DE2056061C3

DE2056061C3 - Salzpaste zur Staubbindung im Bergbau

Info

Publication number: DE2056061C3
Application number: DE19702056061
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof. Dipl.-Chem. Dr. 6670 St Ingbert; Kunz Helmut Dipl.-Chem. Dr. 6601 Bischmisheim; Klinkner Hans-Guido Dr. 6670 St Ingbert; Culmann Günter 6680 Neunkirchen Schuhknecht
Original assignee: Saarbergwerke AG, 6600 Saarbrücken
Filing date: 1970-11-14
Publication date: 1977-04-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Salzpaste zur Staubbindung im Bergbau, die eine von einem gelförmigen Gerüst gehaltene wäßrige Lösung von MgCI₂ und/oder CaCI₂ und/oder einem Alkalichlorid aufweist, die ein die Benetzung des Staubes durch die Paste erhöhendes Netzmittel sowie ein Korrosionsschutzmittel enthält.

Die bekannten Pasten dieser Art haben ein aus Umsetzungsprodukten von Erdalkalihydroxid und/oder Alkalihydroxid mit Magnesiumchlorid und/oder Kalziumchlorid, u. a. aus Magnesiumoxidchlorid gebildetes, weitgehend gelartiges oder etwas gröberkörniges Gerüst, dem die Paste ihn¹ Konsistenz verdankt. Im übrigen besteht die Paste aus einer Lösung von im wesentlichen Magnesiumchlorid und/oder Kalziumchlorid, deren Konzentration so eingestellt wird, daß der Wasserdampfdruck der Paste gleich dem Wasserdampfpartialdruck der Grubenatmosphäre ist und somit die Paste nicht austrocknen kana Um das Haltevermögen des Gerüstes für die Lösung zu verbessern, können Quellstoffe beigegeben werden.

Die Pasten werden an den Wänden von Untertageräumen 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 Stützbögen, verursacht Insbesondere wird diese Korrodierung durch an den Wänden herablaufendes Grubenwasser herbeigeführt, das die erwähnte, in der Paste enthaltene Lösung, die sogenannte Mutterlauge, aus der Paste herauslöst und hiermit eine stark korrodierende Flüssigkeit bildet.

Es ist vielfach versucht und in der DT-OS 14 92 457 vorgeschlagen worden, den Pasten handelsübliche Korrosionsschutzmittel, beispielsweise Verbindungen aus der Gruppe der Nitrite, Chromate und Amine zuzusetzen. Alle diejenigen Versuche, die mit gesundheitlich unbedenklichen Substanzen unternommen wurden, sind jedoch fehlgeschlagen, da die übrigen Eigenschaften der Fasten, insbesondere ihre Konsistenzeigenschaften, darunter litten. Die Paste bleibt entweder bereits bei der Herstellung zu dünnflüssig oder sie verliert die geeignete Konsistenz bei der mechanischen Beanspruchung durch den Pumpvorgang. Sie bleibt also nicht in ausreichender Schichtdicke an den Wänden des Grubenausbaues haften und hat dadurch ein unzureichendes Staubaufnahmevermögen.

Die Erfindung hat eine Paste zum Ziel, die einen Zusatz an üblichen Korrosionsschutzmitteln verträgt.

Die Erfindung besteht in einer Salzpaste der im ersten Abschnitt genannten Art, die als das Gerüst bildende Substanz mindestens ein durch Elektrolytkoagulation ausgeflocktes Zellulosederivat enthält.

Einer solchen Paste können die üblichen Korrosionsschutzmittel zugesetzt werden, ohne daß damit ihre durch den Verwendungszweck geforderten Eigenschaften, wie Hygroskopizität, Viskosität, Strukturstabilität, Pumpfähigkeit, Staubaufnahmevermögen und gesundheitliche Verträglichke't, ganz oder teilweise verlorengehen.

