Home

PhD Thesis Wolkersdorfer - Christian Wolkersdorfer

1. 1650 1500 a 1350 1 bk EI Fi rs 20 2 1 Ik See 1050 f ar u F re co 20 es er ee Heen HL FEN Ki Ve LALIITIi Ka KSE REH ee aa 600 450 ES S 300 dE 10 4 Se 0 N Ka N st LO ee N N N st LO LO Ka N OO CH D CH CO N N N bel bel Kl Kl Kl Kl oO CO CO We z E GE JE UE CE ter rer AEn SE EN IE AES E E E e O 01 Abb 113 Boxplot der Massenkonzentration von Sulfat SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 400 350 300 250 K 5 E 200 a e 5 ei 150 7 4 ae A ne n SS L Es 4 100 2 CR 50 a Bo E 0 T T T T T T T T T kal M x Ve N N M zt Ve te Kal Q oO D CH oO N N N bal M Ko Ke Kal Kal Q Q Q es ES SR V 2 2 F F ZS SS Q R Eco En CE oe JE Ec CE oes CE yE JE cE E o E E E O Ra Abb 114 Boxplot der Massenkonzentration von Cord SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer Hydro
2. 0 000 Abb 128 Boxplot der Massenkonzentration von Blei m 107 m 308 m 323 m 324 m 325 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 505 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 m 506 m 507 m 509 m 510 SaSiWa SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 Christian Wolkersdorfer 210 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 5000 4500 T 4000 A 3500 lt 3000 m gp 2 KH 3 E 2500 E oi D 2000 1500 ECH 1000 500 Fa To D j F ahaa O SS 0 T N Ka M x LO es N N bal st LO LO Ka N ez oO D EA CO N N N M bel Kl Kl Kl Kl oO Q e e ES ES En E Er ae E E E Een E E Eee 01 Abb 129 Boxplot der Aktivit t von Radium SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 5 0 9
3. ts Ee SIT U I Bes Ze T T T i kal L i x Ve e N N L i ka Kei LO Kal Q oO D CH oO N N N M bei Kl Kal Kal Kal oO Q Q Q x ES ZS SS 9 2 SS SS SS SS SS SZ E E E E E E E E E E E E E E E E w Ei Abb 119 Boxplot des Werts der Gesamth rte SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 60 55 45 40 Karbonath rte d 20 15 10 30 29 5 50 de en 35 st g gii Ea y a ch I T T T I I E o o x D lt a N e E Q DS o Ei o CG N A N N oi O bei O oO Ed ei bd ei ei ei be be bd bd D D D D Q E E E E E E E E E E E E E E E E 2 7 Abb 120 Boxplot des Werts der Karbonath rte SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer 206 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 45 40 35 u CS ES Sa RK hir ze o o 30 SS lee sl T al T BR 5 2q
4. 1170 1215 1260 Uranerzlinsen Quarzitschiefer gt e _ Phyllit 0 10 20 30 40 50 NNW m SSE Abb 13 Abh ngigkeit der Uranmineralisation vom Lithologiewechsel Dargestellt ist ein Saigerri des Gan ges Berl im Niveau der Sohlen 1080 bis 1305 ver ndert nach B DER amp SCHUPPAN 1992 Christian Wolkersdorfer 46 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Tab 13 Produktive Gesteine der Lagerst tte Niederschlema Alberoda nach verschiedenen Autoren SOKOLOVA amp ACHEYEV 1972 SDAG Wi sMUT 1991 JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 LANGE et al 1991 SCHTSCHUROW amp TIMOFEJEW 1966 SOKOLOVA Wismut JANISCHEWSKIJ LANGE SCHTSCHUROW Basische und inter Amphibolite Amphibolitschiefer Amphybolite Wechsel der physika medi re Gesteine Kieselschiefer pyritisiert Lydite lisch chemischen Ei Gr ne _Albit Chlorit Alaunschiefer Skarne pyritisiert B nderschiefer genschaften Kalksilikatschiefer kohlenstoff hrende pyritisierte Glimmer kohlenstoff hrende Amphibolite Albit Chlorit Kalksili Schiefer schiefer Glimmerschiefer Skarne katschiefer mit Kar kohlenstoff hrende Graphitschiefer bonaten Kalkstein Phyllite pyritisiert Diabas und Tuff metamorphe Diabase Neben den lithologischen sind die tektonischen Faktoren f r die Vererzung verantwortlich Einig sind sich die Bearbeiter darin da Apophysen und Fiederspalten wenn sie mit dem Hauptgang in Kontakt stehen f
5. 10 A A ES i A sg H u Je A e D WE 8 l 4 o SE LIE E a JW ao 2 A c E 4 EET WER u O A el OO D AA a oi i e oo x 8 Be a Ee A A A EI A u R ce ahs T R A SE A m 0 2 A A S am 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 34 Zeitliche Entwicklung der Eisenmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen April 1992 und Dezember 1994 98 Wertepaare Legende siehe Tab 30 Christian Wolkersdorfer 90 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 6 3 3 13 Mangan Wie Eisen hat Mangan eine starke Schwankungsbreite seiner Massenkonzentration die von 0 2 mg L Mitte 1991 bis 0 5 mg L Ende 1994 reicht Abb 35 Wiederum ist nicht ersichtlich wor auf diese Schwankung beruht doch k nnten ebenfalls Redox Adsorptions und F llungsvorg nge zwischen Probennahme und Analysenzeitpunkt eine Rolle spielen Gegen ber den Sickerw ssern ist die Manganmassenkonzentration im Grubenwasser um den Faktor 100 angereichert Wie die Gleichgewichtsberechnungen zeigen herrscht zwischen Rhodochrosit und dem Grubenwasser ein Gleichgewicht Tab 37 Die Manganmassenkonzentration wird daher von dieser Feststoffphase kontrolliert 6 3 3 14 Sulfat Beim Sulfatgehalt ist im Grubenwasser ein kontinuierlicher Anstieg zu beobachten der ab Ende 1993 abflacht Abb 36 Anf nglich enthielt das Grubenwasser etwa 600 mg L Sulfat um bis auf 1400 mg LU anzusteigen wof r die Oxid
6. Marienberg Z VYJ L 7 Geyer 2 P hla Johann A72 georgenstact N Abb 4 bersichtskarte Sachsens mit den wichtigsten Uranerzlagerst tten und der Lage von Schacht 371 des Bergwerks Niederschlema Alberoda Zus tzlich die Standorte der Erzaufbereitungen See lingst dt und Crossen sowie des Tagebaus bei Ronneburg Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 23 SW 366 372 186 371 373 383 NE Niveau Markus Semmler Stollen 354 20 m NN Zwickauer Mulde 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 38 b LI 360 390 bebe 420 450 480 296 II b 366 b 910 BEE E E ee EB E 38 Il b 371 b 585 a Feb E C 675 720 765 810 855 ml bebe beleen BO kb kel kel ke 945 37111b 366 II b kal kel kat Fell Kn Fi Fei Fe 990 1035 1080 1125 1170 Hl 1215 1260 383 b Eecl 1305 ze 1350 1395 373 IV b 1440 1485 1530 AW 28 383 III b ks a i 1620 1575 offenes F llort 1665 geschlossenes F llort Wettersohle Sohle nicht angeschlagen e 1 Z D I 1455 00 m NN 1800 1710 nichtma st bliche Dars
7. HP HAN lt lt lt lt lt lt 694 lt lt le IN E De 44 lt lt ZO EOISZH lt Iv lt FOd lt lt lt ES ey lt HP HM EON un lt lt lt lt lt lt lt lt lt HP Ha EN EODH lt lt Hd 6w e9 lt lt lt lt vos gt lt gt sy gt As 4 CI Ca Mg pH HCO3 gt Na GH OH lt Mn NO3 HH OH lt PO4 Al H2S03 02 Pb Leitf Ni Fein NKH dH Cu CO3 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 213 Tab 60 Zusammenstellung des offenen Grubenraumes in m der Lagerst tte Niederschlema Alberoda Wismut GmbH Dienstsache 4 0 28 254 ca 1991 Einteilung der Kaskaden Abbauabschnitte nach B DER amp SCHUPPAN 1992 Die Tabelle enth lt keine Angaben zum Bergwerk Oberschlema Objekt 2 MS Markus Semmler Stollen Gesamtsumme errechnet sich von Sohle 1800 begin nend durch Addition des offenen Hohlraums der jeweiligen Sohlen Summe Kaskade ist die Summe des Hohlraums aller Soh
8. Fes OH s 0 4 Quarz SiO2 X 0 4 0 6 Greenalit Fe OH Si4010 0 Hydroxiapatit Ca5 OHI PO 3 X 1 5 Mansfieldit AlAsO4 2H30 5 Skorodit FeAsO 2H 0 X 4 3 Mangan H rnesit Mn As0O 4 2 8H20 4 lanthinit R UO2 OH 2 4 Schoepit UO2 OH 2 H20 4 Rutherfordin UO ICO 5 3 Na Autunuit Na U0 PO14 2 X 4 Christian Wolkersdorfer 106 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Calcit 2 0 A A 1 5 A A A o N A s A A D 10 EA w ma 5 aT A m a m Do o 6 v A A 2 o A A a Ho vw A 2 e Se 7 Au A A D Ken D v v A A A N S o o A 3 2 057 vv E Ba W VA o A 2 y d A z A v o y 8 A A o UA We Pe EE Men eeeiege ee Ee v o 0 5 1991 1992 1993 1994 Abb 49 S ttigungskoeffizient von Calcit im Grubenwasser zwischen 1991 und 1994 Der S ttigungskoeffi zient stieg von 1991 bis Anfang 1994 stetig von 0 auf etwa 1 an Das Grubenwasser ist jetzt ge ringf gig bers ttigt mit Calcit Symbole entsprechend Tab 30 So errechnet sich beispielsweise der S ttigungskoeffizient f r Siderit im Gleichgewicht mit w riger L sung log Kz5 c aus NORDSTROM et al 1990 FeCO amp Fe CO7 log K s c 10 45 42 zu SE 43 2 2 SH og E Se d In der angels chsischen Literatur wird SI als saturation index bezeichnet z B BALL amp NORD STROM 1991 BALL et al 1981 WOLERY 1992 und von deutschsprachig
9. Die gesamte Porosit t r des Gebirges stellt die Summe aller Porosit ten dar NORTON amp KNAPP 1977 Pr t ht 53 mit r Gesamtporosit t d effektive bzw kinematische Porosit t diffusive Porosit t dr residuale Porosit t Entsprechend k nnen die Grubenhohlr ume klassiert werden dat dan PD Gar 54 wobei dx doa Oh ach 55 PD Bau haut das 56 mit gt Gesamter Grubenhohlraum d effektiver Grubenhohlraum dn diffusiver Grubenhohlraum dp residualer Grubenhohlraum lufterf llter Grubenhohlraum da Grubenhohlraum der Strecken d sch Grubenhohlraum der Sch chte dn Grubenhohlraum der berhauen dau Grubenhohlraum der Schachts mpfe de Grubenhohlraum der Blindstrecken Da r nach Flutungsende Teilmenge von r ist mu neben dem Grubenhohlraum noch eine Gr e f r den Gebirgshohlraum eingef hrt werden Diese wird im folgenden als dr mit einer Glei chung 53 entsprechenden Definition verstanden Somit bestimmt sich die Gesamtporosit t zu Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 163 r hT t Art 57 Die entsprechenden Fl chen der Porosit ten zu A r Alt Aar 58 Von Interesse f r die maximal mobilisierbare Schadstoffmenge ist jedoch nur die wirksame Ge samtfl che Aw Aw Al Aldo AldyK Aal Mie ol A ol Ag Ak 59 Unter der Annahme r sei im Grubengeb ude Niederschlema Alberod
10. S 4 ta O Tee Q L SE be E 2 4 Me Lo La S E Ae 3 Sp Seet 15 SE So SEE FE gt 10 L 5 T T T kal L i x Ve es N N bal zt Ve te Kal Q oO D CH oO N N N bal bei Ke Kal Kal Kal Q Q Q Q e ES T M b i b i M b i b baal Q N N te te te o ie Cl E E E E E E E E E E E E E E E E K Ei Abb 121 Boxplot des Werts der Nichtkarbonath rte SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 24 22 20 O mg L j 4 m 107 m 308 m 323 m 324 m 325 m 331 m 332 m 362 m 364 m 365 m 505 m 506 m 507 m 509 m 510 SaSiWa Abb 122 Boxplot der Massenkonzentration von freiem Sauerstoff SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 207 0 8 Al mg L 0 6 0 4 0 2 0 0 Abb 123 Boxplot der Massenkonzentration von Aluminium
11. 326 366 S Ljubljana University Ljubljana INTERNATIONAL MINE WATER ASSOCIATION 1994 Mine Water and the Environment Proceedings of the 5 International Mine Water Congress In UNIVERSITY OF NOTTINGHAM 871 S Not tingham University of Nottingham JAacKs G 1984 Effect of acid rain on soil and groundwater in Sweden In YARON B Ecological Studies Pollutants in porous media the unsaturated zone between soil surface and groundwater 296 S Berlin u a Springer JACOBI O amp EVERLING G 1981 Praxis der Gebirgsbeherrschung 2 Aufl 576 S Essen Gl ckauf J GER B OBERMANN P amp WILKE F L 1990 Studie zur Eignung von Steinkohlebergwerken im rechtsrheinischen Ruhrkohlebezirk zur Untertageverbringung von Abfall und Reststoffen In LANDESAMT F R WASSER UND ABFALL NORDRHEIN WESTFALEN 628 S D sseldorf LWA Studie JAEGER H 1959 Graptolithen und Stratigraphie des j ngsten Th ringer Silurs Abh d Dt Akad Wiss Bin Kl f Chemie usw 2 Berlin Christian Wolkersdorfer 174 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks JANDEL SCIENTIFIC 1992 TableCurve for Windows 1 2 User s Manual D 40699 Erkrath Jandel Scientific GmbH JANDEL SCIENTIFIC 1994a SigmaPlot for Windows 2 0 User s Manual D 40699 Erkrath Jandel Scientific GmbH JANDEL SCIENTIFIC 1994b SigmaStat for Windows 1 0 User s Manual D 40699 Erk
12. 820 840 T T T T T Schacht 296 II b 23 November 1994 570 580 590 600 1 945 610 620 630 640 650 4 990 660 j 50 0 50 100 150 200 250 Redoxpotential mV Redoxmessung im Schacht 296 II b vom 23 November 1994 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 Schacht 372 b 11 M rz 1994 4 1080 4 1125 4 1170 150 100 50 0 50 100 150 Redoxpotential mV Redoxmessung im Schacht 372 b vom 11 M rz 1994 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 145 Lediglich aus dem Schacht 296 Il b liegen Redoxpotentialmessungen vor die den tats chlichen Redoxpotentialen im Grubenwasser entsprechen k nnten Abb 83 Aus dem starken Redoxpo tentialabfall von ca 250 mV auf 0 mV im Niveau der Sohle 990 k nnte geschlossen werden da die Messungen in den anderen Sch chten gleichfalls den reellen Bedingungen entsprechen Zwischen Schacht 296 II b und den anderen Sch chten in denen das Redoxpotential gemessen wurde besteht insofern ein signifikanter Unterschied als bei ersterem das Redoxpotential deutlich positiv ist in den le
