Überlegungen

zur Aufbereitung der Abstoßlösungen des Werkes Werra

Zukunftskolloquium Kaliindustrie in Thüringen

Dr. Heiner Marx | K-UTEC AG Salt Technologies 21.11.2016 | Erfurt

Zielstellung

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Vermeidung der Einleitung in den Vorfluter Werra / Weser

Vermeidung der Verpressung in den Untergrund

Entwertung bei gleichzeitiger Gewinnung vermarktungsfähiger Produkte

Nutzung bergmännischer Hohlräume zur Einstapelung der Restlösung

Absicherung eines kontinuierlichen Betriebes im Werk Werra

Rückstandsfreie Aufbereitung der Abstoßlösungen

Ausarbeitung eines ökonomischen Prozesses

Prognose Salzwasseranfall

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Salzabwasserströme

Prozessabwässer: Hattorf „E-Lösung“ nach Inbetriebnahme KKF

Hattorf Kieseritdeckwasser

Wintershall „E-Lösung“

Wintershall „Q-Lösung“ aus dem Heißlöseprozess

Wintershall Kieseritdeckwasser

Haldenwässer: Neuhof-Ellers, Hattorf und Wintershall

Prognose Salzwasseranfall

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Salzinhalte und Mengenströme, gesamt

bis 2030 ab 2030

Komponente ohne

Haldenwasser

mit

Haldenwasser

ohne

Haldenwasser

mit

Haldenwasser

KCl kt/a 168 251 127 210

MgSO4 kt/a 152 344 116 308

NaCl kt/a 229 617 166 555

MgCl2 kt/a 652 777 597 722

Volumen m³/a 3.040.000 5.290.000 2.650.000 4.900.000

Link zu Konzentrationen

Aufbereitungskonzept

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Vorbehandlung / Mischen der Abstoßlösungen

Separate Vorbehandlung der Haldensickerwässer (Membranverfahren)

Fraktionierte Kristallisation von gelösten Salzen durch Eindampfprozesse

Reinigung der Zwischenprodukte und Umsetzung zu Kaliumsulfat

Versatz nicht vermarktungsfähiger Salzkomponenten

Grundkonzeption

Mehrere Verfahrensvarianten möglich. Untersuchung und Vergleich notwendig.

Aufbereitungskonzept

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Beispielvariante A

Kieseritwaschwasser Fabriklauge Haldenlauge

Mischen

Eindampfen

Ausrühren von Kainit

Eindampfen

> 430 g/l MgCl2

KCl

NaCl

Flotation NaCl

Bildung + Zersetzung

von Schönit

K2SO4

MgCl2-Lösung

Versatz

Vorbehandlung

Aufbereitungskonzept

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Beispielvariante B

Mischen

NaCl

Flotation NaCl

Bildung + Zersetzung

von Schönit

Eindampfen

Ausrühren von Kainit

Eindampfen

> 430 g/l MgCl2

K2SO4

MgCl2-Lösung

Kalzinierung

Schönit

K-Mg-Dünger

Versatz

Kieseritwaschwasser Fabriklauge Haldenlauge

Vorbehandlung

Aufbereitungskonzept

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Beispielvariante C

Kieseritwaschwasser

Mischen

Versatz

Eindampfen

Ausrühren von Kainit

Eindampfen

> 430 g/l MgCl2

Na2SO4

NaCl

Flotation NaCl

Bildung + Zersetzung

von Schönit

K2SO4

MgCl2-Lösung

Vorbehandlung

Umsetzen

mit KCl

NaCl

K2SO4

Haldenlauge Fabriklauge

Aufbereitungskonzept

9

Membrandestillation für Haldenlösungen

Als Alternative

zu konventionellen

Eindampfmethoden

bei der Aufbereitung

von Haldenlösung.

45 °C

80 °C

95 mbar

320 mbar

Aufbereitungskonzept

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Versuchsstand bei K-UTEC AG

Membrandestillation für Haldenlösungen

Aufbereitungskonzept

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Versuchsanordnung bei K-UTEC AG

Membranmodul

Kristallisator

Wärmetauscher

WassererhitzerKühler

Haldenlösung

80°C 45°C

25°C

80°C

Mutterlösung zur ProzessanlageKristallisat

NaCl, GipsDestillat

Konzentrat

Membrandestillation für Haldenlösungen

Kreis-

lauflösung

Aufbereitungskonzept

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Membrandestillation für Haldenlösungen

Durchführung von Pilotversuchen bei K-UTEC AG

Materialfluss Einheit Haldenlösung

Kreislauflösung in MD l/h 459

Konzentrat aus MD l/h 445

Destillat aus MD l/h 14

Haldenlösung zur Kristallisation l/h 14

Kristallisat kg/h 4,9

Kristallisat:

NaCl 95,4 %

CaSO4 1,8 %

Haftlauge 2,8 %

MD Wasser MD Haldenlösung Referenz:

Einstufige Eindampfanlage

für Haldenlösung

0,312 kWh/kg 0,527 kWh/kg 0,750 kWh/kg

MD: Membrandestillation

Aufbereitungskonzept

Versatz nicht vermarktungsfähiger Salzkomponenten

Flüssigversatz / hydraulischer Versatz in Grubenhohlräume:

MgCl2-Lösung / Suspension + NaCl aus der Reinigung + Bindemittel MgO, CaO∙MgO

14

Aufbereitungskonzept

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Versatz nicht vermarktungsfähiger Salzkomponenten

P

P

P

P

storage and mixing

plant

sludge plant

P

brine tank

sandstone

salt horizon

mine opening , backfilling required

brine drainage system

NaCl

aus der

Reinigung

MgCl2-Lösung /Suspension

Bindemittel

Schacht

Versatzort

Mischstation

untertage

Mischstation

übertage

Aufbereitungskonzept

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Versatz nicht vermarktungsfähiger Salzkomponenten

Versatz im Kammer-Pfeiler-Bau

1. Damm aus NaCl

2. Damm aus BigBags gefüllt mit Versatzmaterial

3. Damm aus Beton oder Mauersteinen

Aufbereitungskonzept

Versatz nicht vermarktungsfähiger Salzkomponenten

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6 7

UC

S [M

Pa]

Curing time [d]

6 % MgO 5 % MgO 4 % MgO 5 % Russ. MgO

Festigkeitsentwicklung in Abhängigkeit von Bindemittelmenge und Zeit

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Aufbereitungskonzept

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Vermarktungsfähige Produkte: 200 - 400 kt/a K2SO4 (> 50 % K2O)

200 - 500 kt/a NaCl (>98 %)

Versatzmaterial: ca. 250 kt/a NaCl aus Reinigung

ca. 2.000 kt/a MgCl2-Suspension (40 %)

zuzüglich ca. 100 kt/a Bindemittel (MgO, CaO∙MgO)

Feste / flüssige Rückstände: keine

Prozessausgänge

In Abhängigkeit von der Prozessvariante

Aufbereitungskonzept

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Möglichkeiten zur Überbrückung der Zeit bis zur Inbetriebnahme

Einstapelung der Lösungen als Flüssigversatz in Grubenhohlräume

wie bspw. Altgrube Bergmannssegen Hugo (Niedersachsen)

Altgrube Bischofferode (Thüringen)

Altgrube Springen / Merkers (Thüringen)

oder andere geeignete bergmännische Hohlräume

Fazit

Eine rückstandsfreie Aufbereitung der Lösungen ist technisch möglich.

Nächster Schritt: Technisch-wirtschaftliche Bewertung der Varianten.

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