книги / Technologie des Kali - und Steinsalzbergbaus

13.3.Bewegung der Wetter in Kaligrubcn

Zur Bewegung großer Wettermengen, wie sie in Kaliund Steinsalzgruben erforder­ lich sind, reicht der natürliche Wetterzug zwischen den Schachtröhren nicht aus. Er muß künstlich durch den Einsatz eines Hauptgrubenlüfters verstärkt werden. Dabei herrscht die saugende Bewetterung vor. Der Grubenlüfter steht über dem ausziehen­ den Wetterschacht. Das ist besonders bei carnallitischen Lagerstätten notwendig, da die warmen Grubenwetter des Ausziehstromes das hygroskopische Rohsalz angreifen können. Der Förderschacht ist also fast immer gleichzeitig einziehender Wetter­ schacht.

Die größte Bedeutung für die Wirksamkeit der Wetterführung hat die Wettermenge. Sie liegt z. Z. je nach der Größe der Betriebe zwischen 4000 und 10000 m3/min. Für spätere Großwerke sind Lüfter vorgesehen, die etwa 20000 m3/rüin bewegen können.

Bei saugendem Lüfter entsteht eine Depression im Grubengebäude, wodurch Frisch­ luft durch den Einziehschacht nachströmen kann. Der Hauptlüfter muß zur Erzeu­ gung einer bestimmten Depression, d. h. zur Bewältigung einer geforderten Wetter­ menge eine bestimmte Leistung aufbringen.

Dabei verhalten sich die Depressionen wie die quadratischen Wettermengen und die

Leistungen wie die Wettermengen zur dritten Potenz:

] h _ Q l . Nz _Ql .

K ” Q S * ^ ” Q f ’

Es bedeuten:

Q Wettermenge [m3/s]

Rechenbeispiel:

Angenommener Betriebszustand:

Es wird eine Verdoppelung der Wettermenge gefordert. Dann ergeben sich nach den obigen Beziehungen für den neuen Betriebszustand:

Für die Berechnung der Depression, deren Wert ununterbrochen mit einem schreiben­ den Gerät am Hauptlüfter verfolgt wird, gelten folgende Beziehungen:

Es bedeuten:

kWiderstandsbeiwert

l Länge des Wetterweges [m] U Umfang des Wetterweges [m] v Wettergeschwindigkeit [m/s] F Hohlraumquerschnitt [m2]

Der Widerstandsbeiwert k ist vor allem abhängig vom Zustand und von der Art des Ausbaus in Strecken und Schächten. Für den Salzbergbau gelten dabei annähernd fol­ gende Größen:

k = 0,001 für gut geschossene Strecken ohne Ausbau

k = 0,015 bis 0,04 für Schächte mit hölzernen Einstrichen und Spurlatten

Die Werte in den Schächten sind abhängig von der Aufteilung der Schachtscheibe, der Anzahl der Förderzüge in der Zeiteinheit und dem evtl. Tropfenfall. In den Wetterstrecken sind plötzliche Verengungen oder Erweiterungen und scharfe Ecken zu vermeiden. -

Wie in anderen Bergbauzweigen, werden auch im Salzbergbau Radiallüfter oder Axial­ lüfter eingesetzt. Bei Neuanschaffungen werden Radiallüfter bevorzugt, da sie einen besseren Wirkungsgrad erreichen. Der Gesamtwirkungsgrad eines Grubenlüfters ist von mehreren Faktoren abhängig. Er setzt sich zusammen aus

Tatsächlich werden heute auch bei Großlüftern neuester Bauart Gesajntwirkungsgrade über 80% nicht erreicht.

Bei bestimmten Betriebsbedingungen ist es mitunter erforderlich, zwei Lüfter für die Hauptwetterführung zu verwenden. Solche Lüfter werden dann entweder hinterein- ander- oder parallelgeschaltet. Bei Hintereinanderschaltung ergibt sich bei einer be­ stimmten Wettermenge eine Addition der Drücke. Bei Parallelschaltung ergibt sich bei einem bestimmten Druckunterschied eine Addition der Wettermengen.