13. DDR Mark kg Uranerz ANONYM 1993 Infolge der deutschen Wiedervereinigung vom 3 10 1990 gingen die Anteile der DDR in das Eigen tum des Bundeswirtschaftsministeriums ber Zwischen dem 3 10 1990 und 20 12 1991 bezeich nete sich die SDAG Wismut ohne eine rechtliche Grundlage als Wismut AG Am 20 12 1991 wurde die SDAG Wismut durch das Wismutgesetz vom 17 12 1991 zur Wismut GmbH Vorausge gangen waren Verhandlungen mit der UdSSR die am 16 5 1991 zur Unterzeichnung des deutsch sowjetischen Regierungsabkommens f hrten und die bernahme der sowjetischen Anteile der Wismut durch die Bundesrepublik regelte Darin verpflichtete sich die UdSSR zum Verzicht auf ihre Aktienanteile und wurde im Gegenzug von der Sanierungspflicht entbunden Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 27 5 A 2 4 1 0 l 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 yellow cake 1000 t amp Abb 7 Jahresproduktion von Yellow Cake durch die SDAG GmbH Wismut zwischen den Jahren 1984 und 1993 nach AMERICAN BUREAU OF METAL STATISTICS 1994 ANONYM 1993 BARTHEL 1993 Einen vorl ufigen Abschlu in der Entwicklung der Wismut stellt die Trennung der Nebenbetriebe Wismut II vom eigentlichen Bergbaubetrieb Wismut I dar W hrend erstere seit 1 Januar 1992 als DFA Deutsche Fertigungs und Anlagenbau GmbH firmieren behielten die zu Sanierungsbe trieben umbenannten Bergbaubetrie
14. H A R c eeberg a N R f d S i 1 Uranlagerst tte f ch i Jat t t p EEN Johanngeorgenstadi o J tN IN Za A ep TI t AN Ba EE EE EENEG tal t tt ti P s S eh ae ab ab zb KEEN DE k t Tr D i SE ok 4 i A fk LE Lk Klingenthal x E J chymov tt t trH HH d T EE DEENEN t ee a Sat t E Hr tot t EH Abb 10 Vereinfachte tektonische bersichtskarte der Gera Aue Joachimsthal St rungszone zwischen St Joachimsthal und Zwickau sowie der Erzgebirgs und Gebirgsgranite in deren Umgebung ver ndert nach ZENTRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 B DER amp SCHUPPAN 1992 Tab 5 Lithostratigraphisches Profil f r die Lagerst tten zwischen Schlema und Alberoda ver ndert nach ATSCHEJEW 1967 zitiert nach B DER A SCHUPPAN 1992 Formation M chtigkeit Gesteine Magmatite Devon max 300 m grobk rnige Metadiabase Granit feink rnige Metadiabase Aplite geb nderte Metadiabase Biotitkersantit Kalke Chloritkersantit dunkle Schiefer Fruchtschiefer Glimmerfelse Skarne Skarnoide Silur 80 120 m Alaunschiefer Alaun und Kieselschiefer kohlenstoff hrende Kalke kohlenstoff hrende dunkle Schiefer Fruchtschiefer Glimmerfelse Ordovizium 150 120m dunkle Schiefer Fruchtschiefer Glimmerfelse Gr fenthal Hauptquarzit Gruppe dunkle kalkf hrende Schiefer Ordovizium 600 800m helle Serizit Muskovit Biotit Schief
15. 55 50 45 40 lt 35 Seed D E 304 9 25 SE 20 IER 10 E 5 N Ka M st LO e N N bal st LO LO Ka N O CH D CO N N N bel M Ko Ke Ko Ke oO Q Wes ES E oE Eo Eo ES E E SE E Eo oE ee Dee O E en 01 Abb 117 Boxplot der Massenkonzentration von Karbonat SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 D 7 E 6 4 pn gl MeS D E SS SS MEN NEEN DE z Ouni po fs a SA Mt BE 2 1 4 Bu 0 T kal b i x Ve N N M zt te te Kal Q oO D CH oO N N N bal bei Kl Kal Kal Kal Q Q O Q z Es JES IE E UE vE ES EO E E ce o E Eo E E E O Ra Abb 118 Boxplot der Massenkonzentration von Phosphat SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 205 90 80 70 60 Gesamth rte d 30 20 10 50 40
16. 8 5 20 4 7 08 8 5 20 3 nach 9 Stunden abgebrochen 8 5 20 3 5 50 8 5 20 3 10 15 718 8 5 20 3 10 07 803 8 8 5 20 3 8 09 772 5 7 2 4 Versuche mit Azofarbstoffen In zwei Versuchsreihen sollte gekl rt werden worauf die Farb nderungen des Bismarckbrauns beruhen Im ersten Versuch kamen jeweils 1 2 g Sporen in Reagenzgl ser die mit Salzs ure pH 2 destilliertem Wasser pH 6 oder Natriumhydroxid pH 11 gef llt waren Hierbei sollte getestet werden ob die Farb nderung auf pH bedingte Reaktionen der Farbstoffe zur ckgef hrt werden kann Weder nach 1 noch nach 2 Wochen waren an den Sporen organoleptisch erkenn bare Farb nderungen vorhanden Diese Erkenntnis f hrte zu einer zweiten Versuchsreihe mit Va riierung der chemischen Matrix des Wassers der Temperatur und der Bestrahlung Dazu wurden jeweils etwa 0 2 g Sporen mit 0 20 L Wasser unterschiedlicher Zusammensetzung und Temperatur Tab 45 vermischt und zwischen dem 18 M rz 1993 und 2 Mai 1993 im Labor beobachtet Die Ergebnisse des Versuchs dessen Dauer an der Verweilzeit der Sporen vom Mai und Juni 1992 ausgerichtet war sind in der Tabelle Tab 46 zusammengefa t Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 121 Tab 45 Versuchsanordnung um die Stabilit t unterschiedlicher Sporenf rbungen sowie Gr nde f r die Entf rbung der bismarckbraunen Sporen zu ermitteln Die Strahlenquelle 241 44 g Uran
17. Christian Wolkersdorfer 48 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 990 1035 1080 1125 1170 1215 1260 1305 1350 1395 1440 1485 1530 1575 DO 1620 1665 1710 Sohle T T T 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 Zuflu menge Ls Abb 15 Durchschnittliche Zuflu fmengen von W ssern unterhalb und auf der Sohle 990 in den Jahren 1970 bis 1982 Einheit in L s ver ndert nach SDAG WisMmuT 1991 Untersuchungen an Verwitterungszonen von Gneisen im Osterzgebirge haben k Werte zwischen 10 und 10 m s ergeben SAKER amp JORDAN 1977 was die Verwitterungszonen nach DIN 18130 als durchl ssig kennzeichnet In den L decken des Harzes bewegen sich die k Werte im gleichen Bereich zwischen 10 und 10 m s ALTERMANN amp W NSCHE 1991 Im Zuge des Bergbaus wurde festgestellt da die Verwitterungszone 100 m tief reichen kann und da bis zu 240 m Teufe eine Grundwasserbewegung im verwitterten Gebirge nachweisbar ist Nie derschlagsereignisse beeinflu ten die Wasserf hrung mit zeitlicher Verz gerung bis zu 300 m Teufe SDAG WismuT 1991 In der b hmischen Masse wurden f r diese Teufen k Werte von 107 10 ms bestimmt KARRENBERG 1981 im Schwarzwald 10 10 m s STOBER 1995 Ein vereinfachtes Schema des Aufbaus von Lo
18. Fl geln des Markus Semmler Stollens von denen der 41 m lange Radium Fl gel direkt unter dem ehemaligen Bad die hochaktivsten W sser lieferte GENSER 1932 Verantwortlich f r die hohen Radioktivit ten sind kurze Transportwege des Wassers vom Ort seiner Anreicherung mit Radon bis zu den Brunnen und Quellen SCHIFFNER et al 1911 M glicherweise wurden die Brunnen sogar am Ort der Anreicherung abgeteuft worauf hochra dioaktive Ausf llungen in einer Spalte im Radium Fl gel hinweisen GENSER 1932 Erste ver wertbare Analysen des Wassers aus der Bismarck und Hindenburgquelle die auszugsweise bei CARLE 1975 zitiert sind f hrte das Institut FRESENIUS im Jahre 1933 durch Tab 17 Weitere Analysenwerte gibt es f r die Zeit vor 1945 von Cobalt und Nickel die im flie enden Was ser des Markus Semmler Stollens 0 2 1 mg L Co und 0 05 0 1 mg L Ni betrugen In ste henden W ssern alter Grubenbaue stiegen die Werte auf 1 10 mg L Co und 3 mg L Ni sowie 0 05 mg L Ag an LEUTWEIN amp WEISE 1962 In den Jahren 1911 und 1962 flo en aus dem Markus Semmler Stollen j hrlich 5 9 10 m Wasser SCHIFFNER et al 1911 LEUTWEIN amp WEISE 1962 Dies entspricht der von der SDAG Wis mut zur Zeit des aktiven Bergbaus gehobenen Menge in Niederschlema Alberoda Kapitel 4 7 1 Christian Wolkersdorfer 52 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Tab 17 Chemische Zusammensetzung des
19. STOBER 1995 Die Wasserf hrung des kristallinen Grundgebirges 191 S 81 Abb 16 Tab Stuttgart Enke STOLL R amp BAUER D 1991 Anwendung geophysikalischer Verfahren zur Kontrolle und berwa chung technologischer Teilprozesse im untert gigen Erzbergbau Neue Bergbautechnik 21 427 431 11 Abb 1 Tab STRASBURGER E NOLL F SCHENK H SCHIMPER A F W SITTE P ZIEGLER H EHRENDORFER F amp BRESINSKY A 1991 Lehrbuch der Botanik f r Hochschulen 33 Aufl 1030 S 1023 Abb 50 Tab Stuttgart Jena New York Gustav Fischer Verlag STR BEL G amp ZIMMER S H 1982 Lexikon der Mineralogie 363 S 159 Abb Stuttgart Dt Taschenbuch Vert 1 STRUNZ H 1982 Mineralogische Tabellen 8 Aufl 621 S Leipzig Akademische Verlagsan stalt STUMM W amp MORGAN Jl 1981 Aquatic chemistry An introduction emphasizing chemical equi lipria in natural waters 2 Aufl 780 S New York Wiley amp Sons Christian Wolkersdorfer 180 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks THALHEIM K amp FIEDLER H J 1990a Granulometrische und mineralogische Zusammensetzung von Basissedimenten der pleistoz nen Deckschichten auf metamorphen und magmatischen Grundgesteinen im Osterzgebirge Abh d Staatl Mus f Min u Geol z Dresden 37 143 154 4 Abb 4 Tab Leipzig THALHEIM K amp FIEDLER H J 1990b Granulometrische und m
20. W sser In HOPPE W amp G SEIDEL Geologie von Th ringen 1000 S VEB Hermann Haack HENNINGSEN D amp KATZunG G 1992 Einf hrung in die Geologie Deutschlands 4 Aufl 228 S Stuttgart Enke HENTSCHEL B amp SCHEFFLER A 1991 Regionalf hrer Sachsen 198 S Berlin Tourist Verlag HERBERT H J 1989 Geochemische Vorg nge bei der Flutung des Kalisalzbergwerkes Hope Abschlu bericht des Teilvorhabens Geochemie des FE Vorhabens Hope 62 S 4 Tab 72 Abb im Anhang Neuherberg gsf Bericht H LTING B 1992 Hydrogeologie Einf hrung in die allgemeine und angewandte Hydrogeologie 4 Aufl 415 S Stuttgart Enke HoHL R 1985 Die Entwicklungsgeschichte der Erde 6 Aufl 703 S Hanau Main Dausien HOoPPE W amp SEIDEL G 1974 Geologie von Th ringen 1000 S VEB Hermann Haack HOTH K LORENZ W HIRSCHMANN G amp BERGER H J 1979 Lithostratigraphische Gliederungs m glichkeiten regionalmetamorphen Jungproterozoikums am Beispiel des Erzgebirges Z geol Wiss 7 397 404 2 Abb Berlin HURTIG E amp OELSNER C 1979 The Heat Flow Field on the Territory of the German Democratic Republic In CERM K V amp RYBACH L Terrestrial heat flow in Europe 186 190 3 Abb Berlin u a Springer INTERNATIONAL MINE WATER ASSOCIATION 1991 Proceedings of the 4 International Mine Water Congress In UNIVERSITY LJUBLJANA
21. ber Grubenflutungen aus der Literatur zeigt sich da in Nie derschlema Alberoda der Austritt stark schadstoffhaltigen Wassers aus dem Grubengeb ude in die Umwelt vermeidbar ist Dazu ist es notwendig die vertikalen Wasserwegsamkeiten soweit wie m glich zu unterbinden indem zwischen noch zu bestimmenden Sohlen Dammbauwerke einge bracht werden An offenen vertikalen Verbindungen die nicht vollst ndig hermetisierbar sind wer den Sickerw sser das Grubenwasser berschichten so da kein kontaminiertes Grubenwasser in die Umwelt gelangen wird Summary Hydrogeochemical conditions in the flood water of a uranium mine reservoir exploration at Nieder schlema Alberoda For reasons of economic viability and environmental considerations the former uranium mine Nieder schlema Alberoda near Aue in the Erzgebirge Ore Mountains has been flooded since 1991 Between 1945 and 1991 the Wismut Company produced approximately 81 000 metric tons uranium there for the Soviet Union Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 11 The vein deposit with pitchblende as the most important uranium ore is found in Ordovician to Devonian contact metamorphosed rocks and in regional metamorphosed rocks in the contact aureole of the Aue granite An open underground work of some 36 million m volume spread out over 50 main levels to a deepness of approximately 2000 metres is expected to be filled with water
22. 1 316 Berlin ZETZSCHE C 1994 Bestimmung regionaler Clarkewerte f r die Lithosph re und die Hydrosph re im Gebiet Schlema Alberoda ohne S Freiberg Unver ffentlichter Abschlu bericht zum Vertrag 1 39 2 00151 93 Christian Wolkersdorfer 182 11 11 1 br unli c C amp E CFD COV Cp CSB d DDR DEV DFA d dh DIN ds ds k dse FIW fs ksl g g G 9 g 1 a n 1 AG GBq Ges GH GmbH gs h Ho H h hz Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Verzeichnisse Abk rzungsverzeichnis viel kleiner als viel gr er als Chemische Aktivit t des Stoffes X Achsen gel ster Stoff in Reaktionsgleichungen spezifische W rmeproduktion Aplite Atom Absorptions Spektroskopie Adenosindiphosphat Aktiengesellschaft Gesamtfl che der Streckenwandungen Fl che der Auflockerungszone Varianzanalyse Analyses of Varianz S ureproduktionspotential Abdampfr ckstand Streckenquerschnitt Adenosintriphosphat wirksame Fl che der Streckenwandungen Abwetter berhauen Bohrkammer Becquerel Br unlich Konzentration Consulting amp Engineering Computational Fluid Dynamics Kovarianz spezifische W rmekapazit t chemischer Sauerstoffbedarf Kluftabstand Plattenabstand Deutsche Demokratische Republik Deutsche Einheitsverfahren Deutsche Fertigungs und Anlagenbau GmbH gesamte Flie strecke horizontale Flie strecke Deutsches Institut f r Normu
23. 100 50 0 j T j j j T j T j j T j j j T N Ka M x LO We N N bal st LO LO Ka N O oO D CH N N N bal bel Kl Kl Kl Kl oO Q z W N Abb 99 Boxplot der Me werte des Redoxpotentials SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 10 0 H 9 5 an 8 5 80 ae I E EX 75 7 0 Se A ll Fe EJ ER Gi H 6 0 T T l N bal mM x O q N N CO ki LO LO CO N O CH D CH CH N N N CO CO CO Ke Ke Ke CH CH CH CH x z TO me ea E E E he ee ee ar s E E E E E E E E E E E E E E E E o Abb 100 Boxplot der pH Me werte SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer 196 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 600 550 500 450 400 350 300 250 Filterr ckstand mg L 200 150 100 50 m 308 m 323 m 324 m 325 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 505 m 506 m 507 m 509 m 510 SaSiWa Abb 101 Boxplot der Masse des Filterr ckstands SaSiWa Sammelme stelle Sicker
