DE19751339C2 - Verfahren zur Behandlung und Aufbereitung von bei der Steinkohleaufbereitung als wäßriger Reststoffstrom anfallenden Flotationsbergeabgängen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung und Aufbereitung von bei der Steinkohleaufbereitung als wäßriger Reststoffstrom anfallenden Flo­ tationsbergeabgängen, mit anschließendem Einbau in einen Haldenkörper.

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

Die flotationstechnisch erzielbare Trennung von Berge und Kohle in der Körnung kleiner 0.8 mm bedingt verfahrensgebunden Flotationsberge-ab­ gänge. Diese Flotationsbergeabgänge fallen in der Flotation einer Steinkoh­ leaufbereitung pumpfähig mit einem Festkörperanteil bis zu etwa 500 g/l, an und werden in der Regel zur endgültigen Ausgliederung aus dem verfah­ renstechnischen Ablauf in einen Absinkweiher gepumpt, in welchem dann der Festkörperanteil sedimentiert und in Form von Flotationsberge-schlamm als Ablagerung verbleibt und den verfügbaren Deponieraum im Absinkweiher nach und nach auffüllt, während der Wasseranteil möglichst vollständig wie­ der in die Aufbereitung zurückgeführt wird.

Aufgrund der stetigen Förderung eines Steinkohlebergwerkes, durch Steige­ rungen der Tagesförderung oder auch durch die Konzentration bei Verbund­ werken auf möglichst nur einen Förderstandort ergibt sich, dass der nutzbare Deponieraum bestehender Absinkweiher nach einer gewissen Zeit aufge­ braucht ist. Dies erfordert die Erweiterung bestehender oder auch den Bau zusätzlicher Absinkweiher mit einem entsprechend hohen technischen und damit auch wirtschaftlichen Aufwand. Außerdem ist aufgrund des Umweltschutzes die Zulassung geeigneter Flächen immer schwieriger zu erlangen.

Alternative Lösungsansätze zur dargelegten Problematik, wie beispielsweise das Verhalden von Flotationsbergeabgängen ohne Inanspruchnahme eines Absinkweihers, bei denen z. B. mittels Kammerfilter- oder Siebbandpressen die Flotationsbergeabgänge der Aufbereitung entwässert und anschließend in einen Haldenkörper einbaut werden, konnten sich bisher im Steinkohlen­ bergbau nicht in größerem Umfange durchsetzen.

Das gleiche gilt für eine untertägige Verwertung oder Verbringung der Flota­ tionsbergeabgänge als Blasversatz.

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

Wesentlich bei diesem Verfahren ist, dass man A) hydrolysierte Stärke als Flockungsmittel zu dem Abstrom oder A') zu einer durch Absetzenlassen aus dem Abstrom gebildeten Schlammschicht gibt und im Fall A) das Fein­ material in einer Stufe B) unter Bildung einer Schlammschicht absetzen lässt und C) die Schlammschicht durch Belasten mit einer Sandschicht verdichtet, wobei Wasser aus der Schlammschicht durch die Sandschicht nach oben wandert.

Aus der GLÜCKAUF 133 (1997) Nr. 9 ist der Einsatz von Waschbergen des Steinkohlebergbaus im Erd-, Deponie- und Wasserbau bekannt geworden. In diesem Beitrag zur Rohstoffwirtschaft ist der Einsatz von Bergematerial als güteüberwachtes Massenschüttgut und Spezialbaustoff zu sehen, in dem die Eignung und Unbedenklichkeit von Waschbergen für den Einsatz im Grund- und Erdbau, im Deponiebau sowie im Wasserbau als nachgewiesen gilt.

