DE10207969B4

DE10207969B4 - Verfahren zur Herstellung fluidablauffreier, suspensionsstabiler Mischungen aus Anmischflüssigkeit und partikelförmigem Feststoff

Info

Publication number: DE10207969B4
Application number: DE2002107969
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Krauke; Dittmar Lack; Barbara Dr. Heuchel; Hans-Jürgen Hofmann; Heinrich Dr. Marx
Original assignee: KALI UMWELTTECHNIK SONDERSHAUS; KALI-UMWELTTECHNIK SONDERSHAUSEN GmbH
Current assignee: K Utec AG Salt Technologies
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: DE10207969A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung fluidablauffreier, suspensionsstabiler Mischungen aus Anmischflüssigkeit und partikelförmigem Feststoff, umfassend die folgenden Verfahrensstufen:
Vormischen von 42–44,5 Massen-% Anmischflüssigkeit und 55,5–58 Massen-% partikelförmigem Feststoff unter hohem Energieeintrag von 1,0 bis 3,0, bezogen auf die dimensionslose Leistungskennzahl c_P, in einem Intensivmischer, um eine homogene Suspension zu erhalten;
Rühren der erhaltenen homogenen Suspension unter Energieeintrag bei einem Energieeintrag von 0,5 bis 3,0, bezogen auf c_P, bis Strukturbruch der homogenen Suspension erreicht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung fluidablauffreier, suspensionsstabiler Mischungen aus Anmischflüssigkeit und partikelförmigem Feststoff.

Mischungen aus einer Anmischflüssigkeit und partikelförmigen Feststoffen sind bekannt, und werden in vielen Bereichen eingesetzt, so beispielsweise in der Form von Betonmischungen oder Abfallmischungen. Diese Mischungen, die auch als Dickstoffsuspensionen bezeichnet werden, zeichnen sich üblicherweise dadurch aus, dass auf Grund der komplexen Suspensionsstruktur, wesentlich hervorgerufen durch einen hohen Feststoffgehalt, die klassischen Fließgesetze nach Newton, Ostwald oder Bingham keine Anwendung finden können. Die Dickstoffsuspensionen zeigen eine empfindliche Abhängigkeit der Fließeigenschaften vom Feststoffgehalt und den Schwankungen in der Zusammensetzung der partikelförmigen Feststoffkomponenten sowie deren Reaktionspotential, was übliche technische Dosier- und Pumpeinrichtungen überfordert. Die Dickstoffsuspensionen zeigen häufig ein thixotropes Verhalten mit sehr hohen Fließgrenzwerten, so dass in der Regel zur Förderung dieser Dickstoffsuspensionen aufwendige Apparate, insbesondere sehr starke Pumpen, eingesetzt werden müssen.

Da solche Dickstoffsuspensionen jedoch häufig über längere Strecken gepumpt werden müssen, beispielsweise bei der hydraulischen Verbringung von Abfällen in untertägige bergbauliche Hohlräume, müssen pumpfähige Mischungen erhalten werden. In der Zeitschrift "Glückauf' 132 (1996) Nr. 7 werden in diesem Zusammenhang insbesondere vier Problemkreise identifiziert. Demnach müssen die zu fördernden Dickstoffsuspensionen die folgenden, teilweise konträren Anforderungen erfüllen:

1. Die Dickstoffsuspension muss über einen längeren Zeitraum hinweg pumpfähig gehalten werden.
2. Die Dickstoffsuspension darf nur eine geringe Sedimentationsneigung aufweisen, da Sedimentation sehr schnell zu Rohrverstopfungen führen kann. Eine Stabilisierung (d.h. Verringerung) der Sedimentationsneigung kann insbesondere durch Reduzierung des Wassergehalts erreicht werden.
3. Die Dickstoffsuspension muss günstige Fließeigenschaften aufweisen, damit sie mit möglichst geringem Druckverlust und unter Einsatz von geringem apparativen Aufwand gefördert werden kann. Dies kann beispielsweise durch Erhöhung des Wassergehalts erreicht werden.
4. Die Herstellung der Dickstoffsuspensionen muss so erfolgen, dass kontrollierte und stetige Eigenschaften erreicht werden, insbesondere Fließeigenschaften.

