DE2713188A1 - Verfahren zur gewinnung von kerogen aus bituminoesem sedimentgestein, insbesondere oelschiefer und alaunschiefer - Google Patents

Verfahren zur gewinnung von kerogen aus bituminoesem sedimentgestein, insbesondere oelschiefer und alaunschiefer

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DE2713188A1 DE19772713188 DE2713188A DE2713188A1 DE 2713188 A1 DE2713188 A1 DE 2713188A1 DE 19772713188 DE19772713188 DE 19772713188 DE 2713188 A DE2713188 A DE 2713188A DE 2713188 A1 DE2713188 A1 DE 2713188A1
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    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10CWORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C3/00Working-up pitch, asphalt, bitumen
    • C10C3/007Working-up pitch, asphalt, bitumen winning and separation of asphalt from mixtures with aggregates, fillers and other products, e.g. winning from natural asphalt and regeneration of waste asphalt

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Description

  • Verfahren zur Gewinnung von Kerogen aus bituminösem Sedimentgestein, insbesondere schiefer und Alaunschiefer Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Kerogen aus bituminösem Sedimentgestein, insbesondere blschiefer und Alaunschiefer, wobei man das Sedimentgestein bricht und in mindestens einer Zerkleinerungsstufe auf eine ausreichend kleine Partikelgröße zerkleinert, so daß aus dem Sedimentgestein der Hauptanteil des Kerogens und die darin vorhandenen Sulfide abgeschieden werden können.
  • Bituminöse Sedimentgesteine, beispielsweise Ölschiefer und Alaunschiefer, stellen eine bedeutende Reserve an mineralischen Rohstoffen dar, aus denen Energie gewonnen werden kann.
  • Diese Gesteine haben eine vorherrschende Feinkornstruktur und enthalten in den Zwischenräumen zwischen den Einzelkörnern wertvolle Bestandteile in Form von bituminösen Rückständen, die auch in extrem feiner Partikelform vorliegen können.
  • Die Schiefer können auch andere mehr oder weniger wertvolle I anorganische Bestandteile in Form von verschiedenen Mineralien enthalten. Öl schiefer und Alaunschiefer bestehen aus einer Matrix aus feinkörnigem Lehm- bzw. Tongestein mit einer Korngröße, die häufig unter 10/um liegt. Die organischen bestandteile von Öl- und Alaunschiefern werden allgemein als Kerogen bezeichnet, bei dem es sich um eine Mischung aus stabilisierten, trockenen und verfestigten Kohlenwasserstoffen handelt, die durch Sedimentation organischer Substanzen erzeugt worden sind. 1Jie anorganischen Bestandteile können vyri te und kleinere i,engen an Metallen, beispielsweise Uran, Tupfer, Ijickel, Kobalt, Vanadium und IsIolybdän, sein, wobei diese Metalle beispielsweise in rorm der entsprehenden Sulfide, Silikate und Phosphate vorliegen.
  • Die Extraktion der ,Lerogenbestandteile von ùl- und Alaunschiefer in groi3technischem Maßstab basiert bisher auf dem Erhitzen und Verbrennen des Schiefers. So ist es möglich, Öl durch Pyrolyse oder Destillationsprozesse abzutrennen, während auch die Möglichkeit besteht, das Kerogen zu vergasen, wobei das resultierende Gas im wesentlichen auch Kohlenmonoxyd, Methan und Wasserstoff und außerdem auch beträchtliche engen an Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxyd und anderen Schwefel-Kohlenstoff-Sauerstoff-Verbindungen enthält, Kiese Methode zur Gewinnung von Kerogen aus Kerogen enthaltendem Schiefer hat bisher große technische Schwierigkeiten bereitet, und zwar in erster Linie wegen des Schwefelgehaltes des Ölschiefers und des Alaunschiefers und auch wegen des hohen Gehaltes dieser Schiefer an nicht brennbaren Stoffen. Der Kerogengehalt übersteigt selten 15 - 25 Gew.-,Ó. Diese Umständen schränken die Verwendbarkeit dieser Rohstoffe beträchtlich ein, und es besteht daher ein Bedürfnis an einer praktischen Methode zum Trennen des Kerogens von den anorganischen Bestandteilen der Schiefer.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zu schaffen, mit dem Kerogen und gegebenenfalls auch andere Bestandteile, beispielsweise Pyrite, auf physikalischem Wege aus feinkörnigem Sedimentgestein, insbesondere Schiefern, abgetrennt werden kann.
  • Es sind bereits Verfahren bekannt, mit denen organische Stoffe, beispielsweise Kohle bzw. Kohlenstoffe, auf physikalischem Wege aus kohlenstoffhaltigen Produkten gewonnen werden können, siehe beispielsweise die US-PS'en 1 420 164 und 1 421 862; gemäß diesen Verfahren wird das organische Material durch Emulgieren dieser Produkte mit Öl gewonnen.
