Kali und Steinsalz · 2017. 4. 5. · effective band gap between the HOMOs and LUMOs of the acids between 1eV and 2 eV for salicylic acid and para-salicylic acid, respec-tively. Since

Kali und Steinsalz

IssleibDas Logistiksystem der K+S Gruppe

MerschNeue Fördermaschine für Schacht Gröna

Grégoire, Halleux, LukasFracture detection and characterisation by ground penetrating radar in a salt mine

Tegenkamp, PfnürEin atomistisches Modell zum Phänomen der Kontaktaufladung

BeierDas Mineral Rinneit: Vorkommen, Eigenschaften, Analytik und Abtrennung

I Heft 1/2004 I

I Herausgeber Kaliverein e.V.

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w.k

aliv

erei

n.de

Abstracts

Issleib: The Logistics System of theK+S GroupThe expansion of the K+S Group and

corresponding introduction of a

new organisational structure means

growing quantitative and qualita-

tive demands on procurement,

coordination and optimisation

processes. This is critical, as logistics

costs account for the second largest

portion of the K+S group’s budget.

First, this report will describe the

current structure, size and com-

plexity of the logistics system of the

K+S Group. We will look into the

components that make up the K+S

logistics system, their functions and

the interaction between them.

Next, the coordinated transport vol-

ume in the K+S group and how it is

distributed among the various

means of transportation (rail, truck,

barge and cargo ship) will be

explored. Finally, the future chal-

lenges facing the logistics system

will be examined in some detail.

Mersch: New Hoisting Machine at Shaft GrönaIn August 2003 a new integrated

hoisting machine was installed at

shaft Gröna, salt mine Bernburg of

esco – european salt company

GmbH & Co.KG. With this project

change and modernization of the

shaft are finished.

Grégoire, Halleux, Lukas: Fracture detection and characterisa-tion by ground penetrating radar ina salt mineIn the Werra mine of K+S KALI

GmbH high frequency ground pen-

etrating radar is used to detect frac-

tures in the roof of the drifts by rou-

tine. Complementary test meas-

urements have been carried out in

order to compare calculations of the

openings of the fractures based on

the frequency spectrum of their

reflections with directly measured

openings in boreholes. The results

and limitations of these calculations

are discussed.

Das Werk Werra der K+S KALI GmbHnutzt ein hochfrequentes Radarystem,um Gesteinsablösungen in den Strecken-firsten zu erkennen. Im Rahmen zusätz-licher Testmessungen wurde die Öff-nungsweite der Ablösungen, die mit Hil-fe einer mathematischen Methode ausdem Frequenzspektrum der Radar-reflexionen errechnet wurde, mit inBohrungen direkt gemessenen Öff-nungsweiten verglichen. Die Ergebnisseund Grenzen dieser Berechnungen wer-den diskutiert.

Beier: The mineral Rinneite: occurrence, properties, analysis,separationIn 1998 mining of a new sylvinite

ore body began at the Unter-

breizbach mine of the Werra plant.

As a result of basalt faults within the

ore body, the presence of rinneite

is to be expected. If this mineral

comes into contact with hydrous

mediums an unwanted reduction in

pH values can result. After pre-

senting the regions where rinneite

has been found, its properties are

presented. Various analytical min-

eral identification methods are dis-

cussed, with a subsequent presen-

tation of the magnetic dry separa-

tion process.

Tegenkamp, Pfnür:Contact charging: an atomisticmodelThe process of electrostatic separa-

tion of insulators like NaCl and KCl

has been technically used since

many years. While the separation

yield strongly depends on the addi-

tion of special organic molecules

as conditioners to the NaCl-KCl grist,

the process of contact charging is

neither understood for this special

system nor in general on an atom-

istic level.

In this paper we show how the elec-

tron transfer between NaCl and KCl,

necessary for contact charging,

inevitably needs the electronic lev-

els provided by the adsorbed con-

ditioner molecules, which can

more or less efficiently reduce the

necessary energies of excitation.

The energetic positions of the

molecular orbitals (MO) of salicylic

acid, para-salicylic acid and benzoic

acids, that differ remarkably in their

separation efficiency, were deter-

mined by using UV photoelectron

and electron energy loss spec-

troscopy after adsorbing them onto

epitaxial NaCl(100) and KCl(100) sur-

faces. All three adsorbates generate

characeristic electronic states with-

in the band gaps of the alkali

halides, whereby the effective band

gap is reduced dramatically. The

HOMOs and the LUMOs of the organ-

ic acids are principally formed by

the �-MOs of the ben-zene-ring and

of the C=O orbitals of the functional

acid group. As shown by our exper-

imental data and also by self-con-

sistent Hartree-Fock calculations,

the phenolic OH-group of the hy-

droxy benzoic acids interacts with

the acid group and leads to char-

acteristic MO shifts.These shifts are

responsible for the changes of the

effective band gap between the

HOMOs and LUMOs of the acids

between 1eV and 2 eV for salicylic

acid and para-salicylic acid, respec-

tively. Since the occupied states line

up with the upper edge of the

valence bands, KCl gets neg-atively

charged. Assuming that this process

of adsorbate induced charge

exchange plays the essential role for

contact charging, we were able to

predict correctly the separation effi-

ciency of other organic acids like gal-

lic acid and o-cresotinic acid.

Kali und Steinsalz Heft 1/2004 32 Kali und Steinsalz Heft 1/2004

Abstracts

Liebe Leserinnen und Leser,

auch mit dem heutigen Heft stellen wir Ihnen ein breites Themen-

spektrum vor, das hoffentlich Ihr Interesse findet.

Im Allgemeinen wird es als selbstverständlich unterstellt, dass die

Ware den Käufer zuverlässig und pünktlich erreicht. Issleib verdeutlicht

in seinem Beitrag, dass diese schlichte Forderung für den Transport von

Massengütern wie Düngemittel, Salzprodukte oder Getreide ein kom-

plexes und genau aufeinander abgestimmtes Logistiksystem voraussetzt.

Deutlich wird auch die erhebliche wirtschaftliche Bedeutung dieses

Bereichs für die K+S Gruppe.

Ein ganz anderes Thema ist der Einbau der neuen Fördermaschine

im Schacht Gröna des Werkes Bernburg. Fast zu nüchtern beschreibt

Merz diese technische Meisterleistung. Einem Laien wie mir konnte schon

der Atem stocken, wenn er diese gewaltigen, am askanischen Himmel

schwebenden Maschinenteile betrachtete.

Die Sicherheit unter Tage ist eine ständige Herausforderung. Grégoire,

Halleux und Lukas stellen die ganz wichtige Möglichkeit dar, mit Hilfe

eines hochfrequenten Radarsystems Ablösungen in den Streckenfirsten

noch verlässlicher erkennen zu können.

Die elektrostatische Aufbereitung der Kalirohsalze ist seit vielen Jah-

ren eine bewährte Verfahrenstechnik. Gleichwohl gibt es noch immer

nicht zu unterschätzende Verbesserungs- und Optimierungsmöglich-

keiten. Der Beitrag von Tegenkamp und Pfnür ist eine wichtige Hilfe

zur Erschließung dieser Potentiale.

In Heft 01/2003 unserer Zeitschrift hatten Zapp und Lindloff das für

das Verbundwerk Werra außerordentlich wichtige Sylvinitprojekt vor-

gestellt. Beier ergänzt dies mit seinem Beitrag zum Mineral Rinneit, das

er selbst im Streben nach vollkommenen bergmännischen Glück als

Störenfried bezeichnet.

Nicht unerwähnt bleiben sollte schließlich die Kurzdarstellung von

Langefeld am Ende dieses Heftes über den neuen Studiengang „Ener-

gie- und Rohstoffversorgungstechnik“ an der TU Clausthal.

Damit genug der Vorrede. Ich wünsche Ihnen eine anregende

Lektüre. Dr. Arne Brockhoff

Issleib Seite 6Das Logistiksystem der K+S Gruppe

Mersch Seite 12Neue Fördermaschine für Schacht Gröna

Grégoire, Halleux, Lukas Seite 18Fracture detection and characterisation by groundpenetrating radar in a salt mine

Tegenkamp, Pfnür Seite 26Ein atomistisches Modell zum Phänomen der Kontaktaufladung

Impressum Seite 35

Beier Seite 36Das Mineral Rinneit: Vorkommen, Eigenschaften, Analytik und Abtrennung

Firmennachrichten Seite 42

Personalien Seite43

Mitteilungen Seite44

Inhalt Editorial

Kali und Steinsalz Heft 1/2004 54 Kali und Steinsalz Heft 1/2004

1. EinleitungIn vorliegendem Beitrag wird aus-

schließlich die externe Logistik, d.h.

alle Produktbewegungen ab Werks-

tor betrachtet. Somit wird auf die

werksinterne Produktionslogistik

sowie auf den Versand und die Ver-

ladung nicht eingegangen. Darüber

hinaus soll ein kleiner Einblick in

die logistischen Dienstleistungen

gegeben werden, die das K+S Logis-

tiksystem nicht nur für die eigenen

Gruppen- bzw. Beteiligungsgesell-

schaften (K+S KALI GmbH, fertiva

GmbH, esco – european salt com-

pany GmbH & Co. KG, COMPO

GmbH & Co. KG, K+S Entsorgung

GmbH), sondern auch für dritte,

konzernfremde Unternehmen er-

bringt.

Zu Beginn wird die organisato-

rische Struktur der verschiedenen

Logistikeinheiten innerhalb der

K+S Gruppe dargestellt. Daran

anschließend wird näher auf das

gesteuerte Transportvolumen – dif-

ferenziert nach den verschiedenen

Transportträgern – eingegangen.

Abschließend werden u.a. vor dem

Hintergrund des sehr politisch

beeinflussten Verkehrsmarktes in

Europa die ständigen Optimie-

rungsaufgaben innerhalb der Sup-

ply-Chain unserer Lieferprozesse

sowie strategische Ausrichtungen

aufgezeigt.

2. Organisation der K+S LogistikDer generelle Begriff Logistik

umfasst für die K+S Gruppe die

gesamte Transport- und Lieferkette

der Fertigprodukte, Handelswaren

und Reststoffe zur Entsorgung

sowie der Roh-, Hilfs- und Betriebs-

stoffe. So sind die Hauptbestandteile

der K+S Logistik die Zurverfügung-

stellung von Transporten, Lager- und

Umschlagplätzen sowie die Ein-

richtung und Steuerung diesen Zwe-

cken dienender Prozessabläufe,

also Absatz- und Produktionskoor-

dination, Warenverfügbarkeits- und

Transportmittelkoordination, Auf-

tragsabwicklung und weitere, die

logistische Kette begleitende Auf-

gaben.

Damit wird unter Logistik bei K+S

eine Teilmenge des unterneh-

mensübergreifenden – vom Liefe-

ranten über Produktion und Dis-

tribution bis zum Kunden – Supply-

Chain-Management verstanden.

Die Komplexität solcher Abläufe

erfordert eine sinnvolle Aufgaben-

und Verantwortungsteilung zwi-

schen und innerhalb verschiedener

Bereiche und Einheiten. Die Orga-

nisation der K+S Logistik bzw. der

verschiedenen logistischen Bereiche

und Einheiten innerhalb der Grup-

pe, die im Folgenden beschrieben

wird, ist eingebettet in die Matrix-

organisation der K+S Gruppe

(Abb.1).

2.1 Der Funktionsbereich Logistik (FB Logistik)Der FB Logistik, innerhalb der K+S

AG als geschäftsbereichsübergrei-

fende Querschnittfunktion plat-

ziert, ist für die Logistik hinsichtlich

Preisen und Strukturen verant-

wortlich. Die Wahrnehmung der

Verantwortung für Preise und Kon-

ditionen wird über ein zentrales

Beschaffungs- bzw. Vertragsmandat

für externe Logistikdienstleistungen

für die K+S Gruppe gewährleistet.

Unter „Strukturen“ wird die Aus-

gestaltung der Distributionssysteme

der Geschäftsbereiche verstanden.

Die Verantwortung besteht in der

Optimierung und synergieschaf-

fenden Gestaltung der Distribu-

tionssysteme der Geschäftsbereiche.

Die operative Nutzung der

vorhandenen Strukturen bzw. Dis-

tributionswege liegt hingegen in der

Verantwortung der jeweiligen

Geschäftsbereiche.

Die konkrete Zielsetzung des FB

Kali und Steinsalz Heft 1/2004 7

Wirtschaft

6 Kali und Steinsalz Heft 1/2004

Wirtschaft

Das Logistiksystem der K+S Gruppe

Mit der Erweiterung der K+S Gruppe um wei-tere Gesellschaften in den letzten vier Jahrensowie der Einführung der Matrixstruktur als Organisationsform sind auch die Anfor-derungen an die logistischen Beschaffungs-,Steuerungs- und Optimierungsprozessequalitativ und quantitativ stark gewachsen.Nach den Personalkosten stellen dieLogistikkosten (ohne Produktionslogistik)aufgrund der massengutaffinen Produkt-struktur den zweitgrößten Kostenblock inner-halb der K+S Gruppe dar. Dieser Beitrag solleinerseits die aktuelle Struktur, Größe undKomplexität des Logistiksystems der K+SGruppe beschreiben, andererseits auch diezukünftigen Herausforderungen und strate-gischen Ausrichtungen verdeutlichen.

Dipl.-Kfm. Jörg IssleibFunktionsbereich Logistik

K+S Aktiengesellschaft, Kassel

Abb. 1: Matrixorganisation der K+S Gruppe / Organisational matrix of the K+S Group

Abb. 2: KTG Gruppe / KTG Group

(KTG) mit ihren Tochterunterneh-

men German Bulk Chartering

GmbH (GBC) und UBT See- und

Hafen-Spedition GmbH (UBT) reprä-

sentiert (Abb. 2).

Die GE Logistik ist verantwortlich

für

• die Erbringung günstigster logis-

tischer Dienstleistungen auf einem

Service- und Qualitätsniveau wie

für/von Fremde(n) Dritte(n) spezi-

fisch für die Geschäftsbereiche

• die Vermarktung logistischer

Dienstleistungen bei Nutzung vor-

handener Kapazitäten an Dritte,

wobei Geschäfte mit konzernfrem-

den Dritten dem Gruppeninteresse

dienen müssen und der Zustim-

mungspflicht durch den Funk-

tionsbereich Logistik unterliegen

• die Beschaffungsfunktionen, die

ihr vom Funktionsbereich Logistik

übertragen werden (z.B. Seeschiffs-

befrachtung durch die GBC)

Die GE Logistik arbeitet auf der Basis

fachlicher Vorgaben (im Sinne der

Matrixorganisation) des FB Logistik

und in enger Zusammenarbeit mit

den GB-Logistikeinheiten entspre-

chend ihren Anforderungen.

Im Einzelnen hat die GE Logistik

folgende Aufgaben für die Geschäfts-

bereiche der K+S Gruppe und drit-

te Kunden:

Kali-Transport Gesellschaft (KTG),

Hamburg

• KTG-eigene Lager- und Umschlag-

anlage in Hamburg-Wilhelmsburg

mit einer Umschlagleistung von ca.

4 Mio. Tonnen Düngemittel, Salze

und Getreide p.a. (Abb. 3)

• Seehafen- und Containerspedition

• Umschlagorganisation an Um-

schlaganlagen in Hamburg, Bre-

men, Brunsbüttel, Antwerpen sowie

weiteren Seehafenstandorten für

Massengüter (insb. Düngemittel,

Salze) und Container

• Vor- und Nachlauforganisation für

Bahn, LKW, Binnenschiff und See-

schiff

• Organisation der Lagerhaltung

und produktspezifischer Neben-

leistungen, wie Absacken, Sieben,

Probeentnahme, Tiefgangsexperti-

sen etc.

• Zollabwicklung der Ex- und

Importe

German Bulk Chartering (GBC),

Hamburg

• Seeschiffsbefrachtung für Kurz-

streckenseeverkehre und Übersee-

verkehre

• Schiffsdisposition

UBT See- und Hafen-Spedition,

Rostock

• Umschlagorganisation an Um-

schlaganlagen in Rostock, Wismar

und Lübeck sowie weiteren Stand-

orten im Binnenland für

Massengüter und massenhafte

Stückgüter, insb. für Erze, Stahler-

zeugnisse, Düngemittel, Salze,

Grundchemikalien, Baumateria-

lien und Container (Abb. 4)

• Vor- und Nachlauforganisation für

Bahn, LKW, Binnenschiff und

Seeschiff

• Organisation der Lagerhaltung

und produktspezifischer Neben-

leistungen, wie Absacken, Sieben.

Probeentnahme, Tiefgangsexperti-

sen etc.

• Klarierung ein- und ausgehender

Seeschiffe (Agentur)

• Zollabwicklung der Ex- und

Importe

• LKW-Frachtbeschaffung für alle

Produktgruppen und Gefahrgüter

• LKW-Abfertigung für verschiedene

Standorte der K+S KALI GmbH und


GmbH & Co. KG

3. Transportvolumen in der K+S GruppeDas eigen- und fremdbeschaffte

Transportvolumen betrug im Jahr

2003 für die Geschäftsbereiche der

K+S Gruppe und dritte Kunden ca.

