Umweltüberwachung

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Schwefelbestimmung für das Säureabfluss-Potenzial >
Gesamtorganischer Kohlenstoff in Boden/Sediment >
Korngrößenanalyse von Sedimenten und Böden mit Laserbeugung >
Gaskapazität von Kohle und Schiefer (Methan/CO₂ Adsorptionsithermen) >

Wärmeschrank zur Feuchtebestimmung in Kohle und Koks

Der Feuchtigkeitsgehalt ist einer der wichtigsten Parameter bei der Kohleanalyse. Er wirkt sich direkt auf den Heizwert der Kohle, ihre Handhabungseigenschaften, ihre Lagerstabilität und ihre Gesamteffizienz bei Verbrennungs- oder Verkokungsprozessen aus. Eine genaue Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts ist daher ein wesentlicher Schritt in der Bergbau-Qualitätskontrolle und der Prozessoptimierung.

Anwendungsrelevanz

Bewertung des Brennwerts: Feuchtigkeit verringert den effektiven Heizwert der Kohle und reduziert die Energieleistung.
Handhabung und Lagerung: Übermäßige Feuchtigkeit führt zu Ineffizienzen beim Transport, spontaner Erwärmung und Verschlechterungsrisiken.
Koksproduktion: Zuverlässige Feuchtigkeitsdaten gewährleisten eine gleichmäßige Kohlevermischung und eine vorhersehbare Verkohlung.
Einhaltung von Standards: Die Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts ist Teil der international anerkannten näherungsweisen Analyse von Kohle.

Die Carbolite Gero MFS-Öfen sind speziell für diese Aufgabe konzipiert und liefern genaue, reproduzierbare Ergebnisse gemäß Standards wie ASTM D3173 und ISO 11722. Mit optimierten Heizbedingungen und robustem Kammmergehäuse gewährleisten sie eine präzise Messung von inhärenter und oberflächlicher Feuchtigkeit. Für Bergbaulabors und Koksproduzenten ist der MFS-Ofen ein wichtiges Werkzeug, um eine zuverlässige Brennstoffcharakterisierung zu gewährleisten und nachgelagerte Prozesse zu optimieren.

MFS

Schwefelbestimmung für das Säureabfluss-Potenzial

Saurer Bergbauabfluss (AMD) ist eine der gravierendsten Umweltprobleme im Bergbau. Wenn schwefelhaltige Abraumgesteine oder -schlämme oxidieren, produzieren sie Schwefelsäure, die Metalle in die umliegenden Gewässer auslaugen und Ökosysteme schwerwiegend beeinträchtigen kann, was kostspielige Sanierungsmaßnahmen erfordert. Die Vorhersage dieses Risikos hängt stark von einer genauen Schwefelbestimmung ab. Die Messung des Gesamt-Schwefels und, wenn möglich, die pyritische Schwefel-Spezifikation bilden die Grundlage für Säure-Basen-Buchhaltungstests (ABA), die weltweit verwendet werden, um das säureerzeugende Potenzial von Bergbau-Materialien zu bewerten. Hohe Schwefelwerte sind Warnsignale, die auf Abfallströme hinweisen, die eine spezielle Handhabung, Verkapselung oder alkalische Mischung erfordern, um langfristige Umweltschäden zu verhindern.

Die CS-i Kohlenstoff-/Schwefelanalysatoren von ELTRA liefern präzise, reproduzierbare Daten für solche Bewertungen. Durch Induktionsverbrennung bei >2000°C in einer Sauerstoffatmosphäre oxidiert der CS-i alle Sulfidphasen vollständig zu SO₂, die durch Infrarot-Detektion quantifiziert wird. Dieser Hochtemperaturansatz gewährleistet eine zuverlässige Analyse auch für feuerfeste Mineralien wie Pyrit oder Chalkopyrit. Das System kann relativ große Probenmengen (200-300 mg) verarbeiten, was die Repräsentativität für heterogene Abfallgestein und -schlämme verbessert.

