DE4133599A1

DE4133599A1 - Verfahren zum abdecken von bergeteichen

Info

Publication number: DE4133599A1
Application number: DE4133599A
Authority: DE
Inventors: Jun Daniel D Walker
Original assignee: Chemstar Lime Co
Current assignee: Chemstar Lime Co
Priority date: 1991-03-21
Filing date: 1991-10-10
Publication date: 1992-09-24
Also published as: CA2046727A1; MX9102144A; US5118219A; BE1007017A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behand lung von Bergeteichen, um deren umweltbelastende Begleiter scheinungen zu vermindern. Insbesondere betrifft die vorlie gende Erfindung ein Verfahren, das dazu dient, Bergeteiche, in denen sich industrielle Feinteilchen enthaltendes Abwas ser befindet, abzudecken, um eine Staubaufwirbelung durch Wind zu verhüten.

Im gesamten westlichen Teil der Vereinigten Staaten und in anderen Gebieten, in denen heute oder früher Bergbau betrie ben wurde, ist ein riesiges Gebiet mit Bergeteichen bedeckt, die zu einer großen Staubentwicklung führen und bei starkem Wind Staubstürme verursachen. Diese Teiche sind dadurch ent standen, daß man feingemahlenes Abraumerz mit einer Flüssig keit aufgeschlämmt und in ein von Dämmen umgebenes Gebiet gepumpt hat, wo man die Aufschlämmung sich setzen und trock nen ließ. Dort, wo noch aktiv Bergbau betrieben wird, wird das Feinteilchen enthaltende Abwasser in die Bergeteiche ge pumpt, wo sich das Wasser sammelt und klärt. Das geklärte Wasser wird dann zum Abbaugebiet zurückgepumpt. Man läßt einen Teil dieser großen Bergeteichgebiete trocknen, so daß die Abfallhalde konstant gehalten wird.

Natürlicher Schlamm kommt in vielen anderen industriellen Abfallteichen der Welt vor. Die Bergeteiche der Phosphatindustrie in Florida, der Pechsandindustrie in Ka nada und der Bauxitindustrie in Jamaica sind drei von vielen Beispielen für die fortgesetzte vielfältige Umweltbelastung durch Bergeteiche, obwohl Fachleute große Anstrengungen unternehmen, das Problem in den Griff zu bekommen. Die vor liegende Erfindung ist auf praktisch alle künstlichen und natürlichen Abfallteiche anwendbar, die aus Feinteilchen enthaltendem Abwasser, Schlämmen und Schlicken bestehen. Die vorliegende Erfindung wird im Zusammenhang mit dem Erzberg baubetrieb erläutert, wo Feinteilchen enthaltendes Abwasser in einen Bergeteich gepumpt wird, das dann sedimentiert und trocknet.

Beim Erzbergbau sehen sich die Bergbaugesellschaften, beson ders im westlichen Teil der Vereinigten Staaten, einer wach senden Umweltgesetzgebung gegenüber und erfahren zunehmenden politischen Druck. In einigen Fällen droht ihnen sogar die Schließung, wenn sie die Probleme der Bergeteiche nicht so in den Griff bekommen können, daß sie in der Lage sind, die Staubaufwirbelung zu verhindern. Der wachsende Bevölkerungs druck im westlichen Teil der Vereinigten Staaten macht es dringend erforderlich, eine ökonomische Lösung zur Abhilfe der durch die Bergeteiche verursachten Umweltbelastung zu finden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein effektives und ökonomisches Verfahren zur Bildung eines Abdeck- oder Verschlußmaterials bereitzustellen, das leicht auf die Ober fläche von Bergeteichen aufgebracht werden kann, um die Ver wirbelung von Erzstaub zu verhindern.

Die Lösung der Aufgabe ist der in den Patentansprüchen ge kennzeichnete Gegenstand.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Bergeteich, der für die Einleitung von industrielle Feinteilchen enthal tendem Abwasser ausgelegt ist, abgedeckt, um durch Wind ver ursachte Staubaufwirbelung zu verhindern. Zuerst wird eine Abdeckmasse (Mineralformulierung) durch Mischen von Kalk, einer Puzzolankomponente, einer Sulfatkomponente und Wasser als primären Komponenten hergestellt. Die Abdeckmasse wird als Aufschlämmung durch Pumpen oder Sprühen auf die Oberflä che des Feinteilchen enthaltenden Bergeteiches aufgebracht. Die Aufschlämmung härtet aus und bildet eine Ober flächenabdeckung auf dem Bergeteich.

