DE10330325A1 - Process for hydrating anhydrites - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydratisierung von Anhydriten, wobei Anhydrit-Granulate mit wässrigen Lösungen von Salzen ein- oder zweiwertiger Metalle oder Gemische hiervon beaufschlagt werden.The present invention relates to a method for hydrating anhydrites, wherein anhydrite granules are charged with aqueous solutions of salts of mono- or divalent metals or mixtures thereof.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydratisierung von Anhydriten, insbesondere zur Herstellung von Gips aus Anhydrit.The present invention relates to a process for the hydration of anhydrites, in particular for the production of anhydrite plaster.
Gips ist ein wesentlicher Rohstoff für die Herstellung von zahlreichen Produkten. Beispielsweise dient der Gips der Herstellung von Gipsbindemitteln, die in verschiedenen Industriebereichen Verwendung finden. Beispiele sind das Bauwesen, die keramische Industrie sowie die Medizintechnik. Zur Produktion hochwertiger Spezialgipse für die keramische Industrie und die Dentaltechnik sind an die Rohstoffe hohe Qualitätsanforderungen zu stellen. Solche Stoffe sind als natürliche Ressourcen immer schwerer zugänglich.Gypsum is an essential raw material for the Manufacture of numerous products. For example, the Gypsum manufacturing gypsum binders in various Industrial areas. Examples are construction, the ceramic industry and medical technology. To production high quality special plaster for the ceramic industry and dental technology are on the raw materials high quality requirements to deliver. Such substances are increasingly difficult as natural resources accessible.
In den meisten Gipslagerstätten sind nämlich Anhydrit- und Gipsgesteine miteinander vergesellschaftet. D.h. geologisch bildeten sich Gipsschichten (in der Regel 2 bis 15 m) als Gipshaut auf den bis zu 80 m mächtigen Anhydritkomplexen. Durch den Abbau der Gipsschichten wird der darunter liegende Anhydrit freigelegt.Most gypsum deposits are namely Anhydrite and gypsum rocks associated with each other. That geological Gypsum layers (usually 2 to 15 m) formed as gypsum skin on the up to 80 m mighty Anhydritkomplexen. By breaking down the layers of gypsum, the one below lying anhydrite exposed.
Die unter natürlichen Bedingungen spontan ablaufende Umwandlungsreaktion von Anhydrit in Gips ist für eine wirtschaftlich relevante Neubildung von Gipslagerstätten zu langsam. Denn diese Reaktion dauert 102 bis 106 Jahre.The spontaneous conversion reaction of anhydrite into gypsum under natural conditions is too slow for an economically relevant new formation of gypsum deposits. Because this reaction takes 10 2 to 10 6 years.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem sich Anhydrite hydratisieren lassen. Insbesondere ist es das Ziel der Erfindung, den Gipsanteil in Anhydritgesteinen bzw. Anhydrit-Gips-Mischgesteinen durch eine technische Beschleunigung der Umwandlung von Anhydrit (wasserfreies Kalziumsulfat = CaSO4) in Gips (CaSO4 × 2H2O), d.h. in das Dihydrat des Kalziumsulfates, bis zur industriellen Nutzbarkeit zu erhöhen.The object of the present invention is accordingly to provide a process by means of which anhydrites can be hydrated. In particular, it is the aim of the invention to reduce the proportion of gypsum in anhydrite rocks or anhydrite-gypsum mixed rocks by technically accelerating the conversion of anhydrite (anhydrous calcium sulfate = CaSO 4 ) into gypsum (CaSO 4 × 2H 2 O), ie into the dihydrate of the Calcium sulfates, to increase to industrial usability.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Anhydrit-Granulate mit wässrigen Lösungen von Salzen ein- oder zweiwertiger Metalle oder von Gemischen hiervon beaufschlagt werden.This task is solved in that Anhydrite granules with aqueous solutions of salts of mono- or divalent metals or mixtures thereof be charged.
Erfindungsgemäß ist es wesentlich, dass das Anhydritmaterial in granulierter Form vorliegt. Je geringer die Korngröße ist, desto besser läuft die Reaktion ab. Erfindungsgemäß ist es daher bevorzugt, Granulate mit einer Größe von, < 15 cm besonders bevorzugt, < 10 cm herzustellen. Besonders bevorzugt sind Granulate mit einer Kantenlänge von 5 bis 10 cm.According to the invention, it is essential that Anhydrite material is in granular form. The lower the Grain size is the better it runs the reaction. It is according to the invention therefore preferred to produce granules with a size of <15 cm, particularly preferably <10 cm. Granules with an edge length of are particularly preferred 5 to 10 cm.
