DE3114555C2 - Verwendung eines hydraulisch abbindenden Mehrkomponenten-Gemisches - Google Patents
Verwendung eines hydraulisch abbindenden Mehrkomponenten-GemischesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines hydraulisch abbindenden Mehrkomponenten-Gemischs als Aufbau- und Ver satzmaterial im Grubenbetrieb, das aus α-Gips, Steinkohlen-Flugasche, einem grobkörnigen mineralischen Zuschlag und einem Kalkspender besteht und dem in an sich bekannter Weise eine zum Abbinden erforderliche Wassermenge zugegeben ist. Dabei machen die Anteile des α-Gipses und der Flugasche je 25-55 Gew.-%, des grobkörnigen mineralischen Zuschlags 10-40 Gew.-% und des Kalkspenders 1-6 Gew.-% aus, wobei der Anteil des Kalkspenders, auf die Flugasche bezogen, zwischen 3 und 12 Gew.-% liegt; die Korngrößen weisen als obere Grenze beim α-Gips 1 mm, beim grobkörnigen mineralischen Zuschlag 25 mm und beim Kalkspender 0,5 mm auf, während die Flugasche im Anfallzustand verwendet wird.
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines hydraulisch abbindenden Mehrkomponenten-Gemisches gemäß
dem Hauptanspruch.
In Kraftwerken mit Rauchgas-Reinigung fallen Steinkohlen-Flugasche
und Sulfit-Sulfat-Schlämme als Abfallprodukte an, wobei bei bestimmten Verfahren als
Entschwefelungsprodukt Rauchgasgips erhalten wird. Es ist bekannt, diese Abfallprodukte dadurch zu beseitigen,
daß sie zur Ausfüllung von Hohlräumen im Grubenbetrieb — sei es als Ausbau, sei es als Versatz —
verwendet werden, wobei ihre Förderung zum Einsatzort pneumatisch erfolgt; der Gips liegt dabei in Form
von «- Halbhydrat vor.
Nun werden an ein solches Ausbau- und Versatzmaterial für den Grubenbetrieb jedoch bestimmte Anforderungen
bezüglich des Festigkeitsverlaufs gestellt: es soll eine hohe Frühfestigkeit und eine durch die jeweiligen
Gebirgsverhältnisse bestimmte, über der Frühfestigkeit liegende ausreichende Endfestigkeit besitzen.
Für die Erfüllung dieser Festigkeitsanforderungen ist bislang im wesentlichen das «-Halbhydrat herangezogen
worden, da es einen steilen Festigkeitsanstieg mit verhältnismäßig hohen Frühfestigkeitswerten gewährleistet.
Nach der in wenigen Stunden oder gar nur in Stundenbruchteilen erreichten Frühfestigkeit tritt jedoch
keine Festigkeitszunahme im Feuchtzustand mehr ein, im Gegenteil: die Festigkeit läßt in diesem Zustand
nach. Weiter wirken sich bei einer solchen Verwendung von «-Halbhydrat dessen hohe Herstellungskosten und
schlechte pneumatische Förderbarkeit ungünstig aus.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Ausbau- und Versatzmaterialien besteht darin, daß das «-Halbhydrat
in chloridfreier Form vorliegen muß, da chloridische Verunreinigungen zu Festigkeitseinbußen führen. Das
bedeutet daß das im Zuge der Rauchgas-Reinigung gewonnene «-Hylbhydrat seinerseits gereinigt und das da-
bei anfallende chloridhaltige Abwasser aufbereitet werden muß.
Schließlich haftet diesen bekannten Ausbau- und Versatzmaterialien der wesentliche Nachteil an, daß sich
damit die oben angesprochene Kraftwerks-Entsorgung nicht verwirklichen läßt Im Kraftwerksbetrieb beträgt
nämlich das Anfallverheltnis Flugasche : Rauchgasgips zwischen 2 :1 und 5 :1, d. h. also, daß wesentlich mehr
Flugasche als Rauchgasgips zur Verwertung ansteht während bei den Ausbau- und Versatzmaterialien das Verhältnis Flugasche : Rauchgasgips maximal 1 :1 ausmacht meist jedoch mehr «-Halbhydrat als Flugasche
benötigt wird, so daß das Abfallprodukt Flugasche nur teilweise beseitigt werden kann.