24. 118 Abb 61 Ergebnisse der Sporenausz hlung aus den Proben des 22 links und 29 Juni 1992 rechts 119 Abb 62 Temperaturprofil des 23 November 1994 im Schacht 296 Il b mit Detaildarstellung des Temperaturprofils zwischen 610 und 624 m NN ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 127 Abb 63 Temperaturprofil des 21 November 1994 im Schacht 366 b ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 128 Abb 64 Temperaturprofil des 10 August 1993 im Schacht 366 II b 128 Abb 65 Temperaturverlauf im Schacht 366 II b zwischen 29 Juni 1992 und 28 September 1993 Jede Linie entspricht dem Temperaturverlauf in einer bestimmten Teufe Temperaturverlauf im Sumpfwasserk rper gestrichelt Die Dreiecke geben den Tag der Messung an 130 Abb 66 Temperaturprofil des 29 November 1994 im Schacht 371 ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 131 Abb 67 Temperaturprofil des 31 August 1993 im Schacht 371 II b 131 Abb 68 Temperaturverlauf im Schacht 371 Il b zwischen 24 August 1992 und 21 September 1993 Jede Linie entspricht dem Temperaturverlauf in einer bestimmten Teufe Temperaturverlauf im Sumpfwasserk rper gestrichelt Die Dreiecke geben den Tag der Messung an 132 Abb 69 Vereinfachter Vertikal und Horizontalschnitt Schachtscheibe des Schachtes 371 Il b Alle anderen Sch chte haben prinzipiell den gleichen Schnitt auch die F ll rter gleichen sich untereinander Die Schachtscheibe ist gegen ber dem Vertikalschnitt im Ma stab 1 2 vergr
25. 404 S Stuttgart Enke BRown A 1982 A validated theory of underground mine flooding Proceedings Ke International Mine Water Congress Budapest Hungary 411 428 Budapest B DER W amp SCHUPPAN W 1992 Zum Uranerzbergbau im Lagerst ttenfeld Schneeberg Schlema Alberoda im Westerzgebirge Schriftenreihe Gesellschaft Deutscher Metallh tten und Bergleute 64 203 221 9 Abb 2 Tab Clausthal Zellerfeld BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1992 Auswirkungen aus dem Uranbergbau und Umgang mit den Altlasten der Wismut in Ostdeutschland Antwort der Bundesregierung auf die gro e Anfrage der Abgeordneten Dr Klaus Dieter Feige Werner Schulz Berlin und der Gruppe B NDNIS 90 DIE GR NEN Deutscher Bundestag Drucksache 12 1 43 Bonn BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1993 Wismut Stand der Stillegung und Sanierung BMWI Dokumentation 335 1 35 Bonn BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1995 Wismut Fortschritte der Stillegung und Sanierung BMWI Dokumentation 370 1 34 Bonn BUNDESUMWELTMINISTERIUM 1994 Sanierung in den Uranbergbaugebieten der Wismut Zwi schenbericht des Bundesumweltministers liegt vor Umwelt 228 229 Bonn BUTTERMANN G 1988 Radioaktivit t und Strahlung In HANNS SEIDEL STIFTUNG Tschernobyl Medizin Technik 2 Aufl 98 S 13 Tab Percha Schulz CARLE W 1975 Die Mineral und Thermalw sser von Mitteleuropa 254 256 S Stuttga
26. 65 Abb 68 Abb 71 aber auch an den Leitf higkeits oder pH Messungen zu sehen In jedem Schacht k nnen zwei Schachtwasserk rper und soweit vorhanden ein Sumpfwasserk rper unterschieden werden Der untere Schachtwasserk rper wird oben vom Ende des F llorts auf der letzten angeschlagenen Sohle begrenzt der obere Schachtwasserk rper ist der Teil des Wassers oberhalb des F llorts vgl Abb 92c Abb 69 Charakteristikum des unteren Wasserk rpers sind relativ gleichbleibende Werte in den physikochemischen Parametern was auf gute konvektive Durchmischung hindeutet wohingegen sich die Werte im oberen Wasserk rper zur Wasseroberfl che hin graduell ver ndern Konvektive Str mung ist durch eine regelm ige oder unregelm ige nderung der Str mungs richtung und beispielsweise der Temperatur gekennzeichnet Oszillation GEBHART et al 1988 Alle station ren Messungen in den Sch chten des Bergwerks Niederschlema Alberoda zeigen im unteren Wasserk rper eine dergeartete Temperatur oder auch Leitf higkeitsoszillation Abb 73 Abb 74 vgl GEBHART et al 1988 UERPMANN 1980 Diese vorgenannten Merkmale lassen sich in ein Detailmodell der Flutung des Bergwerks Nieder schlema Alberoda bertragen wobei davon ausgegangen wird es l gen offene Thermosyphons bzw Fl ssigkeitskreise vor wie sie GEBHART et al 1988 beschreiben und wie sie BAU amp TORRANCE 1981a 1981b untersuchten Abb 92 An den Schachtw nden un
27. A 0 X S 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 35 Zeitliche Entwicklung der Manganmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen Juli 1991 und Dezember 1994 158 Wertepaare Legende siehe Tab 30 1600 1400 Eu E ige E en 107 Mg A 800 er Jg ef Sulfat mg GC lt O 600 400 200 A Am Q IS aB o 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 36 Zeitliche Entwicklung der Sulfatmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen Januar 1991 und Dezember 1994 213 Wertepaare Legende siehe Tab 30 Christian Wolkersdorfer 92 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 1350 a at aa A AAN A AB SNE dE Au BCE 1 Pa a o 1050 4 b Beef S a ey KA A A d n AAA ZB An oi EN R A Ra 900 a A S D Zo A E Se mA PR a A T T50 RET en T When Eh SCH KZer Aa O x ES A E 450 lee Bees vy 8 A v 300 4 X a f v 150 Q 0 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 37 Zeitliche Entwicklung der Hydrogenkarbonatmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen Januar 1991 und Dezember 1994 209 Wertepaare Legende siehe Tab 30 300 vy 250 e Sa SH o 200 SE ER A eo Xy wi v amp RK A 3 N o u 150 4 x e Ze p at g E oi A 2 ie 1 Af 7 Ra Lat er i A A o A A 100 ES o S A 50 S z e 0 1990 1991 1992 1993 1994 Abb
28. Crossen sowie des Tagebaus bei Ronneburg 22 Abb 5 Stark vereinfachtes und schematisiertes Raumbild der Lagerst tte Niederschlema Alberoda mit Sohlen und den im Text erw hnten Sch chten zusammengestellt nach Angaben der Wismut GmbH Die Sohlen ber dem Markus Semner Stollen sind nur angedeutet 23 Abb 6 bersichtsri der Sohle 990 des Bergwerks Niederschlema Alberoda nach Betriebsunterlagen der Wismut Stand 1 Oktober 1986 mit teilweisen Nachtr gen bis 1 Mai 1990 tektonische Elemente ver ndert nach B DER amp SCHUPPAN 1992 Qu Querschlag F Str Feldstrecke 24 Christian Wolkersdorfer 184 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Abb 7 Jahresproduktion von Yellow Cake durch die SDAG GmbH Wismut zwischen den Jahren 1984 und 1993 nach AMERICAN BUREAU OF METAL STATISTICS 1994 ANONYM 1993 BARTHEL 1993 27 Abb 8 Strukturgeologische bersichtskarte des Erzgebirges z T ver ndert aus LORENZ amp HOTH 1990 28 Abb 9 Modalzusammensetzung der OIC Granite n 33 und YIC Granite n 87 im STRECKEISEN Diagramm OIC Granite fallen in das Feld der Monzo Granite YIC Granite liegen an der Grenze Monzo und Syeno Granite nach STEMPROK 1992 A Alkalifeldspat P Plagioklas Q Quarz 1 b Quarzreiche Granitoide 2 Alkalifeldspat Granite 3 Syeno und Monzo Granite 4 Granodiorite 7 Quarz Syenite 8 Quarz Monzonite 32 Abb 10 Vereinfachte tektonische bersichtskarte der Gera Aue
29. E A BASSETT R L CRERAR D A FLORENCE T M FRITZ B HOFFMAN M HOLDREN JR G R LAFON G M MATTIGOD S V MCcDUFF R E MOREL F REDDY M M SPOSITO G THRAILKILL J 1979 A Comparison of Computerized Chemical Models for Equilibrium Claculations in Aqueous Systems American Chemical Society Symposium Series Che mical Modeling of Aqueous Systems 857 892 12 Tab Washington Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 177 NORTON D amp Knapp R 1977 Transport phenomena in hydrothermal systems the nature of porosity American Journal of Science 277 913 936 10 Abb 3 Tab Nowy W 1993 Endlager f r niedrig und mittelaktive Abf lle Felsbau 11 67 71 7 Abb Essen OBRIKAT D amp FUSBAN H U 1993 Bestimmung von Uranisotopen in Wasser Bundesamt f r Strahlenschutz Jahresbericht 1993 1993 146 149 2 Abb 3 Tab Braunschweig OELSNER O W 1951 Die Abh ngigkeit der Paragenese erzgebirgischer Lagerst ttenbezirke vom Intrusionsalter der zugeh rigen Granite Freiberger Forschungshefte C 3 24 34 Frei berg OELSNER O W 1958 Die erzgebirgischen Granite ihre Vererzung und die Stellung der Bi Co Ni Formation innerhalb der Vererzung Geologie 7 682 697 5 Abb 6 Bilder Berlin OELSNER C amp HURTIG E 1979 Zur geothermischen Situation im Erzgebirge Freiberger For schungsheft
30. Zeitliche Entwicklung der Arsenmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen Juli 1990 und Dezember 1994 264 Wertepaare Legende siehe Tab 30 88 Abb 33 Zeitliche Entwicklung der Radiumaktivit t f r Wasser des Typs G zwischen Januar 1991 und Dezember 1994 141 Wertepaare Legende siehe Tab 30 89 Abb 34 Zeitliche Entwicklung der Eisenmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen April 1992 und Dezember 1994 98 Wertepaare Legende siehe Tab 30 89 Abb 35 Zeitliche Entwicklung der Manganmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen Juli 1991 und Dezember 1994 158 Wertepaare Legende siehe Tab 30 91 Abb 36 Zeitliche Entwicklung der Sulfatmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen Januar 1991 und Dezember 1994 213 Wertepaare Legende siehe Tab 30 91 Abb 37 Zeitliche Entwicklung der Hydrogenkarbonatmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen Januar 1991 und Dezember 1994 209 Wertepaare Legende siehe Tab 30 92 Abb 38 Zeitliche Entwicklung der Chloridmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen Januar 1991 und Dezember 1994 212 Wertepaare Legende siehe Tab 30 92 Abb 39 Regressionskurve der Zeit bez glich des pH Werts f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 246 Wertepaare Legende siehe Tab 30 95 Abb 40 Zeitliche Entwicklung der Relation aus Gesamth rte und Alkalinit t nach der Formel von VOIGT 1990 zwischen Jan
31. der ber bzw Unters ttigung wird der Quotient SI S ttigungskoeffizient aus dem lonen aktivit tsprodukt IAP und dem temperaturabh ngigen L slichkeitsprodukt Kr der interessieren den Feststoffphase verwendet wobei unhandliche Zahlenwerte durch Logarithmierung vermieden werden Eine bers ttigung wird dann durch ein positives eine Unters ttigung durch negatives SI ausgedr ckt BALL amp NORDSTROM 1991 w hrend im ges ttigten Zustand SI 0 ist Die Definition des S ttigungskoeffizienten lautet wie folgt ei ora 41 L T Tab 37 Minerale und Phasen die aufgrund ihrer S ttigungskoeffizienten entscheidend f r die chemische Zusammensetzung des Grubenwassers sind SI S ttigungskoeffizient X Mineral wurde f r die Lagerst tte Niederschlema Alberoda bereits beschrieben Mnz AsO 8H 0 kommt als Mineral nicht vor Mangan H rnesit ist Mn Mg s AsO4 2 8H50 STRUNZ 1982 Phase kommt nicht als Mineral vor Berechnungen der S ttigungskoeffizienten mit WATEOAE und dessen Standard datensatz Mineral Formel Beschrieben SI Calcit CaCO X 0 5 1 Dolomit CaMg CO3 2 X D 2 Magnesit MgCO D 0 5 Siderit FeCO x 0 Strontianit SrCO 3 1 4 0 4 Rhodochrosit MnCO x 0 Huntit CaMg CO 4 0 Gips CaSO X 1 0 5 Baryt BaSO x 0 4 Coelestin SrSO4 1 0 6 Jarosit KFes OH s S04 2 2 2 Alunit KABL OH e S04 2 0 2 Fluorit Cat X 0 5 Goethit FeOOH X 8 Gibbsit AI OH s 2 CuFe 0 16
32. die Annahme nicht zutrifft kleiner als 0 01 ist Stati stisch signifikante Testergebnisse deuten daher auf einen systematischen Zusammenhang zwi schen zwei Testgr en hin Christian Wolkersdorfer 76 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Liegt eine normalverteilte Stichprobe mit n Werten vor so kann ein Ausrei er x mit der Sicherheit S 1 a daran erkannt werden da er einen Schwellenwert Xiu 4 berschreitet STANGE 1970 Der Schwellenwert bestimmt sich zu Xw1 a H FO Un 1 a 24 mit 25 wobei Un grafisch ermittelt errechnet oder aus Tabellen abgelesen werden kann DOERFFEL 1965 stellt eine hnliche Methode nach GRAF HENNING GOTTSCHALK und DEHMEL zitiert aus DOERFFEL 1965 vor Um einen Ausrei er x zu erkennen werden Mittelwert x und Standardabweichung s der Stichprobe ohne den ausrei verd chtigen Wert ermittelt x kann dann als Ausrei er angesehen werden wenn gilt Xn lt gt X Le g1i a n 1 26 g 1 n 1 wird in Abh ngigkeit von der geforderten statistischen Sicherheit grafisch bestimmt und kann f r 4 lt n lt 1000 angewendet werden Der h ufig verwendete NALIMOV Test KAISER amp GOTTSCHALK 1976 oder r Test GOTTSCHALK amp KAISER 1976 auf Ausrei er soll nicht mehr verwendet werden da er statistisch unkorrekt ist KAISER amp M HLBAUER 1983 Dies u ert sich in einer Bildung von Wertekollektiven mit einer Streuung die nicht dem angewan
