DE3300848C1 - Verfahren zur Herstellung von pastenförmigen Mitteln zum Binden von Staub im Kohlenbergbau - Google Patents

Description

• Die Herstellung des pastenförmigen Mittels erfolgt zunächst in an sich bekannter Weise, wie sie beispiels-Weise in der DE-AS 19 29 064 beschrieben ist. Danach werden zur Bildung des gelartigen Trägerstoffs die Magnesiumchloridlösung und Calciumhydroxid mit einer starke Scherwirkungen ausübenden Rühreinrichtung bei
• einer Temperatur von nicht über 400 C verrührt, worauf in dlesen Trägerstoff die Lösung eines hygroskopischen Salzes bzw. eines Gemlsches solcher Salze und eines nlcht-lonogenen Netzmittels mit einer nledertourigen Rühreinrichtung eingerührt wlrd, so daß eine dicke Paste mit einem Penetratlonswert von 300 bis 360 x 10-1 mm, gemessen nach DIN 51804, entsteht, deren Unterschied zwischen Ruhe- und Walkpenetration weniger als 20 Penetratlonselnhelten beträgt. Die Herstellung des pastenförmigen Mittels kann jedoch auch nach jedem anderen vorbekannten Verfahren erfolgen.
• In der letzten Phase des Einrührens der hygroskoplschen Salzlösung In den gelartigen Trägerstoff werden in das dann schon pastenförmige Mittel erflndungsgemäß flüssige, saure Natriumsalze von mehrbasischen Phosphonocarbonsäuren eines pH-Wertes von 1 bis 2 in Mengen von bis zu 0,2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewlcht des pastenförmigen Mittels, eingerührt und gleichmäßig darln vertellt. Als Beispiel tür ein derartiges Natriumsalz sel hier das saure Natrlumsalz der 2-Phosphono-1,2,3-butantricarbonsäure genannt. Diese sauren Natrlumsalze der mehrbasischen Phosphonocarbonsäuren sind als sticksioffirele und phosphatfreie phosphororganlsche Verblndungen marktgängig.
• Durch diesen erfindungsgemäßen Zusatz wird die Penetration des pastenförmigen Mittels von ursprünglich 300 bis 360 x 10-1 mm auf 380 bis 400 x 10-1 mm erhöht und damit die Flleß- und Pumptählgkelt des pastenförmigen Mittels entscheldend verbessert, ohne daß die Stabilität des pastenförmigen Mittels gerlnger wlrd, d. h., die Waikpenetration des erfindungsgemäß erzeugten pastenförmigen Mittels lag um etwa 20 Penetratlonselnhelten höher als die Werte der Ruhepenetration.
• Der erfindungsgemäße Zusatz erhöht auch die Lagerstabllltät des pastenförmigen Mittels ganz entscheidend.
• Darüber hinaus bewlrkt der erflndungsgemäße Zusatz in dem pastenförmigen Mittel elnen hervorragend guten Korrosionsschutz.
• Belsp lel 1 (Herstellung des pastenförmigen Mittels) In ein Rührgefäß werden 4,9 Gew.-Telle einer Magneslumchloridlösung mit 34 Gew.-% MgCI2 eingefüllt.
• Nachdem die Mlschsirene auf eine Umdrehungszahl von 2000 U/min angelauten Ist, werden im Verlauf von 3 min 0,9 Gew.-Teile trockenes Calclumhydroxid mit 72,2 Gew.-% CaO zugegeben. Nach einer Gesamtlaufzeit der Mlschslrene von 5 min, wobel der Inhalt des Rührgefußes sich von Raumtemperatur auf etwa 35 bis 400 C erwärmt, Ist die Reaktion beendet. Da die gebildete Paste sehr stelf Ist, wird bereits ein kleinerer Teil der anschließend unterzurührenden Calciumchioridlösung, etwa 2 Gew.-Telle, in dlesem ersten Rührgefäß zugesetzt und mit der Mischslrene eingerührt. Danach läßt sich die Paste ohne Schwierigkeit in ein zweites Rührgefäß überführen, wo mit Hilfe eines Blattrührers mit 32 U/min der Rest der Calciumchloridlösung mit 30 Gew.-% CaCl2 in der Paste verteilt wlrd, so daß insgesamt 94,2 kg dieser Lösung zugesetzt sind. Nach einer Rührdauer von 40 min Ist das Einrühren der Calciumchloridlösung beendet.