Als Granulate werden vorzugsweise wasserfreie Kalziumsulfate (CaSO44) eingesetzt. Solche wasserfreien Kalziumsulfate kommen als sogenannte Anhydritgesteine in Form von kompaktem, dichtem Material in Gipslagerstätten vor. Diese können – wie oben dargestellt – entweder unter einer Gipshaut oder in Form von Mischgesteinen als Anhydrit-Gips vorhanden sein.Anhydrous calcium sulfates (CaSO4 4 ) are preferably used as granules. Such anhydrous calcium sulfates occur as so-called anhydrite rocks in the form of compact, dense material in gypsum deposits. As shown above, these can either be under plaster skin or in the form of mixed rocks as anhydrite gypsum.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist es demgemäß, das in solchen Lagerstätten vorliegende Anhydrit in situ in Gips umzuwandeln. Zur Durchführung des Verfahrens müssen die Anhydritgesteine zerkleinert werden. Dies kann mit beliebigen mechanischen Verfahren durchgeführt werden. Besonders bevorzugt ist die sprengtechnische Zerkleinerung. Grundsätzlich können beliebige Sprengverfahren angewandt werden.It is particularly preferred according to the invention accordingly, that in such deposits convert existing anhydrite into gypsum in situ. To carry out the Procedure the anhydrite rocks are crushed. This can be done with any mechanical process performed become. Explosive comminution is particularly preferred. in principle can any blasting method can be used.
Bezüglich des Sprengverfahrnes kann sowohl das Vorspaltverfahren als auch das Abspaltverfahren zum Einsatz kommen. Im Vorspaltverfahren wird chronologisch gesehen vor der Hauptsprengung ein sprengtechnischer Außenkranz angelegt, der den gesamten zu hydratisierenden Anhydritkomplex vom übrigen Gesteinsverband löst und die Freisetzung der Sprengenergie auf den inneren Bereich konzentriert. Durch die nachfolgenden Sprengungen wird eine Zerkleinerung des innenliegenden, d.h. im Innern des Sprengkranzes liegenden Anhydritmaterials erreicht. Hierdurch wird eine Wanne erzeugt, in der die Granulate gesammelt sind. Beim Abspaltverfahren wird die Lösung vom übrigen Geseteinsverband und die Zerkleinerung des Anhydrits ausgehend von einem zentralen Brennereinbruch nahezu zeitgleich durchgeführt.Regarding the blasting process can both the pre-splitting process and the splitting process to Come into play. The pre-splitting process is seen chronologically before the main detonation an explosive outer ring was created, which entire anhydrite complex to be hydrated from the rest of the rock formation solves and the release of the blasting energy is focused on the inner area. The subsequent explosions crush the internal, i.e. Anhydrite material lying inside the curb reached. This creates a tub in which the granules are collected. In the split-off process, the solution from the rest of the Geseteinsverband and the crushing of the anhydrite starting from a central burner burglary carried out almost simultaneously.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, folgende
Sprengparameter einzuhalten:
Es wird ein äußerer Ring von Profilbohrlöchern mit
einer Tiefe von 1–5
m, vorzugsweise 1–3
m angelegt. Der Bohrlochdurchmesser liegt vorzugsweise zwischen
30 und 50 mm, besonders bevorzugt zwischen 35 und 45 mm. Der Bohrlochabstand
liegt vorzugsweise zwischen 20 und 50 cm, besonders bevorzugt zwischen
30 und 40 cm.It is preferred according to the invention to adhere to the following blasting parameters:
An outer ring of profile drill holes with a depth of 1-5 m, preferably 1-3 m is created. The borehole diameter is preferably between 30 and 50 mm, particularly preferably between 35 and 45 mm. The distance between the boreholes is preferably between 20 and 50 cm, particularly preferably between 30 and 40 cm.
Die sich im zentralen Bereich des Sprengfeldes befindlichen Erweiterungsbohrlöcher weisen einen Abstand und eine Vorgabe von 0,3 × 0,3 m bis 0,6 × 0,6 m, vorzugsweise 0,4 × 0,4 m bis 0,5 × 0,5 m auf. Der Abstand dieser Bohrlöcher zu den Profilbohrlöchern des Außenkranzes beträgt vorzugsweise 0,1-0,5 m, besonders bevorzugt 0,2–0,4 m.Which are in the central area of the Expansion drill holes located at a distance and have a distance a default of 0.3 × 0.3 m to 0.6 × 0.6 m, preferably 0.4 × 0.4 m to 0.5 × 0.5 m on. The distance of these holes to the profile drill holes of the outer wreath is preferably 0.1-0.5 m, particularly preferably 0.2-0.4 m.