  • Diese Verfahren wurden später von Quass (j.lnst.Petr. Vol. 25, Seiten 813/19 (1939)) auf Kerogen enthaltende Stoffe übertragen, die auf dem Wege der Naßaufbereitung in Gegenwart von Wasser auf eine Korngröße unter etwa 75/Um gemahlen wurden, bevor öl zugesetzt wurde. Das Öl bildet mit dem Kerogen eine pastenförmige Masse, die man abtrennt und unter Umständen mit Wasser wäscht, bevor das Ü1 anschließend durch Waschen dieser Masse zuerst mit Benzin und dann mit Tetrachlorid gewonnen wird. Es sind auch Vorschläge zur Gewinnung von Kerogen auf dem Wege der Schaumflotation gemacht worden. Von Rynninger (Svenska Föreningen för lerforskning, Band 79, H. 1 (1957) Seiten 88 - 90) ist ein Verfahren zur Gewinnung von Kerogen aus schwedischen Alaunschiefern beschrieben worden. Dieses Verfahren, das nur labormäßig durchgeführt worden ist und eine Abwandlung des Quass-Verfahrens ist, erfordert eine umfangreiche Feinzerkleinerung des Schiefers, und zwar chargenweise in Wasser; der Schiefer muß dabei auf eine Partikelgröße zwischen 0,1 - 10/um gemahlen werden, wobei Kerosin zum £sulgieren des Kerogenanteiles zugesetzt wird.
  • Damit bei dieser Art der Kerogengewinnung der Trenn- bzw.
  • Abscheideprozeß, beispielsweise Flotations- oder selektiver Emulgierungsprozeß oder magnetischer Abscheideprozeß, zur Gewinnung von beispielsweise Pyrit, gründlich und vollständig ist, müssen die Gesteinsmatrix und die verschiedenen darin enthaltenen Mineralien zuerst gebrochen werden, um die Mineralien freizugeben. Wenn das Rohmaterial Schiefer ist, ist es diesbezüglich häufig notwendig, das Material auf eine Korngröße in der Größenordnung von 15 - 10/Um zu mahlen. Um das Material auf eine solche Korngröße zu vermahlen, wird eine beträchtliche Energiemenge benötigt, wenn die Schiefer keiner Vorbehandlung unterworfen werden. Wenn übliche Mahlprozesse angewandt werden, liegt der Energieverbrauch zwischen 100 und 150 kWh je Tonne behandelten Materials, um den unbehandelten Schiefer zur Freigabe der darin enthaltenen Erze zu brechen. Der Grund für einen derart hohen Energieverbrauch liegt hauptsächlich in der besonderen Struktur und den elastischen Eigenschaften des tíaterials, die dieses lSIaterial für eine E'einmahlung in einer Kugelmühle ungeeignet machen.
  • Schiefermaterial hat vorherrschend eine geschichtete Struktur, und die darin eingearbeiteten Mineralien sind häufig weich und nur geringfügig spröde, wobei diese Mineralien mehr elastisch als spröde sind; dadurch wird es schwierig, einen hohen IIahlwirkungßgrad zu erhalten, wenn derartige Mineralien in üblichen Kugelmühlen gemahlen werden.
  • Durch die Erfindung soll die Möglichkeit geschaffen werden, bituminöses Sedimentgestein, beispielsweise schiefer und Alaunschiefer und dergl., auf einfache und wirtschaftliche Weise zur rlreigabe der darin enthaltenen Mineralien feinzubrechen und zu zerkleinern, um in diesem Gestein enthaltene Kerogene, Pyrite und andere abtrennbare bestandteile im wesentlichen vollständig zu gewinnen.
  • Dieses wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man das Sedimentgestein zur Vereinfachung und Beschleunigung der Feinstzerkleinerung mindestens vor der letzten Zerklein-erungsstufe einer Laugungsbehandlung unterwirft.
  • Bei der Laugungsbehandlung greift die Laugungsflüssigkeit die Grenzzonen benachbarter Körner der Matrix an, wodurch die mechanischen Bindungskräfte zwischen diesen Körnern geschwächt werden diese Grenzzonen enthalten vorherrschend iwIineralien bzw. Mineralstoffe, die miteinander verbunden sind. Im Anschluß an die letzte Feinstzerkleinerungsstufe läßt sich der Kerogenanteil durch flnulgieren, Flotation oder Dichte- bzw. Schwerkraftabscheideprozesse abtrennen, die beispielsweise nach dem Schwimm- und Sinkprinzip arbeiten.
  • Wenn gemäß diesem letzteren Verfahren gearbeitet wird, kann die Trennflüssigkeit vorzugsweise ejne im wesentlichen nichtpolare, mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeit umfassen, die in dem vorliegenden Zusammenhang im wesentlichen inert ist und deren Dichte bzw. Schwerkraft über der Dichte bzw. Schwerkraft des Kerogens liegt; die Dichte bzw. Schwerkraft der Trennflüssigkeit soll über 1,0 liegen und vorzugsweise etwa 1,3 - 1,5 erreichen. Der Trenn- bzw. Abscheideprozeß kann beschleunigt werden, indem man auf das Material Zentrifugalkräfte einwirken laßt und den Prozeß beispielsweise in einer Zentrifuge durchführt. Der Ausdruck "im wesentlichen nichtpolare Flüssigkeit" bedeutet in diesem Zusammenhang eine Flüssigkeit, die, verglichen mit Wasser, eine niedrige Dielektrizitätskonstante und/oder ein niedriges Dipolmoment mit demzufolge geringen wasserstoffbindenden Tendenzen hat.
  • Es kann beispielsweise eine Flüssigkeit verwendet werden, die eine Dielektrizitätskonstante und /oder ein Dipolmoiiient von einer Größe hat, die höchstens etwa 2/3 und vorzugsweise höchstens halb so groß ist, wie die der Dielektrizitätskonstanten und des Dipolmomentes von Wasser Auf diese Weise läßt sich erfindungsgemäß ein relativ reines Kerogenkonzentrat erzeugen, d.h. ein Kerogen mit einem geringen Schwefel- und Ascheanteil; dieses Kerogen läßt sich mittels einfacher Prozeßstufen für die Pyrolysebehandlung oder Vergasungsprozesse aufbereiten.