Die Abdeckmasse wird vorzugsweise als dicke wäßrige Auf schlämmung durch Vermischen von gebranntem Kalk mit hohem Calciumanteil, Flugasche, Schwefelsäure, Gips oder einem an deren schwefelhaltigen Material und Wasser hergestellt. Eine fasrige Komponente, wie zerkleinerte Papierfasern, kann der anorganischen Abdeckmasse zugesetzt werden. Die Masse wird vorzugsweise so hergestellt, daß zuerst der Kalk mit Wasser gelöscht wird und dann die Flugasche zugesetzt wird. Danach wird verdünnte Schwefelsäure zu dem Kalk/Flugaschegemisch gegeben. Es entsteht eine Aufschlämmung. Die fasrige Kompo nente kann nach Zugabe der verdünnten Schwefelsäure zum Kalk/Flugaschegemisch der anorganischen Masse zugesetzt wer den.

Wenn Gips als schwefelhaltiges Material verwendet wird, kann ein trockenes Gemisch aus Gips, gebranntem Kalk mit hohem Calciumanteil, Flugasche und Papierfasern hergestellt wer den. Das trockene Gemisch wird dann mit Wasser versetzt. Es entsteht eine Aufschlämmung.

Die vorliegende Erfindung ist für jede Art von Abfallteich geeignet, der industrielle Feinteilchen enthaltendes Abwas ser, Schlämme und Schlicken enthält. Sie eignet sich insbe sondere für staubentwickelnde Bergeteiche des Erzbergbaus, die in der Nähe von bewohnten Gebieten liegen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Material formu liert, das ein Abdeckungs- oder Verschlußmaterial bildet, das leicht auf die Oberfläche von Bergeteichen aufgebracht werden kann, um das Aufwirbeln von feinem Erzstaub zu ver hindern. Das formulierte Material besteht hauptsächlich aus einer Abdeckmasse, die durch Vermischen von Kalk, einer Puzzolankomponente, einer Sulfatkomponente und Wasser herge stellt wird. Gegebenenfalls kann eine fasrige Komponente, wie Papierfasern, zu der Masse gegeben werden.

Die Kalkkomponente der Masse ist eine reaktive kalkhaltige Komponente, die Calcium- und/oder Magnesiumoxid oder -hydro xid enthält, oder eine andere Form von chemisch kombiniertem Calcium oder Magnesium, das unter den in den Verfahrens schritten angewandten Bedingungen mit den anderen silizium dioxidhaltigen, aluminiumhaltigen Verbindungen und den Schwefelverbindungen der Massen reagiert und Calcium-, Alu minium-, Schwefel-, Siliziumhydrate bildet, d. h. Ettringit und Gipskristalle. Die bevorzugte reaktive kalkhaltige Kom ponente ist gebrannter Kalk mit einem hohen Calciumanteil. Der gebrannte Kalk mit hohem Calciumanteil, CaO, der für die vorliegende Erfindung geeignet ist, hat einen CaO-Anteil von mehr als etwa 90 Gew.-%, vorzugsweise mehr als etwa 95 Gew.-%. Die reaktive kalkhaltige Komponente liegt in der Masse zu etwa l bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der gesamten Abdeckmasse einschließlich Wasser, vor.