Dabei wird im Stand der Technik insbesondere als problematisch erachtet, dass die Fließeigenschaften auf Grund der komplizierten Zusammensetzung von Abfallmischungen häufig nicht gezielt eingestellt werden können. Darüber hinaus zeigen die Dickstoffsuspensionen üblicherweise keine klassischen Fließeigenschaften, die sich mit den Gesetzen nach Newton, Ostwald oder Bingham beschreiben lassen. Damit ist insbesondere eine automatische Steuerung der Anmisch- und Pumpvorgänge nicht möglich.

Zur Überwindung dieser Nachteile gibt es verschiedene Vorschläge im Stand der Technik. So wird beispielsweise in der oben genannten Zeitschrift vorgeschlagen, den partikelförmigen Feststoff zunächst mit Wasser vorzumischen, diese Mischung dann über mehrere Stunden hinweg zu konditionieren, um beispielsweise alle reaktiven Stoffe ausreagieren zu lassen, um dann erneut Wasser zuzugeben, so dass eine gewünschte Fließfähigkeit erreicht wird. Darüber hinaus muss die Auslegung der einzusetzenden Rohrleitungen angepasst werden, was insbesondere hohe Investitionskosten verursacht.

Die DE 19717971 C1 beschreibt ein ähnliches Vorgehen zur Steuerung der Fließeigenschaften von Abfallmischungen. Bei diesem Verfahren wird zunächst in Übereinstim mung mit einem empirisch ermittelten Modell eine Mischung mit einer Flüssigkeitsmenge 1 und dem partikelförmigen Feststoff hergestellt. Nach Messung der rheologischen Eigenschaften der Mischung wird eine weitere Flüssigkeitsmenge 2 zugegeben. Eine weitere Flüssigkeitsmenge 3 wird nach weiterer Konditionierung der Vormischung zugegeben, um so eine pumpfähige Mischung zu erhalten. Dieses Verfahren erfordert einen hohen Zusatz an Flüssigkeit, was insbesondere bei der Verbringung von partikelförmigem Feststoff in untertägige bergbauliche Hohlräume nachteilig ist, da im Gegensatz zu den partikelförmigen festen Abfallstoffen, die praktisch ohne Investitionsaufwand zu erhalten sind, ein hoher Wassereinsatz stets mit hohen Verbrauchskosten verbunden ist. Weiterhin erfordert die Förderung der Dickstoffsuspensionen, hergestellt in Übereinstimmung mit der Offenbarung der DE 19717971 C1 , sehr hohe Pumpdrücke von bis zu 160 bar.

Die DE 197 17 971 C1 offenbart somit ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulisch förderbaren Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches mit dynamischer Anpassung des Gemisches gemäß den Forderungen der optimalen Pumpbarkeit und der restflüssigkeitsfreien Abbindung, wobei der Feststoff aus einem zu verbringenden Abfall-/Reststoff mit oder ohne einem Bindemittel besteht, zur Endlagerung in untertägigen Hohlräumen.

Die DE 197 57 831 A1 beschreibt die Herstellung von Ziegeln mittels einer Lehm-Ton-Wasser-Suspension. Durch die Zugabe von Verflüssigern kann ein Wassergehalt von ca. 30% erreicht werden, wobei ein zähflüssiger Tonschlicker entsteht, der pump- und förderfähig ist.

Die DE 197 37 583 A1 offenbart einen Füllstoff zum Auffüllen von Hohlräumen im Salinar, der 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.