Die Kosten für moderne Hauptgrubenlüfter sind unterschiedlich. Ein Lüfter des Bau­ jahres 1962, der 4000 m3/min Wetter bewegen soll, wird vom VEB Turbowerk Meißen mit folgenden Betriebsdaten geliefert:

Einseitig saugender Radial-Hauptgrubenlüfter einschließlich Motor, Kupplung, Dif­ fusor und Ansaugrohr bei t = 21 °C für eine Dichte von 1,166 kp/m3 und einer Depres­ sion von 270 mm WS und einem notwendigen elektrischen Antrieb von 223 kW nach Schutzart P 33 kostet etwa 85000 DM.

Die dazu erforderlichen schreibenden Meßund Überwachungsgeräte mit Rohrleitung kosten zusätzlich etwa 6000 DM. Montageund Transportkosten eines solchen Haupt­ lüfters können im Durchschnitt zusammen mit etwa 30 % des oben genannten Liefer­ preises angesetzt werden.

Bei diesen Preisangaben muß berücksichtigt werden, daß der sehr leistungsstarke Lüftermotor für eine Betriebsspannung von 6 kV allein etwa 23000 DM kostet. Bei gasgefährdeten Gruben ist in jedem Falle ein Reservemotor erforderlich.

Diese hohen Anschaffungspreise beeinflussen die Grubenselbstkosten. Der Arbeitsab­ schnitt „Wetterführung“ ist an den Gesamtselbstkosten der Grubenbetriebe des In­ dustriezweiges Kali mit etwa 0,15 DM/t eff beteiligt. Dabei schwanken die Werte für die einzelnen Gruben je nach den Leistungen, die mit der Wetterführung erreicht werden müssen, zwischen 0,07 und 0,70 DM/t eff.

11.Ein Förderrevier erhält 805 m3/min frische Wetter.

Mit wieviel Arbeitskräften darf dieses Revier belegt werden, wenn 1 Mann 3,5 m3/ min frische Wetter erhalten soll ?

12.Ein Mensch verbraucht bei anstrengender Arbeit 2 1 reinen Sauerstoff in der Minute.

Wie lange kann er im Rettungsgerät arbeiten, wenn dessen Sauerstoffflasche 240 1Inhalt hat ?

13.Errechnen Sie den Gesamtwirkungsgrad rj eines Hauptgrubenlüfters, wenn die einzelnen Wirkungsgrade betragen:

Vv = 92% ,

% = 82% ,

Vm — 93% .

14.Ein Hauptgrubenlüfter saugt 6237 m3/min Frischwetter an. Die Belegschaft ist 1386 Mann stark; sie verteilt sich auf die 3 Schichten im Verhältnis 5:3:1. Wieviel m3 Frischluft stehen jedem Bergmann in jeder der 3 Schichten je Minute zur Verfügung?

15.An einem mit C 02 vergifteten Kalibergmann wurden erfolgreiche Wiederbe­ lebungsversuche mit einem Pullmotor angestellt. Dabei wurden 260 1 Sauerstoff

verbraucht.

Wie lange dauerte die Wiederbelebung, wenn in die Lunge des Verunglückten 14 1/min Sauerstoff gepumpt wurden?

16.Die Berechnung der Wärmeabgabemengen elektrischer Maschinen ist schwierig. Die dafür entwickelte Annäherungsformel lautet

N(1 — rj) •A (kcal)

Es bedeuten:

qE Wärmeabgabe elektrischer Maschinen in kcal N elektrische Leistung in kW

?] Gesamtwirkungsgrad

A mechanisches Wärmeäquivalent = 860,14 kcal/kWh Berechnen Sie qE bei N = 90 kW und rj = 0,5.