Die Puzzolankomponente der Abdeckmasse ist eine reaktive si liziumdioxidhaltige, aluminiumhaltige Komponente, die im Be reich von etwa 5 bis 20 Gew.-% der Gesamtmasse einschließ lich Wasser verwendet wird. Derartige reaktive siliziumdio xidhaltige-aluminiumhaltige Komponenten umfassen z. B. künstliche oder natürliche Puzzolane, pulverförmige Treib stoffasche (Flugasche), granulierte Schlacke, Bimsstein staub, gemahlenes Siliziumdioxid, Tone, wie Bentonit oder Kaolinit, Portlandzement, Brennofenstaub und deren Gemische, die Puzzolancharakter haben. Mit "Puzzolan" wird ein fein teiliges Material bezeichnet, das reich an Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid ist, das selbst nicht notwendigerweise zementartig ist, aber bei normalen Temperaturen mit hydrier tem Kalk in Gegenwart von Wasser reagiert und zementartige Produkte bildet. Die bevorzugte siliziumdioxidhaltige-alumi niumhaltige Komponente ist Flugasche. Flugasche ist ein im Handel erhältliches Produkt, das dem Fachmann bekannt ist. Es entsteht zum Beispiel als Nebenprodukt bei der Kohlever brennung.

Die Schwefelkomponente der Masse ist ein schwefelhaltiges Material, das eine stöchiometrisch äquivalente Schwefelmenge bereitstellt, die mit Kalk/Flugasche reagiert und Ettringit kristalle in der Abdeckmasse ausbildet. Mit anderen Worten, die kombinierten Gewichte der Elemente und Verbindungen stellen stöchiometrische Verhältnisse bereit, die die Be rechnung der Molzahlen einer Substanz in Bezug auf die Mol zahlen der anderen Substanzen in jeder gegebenen chemischen Gleichung ermöglichen. Vorzugsweise wird die Menge an Kalk, Schwefelkomponente und Flugasche, die in der Masse kombi niert werden, so gewählt, daß der Kalk vollständig mit der Schwefelkomponente und der Flugasche reagiert und ein reak tives Produkt, z. B. Ettringitkristalle, bildet, ohne einen Rückstand in dem Bergeteich zurückzulassen, der der Verwit terung ausgesetzt ist.

Die Schwefelkomponente kann in geeigneter Weise als Schwe felsäure bereitgestellt werden, obwohl andere schwefelhal tige Materialien wie Gips oder Rauchgasreinigungsabfall ebenfalls benutzt werden können. Schwefelsäure kann im Han del von vielen Quellen bezogen werden und enthält etwa 93 bis 98% H₂ SO₄; der Rest ist Wasser. Gips (CaSO₄·2H₂ O) ist ein leicht erhältliches Mineral, das zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Masse nur gemahlen werden muß. Wenn die Schwefelkomponente der Masse Schwefelsäure ist, liegt sie im allgemeinen im Bereich von etwa 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse einschließlich Wasser, vor.

Die Abdeckmasse kann auch eine fasrige Komponente, wie zer kleinerte Papierfaser, die durch die Zerkleinerung von Ab fallpapier hergestellt worden ist, enthalten. Wenn die Fa serkomponente in der Masse vorhanden ist, liegt sie im Be reich von etwa 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Ge samtgewicht der Masse einschließlich Wasser, vor.

Der Rest der Masse besteht aus Wasser, das von jeder ge eigneten Quelle bezogen werden kann.

Die nachstehenden Beispiele erläutern die bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugten Abdeckmassen.

Beispiel I

Gebrannter Kalk mit hohem Calciumanteil (CaO . . .)\|4,2%
Flugasche	13,2%
Schwefelsäure	2,1%
Papierfaser	1,6%
Wasser	78,9%

Bei der Herstellung der Abdeckmasse ist die Reihenfolge des Vermischens wegen der heftigen Reaktion von Schwefelsäure mit Kalk und Wasser wichtig. Vorzugsweise wird die Kalkkom ponente in etwa der Hälfte des insgesamt erforderlichen Was sers gelöscht und dann die Flugaschenkomponente zugegeben. Die Schwefelsäurekomponente wird, so wie sie im Handel er worben wurde, mit etwa einem Viertel des Gesamtwassers ver dünnt, das für die Masse erforderlich ist, und die verdünnte Schwefelsäure wird dann zu dem Kalk/Flugaschegemisch gege ben. Danach können die fasrige Komponente, wenn sie einge setzt wird, und das Restwasser zugegeben werden. Eine dicke wäßrige Aufschlämmung entsteht, wenn die Säure zu dem Kalk/Flugaschegemisch gegeben wird, weil Ettringit und Gipskristalle gebildet werden. Vorzugsweise liegt die Kalk komponente wie bereits erwähnt in einer Menge vor, die zur vollständigen Reaktion mit den Schwefel- und Flugaschenkom ponenten ausreicht, so daß kein unreagiertes Material zu rückbleibt, das verwittern würde. Die Menge des zugegebenen Wassers reicht aus, um eine Aufschlämmung mittlerer Viskosi tät herzustellen, die gepumpt und gesprüht werden kann, um die Aufschlämmung auf die Oberfläche eines Bergeteichs auf zubringen.