33 Mio. Tonnen. Davon entfielen ca.

30 Mio. Tonnen auf Produkte der

K+S Gruppe und ca. 3 Mio. Tonnen

auf konzernfremde Produkte. Hier-


Wirtschaft

Logistik besteht in dem Beitrag zur

Steigerung der Wettbewerbsfähig-

keit der Gruppe durch Kostenredu-

zierung, Prozessoptimierung sowie

der Leistungsverbesserung.

Im Einzelnen hat der FB Logistik

folgende Aufgabenstellungen und

Ziele:

• Beschaffung günstigster externer

Dienstleistungen (i.W. Bahn-,

Binnenschiff- und LKW-Transport-

dienstleistungen sowie Lager- und

Umschlagdienstleistungen) in

der durch das Geschäft bedingten

Qualität, Leistungsfähigkeit und

Verfügbarkeit auf Basis von Ein-

kaufsstrategien, ständiger Markt-

beobachtung, gruppenweiter Men-

genbündelung (Synergien) und

Ablaufoptimierungen (z.B. die Schaf-

fung von win-win-Verhältnissen

mit unseren Dienstleistungsunter-

nehmen – beispielsweise durch Ein-

satz von getakteten Regelgüterzügen

bei minimalem Ressourceneinsatz

von Lokomotiven, Waggons und

Personal)

• Ständige Analysen, Überwachung

und Hinterfragung von Transport-

und Prozessketten nach Qualitäts-,

Kosten- und Effizienzaspekten sowie

Erarbeitung und Umsetzung ent-

sprechender Optimierungsmodelle

in Absprache mit allen Beteiligten

(Geschäftsbereiche und Dienstleis-

tungsunternehmen)

• Verbesserung des IT-Instrumen-

tariums hinsichtlich logistischer

Funktionen und Auswertungs-

möglichkeiten

• Erhalt und Ausweitung des Logis-

tikgeschäftes mit Dritten, kon-

zernfremden Unternehmen, soweit

dies der K+S Gruppe dient (Syner-

gien durch Know-how-Nutzung,

Bündelung und Generierung zusätz-

licher Deckungsbeiträge durch

„economies of scale and size“ – z.B.

Nutzung der Umschlagkapazitäten

in Hamburg am Kalikai für Dritte).

Hierzu zählen strategische Allian-

zen, Kooperationen und Joint

Ventures, die sich dem Gruppen-

interesse unterordnen und Kosten-

synergien in die Gruppe transpor-

tieren.

2.2 Die Logistikeinheiten derGeschäftsbereiche (GB-Logistikein-heiten)Die GB-Logistikeinheiten sind

verantwortlich für die geschäftsbe-

reichsrelevanten Teile der Supply-

Chain, also i.W. für die Auftragsab-

wicklung, Absatz- und Produk-

tionskoordination sowie Waren-

und Transportmitteldisposition mit

internen und externen Dienstleis-

tern im Tagesgeschäft. Solche

geschäftsbereichsspezifischen Auf-

gaben werden in einigen Fällen in

Abstimmung mit dem Funktions-

bereich Logistik auch an andere

Bereiche/Einheiten in der K+S Grup-

pe und an Drittdienstleister außer-

halb der Gruppe übertragen.

Weiterhin liegt in ihrem Aufga-

benfeld die bereits erwähnte opti-

male Ausgestaltung der Supply-

Chain im Rahmen des K+S Logis-

tiksystems, d.h. die operative

Nutzung der vorhandenen Struk-

turen bzw. der Distributionswege.

Insofern tragen sie die Kostenver-

antwortung innerhalb ihres

Geschäftsbereichs.

Die GB-Logistikeinheiten setzen

damit die Vorgaben des Funktions-

bereichs Logistik sowohl mit inter-

nen als auch mit externen Partnern

im Tagesgeschäft um.

2.3 Die Geschäftseinheit Logistik (GE Logistik)Die GE Logistik wird innerhalb des

Geschäftsbereichs Dienstleistun-

gen und Handel der K+S AG durch

die Kali-Transport Gesellschaft mbH


Wirtschaft

Abb. 3: Umschlaganlage Kalikai / Kalikai loading and storage facility

Abb. 4: Containerumschlag im Seehafen Wismar / Container handling at the port

of Wismar

durchgeführt (Abb. 6). Mit dieser

Tonnage und einem relativ konti-

nuierlichen Transportaufkommen

stellt die K+S Gruppe für die euro-

päische Trockengutschifffahrt einen

nicht unbedeutenden Faktor dar.

Darüber hinaus ist die GE Logis-

tik (KTG-Gruppe) in der Container-

binnenschifffahrt mit eigenen Fee-

der-Linien von Binnen- zu Seehäfen

für die K+S Gruppe und dritte Kun-

den tätig.

3.4 SeeschiffsverkehreNeben dem Heimatmarkt Europa

liegen wichtige Absatzmärkte der

K+S Gruppe im überseeischen

Bereich. So kommt dem Transport-

träger Seeschiff eine sehr große

Bedeutung zu. Von ca. 8 Mio. Ton-

nen transportierter Ware auf dem

Seeweg (europäische Seeverkehre

und Überseeverkehre) in 2003 wer-

den ca. 5 Mio. Tonnen durch die

KTG-Tochter GBC befrachtet. Die

restliche Transporttonnage wird

durch unsere Kunden eingekauft

und vorgelegt. GBC nutzt überwie-

gend Kontrakte, um die Transport-

sicherheit und Preisstabilität im See-

frachtenmarkt für die K+S Gruppe

zu gewährleisten. Der aktuell feste

Überseefrachtenmarkt erfordert

jedoch weitere, neue Lösungen, um

kostengünstig zu verschiffen. So

werden neben verpackter Ware auch

zunehmend lose Schüttgüter in

Containern in die überseeischen

Märkte geliefert. Im Jahr 2003

betrug die Anzahl der von der K+S

Gruppe verschifften Container ca.

15.000 mit steigender Tendenz.

3.5 Lagerei und UmschlagIn der Massengutlogistik spielen

Lager- und Umschlagstandorte eine

besondere Rolle. Um eine schnelle

Lieferfähigkeit in den Verbrauchs-

märkten sicherzustellen, existieren

vorwiegend in den europäischen

Ländern ca. 200 verschiedene Lager-

und Umschlagstandorte. Diese

Standorte sind einerseits Bestandteil

der verschiedenen K+S Gruppenge-

sellschaften und werden anderer-

seits bei externen Partnern ange-

mietet. Neben Lager- und Umschlag-

dienstleistungen erbringen diese

Standorte auch weitere Dienstleis-

tungen wie z.B. Konfektionierung

und Veredelung der Produkte.

Ein Hauptaugenmerk der logis-

tischen Aktivitäten in der K+S

Gruppe liegt in der Schaffung von

Synergien zwischen dieser hohen

Anzahl von Standorten.

4. Zukünftige Herausforderungen derK+S LogistikAktuell bestehen die Hauptaufgaben

für das K+S Logistiksystem in der

ständigen Kostenreduzierung und

Lieferprozessoptimierung. Künftig

wird mehr die qualitative Steige-

rung des logistischen Leistungser-

stellungsprozesses im Vordergrund

stehen. Um diesen Anforderungen

gerecht zu werden, bedarf es der Ent-

wicklung neuer bzw. Weiterent-

wicklung bestehender Instrumente:

• Ausbau von Procurement- / e-Pro-

curementsystemen, z.B. LKW-Frach-

tenbeschaffung

• Steigerung des Kundennutzens

durch die Einführung von Order-

Tracking-Systemen auch für Mas-

sengüter

• Anbindung an Online-Beschaf-

fungs- und Dispositionsplattfor-

men für Transportträger bei gleich-

zeitiger Bildung von strategischen

Allianzen mit anderen Massengut-

großverladern

• Prüfung von modernen Steue-

rungsinstrumenten wie der Balan-

ced-Score-Card auf deren Einsatz-

fähigkeit im Unternehmensumfeld

• Supply-Chain-Controlling: Aufbau

von effizienten Berichtspyramiden

• Erweiterung der bestehenden

Controllinginstrumente für noch

effektiveres Kostenmanagement in

der GE Logistik

• Ausbau von Drittgeschäften in der

GE Logistik durch die in der K+S

Gruppe generierte Stärke

Zusammenfassend lässt sich fest-

halten, dass sich der weitere Ausbau

der logistischen Strukturen auf

Basis des bereits begonnenen Weges

vielfältigen Herausforderungen stel-

len muss, ganz besonders durch

noch intensivere Vernetzung inner-

halb der K+S Gruppe und mit

Dritten.


Wirtschaft

bei gilt es zu berücksichtigen, dass

durch vielfach gebrochene Trans-

porte (z.B. Vorlauf per Bahn, Haupt-

lauf per Binnenschiff, Nachlauf per

LKW) das Transportvolumen sys-

tembedingt Doppel- oder Mehr-

fachzählungen enthält. So ent-

sprechen ca. 14–15 Mio. Tonnen End-

produkt in der K+S Gruppe dem o.g.

Transportvolumen von 30 Mio.

Tonnen.

Für das Logistiksystem des Mas-

sengutproduzenten K+S sind die

Hauptkostentreiber zwangsläufig

die Transportträger. So sind bei-

spielsweise einige Produkte mit bis

zu 50 % (!) externen Logistikkosten,

bezogen auf den Verkaufspreis,

belastet. Logistik wird folglich als

Kernkompetenz innerhalb der K+S

Gruppe angesehen. Demzufolge

liegt das Hauptaugenmerk in der

Erlangung bzw. Wahrung der Trans-

portbeschaffung durch K+S-eigene

Bereiche/Einheiten. Dies dient

weiterhin auch dem koordinierten

Transportablauf, wenn Werke/Ver-

sandstellen, Transportdienstleister

sowie Lager- und Umschlagstellen

möglichst vollständig durch K+S

operativ gesteuert werden.

3.1 BahnverkehreAls Massengutverlader ist K+S –

bedingt durch die geographische

Lage ihrer Grubenstandorte – tra-

ditionell stark mit der Eisenbahn

verbunden. Auch die Bahnaffinität

der Produkte (überwiegend lose

Schüttgüter) trägt hierzu bei.

K+S ist einer der größten Bahn-

kunden Deutschlands und trans-

portiert zurzeit europaweit ca. 8

Mio. Tonnen auf der Schiene.

Moderne Produktionskonzepte

wie z.B. der Einsatz von getakteten

Regelgüterzügen zwischen wichti-

gen Standorten mit fest definierten

Belade-, Entlade- und Fahrplanzeit-

fenster minimieren den Ressour-

ceneinsatz und tragen über günstige

Frachten nachhaltig zu wirtschaft-

lichen Transporten bei. Darüber hi-

naus investieren unsere Bahn-

dienstleister in leistungsfähiges

Waggonequipment (Großraum-

waggons mit Mittenbodenentlee-

rung – siehe Abb. 5), das einerseits

Größenvorteile generiert, anderseits

die operativen Entladevorgänge

stark vereinfacht. Über die GE Logis-

tik (KTG) agiert die K+S Gruppe

zudem als Bahnspediteur für Con-

tainertransporte. So wurden bereits

mehrere Containerzugverbindun-

gen innerhalb Deutschlands unter

dem Produktnamen „Baltic-Train“

für die K+S Gruppe und konzern-

fremde Unternehmen eingerichtet.

3.2 LKW-VerkehreDas Transportvolumen der K+S

Gruppe auf der Straße beträgt euro-

paweit aktuell mehr als 8 Mio. Ton-

nen p.a. und wird zu einem großen

Teil über die firmeneigene Spedi-

tionstochter UBT beschafft und ope-

rativ gesteuert (Disposition und

Abfertigung für verschiedene K+S

Standorte).

Obwohl der konsequente Einsatz

der Massengutverkehrsträger Bahn

und Binnen-/Seeschiff bei K+S eine

hohe Priorität besitzt, lässt sich ein

bestimmter Anteil an LKW-Trans-

porten nicht vermeiden. Hier sehen

wir es aus ökonomischer wie öko-

logischer Sicht als unsere Aufgabe

an, den Anteil an Leerfahrten wei-

testgehend zu reduzieren und mit

unseren LKW-Transportpartnern

zum Aufbau von paarigen Verkeh-

ren beizutragen. Darüber hinaus

nutzen wir verstärkt die am Trans-

portmarkt angebotene Alternative

des Kombinierten Verkehrs (KV)

Straße-Schiene-Straße, um bereits

im Vorfeld der Einführung der stre-

ckenbezogenen LKW-Maut für deut-

sche Autobahnen mit zusätzlichen

Kostenbelastungen proaktiv zu agie-

ren.

3.3 BinnenschiffsverkehreMit einem Gesamtvolumen von ca.

4 Mio. Tonnen p.a. werden die euro-

päischen Binnenschiffsverkehre in

der K+S Gruppe weitgehend zentral

ausgeschrieben und befrachtet. So

werden Massengutverschiffungen

von ca. 12–15 Binnenhäfen in

Deutschland, Frankreich, Nieder-

lande und Belgien auf ca. 300 ver-

schiedene europäische Löschhäfen


Wirtschaft

Abb. 5: Moderne Großraumwaggons im Kaliwerk Zielitz / Large capacity cars at the

production plant in Zielitz

Abb. 6: Binnenschiffsbeladung am

Kalikai / A barge loading potash at the

Kalikai

Schacht GrönaTeufbeginn für den Schacht Gröna

war der 24.04.1912. Der Schacht hat

einen Durchmesser von 4,5 m, eine

Teufe von 529 m und ist über zwei

Sohlen angeschlagen. Er dient als

einziehender Wetterschacht, Seil-

fahrt- und Materialschacht und ist

mit einer Schachtwetterheizung

ausgestattet.

Die Förderung erfolgt mit einem

2-etagigen Gestell mit Gegenge-

wicht. Im Schacht sind außerdem

eine Freifallleitung für die Unter-

tageverwertung, eine Dieselfalllei-

tung sowie Kabel für die 6-kV-Strom-

versorgung und Signalkabel instal-

liert. Im Jahre 1994 erfolgte der

Umbau in die heutige Form. Neben

einer Sanierung des Schachtes wur-

de das alte Strebengerüst durch das

heutige Fördergerüst ersetzt, es wur-

den Stahlspurlatten und Stahlein-

striche eingebaut, die Gestellförde-

rung sowie die Schachtsignalanlage

erneuert.

Der Materialtransport erfolgt

für den Grubenbetrieb über die 2.

Sohle bei 512 m Teufe und für die

UTV, hier vor allem Abfälle zur Ver-

wertung in BigBags und Containern,

über die 1. Sohle bei 432 m.

Torsten Mersch

Grubenwirtschaftsingenieur


GmbH & Co. KG

Werk Bernburg

Technik und Anwendung

Die alte FördermaschineDie alte Fördermaschine, von der die

Hauptwelle sowie die Lager noch im

Einsatz waren, wurde ursprünglich

1913/14 von EPR in Dülmen gebaut.

In den Jahren 1960 und 1978 erfolg-

ten Umbauten und Modernisie-

rungen durch NOBAS Nordhausen.

Die pneumatische Siemens-

Schuckert-Bremse aus dem Jahr

1940 hatte keine Bauartzulassung.

Sie war einsträngig aufgebaut, und

insbesondere bei Bremsdruckregler

und Sicherheitsbremsmagnet wa-

ren Ersatzteile nicht mehr beschaff-

bar.

Die zwei Gleichstromfördermo-

toren mit einer Leistung von jeweils

425 kW waren aus den Baujahren

1959 und 1975, sie wurden von

einem Leonard - Umformer mit 550

V Gleichspannung versorgt.

Die Steuerung wurde in heute

nicht mehr zulässiger, offener Bau-

art 1975 nach Plänen von 1913 pro-

jektiert und 1985 eingebaut. Ersatz-

teile für die RELOG-Technik waren

nicht mehr beschaffbar, teilweise

wurden Bauteile in Eigenarbeit

angefertigt.

Die gesamte Fördermaschine

war nicht TAS-konform aufgebaut

und wurde unter Bestandsschutz

betrieben.

Ausschlaggebend für die Ersatz-

investition war die Tatsache, dass

wichtige Ersatzteile nicht mehr

beschaffbar waren und der Umbau

einzelner wesentlicher Komponen-

ten den Bestandsschutz der gesam-

ten Fördermaschine in Frage gestellt

hätte. Auch wären Teilmodernisie-

rungen technisch nur sehr auf-

wendig realisierbar und unter wirt-

schaftlichen Gesichtspunkten we-

nig sinnvoll gewesen.

Als Aufgabenstellung ergab sich

somit der Bau einer komplett neu-

en Fördermaschine einschließlich

Bremse und Steuerung nach TAS,

wobei lediglich die schon 1994 er-

neuerte Schachtsignalanlage über-

nommen werden sollte. Bei diesem

Umbau sollte gleichzeitig die Nutz-

last von 8 t auf 10 t erhöht werden.

