DE2056059C3

DE2056059C3 - Paste zur Staubbindung im Bergbau

Info

Publication number: DE2056059C3
Application number: DE19702056059
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof. Dipl.-Chem. Dr. 6670 St Ingbert; Kunz Helmut Dipl.-Chem. Dr. 6601 Bischmisheim; Klinkner Hans-Guido Dipl.-Ing. Dr. 6670 St. Ingbert; Culmann Günter 6680 Neunkirchen Schuhknecht
Original assignee: Saarbergwerke AG, 6600 Saarbrücken
Filing date: 1970-11-14
Publication date: 1977-01-27

Description

Die Erfindung betrifft eine Paste zur Staubbindung im Bergbau, die ein gelförmiges oder gröberkörniges Gerüst und eine von diesem gehaltene wäßrige Lösung eines hygroskopischen organischen Stoffs aufweist, die ein die Benetzung des Staubes durch die Paste erhöhendes Netzmittel enthält. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Paste.

Die am häufigsten zur Staubbindung im Bergbau verwendeten Salzpasten haben ein aus Umsetzungsprodukten von Erdalkalihydroxid und/oder Alkalihydroxid mit Magnesiumchlorid und/oder Kalziumchlorid, unter anderem aus Magnesiumoxichlorid gebildetes, weitgehend gelartiges oder etwas gröberkörniges Gerüst und bestehen im übrigen im wesentlichen aus einer hygroskopischen Lösung von überschüssigen Magnesiumchlorid und/oder Kalziumchlorid. Die Konzentration des Chlorids wird so eingestellt, daß der Wasserdampfdruck der Paste gleich dem Wasserdampfpartialdruck der Grubenatmosphäre ist und somit die Paste weder Feuchtigkeit abgeben noch Feuchtigkeit aufnehmen kann. Ersteres führt zu einem Austrocknen der Paste, vor allem an der Oberfläche, letzteres zu einem

ίο Auslaufen und dadurch Auslaugen der hygroskopischen Salzlösung. Zur Verbesserung des Haltevermögens des Gerüsts für die Lösung kann die Paste mit Quellstoffen versehen sein.

Die Pasten werden an den Wänden von Untertage-

!5 räumen aufgetragen und binden die Staubpartikeln, insbesondere des Kohlenstaubs, die auf sie auftreffen.

Die Partikeln versinken in der Paste oder werden durch Benetzungskräfte an ihrer Oberfläche festgehalten.

Die Verwendung dieser Pasten ist mit dem erheblichen Nachteil verbunden, daß sie eine starke Korrodierung metallischer Grubenausbauteile, wie Stützbogen, verursacht. Insbesondere wird diese Korrodierung durch an den Wänden herablaufendes Grubenwasser herbeigeführt, das die genannte, in der Paste enthaltene Lösung, die sogenannte Mutterlauge, verdünnt und dadurch deren Korrosionswirkung verstärkt.

Es ist vielfach versucht worden, den Pasten handelsübliche Korrosionsschutzmittel, beispielsweise Verbindungen aus der Gruppe der Nitrite, Chromale und Amine, zuzusetzen. Alle diejenigen Versuche, die mit gesundheitlich unbedenklichen Mitteln unternommen wurden, sind jedoch fehlgeschlagen, da die übrigen Eigenschaften der Pasten, insbesondere ihre Konsistenzeigenschaften, darunter litten.

Die Verwendung von Rohglycerin zur Bildung einer hygroskopischen Lösung in einer staubbindenden Paste ist bekannt; sie ist in der DT-PS 9 71441 im Zusammenhang mit Wasserglas- und Korrosionsschutzmittelzusatz zu einer aus einem Bindemittel, einem Netzmittel und Salzsole bestehenden Paste beschrieben.

Auch in der DT-PS 2 31884 wird von einem

Glycerinzusatz zu einer aus Magnesiumchloridlösung durch Zufügen von Ätzalkalien, Rohstärke od. dgl.

hergestellten Paste gesprochen. Der Zweck des Glycerinzusatzes ist hier jedoch nicht genannt worden.