Als wesentlich ist dabei hervorzuheben, dass Waschberge mit Flotati­ onsbergeanteilen aus Sicht des Grundwasserschutzes mit Waschbergen ohne Flotationsanteile vergleichbar sind. Aus diesen und anderen Eigen­ schaften resultiert daher auch der Einbau von Wasch- und Flotationsbergen als mineralische Dichtschicht und geotechnische Barriere einer Deponie.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein technisch einfaches und möglichst kostengünstiges Verfahren zur Behandlung und zur Verbringung der in der Aufbereitung eines Steinkohlebergwerkes anfallenden Flotations-bergeab­ gänge zu entwickeln, um primär zumindest die Befülldauer bereits betriebe­ ner Absinkweiher zu verlängern, soweit dies die Förderung in Menge und Zu­ sammensetzung bei der bestehenden Infrastruktur zulässt.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Flotationsbergeabgänge in an sich bekannter Verfahrensweise zunächst als Inputmaterial in einen Absink­ weiher eingeleitet,
dass ein mit sedimentierten Flotationsbergen gefüllter, an der Oberflä­ che bereits trockengelegter Teilbereich des Absinkweihers mit ebenfalls bei der Aufbereitung von Steinkohle als Reststoff anfallenden grobstückigen Waschbergen überschüttet,
dass die Überschüttung zu einer tragfähigen Schicht einplaniert und verdichtet,
dass die einplanierten grobstückigen Waschberge gemeinsam mit tiefer liegenden Flotationsbergen als schüttgutartiges, transportables Gemisch ausgehoben und dass der so gewonnene Aushub verhaldungsgerecht aufbe­ reitet mit oder ohne Zumischen von Zuschlagstoffen einer zur Verhaldung von Waschbergen betriebenen Bergehalde zum Einbau in den Haldenkörper zugeführt wird.

Es ergibt sich damit, dass bei zum Zwecke der Deponie von Flotationsber­ geabgängen betriebenen Absinkweihern durch Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 längere Befüllzeiträume für das Einspülen von Flotati­ onsbergeabgängen erreicht werden können.

Mit dem Verfahren kann weiterhin bei rechtzeitiger Anwendung desselben unter der Voraussetzung einer die Realisierung grundsätzlich zulassenden Gesamtinfrastruktur des Systems "Bergwerk-Absinkweiher-Bergehalde" er­ reicht werden, dass der Betrieb eines bestehenden Absinkweihers länger aufrechterhaltbar bleibt oder auch, dass neu zu errichtende Absinkweiher entsprechend kleiner ausgelegt werden könnten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, dass das Ausheben durch Ausbaggern des Gemisches aus Flotationsber­ geabgängen und Waschbergen im Rückbau zum Weiherufer hin erfolgt.

Bei der Durchführung des Verfahrens wurde auch gefunden, dass eine sehr günstige Schichtdicke an einplanierten und verdichteten, grobstückigen Waschbergen, unabhängig von der Weihertiefe des Absinkweihers 1 m und größer sein soll und dass die Aushubtiefe des Ausbaggerns beim Rückbau zum Weiherufer hin, ebenfalls unabhängig von der Weihertiefe des Absink­ weihers vorzugsweise zwischen 5 m und 6 m liegen sollte und die Bö­ schungsneigung im Aushubbereich von der Baggerkante zur Baggersohle nicht steiler als 45 Grad betragen soll.

Vorteilhafterweise sollten dabei in durch Ausbaggern auszuhebenden Ab­ schnitten des Absinkweihers vor dem Ausbaggern Sickerwassergräben an­ gelegt werden, die um auspumpbare Sickerwasserlöcher ergänzt sein soll­ ten, deren Tiefe sich möglichst bis unter die Baggersohle erstreckt.

Zur Vermeidung einer Wiederanreicherung des Aushubmaterials auf der Baggersohle durch in die Baggerschaufelmulden nachlaufendes Oberflä­ chenwasser in Form von Sediment- oder Regenwasser werden zum Aushub auf der Baggersohle Kleinstbeete angelegt, wobei die Beetwände jeweils das Nachlaufen von Oberflächenwasser in die Baggerschaufelmulde verhindern.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte umfassend das Beschicken mit Flotationsbergeabgängen, das Überschütten mit grobstückigen Waschber­ gen sowie das Verdichten derselben durch Einplanieren und der Verfahrens­ schritt des Aushebens eines Teilbereiches in zwei bereichsweise und funkti­ onell völlig getrennten Bereichen des Absinkweihers erfolgen kann (Zwei­ beetverfahren).

