EP1690658B1 - Verwendung von Pellets auf tonmineralischer Basis - Google Patents

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EP1690658B1
EP1690658B1 EP06002715.8A EP06002715A EP1690658B1 EP 1690658 B1 EP1690658 B1 EP 1690658B1 EP 06002715 A EP06002715 A EP 06002715A EP 1690658 B1 EP1690658 B1 EP 1690658B1
Authority
EP
European Patent Office
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pellets
roller
coarse grains
rollers
starting material
Prior art date
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Revoked
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EP06002715.8A
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English (en)
French (fr)
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EP1690658A2 (de
EP1690658A3 (de
Inventor
Annette Dipl.-Geologin Krause
Franz Josef Dipl.-Ingenieur Gassmann
Alexander Dipl.-Ingenieur Mangstl
Dietrich Dr. Dipl.-Chemiker Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Imertech SAS
Original Assignee
S & B Industrial Minerals GmbH
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Publication date
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Publication of EP1690658A3 publication Critical patent/EP1690658A3/de
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Publication of EP1690658B1 publication Critical patent/EP1690658B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/16—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using pocketed rollers, e.g. two co-operating pocketed rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B3/00—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
    • B28B3/12—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein one or more rollers exert pressure on the material
    • B28B3/14—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein one or more rollers exert pressure on the material with co-operating pocketed rollers
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/34—Disposal of solid waste
    • G21F9/36—Disposal of solid waste by packaging; by baling

Definitions

  • the invention relates to the use of pellets on a clay mineral basis, for sealing, for example, shafts, radioactive final deposits, heaps, landfills or the like, after which pre-compressed fine-grained starting material and then between at least two opposing and equipped with a respective profiling in the form of pellet forms on their surface rolls is finally pressed to the pellets that they have a grain density of more than 1.5 g / cm 3 .
  • EP 0 568 430 A1 discloses the features of the preamble of claim 1, or DE 693 03 539 T2 , This is primarily a so-called clogging or sealing material, with the help of radioactive waste can be stored easily.
  • a Tangentialckenver emphasizer For this purpose, among other bentonite powder is compacted as a starting material in a Tangentialckenverêtr.
  • This compressor is formed by a feed hopper, in the interior of which an Archimedean screw compacts the clay powder in question.
  • the compacted clay powder flows between two tangential wheels whose outer surface is provided with honeycomb cells. In this way, the compacted clay powder is transferred by the pressure exerted by the wheels in lumpy clay platelets.
  • green granules which are used to cover heaps, in particular salt heaps in accordance with the DE 199 37 270 C2 is used.
  • the components of the granulate used are essentially settable ashes from incineration plants and other fillers. These fillers include clay alumina. The individual components are converted by mixing into the crumbly green granules of low cohesion at humidities of 10 to 30%.
  • This device consists of a pair of rollers and a shaft arranged above this, which serves the task of the goods on the rollers.
  • the roller pair is designed so that one shaft is held in conventional bearings while the other shaft is movably supported in known manner in bearings of special design. As a result, an automatic centering is to be achieved and can adjust the contact pressure between the press rollers.
  • JP 61133133 A It is about the processing of liquid radioactive waste, which is first dried and then processed into pellets.
  • a device with a fixed roller and a spring-loaded floating roller is provided.
  • the state of the art can not satisfy in all respects.
  • the pellets are according to the DE 689 12 138 T2 due to their low clay mineral content hardly suitable to be able to provide covers or seals of heaps, deposits or the like.
  • the handling of the green granules after the DE 199 37 270 C2 consuming or can be applied only to the dump contour. Stable and sealed floor seals can not be realized hereby.
  • DE 693 03 539 T2 It is noticeable that the clay tiles made with it can hardly be flexibly adapted to different requirements.
  • sealing wall compounds which serve to seal landfills or below chemical factories and prevent the escape of pollutants, in particular in the groundwater.
  • the respective landfills or contaminated soil areas are usually enclosed with vertical sealing walls, which extend to depths of impermeable soil layers.
  • Self-hardening thixotropic suspensions of swellable clay materials are used as the sealing wall masses, as they are exemplified in US Pat DE 198 43 092 C2 to be discribed. In this regard, the suspension in question is generally filled into excavated vertical slot walls and solidifies therein.
  • the invention aims to provide a total remedy.
  • the invention is based on the technical problem of further developing such use so that the pellets produced are suitable in particular for horizontal pollutant sealing and can be manufactured flexibly in accordance with the various requirements.
  • the invention is the use of pellets clay mineral base according to claim 1.
  • the Loswalze is moved by means of the connected linear actuators or hydraulic cylinder relative to the fixed roller to the variation of the nip to adjust the grain density and the shape of the coarse grains.
  • the grain density may in particular be more than 2.0 g / cm 3 , preferably more than 2.1 g / cm 3 .
  • pellets or coarse grains which contain a clay mineral as the main constituent. That is, the clay mineral is present in a concentration of more than 50 wt .-%, in particular more than 70 wt .-% in each coarse grain.
  • non-clay mineral-based fillers may additionally be added, for example gypsum and / or potassium sulfate and / or magnesium sulfate, optionally blast furnace slag, soda ash or other inert fillers which, like the main clay mineral-based component, are available as pulverulent to fine-grained product and dry can be added to the starting material.