Vorgabe war, dass das Fundament

der Fördermaschine erhalten blei-

ben musste, so dass aufgrund der

Abmessungen der Treibscheiben-

grube enge Grenzen für die Größe

der Ersatzmaschine gesetzt waren.

EntscheidungsfindungBevor die Entscheidung zugunsten

einer neuen, integrierten Förder-

maschine fiel, wurden verschiede-

ne Varianten betrachtet.

Der naheliegende Gedanke, eine

gebrauchte Maschine zu überneh-

men, wurde intensiv untersucht.

Eine leistungsmäßig den Anforde-

rungen entsprechende Maschine

wurde schließlich im Ruhrgebiet

ausfindig gemacht. Es stellte sich

jedoch schnell heraus, dass auch bei

dieser Maschine eine komplett

neue Steuerung notwendig war. Die

Bremse war nicht bauartzugelassen,

die Treibscheibe entsprach nicht der

TAS und der Fördermotor war leis-

tungsmäßig überdimensioniert,

was erhöhte Betriebskosten zur Fol-


Neue Fördermaschine für Schacht Gröna

Im August 2003 wurde am Schacht Gröna des Steinsalzwerkes Bern-burg der esco – european salt company GmbH & Co. KG eine neue,integrierte Fördermaschine errichtet. Mit diesem Projekt wurdenUmbau und Modernisierung des Schachtes abgeschlossen.

Abb. 1: Die pneumatische Siemens-Schuckert-Bremse der alten Fördermaschine

Gröna / The pneumatic Siemens-Schuckert-brake of the old hoisting machine Gröna

Abb. 2: Teil der alten Steuerung in offe-

ner Bauart / Part of the old electrical

control in open design



geringen Breite der Treibscheiben-

grube von nur 1.280 mm zu erheb-

lichen Problemen für die Kon-

strukteure des Motors. Der Syn-

chronmotor mit 12 Polpaaren hat

eine installierte Leistung von 700

kW, zusätzlich sind rund 90 kW für

die Kühlung, die Bremse und sons-

tigen Eigenverbrauch installiert.

Das Gewicht der Treibscheibe

beträgt rund 80 t bei einem Durch-

messer von 5 m in der Seilrille. Sie

ist auf einem Grundrahmen verla-

gert, der auch die Bremsständer auf-

nimmt. Der Maschinenrahmen

wurde derart konstruiert, dass er

alle Maschinenbaugruppen auf-

nimmt und sämtliche auftretenden

Kräfte in das vorhandene Maschi-

nenfundament ableitet. Durch die-

se Konstruktion konnten Änderun-

gen am Fundament vermieden

werden.

Besonderes Augenmerk wurde

auf die „Tachomaschine“ gelegt.

Diese besteht aus einem Inkre-

mentalwertgeber, der je Treibschei-

benumdrehung 5.800 Impulse auf-

nimmt und diese an die Ma-

schinensteuerung übergibt. Nicht

die genaue Erfassung der aktuellen

Geschwindigkeit erfordert diese

hohe Auflösung, sondern die Kon-

struktion des Fahrtreglers. Dieser

benötigt jederzeit die genaue Posi-

tion der Treibscheibe und damit des

Motors. Aus diesem Grund wurde

zur Drehübertragung ein spielfreies

Getriebe installiert, bei dem das Rit-

zel aus zwei Hälften besteht, die mit

Federn gegeneinander verspannt

sind.

Die Bremse ist eine hydraulische

Scheibenbremse der SIEMAG mit

zwei Bremsständern und jeweils

zwei Bremszangen BE 100 in

bewährter Technik. Das Hydraulik-

aggregat ist mit zwei Pumpen und

Antrieben ausgestattet, die wahl-

weise im Wechsel betrieben werden.

Die Bremse ist auf die beim Über-

heben wirkende maximale Überlast

von 18 t ausgelegt. Die Bremsschei-

ben sind direkt aus den Seiten-

schilden gearbeitet. Um bei einer

eventuellen Beschädigung der

Bremsscheibe keine aufwendigen

Reparaturen durchführen zu müs-

sen, wurden beide Seitenschilde als

Bremsscheibe ausgeführt, so dass im

Bedarfsfall lediglich die Brems-

ständer umgesetzt werden müssen.

Neben dem Bremsdruck werden die

Scheibentemperatur und der Schei-

benschlag überwacht.

Beim Fahrtregler handelt es sich

um einen digitalen Fahrtregler

FR2000i, ausgeführt mit Program-

mierbarer Elektronischer Steue-

rung (PES) von ALSTOM, Logidyn D2.

In dieser Form ist der Fahrtregler an

der Fördermaschine Gröna erst-

malig eingesetzt. Zur Zeit läuft der

halbjährige Bewährungsbetrieb,

die Bauartzulassung soll bis März

2004 erfolgen.

Ebenfalls in Logidyn D2 ist die

Steuerung aufgebaut. Alle sicher-

heitsrelevanten Funktionen sind

konsequent diversitär redundant

ausgeführt.

Als Leistungsteil ist ein Fre-

quenzumrichter MD 2000 im Ein-

satz. Dieser ist so ausgelegt, dass bei

Ausfall jeweils einer Einheit im Netz-

und Motorpulser die Maschine mit

voller Last und voller Geschwin-

digkeit gefahren werden kann. Im

Störungsfall wird die betreffende



ge gehabt hätte. Die konstruktive

Ausführung dieser Maschine hätte

einen hohen Bauaufwand im För-

dermaschinengebäude erfordert,

z.B. für einen Hilfsrahmen und

Anpassung des Fundamentes für

den angekuppelten Motor. Kein Auf-

tragnehmer hätte eine Garantie auf

die mechanischen Teile und den

Fördermotor abgegeben. Da der

finanzielle Vorteil gegenüber einer

Neuanlage letztlich auch nicht

entscheidend war, wurde diese

Variante aufgegeben.

Als Neubau standen grundsätz-

lich die Varianten Treibscheibe mit

direkt gekuppeltem Motor oder

integrierte Fördermaschine zur

Auswahl, die als neue Anlagen

jeweils für den Bedarf des Schach-

tes Gröna optimal angepasst werden

konnten. Aufgrund des geringen

Kostenunterschiedes und der über-

zeugenden betrieblichen Vorteile,

wie geringer Platzbedarf, geringere

Anforderungen an Fundament und

Verlagerung, einfachere und damit

zeitsparendere Montage, wurde

schließlich die Entscheidung

zugunsten einer integrierten Förder-

maschine getroffen.

Nach erfolgreicher Vergabever-

handlung wurde der Auftrag an die

ALSTOM Power Conversion GmbH

als Generalauftragnehmer verge-

ben. Unterauftragnehmer für den

mechanischen Teil waren die

SIEMAG GmbH und für den Motor

die Lloyd Dynamowerke GmbH &

Co. KG.

Konzept der FördermaschineDie betrieblichen Anforderungen

sind eine Fördergeschwindigkeit

von 10 m/s, eine Nutzlast von 10 t

sowohl einhängend als auch zie-

hend und die Möglichkeit, mit der

Maschine überheben zu können,

wobei dann eine einseitige Überlast

von 18 t wirkt.

Die Steuerung kann im Hand-

und Automatikbetrieb erfolgen,

die wesentlichen Betriebsarten sind

Selbstfahrerseilfahrt und Seilfahrt

mit Anschläger, Materialförderung,

Revisionen und Überheben.

Die maximale Ausfallzeit darf

50 h/a betragen und für die Wälz-

lager wird eine Mindestlaufzeit von

300.000 Betriebsstunden garan-

tiert.

Die realisierte Fördermaschine ist

von der Bauart her eine integrierte

Maschine, das heißt, dass der Motor

komplett in die Treibscheibe ein-

gebaut ist. Dies führte aufgrund der



Abb. 4: Der neue Steuerstand mit Visu-

alisierung über Monitore / The new con-

trol place with visualization over monitors

Abb. 5: Das neue Hydraulikbremsaggregat im Untergeschoss des Fördermaschi-

nengebäudes / The new hydraulic brake in the basement of the engine house

Abb. 3: Mit einem 650-t-Kran wird die Fördermaschine in das Gebäude gehoben/

With a 650-t crane the machine is lifted into the building

se. Im laufenden Betrieb wurden

nach und nach die einzelnen Ele-

mente bis hin zum Steuerstand ver-

kabelt, getestet und in Betrieb ge-

nommen. Die Bremsständer wurden

neben der alten Maschine aufge-

stellt, provisorisch an das Brems-

aggregat angeschlossen und paral-

lel mitbetrieben.

Durch die Vielzahl der frühzeitig

möglichen Montageleistungen war

es möglich, einzelne Komponenten

vor Ort zu testen und vorab in

Betrieb zu nehmen, so dass der

Installations- und Prüfaufwand in

der eigentlichen Umbauphase stark

entlastet werden konnte.

Am 1. August war es dann

soweit, die neue Maschine stand auf

dem Hof, und vor dem Werkstor

wartete ein 650-t-Kran samt vier Tief-

ladern. Nach der Seilfahrt zur Früh-

schicht wurden die alte Maschine

stillgelegt und das Förderseil abge-

legt. Mittags wurde das Dach geöff-

net, gleichzeitig begann die Demon-

tage. Während auf der Werkstraße

der Kran aufgebaut wurde, wurde

innen mit Schneidbrennern Platz

geschaffen.

Am 2. August wurden die alte

Treibscheibe und die Fördermotore

aus dem Gebäude gehoben, um

16:00 Uhr war bereits alles zer-

brannt und auf Schrottcontainern

und Tiefladern vom Werksgelände

verschwunden. Bereits am Abend

konnte der neue Maschinenrahmen

eingehängt und ausgerichtet wer-

den.

Parallel zu den Arbeiten im För-

dermaschinengebäude wurde auf

der 1. Sohle eine Bühne mit Gerüst

in den Schacht gebaut, um den Prall-

bunker der UTV-Fallleitung weiter-

hin befahren zu können. Für die

Kontrolle der Fallleitung in der

Umbauphase wurde die vorhande-

ne Videokamera an einer Seilwinde

eingesetzt.

Am 4. August wurde die neue

Maschine eingehoben. Neben dem

650-t-Kran war ein 300-Tonner zur

Hilfestellung angerückt. Nach dem

Aufrichten und der Befreiung aus

dem Transportgestell schwebte die

Maschine durch das Dach auf den

Rahmen.

Nach dieser spektakulären Ak-

tion wurde es bis auf den parallel

durchgeführten Abriss des Umfor-

meranbaus ruhig. Das Bild be-

herrschten jetzt Elektriker beim Ver-

kabeln und Inbetriebnehmer vor

ihren PCs beim Programmieren,

Parametrieren und Optimieren.

Am 12.08.2003 konnte nach erfolg-

reichem Betrieb ohne Seil das För-

derseil wieder aufgelegt werden.

Probetreiben wurden zunächst mit

ausgeglichenen Lasten und geringen

Fahrgeschwindigkeiten durchge-

führt. Die Belastungen konnten

allmählich gesteigert werden, bis

zur erfolgreichen Sicherheits-

bremsung bei 10 t Last und 10 m/s

einhängend.

In der 34. Kalenderwoche erfolg-

ten die Prüfungen der Sachver-

ständigen von TÜV und DMT,

abends am 24. August wurde vom

LAGB Sachsen-Anhalt schließlich

die Fördermaschine für den Betrieb

in Handsteuerung zugelassen. Seit

dem 25.08.2003 wird der Schacht

vom Grubenbetrieb und der UTV

wieder genutzt, wobei in der Mit-

tags- und Nachtschicht von ALSTOM

der Automatikbetrieb eingerichtet

wurde. Am 09.09.2003 wurden alle

Betriebsarten auch in Automatik-

fahrweise zugelassen.

Im Probebetrieb hat die Maschi-

ne ab dem 10.09.2003 alle gefor-

derten Leistungsparameter nach-

gewiesen, so dass am 25.09.2003 die

Abnahme erfolgen konnte.

Seitdem läuft die neue Förder-

maschine Gröna störungsfrei. Die

„Kinderkrankheiten“, die bei einer

derartigen Neukonstruktion selbst-

verständlich auftreten, hielten sich

in Grenzen.

Inzwischen sind auch die Rest-

arbeiten am Fördermaschinenge-

bäude abgeschlossen, so dass sich

die neue Fördermaschine in einem

angemessen Rahmen präsentiert.



Einheit ausgeklemmt. Ein Maschi-

nenausfall durch eine Störung des

Frequenzumrichters wird durch die-

se Ausführung vermieden.

Motor und Steuerung werden

durch eine Umluft- Luft-Wasser-Küh-

lung gekühlt. Die getrennten Küh-

ler für die Luftkreisläufe werden von

einem gemeinsamen Wasserkreis-

lauf versorgt, das Wasser wird über

einen außerhalb des Förderma-

schinengebäudes aufgebauten, last-

abhängig geregelten Rückkühler

gekühlt.

Als Besonderheit ist ein zweiter

Steuerstand auf dem 250 m ent-

fernten Förderturm des Schachtes

Bernburg in der Steuerkabine für

die Fördermaschine Bernburg instal-

liert. Die Bedienung der Förderma-

schine ist von beiden Steuerständen

aus gleichermaßen möglich, mit

den Ausnahmen Überheben und

Notsteuerung, die nur von vor Ort

gefahren werden können. Die

Umschaltung zwischen den beiden

Steuerständen erfolgt durch das

Abgabeprinzip, das heißt, dass der

Maschinist das Pult, von dem aus er

gefahren ist, deaktivieren muss. Erst

dann kann am anderen Pult die

Bedienberechtigung erlangt werden

und die Maschine gesteuert werden.

Die Steuerstände sind in Pultbau-

weise aufgebaut. Die Visualisierung

des Teufenzeigers, aller Meldungen

und Betriebszustände erfolgt über

Bildschirme. Während ein Bild-

schirm ausschließlich für die Visu-

alisierung des Teufenzeigers reser-

viert ist, können am zweiten Bild-

schirm eine Vielzahl weiterer

Informationen über die Betriebs-

zustände von Bremse, Motor,

Umformer, Stellung der Schacht-

klappen und Tore usw. über ca. 15

Bilder angezeigt werden. Die nach

TAS geforderten Anzeigen sind

zusätzlich über Leuchttableaus rea-

lisiert.

Die Betriebsartenumschaltung

erfolgt durch Mausbedienung am

Bildschirm. Voraussetzung dafür ist

eine ständige Monitorüberwachung

(MOWA). Komplettiert wird die För-

deranlage durch eine FTS-Anlage

von Gründer und Hötten und eine

Videoüberwachung der Anschläge.

BauablaufEs bestand die anspruchsvolle Auf-

gabe, den Umbau der Förderma-

schine im laufenden Betrieb so vor-

zubereiten, dass die „heiße Phase“,

der Zeitraum zwischen Abschalten

der alten Anlage und Inbetrieb-

nahme der neuen, nicht länger als

21 Tage beträgt. Gleichzeitig muss-

te das Fördermaschinengebäude

innen und außen saniert werden.

Bis auf wenige Ausnahmen erfolg-

te die Montage problemlos und vor

allem unfallfrei, so dass nach den

vorgesehenen drei Wochen Still-

stand der Schacht wieder für den

Grubenbetrieb zur Verfügung stand.

Im Einzelnen gestaltete sich die Bau-

phase folgendermaßen:

Im Vorfeld wurde der statische

Nachweis für die Tragfähigkeit des

vorhandenen Maschinenfunda-

mentes erbracht.

Bereits seit März wurden im För-

dermaschinengebäude erste Vorbe-

reitungen getroffen. Es wurden,

ohne die Schachtnutzung zu beein-

trächtigen, überwiegend in der Mit-

tags- und Nachtschicht die Löcher

für die Aufnahme der neuen Rah-

menverankerung gebohrt. Nach

deren Fertigstellung wurden die

Ankerschrauben eingesetzt und

zementiert. Im Untergeschoss wur-

den die Räume für das neue Brems-

aggregat und die Umluftkühlung

der Maschine vorbereitet. Hier mus-

sten alte Fundamente entfernt und

Mauerdurchbrüche geschaffen wer-

den, im Anschluss konnten die neu-

en Fundamente gegossen werden.

Eine provisorische Motorkühlung,

die bereits den neuen Kühler inte-

grierte, wurde aufgebaut.

Seit April des Jahres wurde im

benachbarten Gebäude ein früher

als Kaue genutzter Raum für die Auf-

nahme der Steuerung vorbereitet.

Ein Traforaum wurde geräumt und

baulich angepasst.

Nachdem am Maschinengebäude

und am Schaltraum Durchbrüche

in den Außenwänden fertiggestellt

waren, konnte am 13.06.2003 eine

Verbindungsbrücke eingehängt wer-

den. Diese Brücke nimmt die Leis-

tungs- und Steuerkabel sowie die

Kühlwasserrohre auf und dient als

Verbindungsgang zwischen Maschi-

ne und Steuerräumen.