Die DE 43 45 359 C2 offenbart einen bei Raumtemperatur abbindenden, Kohlenstoff enthaltenden Dreikomponentenzement.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von fluidablauffreien und suspensionsstabilen Mischungen, die stabil und sicher angemischt werden können und anschließend so lange stabil und pumpfähig verbleiben, so dass ohne exzessiven apparativen Aufwand eine hydraulische Verbringung in untertägige bergbauliche Hohlräume möglich ist, zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
1 und 2 zeigen Flussdiagramme von bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Verfahren nach Anspruch 1 umfasst zwei Stufen.
In einer ersten Stufe wird zunächst eine Vormischung aus Anmischflüssigkeit und partikelförmigem Feststoff hergestellt. Diese Vormischungsherstellung erfolgt in kurzer Zeit, bevorzugt innerhalb von 1 bis 60 Sekunden, insbesondere bevorzugt 15 bis 45 Sekunden, stärker bevorzugt 20 bis 30 Sekunden, unter hohem Energieeintrag, so dass eine homogene Suspension erreicht wird. Der Energieeintrag, ausgedrückt durch die in der Aufbereitungstechnik angewendete, dimensionslose Leistungskennzahl c_P (Leistungskennzahl c_P, siehe Schubert, H: Aufbereitung fester mineralischer Rohstoffe, Band II Sortierprozesse), sollte 1,0 bis 3 betragen, bevorzugt 1,5 bis 2,5. Diese Vormischung kann erhalten werden unter Einsatz von üblichen Intensivmischern, die dem Fachmann bekannt sind, beispielsweise Mischer, die mit zusätzlichen Messerköpfen ausgestattet sind. Die so hergestellte homogene Suspension besitzt eine Fließgrenze von mehr als 50 Pa und ist durch ausgeprägte thixotrope Eigenschaften gekennzeichnet. Eine derartige homogene und thixotrope Suspension, die gekennzeichnet ist durch eine innere Struktur (siehe Ullmann Enzyklopädie der technischen Chemie, vierte Auflage, Band 1, Seite 115), die als dreidimensionales Netzwerk betrachtet werden kann, ist als solche nur unter extremem apparativen Aufwand und großen Problemen bei der Förderung, insbesondere bei Stillstandzeiten, förderbar.
Daher erfolgt erfindungsgemäß nach dem Erzeugen der homogenen Suspension eine weitere Behandlung, die vorzugsweise in einem Rührbehälter mit Mischeinrichtungen erfolgt. Durch den Energieeintrag durch das Rühren, wobei der Energieeintrag, wiederum ausgedrückt durch die in der Aufbereitungstechnik angewendete, dimensionslose Leistungskennzahl c_P, 0,5 bis 3, bevorzugt 1 bis 2 beträgt, kann ein Bruch der Struktur der homogenen Suspension erreicht werden. Diese zweite Rührstufe erfolgt bevorzugt innerhalb von 1 bis 6 Stunden, stärker bevorzugt innerhalb von 2 bis 5 Stunden und insbesondere bevorzugt innerhalb von 3 bis 4 Stunden. Dieser Strukturbruch ist dadurch gekennzeichnet, dass das oben genannte dreidimensionale Netzwerk zusammenbricht, was sich dadurch zeigt, dass der Fließgrenzwert, der nach dem Vormischen noch mehr als 50 Pa betrug, sehr stark absinkt, je nach Verfahrensführung (Wassereinsatz, Energieeintrag) auf Werte von weniger als 30 Pa, bevorzugt weniger als 20 Pa, insbesondere bevorzugt auf von 5 bis 10 Pa. Weiterhin wird durch den Strukturbruch erreicht, dass eine Mischung erhalten wird, die mit dem Fließmodell nach Bingham beschrieben werden kann. Das Bestimmtheitsmaß des Bingham-Modells, das durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung erreicht wird, liegt bevorzugt bei Werten oberhalb von 0,90, insbesondere bevorzugt oberhalb von 0,95 und stärker bevorzugt noch oberhalb von 0,97. Dies bedeutet, dass sich die Mischungen nach Erreichen des Fließgrenzwertes wie übliche Fluide verhalten, wobei insbesondere keine starken thixotropen Effekte mehr auftreten, die bei der Förderung problematisch sind.
