DD237549A1 - Verfahren zur bewertung von aschen - Google Patents

Abstract

Das Verfahren zur Bewertung von Aschen gehoert in das Gebiet der Untersuchung physikalischer und chemischer Eigenschaften von Stoffen. Der Vorschlag soll eine Bewertung der Aschen hinsichtlich ihrer Einsatzbarkeit in der bergbaulichen Versatzwirtschaft bei wesentlich reduziertem Aufwand ermoeglichen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln, welches als sogenanntes Expresspruefverfahren fuer die Bewertung der hydraulischen Eigenschaften von Aschen zur Betriebskontrolle einsetzbar ist und die Automatisierung des Bewertungsprozesses ermoeglicht. Vorschlagsgemaess wird die Asche differentialkalorimetrisch untersucht und ein ueberraschend gefundener Zusammenhang zwischen der Reaktionsenthalpie und der hydraulischen Reaktivitaet zur Bewertung des Erhaertungsvermoegens der Asche hergestellt. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung gehört in das Gebiet der Untersuchung physikalischer und chemischer Eigenschaften von Stoffen. Zweckmäßig erfolgt die Anwendung des Verfahrens zur qualitativen und quantitativen Abgrenzung des hydraulischen Verhaltens von im Bauwesen und im Bergbau als hydraulisch wirkender Stoff eingesetzten Aschen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Verfahren zur Messung von Reaktionswärmen in Kalorimetern sind seit langem bekannt. Insbesondere ist die Messung der Hydratationswärmen von Bindebaustoffen, wie z.B. Zement, Kalk und Gips, durch die Schrift WP-DD 207125 offenbart. Das WP-DD 207125 beschreibt die differentialkalorimetrische Analyse (DCA) im Verfahren und ihre Vorrichtung und bezieht sich dabei ausschließlich auf die Bewertung von in der Bauindustrie bekannten und eingesetzten Bindebaustoffen. Die Bewertung von hydraulisch aktiven Aschen bereitet u.a. aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen und ihrer Besonderheiten gegenüber den herkömmlichen bekannten Bindebaustoffen große Schwierigkeiten und wird u.a. aus diesen Gründen in der Bauindustrie nicht als Bindebaustoff, sondern als Zuschlagstoff, eingesetzt. So wird von Lang, E. in der Dissertation zum Thema „Untersuchungen zur Verwertung von Braunkohlenfilterasche (BFA) im Bergbau" ausdrücklich gesagt, daß sich die Untersuchung des Hydratationswärmeverlaufs nach dem DCA-Verfahren für die Bewertung von Braunkohlenfilterasche als ungeeignet erwies, Dissertation an der Hochschule für Architektur und Bauwesen, Weimar, 1982,

5. 84. Es wurde von Lang, E. festgestellt, daß zwischen den Ergebnissen der Wärmefluß-Differential-Kalorimetrie (gemessen bei Raumtemperatur) und den Festigkeiten keirie Beziehung gefunden werden konnte, siehe o.g. Dissertation, S.3. Es gibt in der internationalen Fachliteratur keinen Anhaltspunkt, woraus abzuleiten ist, daß die Fachwelt die Bewertung von hydraulisch aktiven Aschen mittels DCA-Verfahren für möglich hält. Im Bergbau besteht jedoch die Forderung, zur Realisierung einer effektiven Versatzwirtschaft, die Qualität der Aschen frühzeitig einzuschätzen, um ungeeignete Aschen rechtzeitig und sicher von der Verwertung ausschalten zu können. Dazu beschreibt der gegenwärtige Stand der Technik im wesentlichen folgende drei Methoden, die es ermöglichen, anhand der danach erhaltenen Ergebnisse über Nomogramme, oder über Regressionsgleichungen die Druckfestigkeiten nach einer bestimmten Erhärtungsdauer vorher zu bestimmen.