Die Verwendung von Zellulosederivaten bei der Herstellung von Salzpasten ist an sich bekannt, jedoch immer lediglich derart, daß das Zellulosederivat die Viskosität erhöht und damit nur dickflüssiger macht, wogegen nach der Erfindung das Zellulosederivat ausgeflockt sein soll, um in der Paste ein Gel, also ein feststoff artiges Gerüst, zu bilden:

In »Glückauf«, 1966, Seite 12, ist auf die Möglichkeit hingewiesen, durch Zusatz von. Zellulosederivaten oder Guar-Gum eine Eindickung der Pastenlauge zu erzielen. Eine Ausflockung des Zellulosederivats findet dabei nicht statt. Das Pastengerüst besteht aus Umsetzungsprodukten von Hydroxiden mit Magnesiumchlorid. — Nach der DT-AS 12 63 657 soll die Pastenkonsistenz ebenfalls nicht auf der Grundlage der vorgeschlagenen Eindickungsmittel stehen. Es handelt sich auch hier um Pasten mit Gerüstbildung aus Hydrat und Chlorid und Viskositätserhöhung im Flüssigkeitsanteil der Paste. — Ebenso verhält es sich mit der Salzpaste nach der DT-AS 15 33 811, in der ausführlicher auf die Wirkungs-

weise des Guar-Gums eingegangen ist, um damit das Herauslaufen der Salzlösung aus dem Pastengerüst zu verhindern. In der DT-AS 12 64 369 ist die viskositätserhöheH.e Natur organischer Eindickungsmittel, auch quantitativ, als Zusatzmittel zumTränkwasserbeimStoßtränkverfahren behandelt Die in dieser Auslegeschrift genannten Eindickungsmittel, wie Oxymethylzellulose, Stärkederivate oder Alginsäuren, sollen Staubpartikeln agglomerieren.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Zellulosederivat kann bzw. die Zellulosederivate können beispielsweise Zelluloseäther oder vorzugsweise Methylzellulosen sein.

Vorzugswaise wird die Elektrolytkoagulation des Zellulosederivats in einer wäßrigen Lösung von MgCl₂ und/oder CaCb und dem Zellulosederivat herbeigeführt, d.h. der die Ausflockung bewirkende Elektrolyt, beispielsweise Na3PO₄, wird einer solchen Lösung zugegeben. Die eine Art Gerüst bildende koagulierte Substanz und die Lösung sind dann von vornherein besonders gleichmäßig verteilt

Soweit die Gebrauchsfähigkeit der Paste nicht entscheidend dadurch vermindert wird, kann dem Pastenansatz auch, wie bisher, noch Erdalkalihydroxid und/oder Alkalihydroxid zugegeben werden, so daß eine Mischung der erfindungsgemäßen Paste mit einer Paste der bekannten Art entsteht

Das Zellulosederivat kann in einer Menge bis zu 5 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 2 und 4 Gew.-%, vorliegen.

Als Korrosionsschutzmittel kommen beispielsweise handelsübliche stickstoffhaltige Verbindungen, wie Amine, Amide, Aminosäuren, in Betrachi..

Eine besonders zweckmäßige Verfahrensweise besteht in der Verwendung eines Korrosionsschutzmittels, das gleichzeitig die Elektrolytkoagulation bewirkt.

Anhand von Ausführungsbeispieien sei die Erfindung weiter erläutert.

Beispiel 1

Zur Herstellung einer Paste für eine relative Luftfeuchtigkeit von 75% werden 300 g einer handelsüblichen Methylzellulose (Tylose MH 20) in 3017 g Wasser gelöst und anschließend 5983 g Magnesiumchloridlösung, Konzentration 34 Gew.-%, hinzugefügt Später werden unter gleichzeitigem Rühren mit einem Dispergiergerät Ultra-Turrax, Typ T 45, und einem Flügelrührer 600 g Na₃PO₄ x 12 H₂O zugesetzt, wobei die Methylzellulose koaguliert Nach Zusatz von 100 g Netzmittel (Androx-P 105) und weiterem Rühren mit einem Flügelrührer erhält man nach einer Gesamtherstellungszeit von 2-4 h eine gebrauchsfähige Paste. Die Herstellung des Pastenansatzes geschah in folgender zeitlicher Reihenfolge:

NachO min:

Einsatz von Wasser und Zugabe der Methylzellulose unter Rühren mit einem Flügelrührer, Fortsetzung des Rührens bis zum nächsten Schritt.
Nach 30 min:

Zugabe der Magnesiumchloridlösung.

Nach 50 min:

Zugabe des Na₃PO, χ 12 H₂O unter gleichzeitigem Rühren mit dem Flügelrührer und dem Dispergiergerät, Fortsetzung des Rührens bis zum nächsten Schritt.

Nach 60 min:

Zugabe des Netzmittels, erneutes Rühren mit Flügelrührer und Dispergiergerät.
Nach 70 min:

Abschalten des Dispergiergeräts, Weiterrühren mit dem Flügelrührer.

Nach 120 min:

Beendigung des Rührens für Paste 1 a.
Nach 180 min:

Beendigung des Rührens für Paste Ib.