14.Die Aufbereitung und Verarbeitung des Rohsalzes

Das vom Bergmann geförderte Rohsalz muß über Tage weiter verarbeitet werden, bevor es als Kalidüngesalz verschiedenster Qualität zum Absatz gelangen kann. Der Verarbeitungsprozeß richtet sich in der Hauptsache nach der Zusammensetzung des Rohsalzes, aber auch nach den jeweiligen Bedürfnissen auf dem Weltmarkt.

Die Düngemittel werden nach ihrem Gehalt an Reinkali (K20) beurteilt. Je höher derK 20-Gehalt ist, umso wertvoller ist das Salz, d.'h. um so höher ist der Erlös. Die chemische Bezeichnung K 20 bedeutet Kaliumoxid. Diesen Stoff gibt es in Wirklich­ keit nicht. Der Begriff ist lediglich eine rechnerische Größe, die den Gehalt eines Kali­ düngemittels an Kalium angibt und heute international eingeführt ist. Es handelt sich dabei um eine willkürliche Festlegung. In Wirklichkeit ist das Kalium in unseren Produkten als KCl (Kaliumchlorid) enthalten.

Der Umrechnungsfaktor von KCl auf K 20 ist 0,632. Es besteht also die Beziehung % KCl 0,632 = % K 20.

14.1.Zusammensetzung der wichtigsten Kalidüngemittel und Nebenprodukte

Die Verschiedenartigkeit der in den einzelnen Kaliwerken erzeugten Kalidüngemittel ist abhängig von der mineralogischen Zusammensetzung der Kalirohsalze. Nach dieser Zusammensetzung richtet sich auch die mögliche Produktion von Nebenprodukten.

Die Kaliindustrie der DDR liefert heute für die eigene Landwirtschaft und für den Export in der Hauptsache folgende Produkte:

Die Verwendung dieser Salze in der Landwirtschaft richtet sich nach der jeweiligen Be­ schaffenheit der Böden und nach den speziellen Wachstumsbedingungen der einzelnen Pflanzen und Kulturen. Dabei muß das Zusammenwirken des Kalisalzes mit anderen Düngemittelkomponenten, wie Phosphor und Stickstoff, berücksichtigt werden.

Von den hauptsächlichsten Nebenprodukten unserer Kaliwerke sind für die eigene Industrie und für den Export bedeutungsvoll:

Brom und Bromsalze

Sie dienen der chemischen Industrie als Grundstoff für die Herstellung von Filmen.

Glaubersalz (Na2S04)

Es wird zur Herstellung von Zellstoff und Waschmitteln benötigt. 50 % der im VEB Kalikombinat „Werra“ erzeugten Menge werden exportiert.

Bor

Es wird in einigen Werken des Staßfurter Raumes gewonnen und als Grundstoff für Medikamente benötigt.

Badesalze

Sie werden in verschiedenster Zusammensetzung zum Verbrauch in Krankenhäusern und Kurorten hergestellt.

14.2.Zerkleinerung der Rolisalzc

In modernen Kaligruben erfolgt eine Vorzerkleinerung schon unter Tage. Beson­ ders bei Bandförderung und nachfolgender Gefäßförderung in den Schachtröhren ist eine Vorzerkleinerung bis etwa 80 mm Kantengröße üblich. In älteren Grubenbe­ trieben sind die Rohsalzmahlanlagen über Tage unmittelbar hinter der Schachtför­ derung eingeschaltet. Sie zerkleinern die oft sehr großen Salzbrocken auf eine ganz bestimmte Kornzusammensetzung. Die Bedeutung einer richtigen Vermahlung ist lange verkannt worden. Es steht aber fest, daß eine technologisch und ökonomisch mit optimalen Kenngrößen arbeitende Zerkleinerung die Betriebskosten der gesamten KCl-Fabrik, besonders der Verlosung, günstig beeinflußt.

Wir unterscheiden die Arbeitsgänge Absiebung, Grobzerkleinerung und Feinzerkleine­ rung.