33. eine gegenseitige Kontamination zu vermeiden erfolgte zwischen beiden Beschickungen 19 Stun den lang eine Sp lung des Rohrleitungssystems mit 100 m Wasser in der Stunde Unter der Annahme da sich die Sporen statistisch im Grubenwasserk rper verteilen m te ein Liter Flutungswasser etwa 80 Sporen jeder Farbe enthalten F r den Sporennachweis im abgepumpten Wasser mu te diese theoretische Zahl gen gen um insgesamt wenigstens eine Spore pro Farbe und Liter Wasser nachweisen zu k nnen MAURIN amp Z TL 1960 geben einen Ausfall von 99 an Schacht 366 II b Sohlen 1260 p 919 5 m NN i Wasserst nde 1305 lt Entnahmestelle i a ae 963 9 SSES 22 29 Juni 1992 5 Juni 1992 e e Es S 11 Mai 1992 1350 JLE l 1008 2 Gesenk Ill 1395 1053 7 1440 lt Ek 1099 1 Aufgabestelle fuchsinfarbene Sporen 1485 12 Mai 1992 1144 6 1530 1190 0 1575 z pr 1235 5 1620 __ Es Se SS 1280 9 Es 2 I IN Aufgabestelle bismarckbraune Sporen 1665 S 1325 7 Schacht 383 b 11 Mai 1992 Abb 59 Geometrische Verh ltnisse beim Lycopodium Versuch Nur die wichtigsten Sch chte 383 b Ge senk Ill 366 II b und Sohlenrisse 1260 1305 1395 1620 sind vereinfacht dargestellt Zur Einordnung in das gesamte Grubengeb ude vergleiche Abb 5 Christian Wolkersdorfer 118 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Betriebsbedi
34. higkeit pH Wert Temperatur SiO H2S NH4 O2 Nach dem Einlesen der Eingabedatei die durch das selbst erstellte VISUAL BASIC Programm MICROSOFT CORPORATION 1993b WIN_WQ4F aus einem MS Access Datensatz MICROSOFT CORPORATION 1994 erzeugt wurde berpr ft WATEQ4F die Eingabe auf die prozentuale Differenz der Kationen Anionen Bilanz Gleichung 40 ZKationen ZAnionen 100 ZKationen ZAnionen 0 5 Alonen 40 und f hrt die iterative Berechnung durch wenn deren Betrag kleiner als 30 ist WATEQ4F be rechnet dann f r maximal 648 feste Phasen und 366 gel ste lonen Spezies verschiedene Para meter Tab 35 deren Menge in Abh ngigkeit von der Anzahl der eingegebenen Analysenwerte Tab 36 4 12 eng bedruckte DIN A4 Seiten betragen kann Um diese Datenmenge verarbeiten zu k nnen extrahiert WIN_WQ4F aus der Ausgabedatei von WATEQ4F die Parameter der festen Phasen Tab 35 die dann mit MS EXCEL MICROSOFT CORPORATION 1993a und SigmaPlot JANDEL SCIENTIFIC 1994a grafisch dargestellt werden Nicht alle Wasseranalysen der Wismut GmbH beinhalten die Parameter Temperatur pH Wert und Redoxpotential die f r die Berechnungen von WATEQ4F notwendig sind Auch andere f r die Be rechnung wichtige Parameter fehlen mitunter Daher wurden nur die Analysen verwendet bei de nen zumindest Ca Mg Na 50 HCO CI As und U angegeben waren Die fehlenden Tempe raturen pPH Werte und Redoxpotentiale wurden basieren
35. l t sich ablesen da der pH Wert unterhalb der Sohle 1305 pl tzlich um 0 6 Einheiten ansteigt Dieser Anstieg geht einher mit einem ebenso pl tzlichen Temperaturabfall Abb 67 Eine Erkl rung daf r konnte nicht gefunden werden 7 4 3 Redoxpotential Aus den relativen Aktivit ten der oxidierten und reduzierten Wasserinhaltstoffe ergibt sich das Re doxpotential eines w rigen Systems Es wird auf das Potential der Standardwasserstoffelektrode bezogen obgleich die Messung meist mittels einer Platinelektrode erfolgt Zur Umrechnung mu zu dem Me wert daher eine temperaturabh ngige Konstante addiert werden VoI GT 1990 Formelm ig wird dieser Zusammenhang durch die NERNSTsche Gleichung ausgedr ckt STUMM amp MORGAN 1981 n RT IL 10x In 10 RT E E Zn io _ Indo RT 50 n E nF I Red j F mit Er Standardpotential der Reaktion V R Gaskonstante 8 31441 J K mol T Temperatur K n an der Reaktion beteiligte Elektronen 1 F FARADAY Konstante 9 64846 10 mol IKOx II Red Aktivit ten der oxidierten bzw reduzierten Spezies 1 Zum jetzigen Zeitpunkt ist nicht abschlie end gekl rt ob die Messungen des Redoxpotentials im Bergwerk Niederschlema Alberoda den wirklichen Redoxpotentialen im Grubenwasser entspre chen Derzeit versuchen Sondenhersteller Me elektrodenhersteller DFA C amp E und die Wismut GmbH herauszufinden inwieweit die Me werte zutreffen Fest steht da die Berechn
36. m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 0 18 0 16 0 14 0 12 0 10 0 08 Cu mg L 0 06 0 04 0 02 0 00 m 107 m 308 m 323 m 324 m 325 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 505 m 506 m 507 m 509 m 510 SaSiWa Abb 126 Boxplot der Massenkonzentration von Kupfer SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 209 50 45 40 35 30 25 H SiO mg L 20 IT ap Pe H T T T T T M x un N N bei ka Kei be Kai D CH bal CH N N N M bei Kai Kai Kai Kai oO oO Q Leg ES T 9 9 Q amp Q V a GG ZG SS SG Q QR Q ZS E E E E E E E E E E E E E E E E W N Abb 127 Boxplot der Massenkonzentration von Silikat SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 0 040 0 035 0 030 0 025 0 020 Pb mg L 0 015 0 010 0 005
37. m 509 m 510 SaSiWa 400 350 300 250 200 Ca mg L 150 100 50 m 107 m 308 m 323 m 324 m 325 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 505 m 506 m 507 m 509 m 510 SaSiWa 197 Boxplot des Chemischen Sauerstoffbedarfs SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 Abb 104 Boxplot der Massenkonzentration von Calcium SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer 198 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 300 275 250 D 225 200 er Ser So ae are Sn ii LI H D E 1504 Fi D gt 2 15 1004 s d H AN Fe ZE Po El UL N 50 t alle u 25 0 T T T T N Ka M x LO e N N N st LO LO Ka N ez CH D ES CO N N N M bel Kl Kl Kl Kl oO oO gt CO Wes ES E E E E
38. o g GR o o D O o 0 0 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 31 Zeitliche Entwicklung der Arsenmassenkonzentration f r Wasser des Typs S zwischen Juli 1990 und Dezember 1994 180 Wertepaare Legende siehe Tab 30 9 A A 84 m Er x Ge R ap 7 a Aa A Za vata ar A Non D a v B BE sa AA IN EN 6 A An A 2 An m A An e a m K d o A el N ON et aT e E D DN E ur Terz E A A E SC GR S o A AA A e o A D Bi E gA EE WE Geff o lt o8 8 p A g A 34 Dia A Ce o a A o 2 Q A O 2 wo A o y 8 o ZS Oe 1 Yy v lt A A v 0 Ko E E 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 32 Zeitliche Entwicklung der Arsenmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen Juli 1990 und Dezember 1994 264 Wertepaare Legende siehe Tab 30 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 89 5000 A 4000 4 b A Be S z i AA bel A A A o A oO ie Wes o Dr 2 i i 3000 A ti x K A o An E Sat E A i Ag A S A a A O A AA z X a p L ZS 2000 4 M A A HA Ak A A a np A B e A D A Dag Go Zr a a g wie A T ma R 1000 ss rn Pa a u u RT Tun na A Aa A N A A A O d d 0 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 33 Zeitliche Entwicklung der Radiumaktivit t f r Wasser des Typs G zwischen Januar 1991 und De zember 1994 141 Wertepaare Legende siehe Tab 30
39. re die Temperatur unterhalb dieser Sohle konstant f llt dar ber hingegen zwischen der nicht angeschlagenen Sohle 900 und 990 um 0 2 K von 35 9 C auf 35 7 C ab Abb 66 Der kleine Knick 8 9 m oberhalb des Sohlenniveaus ist genau in H he des bergangs vom Schacht zum F llort vgl Abb 69 und belegt da physikochemische nderungen entweder dort oder wie bei anderen Sch chten beobachtbar in H he der Schwenkb hnengrube auftreten 7 3 8 Schacht 371 Il b Ellipse 7 3 8 1 Vertikales Temperaturprofil Im Schacht 371 Il b wurden die Temperaturen von der Sohle 990 aus gemessen Dazu hatte die Wismut GmbH ber dem V Schachttrum eine h lzerne Arbeitsb hne mit einer zentralen ffnung montiert Die Messungen konnten nur bis 325 m unterhalb der Arbeitsb hne durchgef hrt werden da im Schacht zwischen den Sohlen 1350 und 1305 ein Damm eingebracht worden war Er sollte w hrend der Betriebsphase den Radonaustausch verhindern Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 131 Insgesamt zeigen die Messungen hnlichkeiten mit denen des Schachtes 366 II b was den verti kalen und zeitlichen Temperaturverlauf angeht Abb 67 Ebenso wie dort ist die Temperatur zwi schen zwei Sohlen meist konstant zeigt nach dem berfluten einer Sohle einen R ckgang und in einigen Teufe m NN Abb 66 Teufe m NN Abb 67 Sohlenniveaus um bis zu 0 2 K abfallende oder ans
40. ss fs Phyllit helle Fruchtschiefer ss ks kohlenstoffhaltiger dunkler Phyllit gs helle Glimmerfelse ud td feink rnige und geb nderte Metadiabase pd grobk rnige Metadiabase vgl Tab 5 Bezeichnungen der Profile entsprechen der Bezeichnungsweise der SDAG GmbH Wismut von der aus die Lagerst tte blicherweise in zwei L ngsprofilen A A B B in SW NE Richtung und acht Querprofilen 1 1 8 8 in NNW SSE Richtung dargestellt wurde Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 39 Tab 7 Charakterisierung der Erzg nge im Schlemaer Raum nach B DER amp SCHUPPAN 1992 Signaturen geben die St rke der Uranvererzung an keines wenig viel sehr viel Streichrichtung Einfallsrichtung Beispiele Uranerz WSW ENE NNW Union Gera Erna WNW ESE saiger Bad Elster NW SE SW Roter Kamm Ruhmvoll Schwerin Beryll NE SW NW Morgeng nge in Oberschlema Der Rote Kamm trennt auch die historische Silbererzlagerst tte von Schneeberg Neust dtel deren Vorkommen im 16 Jahrhundert ersch pft waren B TTCHER et al 1991 und die Uranlagerst tte Niederschlema Alberoda sowie Oberschlema Ihren Namen hat die bis zu 10 Meter m chtige St rungszone von Eisen und Manganoxiden die zusammen mit Quarz Baryt und Fluorit der eba Formation BAUMANN 1968 in den St rungsbreccien und letten vorkommen Der 5600 m lange SCHIFFNER et al 1911 Rote Kamm f
41. ttigungskoeffizienten entscheidend f r die chemische Zusammensetzung des Grubenwassers sind SI S ttigungskoeffizient X Mineral wurde f r die Lagerst tte Niederschlema Alberoda bereits beschrieben Mn3 AsO 2 8H 0 kommt als Mineral nicht vor Mangan H rnesit ist Mn Mg s AsO 4 2 8H20 STRUNZ 1982 Phase kommt nicht als Mineral vor Berechnungen der S ttigungskoeffizienten mit WATEQAF und dessen Standarddatensatz 105 Tab 38 Ausgew hlte Uran und Arsenminerale mit theoretischen Uran und Arsenmassenkonzentrationen die im Grubenwasser notwendig w ren um eine S ttigung gegen ber dem entsprechenden Mineral zu bekommen Keine der Zahlen stellt wirklich erwartbare Massenkonzentrationen dar vielmehr handelt es sich um rechnerische Massenkonzentrationen um den Grad der Unters ttigung zu veranschaulichen 107 Tab 39 Qualitative Korrelation zwischen ausgew hlten Arsenphasen und dem CO Partialdruck pCO Abdampfr ckstand AR pH Wert und der Arsenmassenkonzentration keine Korrelation vorhanden 108 Tab 40 Qualitative Korrelation zwischen ausgew hlten Uranphasen und dem CO Partialdruck pCO Abdampfr ckstand AR pH Wert und der Uranmassenkonzentration keine Korrelation vorhanden 108 Tab 41 Verh ltnis von Arsen lll zu Arsen V und von kolloidal sowie kationisch und anionisch gebundenen Arsenspezies im Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda Die Abweichung der 1 Analyse gegen ber den folge
42. um den Grad der Unters ttigung zu ver anschaulichen Uranmineral Gleichgewichtskonzentration Arsenmineral Gleichgewichtskonzentration Na Autunit 400 mg L Mangan H rnesit 450 mg L Schoepit 670 mg L Skorodit 2900 mg L lanthinit 700 mg L Mansfieldit gt gt 10 000 mg L Rutherfordin 780 mg L K ttingit gt gt 10 000 mg L K Autunit 1050 mg L Annabergit gt gt 10 000 mg L Autunit 1100 mg L Claudedit gt gt 10 000 mg L Saleeit 1200 mg L Arsenolit gt gt 10 000 mg L Sr Autunit 1800 mg L Bassetit 2200 mg L Gummit 2500 mg L Uranocircit 2500 mg L Przhevalskit 2600 mg L Uraninit 2800 mg L H Autunit 4200 mg L Christian Wolkersdorfer 108 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Entsprechend der Vorgehensweise bei den Arsenmineralen wurde f r die Uranminerale verfahren Dabei zeigte sich zwischen den vier Mineralen und dem CO Partialdruck dem Abdampfr ckstand dem pH Wert und der Uranmassenkonzentration kaum eine Korrelation Tab 40 Gleiches ist f r die Sulfat und die Phosphatmassenkonzentration zu beobachten Auch die Korrelation mit anderen physikochemischen Parametern des Grubenwassers erbrachte f r Schoepit Rutherfordin und lanthinit keine signifikanten Ergebnisse Lediglich Na Autunit ist mit Sr rp 0 795 S0 rp 0 686 U rp 0 656 Mn rp 0 640 und Feges rP 0 559 signifikant positiv korreliert Aus dem zeitlichen
43. und Metall bergwerken ist die Oxidation von Sulfiden zu Sulfat wobei die Pyritoxidation an erster Stelle zu nennen ist Daneben spielt die L sung von Silikaten oder Karbonaten eine Rolle Tab 24 Tab 24 Auswahl von Verwitterungsvorg ngen die in einem Bergwerk ablaufen k nnen STUMM amp MORGAN 1981 SIGG amp STUMM 1994 Art Verwitterungsreaktion Kongruente L sung SiO2 s 2 H20 ca H4SiO Inkongruente L sung 3 K AISi3O s 2 Hat 12 H2O gt 2 K 2 HCO 6 H SiO KALI OH JAlSisO40 S Redoxreaktion PbS s A Mn304 s 12 H2O gt Pb SO 12 Mn 24 OH Der Verwitterungsvorgang ist im allgemeinen nicht auf die neu geschaffenen Oberfl chen der Strecken Sch chte und Abbaue beschr nkt sondern reicht weit in die vorhandenen und neu ge schaffenen Kl fte und Mikrokl fte der Auflockerungszonen hinein Kapitel 8 2 Prinzipiell entspre chen die Vorg nge denen die in der Verwitterungszone von Erzlagerst tten ablaufen und zur Bil dung der Oxidations und Reduktionszone von chemischen Verwitterungslagerst tten f hren Mit den meteorischen W ssern Sickerwasser die durch die Infiltrationszone Sickerzone und tief greifende St rungen in das Bergwerk gelangen werden die Reaktionsprodukte in das Grubenwas ser transportiert In sickerwasserfreien Bereichen hingegen l st das ansteigende Flutungswasser die Reaktionsprodukte erst nach Einstellung der Grubenwasserhaltung heraus Die Pyritoxidati