— Messung der Zylinderdruckfestigkeit und Ermittlung der Druckfestigkeit durch Nomogramme, Lang, E. o. g. Dissertation, 1982

— Erstellung und Auswertung von IR-Spektrogrammen an hydratisierten und unhydratisierten Aschen mit anschließender daraus folgender Vorausberechnung der Druckfestigkeiten mittels Regressionsgleichungen, Lang, E. o. g. Dissertation, 1982

— Berechnung der Druckfestigkeit auf der Grundlage verschiedener Stoffkenngrößen physikalischer bzw. chemischer Natur der diversen Aschen. Diese Vorausberechnung der.Druckfestigkeit erfolgt durch Regressionsgleichungen, Lang, E. o. g. Dissertation, 1982; Henning, Kummer, Lang, E. „Zur Vorausberechnung des Erhärtungsvermögens von Braunkohlenfilteraschen", Baustoffindustrie, 25 (1982), 2, S.38-40.

Diese Regressionsgleichungen gelten jeweils nur für eine bestimmte Asche eines bestimmten Kraftwerkes und für einen bestimmten Erhärtungszeitraum. Diesen drei Methoden sind folgende Mängel gemeinsam:

— hoher Prüf- und Auswertezeitaufwand bis zum Vorliegen des Ergebnisses (6 bis 48 Stunden)

— hoher Aufwand an Analysenmeßtechnik und damit verbunden hohe Anforderungen an die Qualifikation des Bedienpersonals

— kapazitive Überforderung der Analysetätigkeit bei hoher Probezahl, keine Automatisierungsmöglichkeiten. Diesetechnischen Mängel schränken die Anwendung der wesentlich billigeren Braunkohlenfilterasche als Substituent der herkömmlichen Bindebaustoffe für die bergbauliche Versatzwirtschaft stark ein bzw. macht eine Substitution teilweise unmöglich.

