Bergbauliche Wasserwirtschaft

Entwicklung einer Rückhalte- und Verwertungstechnologie für Salzfrachten von Haldensickerwässern unter Nutzung natürlicher Energiequellen zur Minderung der Gewässerbelastung; Technikumsversuch

Auftraggeber: LMBV mbH

Bearbeitungszeit: 2016 - 2017

Problemstellung

Rückstandshalden des Kalibergbaus im Südharz Revier beinhalten hoch wasserlösliche Minerale, welche zur Bildung hochsaliner Haldensickerwässer führen. Aufgrund einer bisher fehlenden finanzierbaren Rückhaltetechnologie werden die Salzlösungen in die Vorfluter abgeleitet. Eine kontrollierte Abgabe und Vergleichmäßigung der Fracht stößt durch die Aufnahmekapazität der Vorfluter an seine Grenzen. Die ins Gewässer eingetragenen Stoffmengen können jedoch gemindert werden, wenn sie vor der Einleitung in die Gewässer dauerhaft zurückgehalten werden.

Ziel dieses Projektes war es daher, ein Verfahren zu entwickeln, um die Salzfrachten der Haldensickerwässer als Feststoffe dauerhaft zurückzuhalten um die entstandenen Produkte anschließend verwerten zu können. Die Trennung der Salze und des Wassers erfolgt durch Zuführung thermischer Energie, welche für den Verdunstungsprozess benötigt wird und anschließend bei der Kondensation des Wassers wieder anteilig zurückgewonnen werden kann. Die zurückgewonnene Wärmeenergie kann dem Prozess erneut zugeführt werden. Bei dem Verfahren sollen natürliche Energiequellen, beispielsweise Sonnenenergie, genutzt werden.

Vorgehen

Zur Verfahrensentwicklung wurden im ersten Schritt Technikumsversuche durchgeführt. Es wurde eine entsprechende Anlage im Technikumsmaßstab aufgebaut. Mit dieser wurden verschiedene Betriebsweisen getestet und die entstandenen Produkte analysiert, um mögliche Verwertungsstrategien entwickeln zu können. Des Weiteren wurde eine Energiebilanz erstellt, um den Energiebedarf einer solchen Anlage im größeren Maßstab abzuschätzen, diese planen zu können und die Finanzierbarkeit des Verfahrens zu prüfen.

Ergebnisse

Die Abtrennung der Salze aus der hochsalinen Lösung durch Verdunstung und Kondensation wurde erfolgreich getestet. Es wurden Faktoren, die zur Verbesserung der Energiebilanz und zur Steigerung der Verdunstungsraten führen, ermittelt. Besonders förderlich für die Verdunstungsleistung der entwickelten Anlage sind möglichst hohe Betriebstemperaturen. Die Bildung von Kristallisaten auf der Wasseroberfläche muss durch hydraulische und mechanische Maßnahmen verhindert werden, um eine fortgesetzte ungehinderte Verdunstung zu ermöglichen. Die Rückgewinnung von Wärmeenergie durch Wärmepumpen zur Senkung des Energiebedarfs ist mit diesem Verfahren möglich. Dafür würde die Anlage vornehmlich mit elektrischer Energie betrieben werden.

Der NaCl-Gehalt der entstandenen Salzprodukte betrug bei einzelnen großen Kristallen bisher maximal
88 m-%. Bei kleineren Kristallen war er geringer. Der NaCl-Gehalt der Produkte muss noch auf mindestens 97 m-% gesteigert werden, wenn eine Wiederverwertung erreicht werden soll.

Um die Reinheit des produzierten Salzes zu steigern und gleichzeitig Solarenergie als Hauptenergieträger zu nutzen, ist eine Modifikation des Verfahrens notwendig.

Projektgruppenleiter

Dr.-Ing. habil. Felix Bilek

E-Mail: fbilek@dgfz.de, fbilek@gfi.de

Tel.: 0351-4050-674