44. 1 2 der Wismut GmbH Chemnitz und der Hanns Seidel Stiftung M nchen Christian Wolkersdorfer 10 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 2 Zusammenfassung Aus wirtschaftlichen und umweltrelevanten Gr nden wird seit 1991 das ehemalige Uranbergwerk Niederschlema Alberoda bei Aue im Erzgebirge geflutet Dort produzierte die Wismut zwischen 1945 und 1991 etwa 81 000 t Uran f r die Sowjetunion Die Ganglagerst tte mit Pechblende als wichtigstem Uranerz befindet sich in kontakt und regio nalmetamorph ver nderten ordovizischen bis devonischen Gesteinen im Kontaktbereich des Auer Granits Ein offener Grubenraum mit etwa 36 Millionen m Volumen der sich auf 50 Hauptsohlen bis zu einer Teufe von etwa 2000 Metern verteilt wird durch die voraussichtlich bis ins Jahr 2000 andau ernde Flutung mit Wasser gef llt Von der Tagesoberfl che aus dringen Niederschlagsw sser in das Gebirge ein und gelangen als Sickerw sser ber die Grubenbaue in das Grubengeb ude Dauerhafte Sickerwasserzufl sse aus Kl ften und St rungen sind selten unterhalb eines bestimm ten Niveaus fast gar nicht vorhanden Wie die statistischen und hydrogeochemischen Auswertungen von Analysen mit jeweils bis zu 60 Parametern zeigen lassen sich die W sser im Bergwerk drei Typen zuordnen Sickerw sser in termedi re W sser und Grubenwasser Alle drei Typen weisen signifikant unterschiedliche chemi sche Charakteristika auf wobei Sicker
45. 1170 heraus Ein hnlicher Effekt konnte drei Monate lang 5 Oktober 1992 4 Januar 1993 auf Sohle 1260 beobachtet werden der allerdings nicht mit einer einzelnen Rohrleitung in Zusammenhang stand sondern mit Wasser aus der Strecke Um zu berpr fen ob sich die Temperatur zus tzlich in der Horizontalen ndert wurde am 7 De zember 1992 im Il Schachttrum 1 m ber der Sohle 1305 962 71 m NN der horizontale Tempe raturverlauf untersucht Zus tzlich zum Me wert in der Mitte des IV Trums wurden drei Werte im II Trum bestimmt etwa 20 cm vom Ill Trum entfernt wobei der erste in der Mitte die beiden anderen jeweils 50 cm von der Schachtabmauerung entfernt lagen Abb 69 Alle vier Werte zeigten bereinstimmend eine Temperatur von 40 1 C an Trotz vieler kleinerer Temperaturschwankungen in den Profilmessungen lassen sich drei charakte ristische Merkmale aller Messungen herausstellen e Temperaturabfall nach dem berfluten einer angeschlagenen Sohle e nahezu konstante Temperatur zwischen zwei angeschlagenen Sohlen e geringf gige Temperatur nderungen im F llortbereich Bei den Temperatur nderungen im F llortbereich zeigte sich die der Sohle 1215 am best ndig sten Seit berflutung dieser Sohle im Oktober 1992 gab es dort bei fast jeder Messung eine Tem peraturerh hung oder erniedrigung um bis zu 0 2 K An anderen Sohlenniveaus war eine solche Temperaturerh hung weniger stark ausgepr gt 7 3 6 2 Zeitlicher
46. 1350 des Schachts 372 b ist zwischen dem 28 April 1993 und 8 Juni 1993 ein deutlicher Temperaturabfall von 0 1 1 0 K zu beobachten der mit gro er Wahrscheinlichkeit auf die Zufuhr kalten Wassers zur ckzuf hren ist Aus dem Profil l t sich allerdings ablesen da schon nach wenigen H henmetern der Kaltwassereinflu nicht mehr vorhanden ist hnliche Effekte zeigen die Temperaturprofile der Sch chte Hope und Adolfsgl ck w hrend deren Flutung HERBERT 1989 Dort ist die Dichteschichtung in erster Linie auf die Salinit t zur ckzuf hren In UERPMANN 1980 findet sich die Abbildung einer seit 50 Jahren abgesoffenen Schachtr hre des Kalisalzbergbaus in der ber 100 H henmeter eine mehr oder weniger stetige Temperaturabnahme um 8K zu beobachten ist ohne da Kaltwasserzufl sse vorhanden w ren Anscheinend ruft das Sickerwasser nur eine geringe lokale Temperaturver nderung hervor Durch den gro en Energieinhalt des bereits im Bergwerk vorhandenen Wassers ca 10 10 m wird die Temperatur durch die w chentlich 5 8 o zus tzlich zuflie enden Wassers kaum beeintr chtigt ca 0 01 K rechnerische Temperaturerniedrigung Die Konvektion in gro en Bereichen des Berg werks durch die einheitlichen Temperaturprofile einiger Sch chte belegt sorgt dar ber hinaus f r eine schnelle Durchmischung des Wasserk rpers 7 6 4 Genereller Wiederanstiegsprozess Nach dem Abstellen der Grubenwasserhaltung steigt bzw stieg das Gru
47. 1962 Mit dem Einsenken des WSW ENE streichenden Eger Grabens geht das allm hliche Einkippen des Erzgebirges einher in dessen Gefolge im Burdigalium der Erzgebirgsabbruch entstand PIETZSCH 1962 An diesem ist die s d stliche Scholle gegen ber der nordwestlichen um runde 1000 m abgesunken Dorn et al 1992 Durch die Heraushebung des Erzgebirges kommt es zu einer tiefgreifenden Erosion der Hochscholle des Erzgebirges mit teilweiser Reliefumkehr z B P hlberg bei Annaberg Buchholz was auf eine vorherige tiefgr ndige Gesteinszersetzung zu r ckgef hrt wird PIETZSCH 1962 4 5 1 11 Quart r Das Erzgebirge war w hrend des Quart rs eisfrei so da glaziale Sedimente fehlen Seine s d lichste Grenze hatte das Eis in Sachsen w hrend des Mindelglazials Elster Kaltzeit als es etwa Christian Wolkersdorfer 34 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks bis zur NE SW verlaufenden Linie Reichenbach Chemnitz Nossen und der NW SE verlaufenden Linie Nossen Dresden Bad Schandau vordrang Eine der wenigen bekannten interglazialen Ablagerungen stammt aus dem Eem Interglazial und war am Kl sterlein von Aue aufgeschlossen Interglazial von Aue PIETZSCH 1962 Dort beschrie ben BECK amp WEBER 1897 Schotter Lehm Ton und Torf in dem verschiedene interglaziale Pflan zen vorkamen die jedoch von WOLF 1991 in das Brorup Interstadial gestellt werden Aus dem W rm Glazial Weichsel Kaltzeit sta
48. 1978 Um die Wende vom 19 zum 20 Jahrhundert waren die Vorr te im wirtschaftlich erreichbaren Teufenbereich ersch pft und es begann schrittweise die 1913 beendete Stillegung der erzgebirgi schen Silberbergbaue BEEGER et al 1988 Den Autarkiebestrebungen des 3 Reiches und der nachfolgenden SED Diktatur entstammt die vorerst letzte Bergbauperiode des Erzgebirges Zwischen 1937 und 1990 wurden Blei Zink Zinn und Uranerze an verschiedenen Stellen des Erzgebirges gewonnen und die F rdermengen ber stiegen bei allen Erzen die Summe der vorherigen Abbauperioden Bei den Uranerzen war das Erzgebirge sogar der drittgr te Produzent der Welt BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1993 Christian Wolkersdorfer 26 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 4 4 2 Von der AG Wismut zur Wismut GmbH Schon bevor Otto HAHN und Fritz STRASSMANN im Dezember 1938 die Kernspaltung entdeckten KIRCHHEIMER 1978 wurden im Erzgebirge Uranerze f r technische Prozesse und zur Farbenher stellung gewonnen Der Hauptfundort f r Uranerze war St Joachimsthal J chimov in B hmen Vor allem nachdem P CURIE M CURIE und G BEMONT im Jahre 1898 das Radium gefunden hat ten kam es im Erzgebirge zu verst rkter Uranerzf rderung KIRCHHEIMER 1978 Verglichen mit den Mengen die nach 1945 abgesetzt werden konnten ca 100 000 t metallisches Uran waren diese mit etwa 1000 t jedoch gering zusammengestellt nach KIRCHHEIMER 1978
49. 1990 3 1990 3 1990 4 1990 4 1990 12 1990 17 Februar 1964 Schwabach Mfr Deutschland Deutsch Horst Wolkersdorfer Rundfunk und Fernsehmechanikermeister Roswitha Wolkersdorfer geb Steiner Gesch ftsf hrerin verheiratet mit Ulrike geb Biller seit 30 6 1990 Grundschule Wendelstein Hauptschule Wendelstein Gymnasium Roth mathematisch naturwissenschaftlicher Zweig Friedrich Alexander Universit t Erlangen N rnberg Geologiestudium Technische Universit t Clausthal Geologiestudium Diplomarbeit ber Blei Zink Lagerst tten der n rdlichen Kalkalpen Grundausbildung Luftwaffe Roth Mfr Luftwaffenkommando K ln Geologischer Dienst Luftwaffenunterst tzungskommando Karlsruhe Arbeitsverh ltnisse 1989 1991 1995 Stipendium 1988 1991 1993 Wissenschaftlicher Angestellter bei Computer Operator Fa Quelle F rth Univ Prof G Reik Ph D Technische Universit t Clausthal Abteilung Ingenieurgeologie Tiroler Landesregierung Innsbruck Hanns Seidel Stiftung M nchen Christian Wolkersdorfer 194 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 13 Tabellen und Abbildungsanhang 40 Sen E IL 35 E Ge 30 B SE e we
50. 1991 Die Niederterassen der Zwickauer Mulde der Chemnitz und der Zschopau Z geol Wiss 19 347 363 5 Abb Berlin WOLF R 1995 Der Wiederanstiegsproze des Grubenwassers bei der Flutungen von Bergwer ken 37 S 22 Abb TU Clausthal Studienarbeit WOLKERSDORFER Ch 1992 Sanierung der Wismut Uranbergwerke Wasser Luft und Boden 6 23 29 1 Abb WOLKERSDORFER Ch 1993 1 Bericht zum Kooperationsvertrag zwischen der WISMUT GmbH und der Abteilung Ingenieurgeologie 59 S 29 Abb 16 Tab Clausthal Unver ffentlichter Bericht WOLKERSDORFER Ch 1994 Changes in mine water hydrology during the flooding of an aban doned uranium mine in the Erzgebirge Saxonia Germany Abstracts of the 3 International Symposium on Environmental Geochemistry Krak w 447 448 1 Abb 1 Tab Krak w WOLKERSDORFER Ch 1995 2 Bericht zum Kooperationsvertrag zwischen der WISMUT GmbH und der Abteilung Ingenieurgeologie 107 S 45 Abb 16 Tab Clausthal Unver ffentlich ter Bericht YAMANE T 1976 Statistik Ein einf hrendes Lehrbuch 858 S 15 Tabellen Frankfurt M Fischer ZENTRALES GEOLOGISCHES INSTITUT 1968 Grundri der Geologie der Deutschen Demokratischen Republik 623 S Berlin Akademie Verlag ZENTRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 Silicic Magmatism and Metallogenesis of the Erzge birge Ver ffentlichungen des Zentralinstituts f r Physik der Erde 107
51. 2Pb OH 2 4H20 60 Galenit galena galenite PbS 61 18 Gips gypsum Ca S04 2H20 62 110 Goethit goethite a FeOOH 63 Granat Grossular garnet Cas3Alz SiO4 3 64 Guanajuatit guanajuatite Biz Se S s 65 600 Gummit gummite gummy matter Formeln s Tab 9 66 108 H matit hematite Fe 67 Hessonit hessonite Ca Al Fe SiO4 s 68 Klockmannit klockmannite CuSe Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 Nr WATEQ4F 107 235 189 415 197 114 183 53 101 501 190 564 286 37 629 573 632 145 Name Kobaltpentlandit Kupfer Lautit Limonit L llingit Luzonit Magnetit Malachit Manganit Markasit Maucherit Mgriit Miargyrit Millerit Molybd nit Muskovit Naumannit Nickelin Orthoklas Para Rammelsbergit Pharmakolith Polybasit Proustit Psilomelan Pyrargyrit Pyrit Pyrolusit Pyromorphit Pyrophyllit Pyrostilpnit Pyrrhotin Quarz Rammelsbergit Realgar Rhodochrosit R lerit Safflorit Scheelit Sch rl Selen Siderit Silber Skorodit Skutterudit Smythit Sphalerit Stephanit Sternbergit Stetefeldtit Symplesit Talk Tennantit Tetraedrit Torbernit Tujamunit Ullmannit Umangit Uraninit Uranophan Uranopilit Uranospinit Vaesit Weilit Whewellit Wismut Witherit Wolframit Wollastonit Wurzit Xanthokon
52. 33 38 264 71 1 54 0 12 17 47 2 07 0 10 15 86 8 41 6 30 2 64 0 22 2 08 0 12 0 179 0 03 0 005 0 02 0 006 0 03 7 06 0 179 0 021 0 008 1013 33 0 001 0 001 0 90 0 14 Christian Wolkersdorfer 68 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Tab 29 Analysenmethoden der beiden Labors in Aue und Chemnitz Gr na Br Cs H2S I Rb Si SiO2 und Th wurden in Fremdlabors analysiert Nichtkarbonath rte berechnet Einheiten in Tab 28 Parameter Ag A Abdampfr ckstand As B Ba Be Bi Ca Cd CI Co CO Cr Chemischer Sauerstoffbedarf Cu Eh E Fe Filterr ckstand Gesamth rte H gt SiO3 HCO Hg K Karbonath rte Leitf higkeit Mg Mn Mo Na NH Ni NO NO O2 Pb pH PO Ra Sb Se so Sr Total Organic Carbon U V Zn Christian Wolkersdorfer Aue nicht analysiert nicht analysiert DIN 38409 H1 1 photometrisch nicht analysiert nicht analysiert nicht analysiert nicht analysiert DIN 38406 E3 2 titrimetrisch nicht analysiert DIN 38408 G4 nicht analysiert DEV D8 nicht analysiert nicht analysiert nicht analysiert DIN 38404 C6 nicht analysiert DIN 38406 E1 1 photometrisch DIN 38409 H2 1 DIN 38409 H6 nicht analysiert DEV D8 nicht analysiert nicht analysiert DIN 38409 H7 EN 26777 1993 DIN 38404 C8 DIN 38506 E3 2 3 titrimetrisch photometrisch nicht analysiert nicht analysiert DIN 38406 E5 1