Bei einem aus der DE-AS 26 03 699 bekanntgeworde nen Verfahren zur Beseitigung des Rückstands der Ab
gaswäsche von Feuerungen wird zunächst der Sulfit-Sulfat-SchLmm zu Gips in Form von «-Halbhydrat aufgearbeitet und dann dieses «-Halbhydrat trocken nach
Untertage gefördert wo es zur Streckensicherung ein gesetzt wird. Bei diesem bekannten Verfahren treten
alle vorerwähnten Nachteile auf: hohe Herstellungsko sten des «-Halbhydrats, schlechte Förderbarkeit dieses
Materials und mit der Zeit nachlassende Festigkeit im Feuchtzustand; vor allem erfolgt dabei jedoch keine Beseitigung
des Abfallprodukts Flugasche.
Gemäß einer Veröffentlichung des Steinkohlenbergbauvereins (Kurznachrichten aus Bergtechnik und Kohlenveredelung
Nr. 103 Februar 1979) ist der Einsatz von λ-Halbhydrat allein oder mit einem Zuschlag aus Naturanhydrit,
Elektrofilterasche (— Flugasche) oder Ortsbergen bzw. mit einem Zuschlag aus Elektrofilterasche
und Ortsbergen als Saumversatz- und Hinterfüllstoff vorgesehen. Bei diesem bekannten Ausbau- und Versatzmaterial
nimmt die Elektrofilterasche am Abbinde-Vorgang nicht teil. Wenn die Frühfestigkeit nach einigen
Stunden erreicht ist, erfolgt keine Festigkeitszunahme mehr, was die Kurven 3 und 5 in dem dieser Veröffentlichung
beigefügten Schaubild belegen. Deshalb ist eine nennenswerte Steigerung des Elektrofilterascheanteils
über das angegebene Volumenverhältnis von 1 :1 hinaus ohne starke Abnahme der Festigkeit nicht möglich,
so daß auch dieses Material den weitaus höheren Anfall von Flugasche im Kraftwerksbetrieb nicht auffangen
kann.
Ähnlich verhält es sich bei einem älteren Vorschlag, der ein Verfahren zum Blasversatz von «-Halbhydrat
und/oder/-Halbhydrat insbesondere aus den Rückständen
von steinkohlebefeuerten Kraftwerken und für den Einsatz Untertage betrifft, bei dem ein Gemisch aus
«-Halbhydrat, Flugasche sowie grobkörnigem Naturanhydrit und/oder Kalkstein verwendet wird. Als Beispiel
für eine Einsatzmischung sind bei diesem alteren Vorschlag 60% «-Halbhydrat. 30% Flugasche und 10%
Naturanhydrit angegeben, was deutlich macht, daß der
Flugascheanteil wesentlich geringer als der ,vHalbhydratanteil
gehalten werden soll.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen, d. h. also die zwecks Herstel-
lung eines Ausbau- und Versatzmaterials für den Grubenbetrieb
erfolgende Abnahme der aus der Rauchgas-Reinigung stammenden Abfallprodukte Flugasche und
Gips deren tatsächlichem Anfall besser tJs bisher anzupassen,
ohne dabei das Festigkeitsverhalten dieses Materials nachteilig zu beeinflussen, vielmehr sogar eine
langzeitige Festigkeitssteigerung zu bewirken, und die Verwendung des mit Chloriden verunreinigten, rohen
λ-Halbhydrats sowie von Prozeßwasser als Anmachwasser
zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verwendung eines hydraulisch abbindenden Mehrkomponenten-Gemischs
aJs Ausbau- und Versatzmaterial im Grubenbetrieb gelöst, das aus Λ-Gips, Steinkohlen-Flugasche,
einem grobkörnigen mineralischen Zuschlag und einem Kalkspender besteht und dem in an sich bekannter
Weise eine zum Abbinden erforderliche Was- *ermenge zugegeben ist
Die Verwendung eines solchen Materials bringt gegenüber den bekannten Ausbau- und Versatzmaterialicn
den Vorteil, daß durch den als Aktivator wirkenden Kalkspender die Flugasche zu einer hydraulisch abbindenden
Komponente wird, die eine langzeitige Festigkeitszunahme bewirkt (siehe dazu die Skizze). Zur Erzielung
einer angestrebten Endfestigkeit steht nun nicht mehr allein das Λ-Halbhydrat zur Verfügung, sondern es
kann desssen Anteil zugunsten des Flugascheanteils auf das zum Erreichen einer ausreichenden Frühfestigkeit
erforderliche Maß gesenkt werden. Weiter hat sich völlig überraschend gezeigt, daß durch das hydraulische
Abbinden der Steinkohlen-Flugasche im Roh-«-Halbhydrat
enthaltenes Chlorid seine festigkeitsmindernde Wirkung verliert.