Die so erhaltenen Dickstoffsuspensionen sind fluidablauffrei und suspensionsstabil. Weiterhin sind diese Dickstoffsuspensionen selbstverfestigend, was insbesondere deren Einbringung in untertägige Hohlräume zur Stabilisierung derselben ermöglicht.
Obwohl die nunmehr erhaltenen Mischungen prinzipell bereits gut förderbar sind, da der Fließgrenzwert so gering ist, dass kein großer apparativer Aufwand mehr betrieben werden muss, und da weiterhin durch den Strukturbruch eine Unterdrückung der thixotropen Eigenschaften, die bei der Förderung problematisch sind, erreicht wurde, erfolgt vorzugsweise noch der Zusatz eines Verflüssigers.
Der Verflüssigerzusatz erfolgt in üblicher Weise in einer klassischen Mischeinrichtung. Der Verflüssigerzusatz führt dazu, dass die Fließeigenschaften der Mischung, die nach dem Strukturbruch erreicht werden, über einen Zeitraum von mindestens 2 Stunden stabil bleiben bzw. der Fließgrenzwert noch weiter absinkt. Überraschender Weise hat sich gezeigt, dass der Verflüssigerzusatz erst nach Erreichen des Strukturbruchs die erwünschte Stabilisierung der Fließeigenschaften ergibt. Zusatz der Verflüssiger im ersten erfindungsgemäßen oder im zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt führt dagegen nicht zu einer Stabilisierung der Fließeigenschaften.
Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung gelingt es, Dickstoffsuspensionen herzustellen, die unter Einsatz relativ geringen apparativen Aufwandes gut förderbar sind. Die Förderung der Dickstoffsuspensionen, die auf Fließwerte im Bereich von 2 bis 20 Pa eingestellt sind, bevorzugt 5 bis 15 Pa, insbesondere bevorzugt 6 bis 10 Pa, kann durch Kreiselpumpen, Schraubenspindelpumpen oder Schraubenschneckenpumpen erfolgen, die in üblicher Weise ausgelegt sind, z.B. auf Pumpdrücke von bis zu 30 bar. Bevorzugt erfolgt der Transport bei Pumpdrücken von 10 bis 20 bar.
Die erfindungsgemäß hergestellten Dickstoffsuspensionen weisen sich durch eine gute Fließfähigkeit aus, wobei die Mischungen suspensionsstabil und fluidablauffrei sind. Die erfindungsgemäß hergestellten Dickstoffsuspensionen eigenen sich insbesondere zur hydraulischen Verbringung in untertägige bergbauliche Höhlräume, wobei sich die Dickstoffsuspensionen dort zu verfestigen beginnen. Die Verfestigung beginnt bei den erfindungsgemäß hergestellten Dickstoffsuspensionen in der Regel nach 12 bis 15 Stunden. Üblicher Weise wird die geforderte Begehfestigkeit von 5 N/cm² im Regelfall nach spätestens 7 Tagen und lediglich in Ausnahmefälle erst nach 28 Tagen erreicht. Der durch große Hohlraumabmessungen und das Abfallaufkommen bedingte lagenweise Einbau der Dickstoffsuspensionen und die grubensicherheitstechnische Bewetterung begünstigen den Verfestigungsprozess.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber vergleichbaren Herstellungsverfahren von hydraulisch förderbaren Dickstoffsuspensionen die folgenden Vorteile auf:

– Die erfindungsgemäß hergestellte Dickstoffsuspension entspricht dem Fließgesetz nach Bingham auf einem geringen Fließgrenzniveau, was eine einfache Förderung ermöglicht.
– Der Anmischflüssigkeitsbedarf ist, verglichen mit den konventionellen, oben beschriebenen Verfahren tendenziell verringert.
– Durch die Erzeugung des Strukturbruchs können niedrige Fließgrenzwerte sicher eingestellt werden, die lange Verarbeitungszeiten bei Suspensionsstabilität und Fluidablauffreiheit garantieren, was die Aufwendungen für Pumptechnik und Steuertechnik auf einem deutlich reduzierten Kostenniveau ermöglicht.
– Die Möglichkeit, den Fließgrenzwert nach erfolgtem Strukturbruch durch den Zusatz der Verflüssiger weiter herabzusetzen und zu kontrollieren, führt zu einem sehr hohem Stand an Verfahrenssicherheit.
– Reaktive Inhaltsstoffe der eingesetzten partikelförmigen Feststoffe können während des erfindungsgemäß erfolgenden Rührschritts zum Erreichen des Strukturbruchs freigesetzt und dann kontrolliert aufgefangen werden, was insbesondere bei Verbringung des erfindungsgemäß hergestellten Gemischs in untertägige Hohlräume auch aus grubensicherheitstechnischer Sicht einen positiven Nebeneffekt darstellt.
– Die hergestellten Dickstoffsuspensionen sind in besonderer Weise, auf Grund ihrer Suspensionsstabilität und der nahezu selbstnivellierenden Ausbreitung geeignet nicht mehr zugängliche oder nur mit hohem Aufwand zugänglich zu machende Hohlräume zu verfüllen.