• Danach werden In einem dritten Rührwerk mit Hilfe eines Blattrührers (14 Upm) 1 Gew.-% Netzmlttel und zusätzlich 0,2 Gew.-% an flüssigen, sauren Natriumsalzen von mehrbasischen Phosphonocarbonsäuren eingerührt.
• Nach einer Rührzelt von weiteren 40 min ist die Herstellung der Paste beendet.
• Beispiel 2 (Lagerversuche) Aus einem pastenförmigen Mittel gemäß Beispiel 1, aber ohne Zusatz von sauren Natriumsalzen von Phosphonocarbonsäuren, setzt sich nach dreimonatiger Lagerung Lösung ab.
• Eine Paste gemäß Beispiel 1 ist nach neunmonatiger Lagerung unverändert und setzt keine Lösung ab.
• Beispiel 3 (Korrosionswirkung) Die Korrosionswirkung wird mit Stahlplättchen St 12.03 der Größe 80 x 20 mm in Wechseltauchversuchen untersucht, die sich jeweils über 19 Tage erstrekken, und zwar mit folgenden Intervallen: 4 h Tauchen -2 h Luft - 2 h Tauchen - 16 h Luft. Danach werden die Plättchen mit inhibierter Chlorwasserstoffsäure chemisch entrostet und jeweils das Gewicht bestimmt.
• Gewichts- Korrosionsabnahme schutz in g/m2- Tag in% pastenförmiges Mittel 1,58 0 gemäß Beispiel 1 ohne Zusatz (Vergleich) pastenförmiges Mittel 0,58 63,3 gemäß Beispiel 1 (Erfindung) Beispiel 4 (Penetration) Die Penetrationsmessungen werden mit einem Penetrometer nach DIN 51 804 mit einem Gesamtgewicht des Konus und des Fallstabes von 62,5 g durchgeführt.
• Es werden folgende Ergebnisse erhalten: Penetration in 10-l mm nach Ablauf von Tagen 1 2 5 7 14 21 28 pastenförmiges 328 326 325 324 325 329 336 Mittel gemäß Beispiel 1 ohne Zusatz (Vergleich) pastenförmiges 388 386 378 380 382 384 388 Mittel gemäß Beispiel 1 (Erfindung) Beispiel 5 (Ruhe- und Walkpenetration) Nach den Angaben in Beispiel 4 werden Messungen der Ruhepenetration und der Penetration nach der jeweils angegebenen Walkzeit an je einem pastenförmigen Mittel gemäß Beispiel 1 einmal ohne Zusatz und einmal mit dem erfindungsgemäßen Zusatz durchgeführt.
• Das Walken der Paste wird mit einem gultiquirl bewirkt, der auf Stufe 3 geschaltet ist. Hierbei werden tolgende Penetratlonswerte in L10-1 mml gemessen: Pastenförmiges Mittel ohne Zusatz gemäß (Vergleich) Erfindung Ruhepenetration 320 370 nach 24 h Ruhezeit Penetration nach einer Walkzeit von 5 min 327 377 10 min 326 375 20 min 328 378 40 min 330 375 Beispiel 6 (Förderverhalten) Die pastenförmigen Mittel gemäß Beispiel 1, einmal ohne und einmal mit Zusatz, werden mittels Pumpen über eine 5 km lange Rohrleitung DN 40 gepumpt.
• Der erforderliche Pumpendruck beträgt bei dem pastenförmigen Mittel ohne Zusatz (Vergleich) 300 bar, und bei dem pastenförmigen Mittel mit Zusatz gemäß der Erfindung nur 160 bar.
• Aus einer 1000m langen Falleitung nach untertage kann das pastenförmige Mittel mit Zusatz gemäß Beispiel 1 (Erfindung) über eine 2000 m lange horizontale Leitung ohne Einsatz von Pumpen verspritzt werden.
• Das pastenförmige Mittel gemäß Beispiel 1 ohne Zusatz (Vergleich) kann aus der gleichen Anordnung ohne zusätzliche Pumpen nicht verspritzt werden.
• Beispiel 7 (Haftvermögen) Nach Beispiel 1 hergestellte pastenförmige Mittel ohne Zusatz (Vergleich) und mit einem Zusatz werden in 2 mm starker Schicht je auf eine senkrecht stehende aufgerauhte Gqlasplatte aufgebracht und nach 24 h Standzeit die abgelaufenen Mengen gemessen. Folgende Ergebnisse werden erhalten: Ruhepenetration Abgelaufene in 10-1 mm Menge in % pastenförmiges Mittel 328 25,5 ohne Zusatz (Vergleich) mit erfindungsgemäßem 380 25,6 Zusatz