  • the starting material regularly has a bulk density below 1.5 g / cm 3, preferably less than 1.3 g / cm 3, and most preferably has a bulk density of less than 1.0 g / cm 3 . If predominantly bentonite is used as the fine-grained starting material, bulk densities of from 0.7 to 0.8 g / cm 3 are even observed.
  • the grain density of the finished coarse grains can be derived as usual from the specific gravity, while the bulk density of the starting material follows from the specific gravity in bulk. In addition, reference is made to DIN 18124 with regard to the determination of the grain density.
  • the pre-compression of the starting material may result from the fact that the starting material passes by gravity into the nip between the two counter-rotating rollers. On the foot side of a mostly funnel-shaped supply device, a corresponding pressure (similar to a liquid column) is already achieved by this arrangement and due to gravity, and the desired precompression is made available. Additionally or alternatively, the starting material can also be pre-compressed by a plug screw in the feeder. This plug screw accesses one or more screw flights, which are arranged helically around a drive shaft.
  • the rollers are equipped with the profiled surface.
  • the profiling in conjunction with the nip, predetermines the shape of the coarse grains and their density.
  • the profiling with corresponding formations is usually selected such that the coarse grains produced are spherical or ellipsoidal and have a diameter or a major axis length of more than approximately 10 mm, preferably more than approximately 15 mm and in particular more than approximately 20 mm, exhibit.
  • the main axis is characterized according to the general language control the longest of the three half-axes of an ellipsoid.
  • the inventive concept also includes coarse grains, the no have strictly spherical or ellipsoidal shape, but represent hybrids.
  • the powdery to fine-grained starting material is present in a grain size with grain sizes below 10 mm, in particular less than 7 mm and preferably less than 5 mm.
  • the starting material is dry compacted between the two counter-rotating rollers or in a compacting unit following the feeding device.
  • a binder or a binder mixture is conceivable, at which point preference is given to using a bentonite suspension in water.
  • the coarse grains are regularly subjected to pressure and / or impact for quality testing. In this way, faulty coarse grains can be easily separated. Such coarse grains occur, for example, when, as a result of a roll deflection, the required pressure in the nip is no longer produced in order to achieve the necessary grain density of the coarse grains of more than 1.5 g / cm 3 , in particular more than 2.0 g / cm 3 . preferably more than 2.1 g / cm 3 to represent.
  • the pressure or impact exposure can be realized by the compacted coarse grains are passed over a shaker plate. Alternatively, the coarse grains can be pressed against each other or beaten between two sheets. Either way, the pressure and / or impact ensures that insufficiently dense coarse grains with cavities, cracks, etc. are discharged inside.
  • the finished coarse grains are sieved, so that previously crushed coarse grains, chipped edges, etc. fall through the sieve and only suitable for the subsequent processing finished coarse grains with the desired grain density remain on the screen.
  • the screen is equipped with a mesh size which is smaller than the diameter or the major axis length of the coarse grains, that is below 10 mm.
  • source coarse grains are prepared from a low bulk density starting material having a grain density of greater than 1.5 g / cm 3 , more preferably greater than 2.0 g / cm 3 , Coarse grains that do not have this grain density are identified by simple impact and / or pressure and can be easily screened out.
  • source-shaped coarse grains, in particular pellets are supplied, which can be used particularly advantageously when used as a shaft seal. Also final disposal sites for radioactive waste can be sealed hereby advantageous. Similarly heaps, landfills or the like.
  • coarse grains 1b are not limited to spherical-to-ellipsoidal clay-mineral-based pellets 1b, namely those made from predominantly bentonite. This can happen to act calcium or sodium bentonite or a mixture. In any case, the bentonite is more than 70% by weight in the coarse grains 1b, it also being possible in principle for further additives such as stone meal, cement, gypsum, aluminum sulfate, quartz sand, etc. to be present.
  • the starting material 1a is fine-grained or has a fine grain and has a grain size with grain sizes below 10 mm, in particular less than 7 mm and preferably less than 5 mm.
  • the starting material 1 a is dry compacted, in the device as in Fig. 1 is shown. In principle, however, the addition of a binder or a binder mixture, such as a cement suspension, conceivable and is encompassed by the spirit.
  • the starting material is first filled into a funnel 2, which has a stuffing screw 3, 4 on the output side.
  • the stuffing screw 3, 4 is composed in the embodiment of a substantially vertically arranged drive shaft 3 and a connected to the drive shaft 3 helical worm wing 4 or more screw flights 4 together.
  • the plug screw 3, 4 With the help of the plug screw 3, 4, the filled into the hopper 2 starting material 1a is pre-compressed.
  • a further factor contributing to this is the fact that at the outlet 5 of the funnel 3 the starting material 1a already has an increased pressure due to gravity.
  • the fine-grained starting material 1 a is pressed together using high pressures to a lumpy good, namely the coarse grains 1 b or pellets 1 b.
  • the pre-compression takes place by gravity as well as by the plug screw 3, 4.
  • two oppositely rotating rollers 6, 7 are realized.
  • the precompressed starting material 1a is guided into a nip 8 between the two rollers 6, 7 and pressed in the nip 8.
  • the two rollers 6, 7 are rotatably supported in a press frame 9 and driven. In each case lateral abutments 10, 11 are used to absorb the pressing force.