Die wichtigsten Aggregate der Grobzerkleinerung sind Backenbrecher, Prallmühlen oder Hammermühlen. Die Prallmühlen setzen sich immer mehr durch, weil mit ihnen die Zerkleinerung großer Brocken bis zu kleinen Kornklassen in einem Arbeitsgang durchge­ führt werden kann. Bei der Feinzerkleinerung sind Hammermühlen kleinerer Bauart, in eini­ gen Fällen auch Walzen­ stühle, im Einsatz. Die Absiebung verfolgt das Hauptziel, ein Überkorn in der nachfolgenden Verlosung zu vermeiden.

Alle Feinsalzanteile, die die gewünschte End-

Bild 14/1. Apparato-Schema

einer Kalimahlanlago

(1) Kreiselwipper, (2) Sieb oder Rost, (3) Magnetwalzcn, (4) Hammermühle oder Prallmühlc,

(5) Siebrost (feststehend), (0) Zwi­ schenelevator, (7) kleine Hammermühle (Feinzerkleinerung),

(8) Hauptelevator, (9) Band zur Fabrik

korngröße schon besitzen, werden durch Absiebung abgetrennt, ohne die Mahl­ anlagen zu belasten.

Die Arbeitsweise in einer Kalimahlanlage ist in Bild 14/1 schematisch dargestellt. Es handelt sich um eine Hartsalzmahlanlage mit einer Stundendurchsatzleistung von 300 t. Der Salzfluß soll möglichst kontinuierlich von oben nach unten erfolgen. Not­ wendige Zwischenhebung mit Elevatoren oder Bändern verteuert und kompliziert die Anlage.

Die Förderwagen werden in einem Kreiselwipper entleert. Das Rohsalz fällt über einen Rost, der die Feinkornanteile durchfallen läßt und sofort über Schurren und Siebe der Feinzerkleinerung zuführt. Die groben Salzbrocken gelangen über den geneigten Rost in den Brecher oder die Hammermühle. Dort werden sie im Backenbrecher zer­ quetscht oder in der Hammermühle durch rotierende Schläger zerkleinert.

Solche Zerkleinerungsanlagen erreichen einen Stundendurchsatz bis etwa 300 t. Auf diese Leistung müssen die nachgeschalteten Siebe abgestimmt sein. Wichtig ist die Zwischenschaltung leistungsfähiger Magnetwalzen, um Eisenteile aus dem weiteren Verarbeitungsgang fernzuhalten. Besondere Schwierigkeiten macht die Beseitigung von Schießdraht, der von den Walzen nur schwer erfaßt wird, wenn er in feinkörniges Salz eingebettet ist.

Von den verschiedenen Siebarten und Siebbelägen werden vorzugsweise geneigte, fest­ stehende Siebroste benutzt. Resonanzschwingsiebe mit ihrem komplizierten Aufbau und ihrer schwierigen Wartung werden kaum noch eingesetzt.

14.3.Chemische Aufbereitung der Kalirohsalzc

Das alte, klassische Verarbeitungsverfahren des zerkleinerten Rohsalzes beginnt mit der Verlosung, d. h. mit dem heißen oder kalten Auflösen des Rohsalzes. Einschließ­ lich des Verlösens gliedert sich die chemische Aufbereitung des Rohsalzes in folgende Arbeitsgänge:

Verlosen - Klären - Kühlen - Decken - Trocknen - Lagern - Verladen.

Zwei Hauptgesichtspunkte sind dabei im praktischen Betrieb zu beachten: Einmal ist für sämtliche Arbeitsabschnitte ein wärmetechnisch optimaler Laugenkreislauf an­ zustreben. Zum anderen müssen bei der apparativen Ausrüstung möglichst wenig zu­ sätzliche Fördermittel zwischengeschaltet werden.

14.3.1.Verlosung

Beim Lösevorgang eines Salzes in Wasser ist zu unterscheiden zwischen Löslichkeit und Lösegeschwindigkeit.

Die Löslichkeit in g/1 gibt an, wieviel Gramm Salz bei einer bestimmten Temperatur /in einem Liter Wasser aufgelöst werden können.