Claims (1)

1. Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung von pastenförmigen Mitteln zum Binden von Staub im Kohlenbergbau durch Verrühren einer Mischung aus einer wäßrigen Magnesiumchloridlösung mit Calciumhydroxid zu einem gelartigen Trägerstotf, in den anschließend die wäßrige Lösung eines hygroskopischen Salzes oder eines Gemisches solcher Salze und eines Netzmlttels eingerührt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das pastenförmige Mittel bis zu 0,2 Gew.-X an flüssigen, sauren Natrlumsalzen von mehrbasischen Phosphonocarbonsäuren eines pH-Wertes von 1 bis 2 eingerührt werden.

   Für die Staubbindung, insbesondere im Kohlenbergbau, sind sogenannte Salzpasten bekannt, die gebräuchlicherweise einen gelartigen Trägerstoff, wie beispielsweise gelartiges Erdaikallhydroxid, und darin inkorporiert die wäßrige Lösung hygroskopischer Salze, wie beispielsweise Calcium- und/oder Magnesiumchlorid, sowie von nicht lonogenen Netzmitteln enthalten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Salzpasten nach dem Ausbringen, insbesondere In Gruben hoher Luftfeuchtigkeit, die in der Grube befindlichen und aus Metall bestehenden Ausbauteile und Maschinen korrodierend angreifen.

   Diese im wesentlichen unerwünschte Korrosion kann nach der DE-OS 1492457 dadurch vermindert werden, daß den Salzpasten ein Korrosionsschutzmittel - zugesetzt wird, das den gelartigen Zustand der Salzpaste nachteilig nicht beeinflußt. Als einziges Korrosionsschutzmittel wird in dieser Veröffentlichung Natriumnitrit benannt, das in Mengen von 1 Gew.-% - bezogen auf das Gewicht der Paste - zugesetzt werden soll.

   Auch Borax ist bereits als Korrosionsinhibitor tür Calciumchloridlösungen, die mit Metallen in Berührung kommen, in einer Veröffentlichung in »The crown« 38 (Mai 1949), Seite 13, empfohlen worden.

   Hieraus haben Fachleute den Schluß gezogen, daß Borax auch in den Salzpasten zum Binden von Staub von Korrosionsschutzmittei wirksam sein müsse. Durch entsprechende Versuche ist jedoch festgestellt worden, daß sowohl Borax als auch andere bekannte Korrosionsinhibitoren, wie beispielsweise Nitride, Chromate und Amine, sich nachteilig auf die Konsistenz der Salzpasten auswirken.

   Aus diesem Grund lehrt die DE-PS 21 61 046, zur Herstellung einer Salzpaste Erdalkali- oder Alkalihydroxid und Guar-Gum in einer wäßrigen Magnesium- und/oder Calciumchloridlösung zu verrühren und dann Netzmittel und Wasser zuzugeben, worauf das Gemisch bis zum Erreichen der gewünschten Konsistenz weitergerührt wird. Wesentlich tür dieses Verfahren ist, daß dem Gemisch nach Beginn und vor dem Ende dieses Weiterrührens Borax in einer Menge von 5 Gew.-%, vorzugsweise 2,5 Gew.-%, zugesetzt wird. Die Konsistenz der Salzpaste wird hier nachteilig nicht beeinflußt, da Borax mit Guar-Gum eine gelartige Komplexverbindung bildet, wie beispielsweise einer Veröffentlichung in »TAPPI« 36 (Januar 1953), Seiten 53 ff., zu entnehmen ist.

