DE4402743C1 - Füll- und Baustoff zum Befüllen von Bergwerksschächten und zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund sowie ein Verfahren zur Herstellung des Baustoffs - Google Patents

Füll- und Baustoff zum Befüllen von Bergwerksschächten und zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund sowie ein Verfahren zur Herstellung des Baustoffs

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Füll- und Baustoff zum Befüllen von Bergwerksschächten und zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Baustoffes.
Das zur Herstellung von H₂SO₄ benötigte SO₂ wird nach einem herkömmlichen Verfahren durch Umsetzung von FeSO₄ mit Kohle nach einer Spaltung des FeSO₄ beliebiger Herkunft bei etwa 1000°C gemäß der folgenden Gleichung erhalten:
2 FeSO₄ + C → 2 SO₂ + CO + Fe₂O₃
Der Rückstand (Fe₂O₃), der bei der H₂SO₄-Herstellung über diese Spaltung anfällt, wird Spaltabbrand genannt.
Nach einem anderen herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von H₂SO₄ wird das benötigte SO₂ durch Rösten von Pyrit nach der folgenden Gleichung erhalten:
2 FeS + 5,5 O₂ → 4 SO₂ + Fe₂O₃
Der Rückstand (Fe₂O₃) wird Pyritabbrand genannt. Es können hierbei auch Gemische aus Pyrit und FeSO₄-haltigen Stoffen eingesetzt werden.
Die bei den vorstehend erwähnten Verfahren anfallenden Rückstände, nämlich die Abbrände, weisen als Hauptbestandteil Eisenoxid auf. Daneben weisen die Abbrände in geringen Mengen Schwermetalloxide auf. Eine direkte industrielle Verwertung, daher eine Verwendung dieser Abbrände, ist aufgrund der Eluierbarkeit der enthaltenen Schwermetalle in Wasser nur begrenzt möglich. Die direkte industrielle Verarbeitung ist aufgrund der hohen Feinheit der Abbrände zusätzlich eingeschränkt. Die Abbrände werden zur Zeit weitestgehend deponiert, was hohe Kosten verursacht.
Stillgelegte Bergwerksschächte werden gegenwärtig zur Sicherung der Dauerstandsicherheit durch Einbringen von hydraulisch erhärtbarem Füllgut befüllt. Das erhärtbare Füllgut besteht aus Zement und einem Füllstoff mit hydraulischen Eigenschaften, wie z. B. Steinkohleasche. Dabei werden große Mengen an Zement und Steinkohleasche verbraucht.
Die Abdichtung und Verfestigung von Baugrund erfolgt mit einer Zementsuspension, der Bentonit zugesetzt sein kann.
Aus der DE-OS 20 43 747 ist ein Verfahren zum Herstellen von Zementen bekannt. Dabei wird zu anderen Materialien auch Pyritabbrand als Eisenoxidverbindung zu der Mischung zugegeben.
Aus der DE-OS 14 71 133 ist ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Konglomeraten, welche durch Zement gebunden sind, bekannt. Dabei wird der Zement mit einem wasserfreien Aluminiumsilikat und einem pulverförmigen Eisenoxid vermischt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur direkten Verarbeitung des Rückstandes aus der H₂SO₄-Herstellung und ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung eines Füll- und Baustoffs zum Befüllen von Bergwerksschächten und zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund, der die gesetzlich und bautechnisch geforderten Auflagen erfüllt, bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch einen Füllstoff der eingangs genannten Art gelöst, der aus Eisenoxidverbindungen, die als Rückstand bei der H₂SO₄-Herstellung anfallen, Zement und Flugasche besteht. Ein Teil der erforderlichen Zusatzstoffe und/oder des Zements werden erfindungsgemäß somit durch den Rückstand aus der H₂SO₄-Herstellung, d. h. Abbrand, ersetzt. Der Abbrand wird somit einer direkten industriellen Verarbeitung zugeführt. Dadurch werden Deponiekosten für den Rückstand aus der H₂SO₄-Herstellung gespart und Landschaftsverbrauch vermieden. Die Kosten für den Füllstoff für die Bergwerksschächte und zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund werden gesenkt. Die Zusammensetzungen von Spaltabbrand und Pyritabbrand gehen aus der nachfolgend aufgeführten Tabelle hervor.