Das CS-i arbeitet gemäß etablierten Standards (z. B. ISO 14869-1 für Böden und Erze; ASTM D4239/ISO 19579 als Analoga aus der Kohleanalyse), wodurch die Ergebnisse sowohl für regulatorische Berichterstattung als auch für wissenschaftliche Auswertung haltbar sind. Durch die Integration von Schwefeldaten in ABA-Rahmenbedingungen können Bergbauunternehmen das säureerzeugende Verhalten vorhersehen, bevor es auftritt, effektive Minderungsstrategien entwickeln und die Einhaltung von Umweltrichtlinien nachweisen.

Mit den Analysatoren von ELTRA erhalten Labore und Bergbauunternehmen ein robustes Werkzeug, um ihre Abläufe gegen die ökologischen und wirtschaftlichen Risiken von saurem Grubengangwasser abzusichern.

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Gesamtorganischer Kohlenstoff in Boden/Sediment

Die Bestimmung des Gesamt-organischen Kohlenstoffs (TOC) in Boden-, Sediment- oder Gesteins-proben ist eine wichtige Analyse sowohl in der Umweltgeologie als auch bei der Kohlenwasserstoffsuche. Im Bergbau könnte man den organischen Kohlenstoff in Überdeckungen oder Tailings aus Umweltgründen oder in Schieferformationen zur Bewertung des Reichtums des Muttergesteins (für Erdöl) oder zur Korrektur von Analysen (z. B. Unterscheidung von Karbonat-Kohlenstoff im Vergleich zu organischem Kohlenstoff in Analysen für Kohlenstoff) bewerten. TOC ist im Wesentlichen die Menge an Kohlenstoff, die in organischer Materie gebunden ist, im Gegensatz zu anorganischem Kohlenstoff (Carbonate).

Das Vorhandensein von organischem Kohlenstoff in geologischen Materialien beeinflusst die Bodenfruchtbarkeit, das geochemische Verhalten von Elementen und kann bei Bergbauabfällen die Säurebildung oder die Metall-Adsorption beeinflussen. Zum Beispiel könnte ein Kohlebergbauschlamm oder -boden eine TOC-Analyse benötigen, um zu messen, wie viel organisches Material vorhanden ist.

Bei der Öl- und Gasexploration gibt der TOC eines Schiefergesteins (gemessen in Gew.-%) an, wie viel organisches Material zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen verfügbar ist. In Geologie-Laboren für Bergbau können TOC-Messungen bei der Berechnung des Kohlenstoffhaushalts helfen – sie unterscheiden Kohlenstoff von Karbonatmineralien (wie Calcit) gegenüber Kohlenstoff aus organischen Verbindungen (wie Kerogen oder Bitumen).

Bestimmungsmethoden für TOC

Die Probe wird auf den Gesamtkohlenstoff analysiert, und der anorganische Kohlenstoff (Carbonat) wird bestimmt, nachdem eine andere Aliquote mit Säure behandelt wurde (um CO₂ freizusetzen). Dieses CO₂ wird aufgefangen und mit einem IR-Detektor bestimmt. Eine der Standardmethoden, die für diese Bestimmung verwendet werden, ist die ISO 10694:1995, DIN EN 15936:2020, EN 156936:2012
CS-d von Eltra kann sowohl organische als auch anorganische Matrizes verarbeiten. Typischerweise wird ein Teil der Probe direkt verbrannt, um den Gesamtkohlenstoff zu erhalten.

Die Kenntnis des TOC ist entscheidend: Beispielsweise deutet ein hoher TOC in Schiefer (>2 % Gewichtsanteil) auf ein gutes Potenzial als Erdölquelle hin, während TOC in Bergbauabfällen Oxidationsmittel verbrauchen und die Säurebildungsrate verringern kann. Mit den Elementaranalyzern von Eltra können Geologen sowohl den Gesamt- als auch den organischen Kohlenstoff leicht bestimmen, wobei die Ergebnisse mit klassischen Nasschemieaufgaben (Walkley-Black-Dichromat) oder LOI-Methoden vergleichbar sind, jedoch mit größerer Genauigkeit und dem Vorteil der direkten Rückverfolgbarkeit auf das Kohlenstoffgewicht (mit Kalibrierung gegen zertifizierte Referenzmaterialien). Der Ansatz ist robust und wird in Studien von der Kohlenstoffspeicherung im Boden bis hin zur Bewertung des Laugungsverhaltens von Erzen (organische Materie kann Metalle binden) eingesetzt.