  • Im Anschluß an die Laugungsstufe kann das Material durch Naßmahlen weiterzerkleinert werden, beispielsweise durch Mahlen in einer Kugelmühle. In bestimmten Fällen sind Mahlkörper aus Kalkstein vorteilhaft, da von den Mahlkörpern abgeriebener Kalkstein die Säurerückstände des vorangegangenen Laugungsprozesses neutralisiert, wobei das zu mahlende Ilaterial gleichzeitig einen Zusatz an partikelförmigem ltalkstein erhält. Die während des Mahlprozesses verwendete Flüssigkeit kann Wasser oder eine andere Flüssigkeit sein, die für die obengenannten Emulgier- oder Trennprozesse geeignet ist.
  • Im Anschluß an die Schwächung bzw. Herabsetzung der mechanischien Eindungskräfte zwischen den in dem Sedimentgestein enthaltenen Mineralien durch den obengenannten Laugungsprozeß ksnn das Gestein in mindestens einer Stufe durch einen Gasspaltungsprozeß weiter feinstzerteilt werden, cl.h., einem Prozeß, bei der das Gestein in Gegenwart eines Gases einem IJruck ausgesetzt wird, wobei bei F fortfall des Druckes das expandierende Gas die mechenischen bindungen der körner aufliebt. Das bei dein Gasspaltungs- bzw. Gassprengprozeß verwendet te Expansionsmedium kann Wasser sein, wobei dieses Expansionsmedium in bevorzugter Weise auch die i'ltlssigkeit enthalten kann, die bei der vorangegangenen Laugungsbehandlung verwendet worden und in dem Material verblieben ist. Als LauGungsflüssigkeit wird vorzugsweise eine flüssigkeit; verwendet, die in der Lage ist, die letalle aus dem Ausgangsmaterial selektiv auszulaugen. Die Laugungsbehandlung wird vorzugsweise bei erhöhter Temperatur mit Sauren, beispielsweise SchweÎelsäure, Stickstoffsäure oder Salzsäure, durchgeführt, obwohl auch basische Lösungen, etwa Natriumlösungen und ammoniakalische Lösungen verwendet werden können. Stoffe, beispielsweise bestimmte Dletalle, die aus dem Ausgangsmaterial ausgelaugt worden sind, werden vorzugsweise aufeinanderfolgend in Form einer Laugungslösung abgetrennt. So können beispielsweise Uran, Vanadiwn, Aluminium und Phosphationen durch Extraktion aus der Lösung abgetrennt werden.
  • Wenn das der Laugungsbehandlung unterwoffene Material einen hohen Gehalt an Sulfidmineralien hat, kann dieses Material einem selektiven Trennprozeß für diese Sulfidmineralien ausgesetzt werden, und zwar im Anschluß an die Feinzerkleinerung des Ausgangsmateriales und vor dem Kerogenabtrennprozeß. Wenn die Sulfidmineralien auf Magnetkräfte ansprechen, d.h. wenn sie hauptsächlich Pyrit enthalten, können sie durch magnetische Trennprozesse abgetrennt werden, beispielsweise dem sogenminten HGMS-Prozeß (Hoch-Gradient-Magnet-Separation). Alternative Abtrennverfahren sind selektive Flotations- und selektive Ausflockungsprozesse. Durch Verwendung geeigneter Schaumerzeuger können alternativ Pyrite und andere Sulfide zusanuiien mit dem Kerogen emulgiert werden, und die Sulfidmineralien und das Kerogen können anschließend voneinander getrennt werden. Nach der Gewinnung des Kerogens und der Sulfidmineralien durch Anwendung beispielsweise eiiies der oben beschriebenen Verfahren wird das dieser Behandlung ausgesetzt gewesene Ausgangsmaterial vorzugsweise einer weiteren Laugungsbehaiidlung unterworfen, um selektiv Metalle auszulaugen. Wenn keine wei-teren Laugungsstufen oder Abtrermstufen folgen, wird das verbleibende Ausgangsmaterial vorzugsweise einer Agglomerierstufe zugeführt, in der das restliche material agglomeriert und in eine Form gebracht wird, in der es umweltfreundlich gelager oder beispielsweise als Schotter für Fundamentarbeiten verwendet werden kann. Wenn das verbleibende Ausgangsriaterial Kalkstein enthält, der beispielsweise als Abrieb von den aus Kalkstein bestehenden Mahlkörpern hinzugekommen ist, lassen sich durch einfache Zugabe VOil Schwefelsäure mechanisch feste Agglomerate erhalten.
  • nie erfindung wird im folgenden unter bezugnahme auf Arbeitsbeispiele beschrieben, bei denen schwedische Alaunschiefer benutzt worden sind, die abtrennbare Bestandteile, u.a.
  • Kerogen, Pyrite und Uran enthaltende Mineralien, aufweisen; in der folgenden beschreibung ist des weiteren Bezug genommen auf die Zeichnung, die ein Blockdiagramm einer geeigne-ten Anlage zeigt.
