Über die Möglichkeit der reduktiven Uran- und Arsenimmobilisierung in Bergbauwässern als Folge des natürlichen Holzabbaus


Über die Möglichkeit der reduktiven Uran- und Arsenimmobilisierung in Bergbauwässern als Folge des natürlichen Holzabbaus

Baraniak, L.; Abraham, A.; Mack, B.; Geipel, G.; Bernhard, G.; Nitsche, H.

Eine wesentliche Sanierungsaufgabe in der sächsischen und thüringischen Uranbergbauregion ist die Flutung von ausgedehnten Untertagebergwerken, die in hohem Maße mit Holz ausgebaut sind. Im Flutungsprozess wird das Grubenholz zunehmend vom Luftzutritt abgeschnitten und der natürliche Holzabbau unter der Einwirkung des Grubenwassers findet statt. Bei diesem Vorgang wird Sauerstoff verbraucht und es entstehen reduzierende Bedingungen [1].
Um diesen Prozess zu untersuchen, wurden Redoxpotenzialmessungen und Redoxtitrationen mit Kaliumhexacyanoferrat(III) an hydrothermalen Holzauszügen, Fichtenlignin und Huminsäu-ren unter Verwendung einer Platinelektrode in Kombination mit einer Silber-Silberchloridelek-trode in einer Zelle mit Überführung ausgeführt. Die Redoxpotenziale des Lignins und der Huminsäure wurden in Abhängigkeit vom pH-Wert und der Konzentration untersucht. Nach Extrapolation auf pH 0 und unendliche Verdünnung wurde für beide ein Redoxpotenzial (Eh) von 570"5 mV mit einem negativen pH-Gradienten von 54,0"1 mV/pH erhalten. Dieses Potenzial zeigt, dass organische Zersetzungsprodukte des Holzes Uran(VI) zu Uran(IV) reduzieren können.
Das Reduktionsprodukt Uran(IV) wurde sowohl spektrophotometrisch als U(IV)-arsenazo(III)-Komplex als auch mit Hilfe der laserinduzierten photoakustischen Spektroskopie (LIPAS) nachgewiesen. Photoakustisch fanden wir die für U(IV) typischen Absorptionsbanden bei 630, 650 and 670 nm. Das Vermögen des Lignins Uran(VI) zu reduzieren stieg im pH-Bereich 5-8 von 0,13@10-4 auf 5@10-4 mval/g. Im Falle von Eisen(III) erhielten wir bei pH 4,5 eine Reduktions-kapazität von 0,15 mval/g.
Um die durch den natürlichen Holzabbau im wässrigen Milieu verursachten reduzierenden Eigenschaften zu charakterisieren, wurden Untersuchungen im Hochmoor AKleiner Kranischsee@ am Erzgebirgskamm bei Johanngeorgenstadt durchgeführt. Bei Feldmessungen fanden wir, dass das Redoxpotenzial von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von einem Meter um mehr als 800 mV abfiel. Aus der Analyse des Sumpfgases (49,6% CH4, 3,28% CO2, 1,65@10-3% H2S) konnte für das Redoxpotenzial im Moorgrund (pH 5,3, 4°C) ein Eh-Wert von -120 mV hergeleitet werden. Schließt man hiervon auf das Flutungswasser mit seinem höheren pH und seiner höheren Temperatur, so müssten Redoxpotenziale unter -200 mV möglich sein. Würde als Folge des Holzabbaus die Sulfatreduktion in Gang kommen und Sulfid in mikro-molarer Konzen-tration auftreten, so entspräche das einem Redoxpotenzial von -220 mV. Das würde bedeuten, dass so stark anoxische Bedingungen auftreten, das zur Uran(VI)-Reduktion die reduktive Immobilisierung von Arsen(V) als As2S3 (Auripigment) hinzu kommen kann [2].
In tieferen Wasserschichten gefluteter Bergwerke wurden Potenzialerniedrigungen um etwa 700 mV gemessen. Dies wird aber ausschließlich der Oxidation sulfidischer und arsenidischer Erze und Mineralien, wie beispielsweise Pyrit, Markasit und Arsenopyrit zu geschrieben. Diese Potenzialverminderung bewirkt, dass Uran(VI), als Carbonatokomplex vorliegend, unter Gruben-wasserbedingungen zu Uran(IV) reduziert wird, das als Uran(IV)-hydroxid ausfällt und sedimen-tiert.
Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass die Zersetzung großer Holzmengen in den gefluteten Gruben mithilft reduzierende Bedingungen zu erzeugen und aufrecht zu erhalten. Der natürli-chen Holzabbau im Grubenwasser der zur Uranimmobilisierung beiträgt und u.U. weitergehende reduktive Ausscheidungen verursacht, entspricht damit einem eminent wichtigen natürlichen Reinigungsprozess.
Literatur:

[1] SMWK-Projektbericht 4-7541.83-FZR/512, Juni 1998: AUntersuchung des Einflusses der in Gruben- wässern gelösten organischen Verbindungen auf den Valenzzustand von Radionukliden@

[2] Baraniak et al.: ARedox Reaction Sequence in Flooded Wood-Supported Mines@, Report FZR-272 (1999) p. 51

  • Poster
    Internationale Konferenz Bergbausanierung Schlema/Sachsen 11.-14.7.2000
  • Contribution to proceedings
    Internationale Konferenz Bergbausanierung Schlema/Sachsen 11.-14.7.2000

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Publ.-Id: 3401