Zusammensetzungen der Rückstände aus der H₂SO₄-Herstellung
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Füllstoff, der aus
25 bis 50 Gew. -% Eisenoxidverbindungen, die als Rückstand bei der H₂SO₂-Herstellung anfallen,
15 bis 40 Gew.-% Zement und
35 bis 60 Gew.-% Flugasche
besteht. Der Füllstoff mit dieser Zusammensetzung weist hohe Werte für die Endfestigkeit gemäß den Beton B5-Anforderungen nach DIN 1048 auf.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Füllstoff, der aus
25 bis 35 Gew.-% Eisenoxidverbindungen, die als Rückstand bei der H₂SO₄-Herstellung anfallen,
15 bis 25 Gew. -% Zement und
45 bis 55 Gew. -% Flugasche
besteht. Der Füllstoff mit dieser Zusammensetzung weist besonders hohe Werte für die Endfestigkeit gemäß den Beton B5-Anforderungen nach DIN 1048 auf.
Eine weitere Lösung der Aufgabe ist ein Füllstoff, der aus Eisenoxidverbindungen, die als Rückstand bei der H₂SO₄-Herstellung anfallen, Zement, Flugasche und Ca(OH)₂ besteht. Durch Zugabe von Ca(OH)₂ wird erfindungsgemäß insbesondere der Vanadium-Gehalt im Eluat nach DIN 38 414 (S4-Methode) unterhalb des Grenzwertes 0,2 mg/l herabgesetzt.
Liegt die Vanadium-Extrahierbarkeit über 0,2 mg/l im Füllstoff, so ist erfindungsgemäß die Zugabe von Ca(OH)₂ vorgesehen. Andere kritische Metalle wie Mn, Zn und Pb können erfindungsgemäß ohne den Zusatz von Ca(OH)₂ immobilisiert werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Füllstoff, der aus
25 bis 50 Gew. -% Eisenoxidverbindungen, die als Rückstand bei der H₂SO₄-Herstellung anfallen,
15 bis 35 Gew. -% Zement,
35 bis 55 Gew. -% Flugasche und
 1 bis 10 Gew.-% Ca(OH)₂
besteht. Bei dieser Zusammensetzung für den erfindungsgemäßen Füllstoff werden gute Ergebnisse für die Endfestigkeit gemäß den Beton B5-Anforderungen nach DIN 1048 sowie für die Eluierbarkeit gemäß DIN 38 414 (S4-Methode) erhalten.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Füllstoff, der aus
25 bis 35 Gew.-% Eisenoxidverbindungen, die als Rückstand bei der H₂SO₄-Herstellung anfallen,
15 bis 25 Gew.-% Zement,
45 bis 55 Gew. -% Flugasche und
 1 bis 5 Gew.-% Ca(OH)₂
besteht. Bei dieser Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Füllstoffs werden sehr gute Ergebnisse für die Endfestigkeit gemäß den Beton B5-Anforderungen nach DIN 1048 sowie für die Eluierbarkeit gemäß DIN 38 414 (S4-Methode) erhalten.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Füllstoff, wobei der Zementportland-, Hochofen- oder Tonerdezement ist. Mit diesen Zementsorten werden besonders gute Ergebnisse für die Endfestigkeit gemäß den Beton B5-Anforderungen nach DIN 1048 und für die Eluierbarkeit gemäß DIN 38 414 (S4-Methode) erhalten. Die Zusammensetzungen der Zementsorten gehen aus der nachstehenden Tabelle hervor.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Füllstoff, wobei die Flugasche Wirbelschicht-, Flug- oder Elektrofilterasche aus Steinkohlekraftwerken ist. Mit diesen Flugaschesorten werden sehr gute Ergebnisse für die Endfestigkeit erhalten. Die Zusammensetzungen dieser Flugaschesorten gehen aus den nachstehend aufgeführten Tabellen hervor.