  • the right roller 7 in the embodiment according to Fig. 1 is movably mounted and consequently formed as a Loswalze 7 and can be laterally to the variation of the nip 8 with respect to the hard roller 6 back and forth, as the double arrow in Fig. 1 suggests.
  • hydraulic cylinders 12 are provided or comparable linear positioning elements 12 can be realized which ensure the lateral movement of the roller 7 and the variation of the nip 8. Both rollers 6, 7 can be adjusted via eccentric in the axial direction, but this is not mandatory.
  • the linear actuators or hydraulic cylinders 12 and a related pressure generating device 13 are acted upon by a control device 14, which monitors and controls the entire process.
  • the necessary hydraulic pressure in the pressure generating unit 13 is provided by means of a gear pump, wherein additionally a nitrogen-filled memory is provided to provide shock loads in the nip 8, the necessary flexibility of the rollers 6, 7 against each other.
  • Automatic regulation in the control device 14 influences the addition of the starting material 1a into the hopper 2 or its flow rate. In this way, changes in the properties of the starting material 1a can be taken into account in order to be able to keep the product quality of the coarse grains 1 b produced constant.
  • the speed of the plug screw 3, 4 is controlled by the control device 14 accordingly.
  • the current consumption of a roller drive, not expressly shown, for the rollers 6, 7 serves as a setpoint.
  • the control device 14 reduces the speed of the screw conveyor 3, 4 accordingly and vice versa ,
  • the hopper 2 forms with the plug screw 3, 4 and the outlet a feeding device 2, 3, 4, 5 for the fine-grained starting material 1a, while the rollers 7, 8 one of the feeding device 2, 3, 4, 5 following compacting unit 7, 8th represent, which compresses the starting material 1 a to the coarse grains 1 b.
  • the rollers 6, 7 have on their surface a profiling in the form of pellet molds 15, 16. With the aid of the control device 14 and the roller drive, the two rollers 6, 7 are controlled, that in the nip 8 in the compression each two pellet molds 15, 16 are opposite and so the starting material to the ellipsoidal coarse grains 1 b (dry) is compressed.
  • the rollers 6, 7 may be made in one piece or be constructed of interconnected in the axial direction of roller rings.
  • the nip 8 is adjusted by means of the linear adjusting device 12 so that the coarse grains 1b thus produced have a particle density of more than 1.5 g / cm 3, in particular more than 2.0 g / cm 3, and preferably more than 2 , 1 g / cm 3 .
  • the respective grain density can be checked with known methods for density determination, for example by determining the weight of the respective coarse grain 1b by means of an (electronic) balance and at the same time its displacement in a liquid.
  • the compacting unit 6, 7 is followed by a pressure / impact device 17, 18.
  • this is an optional conveyor belt 17, which transfers the finished coarse grains 1b to a vibrating plate 18, which performs movements in the direction indicated by a double arrow.
  • the coarse grains 1b on the vibrating plate 18 are subjected to a combined pressure and impact action, which leads directly to the fact that insufficiently compressed coarse grains 1b with crumbs or voids inside, for example, crumble or disintegrate.
  • protruding edges of the coarse grains 1 b are ground down.
  • the sieve device 19 has one or more sieves whose mesh size is adapted to the size of the coarse grains 1 b so that they can be discharged without difficulty. In fact, one will work here with mesh sizes of about 10 to 15 mm.
  • a preferred field of application of the coarse grains 1b produced is to seal a shaft 20 after its decommissioning.
  • a horizontal layer of the coarse grains 1 b is introduced into the shaft 20 approximately at a height in which water-impermeable layers 21 are found, so that the groundwater level adjusts to comparable values after the shaft closure, as is the case without shaft 20.
  • a water-conducting layer 22 located above the water-impermeable layers 21 results in the swellable coarse grains 1 changing their size as desired and providing the watertight horizontal termination of the shaft 20.
  • the coarse grains 1 b are known to be able to carry out a so-called intracrystalline swelling, which is associated with a corresponding material expansion.
  • the initially loose bulk composite of the individual coarse grains 1 b in the shaft 20 after swelling forms a continuous, water-impermeable layer which directly adjoins the natural, water-impermeable layers 21.

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Description

  • Die Erfindung betrifft die Verwendung von Pellets auf tonmineralischer Basis, zur Abdichtung von beispielsweise Schächten, radioaktiven Endlagerstätten, Halden, Deponien oder dergleichen, wonach feinkörniges Ausgangsmaterial vorverpresst und anschließend zwischen zumindest zwei gegenläufigen und mit einer jeweiligen Profilierung in Form von Pelletformen an ihrer Oberfläche ausgerüsteten Walzen so zu den Pellets endverpresst wird, dass diese eine Korndichte von mehr als 1,5 g/cm3 aufweisen.
  • Die eingangs beschriebene Verwendung ist Gegenstand der EP 0 568 430 A1 , der die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 offenbart, bzw. DE 693 03 539 T2 . Hier geht es primär um ein sogenanntes Verstopfungs- bzw. Dichtmaterial, mit dessen Hilfe radioaktive Abfälle problemlos gelagert werden können.
  • Dazu wird unter anderem Bentonitpulver als Ausgangsprodukt in einem Tangentialräderverdichter kompaktiert. Dieser Verdichter wird durch einen Zuführungstrichter gebildet, in dessen Inneren eine archimedische Schnecke das betreffende Tonpulver verdichtet. Das verdichtete Tonpulver fließt zwischen zwei Tangentialrädern, deren Außenfläche mit wabenartigen Zellen versehen ist. Auf diese Weise wird das verdichtete Tonpulver durch den von den Rädern ausgeübten Druck in stückige Tonplättchen überführt.