Dabei erweist sich vielfach eine Trennung der beiden Bereiche durch ein Dammbauwerk als vorteilhaft.

Dem steht nicht entgegen, dass alle für das Verfahren erforderlichen Verfah­ rensschritte, bezogen auf den Gesamtbereich des Absinkweihers oder eines abgegrenzten Teils desselben, folgerichtig bis zur Verhaldung oder einer möglichen anderen Verwertung ausgeführt werden (Einbeetverfahren).

Das Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass das ausgebaggerte Gemisch bestehend aus Flotationsbergen und grobstückigen Waschbergen für die Verhaldung durch ein- oder mehrmaliges Zumischen von Zuschlag­ stoffen zu einer verhaldungsgerechten Mischung für den Einbau in einen Haldenkörper aufbereitet und in einen solchen eingebaut wird.

Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn als Zuschlagstoffe der Steinkohleaufbereitung entstammende stückige Waschberge eingesetzt werden, die, da sie in der Regel in der anfallenden Menge nicht anderweitig verwertbar sind, ohnehin der Halde zugeführt werden müssen.

Die Verhaldung als solches erfordert eine gewisse Stabilität des Haldenkör­ pers. Aus diesem und aus ökologischen Gründen ist deshalb ein unkoordi­ niertes oder gar unkontrolliertes Einbringen von Flotationsbergen, sei es als Flotationsschlamm oder gar Flotationbergeabgang, in den Haldenkörper nicht möglich. Es wurde nun auch gefunden, dass die Flotationsberge zu­ sammen mit stückigen Waschbergen aufgrund ihrer gemeinsamen Kohle­ stämmigkeit eine gute Bindigkeit besitzen und sich deshalb besonders vor­ teilhaft zum Einbau in einen Haldenkörper eignen.

Darüberhinaus wurde gefunden, dass ein verhaldungsgerechtes, für den Einbau in den Haldenkörper ausgebildetes Massenverhältnis von Flotations­ bergen zu Waschbergen zwischen 1 zu 3 und 1 zu 9 liegen darf, konsis­ tenzbedingt aber vorzugsweise 1 zu 5 bis 1 zu 7 betragen sollte.

Beim Einbau einer Mischung in einen kohlestämmigen Bergehalden­ körper mit vorgenannten Massenverhältnissen haben sich, auch über längere Zeiträume betrachtet, keine Stabilitätseinbußen am Haldenkörper gezeigt.

Diese gefundenen, die Stabilitätsbedingungen des Haldeneinbaus erfüllenden Mischungsverhältnisse von Flotations- zu Waschbergen müssen vor dem Einbau der Mischung in den Haldenkörper eingestellt sein.

Das Verfahren gemäß Hauptanspruch zeichnet sich nun weiterhin auch dadurch aus, dass die Bildung einer verhaldungsgerechten Mischung zum Einbau in den Haldenkörper einer Bergehalde durch schrittweises, die verhaldungsgerechte Einbaumischung entwickelndes, ein- oder mehrmaliges Zumischen von Zuschlagstoffen zum ausgebaggerten Aushub erfolgen kann. Dazu sind die der Steinkohlenaufbereitung entstammenden Waschberge mit ihrer guten Bindigkeit zum Flotationsgut und ihrer ortsnahen Verfügbarkeit wiederum sehr zweckmäßig. Der betrieblichen Infrastruktur entsprechend erfolgen Zumischungen besonders kostengünstig während des Befüllens eingesetzter Transportmittel, bei einer Zwischenlagerung und/oder auch erst an der Einbaustelle zur Verhaldung.