Elektrofilterasche
Gew.-%
SiO₂
47-53
Al₂O₃ 26-30
Fe₂O₃ 6-8
CaO 2,4-3,0
MgO 1,9-2,5
K₂O 3,0-4,6
Na₂O 0,6-1,1
Wirbelschichtasche aus
Steinkohlekraftwerken
Gew.-% Glühverlust (1 h/1100°C) 3-6
SiO₂ 50-55
Al₂O₃ 22-26
Fe₂O₃ 5-7
TiO₂ 1-1,5
CaO 4-6
MgO 1,5-2
K₂O 4-5
Na₂O 1
Wirbelschichtasche aus
Steinkohlekraftwerken
Gew.-% Sgesamt 1-2,5
SO₃ 3-5
Cl 0,1
F 0,1
C 0,1-0,5
Mn₂O₃ 0,072
ZnO 0,058
Cr₂O₃ 0,023
P₂O₅ 0,02
Steinkohleflugasche
Gew.-%
SiO₂
47-54
Al₂O₃ 25-29
Fe₂O₃ 7-11
CaOgesamt 0,9-4,6
CaOfrei 0,01-0,95
MgO 1,0-2,4
SO₃ 0,2-1,4
K₂O 3,0-4,5
Na₂O 0,7-1,1
Cl⁻ 0,00-0,01
Glühverlust 1,0-5,0
NH₃ 0,0090-0,0099
Erfindungsgemäß ist ein Baustoff vorgesehen, der aus 65 bis 85 Gew.-% des erfindungsgemäßen Füllstoffs und aus 15 bis 35 Gew.-% Wasser besteht. Ein Baustoff fällt erfindungsgemäß bei dieser Zusammensetzung als eine besonders gut zu verarbeitende pumpfähige Suspension oder Paste an. Der Baustoff wird erfindungsgemäß zum Befüllen (Verfüllen) von Bergwerksschächten und zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund verwendet und zeigt Eigenschaften, mit denen der Baustoff den gesetzlich geforderten Auflagen und Bestimmungen im Hinblick auf die Endfestigkeit und Eluierbarkeit voll gerecht wird. Der erfindungsgemäße Baustoff kann unter der Verwendung von erheblichen Mengen an Rückstand aus der H₂SO₄-Herstellung erzeugt werden und den zur Zeit verwendeten teueren Baustoff voll ersetzen. Darüber hinaus werden hohe Deponiekosten für den Rückstand aus der H₂SO₄-Herstellung eingespart und Landschaftsverbrauch vermieden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Baustoff, der aus 70 bis 80 Gew.-% des Füllstoffs und 20 bis 30 Gew.-% Wasser besteht. Dieser Baustoff fällt als eine besonders gut zu verarbeitende pumpfähige Suspension oder Paste an.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung eines Baustoffs vorgesehen, wobei
  • a) der erfindungsgemäße Füllstoff hergestellt wird, indem die Bestandteile 5 bis 20 Minuten homogenisiert werden und
  • b) zu dem homogenisierten Gemisch Wasser dosiert wird und das Gemisch 5 bis 10 Minuten homogenisiert wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren, wobei in der Verfahrensstufe (a) Zement und Flugasche gemischt werden und das Gemisch dann mit dem Rückstand aus der H₂SO₄-Herstellung oder mit dem Rückstand aus der H₂SO₄-Herstellung und Ca(OH)₂ vermischt wird.
Die Erfindung wird anhand eines Beispiels weiter erläutert.