Die Lösegeschwindigkeit bezeichnet die Zeitdauer, die ein Salz zur Auflösung be­ nötigt.

Die Lösegeschwindigkeit der einzelnen Salzkomponenten ist unterschiedlich, und diese Unterschiede werden bei den chemischen Prozessen der Kaliindustrie ausge­ nutzt. Die Löslichkeit von MgSOd (Kieserit) z. B. ist groß, die Lösegeschwindigkeit aber recht klein.

Beim Auflösen von Salzgemischen in einer Flüssigkeit kommt es darauf an, das wert-

IHM 14/2. LöNlichkcltskurvcn Für Stcinsnlz und Sylvin

(1) Lösliclikcitskurvc für Stein­ salz, (2) Lösliclikcitskurvc für Sylvin, (3) NaCl in KCl-gcsättig- tcr Lösung, (4) KCl in XaClgcsattigtcr Lösung

volle Chlorkalium (KCl) vom Steinsalz und von anderenBestandteilen zu trennen.Diese Trennung ist am einfachsten bei der Verarbeitung von Sylviniten (KCl + NaCl).

Die Löslichkeit der bei­ den Salzkomponenten KCl und NaCl in einer

gesättigten Lösung ist sehr verschieden. Während die Löslichkeit des Sylvins (KCl) mit steigender Temperatur erheblich zunimmt, verläuft die Löslichkeitskurve für Steinsalz (NaCl) bis zu einer Temperatur von 100°C nahezu gleichmäßig. Die graphi­ sche Darstellung in Bild 14/2 soll das verdeutlichen. Bei der Sylvinitverarbeitung wird deshalb das auf etwa 5 mm Korngröße zerkleinerte Rohsalz in heißer Löselauge aufgelöst, wobei das gleichzeitig vorhandene Steinsalz nicht in Lösung geht, sondern als fester Bodenkörper (Rückstand) verbleibt.

Im praktischen Betrieb arbeitet man, um eine möglichst gute Auslösung des Chlorkali­ ums zu erreichen, meist mit drei hintereinander geschalteten Löseapparaten, und zwar mit einem Hauptlöser und zwei Nachlösern. Der Löseprozeß wird kontinuierlich durch­ geführt (Bild 14/3). Man kann dabei im Gleichoder Gegenstromprinzip arbeiten. Im Lösehaus sind große Schneckenlöser aufgestellt, die einen Stundendurchsatz bis zu 500 t Rohsalz erreichen. Sie werden für alle Löseverfahren benutzt. In einem Trog verläuft eine mehrgängige Förderschnecke, die gleichzeitig als Rührwerk für die Lö­ sung ausgebildet ist. Die Apparate (Bild 14/4) sind gut abgedeckt und isoliert.

Vor Beginn des Lösevorgangs muß die Löselauge in Vorwärmern unter einem ge­ ringen Überdruck vorgewärmt werden.

Etwas komplizierter ist der Lösevorgang bei der Hartsalzoder Mischsalzverarbeitung, und am kompliziertesten ist er bei der Camallitverarbeitung. Das Chlorkalium ist in diesem Salzgestein (MgCl2 KCl 6 H 20) anders gebunden als im Sylvinit. Carnallit ist auch kalt sehr leicht löslich und kann vom Steinsalz schwer abgetrennt werden. Bei allen vorkommenden Verfahren wird das Chlormagnesium vollkommen aufgelöst und in Laugenform (Endlaugen, s. Kap. 12) aus dem Betrieb entfernt. Insgesamt gibt es über 20 Verfahren zur Verarbeitung des Carnallites. Diese große Zahl deutet auf die Probleme hin, die bei diesem Prozeß zu lösen sind. Besonders die Art und Be­ schaffenheit der Nebenbestandteile, wie Ton, Tachydrit oder Kieserit, entscheiden die Wahl und Durchführbarkeit des jeweiligen Verfahrens.