Auch ist ein gestaffeltes Zumischen an mehreren Stellen oder während unterschiedlicher Verfahrensschritte möglich.

Bei einer Endablagerung auf einem, mit stückigen Abgängen einer Stein­ kohleaufbereitung beschickten Haldenkörper für die Verhaldung der Flotati­ onsberge wurde gefunden, dass die Bindigkeit und Verträglichkeit aus der gemeinsamen Kohlestämmigkeit dann gültig bleibt, wenn lokal relativ gleichmäßige, verhaldungsgerechte Mischungsverhältnisse gewahrt bleiben. Unter diesen Bedingungen reichen ein Einbau mit Planiermaschine und nachfolgendem Abrütteln mit einer Rüttelwalze nicht nur aus, um der Stabili­ tät des Haldenkörpers verstärkt Rechnung zu tragen, sondern begünstigen mit ihrem Flotationsbergeanteil auch die Oberflächendichte und verringern damit als Oberflächenschicht den Eintritt atmosphärischen Sauerstoffes in den Haldenkörper und somit den Austritt von Oxidationsprodukten aus die­ sem. Allerdings sollten die Rüttelvorgänge Einbauschichtlagen von 1 bis 2 m nicht überschreiten.

Bei Absinkweihern in Standortnähe von fossil befeuerten Wärmekraftwerken ist es ohne weiteres denkbar, dass auch Rückstände aus verteuerter Kohle als Zuschlagstoffe eingesetzt werden können. Gleiches gilt für Rückstände aus der Eisen- und Stahlerzeugung, sofern sie die für einen verhal­ dungsgerechten Einbau erforderlichen Mischungsparameter nicht zu stark verändern.

Der Verbleib des gemäß dem Verfahren anfallenden Aushubes ist ökono­ misch und auch ökologisch gelöst. Ein späteres Einbringen des Deponiegu­ tes von der Halde aus in eine betriebliche oder auch betriebsfremde Ver­ wertung ist, ggf. nach nochmaliger Aufbereitung, grundsätzlich möglich.

In welchem Umfang das Verfahren ein Steinkohlebergwerk vor der Schaffung neuen Deponieraumes für die Flotationsberge in Absinkweihern oder ande­ ren unwirtschaftlichen Alternativverfahren zur Verbringung der Flotations­ berge entlasten kann, hängt bei sonst vorhandener Infrastruktur des Berg­ werkes für den Einsatz des Verfahrens, von der Menge der zur Verfügung stehenden Zuschlagstoffe ab.

Bei der Verwendung von nur bergbauspezifischen Zuschlagstoffen, z. B. den Waschbergen aus der laufenden Tagesförderung eines Bergwer­ kes, ist nach den gefundenen, erforderlichen Massenverhältnisssen zur Her­ stellung der verhaldungsgerechten Endmischung, eine umfassende Lösung der Flotationsbergeverbringung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht möglich, d. h. die in der täglichen Fördermenge anfallende Waschber­ gemenge reicht als Zuschlagstoff für die gleichzeitig anfallenden Flotations­ berge nicht aus.

Die fehlende Menge an im täglichen Betrieb in der Aufbereitung anfallenden Waschbergen zur Deckung des Tagesbedarfes zur Verbringung der Flotati­ onsberge auf der Halde, kann möglicherweise durch Rückgewinnung von be­ reits auf einer Halde deponierten Waschbergen oder durch Zusatz von berg­ baufremden Zuschlagstoffen erreicht werden.