Die hygroskopischen Eigenschaften soll die Paste offenbar aus ihrem hygroskopischen Ausgangsstoff Magnesiumchloridlösung erhalten.

Grundsätzlich sind beim Stand der Technik folgende Nachteile zu verzeichnen: Pasten mit Stärke als Gerüstsubstanz bilden trotz Vorhandenseins eines Netzmittels nichtbenetzende Oberflächen aus. Auch Pasten, deren Konsistenz auf Lehm oder Ton basiert, sind nicht genügend benetzend, da diese Stoffe das Netzmittel adsorbieren. Alle organischen Gerüstsubstanzen sind der Gefahr ausgesetzt, von irgendwelchen Bakterien befallen und abgebaut zu werden. Pasten mit hygroskopischen Salzlösungen sind, wie eingangs näher ausgeführt, korrosiv.

Der Erfindung liegt als Aufgabe die Entwicklung einer Salzpaste zugrunde, die gute Benetzungseigenschaften aufweist, deren Gerüst gegenüber Bakterien und Kohlensäure der Luft beständig ist und die nicht korrodierend auf Metallteile wirkt.

Gemäß der Erfindung besteht die Lösung dieses Problems darin, daß eine Paste der eingangs genannten Art Kalziumphosphat und/oder Aluminiumhydroxid und/oder Silika-Gel als eine das Gerüst bildende

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Substanz enthält.

Derartige nach dem erfindungsgemäßen Prinzip aufgebaute Pasten, die eine hygroskopische organische Lösung mit einem Gerüst aus im wesentlichen nicht korrodierenden anorganischen Stoffen kombinieren, sind zugleich gut benetzend, nicht korrosiv und widerstandsfähig gegenüber Bakterien. Die Gefahr von Bakterienbefall ist für die organischen Gerüstsubstanzen größer als für die hygroskopischen organischen Lösungen. Darüber hinaus zeigen die Pasten nach der Erfindung besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften. Sie sind in der Regel verhältnismäßig stark thixotrop, wobei ihre Konsistenz aber im Gegensatz zu der der bekannten Pasten nach mechanischer Beanspruchung so schlagartig wieder anzieht, daß die Paste durch lange Leitungen gepumpt und dann unmittelbar an die Wand aufgetragen werden kann. Trotzdem haben die Pasten dann eine stabile Struktur.

Als hygroskopischen organischen Stoff können die Pasten beispielsweise einen mehrwertigen Alkohol, wie Glykol, Glycerrin und/oder Sorbit, und/oder ein Salz einer niederen Fettsäure, vorzugsweise ein Ammoniaksalz, enthalten. Der organische Stoff kann in einer Menge von 10 bis 80 Gewichtsprozent vorliegen. Zum Schutz des organischen Stoffs vor Zerstörung sollte der Paste noch ein Konservierungsmittel beigegeben sein.

Die genannte, das Gerüst bildende anorganische Substanz wird zweckmäßigerweise im Pastenansatz ausgefällt Ist dabei der hygroskopische organische Stof" schon gelöst so verteilt er sich von vornherein schon besonders gleichmäßig in dem entstehenden Gerüst. Es ist aber auch möglich, erst eine anorganische Trägersubstanz herzustellen und den organischen Stoff dann mit ihr zu verrühren.

Durch entsprechende Wahl der Konzentration des hygroskopischen organischen Stoffes wird eine erfindungsgemäße Paste auf die relative Feuchtigkeit des Grubenausbaues eingestellt.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert

Beispiel 1

Zur Herstellung einer Paste für 95% relative Luftfeuchtigkeit werden in einem mit zwei Dispergiergeräten und einem Flügelrührer ausgerüsteten Rührgefaß 750 g Kalziumhydroxid in 7150 ml Wasser dispergiert und nach Zusatz von 1250 g eines technischen Sorbits langsam mit 750 g Phosphorsäure, Konzentration 85 Gewichtsprozent und anschließend mit 100 g eines Netzmittels versetzt. Durch Umsetzung von Kalziumhydroxid und Phosphorsäure in Kalziumphosphat entsteht eine thixotrope Paste. Sie muß nach 60 min Standzeit nochmals 1 min aufgerührt werden und ist dann gebrauchsfertig.