Im folgenden werden einige bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.
Als partikelförmiger Feststoff, der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, kann auch Feststoff in Form von Schlamm verwendet werden, beispielsweise stichfester Schlamm aus industriellen Verfahren. Der Wassergehalt des Schlammes wird dabei bei der Berechnung des gesamten Wassergehaltes der herzustellenden Mischung berücksichtigt.
Die als partikelförmiger Feststoff einsetzbaren stichfesten Schlämme werden bevorzugt vor dem Mischen mit der Anmischflüssigkeit einer Zerkleinerungseinrichtung zugeführt und in dieser mit Wasser als Aufschlussmedium zu einer Schlammsuspension aufgearbeitet. Diese Schlammsuspension, die bevorzugt 40 bis 55 Gew.Teile Wasser umfasst und eine Fließgrenze von 7 bis 12 Pa aufweist, kann dem Verfahren zugeführt werden, beispielsweise nach Lagerung in einem Zwischenbehälter durch volumetrische Zudosiertung.
Die erfindungsgemäß einzusetzenden Feststoffe sind bevorzugt Abfallmischungen, insbesondere mineralischen Ursprungs, wie fein- und feinstkörnige CaCl₂-reiche Stäube und Filterstäube und Aschen aus Müllheizkraftwerken, Müllverbrennungsanlagen, Sonderabfallverbrennungsanlagen, Produkte aus Klärschlammverbrennungsanlagen, Stäube aus industriellen Prozessen und industrielle Schlämme.
Die erfindungsgemäß einzusetzenden partikelförmigen Feststoffe können eine Korngröße von bis zu einem Zentimeter aufweisen, bevorzugt bis zu 8 mm.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt 55 bis 60 Gew.Teile partikelförmiger Feststoff und 40 bis 45 Gew.Teile Anmischflüssigkeit gemischt. Insbesondere bevorzugt sind 55,5 bis 58 Gew.Teile partikelförmiger Feststoff und 42 bis 44,5 Gewichtsteile Anmischflüssigkeit.
Als Anmischflüssigkeit bevorzugt ist Wasser, üblicherweise in Form von Brauchwasser. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auch Salzlösungen als Anmischflüssigkeit geeignet, beispielsweise Lösungen von CaCl₂, NaCl oder Na₂SO₄. Durch Einsatz dieser Lösungen in entsprechend ausgeführten Rezepturen können betont Bindemittelreaktionen eingestellt werden, die zu erhöhten Festigkeiten der abgelagerten Abfallmischungen führen. Solche Reaktionen können hydratischer Natur (z.B. Gipsbildung oder Bildung von Calziumhydroxychloriden) oder Rekristallisationsreaktionen (Auskristallisieren von NaCl oder anderen Salzen) sein.
Darüber hinaus kann beispielsweise für kritische Bereiche im Salinar, wie sie carnallitische Feldesteile darstellen, die Lösereaktivität des Wirtsgesteins im Kontakt mit der Abfallmischung, die Lösungen von CaCl₂, NaCl oder Na₂SO₄ enthält, deutlich gesenkt werden.
Der in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eingesetzte Verflüssiger ist vorzugsweise ein Verflüssiger, der auch in der Technik als Betonverflüssiger bzw. Fließmittel (auch Superverflüssiger) bekannt ist. Bevorzugte Beispiele dieser Verflüssi ger sind Sulfonate und Polycarboxylate, insbesondere aus der Gruppe der Ligninsulfonate, der Melaminharze, der Naphtalinsulfonate und der Polycarboxylate, die auch als Builder bekannt sind. Die Naphtalinsulfonate sind bevorzugt Alkylnaphtalinsulfonate oder Salze der mit Formaldehyd kondensierten Naphtalinsulfonsäure. Diese sind in der Technik bekannt, beispielsweise als Dispergiermittel für feinteilige Feststoffe und auch als Fließmittel für Zement. Bevorzugt einzusetzende Polycarboxylate sind die oben genannten, insbesondere Homo- und Copolymere der Akrylsäure. Solche Verflüssiger sind kommerziell erhältlich. Bevorzugt einzusetzende Verflüssiger sind ein Melaminsulfonat und ein modifiziertes Polycarboxylat. Das oben genannte Melaminsulfonat wurde auch in Beispiel 4 eingesetzt.
Die in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eingesetzten Verflüssiger werden üblicher Weise in einer Menge von maximal 2,5 kg/m³ Dickstoffsuspension eingesetzt, bevorzugt in einer Menge von maximal 1,8 kg/m³ Dickstoffsuspension.
Der hergestellten Dickstoffsuspension kann ggf. noch ein Bindemittel zugegeben werden, bevorzugt ausgewählt unter mineralischen Bindemitteln, insbesondere bevorzugt Branntkalk, Branntdolomit, Zement oder Abfällen mit hohem Anteil an den oben genannten Bindemitteln. Durch diesen Zusatz an Bindemittel kann in den abgebundenen Dickstoffsuspensionen eine höhere Endfestigkeit erreicht werden. Diese Bindemittel, die in Mischung verwendet werden können, werden bevorzugt in einer Menge von 20 bis 100 kg/m³ der Suspension zugegeben, insbesondere bevorzugt in einer Menge von 40 bis 80 kg/m³ Dickstoffsuspension. Die Zugabe des Bindemittels erfolgt, bevorzugt unmittelbar vor der Verbringung der Dickstoffsuspension an den endgültigen Einsatzort, z.B. unmittelbar vor Einbringung in einen untertägigen Hohlraum.