Die Anzahl der Erweiterungsbohrlöcher, Zündmittel, Lademenge und Ladeart werden je nach Bedarf gestaltet. Die Schaltung der Zündung kann in Reihenschaltung oder Parallelschaltung erfolgen. Bevorzugt ist die Parallelschaltung.The number of extension boreholes, ignition means, charge quantity and charge type are designed as required. The ignition can be connected in series or in parallel. Is preferred the parallel connection.
Die oben beschriebenen Anhydritgranulate werden erfindungsgemäß mit wässrigen Lösungen von Reaktionsbeschleunigern beaufschlagt. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Lösungen der Salze ein- oder zweiwertiger Metalle oder Gemische hiervon. Besonders bevorzugt werden erfindungsgemäß Alkali- oder Erdalkalimetalle. Ganz besonders sind Alkalimetallsalzlösungen. Höchst bevorzugt ist Kalium.The anhydrite granules described above are inventively with aqueous solutions acted upon by reaction accelerators. It is preferably solutions the salts of monovalent or divalent metals or mixtures thereof. According to the invention, alkali or alkaline earth metals are particularly preferred. Alkali metal salt solutions are very special. Potassium is most preferred.
Die Alkalimetallsalzlösungen enthalten vorzugsweise als Anionen Sulfate, Karbonate, Nitrate und Chloride. Besonders bevorzugt sind Sulfate. Demgemäß sind insbesondere Alkalisulfate bevorzugt. Zu den höchst bevorzugten Sulfaten gehören Kaliumsulfate.Contain the alkali metal salt solutions preferably as anions sulfates, carbonates, nitrates and chlorides. Sulfates are particularly preferred. Accordingly, alkali sulfates in particular prefers. To the top preferred sulfates include Potassium Sulfate.
Die efindungsgemäß eingesetzten wässrigen Lösungen enthalten die beschriebenen Salze in Konzentrationen von 0,02 bis 0,9 Mol pro Liter Lösungsmittel, besonders bevorzugt 0,03 bis 0,6 Mol pro Liter Lösungsmittel, ganz besonders bevorzugt 0,05 bis 0,3 Mol pro Liter Lösungsmittel.The aqueous used according to the invention solutions contain the salts described in concentrations of 0.02 to 0.9 mol per liter of solvent, particularly preferably 0.03 to 0.6 mol per liter of solvent, very particularly preferably 0.05 to 0.3 mol per liter of solvent.
Erfindungsgemäß kann es ferner vorteilhaft sein, wenn während der Reaktion Ton, tonhaltiges Material, Keramik, Metalle, Metalloxide oder Gemische dieser Stoffe anwesend sind. Insbesondere die Anwesenheit von Ton gewährleistet, dass die Wasserversorgung der Reaktion konstant gehalten wird.According to the invention, it can also be advantageous be if during the reaction clay, clayey material, ceramics, metals, metal oxides or mixtures of these substances are present. In particular, the presence guaranteed by clay that the water supply of the reaction is kept constant.
In einer Variante der Erfindung wird das Anhydritmaterial auf eine schiefe Ebene relativ flach lagernd aufgebracht. Durch zyklische Beregnung mit der oben beschriebenen Reaktionslösung, vorzugsweise K2SO4-Lösung wird das Material wechselfeuchten Bedingungen ausgesetzt. Die Feucht-Trocken-Zyklen fördern die Vergipsung durch Lösungs- und Kristallisationsreaktionen leicht löslicher Salze, welche das Gefüge des Anhydritgesteins auflockern.In a variant of the invention, the anhydrite material is applied in a relatively flat manner on an inclined plane. Cyclic sprinkling with the reaction solution described above, preferably K 2 SO 4 solution, exposes the material to alternating moist conditions. The wet-dry cycles promote the plastering by dissolving and crystallizing reactions of easily soluble salts, which loosen the structure of the anhydrite rock.