  • Daneben ist es durch die DE 689 12 138 T2 bekannt, dass eine Mischung unter Rückgriff auf ein inertes Material aus der Ton, Bentonit, Kaolin oder Mischungen hiervon enthaltenden Gruppe durch Hinzufügen von Wasser in Pastenform gebracht sowie feucht extrudiert und anschließend zur Bildung von Pellets getrocknet wird. Dabei wird die Mischung mit Hilfe von Walzen oder eines Schraubenförderers auf eine Lochplatte ausgetragen und das Erzeugnis durch einen Luftstrom für die Trocknung geführt. Hierdurch wird ein Granulatprodukt als sogenanntes Bodenkorrekturmittel für landwirtschaftliche Anwendungen in Pelletform zur Verfügung gestellt.
  • Daneben kennt man sogenanntes Grüngranulat, welches zur Abdeckung von Halden, insbesondere Salzhalden entsprechend der DE 199 37 270 C2 eingesetzt wird. Als Komponenten des Granulates kommen im Wesentlichen abbindefähige Aschen aus Verbrennungsanlagen sowie weitere Füllstoffe zum Einsatz. Zu diesen Füllstoffen gehört tonartiges Aluminiumoxid. Die einzelnen Komponenten werden durch Mischen in das krümmelige Grüngranulat geringer Kohäsion bei Feuchten von 10 bis 30 % überführt.
  • Durch die DE 1 259 303 B ist eine Vorrichtung zur Pressverformung von pulverförmigem Material bekannt geworden. Diese Vorrichtung besteht aus einem Walzenpaar und einem über diesem angeordneten Schacht, welcher der Aufgabe des Gutes auf die Walzen dient. Das Walzenpaar ist so ausgelegt, dass eine Welle in üblichen Lagern gehalten wird, während sich die andere Welle in bekannter Weise beweglich in Lagern von spezieller Ausbildung abstützt. Dadurch soll eine automatische Zentrierung erreicht werden und sich der Anpressdruck zwischen den Presswalzen einstellen lassen.
  • Im Rahmen der JP 61133133 A geht es um die Aufbereitung von flüssigen radioaktiven Abfällen, die dazu zunächst getrocknet und dann zu Pellets verarbeitet werden. Dazu ist eine Vorrichtung mit einer Festwalze und einer federbeaufschlagten Loswalze vorgesehen.
  • Der Stand der Technik kann nicht in allen Punkten befriedigen. Denn zum einen sind die Pellets entsprechend der DE 689 12 138 T2 aufgrund ihres geringen tonmineralischen Gehaltes kaum geeignet, Abdeckungen bzw. Abdichtungen von Halden, Lagerstätten oder dergleichen zur Verfügung stellen zu können. Zum anderen ist die Handhabung des Grüngranulates nach der DE 199 37 270 C2 aufwendig bzw. lässt sich nur auf die Haldenkontur aufbringen. Stabile und dichte Bodenabdichtungen lassen sich hiermit nicht realisieren. - Im Hinblick auf die DE 693 03 539 T2 fällt auf, dass die damit hergestellten Tonplättchen kaum an verschiedene Anforderungen flexibel angepasst werden können.
  • Darüber hinaus sind sogenannte Dichtwandmassen bekannt, die zur Abdichtung von Deponien oder unterhalb von chemischen Fabriken dienen und den Austritt von Schadstoffen insbesondere in das Grundwasser verhindern. Dazu werden die betreffenden Deponien oder schadstoffbelasteten Bodenbereiche meistens mit vertikalen Dichtwänden umschlossen, die bis in Tiefen undurchlässiger Bodenschichten reichen. Als Dichtwandmassen kommen selbstaushärtende thixotrope Suspensionen aus quellfähigen Tonmaterialien zum Einsatz, wie sie beispielhaft in der DE 198 43 092 C2 beschrieben werden. In diesem Zusammenhang wird die betreffende Suspension im Allgemeinen in durch Aushub erzeugte vertikale Schlitzwände eingefüllt und verfestigt sich hierin.
  • Infolge des zunächst flüssigen Charakters der Suspension eignet sich diese Vorgehensweise nicht dafür, beispielsweise stillgelegte Schächte zu versiegeln. Denn in einem solchen Fall fehlt im Schachtbereich die erforderliche undurchlässige Bodenschicht, welche einen Vertikalabfluss der Suspension zur Herstellung der Dichtwandmasse in tiefere Schichten verhindert. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige Verwendung so weiter zu entwickeln, dass sich die hergestellten Pellets insbesondere zur horizontalen Schadstoffabdichtung eignen und den unterschiedlichen Anforderungen entsprechend flexibel hergestellt werden können.
  • Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung von Pellets auf tonmineralischer Basis nach Anspruch 1. Dabei wird die Loswalze mittels der angeschlossenen Linearstellelemente bzw. Hydraulikzylinder gegenüber der Festwalze zur Variation des Walzenspaltes bewegt, um die Korndichte und die Gestalt der Grobkörner einzustellen. Dabei mag die Korndichte insbesondere mehr als 2,0 g/cm3, vorzugsweise mehr als 2,1 g/cm3 betragen.