CS-d

Korngrößenanalyse von Sedimenten und Böden mit Laserbeugung

Diese Anwendung wird für sedimentologische Studien (z. B. Analyse von Fluss-, Meeres- oder aeolischen Sedimenten), Bodenkunde und Umweltgeologie (z. B. das Verständnis von Kontaminanten hängt von den Sedimentkorngrößen ab) verwendet.

Die Korngrößenverteilung gibt Aufschluss über die Ablagerungsbedingungen und die Materialeigenschaften und kann tatsächlich bei der Interpretation der Energiebedingungen der Ablagerung helfen. Sie wird auch in der Stratigraphie und Paläoklimatologie verwendet, da die Partikelgröße die Windstärke in vergangenen Klimazonen anzeigen kann. In der geotechnischen Ingenieurwissenschaft beeinflusst die Korngröße der Bodenpartikel die Durchlässigkeit, Verdichtung und Festigkeit. Darüber hinaus erfordern regulatorische Rahmenbedingungen manchmal eine Bodenpartikelgrößenanalyse für die Landgewinnung oder die Bewertung des Erosionsrisikos.

Traditionell werden auch Siebmethoden wie von Retsch bereitgestellt verwendet, aber die Laserbeugung bietet eine viel schnellere und detailliertere Messung über den gesamten Bereich hinweg. Dies hat dazu geführt, dass viele Labore Laser-Partikelgrößenanalysatoren für die routinemäßige Analyse von Sedimentkernen und Bodenproben übernommen haben.

Laserbeugung von Microtrac bietet eine schnelle, hochauflösende Partikelgrößenanalyse mit minimalem Probenbedarf. Es erkennt feine Partikel besser als Siebe/Pipetten und entspricht den Normen ISO 13320 und ASTM B822 in Bezug auf die Genauigkeit. Studien zeigen eine gute Übereinstimmung mit traditionellen Methoden, wenn die Dispersion ausreichend ist. Seine Automatisierung, Reproduzierbarkeit und die Fähigkeit, kleine oder seltene Proben zu analysieren, machen es ideal für moderne Sedimentations- und Geologie-Labore sowie geologische Behörden (wie USGS - United States Geological Survey).

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Gaskapazität von Kohle und Schiefer (Methan/CO₂ Adsorptionsithermen)

Hochdruck-Gasadsorptionsithermenmessungen an Kohle- oder Schieferproben, um zu bestimmen, wie viel Gas (in der Regel Methan oder Kohlendioxid) diese Gesteine adsorbieren können. Diese Anwendung unterstützt die Bewertung von Kohleflözmethan (CBM) Ressourcen, Schiefergas Kapazität und der Machbarkeit von CO₂-Sequestrierung in Kohleflözen oder Schieferformationen (oft mit Konzepten zur verbesserten Gasgewinnung gekoppelt).

Das Verständnis dafür, wie Gase mit Kohle und Schiefer interagieren, ist entscheidend für die Energieerschließung und das Kohlenstoffmanagement. Hochdruck-Adsorptionsuntersuchungen zeigen auf, wie viel Gas unter realen Lagerungsbedingungen gespeichert, zurückgewonnen oder gebunden werden kann.

Wichtige Anwendungen:

Kohlebergbau & CBM-Exploration: Die Methanadsorptionskapazität (Langmuir-Volumen) gibt an, wie viel Gas ein Kohleflöz aufnehmen kann.
Shalegas-Bewertung: Die Messung der Adsorption von Methan und CO₂ bietet Einblicke in das vorhandene Gas und die bevorzugte Sorption (CO₂ bindet oft stärker, was eine verbesserte Methangewinnung durch CO₂-Injektion ermöglicht).
Kohlenstoffspeicherung: Adsorptionsuntersuchungen bestimmen, wie viel CO₂ sicher in nicht abbaubaren Kohleflözen oder organisch reichen Schiefern gespeichert werden kann, wobei der Schwerpunkt auf Stabilität und Kinetik liegt.