Ab dem 24.06.2003 begann die

Montage von Steuerung und Brem-



Abb. 6: Die neue Fördermaschine im

sanierten Fördermaschinengebäude /

The new hoisting machine in the repaired

engine house

Abb. 7: Die Sanierungsarbeiten sind nahezu abgeschlossen / The repair works are

almost final

more than 2500 m are drilled and

radar surveyed. Three years ago, a

trial was conducted in the Werra

mine of K+S KALI GmbH to use the

ground penetrating radar as a pos-

sible method to detect fractures in

the roof of the drifts. These fractures

sometimes occur in horizontal

bedded salt up to approx. 3 m above

the roof because of stress relief due

to mining. When fractures are

detected the roof has to be scaled

mechanically or anchors have to be

installed to prevent block fall. The

early detection of these fractures is

therefore very important.

A high frequency radar was test-

ed to detect and locate the fractures

in salt. The required objectives were

the distinction between induced

fractures and geological reflec-

tions on the radar profiles and the

need to carry on an extensive sur-

vey in a relatively short time peri-

od, as several hundreds of kilome-

ters of drifts have to be sampled reg-

ularly in the underground mine.

The survey should be carried out

with small time effort because of the

length of the drifts in a mine.

After some successful initial

tests using different radar equip-

ments, a car was equipped with a

control unit (4 channels) and a

hydraulic arm to lift a maximum of

4 antennas near the roof of a drift.

At the moment two 900 MHz Gssi

antennas are installed. The survey

speed of this two channels applica-

tion is approx. 15 km/h. The tests

have shown that a direct coupling

of the antenna to the salt is not nec-

essary. A working distance of 0.5 to

1 m to the roof gives a satisfactory

signal quality. Fig. 1 and Fig. 2 show

the equipment used for the inves-

tigation of fractures in the roof of

the drift. Complementary testing

radar measurements have been car-

ried out by the company G-Tec (Spa,

Belgium) and by the KULeuven (Uni-

versity of Leuven in Belgium) in

order to:

•Evaluate the effect of the antenna-

roof distances

•Evaluate the effect of the velocity

of acquisition

•Define the ability of the radar to

detect thin fractures in the roof of

the drifts

•Determine the fracture opening

from the radar reflection

GPR technique applied in the salt mine.The radar technique is based on the

propagation and reflection of high

frequency electromagnetic waves

(20 MHz–2 GHz). The technique is

widely described in Daniels (1996).

The radar method provides images

of non-conductive media at shallow

depths. The reflections are due to a

contrast in the dielectric permit-

tivity and conductivity, e.g. salt ver-

sus an open fracture. The radar

pulse has a large bandwidth to

achieve a high resolution. The pen-

etration, which can reach several

hundreds of meters in resistive envi-

ronments, decreases when the used

frequency increases. A higher fre-

quency provides on the other hand

a better resolution. The quality of

the profiles is well improved by

using processing techniques like fil-

tering, automatic gain control,

background removal and migration.

A planar reflector results in a pla-

nar event on the radar profile (see

Fig. 3). Heterogenities (e.g. a hole)

with very small dimensions com-

pared to the wavelength result in a

hyperbolic event on the radar pro-

file. Because of his high resistivity,

the salt rock is a good medium for

the propagation of radar waves. GPR

and borehole radar have been suc-

cessfully used in potash and salt


Forschung und Entwicklung



Fracture detection and characterisation by groundpenetrating radar in a salt mine

In the Werra mine of K+S KALI GmbH highfrequency ground penetrating radar is usedto detect fractures in the roof of the drifts byroutine. Complementary test measurementshave been carried out in order to compare cal-culations of the openings of the fracturesbased on the frequency spectrum of theirreflections with directly measured openingsin boreholes. The results and limitations ofthese calculations are discussed.

Colette Grégoire KULeuven, Departmentof Civil Engineering, KULeuven, Belgium

Lucien Halleux KULeuven, Departmentof Civil Engineering, KULeuven, Belgium

Dr. Volker Lukas K+S Aktiengesellschaft,Kassel, Germany

Introduction.In the early seventies, the K+S Group

developed a radar system, which is

especially adapted for investigations

in underground mines. The main

objectives of the surveys were the

investigation of the top and base of

evaporite deposits, the flanks as well

as the top of salt domes, the struc-

tural geology of anhydrite or clay

beds within the evaporite sequence,

the shape and extention of natural

or mining openings and the pre-

sence and extention of dangerous

water or brine reservoirs within the

evaporite sequences. The system

using frequencies of 30 to 100MHz

has become an extremely important

tool in salt mine exploration espe-

cially to detect geological hazards.

The borehole application allows

exploration far in advance of

mining. For this purpose horizon-

tal boreholes reaching a length of

Fig. 1: Car with the radar equipment (control unit, antennas).

Fig. 2: Antennas mounted on the hydraulic arm of the car.

tance and velocity of acquisition are

analysed. The ability of the radar

method to detect very thin fractures

in salt has also been studied using

the aquired data in order to derive

some conclusion on the detectabil-

ity of fractures in function of their

opening and their position.

The fracture openings were meas-

ured directly just before the radar

data acquisition using a hook. The

openings vary from 1 mm up to

90mm. The 15 boreholes and the

measured fracture openings are

represented in Fig. 5 for the two

sites.

Static data analysis.The data are aquired with the anten-

na fixed in one position. These

measurements have the advantage

to provide an accurate position for

the acquisition. On the other hand,

the identification of a reflector from

one trace is more difficult than on

dynamic profiles where numerous

traces are recorded. Moreover, if the

antenna is placed in a bad location

(irregularity in the roof or presence

of anchors), the quality of the reg-

istered signal is negatively affected.

These static data are used to estimate

the effect of the antenna-roof dis-

tance on the signal quality. After-

wards, they are compared to the

dynamic data. The antenna-roof dis-

tances for the static measurements

vary from 0.2 m up to 2.4 m,

depending on the location. The dis-

tances are calculated from the radar

traces using the time between the

direct wave and the reflection on

the roof, which proved to be a quite

accurate method. There are three

antenna positions for each of the

boreholes of the site 1 and two

antenna positions for the boreholes

of the site 2 because the roof of the

drift is lower. From the data, it is

observed that the increase of the

antenna-roof distance causes a larg-

er attenuation of the signal (see Fig.

6 for borehole 3, site 2). The signal

remains satisfactory until an anten-

na-roof distance of 1 m–1.5 m. When

the antenna-roof distances become

too large (2 m), the signal-to-noise

ratio is too low.

Dynamic data analysis .The dynamic profiles were acquired

over a distance of 40 to 50 m for two

antenna-roof distances per site with

a registration time of 60 ns. The

penetration is about 2.5 m in salt.

A dynamic profile of site 1 (Fig. 7)

and site 2 (Fig. 8) is represented. The

position of the borehole and their

intersection with fractures is indi-

cated. At site1 a long fracture ap-

pears between 20 and 30 ns over the

entire profiles. A small fracture is

visible at 25 m from the beginning

of the profiles between the times 10

and 20 ns, corresponding to a depth

of about 0.25 m. On profiles regis-

tered at site 2, a long fracture cross-

es the entire profile between 20 and

30 ns, corresponding to a maximum

depth of about 1.40 m in salt. A first

dipping reflector is visible at a dis-



mines in order to map stratigraph-

ic features or to determine the exten-

sion of the deposit [Beer, 1990;

Annan et al., 1988; Käding and

Lukas, 1997; Halleux et al., 2000;

Zeibig and Wendzel, 2000; Eisen-

burger and Gundelach, 2000].

An example of radar profiles car-

ried out in the mine is given on Fig.

4. This profile is carried out with the

900MHz Gssi antenna (system cho-

sen for the investigation in the

mine) and the quality of the profile

is considered to be good.

The first reflection after the

direct wave corresponds to the

reflection on the roof. This reflec-

tion is energetic because of the large

permittivity contrast air-salt. The

arrival time changes along the pro-

file because of the irregularity of the

roof. The other reflections corre-

spond to open fractures. The polar-

ity of these reflections is opposite

to the polarity of the reflection on

the roof because they correspond to

a contrast in permittivity salt-air. As

the velocity of electromagnetic

waves is known, the position of the

fractures in salt can be easily deter-

mined.

Testing radar measurements.Radar measurements have been car-

ried out at two site of the K+S Wer-

ra mine where the fracture openings

could also be directly recorded in 15

boreholes. Two radar systems were

used: the 900MHz Gssi antenna and

the 1 GHz Ramac antenna. Static

and dynamic measurements were

carried out at several antenna-roof

distances with the two radar sys-

tems. For the static measurements,

the antenna is fixed at one location

during the acquisition. The dynam-

ic data are carried out at the normal

car speed (about 15 km/h). The stat-

ic measurements are compared to

the dynamic measurements to

determine the influence of the car

speed on the signal quality.

From these measurements, the

influence of the antenna-roof dis-



Fig. 3: Principle of the radar technique.

Fig. 4: Radar profile carried out in the salt mine (site1) with the 900MHz Gssi antenna.

Fig. 5: Boreholes drilled at two sites of the mine. The depths [m] and fracture openings

[mm] are represented.

Fig. 6: Static acquisition carried out at two

antenna-roof distances (borehole 3, site2).

at 1.28 m but this result has to be

interpreted with care (borehole 1).

The strong reflection at this location

is probably due to a fracture larger

than the opening measured in the

borehole.

Some fractures can not be dis-

tinguished because they are too

close too each other. In theory, if the

distance separating is smaller than

62 mm (resolution corresponding

to a central frequency of 1 GHz), it

is not possible to distinguish the

fractures as separate reflection in

the radar data. Nevertheless the

characteristic interference of the

two reflections prove in most cases

the existence of more than one frac-

ture. Other fractures can not be dis-

tinguished because they are locat-

ed to close to the roof and the reflec-

tions related to these fractures

interfere with the reflection on the

roof.

Estimation of fracture opening.Information about the opening

width can not be deduced quanti-

tatively from the simple radar pro-

files. A more detailed analysis of the

radar signal, however, provides this

information. This method was

developed in the phD work by C. Gré-

goire (2001). Some results were pre-

sented in (Grégoire, 2001). It is based

on the frequency content analysis

of the radar reflection within a

broad frequency range. The radar

reflection has to be compared to a

reference signal. In this case, the ref-

erence used is the reflection on the

roof.

A typical radar trace registered in

one of the profiles in the salt mine

is presented in Fig. 10. The direct

wave, the reflection on the roof and

the reflections on the fracture in salt

are indicated. These fracture-reflec-

tions have to be compared to a ref-

erence signal. The source wave of the

radar equipment can not be used

because this signal is unknown.

Indeed, the emitted signal depends

on the coupling of the antenna to

the ground. The amplitude spec-

trum of the reflection on the frac-

ture (Fig. 11.b) is thus compared to

the amplitude spectrum of the

reflection on the roof (Fig. 11.c).

Some corrections taking into

account the geometry and the salt

properties are applied to this ampli-

tude ratio. After having applied

these corrections, this ratio can be

compared to the theoretical reflec-

tion coefficient (Grégoire, 2001). The

fracture opening is thus determined

by inversion. The solution is deter-

mined using the root mean square

error between the reflectivitity

deduced from the data and the the-

oretical reflection coefficient. The

opening giving the smallest root-

mean-square error is the solution.

The value of the rms error has to be

analysed to estimate the reliability

of the result. The results of the inver-

sion applied to the data depend

strongly on the signal quality of the

radar reflection as well for the stat-

ic as the dynamic data. For the sig-

nals of good quality, the calculated

openings are represented versus the

openings measured in the boreholes

(Fig. 12). Overall, the inversion gives

satisfactory results. There are how-



tance of 2 m from the beginning of

the profile (between 10 and 20 ns).

A second dipping reflector is visible

at a distance of about 30 m, also

between 10 and 20 ns.

The quality of the signals is good

as well for the Gssi antenna as for

the Ramac antenna. The dynamic

acquisition does not affect the sig-

nal quality in a negative way. The

identification of a particular reflec-

tor is even easier. For a same site, the

profiles show some differences due

to the horizontal and vertical posi-

tions of the antenna which is not

accurately reproduced. It can also be

observed that the shape of the reflec-

tions varies quickly due to a spatial

variation of the fractures.

Fracture detectability.To quantify the reliability of the

radar measurements, the observed

events on the radar profiles (dynam-

ic data) were compared to the bore-

hole data. Most of the fractures

observed in the boreholes were

detected by the radar. If not the rea-

sons could be that (1) the fracture

opening width is much too small,

(2) the presence of local heterogen-

ities or reflections of shallower frac-

tures cover the actual fracture.

Several radar profiles have been

realised at the same site (2 profiles

with the Gssi antenna and 2 profi-

les with the Ramac antenna). They

show that some fractures could not

be detected on all profiles. In this

case, the lack of detection is most

likely caused by not exactly repro-

duced positions of the antenna. Due

to the limited length of the bore-

holes, the comparison can not be

done for events deeper than 2 m.

The results are presented on Fig.

9 in detail. All fractures with an

opening larger than 10 mm are eas-

ily detected. Smaller fractures are

not always detected during the test.

The following observations have

been made concerning smaller

fractures: The 5mm fracture at 0.64

m depth in borehole 1 is not detect-

ed due to covering by the reflection

of a fracture at 0.38 m. The 2 mm

fracture located at 0.15 m can be

detected (borehole 8). The detection

of 1 mm fractures becomes difficult.

A 1 mm fracture has been detected



Fig. 7: Radar profile registered with the 900 MHz Gssi antenna (site 1). The position of

the boreholes are indicated.

Fig. 8: Radar profile registered with the 1GHz Ramac antenna (site 2). The positions of

the boreholes are indicated.

Fig. 9: Detectability of the positions of the fractures based on the dynamic data.

Fig. 10: A typical trace of the radar profile

are daily carried out in the mine of

K+S. Testing measurements have

been carried out at 2 sites in this

mine where boreholes were avail-

able for direct observation of the

fractures. The testing measure-

ments have shown that the dynam-

ic acquisition at the speed of 15

km/h does not affect the quality of

the data in comparison to static

data. An antenna-roof distance of

about 1 m gives satisfactory radar

signals.

A comparison between fractures

observed in boreholes and the frac-

tures identified on radar profiles

shows during the test some limita-

tion for the detectability of very thin

fractures in salt. The radar allows

the detection of fractures with an

opening larger than 10 mm without

problem, at least in the first 2 m of

salt. For thinner fractures, the detec-

tion depends on the fracture open-

ing, the position of the fracture in

salt, the presence of other local het-

erogenities or more shallow frac-

tures.

In order to determine the fracture

opening, the frequency content of

the radar reflection has to be stud-

ied. An inversion of the fracture

opening is carried out. The method

is based on the frequency content

analysis of the reflection and its

comparison to a reference signal

(e.g. reflection on the roof). For good

quality signals, the inversion gives

satisfactory results and this of the

static as well as the dynamic acqui-

sition.

Some of the observed differences

with the real openings observed in

the boreholes can be due to the spa-

tial variation of the fracture open-

ing, the irregularity of the fracture,

the system composed of several frac-

tures close to each other or the qual-

ity of the reference signal. They can

also be due to the method itself in

opening ranges where the reflec-

tivity does not vary very much with

the opening. Although the method

shows some limitations, the knowl-

edge of the fracture openings is

improved.

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lands. Published by Elsevier. Vol. 1:

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ever some differences between the

data sets (see Fig. 12). They can be

due to the spatial variation of the

fracture opening, the irregularity of

the fracture, the system composed

of several fractures close to each oth-

er or the quality of the reference sig-

nal. They can also be due to the

method itself in opening ranges

where the reflectivity is less sensi-

ble to opening variations. Moreover,

the method used to measure the

openings in the borehole (hook) is

not very accurate.

Conclusion.The radar technique has proved to

be efficient for mapping fractures

in the roof of drifts in a salt mine.

A high frequency is used (900 MHz

and 1 GHz) to achieve a good reso-

lution. Such radar measurements



Fig. 11: Reflection on the fracture in the time-domain (a); Reflection on the roof in the time-domain (b). Fourier transform of the

reflection on the fracture (b); Fourier transform of the reflection on the roof (d); Spectral ratio amplitude of the radar reflection to

the reflection on the roof (e).

Fig. 12: Results of the inversion applied to good quality signals of radar data.

tausch beim Kontakt und die letzt-

liche Trennung, bis heute auf der

atomaren Skala recht wenig unter-

sucht und daher weitgehend unbe-

kannt ist. Er hängt notwendiger-

weise mit den mikroskopischen

Eigenschaften der Berührflächen

zusammen, die für isolierende

Materialien, und um diese handelt

es sich immer bei der Kontaktauf-

ladung, erst in jüngster Zeit zuneh-

mend einer Erforschung zugänglich

werden. Hinzu kommt die Tatsache,

dass für die Kontaktaufladung

kleinste Ladungskonzentrationen

ausreichen, die sich im Allgemeinen

spektroskopisch nicht nachweisen

lassen. So genügt bei der techni-

schen Salztrennung schon eine ein-

zelne Elementarladung pro Korn

zur Trennung, die an einem der

typisch 1012 Oberflächenmoleküle

(bei einer Korngröße um 0,5 mm)

oder einer passenden Fehlstelle loka-

lisiert sein kann.