53. 331 Um die pH Eh Abh ngigkeiten der S ttigungskoeffizienten von Analyse 502 zu berechnen wurde der pH Wert von 3 0 bis 11 0 in 0 5er Schritten das Redoxpotential von 200 mV bis 500 mV in 100 mV Schritten erh ht zus tzlich kam der Analysenwert von 330 mV hinzu Die 144 hypotheti schen Wasseranalysen wurden dann mit WATEQAF berechnet und anschlie end wie oben be schrieben ausgewertet Um die Abh ngigkeit des S ttigungskoeffizienten von den beiden physiko chemischen Parametern auzuzeigen erfolgte eine dreidimensionale Darstellung f r die pH Werte zwischen 5 0 und 9 0 und Eh Werte von 200 bis 500 mV Der pH Wert wurde vom sauren zum basischen Milieu skaliert so da die pH Abh ngigkeit der Uraninits ttigung besser zu sehen ist die im sauren reduzierenden Milieu stark zunimmt Eine grafische Auswertung fand nur f r Uraninit Na Autunit und Skorodit statt Abb 55 Abb 56 Abb 57 Wie den Abbildungen zu entnehmen ist erreicht im interessierenden Bereich nur der Uraninit eine hypothetische S ttigung Die beiden anderen Minerale sind stets unters ttigt 6 4 6 Korrelation mit Radium Wie im Kapitel 5 2 3 angedeutet bildet das Radium in nat rlichen Systemen nur selten eigene Ra diumphasen sondern ist zumeist an eine andere Feststoffphase gebunden Es w re dann zu er warten da die Radiumaktivit t im Grubenwasser mit der S ttigung dieser Phase korreliert da mit zunehmender S ttigung dieser Phase gegen ber dem Grubenwa
54. 38 Zeitliche Entwicklung der Chloridmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen Januar 1991 und Dezember 1994 212 Wertepaare Legende siehe Tab 30 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 93 6 3 4 Prognose k nftiger Massenkonzentrationen 6 3 4 1 Vorgehensweise und Darstellungsart Um die k nftige Entwicklung der Massenkonzentration der Radiumaktivit ten oder Werte einiger Parameter des Wassers vom Typ G absch tzen zu k nnen wurden mathematisch statistische Regressionen der Zeit bez glich dieser Werte durchgef hrt Da das Flutungswasser fr hestens im Jahr 2000 bis zum Niveau des Markus Semmler Stollens angestiegen sein wird erstrecken sich die Grafiken und Vorhersagen bis zum Ende des Jahres 2000 Um die Ver nderung eines Parameters im Untersuchungszeitraum 1991 bis 1994 als Grundlage f r die Prognose seiner k nftigen zeitlichen Ver nderung bis zum Jahr 2000 verwenden zu k nnen wurden eine Reihe von Annahmen getroffen e Stoffmobilisation wird bis zum Ende des Prognosezeitraums in der gleichen Gr enordnung bleiben wie bisher Ausreichend gro es Stoffreservoir pH Eh Wert und Temperatur werden sich nicht signifikant ndern Art und Intensit t des Stofftransports im Grubengeb ude bleibt etwa gleich Richtung der zeitlichen Ver nderung wird gleich bleiben dem Grubenwasser werden au er den Sickerw ssern keine anderen Stoffe hinzugef gt Das Kurvenanpass
55. 4 1 Grundlagen 102 6 4 2 Berechnungen 104 6 4 3 S ttigungskoeffizienten 105 6 4 4 Entwicklung der Uran und Arsenspezies 109 6 4 5 pH Eh Abh ngigkeiten der S ttigungskoeffizienten ausgew hlter Minerale 111 6 4 6 Korrelation mit Radium 113 6 5 Ergebnisse 114 7 Untersuchungen zur Hydrodynamik 115 71 Einf hrung 115 7 2 _Tracerversuch 115 7 2 1 Wahl des Tracers 115 7 2 2 Versuchsdurchf hrung 116 7 2 3 Beschreibung der Lycopodiumsonde LydiA 119 7 2 4 Versuche mit Azofarbstoffen 120 7 2 5 Ergebnisse und Diskussion 121 7 3 Temperaturmessungen 122 7 3 1 Energiequellen 122 7 3 2 Messungen und Auswerteverfahren 124 7 3 3 Erl uterungen zur Auswahl der Me Rreihen 126 7 3 4 Schacht 296 II b 126 7 3 5 Schacht 366 b 127 7 3 6 Schacht 366 II b 127 7 3 7 Schacht 371 130 7 3 8 Schacht 371 Il b Ellipse 130 7 3 9 Schacht 372 b Urban 133 7 3 10Schacht 383 135 7 4 Weitere physikochemische Messungen 137 7 4 1 Leitf higkeit 137 7 4 2 pH Wert 140 7 4 3 Redoxpotential 143 7 5 Str mungsgeschwindigkeit 145 7 6 Die Flutung des Bergwerks Niederschlema Alberoda 146 7 6 1 Literaturrecherche 146 7 6 2 Wesentliche Flutungsmethoden und deren Resultate 147 7 6 3 Beschreibung des Flutungsablaufs 149 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 7 6 4 7 7 8 1 8 2 8 3 8 4 10 11 11 1 11 2 11 3 12 13 Genereller Wiederanstiegsprozess Diskussion und Ergebnis Modellv
56. 45 BR k 4 0 too Bo a 4 35 0 ben um hr 3 0 J Si D S Se _ E 2 5 he Bu Ga 5 f A 2 0 ER Su BEER a SD 1 0 0 5 0 0 T Tr T T T T T T T T kal b i x Ve Se N N M zt te te Kal Q oO D CH oO N N N b i b i Kal Kal Kal Q Q CO Q es ES S E E E E ue o E E N Abb 130 Boxplot der Massenkonzentration von Uran SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 211 0 80 0 70 0 60 0 50 J D E 040 N 0 30 0 20 0 10 ken Sa 0 00 F T T T T S N Ka M x LO kg N N M st LO LO Ka N ez CH D CH O N N N bail M Ko Ko Kl oO CO CO CO Kei ES ee ee ee er re Z E E dE AN 01 Abb 131 Boxplot der Massenkonzentration von Zink SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Tab 57 Ergebnisse des multiplen Vergleichs Dunn Test zwischen den einzelnen Me stellen mit den Parametern As U Ca Mg Na so CI und HCO Die Zahlen geben im unteren Bereich an bei wievielen Parametern die Testgr e Q lt 1 im oberen Bereich bei wievielen Parametern Q gt 10 war Die Me stellen sind umso hnlicher je gr er der Zahlenwert in der Tabe
57. 8 94 Abb 73 10 8 94 31 8 94 7 9 94 5 10 94 12 10 94 2 11 94 9 11 94 Station re Temperatur Leitf higkeits Druck und pH Wert Messungen mit der Multiparameter sonde der Fa Login Gommern im Schacht 383 in 645 5 m NN 1 5 m oberhalb Sohle 990 zwi schen dem 27 Juli und 4 November 1994 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 137 ZA Weitere physikochemische Messungen 7 4 1 Leitf higkeit Als ein Ma f r die gel sten lonen bzw dissoziierten Stoffe im Wasser wird die elektrische Leitf higkeit herangezogen Sie ist eine temperaturabh ngige Gr e deren Einheit S m ist und auf 25 C Temperatur be zogen wird blicherweise werden Leitf higkeitsme werte in mS cm oder uS cm angegeben H LTING 1992 Definitionsgem ist die elektrische Leitf higkeit einer Fl ssigkeit der Kehrwert einer Widerstands messung R zwischen zwei Elektroden der Fl che F 1 cm und dem Abstand d 1 cm K SCH 4 amp Sm 48 Abgesehen von einer Me Rreihe DFA 8 M rz 1994 haben teufenabh ngige Leitf higkeitsmes sungen unabh ngig davon in welchem Schacht sie aufgenommen wurden einen gleichartigen Verlauf Kennzeichnend sind drei unterschiedlich m chtig ausgebildete Zonen mit steigenden bzw fallenden Leitf higkeiten Abb 76 wie sie auch beim berfluten einer Sohle beobachtbar sind Abb 74 Sch
58. 800 Sc 1125 840 L 1170 880 1215 920 WE Gah E EEE RER gt 14 1260 960 a 1305 Z 1000 a Een BER En BE e gt e 1350 g 1040 z e BEE SE e 14 1395 1080 1440 1120 4 1485 1160 1240 Ss 1575 1280 j T j j j j T j j T j j 3 6 3 8 4 0 4 2 44 26 28 30 32 34 36 38 40 42 Leitf higkeit mS cm Str mungsgeschwindigkeit m min Abb 85 Str mungsgeschwindigkeit und Leitf higkeit im Schacht 372 b am 1 April und 31 M rz 1993 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zu sammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 nderungen der Str mungsgeschwindigkeit spiegeln sich in nderungen der Leitf higkeit wieder Christian Wolkersdorfer 146 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Auf indirekte Weise konnte am 3 Mai 1994 auf Sohle 990 im Zugang vom Querschlag 1406 zum Schacht 366 II b die Flie geschwindigkeit ermittelt werden Dort hatte wenige Tage zuvor das Flu tungswasser begonnen aus dem Schacht herauszustr men Mittels eines Triftk rpers bestimmte sich die Str mungsgeschwindigkeit an der Wasseroberfl che zu 13 3 m min das einstr mende Wasservolumen zu 3500 4000 m d damaliger t glicher Zuflu etwa 4000 m d Da der Querschnitt dieses Zugangs in etwa dem eines Schachts entspricht kann die ermittelte Str mungsgeschwindigkeit als eine grobe Absch tzung de
59. Bon Bhinagaioyne B Bue OCagKOB C 3EMHON NOBeEpXHOCTN MPOHNKAWT B MOPOAHBIM MmaccnB n nonagaioT B Bude PnNbTpaALMOHHbIX POD Yepes LUTONTBHN B CETb NOA3EMHbIX FOPHBIX BbIPA6OTOK WaXTbI MpogonxnTEnNbHbie MOATOKN CDUBTPALIMOHHbIX BOA n3 paccennH n gncnokayn pegkn n HWKE ONpeAenN HHOTO VDOBHS yYXe MPAKTNYECKN HE UMEIOT MECTA Kak mOKa3bIBaHOT pe3ynbTaTbi CTATNCTNYECKNX N MMAPOTEOXNMNYECKNX aHann3oB C YnCNOM MapaMmeTpoB B kaxgoM OTAENbDHOM cnyyae go 60 BOgbi B pyghnke mMmoxHo KrnaccuchuumpoBaTb MO 3 Ttnnam PUNBTPAUNOHHbIE BOAbI NPOMEXKYTOYHbIe BOAbI N LLIAXTHbIE BOAbI OTN 3 TNA MPMHLUNMMMANBHO OTINYAWTCA Apyr OT Apyra DO CBOMM XUMUYECKUM XapakTepuicTuKaM MPMYEM dPNMBTPauNmoHHas Boga B HaNMEHBLLEN a LIaxTHaA Boga B Han6onbwe CreneHu MUHEePannaupoBaHbI B TO Bpema kak CPUMBTPAaLMOHHbIe n NpOMEXKyTOYHbIe BOAbI B nepnog nccnepoBaHmn c AHBap 1991 mo aeka6pb 1994 rr He nokasann CTATNCTUYECKN 3HAMEHATENDHLIX NM3MEHEHNV nx n3nko xnMmnyecknx nmapaMmeTpoB 3HayeHua Ana 6ONBLUNHCTBa CDU3NUKO XUMNMYECKUX MapaMmeTpoB LUIAXTHON BO AO 1994 ropa B Donen nnn MeHbwe cTeneHn nocnegoBaTenbHo pocnn B kohue 1994 roga poct DO MHOTUM napameTpam npu3ameannnea WM NONHOCTbIO NprnoOcCTaHOBNNCA OTO CBA3AHO NNGO C HacbillIEHNEM BOAbl NNO C OTPAHN4EHHON BO BPEMEHN peak ne paBHoBecna Dna onpegeneHus rmngpogpnHamnyecko cnTya nn C WaxTHO BOAON Dn DDOBGDeHt TPACCOBLIM ONbIT a TaKKe MHOTO4YNCHEHHbIE M MEDeHu TEMMEPAaTYpbI DDOBODMMOCTH BONOPOAHOTO
60. Christian Wolkersdorfer 14 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 3 Problemstellung 3 1 Veranlassung Am 2 Juli 1990 wurde im Bergwerk Niederschlema Alberoda durch teilweises Abschalten der Gru benwasserpumpen damit begonnen die nur 10 179 m umfassende Sohle 1800 zu fluten Erst ab dem 11 Januar 1991 begann mit Flutung der Sohle 1755 der kontrollierte Flutungsablauf G FR HLICH pers Mitt dessen Ende im Jahr 2001 2 erreicht sein wird BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1995 WIsMUT GmbH 1993a W hrend und am Ende der Flutung eines Bergwerks stellt sich die Frage nach den Auswirkungen des Grubenwassers auf die Hydrosph re im engeren und weiteren Umfeld der Grube Die Proble matik ist dabei da im Falle einer falschen Vorgehensweise bei der Betriebsstillegung erhebliche Mengen umweltgef hrdender Stoffe ber Jahrzehnte oder gar Jahrhunderte in die Umwelt gelan gen k nnen Negative Auswirkungen des Grubenwassers waren schon im 16 Jahrhundert zu AGRICOLAS Zeiten bekannt AGRICOLA 1994 und in j ngerer Zeit hatten verschiedene Kongresse und Publikationen Umweltbeeintr chtigungen durch Grubenw sser zum Inhalt GEOLOGICAL SURVEY OF SWEDEN SWEDISH UNIVERSITY OF AGRICULTURAL SCIENCES 1991 UNIVERSITY OF MINING AND METALLURGY IN KRAKOW 1994 INTERNATIONAL MINE WATER ASSOCIATION 1991 INTERNATIONAL MINE WATER ASSOCIATION 1994 VESELIC amp TREBUSAK in press OFFICE OF WATER RESOURCES RESEARCH 1975 S
61. F llen dauert es eine geraume Zeit bis das verunreinigte Grubenwasser durch nat rliche Misch und Austauschvorg nge eine Verbesserung seiner Qualit t erf hrt Christian Wolkersdorfer 148 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Lockergesteinsdecke FE Grubenwasser Undurchl ssiges Festgestein BEE Dammbauwerk oder Verf llung Durchl ssiges Festgestein A Grundwasserflie richtung A Grundwasserspiegel Abb 86 M glichkeiten Grubenwasser in den oberirdischen Wasserkreislauf einzuleiten a unkontrollierte Flutung b c kontrollierte Flutung mit Dammbauwerken d vollst ndige horizontale Hermetisierung des Grubengeb udes ver ndert nach FERNANDEZ Ru io et al 1987 Inwieweit im zeitlichen Verlauf eine Verbesserung der Wasserqualit t eintritt ist wenn berhaupt nur f r den Einzelfall abzusch tzen Die Qualit tsverbesserung kann mehrere Jahrzehnte dauern wie am Beispiel aufgelassener Kohlenminen in Pennsylvania belegt ist LADWIG 1985 ERICKSON et al 1982 Zwar hat sich dort in 13 Jahren der durchschnittliche Sulfatgehalt des Wassers etwa halbiert blieb aber nach wie vor auf einem hohen Niveau Aus den gleichen Untersuchungen geht hervor da sich in f nf von neun untersuchten Sch chten eine Schichtung ausbildete bei der qualitativ besseres ber qualitativ schlechterem Wasser zu liegen kommt Die Schichtung des Wasserk rpers spiegelt
62. FeS s 7 O2 2 H20 amp 2 Fe 4 SO 4 H 5 Bei dieser Reaktion wird das Disulfid zum Sulfat oxidiert und vier Protonen freigesetzt die zur Ver sauerung beitragen Gleichzeitig gehen Eisen ll lonen in L sung Sobald Pyrit oder Markasit auf gebraucht sind wird in einem nachfolgenden Reaktionsschritt Reaktion 6 Eisen ll zu Eisen Ill oxidiert Fe Oz 4 H gt Fe 2 H2O AG 67 kJ 6 Eisen lll hydrolysiert entsprechend Reaktion 7 zu Eisen Ill hydroxid Fe 3 H20 lt gt Fe OH s 3 H 7 Die freigesetzten Protonen tragen zur S urebildung bei w hrend das Eisenhydroxid sich als schwer l slicher brauner Film an Sohlen und St en absetzt oder mit den Sulfaten zu Jarosit KFez OH s SO 2 reagiert und aus der L sung ausf llt LUNDGREN amp SILVER 1980 Solange jedoch Pyrit zur Reaktion verf gbar ist wird das Eisen IIl Ion wie folgt reduziert FeS s 14 Fe 8 H20 gt 15 Fe 2 SO4 16 H 8 wobei wiederum S ure sowie Eisen Il Ionen entstehen die in Reaktion 6 dem Kreislauf zugef hrt werden Mikroorganismen beispielsweise Thiobacillus ferrooxidans oder Ferrobacillus ferrooxidans k nnen die Reaktion 6 katalysieren und erh hen die Reaktionsgeschwindigkeit STUMM amp MORGAN 1981 BARNES amp CLARKE 1964 um das 200 RACKLEY 1976 bis 10 fache LUNDGREN amp SILVER 1980 gegen ber der im bakterienfreien Milieu Ihre Anwesenheit f hrt weder zu einer Verschiebung von R