   Nach der DE-PS 21 61 046 muß die Paste jedoch durch eine bestimmte Maßnahmenfolge erzeugt und in deren Verlauf das Borax zwischen zwei Maßnahmen dieser Maßnahmenfolge in die entstehende Paste. eingerührt werden. Die Ruhepenetration dieser Paste beträgt 331x10 mm, und im Vergleich zu einer sonst gleich zusammengesetzten Salzpaste ohne Borax wird durch den Zusatz von 2,5 Gew.-% Borax eine Korrosionsschutzwirkung von 71 bis 75% erreicht. Die an sich durch den Borax-Zusatz bewirkte Verschlechterung der Pastenkonsistenz wird bei gleichzeitiger Anwesenheit des Guar-Gum eines anderen durch Borax koagulierbaren organischen Quellstoffs offenbar dadurch aufgehoben, daß durch die Wechselwirkung zwischen dem Borax und dem Guar-Gum der Gelzustand der Paste gegen mechanische Beanspruchung stabilisiert wird. Diese Stabilisierung ist daraus erkennbar, daß die Werte der anfänglich gemessenen Ruhepenetration der Paste auch nach längerem Walken der Paste relativ konstant bleiben.

   Es hat sich jedoch gezeigt, daß dadurch auch die Pump- und Fließfähigkeit der Paste beeinträchtigt sein kann, und zwar mit der unerwünschten Folge, daß die Paste nur unter erheblichen technischen Schwierigkeiten und mit hohem Pumpendruck, der bis zu 300 bar betragen kann, durch längere Rohrleitungen gefördert werden kann.

   Theoretisch könnten die Fließfähigkeit und die Penetrationswerte von gelartigen hygroskopischen Salzpasten zur Staubblndung im Kohlenbergbau durch Verminderung ihres Feststoffgehalts gesteigert werden. Damit würde jedoch eine Verminderung der Gelstabilität und damit der Paste selbst einhergehen, die auch eine verminderte Haftlähigkeit der Paste zur Folge hat. Erfahrungsgemäß ist eine Paste mit einer Penetration von etwa 360 x 10-' mm gut fließfähig und hat eine gute Gelstabilität, die auch eine befriedigende Haftfähigkeit der Paste gewährleistet. Bei höheren Penetrationswerten wird die Paste instabil und scheidet sogar beim Stehen bereits Lösung aus. Eine mechanische Beanspruchung, wie die Paste beispielsweise in Pumpen ausgesetzt ist, führt zu einer weitgehenden Zerstörung der Gelstruktur und damit zu einem praktisch vollkommenen Verlust der Haftiähigkeit der Paste. Pasten mit Penetrationswerten von unter 360 x 10-1 mm können nur unter sehr hohem Pumpendruck über kurze Rohrleitungen gefördert werden und sind mit weiter abfallenden Penetrationswerten schließlich überhaupt nicht mehr durch Rohrleitungen zu transportieren.

   Es wurde daher nach Herstellungsmöglichkeiten tür eine Paste mit einem Gehalt an Korrosionsschutzmitteln gesucht, die sich gut und mit niedrigem Pumpendruck durch lange Rohrleitungen fördern läßt, ohne daß dabei die Gelstruktur der Paste zerstört wird.

   Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von pastentörmigen Mitteln zum Binden von Staub im Kohlenbergbau durch Verrühren einer Mischung aus einer wäßrigen Magnesiumchloridlösung mit Calciumhydroxid zu einem gelartigen Trägerstoff, in den anschließend die wäßrige Lösung eines hygroskopischen Salzes oder eines Gemisches solcher Salze und eines Netzmittels eingerührt wird, gefunden. Erfindungsgemäß ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß in das pastenförmige Mittel bis zu 0,2 Gew.-% an flüssigen, sauren Natriumsalzen von mehrbasischen Phosphonocarbonsäuren eines pH-Wertes von 1 bis 2 eingerührt werden.