Nach 240 min:

Beendigung des Rührens für Paste Ic.

3s Nachdem die Pasten V2-I h geruht hatten, wurde mit einem Penetrometer nach DIN 51 804 mit einem Gesamtgewicht des K onus und des Fallstabs von 62,5 g aie Penetration (»Ruhpenetration«) gemessen. Später wurde die Paste mit einem Braun-Multiquirl auf Stufe 3 verschieden lang gerührt und ihre Penetration noch einmal gemessen (Walkpenetration). Ferner wurde ermittelt, in welcher Schichtdicke sich die Paste nach dem Walken an einer senkrechten Wand auftragen läßt.

Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle

4«, zusammengestellt·.

Ruhpenetration ('/iomni)

Walkpenetration nach

5 min 10 min

('/ίο mm) ('/io mm)

20 min	40 min	Haftfähigkeit
(^w.omm)	('/ίο mm)	(mm)
3*1	378	3 nach allen
365	362	3 WaIk-
360	360	3 zeiten
Ruhezeit nach	Penetration
dem Aufrühren	(¹Zm mm)
(min)
10	322
20	317
40	304
80	308
160	307

la
Ib
Ic

282
266

279

378 361

35b

378 365 360

Die erfindungsgemäßen Pasten sind verhältnismäßig stark thixotrop; sie nehmen jedoch nach Eintritt der Ruhe rasch wieder eine festere Konsistenz an. Die nachstehende Tabelle gibt dieses Verhaken für die Probe Ic und die Walkzeit von 20 min zahlenmäßig wieder:

Ruhezeit nach
dem Aufrühren
(min)

Penetration ('/10 mm)

360 328

Diese Konsistenzeigenschaften erlauben es, die Paste unmittelbar nach einem Pumpvorgang auf die Wand

aufzubringen. Die Thixotropie wirkt sich hier also nicht nachteilig aus, sondern bringt im Gegenteil den Vorteil, den Pumpvorgang zu erleichtern.

Schließlich wurden gemäß Glückauf-Forschungshefte, Oktober 1967, das Staubaufnahmevermögen und die Staubbindegeschwindigkei' der Paste ermittelt. Die Paste nahm im 72-Stunden-Test 170% ihres Eigengewichts an Staub auf und band nach

1 min

5 min

10 min

270 g/m² Pastenoberfläche,
639 g/m² Pastenoberfläche und
660 g/m² Pastenoberfläche.

Beispiel 2

Zur Herstellung einer Paste für 85% relative

Luftfeuchtigkeit wurde ebenso wie im Beispiel 1, jedoch unter Verwendung folgender Ansatzmengen verfahren:

4570 g Wasser, 300 g Methylzellulose, 4530 g Magnesiumchloridlösung, 600 g Na3PO4 χ 12 H2O, 100 g Netzmittel (Androx-P 105).

Es wurden eine Paste 2a mit einer Gesamtherstellungszeit von 70 min und eine Paste 2b mit einer Gesamtherstellungszeit von 110 min, im übrigen aber nach der Zeitfolge des Beispiels 1, erzeugt.

Die Pasten haben folgende Eigenschaften:

Paste Ruhpenetration Walkpenetration nach

5 min 10 min 20 min 40 min Haftfähigkeit

(U₁₀ mm) (W,α mm) ('/10 mm) (i/mmm) (Vio mm) (mm)

230
260

324
333

324
340

337

344

347

344

= 3 nach allen
= 3 Walkzeiten

Staubaufnahme im 72-Stunden-Test: 224 Gew.-%.

Staubbindegeschwindigkeit.·

nach 1 min: 270 g/m² Pastenoberfläche,
nach 5 min: 748 g/m² Pastenoberfläche,
nach 10 min: 1038 g/m² Pastenoberfläche.
Diese Pasten sind ebenfalls thixotrop.

Beispiel 3

Die Paste nach Beispiel 2 wurde mit 5% Korrosionsschutzmittel Arkomon SO(HOECHST) versetzt.

