technologyComment of kaolin production (RER, RoW):
There exist two different processes for the production of market kaolin - a dry and a wet process. The first one - the dry process - is relatively simple but yields therefore also a lower quality product, reflecting the quality found in the crude kaolin.
The wet process on the other hand side is used to produce filler and coating grades. It is this process that is modeled in this dataset.
The most important four steps of the wet process are the following:
- Mining: Nowadays most of kaolin mining is done in open pit mining. Depending on the composi-tion, either mining with shovels, draglines, motorized scrapers and front-end loaders is done (e.g. Georgia, USA) or mining with high-pressure hydraulic monitors (e.g. Cornwall, UK) is done. In the second case, a stream of water is washing out the fine particle kaolin and is leaving the coarse quartz and mica residues within the soil.
- Mineral separation (degritting): Kaolin beeing a mineral, it is obvious that there are always also other minerals (the grit) in the kaolin deposits, which have to be separated. To separate two miner-als, either physical or chemical differences between the two substances are taken as base. In gen-eral, the mined kaolin is mixed therefore with water and a dispersing chemical to form a slurry that is then degritted (by e.g. rake classifiers, hydrocyclones or screens).
- Kaolin benefication: When the separated kaolin fullfills not the specification asked a benefication process is added to improve e.g. the brightness (either by magnetic separation or by bleaching with ozone or hydrogen peroxide), the rheology (by blending different kaolins), the purity (either by blending or by magnetic separation) or the grain size distribution (again blending as a possibility). In this step, the producer is also deciding the form of delivery (bulk, powder, slurry).
- Storage & transport: The storage is done either in silos (bulk and powder) or in tanks (slurries). Due to the fact that customers more and more apply for the 'just in time' principle, the storage ca-pacities of the producers are increasing and the transports are done more and more by lorry to the customer (more flexible than other means of transport).
References:
Hischier R. (2007) Life Cycle Inventories of Packagings & Graphical Papers. ecoinvent report No. 11. Swiss Centre for Life Cycle Inventories, Dübendorf, 2007.
Planfeststellungsverfahren zur
Stilllegung des Endlagers für
radioaktive Abfälle Morsleben
Verfahrensunterlage
Titel:Verfüllmaterial für Strecken mit hohen Anforderungen
Materialeigenschaften und Materialkennwerte Salzbeton M2
Autor:DBE
Erscheinungsjahr:2004
Unterlagen-Nr.:P 192
Revision:00
Unterlagenteil:
ProjektPSP-ElementObj. Kenn.Funktion
NAANNNNNNNNNNNNNNNNNNNAAANN
9M22343021
Komponente Baugruppe
AANNNA
AANN
AJ
Verfüllmaterial für Strecken mit hohen Anforderungen –
Materialeigenschaften und Materialkennwerte Salzbeton M2
Stichwörter:
AufgabeUALfd. Nr.Rev.
XAAXXAANNNNNN
GH
BY 0054 00
Blatt 3
Abdichtungen, Materialeigenschaften, Rezeptur M2, Rheologie, Salzbeton,
Streckenverfüllungen
Zusammenfassung
Nach dem Stilllegungskonzept des Endlagers für radioaktive Abfälle (ERAM) sind zur Gewähr-
leistung des radiologischen Schutzzieles die Einlagerungsfelder von der zutrittsgefährdeten
Restgrube durch qualifizierte Streckenverfüllungen bzw. Strecken mit hohen Anforderungen
abzudichten. Als Baustoff für die Errichtung der Streckenverfüllungen ist der Salzbeton M2
vorgesehen.
Der vorliegende Bericht fasst den Kenntnisstand zu Materialparametern zusammen, soweit
diese im Hinblick auf die Einbringung als Pumpversatz, die Beherrschung der Bauzustände
sowie zur Beurteilung der mechanischen Integrität der Streckenverfüllungen erforderlich sind.
Zuerst werden die Materialzusammensetzung, das Verhalten des Salzbetons während der
Verarbeitung und die Frischbetoneigenschaften behandelt. Im Anschluss werden Resultate
von Messungen physikalischer und thermodynamischer Materialeigenschaften beschrieben.
Der Salzbeton M2 besteht aus Zement, Steinkohlenflugasche und Salzzuschlag. Das Anmi-
schen erfolgt mit Wasser. Für die Rezeptur liegt eine allgemeine Zulassung gemäß § 4 der
Bergverordnung zum gesundheitlichen Schutz der Beschäftigten (GesBergV) vor. Die rheolo-
gischen Untersuchungen zeigten, dass ein Suspensionstransport durch Rohrleitungen auch
bei erhöhtem oder verringertem Wassergehalt über mehrere Stunden möglich ist. Die Korn-
größe des Salzzuschlages beeinflusst nur untergeordnet das Fließverhalten des Frischbetons.