Zwar sind aus der DE-OS 28 03 764 und der JP-PS 79 141 818 bereits ähnlich zusammengesetzte Materialien
(Halbhydrat + Flugasche + Kalk/Zement + Anhydrit bzw. Gips + Flugasche + Zement + Sand) bekannt,
doch dienen diese einem völlig anderen Verwendungszweck, nämlich der Herstellung von für den Hochbau
bestimmten Bauelementen wie Bausteinen, Bauplatten od. dgl. Für eine Verwendung als Ausbau- und
Versatzmaterial im Grubenbetrieb sind diese Baustoffmischungen jedoch nicht geeignet, was am Beispiel des
Materials gemäß DE-OS 28 03 764 erläutert werden soll. Diese bekannte Baustoffmischung liegt in Form einer
wäßrigen Aufschlämmung bzw. Suspension vor, die nach den üblichen Bedingungen der Rauchgas-Entschwefelung
einen Feststoffgehalt von maximal 20% besitzt. Schon daraus würden sich für eine bergbauliche
Verwendung als Ausbau- und Versatzmaterial erhebliche Probleme ergeben:
a) Es müßte etwa 80% überschüssiges Wasser mit nach Untertage und von dort wieder zrrück nach
Übertage gefördert werden, was eine unzumutbare Belastung der Förderung bedeuten würde, von den
damit verbundenen Kosten ganz zu schweigen.
b) Es könnten keine langen Förderwege zurückgelegt werden und es müßte eine möglichst rasch nach der
thermischen Behandlung der aufgeschlämmten Stoffe einsetzende Verwendung erfolgen, da sonst
ein vorzeitiges Abbinden der hoch reaktionsfähigen CaSO4-Komponenten (CaSO4 χ W2 HjO bzw.
CaSOaII) eintritt; eine Lagerung bzw. Vorratshaltung des Gutes ist praktisch nicht möglich.
I.it. b läßt erkennen,daß zwischen der Anhydrit-Komponcnie
der bekannten Baustoffmischung und der Komponente Anhydrit als grobkörniger mineralischer
Zuschlag des erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Gemisches wesentliche Unterschiede bestehen. Beim
Anhydrit der bekannten Baustoffmischung handelt es sich um einen durch hydrothermische Behandlung aus
Rauchgasgips gewonnenen synthetischen feinteiligen und deshalb sehr reaktionsfreudigen Anhydrit, während
der Anhydrit des erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Gemischs
ein kaum reaktionsfähiger Naturanhydrit to ist. Der synthetische Anhydrit der bekannten Baustoffmischung
ist daher nicht Zuschlag, sondern Bindemittel, was sich aus seiner stofflichen Beschaffenheit (synthetischer
Anhydrit) und aus seiner Feinteiligkeit ergibt; im Gegensatz dazu ist der Anhydrit des erfindungsgemäßen
Mehrkomponenten-Gemischs reiner Zuschlag, was sich aus seiner stofflichen Beschaffenheit (Naturanhydrit)
und aus seiner Grobkörnigkeit ergibt. Mithin bestehen bei der Anhydrit-Komponente nicht nur Unterschiede
bezüglich der Korngröße, sondern auch in stofflicher (hier Naturanhydrit, dort synthetischer Anhydrit)
und funtktioneller Hinsicht (hier Zuschlag, dort Bindemittel).