In dem folgenden Beispiel wird die Abdeckmasse als trockenes Gemisch bereitgestellt, das die folgende Zusammensetzung hat:

Beispiel II

Gebrannter Kalk mit hohem Calciumanteil\|21,0%
Flugasche	65,5%
Gips	12,5%
Papierfaser	1,0%

Das trockene Gemisch wird dann mit Wasser versetzt, wodurch eine wäßrige Aufschlämmung entsteht. Das Gemisch wird durch Mischen von einem Teil trockenem Gemisch mit vier Teilen Wasser hergestellt.

Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Ab wasser aus dem Bergbau, das feine Erzteilchen enthält, in ein von Dämmen umschlossenes Gebiet zur Herstellung eines Bergeteichs gepumpt. Das Abwasser sedimentiert und verdampft und läßt eine trockene oder teilweise feuchte Teichoberflä che, die nur eine geringe oder keine Pfützenbildung zeigt, zurück. Eine Abdeckmasse wird wie vorstehend beschrieben hergestellt und auf die trockene Oberfläche des Feinteilchen enthaltenden Bergeteichs in Form einer viskosen Aufschläm mung aufgebracht. Die Abdeckmasse härtet und bildet eine Oberflächenabdeckung oder einen "Deckel" auf der Oberfläche des Bergeteichs. Bei einigen Herstellungsverfahren läßt man das Feinteilchen enthaltende Abwasser sich in dem eingedämm ten Gebiet sammeln und klären und pumpt zumindest einen Teil des geklärten Abwassers in den Herstellungsprozeß zurück. Nachdem die Oberfläche des Teiches getrocknet ist, kann die Abdeckmasse auf die Oberfläche des Bergeteichs aufgebracht werden, und es entsteht eine Oberflächenabdeckung.

Die mineralische, aufgeschlämmte Masse kann entweder durch Pumpen oder Sprühen der Masse auf die Oberfläche des Teichs aufgebracht werden, so daß eine Oberflächenabdeckung ent steht. Die vorliegende Erfindung hat mehrere Vorteile. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt zur Verhinderung der Staubaufwirbelung von feinteiligem Material eine Abdeckung oder einen Verschluß für einen Bergeteich bereit, die unter normalen Umweltbedingungen nicht zerfällt oder zerbröckelt. Die Komponenten der Abdeckmassenaufschlämmung bilden sehr kleine nadelförmige Kristalle aus Ettringit und Gips, die sich mit der fasrigen Komponente verflechten und eine dichte poröse Masse aufbauen, die während Wind- und Regenstürmen an ihrem Platz bleibt. Die Kalkkomponente der erfindungsgemäß verwendeten Masse verbindet sich chemisch mit der Oberfläche von feinen siliziumdioxidhaltigen Erzteilchen, wodurch das Verschlußmaterial mit der Oberfläche des Bergeteichs verbunden wird. Aufgrund der kristallinen Struktur des erfindungsgemäßen Verschlußmaterials sammelt sich kein Wasser auf der Oberfläche der Abdeckung und bildet auch keine Pfützen aus, sondern sickert schnell durch die Oberflächenabdeckung hindurch. Deshalb wird der Verschluß nicht durch normalen Wasserfluß fortgewaschen. Die erfindungsgemäße Masse und das erfindungsgemäße Verfahren sind billig, weil in erster Linie Abfallmaterialien für die Masse verwendet werden. Die Masse besteht aus mineralischen Materialien, die nicht zu umweltbelastenden Substanzen abgebaut werden.