Des weiteren ist das Anhydritmaterial in der lockeren Schüttang auf der schiefen Ebene den Schwankungen der klimatischen Bedingungen gut zugänglich. Vergipsungsfördernde Faktoren wie Frost-Tau-Wechsel und thermisch induzierte Spannungen im Gestein, z.B. durch Sonneneinstrahlung, können bei dieser offenen Lagerung des Anhydrits ihren Einfluss auf das Gesteinsgefüge sehr effektiv entfalten. Anhydrit, welche an der Reaktionslösung lagert, ist diesen Einflüssen weniger leicht zugänglich.Furthermore, the anhydrite material in the loose dump on the inclined plane the fluctuations in climatic conditions easily accessible. Vergipsungsfördernde Factors such as freeze-thaw changes and thermally induced voltages in the rock, e.g. by sun exposure, can be in this open storage of anhydrite very effectively develop their influence on the rock structure. Anhydrite, which is stored on the reaction solution, is less of these influences easily accessible.
Auf der schiefen Ebene läuft die Reaktionslösung in ein Vorratsbehältnis zurück und steht der erneuten Befeuchtung des Materials zur Verfügung.It runs on the inclined plane reaction solution in a storage container back and is available for rewetting the material.
Versuche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren haben ergeben, dass sich eine schnelle und effiziente Umwandlung von Anhydritgestein in Hydrate erreichen lässt. Insbesondere lässt sich eine effiziente Herstellung von Gips durchführen. Die Umwandlung von Anhydrit in Gips läuft hierbei unter Volumenzunahme (bis zu 60 %) der Festphase ab. Anhydrit, welcher sich in Gips umwandelt, quillt durch den Kristallisationsdruck wachsender Gipskristalle auf. Es konnte in Versuchen festgestellt werden, dass in ca. 2 Wochen bei Zusatz einer 0,15 molaren Kaliumsulfatlösung bereits signifikante Anteile des Anhydrits in Gips umgewandelt worden sind. Durch die Volumenzunahme und den Kristallisationsdruck entstehen feinste Frakturen, durch die die erfindungsgemäße Beschleunigungslösung in das Innere des Anhydritgesteins eindringt und dort weitere Vergipsungsprozesse induziert.Experiments with the method according to the invention have shown that there is a quick and efficient conversion of anhydrite rock in hydrates. In particular, carry out an efficient production of gypsum. The conversion of anhydrite runs in plaster here with an increase in volume (up to 60%) of the solid phase. anhydrite, which converts to gypsum, swells more and more due to the crystallization pressure Gypsum crystals. Experiments have shown that in about 2 weeks with the addition of a 0.15 molar potassium sulfate solution significant portions of the anhydrite have been converted to gypsum. Due to the increase in volume and the crystallization pressure finest fractures through which the acceleration solution according to the invention in penetrates the interior of the anhydrite rock and there other plastering processes induced.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, bisher im technischen, ökonomischen Rahmen nicht zur Gipsgewinnung nutzbare Anhydritlager in Gips umzuwandeln und so weitere Ressourcen bereitzustellen.With the method according to the invention is it possible so far in a technical, economic framework to convert anhydrite storage that cannot be used for gypsum extraction into gypsum and provide more resources.
Die Erfindung wird im folgenden anhand
von Beispielen näher
erläutert:
Anhydritmaterial
eines Steinbruchs wurde sprengtechnisch vorzerkleinert. Es wurde
ein spezielles Sprengverfahren angewandt, um die gewünschte Stückigkeit
des Anhydritgranulats einzustellen. Auf einem ca. 150 qm2 großen
Versuchsfeld wurde ein 1,5 bis 2 m tiefe Grube gesprengt. Hierbei
wurden die Sprengparameter der 5. Sprengung vom 27.06.2002 gemäß den folgenden
Tabellen 1 und 2 eingestellt.The invention is explained in more detail below with the aid of examples:
Anhydrite material from a quarry was pre-crushed using explosives. A special blasting process was used to set the desired granularity of the anhydrite granules. On a 150 sqm two large experimental field 1.5 to 2 m deep pit was blown up. The blasting parameters of the 5th blast of June 27, 2002 were set according to the following tables 1 and 2.
In der
- 11
- Abstand Innenkranz-Außenkranz (= 0,7 m)distance Inner ring outer ring (= 0.7 m)
- 22
- Außenkranzouter rim
- 33
- Innenkranzinner ring
- 44
- Lochabstand Innenkranz (= 0,5 m)hole spacing Inner rim (= 0.5 m)
- 55
- Lochabstand Außenkranz (= 0,35 m)hole spacing outer rim (= 0.35 m)
- –-–-----
- Linien gleicher Zündzeitstufe lines same ignition timing
- ......