63. H 17 Im 20 C warmen Wasser stellen sich keine reduzierenden sondern oxidierende Verh ltnisse ein Der Sauerstoff steht der Pyritoxidation zur Verf gung f hrt zur Bildung von Fe und erm g licht die Oxidation des U IV zum U VI entsprechend Gleichung 16 Daher steigt die Uranmassen konzentration bis auf 150 mg L an ein Wert der in der bearbeiteten Literatur f r Vorkommen in der Natur noch nicht beschrieben wurde Beim Arsen sind die Unterschiede zwischen 20 C und 50 C warmem Leitungswasser weniger deutlich Beidemal fallen die Massenkonzentrationen von anf nglich 5 11 mg L nach sp te stens 42 Wochen auf 0 5 2 mg L ab und bleiben bis zum Ende der Versuchsreihen konstant Abb 20 Welche Schlu fogerungen lassen sich daraus f r die chemischen Verh ltnisse im Flutungswasser herleiten Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 65 Anf nglich wird das Flutungswasser die leicht l slichen Uran und Arsenphasen l sen bis ent weder ein chemisches Gleichgewicht zwischen dem Wasser und der Phase erreicht oder die Phase vollst ndig gel st ist Im Falle des Arsens werden im Grubenwasser zuerst h here Massen konzentrationen vorhanden sein die nach einiger Zeit vermutlich durch Adsorption des Arsens zur ckgehen werden Beim Uran stellen sich im Grubenwasser abh ngig vom Redoxpotential entweder h here oder niedrigere Massenkonzentrationen ein H here R
64. Joachimsthal St rungszone zwischen St Joachimsthal und Zwickau sowie der Erzgebirgs und Gebirgsgranite in deren Umgebung ver ndert nach ZENTRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 B DER amp SCHUPPAN 1992 36 Abb 11 Prozentuale Verteilung der Gesteine in der Lagerst tte Niederschlema Alberoda aufgrund geologischer Karten und Gesteinsbezeichungen der Wismut GmbH Div sk A Kb Kh qs ks l ud Skarne Aplite Biotitkersantit Chloritkersantit Quarzitschiefer Kieselschiefer feink rnige Metadiabase fs ksl Fruchtschiefer mit Kieselschieferlagen G Granit ss fs Phyllit helle Fruchtschiefer ss ks kohlenstoffhaltiger dunkler Phyllit gs helle Glimmerfelse ud td feink rnige und geb nderte Metadiabase pd grobk rnige Metadiabase vgl Tab 5 Bezeichnungen der Profile entsprechen der Bezeichnungsweise der SDAG GmbH Wismut von der aus die Lagerst tte blicherweise in zwei L ngsprofilen A A B B in SW NE Richtung und acht Querprofilen 1 1 8 8 in NNW SSE Richtung dargestellt wurde 38 Abb 12 Schematische Darstellung der Eh pH Verh ltnisse bei der Bildung der Haupterzformationen Zyklus I II f r 100 C 203 kPa ver ndert nach TISCHENDORF amp UNGETH M 1968 43 Abb 13 Abh ngigkeit der Uranmineralisation vom Lithologiewechsel Dargestellt ist ein Saigerri des Ganges Berl im Niveau der Sohlen 1080 bis 1305 ver ndert nach B DER amp SCHUPPAN 1992 45 Abb 14 Lockergesteinsdecken un
65. K 1990 Lithostratigraphie im Erzgebirge Konzentration Entwicklung Pro bleme und Perspektiven Abh d Staatl Mus f Min u Geol z Dresden 37 7 35 Leip zig LUNDGREN D G amp SILVER M 1980 Ore leaching by bacteria Ann Rev Microbiol 34 263 283 MAGER D amp VeLs B 1993 Wismut an example for the uranium industry in eastern Europe Forschung Planung und Betrieb Preussag AG 18 126 132 MAURIN V amp Z TL J 1960 Untersuchung der Zusammenh nge unterirdischer W sser mit be sonderer Ber cksichtigung der Karstverh ltnisse Beitr ge zur alpinen Karstforschung 1 179 Wien MAYR A 1953 Bl tenpollen und pflanzliche Sporen als Mittel zur Untersuchung von Quellen und Karstw ssern Anz sterr Akad d Wissensch Math nat KI 94 98 Wien MEINEL G 1993 M gliche Beziehungen zwischen Uranlagerst tten und der Kratonisierung am Beispiel Th ringens Geowiss Mitt von Th ringen 1 59 63 1 Abb 1 Tab Weimar Christian Wolkersdorfer 176 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks MEYER A G 1976 Statistische Verfahren 138 S Essen Verlag Gl ckauf MICROSOFT CORPERATION 1993a Microsoft Excel 5 0a Benutzerhandbuch 891 S D 85716 Un terschlei heim Microsoft Corperation MICROSOFT CORPERATION 1993b Microsoft Visual Basic 3 0 Programmer s Guide 711 S D 85716 Unterschlei heim Mi
66. Mine Water Association VOGEL G amp ANGERMANN H 1984 dtv Atlas zur Biologie 223 S 111 Abb Tab Stuttgart Dt Taschenbuch Vert 1 VOIGT H J 1990 Hydrogeochemie Eine Einf hrung in die Beschaffenheitsentwicklung des Grundwassers 310 S Berlin u a Springer WAGENBRETH O 1990 Bergbau im Erzgebirge 504 S Leipzig Dt Verl f r Grundstoffindu strie WALTER R GIESE P WALTHER H W amp D H G 1992 Geologie von Mitteleuropa 5 Aufl 561 S Stuttgart Schweizerbart WEIDIG M 1912 Radioaktive W sser in Sachsen 217 359 S 73 Abb 81 Tab Freiberg Craz amp Gerlach WEIGEL F 1977 Gmelin Handbuch der anorganischen Chemie Radium und Isotope 8 Aufl 132 435 S Berlin u a Springer WENRICH VERBEEK K J 1977 Uranium and coexisting element behaviour in surface Waters and associated Sediments with varied sampling Techniques used for Uranium Exploration J of Geochemical Exploration 8 337 355 6 Abb 6 Tab Amsterdam WERNER A G 1791 Neue Theorie von der Entstehung der G nge mit Anwendung auf den Berg bau besonders den freybergischen Nouva theoria de origine venarum officiis et operibus metallifossorum in primis Freibergensium accomodata Freiberg WIRTH ZUR OSTEN U 1992 Einflu der Lagerst ttenverh ltnisse und der Petrographie auf die Anlage der horizontalen und vertikalen Auffahrungen von Kalisalzbergwerken in Sachsen
67. Papier das Bakte Christian Wolkersdorfer 18 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks rien und anderen niederen Organismen zusammen mit Sauerstoff zur N hrstoffgewinnung verwen den Da mikrobielle Aktivit ten bereits aus den unterschiedlichsten Milieus beschrieben sind BAAS BECKING et al 1960 NORDSTROM 1977 soll darauf verzichtet werden die Prozesse eingehend darzulegen Eine bersicht ist im Kapitel 4 9 zu finden Nur die Betrachtung aller ineinandergreifenden Vorg nge und Faktoren die auf das Flutungswas ser des Bergwerks Niederschlema Alberoda einwirken schafft die Voraussetzung f r eine Vorher sage der k nftigen Massenkonzentration verschiedener Wasserinhaltsstoffe 3 4 Modellvorstellung und Begriffserkl rung Im Kapitel Modellvorstellung und Begriffserkl rung sollen einige der h ufiger gebrauchten Fachbe griffe erkl rt werden soweit sie nicht in einschl gigen DIN Normen erkl rt sind z B DIN 4049 Desweiteren soll ein stark vereinfachtes Modell des Flutungsverlaufs sowie der Vorg nge die zur Schadstoffmobilisierung f hren die komplexen Zusammenh nge im Bergwerk Niederschlema Al beroda veranschaulichen vgl dazu Abb 2 Diese Vorgehensweise wurde gew hlt da die vorliegende Arbeit mehrere Fachgebiete mit unter schiedlicher Fachterminologie umfa t Es sind dies im wesentlichen die Regionale und Historische Geologie die Hydrogeologie die Hydrodynamik die Ingenieurgeologie u
68. Point of Charge ber oder unterschreiten und zum erneuten Anstieg oder Abfall der Massenkonzentration f hren 140 120 Be ne ee 100 SE Ss Gesamth rte d Predicted Confidence Fit 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Abb 41 Regressionskurve der Zeit bez glich der Gesamth rte f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 213 Wertepaare Legende siehe Tab 30 Christian Wolkersdorfer 98 Abdampfr ckstand mg L 4500 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 4000 3500 4 3000 2500 4 2000 f 1500 4 4 d ERR 500 4 Predicted Confidence Fit 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Abb 42 Regressionskurve der Zeit bez glich des Abdampfr ckstands f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 199 Wertepaare Legende siehe Tab 30 7 6 ee ee RZ a ed u Be D pa E Nas 5 mg Predicted Confidence Fit 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Abb 43 Regressionskurve der Zeit bez glich der Uranmassenkonzentration f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 260 Wertepaare Leg
69. Quarz Syenite 8 Quarz Monzonite Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 33 Das Karlsbad Massiv und das Eibenstock Neudeck Massiv enthalten dar ber hinaus leukokrate Turmalin Monzo Granite und Syeno Granite der j ngeren Erzgebirgsgranite Diese kommen vor allem in den Graniten von Ehrenfriedersdorf im Mittelerzgebirge sowie Altenberg Schellerhau Zinnwald und Sadisdorf im Osterzgebirge vor DORN et al 1992 STEMPROK 1992 Dort hatten die damit einhergehenden Zinn Wolfram Molybd n Mineralisationen gro e volkswirtschaftliiche Be deutung BAUMANN et al 1979 die jedoch mit der politischen und wirtschaftlichen Wende 1989 90 schwand Im Umfeld der Granite sind die bereits als regionalmetamorphe Gesteine vorliegenden Serien des Erzgebirges und Vogtlands kontaktmetamorph ver ndert und in Fruchtschiefer Skarne Hornfelse kohlenstoffhaltige Schiefer und Quarzite umgewandelt worden Am Ende des Karbons lag der Saxothuringische Geosynklinaltrog der variscischen ra als neuer Kontinentalbereich vor Das Erzgebirge war Festland und die Ablagerung von Sedimenten konzen trierte sich auf intermontane Molassebecken Erzgebirgisch NE S W streichende Gro s ttel und Gro mulden mit teilweise intensiver Isoklinalfaltung und Schieferung kennzeichneten das neu ent standene Gebirge das seitdem berwiegend Abtragungsgebiet war PIETZSCH 1962 4 5 1 8 Perm An der Wende Karbon Perm kam es
70. RER EE EE R E J MEYER 1994 pers Mitt 35 6 Mio ir nach verschiedenen Quellen zwischen W B DER 1992 36 4 Mio m der Sohle 1800 und dem Niveau des Wismut ca 1991 Dienstsache 4 0 28 254 38 5 Mio m In dem Wert aus der Dienstsache 4 0 28 254 Tab 60 ist ein Volumen von 9 10 Mio m Rest hohlraum des Betriebs Oberschlema enthalten der aus Angaben des Jahres 1983 stammt Ver mutlich l t sich die Differenz zu den angegebenen 35 6 Mio m daraus erkl ren da der Resthohlraum Oberschlema erst 1993 94 genauer bestimmt wurde Er betr gt demnach etwa 6 6 Mio m Den Berechnungen in dieser Arbeit liegt ein Volumen von 36 Mio m Flutungswasser zugrunde 4 4 Geschichtliche Entwicklung 4 4 1 Vom Eichenwald zum Erzgebirge Als 1990 der Uranerzbergbau bei Aue und P hla endete fand das f nfte Bergkgeschrey im Erz gebirge seinen Abschlu Vorausgegangen waren Bergbauperioden in der Fr hgeschichte dem Mittelalter der Renaissance und zur Zeit der industriellen Revolution BEEGER et al 1988 F r den fr hgeschichtlichen Bergbau gibt es zwar keine schriftlichen oder arch ologischen Belege B TTCHER et al 1991 doch deuten neueste geochemische Untersuchungen im Bereich der Roten Wei eritz auf einen Bergbau um 1100 v Chr hin J MATSCHULLAT pers Mitt Im Jahre 1168 wurde bei Christiansdorf erstmals Silber gefunden und wenig sp ter entstand dort das heutige Freiberg Es war Silber das dem Ferguna o
71. SaSiWa 9 0 m 107 m 308 m 323 m 324 m 325 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 505 m 506 m 507 m 509 m 510 SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 80 70 A 6 0 50 As mg S 40 Es 2 0 0 0 4 m 107 Al m 323 m 324 m 331 m 332 m 362 m 363 m 365 m 505 m 506 m 507 m 509 m 510 Abb 124 Boxplot der Massenkonzentration von Arsen SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer 208 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 0 040 0 035 0 030 0 025 0 020 re Cr mg L 0 015 0 010 OVa 0 005 0 000 m 107 m 308 m 323 m 324 m 325 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 505 m 506 m 507 m 509 m 510 SaSiWa Abb 125 Boxplot der Massenkonzentration von Chrom SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315
72. Tab 30 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 85 6 3 3 9 Uran In den Sickerw ssern bewegte sich die Uranmassenkonzentration von 1990 bis 1994 regelm ig zwischen 0 5 und 1 mg E Abb 29 Sie liegt damit zwar ber dem weltweiten Hintergrundwert 0 006 mg LU Koczv TOMIC amp HECHT 1957 nicht aber ber dem mit geogen erh hten Urankon zentrationen 2 9 mg L GERMANOV et al 1958 Im Grubenwasser ist in den ersten beiden Quartalen des Jahres 1993 ein Abfall der Uranmassen konzentration vorhanden Abb 30 Bei den Berechnungen mit WATEQAF ist dieser Abfall derart erkennbar da die S ttigungskoeffizienten s Kapitel 6 4 3 der am wenigsten unters ttigten Uranphasen ein Minimum aufweisen Schoepit Rutherfordin lanthinit Ursache f r diesen Abfall k nnten Verd nnungseffekte durch Sickerw sser sein Aufsteigen des Grubenwassers innerhalb eines Bereichs mit geringeren Urangehalten des Gesteins Adsorption an Tone bzw organische Substanzen oder eine zeitlich unterbrochene Durchmischung des Grubenwassers Inter essanterweise f llt der Abfall der Uranmassenkonzentration mit dem Anstieg der Gru benwassertemperatur zusammen wie er unter anderem im Schacht 366 Il b beobachtet wurde Da Uran mit steigender Temperatur weniger gut l slich ist ist ein Zusammenhang recht wahr scheinlich LANGMUIR 1978 Die positive Korrelation des Urans mit der Temperatur Tab 58 unterst t
