Original paper

The behaviour of sodium silicate solutions (water glass) in the saline environment and their use in salt mining

[Das Verhalten von Natrium-Silikat-Lösungen (Wasserglas) in salinarer Umgebung und ihr Einsatz im Salzbergbau]

Engelhardt, Hans-Joachim; von Borstel, Lieselotte Ernestine

Abstract

Alkaline sodium silicate solutions, also known as water glass, are a combination of sodium oxide, silica and water. The solutions react with soluble salts and brines which induce the formation of solids. The solutions have a long history of use as a particle-free grout to seal pathways for fluids in rocks and building materials. The applications demonstrate the ability of sodium silicates to seal active brine intrusions. For the grouting of rock salts it was necessary to prove the long-term stability of the reaction products. The investigations showed a formation of silicate phases and halite. In contact with MgCl-dominated brines or MgCl containing minerals, e.g. bischofite or carnallite, the main additional reaction products are magnesium oxichlorides. The silicates and oxichlorides are characterised by a very low solubility, and halite is insoluble in the brines. Accordingly, sodium silicate solutions are capable to seal rock salts permanently.

Kurzfassung

Alkalische Natriumsilikat-Lösungen, die auch als Wasserglas bezeichnet werden, enthalten Natriumoxid, Silikatkomplexe und Wasser. Die Lösungen reagieren mit löslichen Salzen und Salzlösungen, wobei Festkörper entstehen. In Folge dieser Reaktionen werden Wasserglaslösungen bereits seit längerer Zeit zum Abdichten von Wegsamkeiten in Gesteinen und Baustoffen eingesetzt. Die Anwendungen belegen die Fähigkeit der Natriumsilikate aktive Lösungszutritte abzudichten. Als Grundlage der Injektion von Steinsalz war die Langzeitstabilität der Reaktionsprodukte nachzuweisen. Die Untersuchungen belegen die Bildung von Silikatphasen und Halit. Im Kontakt mit MgCl2-haltigen Lösungen und MgCl2 haltigen Mineralen entstehen zusätzlich Magnesiumoxichloride. Die Silikate und Oxichloride sind gekennzeichnet durch eine geringe Löslichkeit und Halit ist in den Salzlösungen unlöslich. Demzufolge sind Natriumsilikat-Lösungen geeignet dauerhaft Wegsamkeiten im Steinsalz zu verschließen.

Keywords

grouthalitelong-term stabilitymagnesium oxichloridesrock saltsodium silicatesolubility