Nachdem die Paste daraufhin '/2 bis 1 h geruht hatte, wurde mit einem Penetrometer nach DIN 51 804 mit einem Gesamtgewicht des Konus und des Fallstabs von 62,5 g die Penetration (»Ruhpenetration«) gemessen. Die Eindringtiefe betrug 375 Zehntelmillimeter.

Später wurde die Paste mit einem elektrischen g₀ Multiquirl auf Stufe 3 verschieden lang gerührt und ihre Penetration noch einmal gemessen (»Walkpenetration«). Die Penetration betrug nach Walkzeiten von

5 min 396

10min 403

20 min 406

40 min 416

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Ferner wurde auf einer 5 mm dicken Pcstenschicht mit Derner Normalstaub das Staubbindevermögen geprüft Während verschiedener Verweilztiten des Staubes auf der Paste wurden folgende Staubmengen pro m² Pastenoberfläche gebunden:

1 min 1500 g

5 min 2800 g

10 min 3200 g

Schließlich wurde das Korrosionsverhalten der Paste geprüft. Dazu dieme eine Apparatur, wie sie in »Erdöl und Kohle«, 1965, S. 713 bis 715 beschrieben ist Es wurden 2,0 g Herbertspäne der Korrosion ausgesetzt der Sauerstoffdurchfluß betrug 50 ml/min und die Versuchsdauer 1 h. Als korrodierende Flüssigkeit wurde die Mutterlauge der Paste, d. h. die in der Paste enthaltene und aus der Paste extrahierbare Lösung unverdünnt sowie in verschiedenenen Verdünnungen eingesetzt Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse:

Mutterlauge	Dest. Wuswr	(iclÜNK·
		r.iscnmcngc
(%)	(%)	(mg)
100	_	1.4
50	50	0.8
25	75	1.4
2.5	97,5	1.1

Die Vergleichszahlen der bekannten Salzpasten für die ersten drei Tabellenwerte betragen 4,5 bzw. 8,8 bzw. 8,8 mg Fe.

Beispiel 2

Zur Herstellung einer Paste für eine relative Luftfeuchtigkeit von 80% wurden mittels zwei Dispergiergeräten, denen je ein Flügelrührer zugeordnet war, 750 g Kalziumhydroxid in 4500 g Wasser dispergiert Anschließend wurden 750 g Phosphorsäure, Konzentration 85 Gewichtsprozent, und 100 g Netzmittel zugesetzt Nach einer Standzeit von 1 h wurden in die noch dünnflüssige Paste 3900 g handelsübliches Ammoniumacetat eingerührt; hierauf blieb der Pastenzusatz vor der Verwendung noch 12 h stehen.

Die Ruhpenetration der Paste betrug unmittelbar nach der Herstellung 329. Pasten dieser Art sind auch nach 4 Wochen Lagerzeit noch vollständig homogen und brauchbar; ihre Ruhpenetration beträgt dann 289.

Der wie oben durchgeführte Korrosionstest lieferte folgende Ergebnisse:

Mutterlauge Dest. Wasser Gelöste

liisenmcnge (o/o) (°/o) (mg)

1.4 0,3 0,4

Bei Verdünnung der Mutterlauge mit Grubenwasser der Grube Camphausen stellten sich folgende Korrosionswirkungen ein:

100	—
50	50
25	75

Mutterlauge

Grubenwasser

Gelöste

l'.isenmenae

(mg)

Beispiel 3

0.4
O.b

Zur Herstellung einer Paste für 80% relative Luftfeuchtigkeit wurden 1000 g technisches Sorbit in 3970 g Wasser gelöst. Die Lösung wurde unter Rühren mit einem Flügelrührer sowie mit Hilfe von zwei Dispergiergeräten mit 75Og Kalziumhydroxid versetzt Dann wurden 750 g Phosphorsäure, Konzentration 85 Gewichtsprozent, und anschließend 3430 g Ammoniumacetat hinzugefügt. Nach Zusatz von 100 g Netzmitte! wurde noch 8 min weitergerührt.