14.3.2.Klären

Die heiße Rohlösung muß in fast allen Kalifabriken geklärt werden,d.h., die in der Lösung mitschwimmenden Kleinstteilchen, wie Ton, Steinsalz oder unlösliche sulfatische Doppelsalze, müssen ausgeschieden und entfernt werden. Diese Teilchen würden

bei der nachfolgenden Abkühlung die Qualität des auskristallisierenden KCl ver­ mindern.

Für leicht abscheidbare Schlämme werden Rundklarer benutzt, während für Feinstschlämmc Horizontalklärcr eingeführt worden sind. Es handelt sich dabei um große Gefäße mit Spitzkonen. Im oberen Teil des Klärers ist auf der Außenseite kranzför­ mig ein Überlauf angebracht, durch den die geklärte Lösung abfließt. Die nach unten sinkenden Schlammteilchen werden als dicker Brei abgezogen.

Schlecht zu klärende Lösungen erhalten einen Zusatz von bestimmten Klärmitteln, z. B. Stärke.

Die Schlämme werden auf Filtern vorgetrocknet und meist als Versatzmaterial zu­ sammen mit dem festen Rückstand in die Grube verspült.

14.3.3.Kühlen

Die heiße, geklärte Lösung wird abgekühlt, wobei das Kaliumchlorid (KCl) auskri­ stallisiert. Gleichzeitig wird die dabei freiwerdende Wärme zu einem wesentlichen Teil der anzuwärmenden Löselauge wieder zugeführt.

Die Kühlung erfolgt in modernen Kaliwerken in Vakuumanlagen. Die Lösung wird durch Verdampfen unter vermindertem Druck durch mehrere nacheinandergeschal­ tete Apparatestufen geführt. Der in den Apparaten entstehende Brüden wird durch Rohre geleitet (Oberflächenoder Mischkondensatoren). Diese Rohre werden von der Löselauge im Gegenstrom durchlaufen. Dabei wird im allgemeinen die Lösung bis auf etwa 50°C abgekühlt.

14.3.4.Deeken

Das in der Vakuumstation angefallene Kristallisat wird, wenn nötig, im Deckbetrieb auf den gewünschten K 20-Gehalt gebracht, d. h., es wird durch Überspülen von Was­ ser oder dünnen Laugen von noch anhaftenden Steinsalzteilen befreit und dadurch K 20-reicher. Die dafürbenutzten Apparate werden als Deckmaischen bezeichnet. Am Schluß des Deckprozesses muß die am gedeckten Kristallisat noch haftende Lauge entfernt werden, denn in der nachfolgenden Trocknung würde das Wasser dieser Lauge verdampfen, und das darin enthaltene Steinsalz würde auskristallisieren und so die Qualität des Salzes mindern.

Zur Abtrennung der anhaftenden Lauge benutzt man in den meisten Fällen Filter, die das Salz bis auf 12 bis 30 % noch anhaftende Feuchtigkeit entwässern (Bild 14/5). In modernen Fabrikbetrieben werden Schub- oder Schälschleudern eingesetzt, mit denen der Feuchtigkeitsgehalt des geschleuderten Salzes bis auf etwa 5 % herabge­ drückt werden kann. Beim Einsatz von Schleudern wird also immer ein K 20-rei- cheres Endprodukt erreicht als beim Einsatz von Filtern (Bild 14/6).

Die Leistung von Schleudern und Filtern wird von dem Eindickungsgrad des aufge­ gebenen Breies beeinflußt. Deshalb werden Filter und Schleudern oft große Eindicker vorgeschaltet, die in ihrer Bauart den Klärgefäßen ähneln.

14.3.5.Trocknen

Das abgekühlte, geklärte und wenn nötig gedeckte Kristallisat ist zunächst noch ein Halbfabrikat. Zum Fertigprodukt wird es erst durch das Trocknen. Dieses wird fast ausschließlich in Trockentrommeln (Bild 14/7) durchgeführt. Ihre Beheizung erfolgt