Aufschlussreich und Ausgangs-

punkt unserer Untersuchungen

war die Tatsache, dass nach Mahlen

des Salzgemisches sich durch Zuga-

be von typischerweise nur 10–20

ppm [2] eines Konditionierungs-

mittels in Form einfacher organi-

scher Säuren die elektrostatische

Trennung um viele Größenord-

nungen effizienter gestalten lässt

[2,3]. Diese Menge entspricht bei den

gerade genannten Korngrößen einer

Oberflächenkonzentration von

weniger als einer Monolage auf der

Kornoberfläche, was wiederum auf

einen Oberflächeneffekt hinweist.

Wichtig scheint dabei auch zu sein,

dass der Trennungsprozess unter

Umgebungsbedingungen bei rela-

tiven Luftfeuchten zwischen 10%

und 20% durchgeführt werden

muss, die jedoch bei unseren

Betrachtungen zunächst unbe-

rücksichtigt bleiben. Da am Beispiel

der Kontaktaufladung wichtige

Fragen zu elementaren Wechsel-

wirkungen zwischen einzelnen

Molekülen und Oberflächen stu-

diert werden können, wie sie bei-

spielsweise für zukünftige Techno-

logien (Stichwort Molekulare

Elektronik) von zentraler Bedeutung

sein könnten [4,5], sind Untersu-

chungen zur Kontaktaufladung

auch von recht grundlegendem

Interesse.

Bereits aus unseren ersten Arbei-

ten [6] war klar, dass ein Ladungs-

austausch zwischen perfekt termi-

nierten, d.h. an den Grenzflächen

fehlerfreien Kristalliten der Salze

wegen der hohen Aktivierungs-

energien von typisch 8 eV über die

Bandlücke des jeweiligen Isolators

völlig ausgeschlossen ist. Damit ein

Ladungsaustausch stattfinden kann,

muss diese Aktivierungsschwelle

stark vermindert werden. Darin

besteht nach unseren Ergebnissen

die wesentliche Funktion der Kon-

ditionierungsmittel. Wir gehen in

diesem Beitrag der Frage nach, was

die spezifische Rolle der organi-

schen Additive ist, und zeigen, dass

die Effizienz eines Konditionie-

rungsmittels wesentlich von der

energetischen Lage der elektroni-

schen Niveaus der auf den beteilig-

ten Isolatorflächen adsorbierten

Moleküle abhängt. Somit scheint

der direkte elektronische Ladungs-

transfer, wie schon in den Arbeiten

von Ernst [2,7,8] angenommen,

eine dominierende Rolle zu spielen.

Der grundlegende Mechanismus

soll am Energieschema von Abb. 1

erläutert werden. Dargestellt sind

links die elektronisch besetzten

Valenz (VB)- und die nicht besetzten

Leitungsbänder (LB) der reinen

ungestörten Salze NaCl und KCl.

Adsorbierte Moleküle weisen bezüg-

lich der Bindung an die entspre-



Die Erzeugung elektrischer Ladun-

gen durch die Kontaktaufladung

und die Entladung geladener Gegen-

stände durch Funken oder Licht-

bögen ist die wohl älteste uns

bekannte kontrollierte Beobach-

tung von Elektrizität („Reibungs-

elektrizität“). Sie wurde 600 v. Chr.

erstmalig vom Naturphilosophen

Thales beschrieben. Der Effekt ist im

täglichen Leben allgegenwärtig

und macht sich meistens in uner-

wünschter Weise bemerkbar, z.B.

wenn man beim Verlassen eines mit

Teppich ausgelegten Raumes einen

metallischen Gegenstand, bei-

spielsweise eine Türklinke, anfasst.

Neben der Erzeugung hoher Span-

nungen wird die Kontaktaufla-

dung großtechnisch von der Kali

und Salz AG eingesetzt, um Hart-

salzgemische oder auch Kunststof-

fe elektrostatisch im Trennscheider

in die einzelnen Komponenten zu

fraktionieren [1]. In allen Fällen wird

dabei ausgenutzt, dass elektrische

Ladungen oder geladene Teilchen

bei Berührung verschiedenartiger

Festkörper zwischen diesen trans-

feriert werden, da dadurch ein ener-

getisch günstigerer Zustand erreicht

wird. Der bei Trennung der Körper

durch mechanische oder elektrische

Kräfte oftmals gefundene (weitge-

hende) Verbleib der Ladungen in der

durch die Berührung entstandenen

Verteilung hat allerdings meist

kinetische Gründe, da der Ladungs-

austausch nur langsam erfolgt. So

entsteht eine Kontaktaufladung

der Kontaktpartner nach deren

Trennung.

Im starken Gegensatz zur allge-

meinen Bekanntheit dieses Effekts

steht die Tatsache, dass der genaue

Mechanismus der Ladungstren-

nung, d.h. die genaue Lokalisierung

der Ladungen, der Ladungsaus-



Ein atomistisches Modell zumPhänomen der Kontaktaufladung

Der Ladungsaustausch und damit die Kon-taktaufladung funktioniert bei Isolatoren wieNaCl und KCl nur, indem die effektive elektro-nische Bandlücke an den Kontaktflächendurch adsorbierte Moleküle entscheidend ver-kleinert wird. ElektronenspektroskopischeMessungen, kombiniert mit theoretischenErgebnissen, ergeben für diesen wichtigenSchritt der Kontaktaufladung ein konsistentesBild, das in einfachen Fällen bereits Vorher-sagen erlaubt.

Dr. Christoph Tegenkamp

Institut für Festkörperphysik,

Universität Hannover

Prof. Dr. Herbert Pfnür

Institut für Festkörperphysik,

Universität Hannover

Abb. 1: Energieschema zur Kontaktaufladung am Beispiel NaCl und KCl mit Valenz-

(VB) und Leitungsbändern (LB). Besetzte und unbesetzte Molekülorbitale (MO) sind

schematisch eingetragen (grün). Rechts: Gleichgewichtszustand nach Kontakt

durch Ladungsaustausch zwischen adsorbierten Molekülen an der Oberfläche /

Schematic energy diagram to illustrate contact charging of NaCl and KCl with valen-

ce (VB) and conduction bands (KB). Occupied and unoccupied moelcular orbitals (MO)

are schematically shown. Right: Equilibrium state after contact and charge exchange

between adsorbed molecules at the surface

taktischen Dünnschichten geome-

trisch und elektronisch äquivalent

zu Spaltkristallen sind und damit

als Modellsysteme für die in der

Industrie genutzten Volumenma-

terialien geeignet sind. Nähere

Informationen über die Messme-

thoden bzw. über die detaillierte Prä-

paration der Schichten können

[10,11] entnommen werden.

Die beim Mahlprozess entste-

henden Defektstrukturen, wie Ver-

setzungen, Stufen und Punktde-

fekte, konnten im Labor idealisiert

und durch das Anwenden unter-

schiedlicher Techniken kontrol-

liert hergestellt und charakterisiert

werden. Dabei stellt die Anionen-

fehlstelle, auch Farbzentrum

genannt, die sich experimentell

durch Beschuss der Alkalihalogenid-

Oberflächen mit niederenerge-

tischen Elektronen (40–200 eV)

realisieren lässt, sicher nur ein

Modell für einen Punktfehler dar.

Neben einzelnen Farbzentren ent-

stehen auch Aggregate von Farb-

zentren. Die maximale Oberflä-

chenkonzentration wurde zu 7 %

einer Monolage abgeschätzt. Es soll-

te an dieser Stelle erwähnt werden,

dass Farbzentren relativ instabil

sind, selbst im Ultrahochvakuum

noch mit typischen Zeitkonstanten

von einigen Minuten zerfallen.

Experimente zur Adsorption von

Wasser haben allerdings gezeigt,

dass die reaktiven Zentren sich sta-

bilisieren lassen durch die Ausbil-

dung von OH-Zentren [12,13]. Stufen

und modulierte Salzfilme hingegen

konnten durch eine entsprechende

Vorstrukturierung der Ge(100)-Sub-

strate generiert werden [14]. Im Hin-

blick auf die Salztrennung fungie-

ren diese Defekte als einfache

Nukleationszentren bei Adsorp-

tion der Konditionierungsmolekü-

le. Eine Wasserdissoziation, wie bei

den Farbzentren beobachtet, konn-

te für diese Defektstrukturen nicht

nachgewiesen werden [13,15]. Der

eigentliche Schritt der Konditio-

nierung ließ sich in einfacher Weise

durch Adsorption relevanter orga-

nischer Moleküle im Ultrahochva-

kuum realisieren. Dabei sind bisher

experimentell die Salizylsäure (SA),

die Benzoesäure (BA) und die para-

Salizylsäure (p-SA) untersucht wor-

den. Nähere Details können eben-

falls in [10,11] nachgelesen werden.

Ergebnisse:Im ersten Schritt wurde die elektro-

nische Struktur der drei organi-

schen Moleküle, adsorbiert auf

NaCl(100) als Multischicht, mit

UPS und mit EELS bestimmt. Zur

Identifikation der Molekülorbitale

wurden ergänzend Rechnungen

mit der Dichtefunktionalmethode

(DFT) durchgeführt. Als Beispiel

zeigt Abb. 3 mit UPS gemessene

Spektren der besetzten Molekülzu-

stände für mehrere Monolagen

dicke Schichten von Salizylsäure

(SA), Benzoesäure (BA) und para-Sali-

zylsäure (p-SA). Die Bindungsener-

gien sind auf die Valenzbandober-

kante des NaCl bezogen. Alle drei

Säuren zeigen ähnliche Spektren

mit 4 charakteristischen Emissionen

(gekennzeichnet mit U1–U4). Prin-

zipiell ist dieses nicht weiter ver-

wunderlich, da die hier untersuch-

ten Moleküle chemisch ähnlich

sind. Im Fall von SA und p-SA liegt

dem Molekül gar die gleiche Sum-

menformel zu Grunde (C7H6O3).

Trotzdem fallen gerade beim direk-

ten Vergleich von SA und p-SA deut-

liche Verschiebungen auf. Vor allem

dem mit U2 gekennzeichneten

Zustand kommt eine besondere Rol-

le zu. Für die technologisch nicht

einsetzbare p-SA wird eine chemi-

sche Verschiebung dieses Zustands

von 0.6 eV zu kleineren Bindungs-

energien gemessen. In Überein-

stimmung mit Rechnungen (siehe

unten) kann diese Verschiebung

allein auf intramolekulare Effekte

zurückgeführt werden. Ein signifi-

kanter Einfluss durch die Unterla-

ge oder durch Nachbarmoleküle

kann anhand unserer Experimente

ausgeschlossen werden (siehe

unten).

In Übereinstimmung mit dieser

Feststellung wurden bei Experi-

menten zur Beugung langsamer

Elektronen an diesen Systemen kei-

ne geordneten Adsorptionsphasen

der organischen Moleküle gefunden

(schwache zwischenmolekulare

Wechselwirkung). Die fehlenden

Wechselwirkungen erlauben meh-

rere unterschiedliche Adsorptions-

geometrien relativ zum Substrat

und vor allem relativ zueinander.

Dies führt zu typischen Emissions-

verbreiterungen in der Spektros-

kopie, so dass sich die molekülspe-

zifischen Emissionen nicht weiter

auflösen lassen.

Aufgrund der nur schwach wech-

selwirkenden Moleküle sind DFT-

Rechnungen schon am isolierten

Molekül aussagekräftig. Zugleich

konnten damit auch den charakte-

ristischen Emissionen eindeutig

Positionen im Molekül zugeordnet

werden. Exemplarisch sind für das

BA-Molekül die für den Prozess des

Ladungstransfers relevanten Mole-

külzustände in Abbildung 3 mit ein-

gezeichnet. Dabei stellte sich heraus,

dass die mit U1 gekennzeichnete

Emission primär dem besetzten

�-Zustand des Benzolringes zuzu-

ordnen ist, wohingegen die U2-Emis-

sion von einer Zustandsdichte her-

rührt, die an der Carboxylgruppe



chenden Grenzflächen bindende

Orbitale (mit Überlapp zu den

Valenzbändern) und nichtbindende

Orbitale auf, die teilweise in den

Bandlücken liegen und am absolu-

ten Temperaturnullpunkt nicht

mit Elektronen besetzt sind. Bei end-

lichen Temperaturen ist für die

elektronisch dicht am Valenzband

liegenden unbesetzten Orbitale

eine (thermische) Anregung von

Elektronen aus den Valenzbän-

dern der entsprechenden Oberflä-

che jedoch möglich, wodurch sich

eine Teilbesetzung dieser Niveaus

einstellt. Bringt man nun unter-

schiedliche Materialien mit vorad-

sorbierten Molekülen in Kontakt,

können die Elektronen in angereg-

ten Molekülzuständen von einem

zum anderen Molekül springen, vor-

zugsweise in Molekülzustände

geringerer Energie. Dieser Prozess

stoppt, wenn dadurch im Mittel kein

Energiegewinn mehr erzielbar ist,

er führt jedoch im Allgemeinen zu

einer Ladungsverschiebung zwi-

schen den auf den unterschied-

lichen Materialien adsorbierten

Molekülen, da deren energetische

Niveaus wegen der Adsorption

nicht identisch sind. Dieser Prozess

des Ladungsaustausches über

elektronische Hüpfprozesse ist ver-

gleichsweise langsam, so dass z.B.

bei schneller mechanischer Tren-

nung eine hohe Wahrscheinlichkeit

für den Verbleib der Ladungen am

momentanen Aufenthaltsort und

damit für die Ladungstrennung

besteht. Unsere Untersuchungen

legen in der Tat die Bedeutsamkeit

eines solchen Modells für die Kon-

taktaufladung nahe, wie unten

näher erläutert.

Experimentelle Realisierung:Um den Effekt der Kontaktaufla-

dung auf atomarer Skala studieren

zu können und die eingehenden

Parameter überschaubar zu

machen, mussten wir für ein

brauchbares Labormodell die tech-

nischen Prozesse (Salzgemisch,

Mahlprozess, Konditionierung)

stark vereinfachen und idealisieren.

Dies betrifft insbesondere die Expe-

rimentierbedingungen. Auch haben

wir uns dabei bisher nur mit dem

vergleichsweise einfachen Problem

der Sylvinittrennung befasst.

Die Idealisierung beginnt bereits

bei der Auswahl des Ausgangsma-

terials. Statt natürlicher NaCl- und

KCl-Kristalle haben wir für unsere

Studien epitaktisch gewachsene,

dünne NaCl- und KCl-Schichten ver-

wendet. So konnten messtechnisch

bedingte Aufladungserscheinun-

gen unterdrückt werden. Ferner

sind zur Vermeidung störender Kon-

taminationen sämtliche Experi-

mente im Ultrahochvakuum durch-

geführt worden. Abb. 2 zeigt ein Bild

der verwendeten Apparatur. Die

energetisch stabilen (100) orien-

tierten NaCl-Schichten ließen sich

nahezu defektfrei auf Ge (100) durch

molekulare Verdampfung herstel-

len. Typische Schichtdicken für die

hier durchgeführten Untersu-

chungen lagen im Bereich zwischen

8 und 16 atomare Lagen. Die KCl

Schichten wurden in einem weite-

ren Schritt epitaktisch auf den

NaCl (100)-Schichten gewachsen [9],

um so den direkten Vergleich zu

ermöglichen.

Entsprechend unserem Modell

spielen elektronische Zustände die

entscheidende Rolle. Zur Bestim-

mung der energetischen Lage der

Valenzelektronen in den reinen

Schichten und den mit adsorbierten

Molekülen wurde daher die mit

ultraviolettem monochromati-

schem Licht angeregte Photo-

elektronenspektroskopie (UPS) ver-

wendet.

Als ergänzende Methode hierzu,

wurde die so genannten Elektronen-

energie-Verlustspektroskopie(EELS)

benutzt. Dabei wird die Oberfläche

mit Elektronen einer definierten

Energie bestrahlt, die charakteris-

tische Energieverluste bei der Anre-

gung von Valenzelektronen aus

besetzten in unbesetzte Zustände

erleiden. Diese Methode gibt also

Auskunft über die charakteristi-

schen Anregungen und über die

Lage unbesetzter Zustände. Die Mor-

phologie der Schichten untersuch-

ten wir intensiv mittels Beugung

langsamer Elektronen (LEED).

Wesentliches Ergebnis all dieser

Untersuchungen war, dass die epi-



Abb. 2: Typische Ultrahochvakuum-

Anlage mit Analyseinstrumenten zur

Spektroskopie der elektronischen

Struktur / Typical ultrahigh vacuum

apparatus with analytic instruments for

spectroscopy of the electronic structure.

der Valenzbandoberkante des Sub-

strates möglich, die die effektive

Anregungsenergie an der Ober-

fläche durch die adsorbierten

Moleküle bis auf 1 eV für die SA her-

absetzen! Damit werden thermische

Anregungen mit ausreichenden

Wahrscheinlichkeiten schon knapp

oberhalb Raumtemperatur möglich.