  • Erfindungsgemäß werden also Pellets bzw. Grobkörner hergestellt, die als Hauptbestandteil ein Tonmineral beinhalten. Das heißt, das Tonmineral liegt in einer Konzentration von mehr als 50 Gew.-%, insbesondere mehr als 70 Gew.-% im jeweiligen Grobkorn vor. Darüber hinaus können zusätzlich noch Füllstoffe auf nicht tonmineralischer Basis zugegeben werden, beispielsweise Gips und/ oder Kaliumsulfat und/oder Magnesiumsulfat, gegebenenfalls Hochofenschlacke, Soda, Aschen oder andere inerte Füllstoffe, die wie die Hauptkomponente auf tonmineralischer Basis als pulverförmiges bis feingriesiges Produkt zur Verfügung stehen und zum Ausgangsmaterial trocken hinzugemischt werden können.
  • Dabei verfügt das Ausgangsmaterial regelmäßig über eine Schüttdichte unterhalb von 1,5 g/cm3 vorzugsweise weniger als 1,3 g/cm3 und ganz bevorzugt über eine Schüttdichte von unterhalb 1,0 g/cm3 . Sofern als feinkörniges Ausgangsmaterial überwiegend Bentonit eingesetzt wird, werden sogar Schüttdichten von 0,7 bis 0,8 g/cm3 beobachtet. Die Korndichte der fertigen Grobkörner lässt sich dabei wie üblich aus dem spezifischen Gewicht ableiten, während die Schüttdichte des Ausgangsmaterials aus dem spezifischen Gewicht in loser Schüttung folgt. Ergänzend wird im Hinblick auf die Bestimmung der Korndichte auf die DIN 18124 verwiesen.
  • Die Vorverpressung des Ausgangsmaterials kann sich dadurch ergeben, dass das Ausgangsmaterial durch Schwerkraft unterstützt in den Walzenspalt zwischen die beiden gegenläufigen Walzen gelangt. Fußseitig einer zumeist trichterförmigen Zuführvorrichtung wird durch diese Anordnung und infolge der Schwerkraft bereits ein entsprechender Druck (ähnlich einer Flüssigkeitssäule) erreicht und die gewünschte Vorverdichtung zur Verfügung gestellt. Ergänzend oder alternativ kann das Ausgangsmaterial auch durch eine Stopfschnecke in der Zuführvorrichtung vorverpresst werden. Diese Stopfschnecke greift auf ein oder mehrere Schneckenflügel zurück, die wendelförmig um einen Antriebsschaft herum angeordnet sind.
  • So oder so findet anschließend an die Vorpressung der eigentliche Pressvorgang bzw. ein Endverpressen statt, und zwar zwischen den beiden gegenläufigen Walzen. Zu diesem Zweck sind die Walzen mit der profilierten Oberfläche ausgerüstet. Die Profilierung gibt dabei in Verbindung mit dem Walzenspalt die Form der Grobkörner und deren Dichte vor. Üblicherweise wird die Profilierung mit entsprechenden Ausformungen so gewählt, dass die hergestellten Grobkörner kugelförmig bis ellipsoidisch ausgebildet sind und einen Durchmesser bzw. eine Hauptachsenlänge von mehr als ca. 10 mm, vorzugsweise mehr als ca. 15 mm und insbesondere mehr als ca. 20 mm, aufweisen. Die Hauptachse kennzeichnet dabei entsprechend der allgemeinen Sprachregelung die längste der drei Halbachsen eines Ellipsoides. Selbstverständlich werden vom Erfindungsgedanken auch Grobkörner umfasst, die keine streng kugelförmige oder ellipsoidische Gestalt aufweisen, sondern Mischformen darstellen.
  • Demgegenüber liegt das pulverförmige bis feingriesige Ausgangsmaterial in einer Körnung mit Korngrößen unterhalb von 10 mm, insbesondere weniger als 7 mm und vorzugsweise weniger als 5 mm vor. Das Ausgangsmaterial wird zwischen den beiden gegenläufigen Walzen bzw. in einer der Zuführvorrichtung folgenden Kompaktiereinheit trocken verdichtet. Grundsätzlich ist auch der Zusatz eines Bindemittels oder eine Bindemittelmischung denkbar, wobei an dieser Stelle bevorzugt auf eine Bentonitsuspension in Wasser zurückgegriffen wird.
  • Nach ihrer Kompaktierung werden die Grobkörner regelmäßig zur Qualitätsprüfung druck- und/oder schlagbeaufschlagt. Auf diese Weise können fehlerhafte Grobkörner problemlos ausgesondert werden. Solche Grobkörner stellen sich beispielsweise dann ein, wenn infolge einer Walzendurchbiegung nicht mehr der erforderliche Druck im Walzenspalt erzeugt wird, um die notwendige Korndichte der Grobkörner von mehr als 1,5 g/cm3, insbesondere mehr als 2,0 g/cm3, vorzugsweise mehr als 2,1 g/cm3 darstellen zu können. Die Druck- bzw. Schlagbeaufschlagung lässt sich realisieren, indem die kompaktierten Grobkörner über eine Schüttelplatte geführt werden. Alternativ können die Grobkörner auch zwischen zwei Siebtüchern gegeneinander gedrückt bzw. geschlagen werden. So oder so sorgt die Druck- und/oder Schlagbeaufschlagung dafür, dass unzureichend verdichtende Grobkörner mit Hohlräumen, Rissen usw. im Innern ausgeschleust werden.