Ziel der Erfindung

Das vorgeschlagene Verfahren soll eine Bewertung der Asche bei wesentlich reduziertem apparativen und zeitlichen Analyseaufwand ermöglichen. Mit dem vorgeschlagenen Bewertungsverfahren ist für bestimmte Einsatzfälle erst die Möglichkeit des Einsatzes der wesentlich billigeren Braunkohlenfilterasche gegenüber Bindebaustoffen in der bergbaulichen Versatzwirtschaft gegeben.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln, welches als sogenanntes Expreßprüfverfahren für die Bewertung der hydraulischen Eigenschaften von Aschen zur Betriebskontroiie, so auch für die sofortige, schnelle Eingangskontrolle, einsetzbar ist und die Automatisierung des Bewertungsprozesses ermöglicht. Der Vorschlag nutzt die grundsätzliche Verfahrensweise der differentialkalorimetrischen Analyse (DCA). Es wurde überraschend gefunden, daß sich ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Reaktionsenthalpie und der hydraulischen Reaktivität, ausgedrückt durch die erreichte Druckfestigkeit nach einer bestimmten Erhärtungsdauer, herstellen läßt. Vorschlagsgemäß wird aus der zu bewertenden Aschencharge eine repräsentative Probe mit einer Masse zwischen 0,1 g und 10g entnommen, gegebenfalls mit Substanzen zur Steigerung der hydraulischen Aktivität versehen und drucklos bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur bis maximal 9O⁰C auf das im Differentialkalorimeter vorgelegte Wasser, gegebenfalls mit chemischen Zusätzen, aufgegeben. Ein Motorkompensator registriert zeitabhängig die bei der nachfolgend einsetzenden chemischen Reaktion infolge der frei werdenden Wärme entstehende Thermospannung. Diese elektrische Meßgröße wird als Kurve in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Die Fläche unter der Kurve und die Kurvencharakteristik der erhaltenen Graphik mit ihrem ersten Peak wird manuell oder mittels Mikrocomputer bewertet. Zwischen diesen Bewertungsergebnissen (Kurvenfläche, Kurvenform) und dem hydraulischen Verhalten der Asche besteht ein korrelativer Zusammenhang dergestalt, daß der Korrelationskoeffizient größer als 0,8 ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiei näher erläutert werden. Die von einem Kraftwerk angelieferte Asche soll mit hochwertiger Versatzqualität im Teilsohlenbau mit Versatz eines Bergwerkes eingesetzt werden. Zuvor ist ihr Erhärtungsvermögen zu bewerten. Dazu werden repräsentative Aschenproben entnommen. Zur Vorbereitung der kalorimetrischen Messung wird in die Proberöhrchen eine Flüssigkeitsmenge von 1 ml, bestehend aus Wasser und einem einmolaren Zusatz von CaCI₂, vorgelegt. Die Meß- und Vergleichsröhrcnen werden in die kalorimetrische Meßzelle eingeführt. Nach einer Thermostatierungszeit von 20 bis 30 min wird die jeweilige Ascheprobe von 1 g in das Meßröhrchen eingefüllt (im freien Fall). Die Mischung der festen und flüssigen Reaktionspartner erfolgt durch die Schwerkraft der Ascheteilchen. Aufgrund des relativ hohen Flüssigkeitsangebotes im Röhrchen wird eine vollständige Benetzung der Ascheteilchen erreicht. Die im Meßgefäß durch die Reaktion der beiden Reaktionspartner frei werdende Wärme bildet eine Thermospannung, die der angeschlossene Motorkompensator zeitabhängig registriert und gegebenfalls aufzeichnet. Es wird die Wärmeentwicklungsrate dQ/dt in Abhängigkeit von der Zeit erhalten. Die DCA-Kurve für eine BFA-Probe ist in der Figur dargestellt. Die Auswertung der DCA-Kurve kann entweder durch manuelles Planimetrieren oder nach einer Digitalisierung mit Hilfe eines Mikrocomputers integriert werden (Automatisierung des Bewertungsverfahrens). Für eine sehr schnelle Bewertung ist es auch möglich, mitteis einer Schablone die erforderliche Aussage über das hydraulische Verhalten der Asche zu treffen. Dabei kann wie folgt vorgegangen werden. Die Kurve wird von einer Schablone überdeckt. Ist die Kurve dabei sichtbar, liegt ein gutes Erhärtungsvermögen, was, sich in hoher Festigkeit ausdrückt, vor. Anderenfalls besitzt die BFA ein ungenügendes bzw. kein Erhärtungsvermögen. Die Hydrationswärmen und die Druckfestigkeit entsprechen sich in ihrer Tendenz. Die Korrelations- und Regressionsrechnungen geben zahlenmäßig darüber Auskunft. Über die Regressionsgleichung y = a + bx wird mittels der Hydratationswärme (x) die Druckfestigkeit (y) nach einer bestimmten Erhärtungsdauer berechnet. Da die Bewertung der Aschen mit diesem vorgeschlagenen Verfahren in ca 1 bis 1,5 Stunden durchführbar und eine parallele Bewertung mehrerer Ascheproben je nach Anzahl der Meßstellen des Motorkompensators bzw. der Motorkompensatoren gegeben ist, kann innerhalb von ca. 3 Stunden der Umfang eines Ganzzuges (ca. 20 Waggons) bewertet und der differenzierten Verwendung zugeführt werden. Im Gegensatz dazu können die Aschezüge bei der Verfahrensweise, die der Stand der Technik ausweist, nur stichprobenartig untersucht werden.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist eine wesentliche Steigerung der Effektivität der Bewertung und Verwendungszuführung der Asche sowie eine erhebliche Steigerung der Bergbausicherheit beim Einsatz von Braunkohlenfilterasche als Rohstoff für Versatzmaterial erreichbar.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Bewertung von Aschen, wobei die wesentlichsten Mittel und Methoden derdifferentialkalorimetrischen Analyse genutzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ascheprobe mit oder ohne Zusätze drucklos auf vorgelegtes Wasser mit oder ohne Zusätze aufgegeben wird und daß die der Hydratationswärme äquivalente Meßgröße mit der hydraulischen Reaktivität, ausgedrückt durch die Druckfestigkeit der Asche, in einen korrelativen Zusammenhang gebracht wird, dergestalt, daß ein Motorkompensator die elektrische Meßgröße in Abhängigkeit von der Zeit als Graphik darstellt, die manuell ausgewertet wird bzw. die elektrische Meßgröße digitalisiert einem Mikrocomputer zur Auswertung und Anzeige zugeführt wird.
2. 2. Verfahren zur Bewertung von Aschen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Aschemengen zwischen 0,1 g und 10g vorzugsweise 1,0 g aufgegeben werden.
3. 3. Verfahren zur Bewertung von Aschen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß reaktionsaktivierende Substanzen der Ascheprobe, z. B. CaO und dem vorgelegten Wasser, z. B. Ca Cl₂, zugegeben werden.
4. 4. Verfahren zur Bewertung von Äschen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verfahren bei Raumtemperatur oder bei höheren Temperaturen bis maximal 9O⁰C, insbesondere bei 25°C durchgeführt wird.