Die BELSORP-Hochdrucksysteme von Microtrac liefern präzise Adsorptionsithermen bis zu mehreren MPa und ahmen so die Lagerungsbedingungen nach (0–5 MPa für Methan). Diese Instrumente unterstützen internationale Standards (ISO 18866 in Entwicklung, ISO 15901-2:2022) und nationale Normen wie Chinas GB/T für die Methan-Sorption in Kohle. Durch die Quantifizierung von Parametern wie Langmuir-Volumen und -Druck unterstützt die Technik die Schätzung von Reserven, die CO₂-gestützte Förderung von Kohleflözmethan und Strategien zur Sekwestration von Treibhausgasen. Mit standardisierten, zuverlässigen Daten können Geowissenschaftler die Betriebsabläufe in Reservoirs planen und optimieren – wodurch die Hochdruck-Adsorptionsanalyse sowohl für die Erschließung von Energieressourcen als auch für das Umweltmanagement von grundlegender Bedeutung ist.

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RETSCH Experince

Recycling von Bergbauabfällen mit Hochenergiemahlung

„Bergbauabfälle enthalten oft gefährliche Rückstände, aber auch wertvolle Sekundärmineralien. Im Rahmen des Horizon Europe START-Projekts wird die Retsch Hochenergiekugelmühle Emax verwendet, um Abfall-Sulfidmaterialien wie Tetrahedrit in nanostrukturierte Pulver für thermoelektrische Anwendungen umzuwandeln.

Dank seiner unübertroffenen Energiezufuhr und des wassergekühlten Betriebs ermöglicht die Emax eine schnelle Synthese bei Raumtemperatur mit stabiler Partikelgrößenverteilung. Dieser Ansatz reduziert nicht nur die Umweltrisiken durch Bergbauabfälle, sondern fördert auch die Wertschöpfung von Nebenprodukten, unterstützt nachhaltige Bergbaupraktiken und schafft Möglichkeiten für die Rückgewinnung sekundärer Ressourcen.“

Methan in Gesteinen – Geochemische Einblicke

Methan, das in Mineralinschlüssen eingeschlossen ist, liefert wichtige Hinweise auf den Kohlenstoffkreislauf der Erde und die Ressourcenbildung. Mit Retsch Planetenkugelmühlen werden Gesteinsproben in versiegelten Zirkonoxidbehältern gemahlen, die mit Belüftungsdeckeln ausgestattet sind und eine kontrollierte Gasextraktion ohne Kontamination ermöglichen.

Das freigesetzte Methan wird dann mittels Kavitätsring-Down-Spektroskopie analysiert, was hochpräzise Konzentrations- und Isotopen-Daten liefert. Dieser Arbeitsablauf ermöglicht es Forschern, zwischen biologischen und geochemischen Methanquellen zu unterscheiden und so Studien zum globalen Kohlenstoffkreislauf, zur Schiefergasexploration und zur Umweltüberwachung voranzutreiben.

Die Geräte von Retsch gewährleisten eine sichere, reproduzierbare und kontaminationsfreie Vorbereitung für diese sensiblen geochemischen Analysen.

Bodenanalyse – Von Steinen zu zuverlässigen Daten

Bodenanalysen unterstützen die Landwirtschaft, die Landnutzung und die Umweltüberwachung durch die Bewertung von Nährstoffen und Schadstoffen. Um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen, ist eine gründliche Homogenisierung erforderlich, aber Steine und Agglomerate verfälschen oft die Messungen.

Retsch bietet eine maßgeschneiderte Lösung: Backenbrecher zerkleinern große Agglomerate, während der Vibriersieb-Schüttler AS 200 Steine effizient vom Boden trennt. Dies stellt sicher, dass nur repräsentative Feinfraktionen analysiert werden, was die Genauigkeit bei der Nährstoffprofilierung und der Schwermetallüberwachung verbessert.

Durch die Kombination von robustem Zerkleinern und präzisem Sieben optimieren die Retsch-Systeme die Bodenanalytik, schützen die Instrumente und liefern aussagekräftige, reproduzierbare Daten für eine nachhaltige Boden- und Umweltbewertung.

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