  • Zu diesem Zweck werden die fertigen Grobkörner gesiebt, so dass zuvor zerschlagene Grobkörner, abgesplitterte Kanten etc. durch das Sieb fallen und nur die für die anschließende Verarbeitung geeigneten fertigen Grobkörner mit der gewünschten Korndichte auf dem Sieb verbleiben. Das setzt voraus, dass das Sieb mit einer Maschenweite ausgerüstet ist, die kleiner als der Durchmesser bzw. die Hauptachsenlänge der Grobkörner ausgebildet ist, also unterhalb von 10 mm liegt.
  • Im Ergebnis wird eine neuartige Verwendung zur Verfügung gestellt, mit deren Hilfe quellförmige Grobkörner aus einem Ausgangsmaterial geringer Schüttdichte hergestellt werden, die über eine Korndichte von mehr als 1,5 g/cm3, insbesondere mehr als 2,0 g/cm3, verfügen. Grobkörner, die diese Korndichte nicht aufweisen, werden durch einfache Schlag- und/oder Druckbeaufschlagung identifiziert und lassen sich problemlos aussieben. Hierdurch werden quellförmige Grobkörner, insbesondere Pellets, geliefert, die sich besonders beim Einsatz als Schachtabdichtung vorteilhaft verwenden lassen. Auch Endlagerstätten für radioaktiven Müll können hiermit vorteilhaft abgedichtet werden. Ebenso Halden, Deponien oder dergleichen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung quellfähiger Grobkörner und
    Fig. 2
    schematisch einen Schacht, der mit den erfindungsgemäßen Grobkörnern bzw. Pellets versiegelt worden ist.
  • In den Figuren ist eine Vorrichtung zur Herstellung quellfähiger Grobkörner 1b dargestellt. Bei diesen Grobkörnern 1 b handelt es sich nicht einschränkend um kugelförmige bis ellipsoidische Pellets 1b auf tonmineralischer Basis, nämlich solche, die aus überwiegend Bentonit hergestellt werden. Hierbei kann es sich um Calcium- oder Natriumbentonit oder auch eine Mischung handeln. Der Bentonit liegt jedenfalls zu mehr als 70 Gew.-% in den Grobkörnern 1b vor, wobei grundsätzlich auch weitere Zusatzstoffe wie Steinmehle, Zement, Gips, Aluminiumsulfat, Quarzsand usw. enthalten sein können.
  • In jedem Fall stellt sich das Ausgangsmaterial 1a feinkörnig bzw. feingriesig dar und verfügt über eine Körnung mit Korngrößen unterhalb von 10 mm, insbesondere weniger als 7 mm und vorzugsweise weniger als 5 mm. Das Ausgangsmaterial 1 a wird trocken kompaktiert, und zwar in der Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Grundsätzlich ist aber auch der Zusatz eines Bindemittels oder einer Bindemittelmischung, beispielsweise einer Zementsuspension, denkbar und wird vom Erfindungsgedanken umfasst. Jedenfalls wird das Ausgangsmaterial zunächst in einen Trichter 2 eingefüllt, welcher ausgangsseitig eine Stopfschnecke 3, 4 aufweist. Die Stopfschnecke 3, 4 setzt sich im Ausführungsbeispiel aus einem im Wesentlichen senkrecht angeordneten Antriebsschaft 3 sowie einem an den Antriebsschaft 3 angeschlossenen wendelförmigen Schneckenflügel 4 oder mehreren Schneckenflügeln 4 zusammen. Mit Hilfe der Stopfschnecke 3, 4 wird das in den Trichter 2 eingefüllte Ausgangsmaterial 1a vorverdichtet. Hierzu trägt ergänzend der Umstand bei, dass am Ausgang 5 des Trichters 3 das Ausgangsmaterial 1 a ohnehin über einen erhöhten Druck infolge der Schwerkraft verfügt.
  • Jedenfalls wird das feinkörnige Ausgangsmaterial 1 a unter Anwendung hoher Drücke insgesamt zu einem stückigen Gut verpresst, nämlich den Grobkörnern 1b bzw. Pellets 1b. Die Vorverdichtung erfolgt dabei durch Schwerkraft sowie durch die Stopfschnecke 3, 4. Zur Endverdichtung des Ausgangsmaterials 1a sind zwei gegensinnig drehende Walzen 6, 7 realisiert. Dabei wird das vorverdichtete Ausgangsmaterial 1a in einen Walzenspalt 8 zwischen den beiden Walzen 6, 7 geführt und im Walzenspalt 8 verpresst.
  • Die beiden Walzen 6, 7 werden in einem Pressenrahmen 9 drehbar gehalten und angetrieben. Dabei dienen jeweils seitliche Widerlager 10, 11 zum Aufnehmen der Presskraft. Die rechte Walze 7 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist beweglich gelagert sowie folglich als Loswalze 7 ausgebildet und lässt sich seitlich zur Variation des Walzenspaltes 8 gegenüber der Festwalze 6 hin- und herbewegen, wie der Doppelpfeil in Fig. 1 andeutet. Dazu sind Hydraulikzylinder 12 vorgesehen bzw. lassen sich vergleichbare Linearstellelemente 12 realisieren, die für die seitliche Bewegung der Walze 7 und die Variation des Walzenspaltes 8 sorgen. Beide Walzen 6, 7 lassen sich über Exzenter in axialer Richtung verstellen, was jedoch nicht zwingend ist.