Wie bereits oben erwähnt, ist die

Wechselwirkung für die hier

behandelten Moleküle mit den

NaCl- und KCl-Substraten weitge-

hend durch schwache van-der-

Waals-Kräfte gekennzeichnet. Dies

ist leicht durch Vergleich z.B. der UP-

Spektren von Mono- und Multilagen

adsorbierter Moleküle zu erkennen

(siehe dazu Abb. 5 für den Mono-

und Submonolagenbereich von SA).

In allen Fällen, nicht nur den hier

dargestellten, lässt sich das jeweilige

Spektrum (unter passender Gewich-

tung) zusammensetzen aus einem

Beitrag des Salzsubstrates (gestri-

chelte Linie in Abb. 5) und des Spek-

trums der Moleküle, wie sie für die

Multilagen gemessen wurden. Dabei

sind maximal Verschiebungen von

0,1 eV notwendig. Interessant ist

dabei, dass unabhängig vom Sub-

stratmaterial die charakteristischen

Molekülorbital-Emissionen mit dem

gleichen Modell (bzgl. Halbwerts-

breiten und Position der Peaks) an

den experimentellen Datensatz

angepasst werden konnten. Kleine

Variationen der Intensitäten können

auf unterschiedliche Adsorptions-

geometrien und geänderte Wir-

kungsquerschnitte zurückgeführt

werden. Insbesondere fiel bei einer

näheren Analyse auf, dass sich das

SA-Molekül energetisch in nahezu

der gleichen Weise sowohl an die

NaCl als auch der KCl-Bandstruktur

anlagert. Somit lassen sich die an

den Multischichten gewonnenen

Ergebnisse direkt auf die Mono- und

Submonolagen übertragen. Diese

Ergebnisse zeigen insbesondere,

dass für die vorliegenden Material-

kombinationen keinerlei Dissozia-

tion auftritt und dass die Lage des

obersten besetzten Zustandes stets

in gleicher Weise auf beiden Salzen

mit der Valenzbandoberkante der

Salze verbunden ist. Aufgrund der

unterschiedlichen Austrittsarbei-

ten der reinen Salze resultieren

daraus energetische Unterschiede

der Molekülorbitale für die Salz-

oberflächen ohne Kontakt von

etwa 0,4 eV (siehe Abb. 1).

Die Adsorption der organischen

Moleküle in Abhängigkeit unter-

schiedlicher Defektstrukturen auf

den Alkalihalogenidflächen ist in

der Vergangenheit ebenso intensiv

untersucht worden.

Allen dabei näher untersuchten

Defektstrukturen (Farbzentren, ato-

mare Stufen, Versetzungen) war

gemein, dass sie in erster Linie die

Bindungsstärke der Moleküle an der

Unterlage erhöhen. Eine Sonder-

stellung nimmt dabei das Farbzen-

trum ein. Eine Desorption der Mole-

küle konnte für den Fall der Adsorp-

tion von SA an Farbzentren erst für

Temperaturen oberhalb von 500 K

nachgewiesen werden.

Ein Beispiel zur Adsorption an

Defekten zeigen die unteren Gra-



(nz-Zustand) lokalisiert ist. Die

Emissionen für SA bzw. p-SA haben

den gleichen Ursprung. Interes-

santerweise konnte die experimen-

tell bestimmte relative Abfolge der

MO-Zustände bei allen drei Mole-

külen theoretisch richtig wieder-

gegeben werden. Der absolute Feh-

ler der Rechnungen ist kleiner als

0.5 eV und für diese einfachen Rech-

nungen als klein anzusehen. Nähe-

re Details können in [11] nachgele-

sen werden.

Entsprechend dem eingangs auf-

gestellten Modell zur Kontaktauf-

ladung sind neben den besetzten

Zuständen ebenso die unbesetzten

Zustände von zentraler Bedeutung.

Daher sind parallel EELS-Messungen

durchgeführt worden. Die Ergeb-

nisse sind in Abbildung 4 darge-

stellt. Das unterste Spektrum zeigt

zum Vergleich das Spektrum der rei-

nen NaCl(100)-Fläche mit einer

Bandlücke von 8.9 eV. Ebenfalls

schön zu sehen ist der charakteris-

tische exzitonische Zustand (Exc.)

bei ca. 8 eV Verlustenergie. Nach

Adsorption der Säuren ändert sich

dieser Sachverhalt komplett. Die

Bandlücke erscheint nur noch halb

so groß. Darüber hinaus stellt man

analog zu den UPS-Experimenten

fest, dass auch bei der Verlustspek-

troskopie die Abfolge der Verlust-

peaks E1 bis E4 in allen drei Säuren

den gleichen Molekülorbitalen

zugeordnet werden kann und nur

relative Verschiebungen beobachtet

werden. Um auch für die unbe-

setzten Zustände eine Zuordnung

der Verluste am Molekül vornehmen

zu können, wurden entsprechende

quantenchemische Rechnungen

durchgeführt. Die für den Tren-

nungsprozess relevanten Zustände

E1 bzw. E2 können dabei bei allen

drei Molekülen (Dipol-)Anregungen

zugeschrieben werden, deren

Anfangszustände der nz-Zustand

(E1) bzw. der �-Zustand (E2) des Ben-

zolsystems sind. Die hierbei

ermittelten Übergangsenergien

stimmen auf absoluter Skala erfah-

rungsgemäß nur schlecht mit den

experimentell bestimmten Werten

überein. Typischerweise werden Ver-

luste in den Rechnungen über-

schätzt, die Abfolge der relativen

Anregungsenergien wird jedoch ein-

gehalten. Eine gemeinsame Skalie-

rung der rechnerischen Ergebnisse

um den Faktor 1,5 lieferte jedoch

gute Übereinstimmung mit den

experimentellen Daten.

Mit diesen Ergebnissen und dem

Vergleich mit Abb. 3 wurden zwei

wichtige Dinge klar:

a) Da die relative Lage der besetz-

ten und unbesetzten Zustände für

die erste Monolage der Multi-

schicht nur kleine, kaum nach-

weisbare Verschiebungen aufweist,

sind diese Ergebnisse auch für die

erste adsorbierte Monolage gültig.

b) Für diese erste Monoschicht ist

die effektive minimale Anregungs-

energie noch erheblich kleiner als

es in den EELS-Spektren auf den

ersten Blick erscheint: Parallel zu

den messmethodisch stark überbe-

tonten intramolekularen Dipol-

übergängen sind auch (nicht unbe-

dingt dipolartige) Anregungen von



Abb. 4: EEL-Spektren von BA, SA und p-SA adsorbiert auf NaCl(100). Im Vergleich

dazu ist unten das Verlustspektrum der reinen NaCl(100) dargestellt. / EEL spec-

tra of BA, SA and p-SA adsorbed on NaCl(100). For comparison we show at the bottom

the loss spectrum of pure NaCl(100)

Abb. 3: UP-Spektren von Benzoe-(BA), Salizyl-(SA) und para-Salizylsäure (p-SA) adsor-

biert auf NaCl(100)-Schichten. Unten ist das Spektrum der reinen NaCl(100)-Ober-

fläche zum Vergleich dargestellt. Die charakteristischen Emissionen wurden mit-

tels DFT-Rechnungen (oben) bestimmten Molekülpositionen zugeordnet. / UP spectra

of benzoic (BA), salicylic (SA) and para salicylic acids (p-SA) that are adsorbed on NaCl(100)

thin films. Bottom: spectrum of the clean NaCl(100) surface for comparison. The cha-

racteristic emissions have been assigned to particular molecular locations by DFT cal-

culations (top)

werden. Sie müssen den Energie-

unterschied von 0,4 eV für zwischen

den auf NaCl und KCl adsorbierten

Molekülen ausgleichen, der durch

die feste Lage der Niveaus bezüglich

des jeweiligen Valenzbandes ent-

steht. Dadurch lädt sich KCl gegen-

über NaCl negativ auf, in Überein-

stimmung mit den experimentellen

Befunden. Der Grund für das unter-

schiedliche Trennverhalten im

direkten Vergleich von SA und p-SA

muss letztlich auf die unterschied-

lichenen Position der phenolischen

OH-Gruppe am Benzolring zurück-

geführt werden. Während sich bei

der SA ein quasi-aromatisches Sys-

tem ausbildet, das eine höhere

Akkumulation an Elektronendich-

te in der Nähe des nz-Zustandes

bedingt, ist die zusätzliche Aroma-

zität bei der p-SA komplett zerstört

mit der Folge, dass der höchste

besetzte Zustand an der COOH-Grup-

pe zu kleineren Bindungsenergien

schiebt.

Aus den bisherigen Experimen-

ten und Rechnungen können erste

„Auswahlregeln“ für gute Kondi-

tionierungsmittel abgeleitet wer-

den, die sich bei dem momentanen

Kenntnisstand wie folgt formulieren

lassen:

1) Die Größe der sich an der Ober-

fläche durch Adsorption eines Kon-

ditionierungsmittels ausbildenden

effektiven Bandlücke, d.h. die mini-

male Anregungsenergie, bestimmt

wesentlich die Trenngüte.

2) Die Bandlücke ergibt sich bei

Aromaten mit einer Carboxylgrup-

pe (COOH) aus dem Abstand zwi-

schen dem ersten unbesetzten C=O-

Zustand und der Valenzbandkante

des Salzes.

3) Die Position des unbesetzten

Zustandes kann durch Wechselwir-

kung mit benachbarten funktio-

nellen Gruppen zu kleineren Bin-

dungsenergien verschoben werden.

4) Experimentell bzw. theoretisch

ist die Lage des Endzustandes

bestimmt durch die Position des

dazugehörigen Anfangszustandes

und durch seine Übergangsenergie.

Entsprechend unseren bisherigen

Ergebnissen lagert sich dabei das �-

System des Benzolsystems an das VB

des Salzes an.

In Anbetracht der Tatsache, dass

einfache quantenchemische Rech-

nungen die Tendenz richtig wider-

spiegeln, wollten wir testen, ob das

Trennverhalten bei Zugabe von Gal-

lussäure und o-Kresotinsäure durch

unser Modell tendenziell richtig

wiedergegeben wird. Bei den Rech-

nungen ist vorab die Geometrie der

Moleküle sowohl semiempirisch als

auch mittels einer DFT-Rechnung

optimiert worden, bevor eine end-

gültige single-point-Rechnung mit

einem hochdimensionalen Basissatz

durchgeführt wurde. Zur Berech-

nung der Verlustenergien sind wie-

derum RCIS-Rechnungen durchge-

führt worden. Das Ergebnis der

Rechungen ist ebenfalls in Abbil-

dung 6 nach den oben angegebenen

„Auswahlregeln“ eingezeichnet.

Die Rechnungen zeigen, dass der

nz-Zustand des carboxylischen Sau-

erstoffs bei der o-Kresotinsäure, die

mit der SA bis auf eine Methyl-

gruppe identisch ist, energetisch sig-

nifikant tiefer liegt als bei der Gal-

lussäure, die bis auf zwei pheno-

lische OH-Gruppen ähnlich zur p-SA

ist. Die Verlustenergien sind eben-

falls kleiner bei der o-Kresotinsäu-

re im Vergleich zur Gallussäure, da

der quasi-aromatische Ring eine

delokalisierende Wirkung auf die

Elektronendichteverteilung an der

C=O-Einheit ausübt. Es ergibt sich

damit für o-Kresotinsäure eine

effektive Bandlücke (1 eV), die ver-

gleichbar mit der von SA ist. Die Gal-

lussäure hingegen weist nach

Adsorption eine signifikant größe-

re Bandlücke zur VB-Oberkante auf.

Sie ist mit dem errechneten Wert

von 1.7 eV daher eher vergleichbar

in ihrer Wirkung mit BA bzw. p-SA.

Die größte Unsicherheit bei den

Rechnungen kann auf die Bestim-

mung der Endzustände zurückge-

führt werden. Dies zeigt beispiels-

weise der Vergleich des theoretisch

bestimmten Wertes der p-SA von 4.2

eV, der deutlich vom experimen-

tellen Wert (4.7 eV ) um 0.5 eV

abweicht. Dementsprechend ist der

theoretisch bestimmte Wert von 4.0

eV für die Gallussäure trotz empi-

rischer Korrektur eher unterschätzt.

Ein Vergleich der chemischen Struk-

tur von p-SA und der Gallussäure

lässt eher vermuten, dass der C=O-

Verlust wesentlich höher sein muss.

D.h., in einem entsprechenden

Experiment mit Gallussäure sollte

sich eine größere Bandlücke ein-

stellen, so dass die Gallussäure letzt-

endlich in ihrer Wirkung eher mit

der p-SA vergleichbar ist. Unsere

Ergebnisse konnten im Nachhinein

durch reale Experimente im Trenn-

scheider bestätigt werden.

Zusammenfassend möchte wir

feststellen, dass der Schritt des

Ladungsaustausches zwischen den

beteiligten Salzkristallen ganz

wesentlich die Trenneffizienz beein-

flusst, aber natürlich nur einen Teil

des mehrstufigen Verfahrens dar-

stellt. Bei den untersuchten Salzen

NaCl und KCl wird die effektive

Bandlücke durch die elektroni-

schen Zustände der adsorbierten

Moleküle des Konditionierungs-

mittels so weit reduziert, dass bei

typischen Prozesstemperaturen von

60°C Elektronen thermisch anreg-



phen in Abb. 5. Links ist das Spek-

trum chemisorbierter SA-Moleküle

an einer Restbedeckung an Farb-

zentren zu sehen, rechts die Adsorp-

tion von SA am Versetzungsnetz-

werk von epitaktisch gewachsenen

KCl(100)- auf NaCl(100)-Filmen. Auch

für den chemisorbierten Fall konn-

te das Gesamtspektrum als ideale

Überlagerung molekül- und sub-

stratspezifischer Emissionen dar-

gestellt werden, d.h. es liegen

immer noch intakte SA-Moleküle

vor. Eine Defragmentierung, wie sie

beispielsweise in früheren Modellen

zur Kontaktaufladung [7,8] ange-

nommen wurde, konnte nicht

nachgewiesen werden. Das Gleiche

gilt auch für die Adsorption von SA

an molekularen Wasserschichten

bzw. OH-Zentren [10,13]. Trotz der

erhöhten Bindungsstärke zum Sub-

strat waren die Auswirkungen auf

die für den Kontaktaufladungs-

prozess relevanten molekularen

elektronischen Zustände kleiner als

0,1 eV. Die elektronische Struktur

der hier untersuchten Moleküle ist

also bestimmt durch die inneren im

Molekül wirkenden Kräfte. Erst die-

ser Umstand erlaubt es dem Che-

miker, Synthesestrategien anzu-

wenden für ein gezieltes moleculeengineering. In welcher Form die

funktionellen Gruppen wichtig

sind und welche Konsequenzen sich

daraus ergeben, soll nun im Fol-

genden anhand der bisher unter-

suchten organischen Additive näher

erläutert werden.

Dazu sind in Abbildung 6 alle

relevanten Zustände, d.h. der höch-

ste besetzte bzw. unterste unbesetz-

te Zustand der COOH-Gruppe, rela-

tiv zur Valenzbandkante des Salzes

(NaCl oder KCl) für die verschiede-

nen Konditionierungmittel aufge-

tragen, wie sie aus den Rechnungen

und Experimenten heraus bestimmt

worden sind. Der Grund für eine

mögliche thermische Anregung

der Elektronen ist nun offen-

sichtlich: Obwohl in den EELS-Mes-

sungen Bandlücken im Bereich von

4–5 eV bestimmt wurden, erkennt

man nun, dass die sich ausbildende

effektive Bandlücke nach Adsorp-

tion empfindlich von der Position

des Anfangszustandes (nz-Zustand

der Carboxylgruppe) abhängt. Unter

Berücksichtigung der energetischen

Anlagerungen ergeben sich effektive

Bandlücken (Abstand zwischen

Valenzbandkante und erstem unbe-

setzten Molekülzustand), die

wesentlich kleiner sind als die Band-

lücken der ungestörten Alkalihalo-

genidsysteme.

Die effektiven Bandlücken, die

sich experimentell und theore-

tisch (nach Korrektur) ergeben, sind

zu 1,0 eV für SA, 1,3 eV für BA und

2,3 eV für p-SA bestimmt worden.

Die Tatsache, dass im Fall der p-SA

die effektive Bandlücke um einen

Faktor zwei größer ist als für SA,

reicht aus, um bei den großtech-

nisch vorkommenden Prozesstem-

peraturen die Anzahl der für den

Trennungsprozess verfügbaren

freien Ladungsträger empfindlich

zu beeinflussen. Während im Fall

der SA bei 350 K ca. 104 Elektronen

pro Mahlkorn (Durchmesser 0,5

mm, 10 % Defektkonzentration)

angeregt wären, ist im Fall der p-SA

die Zahl de facto Null (10-5 Elektro-

nen pro Korn). Entsprechend unse-

rem Ergebnis wären im Falle der BA

immerhin noch ca. 102 angeregte

Elektronen pro Korn vorhanden,

was auf den ersten Blick ausreicht,

da nur eine Ladung transferiert wer-

den muss. Nur von diesen wenigen

Elektronen kann allerdings der

Ladungsaustausch bewerkstelligt



Abb. 5: UP-Spektren von SA auf NaCl (links) und KCl (rechts) im Mono- (oben) und

Submonolagenbereich (unten). Näheres siehe Text. / UP spectra of SA on NaCl (left)

and KCl(right) for the mono- (top) and submonolayer coverage ranges. For details, see

text.