Das Korrosionsverhalten der so erhaltenen Paste wurde mit einer Apparatur geprüft, wie sie in »Erdöl und Kohle« 1965, Seiten 713-715, beschrieben ist. Es wurden 2,0 g Herbertspäne der Korrosion ausgesetzt. Als korrodierende Flüssigkeit wurde die Mutterlauge der Paste, d. h. die in der Paste enthaltene und aus der Paste extrahierbare Lösung unverdünnt sowie in verschiedenen Verdünnungen eingesetzt. Die Versuchsflüssigkeiten lösten folgende Eisenmengen:

Mutterlauge mit Wasser verdünnt
1 :3

Mutterlauge mit Wasser verdünnt
1 :39

Beispiel 4

unter 1 mg
2,6 mg

Als Gegenbeispiel wurde eine Paste nach dem Stand der Technik für eine relative Luftfeuchtigkeit von 78% hergestellt. 1084 g Magnesiumchloridlösung, Konzentration 34 Gew.-%, wurden mit 474 g Wasser versetzt und unter Rühren mit einem Dispergiergerät Ultra-Turrax, Typ T 45, mit 70 g Kalziumhydroxid eingedickt. Die Eindickzeit betrug 15 min. Dann wurden 350 g Wasser, 20 g Netzmittel und verschiedene Mengen Korrosionsschutzmittel Arkomon SO zugesetzt. Die Zugabe be'rug bei

Paste 4a Og (0%), bei

Paste 4b 5 g (0,25%) und bei

Paste 4c 20 g (1,0%).

Mutterlauge unverdünnt unter 1 mg

Mutterlauge mit Wasser verdünnt

1 : 1 unter 1 mg

Walkverhalten

Nach der Zugabe wurde noch 40 min mit einem Flügelrührer gerührt. Die Pasten zeigten folgende, ebenso wie oben ermittelte Eigenschaften:

Ruhpenetration Walkpenetration nach

1 h nach Herstellung

5 min * 10 min

(Vio mm)

('/iomm)

(Vio mm)

20 min
(Vio mm)

40 min
(Vio mm)

4a 4b 4c Haftfähigkeit	308 372 dünnflüssig der gewalkten Paste	352 360 über 420 dünnflüssig dünnflüssig dünnflüssig nach den verschiedenen Walkzeiten	369 dünnflüssig dünnflüssig	20 min (mm)	394 dünnflüssig dünnflüssig
Paste	5 min (mm)	10 min (mm)	3 dünnflüssig dünnflüssig	40 min (mm)
4a 4b 4c	3 1 dünnflüssig	3 dünnflüssig dünnflüssig	dünnflüssig dünnflüssig

7	Mutterlauge	Mutterlauge mit	8	1 :39
Korrosionsverhalten		I : 1		(mg Fe)
Paste	(mg Fe)	(mg Fc)	Wasser verdünnt im Verhältnis	10,6
	4,5	8.8	1 :3	13,7
	4,3	5.7	(mg Fe)	8,1
4a	2,3	3,0	8,8
4b		14,8
4c		3,8

Claims

Patentansprüche:

1. Salzpaste zur Sta'ibbindung im Bergbau, die eine von einem gelförmigen Gerüst gehaltene wäßrige Lösung von MgCb und/oder CaCb und/ oder einem Alkalichlorid aufweist, die ein die Benetzung des Staubes durch die Paste erhöhendes Netzmittel sowie ein Korrosionsschutzmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie als das Gerüst bildende Substanz mindestens ein durch Elektrolytkoagulation ausgeflocktes Zellulosederivat enthält

2. Salzpaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Zellulosederivat einen oder mehrere Zelluloseäther enthält.

3. Salzpaste nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Zellulosederivat bzw. die Zeliulosederivate in einer Gesamtmenge bis zu 5 Gew.-%, vorzugsweise von 2 — 4 Gew.-%, enthält.

4. Salzpaste nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner Umsetzungsprodukte eines Hydroxids, vorzugsweise eines Erdalkalimetalls und/oder eines Alkalimetalls, mit dem MgCb und/oder dem CaCb enthält zs

5. Salzpaste nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Korrosionsschutzmittel mindestens ein Amin, ein Amid und/oder eine Aminosäure enthält.

6. Salzpaste nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Korrosionsschutzmittel in einer Menge bis zu 10Gew.-%, vorzugsweise zwischen 1 und 5 Gew.-%, enthält.

7. Verfahren zur Herstellung einer Salzpaste nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellulosederivat in einer Lösung des MgCb und/oder CaCb zur Koagulation gebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung von MgCl₂ und/oder CaCb und dem Zellulosederivat hergestellt und dieser Lösung der die Koagulation bewirkende Elektrolyt zugegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellulosederivat mittels Na3PO₄ zur Koagulation gebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellulosederivat mittels des Korrosionsschutzmittels zur Koagulation gebracht wird.

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