Die hergestellten Dickstoffsuspensionen eignen sich insbesondere zur Einbringung in untertägige Hohlräume. Durch die erreichte geringe Fließgrenze kann die Förderung der Dickstoffsuspension in stabiler Weise mit geringem apparativen Aufwand erreicht werden, beispielsweise mit den oben beschriebenen Pumpen. Die dabei aufgebrachten Drücke sind ausreichend zur Überwindung von übertägigen Transportstrecken von der Mischanlage bis zur Schachtfallleitung, durch die die hergestellte Dickstoffsuspension unter Tage gefördert wird. Die Förderung in die untertägigen Einlagerungskammern, mit Entfernungen von bis zu 2,5 km im Grubenfeld, kann mit den hergestellten Dickstoffsus pensionen sicher erfolgen. Dabei wird üblicherweise in der Schachtfallleitung die Förderung im turbulenten Bereich durchgeführt, zur Vermeidung von Ablagerungen. Bei doppelter Auslegung von Fallleitungen, womit flexibel auf das hergestellte Suspensionsvolumen reagiert werden kann, kann mit Strömungsgeschwindigkeiten von 2,5 bis 3,5 m/s gefördert werden, so dass beispielhaft bei einem Nenndurchmesser von 100 mm der Fallleitung sicher 60 bis 90m³/h transportiert werden können, bei einem Nenndurchmesser von 125 mm sogar 100 bis 140m³/h. Die Fallleitungen, die bevorzugt doppelt ausgelegt sind, können dann einen gleichen oder unterschiedliche Nenndurchmesser aufweisen. Die dazu notwendigen Vorrichtungen und Prozesssteuerungsanlagen sind dem Fachmann bekannt. Die hergestellten Dickstoffsuspensionen lassen sich dabei gut bei den oben genannten Fließgeschwindigkeiten von 2,5 bis 3,5 m/s fördern, im Re-Bereich von 3000 bis 9000.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den nachfolgenden Beispielen näher erläutert. Diese sind lediglich zur Illustration der Erfindung angegeben und dienen nicht als Beschränkung.
Beispiel 1
32 Gewichtsteile fein- und feinstkörniger CaCl₂-reicher Stäube und 25 Gewichtsteile überwiegend inerter Filterstäube werden mit 43 Gewichtsteilen Wasser entsprechend 1 in einem Intensivmischer (1) vermischt, in einen Rührbehälter (2) gegeben und zur Erzielung des Strukturbruchs der thixotropen Suspension im Mittel über einen Zeitraum von 4 Stunden intensiv gerührt. Nach 4 Stunden Rührzeit wurde die Fließgrenze τ_o auf 5–10 Pa abgesenkt (Messung mit (3)).
Das Bestimmtheitsmaß des Bingham-Modells beträgt 0,97 ± 0,015.
Die Suspension kann mit diesen rheologischen Eigenschaften durch Schraubenspindel- oder Kreiselpumpen (5, 6) durch eine Rohrleitung (7) unter Kontrolle der Fließgrenze (8), der Dichtekontrolle (9) und des Durchsatzes (10) in die untertägigen Hohlräume (11) verpumpt werden.
Beispiel 2
27 Gewichtsteile fein- und feinstkörnige CaCl₂-reicher Stäube, 22 Gewichtsteile überwiegend inerter Filterstäube und 15 Gewichtsteile eines als Suspension beispielhaft aufbereiteten Metallhydroxidschlammes mit einer Suspensionsdichte von 1,25 g/m³ werden mit 36 Gewichtsteilen Wasser entsprechend 1 in einem Intensivmischer (1) vermischt, in einen Rührbehälter (2) gegeben und zur Erzielung des Strukturbruchs der thixotropen Suspension über einen Zeitraum von 4 Stunden intensiv gerührt. Nach 4 Stunden Rührzeit wurde die Fließgrenze τ_o auf 8–12 Pa abgesenkt, Messung mit (3).
Das Bestimmtheitsmaß des Bingham-Modells beträgt 0,99 ± 0,002.
Die Suspension kann mit diesen rheologischen Eigenschaften durch Schraubenschnecken- oder Kreiselpumpen (5, 6) durch eine Rohrleitung (7) unter Kontrolle der Fließgrenze (8), der Dichtekontrolle (9) und des Durchsatzes (10) in die untertägigen Hohlräume (11) verpumpt werden.
Beispiel 3
33 Gewichtsteile einer Klärschlammverbrennungsasche sowie 6 Gewichtsteile eines industriellen Filterstaubes und 21 Gewichtsteile einer Holzasche werden entsprechend 2 mit 40 Gewichtsteilen einer hochkonzentrierten CaCl₂-Lösung mit einer Dichte von 1,35 g/m³ in einem Intensivmischer (1) vermischt, in einen Rührbehälter (2) gegeben und zur Erzielung des Strukturbruchs im Mittel über einen Zeitraum von 4 Stunden gerührt. Nach 4 Stunden Rührzeit wird die Fließgrenze τ_o auf 10–15 Pa abgesenkt, Messung mit (3).
