Sekundäre Prozesse in Bergbauhalden und Aufbereitungsabgängen - Steuerung von Stoffmobilität und Krustenbildung

Aufbereitungsabgänge aus dem Abbau sulfidischer Erze verursachen diverse Umweltprobleme, wie Sauerwasserbildung und Staubemissionen. Diesen Gefahren kann durch Unterstützung der Krustenbildung entgegengesteuert werden. Krusten stellen passive in-situ Behandlungsmethoden dar. Sie können den Austrag v...

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Main Author: Jung, Hagen Gunther
Contributors: Tufar, Werner (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2003
Geologie und Paläontologie
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Aufbereitungsabgänge aus dem Abbau sulfidischer Erze verursachen diverse Umweltprobleme, wie Sauerwasserbildung und Staubemissionen. Diesen Gefahren kann durch Unterstützung der Krustenbildung entgegengesteuert werden. Krusten stellen passive in-situ Behandlungsmethoden dar. Sie können den Austrag von Schwermetallen nachhaltig reduzieren. Stoffmobilitäts- und Krustenbildungsprozesse sind materialabhängig und klimatisch gesteuert. In dieser Arbeit wurden ihre steuernden Parameter untersucht. Von wesentlicher Bedeutung ist der Wasserhaushalt in einer Halde. Bei hoher Durchlässigkeit der Aufbereitungsabgänge und starken Niederschlägen ist der Flüssigkeitstransport abwärts gerichtet und es kann zur Ausschwemmung von Schadstoffen mit dem Sickerwasser kommen. Bei verdunstungsbetonten Bedingungen findet jedoch vornehmlich ein kapillarer Aufstieg von Lösungen statt, die im Oberflächenbereich der Halden verdunsten und sekundäre Phasen abscheiden. Zur Untersuchung der stattfindenden Prozesse wurde der Internbau von zwei 40 Jahre alten Halden im Freiberger Bergbaurevier (Erzgebirge) erkundet. Verschiedene Spuren und Schwermetalle sind im Oberflächenbereich der Halden angereichert worden. Als Maß für die Stärke der Krustenbildungsprozesse diente ein aus der spezifischen Oberfläche der Komponenten berechneter Oberflächen-Rauhigkeitsfaktor. Thiobacillen (T. ferrooxidans und thiooxidans) steigern die Mobilität von Zink und Kupfer, verringern durch die beschleunigte Oxidation allerdings die von Eisen. Infolgedessen können diese Bakterien zur Krustenbildung beitragen, obwohl die von ihnen etablierten pH-Bedingungen niedriger sind. Durch Einkapselung von Komponenten in neugebildeten Präzipitaten, also einer Verringerung ihrer Zugänglichkeit, kommt es faktisch zur Immobilisierung von Spuren und Schwermetallen. Im Labormaßstab wurden die in Halden herrschenden Bedingungen simuliert. Die dazu verwendeten Aufbereitungsabgänge wurden mit verschiedenen Elutionsverfahren charakterisiert. Noch besser zur Charakterisierung von Aufbereitungsabgängen sind neu entwickelte Säulenversuche geeignet. Durch Verdunstung an den offenen Säulenoberflächen wurde ein kapillarer Flüssigkeitstransport von unten nach oben erzeugt, der natürliche Verhältnisse nachbilden konnte. Es wurden Versuche zur Reproduzierbarkeit, zur Dynamik der Prozesse, zur Mobilität von sulfidischen Erzkonzentraten und zum Krustenbildungspotential verschiedener Aufbereitungsabgänge angestellt. Besondere Aufmerksamkeit wurde dem Einfluß klimatischer Parameter auf die Krustenbildung zuteil. Die Abhängigkeit der Krustenstärke von ihrer Position auf einer Halde ist eine Folge der unterschiedlichen ‚Angriffsflächen‘, die klimatischen Größen, wie Luftbewegungen, geboten werden. Bei Erhöhung der Windstärke konnte in Säulenversuchen bis zu einem bestimmtem Grad eine Steigerung der Krustenbildung erzielt werden. Diese Steigerung war limitiert, da bei zu hoher Windstärke die Verdunstungsrate derart anwuchs, daß der kapillare Transport abriß. Auch durch erhöhte Temperatur wurde die Verdunstung verstärkt, was wiederum den kapillaren Flüssigkeitstransport bis zu dem Punkt steigerte, an welchem die Säulenoberfläche austrocknete, weil die Transportkapazität der Kapillaren nicht mehr den Flüssigkeitsbedarf decken konnte. Neben der absoluten Menge an Niederschlag ist seine zeitliche Verteilung für Stoffmobilität und Krustenbildung ausschlaggebend. Bei kontinuierlicher Beregnung kommt es nicht zur oberflächlichen Krustenbildung, da eine abwärts gerichtete Flüssigkeitsbewegung etabliert wird. Alternieren Niederschlagsereignisse jedoch mit Trockenzeiten kommt es zu einem Wechsel von abwärts gerichteter Flüssigkeitsbewegung und aufwärts gerichtetem kapillarem Transport, da die Verdunstung zeitweise das dominierende Element ist und die Bildung einer Kruste ermöglicht. Die Tiefenlage einer Krustenbildung wird neben Neutralisations- und Redoxreaktionen von der Verdunstungsrate bestimmt. Bei zu starker Verdunstung kommt es zum Abriß der Kapillaren und mobile Stoffe werden nicht mehr zur Oberfläche einer Halde transportiert. Stattdessen scheiden sich sekundäre Phasen in einer tiefer gelegenen Zone ab, die noch vom aufwärts gerichteten Flüssigkeitsstrom erreicht wird. Neben evaporitischen Mineralen haben sich in den Krusten der Säulenversuche verschiedenste, teilweise metastabile sulfatische Phasen gebildet. Neben dem Transport von mobilen Stoffen in echten Lösungen kommt dem kolloidalen Transport von Spuren und Schwermetallen Bedeutung zu, dem eine rein thermodynamische Beschreibung nicht gerecht wird. Im Porenwasser wurden nicht nur oxidierte Stoffe transportiert, sondern auch reduzierte bzw. nicht völlig aufoxidierte Schwermetalle. Bergbauhalden können aufgrund ihrer durch Krustenbildung bedingten stofflichen Differenzierung und Anreicherung bestimmter Metalle selbst wieder Lagerstättencharakter haben.
Physical Description:215 Pages
DOI:https://doi.org/10.17192/z2003.0148