  • Der ankommende Alaunschiefer wird zuerst einem Primärzerkleinerungsprozeß unterworfen, bei dem der Schiefer auf eine Partikelgröße von etwa 3 - 10 mm gebrochen wird. Dieser Zerkieinerungsprozeß kann in bekannter Weise in einem backenbrecher, einem Kegelbrecher, einem ?rallbrecher und in Stabmühlen durchgeführt werden. Das Ausgangsmaterial wird vorzugsweise zuerst in einem System zerkleinert, das eine hohbrechstufe und eine autogene Plahlstufe umfaßt, so daß das Iflaterial auf eine Korngröße unter 10 mm, und, falls erwllnscht, auf weniger als 3 mm zerkleinert wird. In bestimmten rällen ist es vorteilhaft, aus del auf dieser Weise zerkleinerte Material Kalkstein abzutrennen, indem man dieses Material in Zyklonen Sink- und Schwimmabscheideprozessen aussetzt. Wenn die Partikelgröße 0,5 mm ist, wird der @ alks-tein bzw. das Kalziumkarbonat von dem gemahlenen Material vorzugsweise durch Dichte-bzw0 Schwerkraftabscheidetechniken in im wesentlichen nichtpolaren Flüssigkeiten getrennt. Das weitere Mahlen des Produktes auf eine Korngröße unter 15/wn würde nun einen Energieverbrauch von etwa 100 - 120 kWh/t erfordern dieser E;nergieverbrauch läßt sich durch Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens in den folgenden Arbeitsstufen auf mindestens die hälfte reduzieren.
  • Das Material wird erfindungsgemäß einem Laugungskreislauf zugeführt. Die Laugungsbehandlung erfolgt vorzugsweise bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen über 500 C. Dem Laugungssystem bzw. -kreislauf werden Wasser und Säure oder Alkali zugesetzt, um eine geeignete Säure- oder Alkalikonzentration zu erhalten. Säure oder Alkali greifen die sorngrenzschichten der in dem Material vorhandenen Mineralien an und schwächen die mechanischen Bindungen bzw.
  • Bindungskräfte dieser mineralien im Bereich dieser Grenzflächen. Gleichzeitig werden Mineralien, die an den Schichtflächen des Schieferjaterials vorhanden sind, in einem bestimmten Umfang abgelöst, wodurch die Struktur des Gesteines unterhöhlt wird, wodurch die Zerkleinerung erleichtert wird.
  • Der Laugungsflüssigkeit kann auch ein organisches Lösungsmittel zugesetzt werden, das in der Lage ist, die Korn- bzw.
  • Teilchengrenzflächen des Kerogens anzugreifen.
  • Der Laugungsprozeß kann in der Weise erfolgen, daß das Material in Gruben liegt, oder indem man das ltlaterial, vermischt mit der Laugungsflüssigkeit, langsam durch eine vertikale Kolonne (Silo-Laugung) strömen läßt, oder indem man das Material zusammen mit einer Laugungsflüssigkeitsmenge, die ausreicht, um das Material fließfähig zu machen, in Mischtanks, Eindicken oder Röhrenreaktoren umrührt. Es lassen sich Jedoch auch andere Laugungsmethoden anwenden. Um die physikalischen bindungen der Partikel bzw. Körner aufzubrechen, ist es vorteilhaft, das Material in geeigneten Intervallen kleineren lçiahlstufen zuzuführen. Diese Mahl stufen können die Form von Vibration s-Nahl stifen mit Kugeln, oder Trommelmühlenmahlstufen mit Kugeln haben. Der kombinierte Effekt de Laugungsbehandlung und der mechanischen Mahloperation bewirkt, daß die physikalischen Bindungen zwischen den Mineralien schneller und mit einem minimalen Energieverbrauch aufgebrochen werden.
  • Die Energiemenge und die zeitliche Dauer dieser Prozeßdurchführung hängt von der Materialeigenschaft und der Konzentration und Temperatur des Laugungsmittels ab, und die behandlung wird solange fortgesetzt, bis die in dem Schiefer vorhandenen Mineralien in dem erwünschten Ikafang freigesetzt sind.
  • Der Laugungsstufe kann eine Vorbehandlungsstufe vorangehen, in der das Material, das bereits vorbereitenden L5rech- und Mahloperationen ausgesetzt gewesen ist, einer Alterungsoperation unterworfen wird, bei der die verschiedenen Schiefer schichten aufgebrochen bzw. gesprengt werden. Diese Vorbehandlungsstufe besteht vorzugsweise aus einer sogenannten Gasspaltungs- bzw. Gassprengstufe, in der das ankommende und zu behandelnde Material in einem geschlossenen Druckkessel in Gegenwart eines geeigneten Dampfes erhitzt wird, um einen Dampfdruck von etwa 0,4 - 1 MPa zu erhalten. Der Dampf kann beispielsweise Wasserdampf enthalten, obwohl es auch möglich ist, verdampfte Säure oder verdampftes Alkali zu verwenden, die als Laugungsmittel aktiv sind. Man läßt das Material schnell zusammen uit dem gesättigten Dampf aus dem Druckkessel fliesen, so daß das Material infolge des expandierenden Dampfes birst. Auf diese Weise wird das Schiefermaterial geschwächt und die verschiedenen Mineralschichten werden freigelegt. Im vorliegenden Fall wird das Material gleichzeitig mit dem Laugungsmittel imprägniert. Es ist jedoch nicht notwendig, das Material einem derartigen Gasspaltungsprozeß auszusetzen, sondern der Alterungsprozeß kann auch in der Weise erfolgen, daß man das Material der offenen Luft aussetzt.
