Projekt 01510/01

Durchführung von wissenschaftlich-technischen Untersuchungen zur Verfestigung von kontaminierten Restlösungen mit dem Ziel einer Verfestigung und dauerhaften Immobilisierung der Schadstoffe sowie zur Nutzungsmöglichkeit der verfestigten Stoffe als Versat

Projektdurchführung

Kali-Umwelttechnik GmbH
Am Petersenschacht 7
99706 Sondershausen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In den stillgelegten Kaligruben Mitteldeutschlands muß zur Vermeidung großflächiger Absenkungen des Deckgebirges mit potentieller Beeinträchtigung übertägiger Einrichtungen Versatz eingebracht werden. Dazu können neben bergbaueigenem Material auch Abfälle als Versatzstoffe verwendet werden. Ziel des Projektes war die Auswahl und Untersuchung potentiell in Frage kommender Abfälle, die Entwicklung von Rezepturen zur Umwandlung von Abfällen in Versatzbaustoffe sowie Verfahren zur Verfestigung und Verbringung in die zu sichernden Kaligruben.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Projektbearbeitung erfolgte in acht Arbeitspaketen (AP).

AP1: Untersuchung des Aufkommens und Auswahl der in die Untersuchungen einzubeziehenden Abfälle
AP2: Konkretisierung der generellen geologischen Rahmenbedingungen für ein typisches Grubengebäude (Vorrang: Carnallititbergbau)
AP3: Chemische Analyse der in AP1 festgelegten Abfälle auf Haupt-, Neben- und organische Bestandteile
AP4: Erarbeitung von Vorschlägen für die Konditionierung von Abfällen unter Beachtung physikochemischer Aspekte
AP5: Durchführung von Verfestigungsversuchen mit festen, pastösen und flüssigen Abfällen im Labormaßstab
AP6: Geotechnische Untersuchungen an unverfestigten und verfestigten Probekörpern
AP7: Bestimmung des Elutionsverfahrens an ausgewählten Probekörpern
AP8: Zusammenfassende Bewertung der Verfestigungsprodukte auf ihre geotechnische Eignung als Versatzmaterial


Ergebnisse und Diskussion

Für die Untersuchungen wurden beispielhaft 3 feste, 3 pastöse und 2 flüssige Abfälle ausgewählt. Die analysierten Element- bzw. Ionengehalte zeigen eine Überschreitung der Zuordnungswerte Voa für Feststoffe entsprechend den Technischen Regeln für den Einsatz von bergbaufremden Reststoffen als Versatz.
Die Untersuchungsbedingungen waren an die geogenen Verhältnisse einer Verbringung im Versatzraum Kaligrube und Anwendung hydromechanischer Versatzverfahren anzupassen.
Zur Konkretisierung der generellen geologischen Rahmenbedingungen der Südharz-Kaligruben sind Bestandsaufnahmen der geologischen Lagerstättenbedingungen, der bergbaulichen Verhältnisse, der gebirgsmechanischen Bedingungen sowie Untersuchungen zur bergbauinduzierten Seismizität eingeflossen. Abgeleitet aus der Dringlichkeit des Versatzeinbringens wurden die Grubenfelder typisiert.

Die Besonderheit des Salinars als Wirtsgestein, insbesondere die Wasserlöslichkeit der Salzminerale erfordert eine Umwandlung des mit dem Abfall eingeführten Wassers in eine gegenüber dem Salzgestein indifferente Form. Zur Wasserbindung wurden folgende Möglichkeiten geprüft:

- Umwandlung von Wasser in indifferente mehrkomponentige Gleichgewichtslösungen,
- Einbindung von Wasser im Stoffsystem durch Bindung als Kristallwasser,
- Einbindung des Wassers in eine Feststoffmatrix unter Einbeziehung von anorganischen Bindebaustoffen,
- Umwandlung des Wassers in eine MgCl2-Lösung und Verfestigung mittels Sorelzementen auf Magnesit- bzw. Dolomitbasis.
Für die Untersuchungen zur Wasserimmobilisierung wurden als Modellsubstanzen Na-, Ca- und Mg-Salze sowie NaCl-, CaCl2- und MgCl2-Lösungen eingesetzt. Die Feststoffkonditionierung mit elektrolythaltigen Anstellflüssigkeiten führt gegenüber vergleichbaren Systemen mit Wasser als Konditionierungsmittel zu anderen Hydratationsstufen, in einigen Fällen zu nicht erwarteten Reaktionsprodukten. In Abhängigkeit vom Stoffbestand im Gesamtsystem werden unterschiedliche Flüssigkeitsbindekapazitäten erreicht.

Aufbauend auf den Ergebnissen mit Modellsubstanzen sind beispielhaft Rezepturen für den hydromechanischen Versatz entwickelt worden. Unter Einbeziehung von festen, pastösen und flüssigen Abfällen sowie salinaren Lösungen und anorganischen Bindemitteln erweisen sich zwei Grundrezepturen als universell anwendbar:

- eine neutrale Matrix (unter Einbeziehung von MgO-haltigen Stoffen)
- eine alkalische Matrix (unter Einbeziehung von Zement)
Für geomechanische Untersuchungen sind ausgewählte Versatzmischungen bereitgestellt worden. Die Meßwerte zeigen, daß die aus Abfall hergestellten Mischungen nicht als Hohlraumfüller, sondern als Versatzbaustoffe zu bewerten sind.

Die Eluierbarkeit der Schwermetalle wird vom Verfestigungsgrad der Versatzmischung und vom eingesetzten Elutionsmittel bestimmt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Veröffentlichung der gesamten Ergebnisse erfolgt in Form des Abschlußberichtes. Erste Teilergebnisse des Projektes sind veröffentlicht worden in:
Brasser, Th., Miehe, R., Krauke, W., Wagner, H.
Möglichkeiten für die Verbringung von flüssigen und pastösen Abfallstoffen in Untertagedeponien im Salzgestein
Glückauf 132 (1996) Nr. 7, S. 322 - 327
Eine Weiterführung des Vorhabens ist nicht vorgesehen.


Fazit

Die im Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, daß die Abfälle als Zwangsanfallprodukte in ihrer stofflichen Zusammensetzung starken Schwankungen unterliegen. Es werden die Rahmenbedingungen für eine Konditionierung von Abfällen mit elektrolythaltigen Lösungen unter Beachtung der geogenen Bedingungen der Kaligruben Mitteldeutschlands abgesteckt und allgemeingültige Aussagen zur Rezepturgesteltung unter Einbeziehung ausgewählter Abfallgruppen getroffen. Die geochemischen und geomechanischen Eigenschaften der Versatzmischungen können durch die Rezepturgestaltung zielgerichtet beeinflußt werden.