Das Bestimmtheitsmaß des Bingham-Modells beträgt 0,97 ± 0,0018. Die Suspension kann mit diesen rheologischen Eigenschaften durch Schraubenschnecken- oder Kreiselpumpen (5, 6) durch eine Rohrleitung (7) unter Kontrolle der Fließgrenze (8), der Dichtekontrolle (9) und des Durchsatzes (10) in die untertägigen Hohlräume (11) gepumpt werden.
Beispiel 4
Analog Beispiel 1, 2 erfolgt, wie in 1 dargestellt, die vorgegebene Mischung (1) der Komponenten, die im Rührbehälter (2) intensiv im Mittel 4 Stunden bis zum Strukturbruch gerührt werden.
Nach 4-stündiger Rührzeit wird die Fließgrenze τ_o im Rührbehälter mit 18 Pa ermittelt (3), möglicherweise verursacht durch überdurchschnittlich hohe Gehalte an reaktiven Stoffen. Über eine Steuereinheit wird Verflüssiger in Form von Melaminsulfonat (4) aus einem Vorratsstapel in einer Menge von zunächst max. 1,8 kg/m³ Suspension in die Pumpenvorlage (5) zugefahren und nach Erreichen des τ_o-Sollwertes < 10 Pa (Messeinrichtung (8) in der Rohrleitung (7)) programmgemäß zurückgenommen.
Die so eingestellte Suspension wird mit der Schraubenspindelpumpe (6) über die Rohrleitung (7) und unter ständiger Kontrolle des Fließgrenzwertes (8), der Dichte (9) und des Durchsatzes (10) in den untertägigen Hohlraum (11) transportiert.
Beispiel 5
Analog Beispiel 1, 2, 3 oder 4 wird entsprechend 2 die vorgegebene Mischung hergestellt (1) und im Rührbehälter (2) intensiv im Mittel 4 Stunden gerührt. Die Suspension wird mit einer Fließgrenze τ_o von 10 Pa (3) mit einer Schraubenschnecke (5, 6) über Rohrleitungen (7, 11) bei Überwachung des Fließgrenzwertes (8), der Dichte (9) und des Durchsatzes (10) verpumpt. Vor dem freien Auslauf in den Einlagerungsbereich (14) wird die Suspension in eine Misch-Pumpeinheit (sog. Rachenpumpe) (12) geleitet und 40 bis 80 kg Bindemittel pro m³ Suspension (13) in Form von gebranntem Kalk oder Dolomit über eine Dosierschnecke zugesetzt. Durch die Rachenpumpe wird die bindemittelgestützte Suspension auf kurzem Wege in den Einlagerungsbereich (14) gefördert. Durch den Bindemittelzusatz kann bei Bedarf die Festigkeit des abgebundenen Körpers auf Werte von 0,5 MPa und mehr angehoben werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung fluidablauffreier, suspensionsstabiler Mischungen aus Anmischflüssigkeit und partikelförmigem Feststoff, umfassend die folgenden Verfahrensstufen: Vormischen von 42–44,5 Massen-% Anmischflüssigkeit und 55,5–58 Massen-% partikelförmigem Feststoff unter hohem Energieeintrag von 1,0 bis 3,0, bezogen auf die dimensionslose Leistungskennzahl c_P, in einem Intensivmischer, um eine homogene Suspension zu erhalten; Rühren der erhaltenen homogenen Suspension unter Energieeintrag bei einem Energieeintrag von 0,5 bis 3,0, bezogen auf c_P, bis Strukturbruch der homogenen Suspension erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend die Stufe der Zugabe eines Verflüssigers, wobei die Zugabe nach den beiden in Anspruch 1 definierten Verfahrensstufen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anmischflüssigkeit Wasser ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei der partikelförmige Feststoff ausgewählt wird unter partikelförmigen Feststoffen mit einer mittleren Korngröße von bis zu 8 mm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der partikelförmige Feststoff ausgewählt wird unter Filterstäuben, Produkten der nassen bzw. trockenen Rauchgasreinigung von Müllheizkraftwerken, Klärschlammverbrennungsanlagen, Hausmüllverbrennungsanlagen, Sonderabfallverbrennungsanlagen, Abfällen aus der glasverarbeitenden oder metallverarbeitenden Industrie und sonstigen Industriebereichen, pastösen oder stichfesten Schlämmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Verflüssiger ausgewählt wird unter Sulfonaten, wie Melaminsulfonat, Naphthalinsulfonat, Liguinsulfonat, und Polycarboxylaten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Mischung nach Strukturbruch einen Fließgrenzwert von 3 bis 30 Pa aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vormischung unter intensivem Energieeintrag innerhalb von 10 bis 60 Sekunden erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Rühren unter Energieeintrag zum Erreichen des Strukturbruchs innerhalb einer Zeit von 2 bis 5 Stunden erfolgt.