erfolgt.
Die mit der Siebbandpresse 10 abgesonderte Flüssigkeit kann problemlos einem Abwassersystem zugeführt und damit abgeführt werden. Ebenso kann auch ein Teil der abgesonderten Flüssigkeit gesammelt und zur kontinuierlichen Reinigung der Bandfilter zur Siebbandpresse zurückgeführt werden.
2 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführung des Fluidisierers 6. Dieser umfasst einen zylindrischen Behälter 12 mit einem Zufluss 13 und einen Abfluss 14. Der Zufluss 13 ist mit dem vom Vorlagebehälter 3 kommenden Rohrabschnitt der Rohrleitung 5 verbunden, sodass aus dem Vorlagebehälter 3 entnommene Bentonit-Bodensuspension über den Zufluss 13 in den zylindrischen Behälter 12 des Fluidisierers 6 geführt wird. Über den Abfluss 14 verlässt die Bentonit-Bodensuspension den zylindrischen Behälter 12 des Fluidisierers 6 wieder, wobei der Abfluss 14 mit einem in Strömungsrichtung dem Fluidisierer 6 nachgelagerten Rohrabschnitt der Rohrleitung 5 verbunden ist. Der zylindrische Behälter 12 ruht auf Standfüßen 15.
3 zeigt eine räumliche Darstellung des Fluidisierers 6 gemäß 2, wobei der zylindrische Behälter 12 des Fluidisierers 6 teilweise aufgeschnitten dargestellt ist und damit die Sicht ins Innere des zylindrischen Behälters 12 freigegeben ist. Im Inneren des zylindrischen Behälters 12 ist eine Welle 16 sichtbar, die mit einem am zylindrischen Behälter 12 befestigten Antriebsmotor 17 des Fluidisierers 6 verbunden ist. Am zum Antriebsmotor 17 gegenüberliegenden Ende der Welle 16 ist ein quaderförmiger Rotor 18 angeordnet. Über die Welle 16 wird dieser Rotor 18 von dem Antriebsmotor 17 in Drehung versetzt. Weiterhin sind in der dargestellten Ausführung im Inneren des zylindrischen Behälters 12 sternförmig angeordnete Blechelemente 19 vorgesehen, die für den sich vom Zufluss 13 zum Abfluss 14 bewegenden Suspensionsstrom als Strömungshindernisse wirken. Diese Blechelemente sind gegenüber dem zylindrischen Behälter 12 statisch, wobei diese beispielsweise an der Innenwandung des zylindrischen Behälters 12 befestigt sein können. Über den sich drehenden Rotor 18 wird die zur Änderung des Fließverhaltens notwendige Energie dem Suspensionsstrom während der Verweilzeit im zylindrischen Behälter 12 zugeführt. Durch die Rotation des Rotors 18 wird die Bentonit-Bodensuspension geschert, wobei diese Scherung durch die sternförmig angeordneten Blechelemente 19 unterstützt wird.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Aufbereitung einer Bentonit-Bodensuspension
2: Bentonit-Bodensuspension
3: Vorlagebehälter
4: Siebeinrichtung
5: Rohrleitung
6: Fluidisierer
7: Zuführung
8: Zuführung
9: Zuführung
10: Siebbandpresse
11: Ort der Bohrung
12: zylindrischer Behälter
13: Zufluss
14: Abfluss
15: Standfuß
16: Welle
17: Antriebsmotor
18: Rotor
19: Blechelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0688591 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Aufbereitung einer Bentonit-Bodensuspension (2) durch Ausflocken der Suspension und Abtrennen der Flocke von der überstehenden Flüssigkeit, wobei das Verfahren umfasst: - eine Zugabe von wasserlöslichen Salzen zwei und/oder dreiwertiger Metalle zur Bentonit-Bodensuspension - eine Zugabe von Kalk zur Bentonit-Bodensuspension - nach der Zugabe der wasserlöslichen Salze und des Kalks eine Zugabe eines Polyelektrolyten zur Mischung aus Bentonit-Bodensuspension, wasserlöslichen Salzen und Kalk, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe von Kalk in Form von Kreide (Calciumcarbonat, CaCO₃) erfolgt und dass die Bentonit-Bodensuspension (2) vor der Zugabe der wasserlöslichen Salze und der Kreide als Suspensionsstrom geführt wird und diesem Suspensionsstrom vor oder bei oder nach der Zugabe der wasserlöslichen Salze und der Kreide mit einem Fluidisierer (6) ein Energieeintrag zugeführt wird und mit diesem Energieeintrag die thixotrope Bentonit-Bodensuspension von einem nicht-newtonschen Fließverhalten in ein einem newtonschen Fließverhalten angenähertes Fließverhalten überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidisierer (6) über einen Zeitraum von 30 sec bis 2 min dem Suspensionsstrom eine Energiemenge von 0,5 MJ bis 2,5 MJ je m³ Bentonit-Bodensuspension zuführt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Salz Eisen-III-Chlorid (FeCl₃) oder Eisen-III-Chlorid-Sulfat (FeClSO₄) oder Aluminium-Ill-Sulfat (AL₂(SO₄)₃) ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyelektrolyt kationisch oder anionisch ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyelektrolyt ein Acrylamid ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyelektrolyt als Feststoff oder als Flüssigkeit zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einmischen des Polyelektrolyten die Bentonit-Bodensuspension (2) einer Siebbandpresse (10) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Siebbandpresse (10) aus der Bentonit-Bodensuspension (2) abgesonderte Flüssigkeit zur Reinigung der Siebbänder der Siebbandpresse (10) genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Bildung des Suspensionsstromes grobe Bodenbestandteile aus der Bentonit-Bodensuspension (2) ausgesiebt werden.
Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) Mittel (5) zur Führung des Suspensionsstromes, den Fluidisierer (6), eine Zuführung (7) zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes, eine Zuführung (8) zur Zugabe der Kreide, eine der Zuführung (9) des wasserlöslichen Salzes und der Zuführung (7) der Kreide nachgelagerte Zuführung (9) zur Zugabe des Polyelektrolyten und ein Mittel (10) zur Abtrennung der Flocke von der überstehenden Flüssigkeit nach der Ausflockung der Bentonit-Bodensuspension (2) aufweist und dass der Fluidisierer (6) ausgebildet ist, dem Suspensionsstrom aus Bentonit-Bodensuspension (2) einen Energieeintrag zur Überführung des Fließverhaltens der Bentonit-Bodensuspension (2) von einem nicht-newtonschen Fließverhalten in ein einem newtonschen Fließverhalten angenähertes Fließverhalten zuzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidisierer (6) ausgebildet ist, dem Suspensionsstrom über einen Zeitraum von 30 sec bis 2 min eine Energiemenge von 0,5 MJ bis 2,5 MJ je m³ Bentonit-Bodensuspension (2) zuzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidisierer (6) ein im Suspensionsstrom angeordnetes Schaufelrad aufweist ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelrad des Fluidisierers (6) mit einer Drehzahl von 1000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute drehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidisierer in einem den Suspensionsstrom aufnehmenden Volumen Strömungshindernisse aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Abtrennung der Flocke eine Siebbandpresse (10) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (7) zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes und die Zuführung (8) zur Zugabe der Kreide in Strömungsrichtung des Suspensionsstromes dem Fluidisierer (6) nachgelagert sind oder dass die Zuführung (7) zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes in Strömungsrichtung des Suspensionsstromes dem Fluidisierer (6) nachgelagert und die Zuführung (8) zur Zugabe der Kreide in dem Fluidisierer (6) integriert ist oder dass die Zuführung (8) zur Zugabe der Kreide in Strömungsrichtung des Suspensionsstromes dem Fluidisierer (6) nachgelagert und die Zuführung (7) zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes in dem Fluidisierer (6) integriert ist oder dass die Zuführung (7) zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes und die Zuführung (8) zur Zugabe der Kreide in dem Fluidisierer (6) integriert sind oder dass die Zuführung (7) zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes und die Zuführung (8) zur Zugabe der Kreide in Strömungsrichtung des Suspensionsstromes dem Fluidisierer (6) vorgeschaltet sind oder dass die Zuführung (7) zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes in Strömungsrichtung des Suspensionsstromes dem Fluidisierer (6) vorgeschaltet und die Zuführung (8) zur Zugabe der Kreide in dem Fluidisierer (6) integriert oder dem Fluidisierer (6) nachgeschaltet sind oder dass die Zuführung (8) zur Zugabe der Kreide in Strömungsrichtung des Suspensionsstromes dem Fluidisierer (6) vorgeschaltet und die Zuführung (7) zur Zugabe des wasserlöslichen Salzes in dem Fluidisierer (6) integriert oder dem Fluidisierer (6) nachgeschaltet sind.