  • Die Linearstellelemente bzw. Hydraulikzylinder 12 und eine damit zusammenhängende Druckerzeugungseinrichtung 13 werden von einer Steuereinrichtung 14 beaufschlagt, die den gesamten Prozess überwacht und steuert. Im Detail wird der notwendige Hydraulikdruck in der Druckerzeugungseinheit 13 mit Hilfe einer Zahnradpumpe zur Verfügung gestellt, wobei zusätzlich noch ein mit Stickstoff gefüllter Speicher vorgesehen ist, um bei Stoßbelastungen im Walzenspalt 8 die notwendige Flexibilität der Walzen 6, 7 gegeneinander zur Verfügung zu stellen.
  • Eine Regelautomatik in der Steuereinrichtung 14 beeinflusst die Zugabe des Ausgangsmaterials 1a in den Trichter 2 bzw. dessen Fließgeschwindigkeit. Auf diese Weise kann Eigenschaftsänderungen des Ausgangsmaterials 1a Rechnung getragen werden, um die Produktqualität der hergestellten Grobkörner 1 b konstant halten zu können. Im einfachsten Fall wird die Geschwindigkeit der Stopfschnecke 3, 4 von der Steuereinrichtung 14 entsprechend gesteuert. Dabei dient als Sollwert die Stromaufnahme eines nicht ausdrücklich dargestellten Walzenantriebes für die Walzen 6, 7.
  • Lässt beispielsweise eine erhöhte Stromaufnahme des Walzenantriebes darauf schließen, dass das feinkörnige Ausgangsmaterial 1 a in großer Menge in den Walzenspalt 8 gelangt und folglich kaum zu den Grobkörnern 1 verarbeitet werden kann, so reduziert die Steuereinrichtung 14 die Drehzahl der Stopfschnecke 3, 4 entsprechend und umgekehrt. Insgesamt bildet der Trichter 2 mit der Stopfschnecke 3, 4 und dem Auslass eine Zuführvorrichtung 2, 3, 4, 5 für das feinkörnige Ausgangsmaterial 1a, während die Walzen 7, 8 eine der Zuführvorrichtung 2, 3, 4, 5 folgende Kompaktiereinheit 7, 8 darstellen, welche das Ausgangsmaterial 1 a zu den Grobkörnern 1 b verdichtet.
  • Um nun diese Verdichtung bzw. Endverdichtung im Einzelnen zu bewirken, verfügen die Walzen 6, 7 an ihrer Oberfläche über eine Profilierung in Form von Pelletformen 15, 16. Mit Hilfe der Steuereinrichtung 14 und des Walzenantriebes werden die beiden Walzen 6, 7 so gesteuert, dass sich im Walzenspalt 8 bei der Verdichtung jeweils zwei Pelletformen 15, 16 gegenüberliegen und so das Ausgangsmaterial zu den ellipsoidischen Grobkörnern 1b (trocken) verdichtet wird.
  • Die Walzen 6, 7 können einstückig ausgeführt sein oder aus in axialer Richtung miteinander verbundenen Walzenringen aufgebaut werden. In jedem Fall wird der Walzenspalt 8 mit Hilfe der linearen Stelleinrichtung 12 so eingestellt, dass die solchermaßen hergestellten Grobkörner 1b über eine Korndichte von mehr als 1,5 g/cm3 insbesondere mehr als 2,0 g/cm3 und vorzugsweise mehr als 2,1 g/cm3, verfügen. Dabei lässt sich die jeweilige Korndichte mit bekannten Methoden zur Dichtebestimmung überprüfen, beispielsweise indem das Gewicht des jeweiligen Grobkornes 1b mit Hilfe einer (elektronischen) Waage bestimmt wird und gleichzeitig seine Verdrängung in einer Flüssigkeit. Hier kann auch kombiniert auf die Wiegemethode mit der so genannten hydrostatischen Waage zurückgegriffen werden, wobei das jeweilige Grobkorn 1b zunächst in Luft und dann beispielsweise in Wasser oder einer anderen Flüssigkeit gewogen wird (vgl. hierzu ergänzend auch die Ausführungen im Buch "Mineralogie" von Günter Strübel, Ferdinand Enke Verlag 1995, Seite 157 ff).
  • Um Grobkörner 1b ausschleusen zu können, die nicht über die gewünschte Korndichte verfügen, ist der Kompaktiereinheit 6, 7 eine Druck-/Schlagvorrichtung 17, 18 nachgeschaltet. Hierbei handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein optionales Förderband 17, welches die fertiggepressten Grobkörner 1b auf eine Rüttelplatte 18 überführt, die Bewegungen in der durch einen Doppelpfeil angedeuteten Richtung vollführt. Dadurch werden die Grobkörner 1b auf der Rüttelplatte 18 einer kombinierten Druck- und Schlagbeaufschlagung unterzogen, die unmittelbar dazu führt, dass nicht ausreichend verpresste Grobkörner 1b mit beispielsweise Rissen oder Hohlräumen im Innern zerbröseln oder zerfallen. Gleichzeitig werden überstehende Ränder der hergestellten Grobkörner 1 b abgeschliffen.