Die Erfindung ist nur in einer Ausführungsform dargestellt worden. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform be schränkt und kann auf vielfältige Art verändert werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Abdecken eines industrielle Feinteilchen enthaltenden Bergeteichs, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Abdeckmasse in Form einer wäßrigen Auf schlämmung durch Vermischen von Kalk, einer Puzzolankom ponente, einer schwefelhaltigen Komponente und Wasser herstellt, auf die Oberfläche des Bergeteichs aufbringt und aushärten läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Abdeckmasse vor dem Aufbringen auf die Oberflä che des Bergeteichs eine fasrige Komponente zusetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß man die Abdeckmasse durch Vermischen von Kalk, Flugasche, einer Sulfatkomponente und Wasser herstellt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abdeckmasse durch Vermischen von gebranntem Kalk mit hohem Calciumanteil, Flugasche, Schwefelsäure, Papierfaser und Wasser herstellt.

5. Verfahren zur Behandlung von industrielle Feinteilchen enthaltendem Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abwasser in einen Bergeteich pumpt und eintrocknen läßt; eine Abdeckmasse in Form einer dicken, wäßrigen Aufschlämmung durch Vermischen von Kalk, einer Puzzolan komponente, einer schwefelhaltigen Komponente und Wasser herstellt, auf die Oberfläche des Bergeteichs aufbringt und aushärten läßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das in den Bergeteich gepumpte Abwasser sich klären läßt und mindestens einen Teil des geklärten Abwassers in den Herstellungsprozeß zurückpumpt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 zur Behandlung von feine Erzteilchen enthaltendem Abwasser aus dem Bergbau, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abwasser in einen Bergeteich pumpt und eintrocknen läßt; eine Abdeckmasse in Form einer dicken, wäßrigen Aufschlämmung durch Ver mischen von Kalk, Flugasche, einer Sulfatkomponente und Wasser herstellt, wobei die Abdeckmasse durch das Kombi nieren von Kalk, Flugasche und einer Sulfatkomponente zu einem trockenen Gemisch und Mischen des trockenen Gemi sches mit Wasser hergestellt wird; die Abdeckmasse auf die Oberfläche des Bergeteichs aufbringt und aushärten läßt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man der Abdeckmasse vor ihrer Auf bringung auf die Oberfläche des Bergeteichs zusätzlich eine fasrige Komponente zusetzt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8 zur Behand lung von Feinteilchen enthaltendem Abwasser aus dem Bergbau, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abwasser in einen Bergeteich pumpt und eintrocknen läßt; eine Ab deckmasse in Form einer dicken, wäßrigen Aufschlämmung durch Vermischen von etwa 1 bis 10 Gew.-% Kalk, etwa 5 bis 20 Gew.-% Flugasche, etwa 1 bis 5 Gew.-% Schwefel säure, etwa 0,1 bis 5 Gew.-% einer fasrigen Komponente herstellt, wobei der Rest Wasser ist und alle Gewichts prozente auf das Gesamtgewicht der Abdeckmasse ein schließlich Wasser bezogen sind und wobei die Abdeck masse dadurch hergestellt wird, daß zuerst der Kalk mit Wasser gelöscht und die Flugasche zugegeben wird, danach mit Wasser verdünnte Schwefelsäure zu dem Kalk/Flugaschegemisch gegeben und dann die fasrige Kom ponente zugegeben wird; die Abdeckmasse auf die Oberflä che des Bergeteichs aufbringt und aushärten läßt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß man die der Abdeckmasse zugesetzte Kalkmenge so auswählt, daß sie in etwa zu der vorhan denen Schwefelsäure- und Flugaschenmenge stöchiometrisch äquivalent ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß man die Abdeckmasse durch Vermischen von etwa 4,2 Gew.-% gebranntem Kalk mit einem hohen Cal ciumanteil, 13,2 Gew.-% Flugasche, 2,1 Gew.-% Schwefel säure, 1,6 Gew.-% Papierfaser und 78,9 Gew.-% Wasser herstellt, wobei alle Gewichtsprozente auf das Gesamtge wicht der Abdeckmasse einschließlich Wasser bezogen sind.