50 Jahre BGR - ein Tätigkeitsbericht der Bundesanstalt für ...

Krustenbildung
Prinzipiell wird angenommen, dass wesentliche
Anteile wasserlöslicher Schadstoffe aus dem Haldenkörper
leicht ausgewaschen werden können. Das
Material ist gut zugänglich und kann folglich leicht
mit eindringendem Regenwasser und Luftsauerstoff
reagieren. Überraschenderweise zeigt sich jedoch,
dass viele Halden im Laufe der Jahre eine interne
Reorganisation erfahren, die zu einer Veränderung
der Zugänglichkeit bis hin zu einer oberflächennahen
Versiegelung auf natürlichem Wege führen
kann. Dies geschieht durch eine partielle oder vollständige
Auflösung spezieller reaktiver Minerale,
wobei die freigesetzten Ionen Mineralneubildungen
begünstigen. Aus der Halde treten die gelösten
Stoffe teilweise als saure Minenwässer an der Basis
aus. Ein Teil der gelösten Stoffe wird jedoch auch
entlang kleinster Kanäle, sogenannter Kapillaren,
entgegen der Gravitationsrichtungen transportiert.
Im Grenzbereich zwischen Kapillarrand (Festkörper)
und freie Reagenzien (Flüssigkeit, Gas) kommt es
zur Verdunstung und damit zu Ausfällungen sowie
zur Kristallisation von sekundären Mineralphasen.
Der kapillare Porenraum wird somit in bestimmten
Lagen sukzessiv verschlossen und es entstehen Verkrustungen.
Diese sind jedoch nicht nur auf den
kapillaren Porenraum beschränkt, sondern bilden
sich ebenfalls an chemischen Grenzflächen oder an
der Haldenoberfläche.
Die Krusten weisen gegenüber dem Ausgangsmaterial
deutliche Unterschiede in der chemischen
und mineralogischen Zusammensetzung sowie im
hydraulischen Verhalten auf. Sie sind in der Lage,
Windverfrachtung des Lockermaterials zu unter-
binden, den Zutritt von Regenwasser in die Halde zu
reduzieren, den Luftaustausch zu limitieren und beträchtliche
Mengen an Schad- oder Wertstoffen anzureichern.
Letztlich werden auch Menge und
chemische Fracht der Minenwässer reduziert. Dieser
natürlich ablaufende Prozess der Krustenbildung kann
beispielsweise durch Wiederaufbringung ausgetretener
Haldenwässer unterstützt werden. Krustenbildung
tritt in allen Klimazonen auf. Semiaride Bedingungen
und Reaktivität des Materials selbst können
diesen Prozess jedoch deutlich beschleunigen.
Im Rahmen einer Kooperation der BGR mit dem
Grundwasserforschungsinstitut Dresden und SARB-
Consulting (Norwegen) wurden ein Leitfaden sowie
ein interdisziplinärer Ansatz zur Abschätzung des
langzeitstabilen Krustenpotenzials und zur künstlichen
Förderung der Krustenbildung entwickelt.
Der Leitfaden richtet sich an Haldenbetreiber und
-sanierer (z. B. Behörden, Ingenieurbüros).
Interdisziplinärer Ansatz zur Problemlösung:
Verknüpfung der Forschungsergebnisse aus
Hydrogeochemie
Mineralogie
Geophysik
Mikrobiologie
zur zeitaufgelösten reaktiven Transportmodellierung
auf der Basis geochemischer und geophysikalischer
Prozessparameter in Haldenkörpern. Eine solche
Modellierung bildete die Grundlage der Prognose
zukünftiger Entwicklung von Halden.
Halbtransparentes geoelektrisches
3D-Modell einer Eisenschlackenhalde:
Die in rot gehaltenen Zonen hohen elektrischen
Widerstands zeigen die durch
Krustenbildung beeinflussten Bereiche an
der Oberfläche des Haldenkörpers an.
Das Innere ist durch sehr niedrige Widerstände
(blau) gekennzeichnet, die auch
in der ungesättigten Zone vom hohen
alkalischen Mineralisierungsgrad der
Porenwässer verursacht werden
(pH > 12).
Tätigkeitsbericht BGR 1958 bis 2008 43