Beispiel
4,2 kg Spaltabbrand, enthaltend 20 Gew.-% Wasser, 5,5 kg Wirbelschichtasche, 2,2 kg Hochofenzement und 0,5 kg Ca(OH)₂ wurden in einen Zwangsmischer gegeben und 7 Minuten bei 25°C homogenisiert. Zu dem homogenisierten Gemisch, das 12,4 kg wog, wurden 3,1 kg Wasser dosiert. Das Gemisch wurde 5 Minuten homogenisiert. Die Paste wurde in Formen mit den Ausmaßen 40 mm × 40 mm × 160 mm gegossen. Nach einer Erhärtungszeit von 28 Tagen erfüllten die Formkörper die Beton B5-Anforderungen nach DIN 1048 mit einem Mittelwert für die einaxiale Druckfestigkeit von 15,0 N/cm². Der zeitliche Verlauf der Erhärtung der Formkörper geht aus der Tabelle hervor. Die verfestigten Formkörper entsprachen in ihrer Eluierbarkeit den Anforderungen nach DIN 38 414 (S4-Methode).
einaxiale Druckfestigkeit
Erhärtungszeit
Mittelwert
N/cm² Tage 1,7 3
9,2 7
11,8 14
15,0 28

Claims (10)

1. Füllstoff zum Befüllen von Bergwerksschächten und zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund, bestehend aus Eisenoxidverbindungen, die als Rückstand bei der H₂SO₄-Herstellung anfallen, Zement und Flugasche.
2. Füllstoff nach Anspruch 1, bestehend aus: 25 bis 50 Gew. -% Eisenoxidverbindungen, die als Rückstand bei der H₂SO₄-Herstellung anfallen,
15 bis 40 Gew. -% Zement und
35 bis 60 Gew. -% Flugasche.
3. Füllstoff zum Befüllen von Bergwerksschächten und zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund, bestehend aus Eisenoxidverbindungen, die als Rückstand bei der H₂SO₄-Herstellung anfallen, Zement, Flugasche und Ca(OH)₂.
4. Füllstoff nach Anspruch 3, bestehend aus: 25 bis 50 Gew. -% Eisenoxidverbindungen, die als Rückstand bei der H₂SO₄-Herstellung anfallen,
15 bis 35 Gew. -% Zement,
35 bis 55 Gew. -% Flugasche und
 1 bis 10 Gew.-% Ca(OH)₂.
5. Füllstoff nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei der Zementportlandzement, Hochofenzement oder Tonerde Zement ist.
6. Füllstoff nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei die Flugasche Wirbelschicht-, Flug- oder Elektrofilterasche aus Steinkohlekraftwerken ist.
7. Baustoff zum Befüllen von Bergwerksschächten und zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund, bestehend aus 65 bis 85 Gew.-% eines Füllstoffes gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 und aus 15 bis 35 Gew.-% Wasser.
8. Baustoff nach Anspruch 7, bestehend aus 70 bis 80 Gew. -% eines Füllstoffs, gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 und aus 20 bis 30 Gew.-% Wasser.
9. Verfahren zur Herstellung eines Baustoffs nach den Ansprüchen 7 und 8, wobei
  • a) ein Füllstoff gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 hergestellt wird, indem die Bestandteile 5 bis 20 Minuten homogenisiert werden,
  • b) zu dem gemäß Verfahrensstufe (a) homogenisierten Gemisch Wasser dosiert wird und das Gemisch 5 bis 10 Minuten homogenisiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in der Verfahrensstufe (a) Zement und Flugasche vermischt werden und das Gemisch dann mit Eisenoxidverbindungen, die als Rückstand aus der H₂SO₄-Herstellung anfallen, oder mit Eisenoxidverbindungen, die als Rückstand aus der H₂SO₄-Herstellung anfallen, und Ca(OH)₂ vermischt wird.
DE4402743A 1994-01-30 1994-01-30 Füll- und Baustoff zum Befüllen von Bergwerksschächten und zum Abdichten und Verfestigen von Baugrund sowie ein Verfahren zur Herstellung des Baustoffs Expired - Fee Related DE4402743C1 (de)

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