[5] A. Aviram und M.R. Ratner, Chem.

Phys. Lett. 29 (1974) 277.

[6] S. Fölsch und M. Henzler, Surface

Science 247 (1991) 269.

[7] L. Ernst, Ber. Bunsenges. Phys.

Chem 93 (1989) 857.

[8] L. Ernst, Ber. Bunsenges. Phys.

Chem. 94 (1990) 1435.

[9] U. Malaske, H. Pfnür, M. Bäßler, M.Weiß und E. Umbach, Physical Review

B 53 (1996) 13115.

[10] U. Malaske, C. Tegenkamp, M. Henz-ler und H. Pfnür, Surface Science 480

(1998) 237.

[11] C. Tegenkamp und H. Pfnür, Phys.

Chem. Chem. Phys. 4 (2002) 2653.

[12] M. Henzler, C. Homann, U. Malas-ke und J. Wollschläger, Physical

Review B 52 (1995) R17060.

[13] U. Malaske, Dissertation Hanno-

ver 1997.

[14] W. Ernst, M. Eichmann, H. Pfnür,

K.-L. Jonas, V. von Oeynhausen und K.H.Meiwes-Broer, Appl. Phys. Lett. 80

(2002) 2595.

[15] C. Tegenkamp, W. Ernst, M. Eich-mann und H. Pfnür, Surface Science

466 (2000) 41.

[16] M. Henzler, A. Stock und M. Böl,Proceedings on „Adsorption on

Ordered Surfaces of Ionic Solids and

Thin Films“, Ed. Freund/Umbach

Springer Series (1993).



bar sind. Im Gegensatz dazu wird in

den Arbeiten von L. Ernst [7,8] davon

ausgegangen, dass Defekte (Farb-

zentren) und daran adsorbiertes

Wasser diese charakteristischen

Zustände hervorrufen. Diese Hypo-

these wird durch unsere Ergebnisse

eindeutig widerlegt. Wie eigene

Arbeiten [6,12,16] hierzu gezeigt

haben, sind Farbzentren und Was-

ser auch für das in Abbildung 1 dar-

gestellte Modell wichtig, allerdings

nur in sekundärer Weise, um das

Molekül stärker an die Unterlage zu

binden. Im Widerspruch zu [7]

haben unsere Messungen ergeben ,

dass (i) H2O an Farbzentren zu OH-

Zentren dissoziiert und (ii) das Kon-

ditionierungsmolekül auch nach

Adsorption an die reaktiven Zentren

als ganzes Molekül intakt bleibt. Die

Abspaltung eines Protons, die zur

Bildung der H3O+-Zentren notwen-

dig ist, konnte nicht beobachtet wer-

den. Nach unserem jetzigen Kennt-

nisstand ist das Wasser nötig, um

dem schnellen Farbzentrenzerfall

nach Erzeugung entgegenzuwirken,

allerdings ohne Wasserfilme auf

den Salzkörnern zu bilden, die den

gegenteiligen Effekt hätten. Mes-

sungen zur elektronischen Struktur

von Salizylsäure an F-Zentren und

OH-Zentren haben keine signifi-

kanten Unterschiede ergeben [13].

Andere Defekte wie Stufen und Ver-

setzungen, die ebenfalls beim Mahl-

prozess erzeugt werden, verhalten

sich ähnlich wie das Farbzentrum

und sollten nur zu einer Erhöhung

der Adsorptionsenergie führen [15].

Ausblick:Obwohl die Messungen gezeigt

haben, dass die Wechselwirkungen

zwischen Substrat und Molekül auf

den Alkalihalogenidschichten klein,

aber dennoch vorhanden sind,

müssen die Substrate für zukünfti-

ge theoretische Untersuchungen

mit einbezogen werden. Diese Ein-

beziehung sollte den Fehlerbalken

drastisch verkleinern, so dass the-

oretische Rechnungen in Zukunft

zuverlässiger wären. Inwieweit End-

zustände theoretisch besser be-

stimmbar sein werden, kann zur

Zeit noch nicht gesagt werden.

Darüber hinaus wird momentan

versucht, unser Modell zum Phä-

nomen der Kontaktaufladung auf

realere Systeme, wie beispielsweise

die Trennung carnalitischer Hart-

salze, zu übertragen. Dazu laufen

momentan erste theoretische und

experimentelle Arbeiten. Ein Ziel ist

die Bestimmung der elektroni-

schen Struktur von Kieserit. In

einem zweiten Schritt soll auf die-

sen Flächen die Adsorption geeig-

neter Konditionsmittel studiert

werden. Zugute kommen werden

uns unsere bisherigen Ergebnisse

zur Adsorption organischer

Moleküle auf perfekten Isolator-

schichten. Dieser Sachverhalt könn-

te beim Kieserit empfindlich gestört

sein, da eine stärkere Wechselwir-

kung zwischen Substrat und Adsor-

bat erwartet wird.

Diese Untersuchungen entstan-

den in Zusammenarbeit und mit

finanzieller Unterstützung durch

die K+S AG.

Literatur:[1] I. Stahl und U. Kleine-Kleffmann,

Sonderdruck Kunststoffberater, Juni

1994.

[2] L. Ernst, Kali und Steinsalz, Novem-

ber 1966.

[3] A. Singewald,Erzmetall 33 (1980) 19.

[4] J.M. Tour, Acc. Chem. Res. 33 (2000)

791.



Impressum

Kali und Steinsalzherausgegeben vom Kaliverein e.V.

Kaliverein e.V.:Wilhelmshöher Allee 239

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Prof. Dr. Ingo Stahl, K+S Aktiengesellschaft

Gerhard Horn, K+S KALI GmbH

Uwe Handke, K+S Aktiengesellschaft

Matthias Plomer, Kali und Salz Entsorgung GmbH

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stellte oder benutzte Kopie dient gewerblichen Zwe-

cken gem. § 54 (2) UrhG und verpflichtet zur Gebüh-

renzahlung an die VG Wort, Abteilung Wissenschaft,

Goethestr. 49, D-80336 München.

Abb. 6: Ergebnisse aus Rechnung und Experiment zu den für den Trennungs-

prozess relevanten Zuständen. Auffällig ist, dass sich unterschiedliche effektive

Bandlücken ausbilden, die im Bereich zwischen 1 eV und 2,3 eV variieren. Die Posi-

tion der Zustände ist primär durch die inneren Kräfte im Molekül bestimmt. /

Results from calculations and experiments for the electronic states most relevant for the

process of separation. Most striking is the fact that the effective band gaps formed vary

between 1 eV and 2.3 eV. The positions of electronic levels are primarily determined by

intramolecular forces

VorkommenDer Auslöser, sich erneut mit dem

Themenkomplex Rinneit zu befas-

sen, war die Erschließung des Süd-

Ost-Feldes Werk Werra, Standort

Unterbreizbach, 2. Sohle. Hier la-

gern Sylvinitvorräte von 52,5 Mil-

lionen Tonnen mit einem durch-

schnittlichen K2O-Gehalt von 27 %.

Diese werden seit Spätherbst 1998

am Standort Unterbreizbach und ab

Herbst 2004 am Standort Winters-

hall zugefördert und verarbeitet.

Mindestens 80 % des Vorkommens

wurden als rinneitfrei klassifiziert,

bei maximal 20 % könnte eine Rin-

neit-Kontamination vorliegen.

Rinneit wurde 1908 beim Abbau

im Nordhäuser Kaliwerk und fast

zeitgleich in Hildesia angetroffen

und von Boeke nach Herrn Geheim-

rat Prof. Dr. F. Rinne benannt [1].

Fundorte in Deutschland liegen in

den Bundesländern:

Niedersachsen:

• Bad Salzdetfurth

• Sarstedt

• Schwarmstedt

• Wathlingen

Sachsen-Anhalt:

• Staßfurt

Thüringen:

• Wolkramshausen

• Unterbreizbach

Darüber hinaus wurde er in Ita-

lien am Vesuv und in den USA im

Bundesstaat Texas am Racoon-Bend

Salt Dome identifiziert.

Zur Genese kann folgende Theo-

rie angeführt werden: Bei Kontakt

mit Lösungen bzw. kristallwasser-

haltigen Gesteinen, wie z. B. Carnal-

lit, könnte eine Umbildung bzw. Zer-

setzung von Basalten erfolgt sein.

Eisenreiche Umbildungslösungen

kamen dann unter reduzierenden

Bedingungen mit Carnallit in

Berührung. Infolge der inkongru-

enten Carnallitzersetzung bei der

Entstehung der Umwandlungssyl-

vinite liegt der Rinneit in den aller-

meisten Fällen seines Auftretens mit

Sylvinit verwachsen vor. Rinneit

muss nicht zwingend an Basalten

auftreten. Wird er jedoch dort ange-

troffen, nimmt die Konzentration

mit Annäherung an den Basalt zu.

EigenschaftenRinneit ist in der Sprache des Che-

mikers Tri-Kalium-Natrium-hexach-

loroferrat(II). Das Aussehen kann

von farblos über rosa, gelb bis hin

zu violett reichen. Er weist eine tri-

gonale Kristallstruktur auf.

In der Abbildung 1 ist die Ele-

mentarzelle des Rinneits dargestellt.

Man erkennt die Natrium- (grau)

und Kaliumatome (oliv) sowie die

FeCl6-Oktaeder.

Letzterer ist detailliert in der

Abbildung 2 aufgeführt. Man sieht

rot dargestellt das Zentralatom

Eisen sowie die sechs Chloridligan-





Das Mineral Rinneit:Vorkommen, Eigenschaften,Analytik und AbtrennungVortrag anlässlich der K+S-Forschungstagung am 03. November 2003 in Kassel

Infolge der Erschließung eines Sylvinit-vorkommens im Bereich des Werkes Werra,Standort Unterbreizbach, lag es nahe, sicherneut dem Themenkomplex Rinneit zu wid-men. Rinneit (K3NaFeCl6) tritt bevorzugt in derNähe von Basaltstörungen auf und kann beiKontakt mit wässrigen Medien zu uner-wünschten pH-Wert-Absenkungen führen.Nach kurzer Darstellung der Fundorte undEigenschaften dieses Minerals werden Metho-den zur Identifizierung aufgezeigt. Im Wei-teren wird anhand der Magnetscheidung einVerfahren zur trockenen Vorabtrennungvorgestellt.

Dr. Peter-Michael Beier

Leiter K+S-Forschungsinstitut

K+S Aktiengesellschaft

Abb. 1: Elementarzelle / Unit cell

Abb. 2: FeCl6-Oktaeder / FeCl6-octahedron

schen verschiedenen Eisenverbin-

dungen differenziert werden, das

Verfahren ist jedoch im niedrigen

Prozentbereich zu ungenau. Die

prompte Gamma-Spektroskopie

käme vermutlich als Online-Ver-

fahren für die Gesamteisenbestim-

mung in Frage, befindet sich aber

noch in der Machbarkeitsstudie.

Bleibt als letzte Variante die magne-

tische Suszeptibilität.

Der Magnetismus beruht auf

einer quantenmechanischen Aus-

richtung der Elektronenspins. Die-

ses bedingt eine entsprechende Aus-

richtung der magnetischen Momen-

te. Neben den für uns interessanten

Dia- und Paramagnetismus existie-

ren noch der Ferro-, Ferri- bzw. Anti-

ferromagnetismus.

Diamagnetisch sind alle Stoffe,

deren Atome, Ionen oder Moleküle

abgeschlossene Schalen oder Unter-

schalen haben. Spin und Bahnmo-

mente kompensieren sich gegen-

seitig. Wird von außen ein Magnet-

feld angelegt, wird im Stoff eine dem

äußeren Feld entgegengerichtete

Polarisation induziert und der Kör-

per aus dem Feld heraus getrieben.

Im Falle des Paramagnetismus sind

analog zum Diamagnetismus die

magnetischen Momente statistisch

verteilt und heben sich daher

gegenseitig auf. Wird ein äußeres

Feld angelegt, so richten sich die

magnetischen Momente in Feldrich-

tung aus und es entsteht ein

Magnetfeld, das dem äußeren Feld

gleichgerichtet ist. Der Körper wird

in das Feld hineingezogen.

Wie erwähnt, ist im Inneren eines

Körpers in einem homogenen

Magnetfeld nicht die angelegte

Flussdichte (B außen), sondern eine

neue Flussdichte (B innen) vorhan-

den.

Die Suszeptibilität beschreibt

die Aufnahmefähigkeit des einge-

brachten Stoffes für das magne-

tische Feld als dimensionslose Pro-

portionalitätskonstante �.

M = H · �

Die Magnetisierung M eines Stof-

fes ist das Produkt aus Magnetfeld

der Stärke H und Suszeptibilität �.

Letztere setzt sich aus einem dia-

und paramagnetischen Anteil

zusammen.

Die diamagnetische Suszepti-

bilität ist unabhängig von der Feld-

stärke und Temperatur und stets

negativ. Die paramagnetische Sus-

zeptibilität dagegen ist temperatur-

abhängig und um mehrere Größen-

ordnungen stärker als die des Dia-

magnetismus. Wie vorher erwähnt,

ist Rinneit paramagnetisch.

Messgeräte für die Suszeptibilität

sind als Hand-, Labor- und Online-

Geräte erhältlich. Bei K+S sind der-

zeit Hand- und Laborgeräte im Ein-

satz. Erstere zeichnen sich durch

einen vergleichsweise niedrigen

Aufwand, leichte Bedienbarkeit

und eine schnelle Messwertfindung

aus. Nachteilig machen sich die

geringe Eindringtiefe und eine

relativ große Streuung der Mess-

werte bemerkbar. Dennoch scheint

dieses Gerät bislang für eine schnel-

le Überblicksmessung der Ortsbrust

ausreichend zu sein.

Im Zentrallabor des K+S-For-

schungsinstitutes ist des Weiteren

ein Laborgerät verfügbar. Bei dieser

Variante kann eine exakt kalibrier-

bare Messung realisiert werden.

Durch Analyse des gesamten Bohr-

mehls, welches bei der Herstellung

der Sprenglochbohrlöcher anfällt,

ist eine tiefenspezifische Aussage

möglich. Prinzipiell wäre eine kon-

tinuierliche Online-Messung auf

dem Bohrlochwagen denkbar,

jedoch muss der bauliche Aufwand

hierfür noch quantifiziert werden.

In der Abbildung 3 sind sowohl

für das Hand- (Rauten) als auch für

das Laborgerät (Dreiecke) die Wer-

te zur Kalibrierung dargestellt.

Dem durch ICP bestimmten und auf

Rinneit umgerechneten Eisengehalt

(Abszisse) wurden auf der Ordinate

die jeweils gemessenen Suszeptibi-

litäten gegenübergestellt. Alle Daten



den, grün dargestellt.

Rinneit ist ein Fe(II)-high-spin-

Komplex und paramagnetisch. Er

weist eine Dichte von 2,35 g/cm3 und

eine Härte nach Mohs von 3,0 auf.

Der Geschmack, ein wesentliches

Kriterium für Geologen, wird mit „...

nach Tinte, nur stärker zusam-

menziehend“ beschrieben.

Protolyse: [FeCl6]4- + 2 H2O ➔

[Fe(OH)Cl5]4- + H3O+ + Cl-

Beim Kontakt mit Wasser kommt

es zur dargestellten Protolyse, wobei

H3O+-Ionen entstehen und sich der

pH-Wert der Lösung in den sauren

Bereich verschiebt.

Oxidation: 2 [Fe(OH)Cl5]4- + 2 H3O+

+ 0,5 O2 ➔ 2 [Fe(OH)Cl5]3- + 3 H2O

In einem zweiten Schritt erfolgt

unter Anwesenheit von Sauerstoff

eine Oxidation von Fe(II) zu Fe(III).

Neben 14 % Eisen enthält Rinneit

auch 35 % K2O. Basierend auf zwei

dieser Eigenschaften ist Rinneit für

die Fabrikbetriebe ein problemati-

sches Mineral. Wie bereits ange-

deutet, lässt zum einen die Färbung

– da uneinheitlich – nicht zwingend

einen Schluss auf den Rinneitgehalt

zu. Zum anderen ist der Rinneit

zwar hygroskopisch, aber dennoch

an der Luft über einen längeren Zeit-

raum stabil. Demzufolge haben

höhere Rinneitanteile im Fördergut

negative Auswirkungen auf die Ver-

arbeitungsprozesse. Erstens tritt in

den Nassbetrieben bei erniedrigten

pH-Werten eine verstärkte Korrosion

auf. Hieraus resultiert ein größerer

Reparaturaufwand. Zweitens ent-

steht durch die Bildung von Eisen-

oxiden bzw. -hydroxiden ein erhöh-

ter Reinigungsaufwand infolge

stärkerer Schlamm- und Krusten-

bildung an den Oberflächenkon-

densatoren und letztendlich tritt

eine Färbung der Endprodukte auf,

die vor allem bei den Pharmapro-

dukten nicht tolerabel ist.