  • Wenn man das Material in der offenen Luftverwittern läßt, wird der gleiche Effekt erzielt wie bei dem Gasspaltungsprozeß, obwohl der natürliche Verwitterungsprozeß beträchtlich länger ist und auch sehr viel Raum beansprucht, abgesehen davon, darb dieser Verwitterungsprozeß im Hinblick auf Umweltschutzvorschriften weniger vorteilhaft ist.
  • Wenn bei der Laugungsbehandlung selektiv bestimmte Stoffe, etwa Uran und Vanadium, aus dem Schiefermaterial ausgelaugt werden, werden diese Substanzen von der Laugungslösung aufgenommen, und es kann wlinschenswert sein, die Lösung von diesen Stoffen zu befreien. Zu diesem Zweck kann eine Flüssig-Flüssig-Extraktion oder ein Ionenaustauschprozeß durchgeführt werden.
  • Derartige Extraktionsstufen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die gelösten Substanzen gewonnen (extrahiert) werden können, ohne daß die Flüssigkeit insgesamt abgetrennt und gereinigt werden muß, da dann kein Laugungsflüssigkeitsaustausch bzw. -ersatz notwendig ist. Der Schiefer, der durch die Laug- und dahloperationen auf die gewünschte Korngröße zerkleinert worden ist, beispielsweise auf etwa 15/um, um die in dem Schiefer enthaltenen Mineralien in dem erwünschten Umfang freizumachen, wird, vorzugsweise nachdem Wasser zugesetzt worden ist, einer selektiven Trennstufe zugeführt, die in Abhängigkeit davon wirksam ist, bis zu welchem Umfang das Ausgangsmaterial gebrochen und die darin enthaltenen Mineralien freigegeben worden sind. Eine geeignete Verfahrensweise besteht darin, den fein zerteilten Schiefer zuerst durch eine magnetische Trennstufe zu schicken, die eine magnetische Flußdichte von Uber 2000 Gauss (0,2 T) hat, wodurch Pyrite zusammen mit Kobalt, Nickel, Kupfer und anderen vorhandenen metallenen infolge ihrer magnetischen b'-igenscha£ten selektiv abgetrennt werden können. Der von t>yriten befreite Schiefer enthält nun Kerogen, Tonmineralien und Reste von anderen iIineralien, die nicht aus dem Schiefer ausgelaugt worden sind, während der Laugungsrückstand Reste der gelösten Metallsalze enthält, wenn diese vorher nicht extrahier-t worden sind. Der ;lasse des fein gemahlenen Schiefers wird ein Netzmittel, das eine stark anionische polare Substanz enthält, entweder während des Mahlprozesses oder danach zugesetzt, wobei dieser Zusatz die Wasserverbindung zwischen den Tonmineralien und den! Wassermolekülen verstärkt. Während das Netzmittel zugesetzt wird oder danach, wird der Masse eine im wesentlichen nichtpolare Flüssigsubstanz zugemischt, die im wesentlichen mit Wasser nicht mischbar ist und Kerosin, Benzol, Perchloräthylen oder dergl. umfaßt, woraufhin die Masse ungerlhrt wird. Infolge der benetzungsbedingungen benetzt die im wesentlichen nichtpolare Flüssigkeit nicht die durch das Wasser benetzten Tonmineralpartikel sondern die Kerogenpartikel, die demzufolge in der nichtpolaren Phase emulgieren, die infolgedessen, daß sie mit Wasser nicht mischbar ist, eine von der Wasserphase getrennte eigene Phase bildet. Die Kerogen und die nichtpolare ilüssigkeit umfassende Emulsion ist leichter als die Wasser-Tonmineralauspension, so daß diese Emulsion schwimmt und auf der Suspension einen Schaum oder eine Decke bildet, so daß diese Emulsion selektiv entfernt werden kann. Das auf diese Weise erhaltene emulgierte Konzentrat aus Kerogen und im wesentlichen nichtpolarer Flüssigkeit kann einer reinigung durch Behandlung mit Wasser, einer weiteren nichtpolaren Flüssigkeit oder mit Wasser und der weiteren nichtpolaren Flüssigkeit unterworfen werden, wodurch die Abtrennung zwischen einerseits Kerogen und nichtpolarer Flüssigkeit und andererseits Wasser und Tonmineralien verstärkt bzw. verbessert wird. Der Prozeß ist in dieser Hinsicht ähnlich bekannten sich wiederholenden Stufen auf dem Gebiet der Flotationstechnik. So können zwischen die Reinigungsstufen kleinere Weitervermahlungsstufen zwischengeschaltet sein. Die Kerogen enthaltenden Fraktionen, die nicht den erwünschten heinheitsgrad haben, werden wieder in die Emulgierungsstufe zurückgeführt.