Im übrigen trägt die Anhydrit-Komponente des erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Gemischs wesentlieh
mehr zur Festigkeit des abgebundenen Materials bei als bei der bekannten Baustoffmischung. Die insoweit
angegebene Druckfestigkeit von 5 M N/m2 für das abgebundene Material ist für eine bergbauliche Verwendung
als Endfestigkeit völlig unzureichend. Im Bergbau wrid eine Druckfestigkeit von 5MN/m2 bereits
nach 5 h verlangt; nach 24 h soll die Druckfestigkeit 10MN/m2 betragen. Derartiges ist mit der bekannten
Baustoffmischung keinesfalls erreichbar, so daß diese auch deshalb nicht für eine Verwendung als Ausbau-
und Versatzmaterial im Grubenbetrieb in Betracht kommt.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung werden als Kalkspender gemahlener Branntkalk. Kalkhydrat
oder Zemente, insbesondere Portlandzement, eingesetzt. Neben diesen Kalkspendern sind auch basisch
reagierende Alkaliverbindungen als Aktivatoren verwendbar, worunter z. B. Abfallaugen fallen.
Es empfiehlt sich, den grobkörnigen mineralischen Zuschlag auf Naturanhydrit, Kalkstein, Ortsbergen oder
kompaktiertem *-Gips bestehen zu lassen. Diese Komponente gewährleistet vor allem die gute pneumatische
Förderbarkeit des Materials; außerdem wird dadurch erreicht, daß das Ausbau- und Versatzmaterial im noch
nicht abgebundenen Zustand eine ausreichende innere Reibung besitzt, um z. B. beim Spritzen auf Böschung
nicht zum Abrutschen zu neigen.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann dem Mehrkomponenten-Gemisch ein aus Rauchgasgips
hergestellter Λ-Gips in ungereinigter Form zugesetzt werden, d. h. also als Roh-«-Gips. Die vor allem
als Chloride bis zu 1,5 Gew.-% vorliegenden Verunreinigungen bewirken keine Nachteile. Weiterhin kann
Prozeßwasser aus der Rauchgas-Entschwefelung oder der «-Gipsherstellung als Anmachwasser bis zu einem
Gesamt-Chloridgehalt des Mörtels von 2,5 Gew.-% Cl verwendet werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein Gemisch erwiesen, bei dem die Anteile des Λ-Gipses und der Flugasche
je 25 — 55 Gew.-°/o des grobkörnigen mineralischen Zu-Schlags 10 — 40 Gew.-% und des Kalkspenders
1 —6 Gew.-% ausmachen und der Anteil des Kalkspenders, auf die Flugasche bezogen, zwischen 3 und
12Gew.-% lieet. wobei zweekmäßiprprwpisp Hpr nirht
kompaktierte Λ-Gips in einer Korngröße < 1,0 mm, die Flugasche im Anfallzustand, der grobkörnige mineralische
Zuschlag in einer Korngröße bis zu 25 mm und der Kalkspender in einer Korngröße
< 0,5 mm vorliegen.
Die Skizze veranschaulicht den Einfluß des Kalkspenders auf das Festigkeitsverhalten eines Gemischs aus
Λ-Gips. Steinkohlen-Flugasche und Naturanhydrit.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (7)
1. Verwendung eines hydraulisch abbindenden Mehrkomponenten-Gemisches, das aus «-Gips,
Steinkohlen-Flugasche, einem grobkörnigen mineralischen Zuschlag und einem Kalkspender besteht
und dem in an sich bekannter Weise eine zum Abbinden erforderliche Wassermenge zugegeben ist
als Ausbau- und Versatzmaterial im Grubenbetrieb.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kalkspender gemahlener Branntkalk, Kalkhydrat oder Zemente, insbesondere Portlandzement, eingesetzt werden.
3. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der grobkörnige mineralische Zuschlag au» Naturanhydrit, Kalkstein, Ortsbergen
oder kompaktiertem «-Gips besteht
4. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mehrkomponenten-Gemisch ein
aus Rauchgasgips hergestellter Λ-Gips in ungereinigter Form zugesetzt ist.
5. Verwendung nach den Ansprüchen 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile des «-Gipses
und der Flugasche je 25—55 Gew.-%, des grobkörnigen mineralischen Zuschlags 10—40 Gew.-% und
des Kalkspenders 1 —6 Gew.-% ausmachen.
6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß der Anteil des Kalkspenders, auf die
Flugasche bezogen, zwischen 3 und 12 Gew.-% liegt
7. Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der nicht kompaktiertc «-Gips in einer Korngröße < 1,0 mm, die Flugasche im Anfallzustand, der
grobkörnige mineralische Zuschlag in einer Korn größe bis zu 25 mm und der Kalkspender in einer
Korngröße < 0,5 mm vorliegen.
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