Bereits in Niedersachsen-Riedel

traten Schwierigkeiten mit sauren

Laugen (pH-Wert von 2), verursacht

durch Rinneit im Rohsalz, auf. Hier

konnte, begünstigt durch die nied-

rigen Magnesiumgehalte von 0,3 %,

der pH-Wert durch Zusatz von

Natron- oder Kalilauge wieder in den

neutralen Bereich (pH-Wert 7,2) ver-

schoben werden. Jedoch erfolgte

neben der Neutralisation auch eine

Bildung von Magnesiumhydroxid.

An der Werra stellt sich die Situa-

tion heute anders dar. Durch das

carnallitische Rohsalz am Standort

Unterbreizbach ist der MgO-Gehalt

im Fördersalz mit 5,1 % rund sieb-

zehnmal höher als in Niedersach-

sen-Riedel. Hieraus resultieren bei

Zugabe von Laugen starke Ausfäl-

lungen von Magnesiumhydroxid.

Somit wurde im Werk Werra auf

eine Neutralisation verzichtet und

der Grenzwert für die Fabrikver-

träglichkeit auf 0,04 % Rinneit, ent-

sprechend 0,007 % Eisen, festgelegt.

Dieser Wert ist siebenmal niedriger

als seinerzeit in Niedersachsen-Rie-

del üblich und stellt daher hohe

Anforderungen an die Rinneitana-

lytik.

AnalytikZur Rinneitbestimmung existieren

verschiedene Verfahren. Die pH-

Wert-Bestimmung nach Auflösen

einer Rohsalzprobe als indirekte

Methode ist unter Tage nicht beson-

ders praktikabel. Die Bestimmung

über die Farbänderung beim Be-

sprühen eines Stoßes mit einem

Indikator wird massiv durch Stäu-

be verfälscht. Mittels ICP (induktiv

gekoppeltes Plasma) oder RFA (Rönt-

genfluoreszenzanalyse) lässt sich

der Eisengehalt exakt messen, aller-

dings nur im Labor. Durch RDA

(Röntgendiffraktometrie), eine wei-

tere Labormethode, könnte zwi-



Abb. 3: Kalibration / calibration

Abb. 4: Fabrikschema Standort Wintershall / Schematic layout plant Wintershall

sich auch für die Abtrennung des

Rinneits seinen Paramagnetismus

zu Nutze zu machen. Im Handel

werden hierzu überwiegend Per-

manentmagnetscheider angeboten.

In der Abbildung 5 ist der im K+S-

Forschungsinstitut vorhandene

Labormagnetscheider zu sehen.

Ein Nachteil der Magnetscheidung

ist jedoch, dass jedes Teilchen Kon-

takt zur Magnetrolle haben sollte.

Dies erfordert zum einen eine gute

Zerkleinerung des Haufwerkes und

zum anderen eine möglichst kleine

aufzubereitende Menge. Möchte

man für die Fabrik Wintershall

einen durchschnittlichen Rinneit-

gehalt im Rohsalz von 0,04 % sicher-

stellen, bedeutet das: Bei 950 t/h

Förderung und einem Verhältnis

80 % Wintershaller Salz und 20 %

Sylvinit Unterbreizbach, wovon

80 % als rinneitfrei zu betrachten

sind, dürfte die Restmenge maximal

1 % Rinneit enthalten. Dieses ent-

spricht einer stündlichen Verarbei-

tung von etwa 40 t/h.

Versuche im K+S-Forschungsin-

stitut zeigten, dass die erforderliche

Aufmahlung kleiner 4 mm betragen

sollte. Bei Rinneitgehalten bis 5 %

erwies sich eine Einrollenkonfigu-

ration als ausreichend. Zwischen 5

und 28 % Rinneitanteil konnte mit

einer zwei- bis dreistufigen Tren-

nung das Ziel von < 1 % eingehalten

werden. Rohsalze mit noch höheren

Anfangsgehalten waren über ein

dreistufiges Verfahren nicht mehr

aufbereitbar. Allgemein wird ein

zwei- bis dreistufiger Prozess als

sicher ausreichend angesehen.

In Kombination mit dem Gru-

benbetrieb Unterbreizbach und der

Zentralwerkstatt der K+S KALI

GmbH wurde eine Aufbereitungs-

anlage mit sieben dreistufigen

Magnetscheidern und einer Leis-

tung von 50 t/h konzipiert. Die Inves-

titionskosten belaufen sich auf

rund 5 Millionen Euro.

AusblickBislang wurde einiges zum Vor-

kommen und den Eigenschaften des

Rinneites dargelegt. Des Weiteren

konnte gezeigt werden, dass mit Hil-

fe der magnetischen Suszeptibilität

Analysenmethoden entwickelt wur-

den, die eine zuverlässige Detektion

sicherstellen. Im Fall von höheren

Rinneitgehalten im Rohsalz – die

derzeit nicht erwartet werden – ist

eine Aufbereitung durch Vorabtren-

nung des Rinneites über Magnet-

walzenscheidertechnik unter Tage

jederzeit realisierbar. Dennoch soll-

te Rinneit nicht nur als Störenfried

für die wässrigen Produktionspro-

zesse betrachtet werden. Wie

erwähnt, enthält Rinneit neben

35 % K2O auch 14 % Eisen. Hieraus

können sich diverse Vermark-

tungspotentiale ergeben.

Literatur[1]: H. E. Boeke, Rinneit, ein neuge-

fundenes eisenchlorürhaltiges Salz-

mineral; Zentralblatt für Minera-

logie, Geologie und Paläontologie;

1909, 72–75.



zur Suszeptibilität wurden an

einem Messplatz bei 21 °C ermittelt.

Der Temperatureinfluss beträgt

–0,075 Prozentpunkte Rinneit pro

1 °C Temperaturerhöhung. Man fin-

det einen nahezu linearen Verlauf,

der aber bei hohen Gehalten ver-

stärkt streut. Wie bei der Genese

erwähnt, findet sich der Rinneit ver-

mehrt in der Nähe von Basalt. Dort

kann auch der ferrimagnetische

Magnetit bzw. Maghemit vorhanden

sein, welcher infolge hoher Sus-

zeptibilität bereits in geringsten

Konzentrationen hohe Rinneitge-

halte vortäuscht. Dies führt im

schlimmsten Fall dazu, dass ein

Abschlag stehen bleibt, obwohl kein

Rinneit enthalten ist. In dieser Situa-

tion könnte eine Probe im Labor

analysiert und bei Nichtbestätigung

der Online-Messung der Abschlag

nachträglich gewonnen werden.

Alternativ wird derzeit eine Vorge-

hensweise geprüft, bei der Rinneit

bereits bei der Herstellung der

Sprenglochbohrlöcher auch bei

Anwesenheit von Magnetit exakt

nachgewiesen werden kann.

AbtrennungDie Forderung, dass das Rohsalz nur

0,04 % Rinneit enthalten soll, be-

deutet zukünftig für den Standort

Wintershall, dass bereits ein

Abschlag von 400 t mit 3 % Rinneit-

gehalt ausreicht, um die Tagesver-

träglichkeit der Fabrik voll auszu-

schöpfen.

Ein Blick auf das stark verein-

fachte Fabrikschema des Standorts

Wintershall (Abb. 4) zeigt, dass

37 % der geförderten Rohsalzmen-

ge über die elektrostatische Trenn-

anlage (ESTA) direkt als trockener

Rückstand auf die Halde gelangen.

In diesen 37 % ist jedoch nur ein

Prozent des durch das Rohsalz ein-

geführten Rinneits enthalten. Ins-

gesamt 98 % des Rinneits gelangen

in irgendeiner Form in die Nass-

prozesse (Lösehaus und Carnallit-

zersetzung des Kaliwertstoffes).

Will man den Grenzwert von

0,04 % Rinneitgehalt im Rohsalz

anheben, müsste gewährleistet sein,

dass weniger Rinneit in die Nass-

betriebe eingetragen wird. Nur so

ließen sich unerwünschte pH-Wert-

Absenkungen vermeiden. Eine Maß-

nahme hierzu wäre, das trockene

Ausbringen an Rinneit auf die Hal-

de zu erhöhen. Hierzu wurde für die

A-Stufe der ESTA – Steinsalzabtren-

nung – ein zweistufiges Verfahren

entwickelt. Bei modifizierter che-

mischer Konditionierung gelingt es,

durch eine erneute thermische Kon-

ditionierung und Nachtrennung

der Konzentratfraktion das Rin-

neitausbringen zur Halde auf 52 %

anzuheben. Jedoch wären hierfür

erhebliche Investitionen erforder-

lich. Daher wurde dieser Weg nicht

weiter verfolgt und die potentiellen

Auswirkungen einer geänderten

Konditionierung in A auf die nach-

folgenden Prozesse nicht explizit

untersucht.

Als nächste Variante wurde der

Versuch einer Vorabtrennung des

Rinneits unter Tage geprüft. Analog

zur Anhydritabtrennung in Braun-

schweig-Lüneburg wurde eine opto-

elektronische Sortieranlage getestet.

Die Aufbereitung wäre prinzipiell

möglich, scheitert aber daran, dass

die Farbe des Salzes nicht mit dem

Rinneitgehalt korreliert. Zum einen

ist der Rinneit, wie erwähnt, selbst

unterschiedlich gefärbt, zum ande-

ren enthält das Rohsalz auch

Carnallit. Für jeden Abschlag wäre

infolgedessen eine eigene Kalibra-

tion erforderlich.

Als weitere Möglichkeit blieb,



Abb. 5: Labormagnetscheider / Laboratory magnetic separator

Abb. 6: Schema der Rinneittrennanlage / Schematic layout Rinneit separation plant

esco – european saltcompany GmbH & Co. KG

Werk BernburgMartin Wagner, Leiter Produktion

unter Tage Werk Bernburg, hat seit

1. Januar 2004 die Funktion des Lei-

ters unter Tage der Werke Bernburg

und Braunschweig-Lüneburg sowie

zusätzlich die Funktion des stell-

vertretenden Werkleiters für beide

Werke übernommen.

Adolf Hiltscher, Peißen, ehemals

Werkleiter Bergbau der Werke Bern-

burg und Braunschweig-Lüneburg,

vollendet am 4. September 2004 das

65. Lebensjahr.

Steinsalzbergwerk und Saline BorthHeinz Fauseweh, Leiter Produktion

unter Tage, hat seit 1. Januar 2004

zusätzlich die Funktion des stell-

vertretenden Werkleiters über-

nommen.

Kali-Chemie AG

Dieter Seidel, Hannover, ehemals

Direktor in der Hauptverwaltung,

vollendet am 22. September 2004

das 80. Lebensjahr.

K+S Aktiengesellschaft

UnternehmensleitungDr. Walter Topp, Neuss, ehemals

Leiter des Bereichs Personal- und

Sozialwesen, vollendet am 6. Juli

2004 das 80. Lebensjahr.

Dr. Volker Schäfer, Kassel, ehemals

Mitglied des Vorstandes der K+S

Aktiengesellschaft und der Ge-

schäftsführung der Kali und Salz

GmbH sowie Präsident der Wirt-

schaftsvereinigung Bergbau e. V.

und langjähriger Vorstandsvorsit-

zender des Kalivereins e. V., vollen-

det am 14. August 2004 das 65.

Lebensjahr.

Dr. Heimo Mayrhofer, Kassel, ehe-

mals Leiter des Bereichs Geologie,

vollendet an 15. September 2004 das

85. Lebensjahr.

Udo Moye, Leiter des Funktionsbe-

reichs Bergbau und Vorsitzender des

Bergtechnischen Ausschusses des

Kalivereins e. V., vollendet am 17.

September 2004 das 65. Lebensjahr.

K+S KALI GmbH

UnternehmensleitungHans-Dieter Wolter, Leiter Vertrieb

Industrieprodukte, ist nach über

42-jähriger Tätigkeit für das Unter-

nehmen am 31. März 2004 in den

Ruhestand getreten.

Dr. Franz-Georg Loth hat seit 1.

April 2004 die Funktion des Leiters

Vertrieb Industrie (KVI) übernom-

men.

Werk Neuhof-EllersDr. Harald Schnez, Leiter Produk-

tion und Technik über Tage, voll-

endet am 17. Juli 2004 das

60. Lebensjahr.

Dr. Wolfgang Manthey, Bad Hers-

feld, ehemals Werkleiter Fabrik, voll-

endet am 3. August 2004 das

80. Lebensjahr.

Werk SigmundshallBruno Howe, Wunstorf, ehemals

Leiter der kaufmännischen Ver-

waltung, vollendet am 2. Juli 2004

das 75. Lebensjahr.

Karl v. Stösser, Hannover, ehemals

Werkleiter kaufmännischer Be-

reich, vollendet am 3. August 2004

das 95. Lebensjahr.

Werk WerraGustav-Adolf Burghardt, Habichts-

wald, ehemals Werkleiter Bergbau

am Standort Hattorf, vollendet am

1. Mai 2004 das 70. Lebensjahr.

Werk ZielitzHans-Joachim Kind, Werkleiter,

begeht am 1. August 2004 sein

25-jähriges Dienstjubiläum.

Dr. Arno Michalzik, Wolmirstedt,

ehemals Leiter Bereich Bergbau, voll-

endet am 25. August 2004 das 70.

Lebensjahr.

MSW-Chemie GmbH

Stefan Lotze, Kassel, ehemals

Geschäftsführer, vollendet am 2. Juli

2004 das 75. Lebensjahr.

Solvay Deutschland GmbH

Karl Schmidt, Solingen, ehemals

Direktor, vollendet am 28. Juni 2004

das 75. Lebensjahr.


esco – european saltcompany GmbH & Co. KGK+S beabsichtigt, von der belgischen

Solvay deren 38-%-Anteil an dem

gemeinsamen Salzunternehmen

esco – european salt company zu

erwerben. Darauf haben sich die bei-

den Unternehmen in einer im

Februar unterzeichneten Absichts-

erklärung verständigt. Ziel ist, dass

die Transaktion rückwirkend zum

1. Januar 2004 wirtschaftlich wirk-

sam wird.

esco wird eine eigene Vertriebs-

gesellschaft in Schweden gründen.

Die neue Firma soll esco Nordic AB

heißen und von Göteborg aus ope-

rieren. Die Geschäftsführung wird

Fredrik Nordberg, bisher Leiter der

BASF Salts Nordic, übertragen. Die

Aufnahme der Geschäftstätigkeit ist

für den 1. Mai 2004 geplant.

K+S GruppeAm 11. März 2004 wurde in Frank-

furt am Main die geschäftliche Ent-

wicklung der K+S Gruppe im

Geschäftsjahr 2003 vorgestellt. Der

Umsatz wurde gegenüber dem Vor-

jahr um 1,3 % auf 2,29 Mrd. ge-

steigert. Das Ergebnis der Betriebs-

tätigkeit (EBIT) erreichte mit

115,7 Mio. nicht den bisherigen

Spitzenwert aus dem Jahr 2002

(-13%). Der Jahresüberschuss erreich-

te mit 101,3 Mio. aufgrund des

deutlich besseren Finanzergebnisses

jedoch nahezu den guten Vor-

jahreswert (2002: 103,8 Mio. ). Die

Investitionen lagen mit 126,6 Mio.

nur leicht unter dem Niveau des

Vorjahres (129,0 Mio. ). In der K+S

Gruppe waren am 31. Dezember

2003 10.627 Mitarbeiter beschäftigt

(2002: 10.610); davon 550 Auszubil-

dende (2002: 542).

K+S KALI GmbHEnde 2003 wurden die Werke und

Standorte Sigmundshall, Winters-

hall und Zielitz sowie einige Zen-

traleinheiten der K+S KALI GmbH in

Kassel durch den TÜV NORD CERT

erstmalig im Verbund nach der neu-

en Qualitätsnorm DIN EN ISO

9001:2000 zertifiziert. Auditiert

wurden die Produktgruppen „Hoch-

reine Salze“ sowie die Industrieka-

lisorten KCl 97 % und KCl 99 % als

auch Montanal.

Südwestdeutsche Salzwerke AGDie Arbeiten zur Erstellung eines

weiteren Tagesschachtes (Schacht

Konradsberg) für das Steinsalz-

bergwerk Heilbronn der Südwest-

deutschen Salzwerke AG sind im

Zeitplan. Im März 2004 konnten die

Teufarbeiten durch die wasser-

führenden Schichten erfolgreich

abgeschlossen werden. In den nächs-

ten Monaten wird der endgültige

Schachtausbau eingebracht und das

Abteufen bis ins Steinsalzlager fort-

gesetzt. Nach seiner Fertigstellung

im August 2004 soll der Schacht

Konradsberg für die Infrastruktur

des Bergwerkes Heilbronn, insbe-

sondere für die Frischwetterversor-

gung, genutzt werden.

Firmennachrichten Personalien


Documents

Kali und Steinsalz · 2017. 4. 5. · effective band gap between the HOMOs and LUMOs of the acids between 1eV and 2 eV for salicylic acid and para-salicylic acid, respec-tively. Since