Untersuchungen zur Pyritoxidation in Sedimentproben des Tagebaues Garzweiler

Björn Droste1, Frank Wisotzky1, Stefan Wohnlich1
1 Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Angewandte Geologie, Arbeitsgruppe Hydrogeologie, Ruhr-Universität Bochum

P 5.8 in Deep geothermal reservoirs - synergies and conflicts

 

 

Die RWE Power AG betreibt im nördlichen Rheinischen Braunkohlenrevier den Braunkohlentagebau Garzweiler. Viele durchgeführte Studien untersuchen den Effekt der Oxidation des geogenen Pyritinventars in der Abraumkippe, welche unbehandelt zu sauren Kippengrundwässern oder Acid Mine Drainage führen würden (z.B. Wisotzky, 1994; Wisotzky 2003; Lenk & Wisotzky, 2007). Um einer Versauerung des Grundwassers entgegen zu wirken, wird dem versauerungsempfindlichen Abraum gemahlener Kalkstein in Abhängigkeit vom Pyritgehalt und dem pufferwirksamen geogenen Carbonatgehalt zugesetzt.

Um die Freisetzung von Sulfid- und Eisenacidität besser quantifizieren zu können, wurden 22 Sedimentproben aus dem Tagebau Garzweiler entlang eines typischen Tagebauprofils entnommen. Das Probenmaterial wird unter Laborbedingungen analog zu den maximalen Expositionszeiten im Tagebau verwittert, eine jeweils vorhandene Parallelprobe wird in Abhängigkeit vom Pyritinventar und Carbonatgehalt mit Kalksteinmehl beaufschlagt und ebenfalls kontrolliert verwittert. Während der 9 monatigen Verwitterungszeit wurden die Proben detailliert untersucht. Insgesamt wurden so 44 Proben zu 5 Verwitterungszeitpunkten analysiert.

Die Analyse von pH-Wert und elektrischer Leitfähigkeit im zwei Wochen Turnus zeigt schnell eine beginnende Versauerung des Probenmaterials; die final ermittelten pH-Werte < pH 2,5 und Leitfähigkeiten von 6.000 µS/cm deuten auf eine deutliche Beeinflussung durch Oxidation des Pyritinventars hin. Der mit andauernder Verwitterungszeit steigenden Oxidationsgrad der Proben führt final zu analysierten Sulfatkonzentrationen von bis zu 4800 mg/l, Eisenkonzentrationen von 850 mg/l; die ermittelten Konzentrationen zeigen charakteristische Größenordnungen für Acid Mine Drainage beeinflusste Wässer. Der positive Effekt der Kalkung auf pH-Wert, Leitfähigkeit und Konzentration der typischen Reaktionsprodukte der Oxidation von Disulfiden konnten im Labormaßstab nachgewiesen werden.

Die in Laborexperimenten ermittelten zumeist negativen Bilanz-ANC Daten zeigen mit fortschreitender Verwitterung eine Freisetzung von Acidität, welche im Tagebau jedoch durch die Applikation des alkalisch wirkenden Kalkmehls wirkungsvoll unterdrückt wird. Die auf Basis der Laborexperimente durchgeführte hydrochemische Modellierung mit PhreeqC (Parkhurst & Appelo, 1999) und die Nachbildung der Modellierung durch weitere Laborexperimente bestätigen die Ergebnisse der Laboruntersuchungen an Realproben.



 

Lenk, S., Wisotzky, F.: Chemische Beschaffenheit und modellierte Genese von Grundwässern in Braunkohlenabraumkippen des Tagebaus Inden. Grundwasser. 12(4), 301–313 (2007)

Parkhurst, D.L., Appelo, C.A.J.: User`s Guide to PhreeqC (version 2) – A computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations: U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 99-4259, 312 p (1999)

Wisotzky, F.: Untersuchungen zur Pyritoxidation in Sedimenten des Rheinischen Braunkohlenreviers und deren Auswirkungen auf die Chemie des Grundwassers. Besondere Mitteilungen zum Deutschen Gewässerkundlichen Jahrbuch Nr. 58 (1994).

Wisotzky, F.: Saure Bergbauwässer (Acid Mine Drainage) und deren Qualitätsverbesserung durch Zugabe von alkalisch wirkenden Zuschlagstoffen zum Abraum - Landesumweltamt Nordrhein Westfalen, Essen. Mitteilungen zum Deutschen Gewässerkundlichen Jahrbuch Nr. 61 (2003).