  • Die für den Emulgierungsprozeß benötigte lilenge an im wesentlichen nichtpolarer Flüssigkeit entspricht normalerweise mindestens dem 0,5 - machen der Kerogewnenge. Es kann jedoch in bestimmten Fällen wünschenswert sein, bei weitem größere Mengen an nichtpolarer Flüssigkeit einzusetzen. Dies ist insbesondere dann der ball, wenn die Laugungsbehandlung in torm eines Gruben-Laugungsprozesses oder eines Silo-Laugungsprozesses durchgeführt wird, bei denen der Flüssigkeitsgehait des von der iviahlstufe und von der Laugungsstufe kommenden Materiales so gering ist, daß es nicht möglich ist, eine fUr die Alulgierungszwecke geeignete Konsistenz zu erhalten, wenn nur kleinere Mengen an nichtpolarer Flüssigkeit zugeführt werden. Um eine ausreichende Fluidität zu erhalten, kann es in derartigen fällen zweckmäßig sein, so früh wie möglich während des Mahlprozesses eine größere Menge an Emulgierflüssigkeit zuzusetzen, als es oben angegeben ist. Da die Emulgierflüssigkeit mit der übrigen Suspension nicht mischbar ist, kann sie in einer späteren Stufe leicht von der die Mineralpartikel enthaltenden Suspensionsphase abgetrennt werden. I.it-tels dieses Verfahrens ist es möglich, das Kerogen mit einer minimalen Wassermenge in der Suspension abzutrennen, und zwar verglichen mit der Flotation, was außerordentlich vorteilhaft ist, da das Wasser mit dem von der Trennstufe übriggebliebenen Materialrückstand nur unter Schwierigkeiten abgeschieden werden kann.
  • Bei dem beschriebenen Beispiel sind die Pyrite auf magnetischem Wege vor der Kerogenextraktionsstufe abgeschieden worden. Es ist jedoch auch möglich, diese Behandlungsstufen in umgekehrter Reihenfolge durchzuführen, indem man beispielsweise auf die Kerogenextraktionsstufe die Pyritabtrennungsstufe folgen läßt. Pyrite können nicht nur durch den oben behandelten magnetischen Abscheideprozeß abgetrennt werden, sondern auch durch verschiedene Arten von selektiven Flotations - oder selektiven Ausflockungsprozessen.
  • Eine weitere Alternative besteht darin, der in der letzten Stufe fein zerteilten Schiefermasse eine Substanz zuzuführen, die dazu führt, daß die Sulfidmineralien mit im wesentlichen nichtpolaren Flüssigkeiten benetzt werden, die als Emulgiermittel sowohl für Sulfidmaterial als auch für Kerogen wirksam sind, beispielsweise Kerosin, wodurch sowohl Sulfidmineralien als auch Kerogen gleichzeitig in der Extraktionsstufe emulgiert werden. Diese Mischemulsion kann beispielsweise mit Kerosin gewaschen werden, woraufhin nicht ausreichend gereinige tes Kerogen zusammen mit einem Teil des Kerosins abgetrennt und wieder in die Extraktionsstufe zurückgeführt werden. wenn man die restliche Emulsion einem hochintensiven Abscheideprozeß zuführt, kann die Emulsion in einen Teil, der Sulfidmineralien und eine bestimmte menge des zugesetzten kerosin enthält, und einen Restteil aufgeteilt werden, der das gereinigte Kerogen und den hauptteil des Kerosins enthält; dieser Restteil kann in der oben beschriebenen Weise durch Behandlung mit Wasser und/oder Kerosin weitergereinigt werden. Das gereinigte Kerogen kann von der im wesentlichen nichtpolaren bldssigkeit beispielsweise durch Zentrifugieren getrennt werden, bevor der restliche Anteil an Flüssigkeit durch Verdampfen wiedergewonnen werden kann.
  • Nach Durchführung der Trennstufen bleibt ein Rückstand von von Sulfiden freien Tonmineralien, Kerogen und einen Teil des restlichen Metallgehaltes. In Abhängigkeit davon, wie fein das Material zerteilt bzw. gemahlen worden ist, ist das Material nunmehr besonders reaktionsfähig, so daß das RUckstandsmaterial in einfacher Weise einem weiteren Laugungsprozeß unterworfen werden kann. Diese Laugungsstufe kann in Form eines Säure- oder Alkalilauungsprozesses ähnlich den oben beschriebenen Laugungsstufen durchgeführt werden. Um eine optimale Laugung der laugungsfähigen Bestandteile zu erreichen, ist es möglich, im Anschluß an das Abtrennen von Kerogen und Pyriten die Temperatur während des Laugungsprozesses beträchtlich zu erhöhen, beispielsweise auf 100 - 300°C, und außerdem auch den Laugungsdruck zu erhöhen, so daß das angestrebte Laugungsergebnis sehr schnell erreicht werden kann.
  • Dieser Laugungsprozeß wird vorzugsweise in Druckreaktoren, insbesondere in Röhrenreaktoren, durchgeführt.
  • Bei der in der Zeichnung dargestellten Anlage wird das Schieferrohmaterial einer Grobbrechstufe 1 zugeführt, in der der Schiefer grob gebrochen wird, bevor er in stufe 2 einem autogenen ltaßmahlprozeß ausgesetzt wird, bei dem das Material auf eine maximale korngröße zwischen 3 und 10 mm zerkleinert wiiu. Das zerkleinerte Produkt wird dann der Stufe n zugefUhrt, in der das Material gemaß dem Sink- und Schwimmprinzip einer Dichte- bzw. Schwerkraftabscheidung ausgesetzt ist, wodurch der in dem Schiefermaterial (Stinkkalk bzw. Stinkschiefer) enthaltene kalkstein, der das Sinkprodukt bildet, abgetrennt und bei 3a abgeführt wird. Das Flotierprodukt wird einer Gasspaltungsanlage 4 zugeführt, der durch eine Leitung 4a auch Wasser zugeführt wird. Der Anlage 4 kann auch eine Säurelösung oder eine Alkalilösung der in den späteren Stufen verwendeten Art zugeführt werden, um das Material zu lösen.