- Zündzeitstufe in Millisekundenignition time in milliseconds
- o =O =
- Loch im Zentrum: Einbruch (Zündzeitstufe o ms)hole in the center: burglary (ignition timing o ms)
Neben der Auflockerung und Einstellung der Stückigkeit des Anhydritmaterials wurde durch die Sprengung eine nahezu dichte Wanne definierter Größe erstellt.In addition to loosening up and hiring the lumpiness the blowing up made the anhydrite material almost dense Tub of defined size created.
Durch eine vorgeschaltete Kranzsprengung wurde hierbei ein rechteckiges System aus Rissen erzeugt, so dass die Sprengenergie der folgenden Hauptladungen ausschließlich zur Zerkleinerung des innerhalb des Sprengkranzes liegenden Anhydritmaterials beitrug. Der Besatz der Sprenglöcher wurde so gewählt, dass der Untergrund nicht durch die Sprengung beschädigt und zerklüftet wurde. Auf diese Art wurde sichergestellt, dass eine möglichst dichte Wanne entsteht, in welcher das zerkleinerte Granulat sich befindet. Die entstandenen Granulate wiesen schwerpunktmäßig eine Größe von 5 bis 10 cm auf.By an upstream blasting a rectangular system of cracks was created, so that the explosive energy of the following main charges only for Crushing of the anhydrite material lying inside the curb contributed. The stocking of the blast holes was chosen so that the subsurface was not damaged and jagged by the blasting. In this way it was ensured that the tub was as dense as possible, in which the crushed granulate is located. The resulting The main focus was on granules Size of 5 up to 10 cm.
Nach der Sprengung wurde das Versuchsfeld freigeräumt. Es entstand ein rechteckiges Loch mit einem gut definierten Volumen von 12 × 12 m, bei 1,5 bis 2 m Tiefe. Das Versuchsfeld wurde mit einem Abdichtungssystem aus Vlies und einer ca. 2 mm starken Folie versehen, um zu verhindern, dass die Reaktionslösung durch eventuell vorhandene Klüfte im Untergrund versickert. Danach wurde auf die Folie Anhydritgranulat aufgebracht.After the explosion, the test field cleared. A rectangular hole with a well-defined volume was created of 12 × 12 m, at a depth of 1.5 to 2 m. The test field was equipped with a sealing system made of fleece and an approx. 2 mm thick film to prevent that the reaction solution due to any gaps seeped into the underground. Anhydrite granules were then applied to the film.
In entsprechend dimensionierten Behältern wurden Salzlösungen mit 0,15 molaren Kaliumsulfatlösungen angesetzt. Mit diesen Lösungen wurde in regelmäßigen Zeitabständen das Anhydritmaterial beregnet.In appropriately sized containers salt solutions with 0.15 molar potassium sulfate solutions stated. With these solutions became that at regular intervals Irritated anhydrite material.
Bei der o.g. bevorzugten Stückigkeit von 5 bis 10 cm ist in starker Abhängigkeit von den Witterungsbedingungen (Dauer von Regen-, Schnee- und Trockenperioden, Intensität des Frost/Tau-Wechsels bzw. der Salzsprengung etc.) mit einer befriedigenden, d.h. wirtschaftlich verwendbaren Vergipsungsrate in 1½ bis 4 Jahren zu rechnen.At the above preferred lump size from 5 to 10 cm is strongly dependent on the weather conditions (Duration of rain, snow and dry periods, intensity of the frost / thaw change or the salt blasting etc.) with a satisfactory, i.e. economically usable plastering rate in 1½ to 4 years.
In der
Wie bereits im allgemeinen Teil beschrieben
wurde, ist außerdem
das Anhydritmaterial (
Auf der schiefen Ebene (
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69505313T2 (en) * | 1994-07-15 | 1999-06-02 | Compania General Yesera, S.A., Besalu, Gerona | Process for the preparation of a radial filler, in particular for use in the paper industry, filler made from anhydrite II and hemihydrate and a composition which can be used for the production of this filler |
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2003
- 2003-07-09 DE DE10330325A patent/DE10330325A1/en not_active Ceased
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE69505313T2 (en) * | 1994-07-15 | 1999-06-02 | Compania General Yesera, S.A., Besalu, Gerona | Process for the preparation of a radial filler, in particular for use in the paper industry, filler made from anhydrite II and hemihydrate and a composition which can be used for the production of this filler |
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