Kornsedimentations- bzw. -absetzerscheinungen waren nicht nachweisbar. So ergab bei-
spielsweise ein Freifallversuch im ERAM, bei dem Suspension über eine Höhe von 37 m in
eine Schalung verstürzt wurde, dass der Frischbeton zu einem homogenen Baustoffkörper
abbindet.
Untersuchungen physikalischer Festbetoneigenschaften umfassten die Ermittlung der Beton-
dichte, der Salzbetonsteifigkeit und -festigkeit, des Schwind- und Kriechverhaltens sowie Be-
stimmungen von Parametern, die zur Charakterisierung der hydraulischen Durchlässigkeit des
Salzbetons erforderlich sind, wie die Porosität, die Porenradienverteilung und die Permeabili-
tät. Es wurden einaxiale Druckfestigkeiten von mehr als 30 MPa und statische Elastizitätsmo-
duli von über 20.000 MPa erzielt. Die Messungen ergaben, dass abgebundene Proben des
geförderten Materials im Vergleich zu Prüfkörpern, deren Herstellung unmittelbar nach dem
Anmischen erfolgte, vergleichbare Festigkeiten aufweisen. Triaxiale Druckversuche ergaben,
DOK02-01 Dokublatt
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Komponente Baugruppe
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Blatt 4
dass die Dilatanzgrenze nahe der Bruchgrenze liegt. Beide Parameter steigen mit wachsen-
dem Manteldruck.
Das Schwinden des Baustoffes ist bereits nach einer Abbindezeit von etwa 50 Tagen weitge-
hend abgeklungen. Für das Normalklimat 20/65 kann ein Endschwindmaß von 1,1 mm/m an-
gegeben werden. Die Laboruntersuchungen zur Ermittlung der hydraulischen Durchlässigkeit
ergaben, dass der Salzbeton ein Porensystem aufweist, das nur für Gase geringfügig durch-
lässig ist. So reduzierte sich die Gaspermeabilität einer getrockneten Probe bei einer Zunah-
–18
–18
me des Manteldruckes von 1 MPa auf 10 MPa von 5,4·10 m² auf 1,0·10 m², während im
–20
–21
Normalklimat 20/65 gelagerte Prüfkörper auf Werte von 6,1·10 m² bis 5,3·10 m² kamen.
Eine Durchströmung mit Salzlösungen war dagegen nicht nachweisbar. Auf Grund der Sätti-
gungsverhältnisse der Poren- und Überschusslösung sind im Rahmen der Verfüllung Anlö-
seerscheinungen der Hohlraumkonturen vernachlässigbar.
Bestimmungen thermodynamischer Eigenschaften des Salzbetons sind erforderlich, da die im
Verlauf des Abbindeprozesses freigesetzte Wärme thermomechanisch bedingte
Zwangsbeanspruchungen in den Streckenverfüllungen sowie im angrenzenden Salzgebirge
erzeugen kann. Die Hydratationswärme ist damit eine nicht zu vernachlässigende Größe. Die
zum Nachweis der Beherrschung der Bauzustände notwendigen Daten, wie die unter
adiabatischen Bedingungen bestimmte Temperaturentwicklung beim Abbinden, die
spezifische Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizient werden beschrieben.
Zusätzlich sind Untersuchungsresultate zur Temperaturstabilität des Salzbetons angegeben.
Abschließend wird dargestellt, wie aus den Ergebnissen der Laboruntersuchungen
thermodynamischer und physikalischer Baustoffeigenschaften Materialkennwerte ermittelt
werden, die in die Sicherheitsnachweisführung eingehen und welche Materialmodelle in den
numerischen Berechnungen zur Anwendung kommen.
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Planfeststellungsverfahren zur
Stilllegung des Endlagers für
radioaktive Abfälle Morsleben
Verfahrensunterlage
Titel:Verfüllmaterial für Strecken mit hohen Anforderungen
Materialeigenschaften und Materialkennwerte Salzbeton M2
Autor:DBE
Erscheinungsjahr:2004
Unterlagen-Nr.:P 192
Revision:00
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Abdichtungen, Materialeigenschaften, Rezeptur M2, Rheologie, Salzbeton,
Streckenverfüllungen
Zusammenfassung
Nach dem Stilllegungskonzept des Endlagers für radioaktive Abfälle (ERAM) sind zur Gewähr-
leistung des radiologischen Schutzzieles die Einlagerungsfelder von der zutrittsgefährdeten
Restgrube durch qualifizierte Streckenverfüllungen bzw. Strecken mit hohen Anforderungen
abzudichten. Als Baustoff für die Errichtung der Streckenverfüllungen ist der Salzbeton M2
vorgesehen.