  • ]9as in der Casspaltstuie fein zerteilte und porös gemacllte Material wird dann bei erhöhter Temperatur in einer Laugungsstufe gelaugt, der eine Laugungsflüssigkeit zugeführt wird, bei der es sich um eine Säurelösung oder eine Alkalilösung handeln kann. Das Schiefermaterial, das während der Laugungsbehandlung weiter aufgebrochen worden ist, indem die physikalischen Bindungen des Materials durch diese Behandlung geschwächt bzw. vermindert worden sind, wird dann in einer Plahlstufe 6 gemahlen. Die Laugungsbehandlung, etwa die in der Laugungsstufe 5 durchgeführte Behandlung, und der sich daran anschließende Mahlprozeß, etwa der MahlprozeB in der Mahlstufe 6, können ein- oder mehrmals wiederholt werden, und zwar in Abhängigkeit von der Art des eingehenden Materiales.
  • iachdem das Material der abschließenden Mahlstufe zugeführt worden ist, wird der Schiefer in Stufe 7 mit einer Säure oder einem Alkali einer weiteren Laugungsbehandlung unterworfen; die Laugungslösung wird aus der Stufe 7 durch eine Leitung 7a einer (nicht dargestellten) Stufe zugeführt, in der in der Lösung gelösLe Metalle, etwa Uran, Vanadium und Molybdän, aus der Lösung extrahiert werden, beispielsweise durch lüssig- I Flüssig-Extraktion oder durch lonenaustauschoperationen. Der Laugungsrückstand, der in fester Form oder in Form eines Schlammes vorliegen kann, wird dann einer weiteren Stufe 8 zugeführt, in der der Rückstand abschließend zerkleinert wird, wobei die Materialpartikel weiter auf eine Partikelgröße von etwa 15/um zerkleinert werden, die für physikalische' Abscheidezwecke geeignet ist. Die abschließende Zerkleinerungst bzw. Mahlstufe 8 kann einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein. Während mindestens einer dieser Stufen oder Teilstufen kann im vorliegenden prall ein Gasspaltprozeß der oben beschriebenen Art durchgeführt werden. Wenn noch Wasser benötigt wird, wird dieses der Zerkleinerungs- bzw. Mahlstufe 8 durch eine Leitung 8a zugeführt. Der in der Stufe 8 fein zerteilte Schiefer wird dann in der Stufe 9 unter Zugabe von Wasser einer hochintensiven magnetischen Trennoperation unterworfen, wobei das Wasser durch eine Leitung 9a zugeführt und Pyrite durch eine Leitung 9b abgeleitet werden. Die magnetische Abscheidestufe kann jedoch durch eine Flotations- oder Emulgierungsstufe ersetzt werden. Das in den Stufen 8 und 9 benötigte Wasser kann durch eine im wesentlichen nichtpolare Flüssigkeit, etwa Kerosin, ersetzt werden.
  • Der Schiefer, von dem die Pyrite abgetrennt worden sind, wird einer Stufe 10 zugeführt, in der Kerogen von dem Schiefer abgetrennt wird, indem man mit Hilfe von Kerosin eine Emulsion bildet, wobei das Kerosin der Stufe 10 durch eine Reinigungsstufe 11 und eine Leitung 11a zugeführt wird. Die Kerogen und Kerosin enthaltende Rohemulsion, die während des Emulgierungsprozesses zur Oberfläche schwimmt bzw. flotiert, wird der erwähnten f(einigungsstufe 11 durch die Leitung 1Oa zugeführt. Der Reinigungsstufe wird Kerosin zugeführt, wodurch die Rohemulsion in eine Kerosinphase, die ein mehr zweitklassiges Kerogen enthält und die der Emulgierungsstufe 10 durch die Leitung 11a zugeführt wird, und ein Kerogenkonzentra aufgeteilt wird, das auch Kerosin enthält. Diese zuletzt genannte Phase wird durch die Leitung 11b abgeleitet, um das Kerosin von dem Kerogen abzutrennen. Das in dieser Trennstufe zurückgewonnene Kerosin kann das Wasser in den Stufen 8 und 9 ersetzen und kann auch der Kerogenemulgierungsstufe 10 oder der Reinigungsstufe 11 zugeführt werden. In bestimmten Fällen ist es vorzuziehen, das Kerogen und das Kerosin ein Gemisch aus fertigem Konzentrat bilden zu lassen, daß als Brennstoff fÜr Trocknungs- und Vergasungszwecke oder beispielsweise für metallurgische Keduktionsprozesse verwendet werden kann.
  • Nach der Extraktion des Kerogens wird der Schieferrückstand dann in einer oder mehreren Stufen 12 gelaugt, um die wertvollen rietalle zu gewinnen; die Laugungslösung wird dann durch eine Leitung 12a einer Metallextraktionsstufe 13 zugeführt, in der die Metalle aus dieser Lösung extrahiert werden. Die Extraktionsstufe kann eine Ionenaustasuch- oder eine blUssig-rlüssig-Extraktionsstufe umfassen, aus der die gewonnenen extrahierten siletalle abgeleitet werden, wie es durch den Pfeil 13a angedeutet ist. Die Laugungslösung, aus der die Metalle extrahiert worden sind, kann regeneriert und wiederverwendet werden.
  • Der Flüssigkeitsanteil des Laugungsrückstandes aus Stufe 12 wird ausgetrieben und der feste Rückstand wird in Stufe 14 agglomeriert, wobei das ausgetriebene Wasser bzw. die ausgetriebene Flüssigkeit durch eine Leitung 14b abgeleitet und vorhergehenden Prozeßstufen 4a, 8a und/oder 9a zugeführt wird.