  • Im Anschluss an die Druck-/Schlagvorrichtung 17, 18 werden die Grobkörner 1 b dann noch gesiebt, wobei auf eine herkömmliche Siebvorrichtung 19 zurückgegriffen wird, die lediglich angedeutet ist. Die Siebvorrichtung 19 verfügt über ein oder mehrere Siebe, deren Maschenweite der Größe der Grobkörner 1b so angepasst ist, dass diese problemlos ausgeschleust werden können. Tatsächlich wird man hier mit Maschenweiten von ca. 10 bis 15 mm arbeiten.
  • Nicht dargestellt ist die Möglichkeit, seitliche Ausschleusbleche oder Ausschleuseinrichtungen in axialer Richtung der Walzen 6, 7 zu realisieren. Diese können dem Umstand Rechnung tragen, dass etwaige Verbiegungen der Walzen 6, 7 infolge der erzeugten Presskraft und damit einhergehend einer zu geringen Korndichte der in einem solchen Fall gepressten Grobkörner 1b unmittelbar begegnet wird, indem diese Grobkörner 1b ausgeschleust werden. In der Regel versucht man jedoch, die Walzen 6, 7 und folglich den Walzenspalt 8 in axialer Richtung so zu beaufschlagen und einzustellen, dass übereinstimmende Druckverhältnisse in axialer Richtung beim Pressen der Grobkörner 1b vorliegen. Dazu mag optional auch die Bombierung der Walzen 6, 7 mit Hilfe der Steuereinrichtung 14 verändert werden, was jedoch nicht dargestellt ist.
  • In der Fig. 2 erkennt man schließlich ein bevorzugtes Einsatzgebiet der hergestellten Grobkörner 1b. Dieses liegt darin, einen Schacht 20 nach seiner Stilllegung zu versiegeln. Dazu wird eine horizontale Schicht aus den Grobkörnern 1 b in den Schacht 20 etwa in einer Höhe eingebracht, in welcher sich wasserundurchlässige Schichten 21 finden, so dass sich der Grundwasserspiegel nach der Schachtschließung auf vergleichbare Werte einstellt, wie dies ohne Schacht 20 der Fall ist. Eine oberhalb der wasserundurchlässigen Schichten 21 befindliche wasserführende Schicht 22 führt insgesamt dazu, dass die quellfähigen Grobkörner 1 wie gewünscht ihre Größe verändern und für den wasserdichten horizontalen Abschluss des Schachtes 20 sorgen.
  • Tatsächlich sind die Grobkörner 1 b auf tonmineralischer Basis bekanntermaßen in der Lage, eine so genannte innerkristalline Quellung zu vollführen, die mit einer entsprechenden Materialausdehnung verbunden ist. Dadurch bildet der zunächst lockere Schüttverbund der einzelnen Grobkörner 1b im Schacht 20 nach der Quellung eine durchgängige wasserundurchlässige Schicht, die unmittelbar an die natürlichen wasserundurchlässigen Schichten 21 anschließt.

Claims (5)

  1. Verwendung von Pellets (1) auf tonmineralischer Basis zur Abdichtung von beispielsweise Schächten, radioaktiven Endlagerstätten, Halden, Deopnien oder dergleichen, wonach
    - feinkörniges Ausgangsmaterial (1) vorverpresst und anschließend zwischen zumindest zwei gegenläufigen und mit einer jeweiligen Profilierung in Form von Pelletformen (15, 16) an ihrer Oberfläche ausgerüsteten Walzen (6, 7) so zu den Pellets (1 b) endverpresst wird, dass diese eine Korndichte von mehr als 1,5 g/cm3 aufweisen, wonach die beide Walzen (6, 7) in einem Pressenrahmen (9) drehbar gehalten und angetrieben werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - eine Walze (6) als Festwalze (6) und die andere Walze (7) als gegenüber der Festwalze (6) anstellbare Loswalze (7) ausgebildet ist, und wonach
    - die beiden Walzen (6, 7) in einem Pressenrahmen (9) drehbar gehalten und angetrieben werden, wobei
    - jeweils seitliche Widerlager (10, 11) zum Aufnehmen der Presskraft dienen, wobei ferner
    - die Loswalze (7) mittels angeschlossener Hydraulikzylinder (12) gegenüber der Festwalze (6) zur Variation eines Walzenspaltes (8) bewegt wird, um die Korndichte und die Gestalt der Pellets (1 b) einzustellen, und wobei
    - die Hydraulikzylinder (12) und eine damit zusammenhängende Druckerzeugungseinrichtung (13) von einer Steuereinrichtung (14) beaufschlagt werden, die den gesamten Prozess überwacht und steuert.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial (1a) eine Schüttdichte unterhalb von 1,5 g/cm3, insbesondere weniger als 1,3 g/cm3, vorzugsweise weniger als 1,0 g/cm3 aufweist.
  3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets (1 b) kugelförmig bis ellipsoidisch ausgebildet sind und einen Durchmesser bzw. eine Hauptachsenlänge von mehr als 10 mm, insbesondere mehr als ca. 20 mm aufweisen.
  4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets (1b) nach ihrer Kompaktierung zur Qualitätsprüfung druck- und/oder schlagbeaufschlagt werden.
  5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die fertigen Pallets (1 b) gesiebt werden.
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