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Technischer Bericht NTB 92-06

Herstellung von Bentonit-Granulat mit hoher Schüttdichte zur Bohrlochabdichtung

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Im Rahmen von Machbarkeitsuntersuchungen wurden im Labor- und Technikumsmassstab Presslinge und Granulat aus einem Na-Bentonit MX-80 (Wyoming) hergestellt. Die Versuche hatten das Ziel, einen Verfahrensweg für die Herstellung von dispersen, schüttfähigen Bentonitprodukten mit variabler oberer Korngrenze und hoher Schüttdichte von > 1,5 g/cm3 (bezogen auf Trockenmasse) zu finden. Diese Schüttdichte ist erforderlich, um beim Einsatz des Bentonitgranulates zur Versiegelung von Bohrlöchern oder von anderen untertägigen Hohlräumen die geforderten Materialeigenschaften der Versiegelung zu erreichen.

Durch Pressversuche mit der hydraulischen Stempelpresse mit geschlossener Pressform wurden die optimalen Bedingungen für die einachsige Verpressung gefunden:

Pressdruck: ≥ 200 MPa

Presstemperatur:20°C

Feuchtegehalt:~ 1 %

Unter diesen Bedingungen entstehen Bentonitpresslinge mit Rohdichten von 2,1 bis 2,2 g/cm3 und guten Druck- und Abriebfestigkeiten, die auch hohe Beanspruchungen beim Handling gestatten.

Aus den Bentonitpresslingen kann ein dichtes, festes und rieselfähiges Granulat durch Zerkleinern gewonnen werden, wenn die Zerkleinerungsbedingungen an die physikalischen Eigenschaften der Presslinge angepasst sind.

Anhand von Schüttversuchen mit Bentonitgranulat und -presslingen wurde festgestellt, dass nach den häufig bevorzugten Korngrössenverteilungsfunktionen zur Herstellung optimaler Packungsdichten, wie z. B. die Fullerkurve, keine Schüttdichten von > 1,5 g/cm3 erzielbar sind. Die höchsten Schüttdichtewerte ergeben sich stets dann, wenn eine Grobkornfraktion in Form von Presslingen mit einem staubfreien, feinkörnigen Granulat, das als Füllmaterial fungiert, kombiniert wird. Bei maximalen Presslingsabmessungen von 10 bis 50 mm sollte das Granulat eine Körnung von 0,63 – 3 mm haben. Das optimale Mengenverhältnis von Presslingen und Granulat ist etwa 70:30.

Unter diesen Bedingungen sind Schüttdichtewerte von 1,6 bis 1,7 g/cm3 erreichbar, wenn die Bentonitprodukte einzeln und wechselweise aus separaten Behältnissen geschüttet werden. Nach Schüttung einer Presslingsschicht werden deren Hohlräume durch das feinkörnige und rieselfähige Granulat ausgefüllt.

Für die Herstellung von qualitätsgerechten Bentonitpresslingen ist die Formmuldenwalzenpresse eine geeignete technische Presse. Ein besonderer Vorteil dieses Pressentypes ist die günstige Pressdruckverteilung bei der Gutverdichtung, so dass hohe Presslingsdichten erreicht werden können. Durch Auswechseln der Presssegmente können Form und Grösse der Presslinge variiert werden.

Das als Füllmaterial benötigte Granulat (0,63 – 3 mm) kann unter technischen Bedingungen aus Brikettbruch, -abrieb sowie ganzen Presslingen mit der Spezialgranulatmühle erzeugt werden.

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