  • Der entwässerte bzw. getrocknete und kompaktierte Laugungsrückstand wird in Richtung des Pfeiles 14a abgeleitet und zum Abfall gegeben oder der Weiterverwendung zugeführt. Das beschriebene Verfahren führt zu einer hohen Selektivität während der Trenn- bzw. Abscheideprozesse, wobei sämtliche oder der größte Teil der wertvollen Bestandteile eines komplexen feinkörnigen Materials wie etwa bitrrinöses Sedimentgestein, insbesondere Alaunschiefer, gewonnen werden können.
  • Das Gleichgewicht zwischen den Laugungsstufen und den ilahlstufen hängt davon ab, welche Substanzen das Ausgangsmaterial enthält. In bestimmten Fällen ist es zweckmäßig, das Material zwischen den einzelnen 1vIahlstufen erschöpfenden Laugungsprozessen auszusetzen, um zu erreichen, daß die ins Auge gefaßten letalle so schnell wie möglich abgetrennt werden und das material gleichzeitig in einem Zustand gebracht wird, in dem es leicht gemahlen werden kann. In anderen Fällen kann es zweckmäßig sein, das Material nur untergeordneten Laugungsangriffen auszusetzen, während mehr Gewicht auf das mechanische Mahlen des Materials gelegt wird, um aas Material in dem erwünschten Umfang zu zerkleinern und das Material nach der Gewinnung der Sulfide und des Kerogens einem erschöpfenden Laugungsprozeß auszusetzen. Diese letztere Verfahrensweise wird häufig vorzuziehen sein, wenn das Material zur Verbesserung der selektiven Extraktion von Pyriten und Kerogen gebrochen und anschließend einem schnellen Laugungsprozeß unterworten wird0 Das erfindungsgemäße Verfahren kann im allgemeinen bei Schiefer enthaltenden Gesteinen und erzen angewandt werden, bei denen es erwünscht ist, das Material mit geringem Lner;ieverbrauch weitgehend zu zerkleinern. Zu diesem Zweck ist das Auflösen bzw. Schwächen der mechanischen Bindungen der Ilineralien mitt-els Laugungsflüssigkeiten, wie es im Hinblick auf Alaunschiefer beschrieben worden ist, besonders vorteilhaft; das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich dann anwenden, wenn einer oder mehrere der oben beschriebenen Effekte bei der Behandlung eines Materiales erreicht werden sollen, das einer selektiven Flotation, magnetischen Abscheideprozessen, Extraktions- und erschöpfenden Laugungsprozessen unterworfen werden soll.
  • L e e r s e i t e

Claims (1)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Gewinnung von Kerogen aus bituminösem bedimentgestein, insbesondere schiefer und Alaunschiefer, wobei man das Sedimentgestein bricht und in mindestens einer Zerkleierungsstufe auf eine ausreichenl kleine Partikelgröße zerkleinert, so daß aus dem Sedimentgestein der Hauptanteil des Kerogens und die dari forhandenen Sulfide abgeschieden werden können, dadurch gekennzeichnet, daß man das Sedimentgestein zur Vereinfachung und Beschleunigung der Feinstzerkleinerung mindestens vor der letzten Zerkleinerungsstufe einer Laugungsbehandlung unterwirft.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kerogen mittels eines Emulgierungsprozesses abtrennt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kerogen mittels eines Flotationsprozesses abtrennt.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kerogen mittels eines Dichte- bzw. Schwerkrafttrennprozesses abtrennt.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Dichte- bzw. Schwerkraftabtrennprozeß gemaß dem Schwimm- und Sinkprinzip durchführt, indem man als Trennflüssigkeit eine im wesentlichen nichtpolare Flüssigkeit benutzt, deren Dichte bzw. spezifisches Gewicht größer als die Dichte bzw0 das spezifische Gewicht des Kerogens ist.
    6. Verfahren nach einem der AnsprUche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Material in mindestens der letzten Zerkleinerungsstufe feinzerkleinert, indem man das nac der Laugungsbehandlung verbliebene Sedimèntgestein einem Gasspaltungsprozeß unterwirft.
    7. Verfahren nach eine der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Laugungsbehandlung mit einer Laugungs flüssigkeit durchführt, die zur selektiven Metallauslaugung aus dem Gestein geeignet ist. nn-8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gestein nach der Laugirngsbehandlung vor dem Abtrennen des Kerogens einem selektiven Sulfidmineralabtrennprozeß unterwirft.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Vorhandensein von magnetisch beeinflußbarem Sulfidmaterial den Sul-fidmineralabscheideprozeß in Form eines magnetischen Abscheideprozesses durchführt.
    10.Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Sulfidmineralabscheideprozeß in Eorm eines selektiven Flotationsprozesses durchführt.
    11.Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Sulfidmineralabscheideprozeß in Form eines selektiven Ausflockungsprozesses durchführt.
    12.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennr zeichnet, daß man das Sedimentgestein nach dem Abtrennen von Kerogen und Sulfidmineralien einem weiteren Laugungsprozeß zum selektiven Metallauslaugen unterwirft.
    15.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man das bedimentgestein nach dem Abtrennen des kerogens, der Sulfide und der Metalle agglomeriert0
DE19772713188 1976-03-25 1977-03-25 Verfahren zur gewinnung von kerogen aus bituminoesem sedimentgestein, insbesondere oelschiefer und alaunschiefer Withdrawn DE2713188A1 (de)

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