Es ist nach dem Verfahren gemäß Hauptanspruch auch ohne weiteres möglich, im Bedarfsfalle Flotationsberge aus einem bereits stillgelegten Ab­ sinkweiher in einen entsprechenden Haldenkörper einzubauen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Behandlung und Aufbereitung von bei der Steinkohleaufbe­ reitung als wäßriger Reststoffstrom anfallenden Flotationsbergeabgängen mit anschließendem Einbau in einen Haldenkörper, dadurch gekennzeichnet,
dass die Flotationsbergeabgänge in an sich bekannter Verfahrensweise zunächst als Inputmaterial in einen Absinkweiher eingeleitet,
dass ein mit sedimentierten Flotationsbergen gefüllter, an der Oberflä­ che bereits trockengelegter Teilbereich des Absinkweihers mit ebenfalls bei der Aufbereitung von Steinkohle als Reststoff anfallenden grobstückigen Waschbergen überschüttet,
dass die Überschüttung zu einer tragfähigen Schicht einplaniert und verdichtet,
dass die einplanierten grobstückigen Waschberge gemeinsam mit tiefer liegenden Flotationsbergen als schüttgutartiges, transportables Gemisch ausgehoben und
dass der so gewonnene Aushub verhaldungsgerecht aufbereitet, mit oder ohne Zumischen von Zuschlagstoffen, einer zur Verhaldung von Waschbergen betriebenen Bergehalde zum Einbau in den Haldenkörper zu­ geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausheben durch Ausbaggern im Rückbau zum Weiherufer hin erfolgt.

3. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke an einplanierten und verdichteten, grobstückigen Waschbergen unabhängig von der Weihertiefe des Absinkweihers 1 m und größer ausgeführt ist.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushubtiefe beim Rückbau zum Weiherufer hin, unabhängig von der Weihertiefe des Absinkweihers zwischen 5 m und 6 m beträgt, wobei die Böschungsneigung im Aushubbereich von der Baggerkante zur Bagger­ sohle nicht steiler als 45 Grad verläuft.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in auszuhebenden Abschnitten des Absinkweihers vor dem Aus­ baggern Sickerwassergräben angelegt werden, die um auspumpbare Si­ ckerwasserlöcher zu ergänzen sind, deren Tiefe sich bis unter die Bagger­ sohle erstreckt.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Baggersohle Kleinbecken angelegt werden.

7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte umfassend das Beschicken mit Flotations­ bergeabgängen, das Überschütten mit grobstückigen Waschbergen sowie das Verdichten derselben durch Einplanieren und der Verfahrensschritt des Aushebens eines Teilbereiches in zwei bereichsweise und funktionell völlig getrennten Bereichen des Absinkweihers(Zweibeetverfahren) erfolgt oder erfolgen kann.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennung der beiden Bereiche durch ein Dammbauwerk er­ folgt oder erfolgen kann.

9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aushub als ausgebaggertes Gemisch bestehend aus Flotati­ onsbergen und grobstückigen Waschbergen für die Verhaldung durch ein- oder mehrmaliges Zumischen von Zuschlagstoffen zu einer verhaldungsge­ rechten Mischung für den Einbau in einen Haldenkörper aufbereitet und in einen solchen eingebaut wird.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennnzeichnet, dass als Zuschlagstoffe der Steinkohleaufbereitung entstammende stü­ ckige Waschberge eingesetzt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das für den Einbau in den Haldenkörper aufbereitete verhal­ dungsgerechte Massenverhältnis von Flotationsbergen zu stückigen Waschbergen zwischen 1 zu 3 und 1 zu 9 liegen darf, wobei die Verhält­ nisse vorrangig 1 zu 5 bis 1 zu 7 betragen sollen.

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Zuschlagstoffe auch Rückstände aus der Verfeuerung von Kohle eingesetzt werden.

13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Zuschlagstoffe auch Rückstände aus der Eisen- und Stahlerzeu­ gung eingesetzt werden.

14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das ein- oder mehrmalige Zumischen von Zuschlagstoffen zum schrittweisen Aufbau einer verhaldungsgerechten Mischung auf eingesetzten Transportmitteln, benutzten Zwischenlägern und/oder der Einbaustelle er­ folgt.

15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennnzeichnet, dass der Einbau einer verhaldungsgerechten Mischung in den Halden­ körper einer Bergehalde mittels Planiermaschine und Rüttelwalze erfolgt.