Der vorliegende Bericht fasst den Kenntnisstand zu Materialparametern zusammen, soweit
diese im Hinblick auf die Einbringung als Pumpversatz, die Beherrschung der Bauzustände
sowie zur Beurteilung der mechanischen Integrität der Streckenverfüllungen erforderlich sind.
Zuerst werden die Materialzusammensetzung, das Verhalten des Salzbetons während der
Verarbeitung und die Frischbetoneigenschaften behandelt. Im Anschluss werden Resultate
von Messungen physikalischer und thermodynamischer Materialeigenschaften beschrieben.
Der Salzbeton M2 besteht aus Zement, Steinkohlenflugasche und Salzzuschlag. Das Anmi-
schen erfolgt mit Wasser. Für die Rezeptur liegt eine allgemeine Zulassung gemäß § 4 der
Bergverordnung zum gesundheitlichen Schutz der Beschäftigten (GesBergV) vor. Die rheolo-
gischen Untersuchungen zeigten, dass ein Suspensionstransport durch Rohrleitungen auch
bei erhöhtem oder verringertem Wassergehalt über mehrere Stunden möglich ist. Die Korn-
größe des Salzzuschlages beeinflusst nur untergeordnet das Fließverhalten des Frischbetons.
Kornsedimentations- bzw. -absetzerscheinungen waren nicht nachweisbar. So ergab bei-
spielsweise ein Freifallversuch im ERAM, bei dem Suspension über eine Höhe von 37 m in
eine Schalung verstürzt wurde, dass der Frischbeton zu einem homogenen Baustoffkörper
abbindet.
Untersuchungen physikalischer Festbetoneigenschaften umfassten die Ermittlung der Beton-
dichte, der Salzbetonsteifigkeit und -festigkeit, des Schwind- und Kriechverhaltens sowie Be-
stimmungen von Parametern, die zur Charakterisierung der hydraulischen Durchlässigkeit des
Salzbetons erforderlich sind, wie die Porosität, die Porenradienverteilung und die Permeabili-
tät. Es wurden einaxiale Druckfestigkeiten von mehr als 30 MPa und statische Elastizitätsmo-
duli von über 20.000 MPa erzielt. Die Messungen ergaben, dass abgebundene Proben des
geförderten Materials im Vergleich zu Prüfkörpern, deren Herstellung unmittelbar nach dem
Anmischen erfolgte, vergleichbare Festigkeiten aufweisen. Triaxiale Druckversuche ergaben,
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Materialeigenschaften und Materialkennwerte Salzbeton M2
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dass die Dilatanzgrenze nahe der Bruchgrenze liegt. Beide Parameter steigen mit wachsen-
dem Manteldruck.
Das Schwinden des Baustoffes ist bereits nach einer Abbindezeit von etwa 50 Tagen weitge-
hend abgeklungen. Für das Normalklimat 20/65 kann ein Endschwindmaß von 1,1 mm/m an-
gegeben werden. Die Laboruntersuchungen zur Ermittlung der hydraulischen Durchlässigkeit
ergaben, dass der Salzbeton ein Porensystem aufweist, das nur für Gase geringfügig durch-
lässig ist. So reduzierte sich die Gaspermeabilität einer getrockneten Probe bei einer Zunah-
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me des Manteldruckes von 1 MPa auf 10 MPa von 5,4·10 m² auf 1,0·10 m², während im
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Normalklimat 20/65 gelagerte Prüfkörper auf Werte von 6,1·10 m² bis 5,3·10 m² kamen.
Eine Durchströmung mit Salzlösungen war dagegen nicht nachweisbar. Auf Grund der Sätti-
gungsverhältnisse der Poren- und Überschusslösung sind im Rahmen der Verfüllung Anlö-
seerscheinungen der Hohlraumkonturen vernachlässigbar.
Bestimmungen thermodynamischer Eigenschaften des Salzbetons sind erforderlich, da die im
Verlauf des Abbindeprozesses freigesetzte Wärme thermomechanisch bedingte
Zwangsbeanspruchungen in den Streckenverfüllungen sowie im angrenzenden Salzgebirge
erzeugen kann. Die Hydratationswärme ist damit eine nicht zu vernachlässigende Größe. Die
zum Nachweis der Beherrschung der Bauzustände notwendigen Daten, wie die unter
adiabatischen Bedingungen bestimmte Temperaturentwicklung beim Abbinden, die
spezifische Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizient werden beschrieben.
Zusätzlich sind Untersuchungsresultate zur Temperaturstabilität des Salzbetons angegeben.
Abschließend wird dargestellt, wie aus den Ergebnissen der Laboruntersuchungen
thermodynamischer und physikalischer Baustoffeigenschaften Materialkennwerte ermittelt
werden, die in die Sicherheitsnachweisführung eingehen und welche Materialmodelle in den
numerischen Berechnungen zur Anwendung kommen.
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