Die Paste ergab in dem beschriebenen Korrosionstext folgende Werte:

Mutterlauge	Dcsi. Wasser	Grubenwasser	Geloste
			l.isenniensie
(■'/.,)	('Vu)	("/'■)	(mg)
100	_	50	0.5
50	50	75	G.4
25	75	0.1
2.5	97.5	0.4
Der Korrosionstest mit Grubenwasser	Camp-
hausen ergab:
Mutterlauge	Gelöste
	ljsenmenge
(¹Co)	(mg)
50	0.1
25	0.2

Beispiel 4

Zur Herstellung einer Paste für 95% relative Luftfeuchtigkeit wurden 114 g eines handelsüblichen basischen Aluminiumacetats in 460 g Wasser gegeben und unter Rühren mit einem Dispergiergerät 52 g Kalziumhydroxid zugegeben; hierauf wurde 30 min weitergerührt. Es bilden sich Aluminiumhydroxid, das gelbildende Eigenschaften

ίο besitzt, und Kalziumacetat. Der Ansatz wird zunächst sehr steif und später wieder dünnflüssig. Dann wurden 100 g Sorbit und 10 g Netzmittel hinzugefügt. Anschließend wurde der Ansatz mit 20 g Essigsäure versetzt.

Die erhaltene Paste ist mit einer Ruhpenetration von 217 verhältnismäßig steif. Sie wird beim Rühren aber dünnflüssig und nach dem Ende der mechanischen Beanspruchung so schnell wieder steif, daß sie nach einem Pumpvorgang unmittelbar auf eine Wand aufgetragen werden kann. Durch Variierung der zugegebenen Essigsäuremenge kann die Ruhpenetration beliebig verändert werden.

B e i s ρ i e 1 5

20 Gewichtsprozent Wasserglas werden in 33,2 Gewichtsprozent Wasser verrührt. Dann wird Kohlendioxid eingeleitet, wodurch sich Silikagel bildet, und der Ansatz eindickt. Getrennt davon werden 12,5% technisches Sorbit, 1,05% Natriumsalz der Hydroxiäthylzellulose und 1 Gewichtsprozent Netzmittel in 33,5 Gewichtsprozent Wasser vermengt. Die Prozentangaben beziehen sich auf den Pastenansatz insgesamt. Die beiden Ansätze werden miteinander verrührt, und man erhält eine nicht korrodierende Paste mit einer Ruhpenetration von 385 und einer Walkpenetration von 391.

Claims

Patentansprüche:

1. Paste zur Staubbindung im Bergbau, die ein gelförmiges oder gröberkörniges Gerüst und eine von diesem gehaltene wäßrige Lösung eines hygroskopischen organisches Stoffes "aufweist, die ein die Benetzung des Staubes durch die Paste erhöhendes Netzmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Paste Kalziumphosphat und/oder Aluminiumhydroxid und/oder Silika-Gel als die das Gerüst bildende Substanz enthält

2. Paste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als hygroskopischen organischen Stoff einen mehrwertigen Alkohol und/oder ein Salz einer niederen Fettsäure enthält

3. Paste nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als hygroskopischen mehrwertigen Alkohol Glykol, Glycerin und/oder Sorbit enthält.

4. Paste nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als hygroskopischen organischen Stoff mindestens ein Ammoniaksalz einer niederen Fettsäure enthält.

5. Paste nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Konservierungsmittel für den organischen Stoff enthält.

6. Verfahren zur Herstellung einer Paste nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gerüst bildende anorganische Substanz im Pastenansatz ausgefällt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Substanz in einer wäßrigen Lösung des hygroskopischen organischen Stoffs ausgefällt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Kalziumphosphat enthaltenden Paste Kalziumhydroxid und Phosphorsäure im Pastenansatz zusammengegeben werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Aluminiumhydroxid enthaltenden Paste basisches Aluminiumacetat und Kalziumhydroxid im Pastenansatz zusammengegeben werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Silikagel enthaltenden Paste in einem Wasserglas enthaltenden Pastenansatz Kohlendioxid eingeleitet wird.