73. Tabelle k nnen dann als ges ttigt aufgefa t werden wenn 1 lt SI lt 1 ist Zur Veranschaulichung der Karbonats ttigung seien von diesen Mineralen repr sentativ die S ttigungskoeffizienten von Calcit dargestellt Abb 49 Durch die gro e Kinetik seiner L sungs reaktion wirkt er begrenzend auf die Calciummassenkonzentration SCHULZ amp K LLING 1992 Da die S ttigungskoeffizienten der drei bzw vier am wenigsten unters ttigten Arsen und Uranpha sen recht niedrig sind tragen diese Minerale nur ber die Aufl sung zur Arsen und Uranmassen konzentration bei Tab 37 Eine kontrollierende Phase f r das Arsen und Uran in den Flutungw s sern ist nicht vorhanden Wegen der Bedeutung der Arsen und Uranphasen f r die sp tere Ablei tung des Grubenwassers in die Zwickauer Mulde sollen die folgenden Darstellungen im wesentli chen auf diese Phasen beschr nkt bleiben Die anderen Uran und Arsenphasen Uran insgesamt 30 Arsen insgesamt 14 bleiben unber cksichtigt da ihre S ttigungskoeffizienten darauf hindeu ten da sie f r die Grubenwasserchemie unbedeutend sind Um dies nachzuweisen wurden die Uran und Arsenmassengehalte der Wasseranalyse 502 m 331 10 November 1994 solange variiert bis WATEOQAF eine S ttigung des jeweiligen Minerals im Wasser errechnete Tab 38 Wie der Tabelle entnommen werden kann sind die S ttigungskonzentrationen aller Uran und Arsenphasen weit von den im Grubenwasser vorhandenen Massenkonze
74. Temperaturverlauf Deutlich sind im Temperatur Zeit Diagramm des Schachts 366 Il b zwei unterschiedliche Bereiche erkennbar in denen jeweils eine etwa gleichbleibende Temperatur vorhanden ist Abb 65 Beide Bereiche zeigen eine Temperaturzunahme die beim k hleren Bereich etwa 9 10 K beim w r meren 3 4 K ausmacht Durch die schnellere Erw rmung des k hleren Bereichs haben sich die Temperaturdifferenzen im Untersuchungszeitraum von 11 K auf 4 K erniedrigt Daneben fallen im Kurvenverlauf f nf Ereignisse auf e 14 9 92 28 9 92 Temperaturanstieg um 2 K e 30 11 92 Beginnender Temperaturabfall im Schachtwasserk rper e 25 1 93 Wiederanstieg der Temperatur im Schachtwasserk rper Temperaturplateau im Sumpfwasserk rper e 1 3 93 Maximaltemperatur im Schachtwasserk rper und dort beginnender Tem peraturabfall e 26 4 93 Wiederanstieg der Temperatur im Sumpfwasserk rper Alle Ereignisse lassen sich auch in den beiden anderen damals kontinuierlich gemessenen Sch chten belegen was einerseits auf deren gro r umige Bedeutung andererseits auf den guten hydraulischen Kontakt der Sch chte untereinander hindeutet Die Gr nde f r die Ereignisse lassen sich nicht rekonstruieren Denkbar sind das berfluten von Sohlen mit gleichzeitigem Herstellen neuer hydraulischer Verbindungen st rkerer Zuflu kalten Niederschlagswassers sowie An oder Abschalten von Grubenwasserpumpen oder die Umstellung des Flutungsgeschehens beis
75. Verlauf Abb 51 und der pH Eh Abh ngigkeit der S ttigungskoeffizienten von Na Autunit Schoepit Rutherfordin und lanthinit ist deutlich die Unters ttigung dieser sekund ren Uranminerale gegen ber dem Grubenwasser zu erkennen Abb 55 Abb 56 Tab 39 Qualitative Korrelation zwischen ausgew hlten Arsenphasen und dem CO Partialdruck pCO Abdampfr ckstand AR pH Wert und der Arsenmassenkonzentration keine Korrelation vor handen Phase pCO AR pH Wert As Massenkonzentration Mansfieldit positiv korreliert negativ korreliert negativ korreliert 2 Skorodit positiv korreliert positiv korreliert negativ korreliert Mangan H rnesit negativ korreliert positiv korreliert deutlich positiv korreliert positiv korreliert Tab 40 Qualitative Korrelation zwischen ausgew hlten Uranphasen und dem CO Partialdruck pCO Ab dampfr ckstand AR pH Wert und der Uranmassenkonzentration keine Korrelation vorhan den Phase pCO AR pH Wert U Massenkonzentration Na Autunit positiv korreliert Schoepit negativ korreliert lanthinit negativ korreliert we Rutherfordin Arsenminerale 0 v Mansfield Skorodit Mangan H rnesit 2 4 o eo E D e tg gt gt Z e e o D e 5 e z oeh o 8 N 5 e S amp o 28 o Ze 2 4 4 ad Lo o eg eg x gz amp S 2 o oYo e amp o o p e E Yy 3 a o 8 v E Mo 8 e y vy Z
76. Vorhersagen in begrenztem Umfang BRown 1982 Einen breiten Raum nehmen Publikationen ein die ber L sung und Transport von Schadstoffen aus untert gigen Deponien berichten Sie lassen sich im wesentlichen der Deponierung radio toxischer und chemotoxischer Abfallstoffe zuordnen z B NORDSTROM et al 1989 Bei dieser Art von Arbeiten interessieren meist Transportvorg nge im umgebenden Gebirge z B Nowy 1993 selten im Grubengeb ude z B J GER et al 1990 UERPMANN 1980 Banks 1995 Da wie in Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 147 Kapitel 8 2 dargelegt in Niederschlema Alberoda der Hauptwassertransport ber die Abbaue und Strecken erfolgen wird fanden vorgenannte Ver ffentlichungen bei der Literaturrecherche nur Ber cksichtigung wenn die geologisch geometrischen Verh ltnisse bertragbar waren Einen bemerkenswerten Aspekt wenngleich f r das Auflassen pyrithaltiger Bergehalden beschrei ben GARGA et al 1983 Um die Oxidation von Pyrit und die damit verbundene S urebildung auf ein Mindestma zu reduzieren empfehlen sie Halden nach Ende des Bergbaus zu fluten In kana dischen Bergehalden die durch Flutungsteiche abandonment lakes vom Luftsauerstoff abge schlossen waren hatten die Sickerw sser in stark pyrithaltigen Halden 15 17 nach 32 Jah ren pH Werte von 6 9 Nicht geflutete Bereiche der gleichen Halde hingegen haben in den Sicker w sse
77. WATEQAF verwendet bei denen PO in der Analyse angegeben war K nftig darf auf eine Analyse der PO Gehalte im Grubenwasser nicht mehr verzichtet werden Bis pH 7 3 dominiert bei den Uranspezies der Uranylphosphatkomplex UO HPO bei h heren pH Werten der Karbonatkomplex mit UO CO3 3 Zwischen pH 7 und 8 existiert das Uran bis zu 20 gebunden als Karbonatkomplex UO CO gt Im interessierenden Eh Bereich von etwa 50 bis 500 mV ist keine Abh ngigkeit der Art des Uranylkomplexes vom Eh Wert vorhanden da sich die Oxidationszahl des Urans nicht ver ndert SCHADE 1982 Erst bei Redoxpotentialen unter 50 mV war eine Zunahme des S ttigungskoeffizienten von Uraninit festzustellen Abb 55 Dieses Ergebnis stimmt mit den theoretischen Berechnungen berein die LANGMUIR 1978 zur Uranspeziesverteilung durchf hrte Die Pr dominanzgrenze zwischen H er und HAsO liegt beim Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda bei pH 6 5 Da nur wenige W sser im Bergwerk einen pH Wert unterhalb dieser Grenze haben liegt das Arsen somit gr tenteils in der zweiten Dissoziationsstufe der Ar sens ure vor Innerhalb der am h ufigsten gemessenen pH Werte sind dies 70 90 allen Ar sens Arsen zeigt zwischen 50 mV und 500 mV Eh Wert keine signifikante Abh ngigkeit der Spe zies vom Eh Wert wie es dem von SPERLING amp MERKEL 1992 errechnete Pr dominanzdiagramm entspricht Christian Wolkersdorfer 110 Hydrogeochemische Ve
78. Wert und Wechselwirkungen mit anderen Wasserinhaltsstoffen eingegangen werden DYBEK 1962 sondern vielmehr auf die Stoffmobilisation ber einen gr eren Zeitraum hinweg Die Uran massenkonzentration stellt sich in Abh ngigkeit von der Wassertemperatur unterschiedlich ein W hrend sich beim 20 C warmen Wasser anf nglich wenig Uran l st und nach 20 40 Wochen ein Anstieg von 5 10 mg L auf durchschnittlich 100 mg L festzustellen ist hat das warme Wasser 50 C am Anfang ca 5 mg L und nach 8 10 Wochen weniger als 1 mg LU gel stes Uran Grund daf r scheint nicht die Temperatur selbst zu sein sondern die reduzierenden Bedingungen im warmen Wasser wof r der O Gehalt von O mg L ein Anhaltspunkt ist Da ein Teil des Urans im Uraninit stets in der oxidierten Form vorliegt UO2 U308 DYBEK 1962 wird in den ersten Wo chen dieses U VI in L sung gehen Den Sauerstoff des frisch eingef llten Wassers verbraucht die Oxidation unterschiedlicher Sulfide in erster Linie Pyrit und Markasit Nach etwa vier Wochen scheint der gesamte Sauerstoff im ohnehin sauerstoff rmeren warmen Wasser aufgebraucht zu sein was reduzierende Bedingungen zur Folge hat Das bereits gel ste U VI wird nach Gleichung 17 durch Fe aus der Pyritoxidation reduziert zu U IV und f llt als UO aus Gleichzeitig erniedrigt sich die Uranmassenkonzentration auf konstant 0 5 1 mg L U Y O aq 2 Fe 3 H20 gt U O2 s Fe20 s 6
79. Wertepaare Legende siehe Tab 30 101 Christian Wolkersdorfer 186 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Abb 48 Regressionskurve der Zeit bez glich der Chloridmassenkonzentration f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 212 Wertepaare Legende siehe Tab 30 102 Abb 49 S ttigungskoeffizient von Calcit im Grubenwasser zwischen 1991 und 1994 Der S ttigungskoeffizient stieg von 1991 bis Anfang 1994 stetig von O auf etwa 1 an Das Grubenwasser ist jetzt geringf gig bers ttigt mit Calcit Symbole entsprechend Tab 30 106 Abb 50 S ttigungskoeffizienten ausgew hlter Arsenminerlle im Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda zwischen 1991 und 1994 108 Abb 51 S ttigungskoeffizienten ausgew hlter Uranminerale im Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda zwischen 1991 und 1994 Der S ttigungskoeffizient des Prim rminerals Uraninit bewegt sich zwischen 10 und 8 109 Abb 52 Verteilung der Uranspezies im Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda in Abh ngigkeit von den gemessenen pH Werten Eh Wert etwa 300 mV 70 Datenpaare 110 Abb 53 Verteilung der Arsenspezies im Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda in Abh ngigkeit von den gemessenen pH Werten Eh Wert etwa 300 mV 131 Datenpaare 110 Abb 54 Grafische Darstellung des Verh ltnisses von Arsen lll zu Arsen V rechte Kolonne und von kolloidal s
80. Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 55 log U molar Abb 18 Abh ngigkeit der Urani nitl slichkeit vom Redox _ ee potential und dem CO Partialdruck angegeben i i i als Funktion von log amp U molar nach LANGMUIR 1978 pH 8 t 25 C Eh Volt Tab 20 Eh und pH Bereiche von prim ren und oxidierten Grubenw ssern sowie von Grundw ssern nach Baas BECKING et al 1960 LISITSCHIN zitiert aus TISCHENDORF amp UNGETH M 1965 Wismut Me Rdaten n Anzahl der berichteten Me werte n Wasser pH Bereich Eh Bereich mV 131 mesozoisch k nozoische Sedimente 6 1 8 3 400 500 76 Grundwasser 4 1 9 4 90 600 23 Prim res Grubenwasser 4 9 8 9 110 200 33 Oxidiertes Grubenwasser 1 8 8 8 120 830 44 59 Flutungswasser Niederschlema Alberoda Typ S Typ G 6 4 8 8 3 530 Tab 21 Ergebnis der mikrobakteriellen Untersuchungen auf schwermetallaugungsrelevante Bakterien und der physikochemischen Messungen an Wasserproben des Bergwerks Niederschlema Alberoda n b nicht bestimmt n n nicht nachweisbar Me wert von Wismut GmbH ermittelt Schacht 366 b Schacht 366 b Querschlag 918 Wasserschlo Sohle 540 Probe F llort Sohle 720 Sohle 540 Zulauf Sohle 540 aus 865 m NN Lufttemperatur C n b 13 6 22 8 16 0 Wassertemperatur C 31 3 13 0 24 4 17 5 pH 9 45 8 10 7 33 7 73 Sauerstoffgehalt mal 2 5 10 0 7 2 9 5 Sauers
81. abgebaute Erzvorr te in Sachsen und Th ringen erg nzt nach M HLSTEDT 1992 BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1993 B TTCHER et al 1991 B DER amp SCHUPPAN 1992 geben f r Niederschlema Alberoda abweichend davon 73kt Uran an M glicherweise beziehen sich die Angaben aus B DER amp SCHUPPAN 1992 auf Uranmetall w hrend die 248 kt in der Tabelle f r Yellow Cake gelten BARTHEL 1993 vermutet die Ursache der voneinander abweichenden Abbauzahlen in unterschiedlichem Ausbringen und bergbaulichen Verlusten 40 Tab 9 Einstufung der Lagerst tte Niederschlema Alberoda in die weltweite Gliederung der Uranlagerst tten nach DAHLKAMP 1993 40 Tab 10 Die Erzformationen des Erzgebirges BAUMANN 1968 ZENTRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 HARLASS amp SCH TZEL 1965 OELSNER 1958 BAUMANN 1992 ber die Problematik der eba Formation siehe HARLASS A SCH TZEL 1965 Sie wird hier im Sinne BAUMANNS 1968 1992 zeitlich hinter die uqk und eb Formation gestellt und ist nicht im Sinne LEUTWEINS 1957 als der Prim rerzbringer anzusehen Die Grauabstufung der Balken gibt die relative H ufigkeit des jeweiligen Elements an ags Silbersulfid bafl Baryt Fluorit BiCoNi Wismut Kobalt Nickel BiCoNiAg Wismut Kobalt Nickel Silber dse Dolomit Selenid eb Edle Braunspatformation eba Eisen Baryt fba Fluorbarytische Bleierz Formation flq Fluorit Quarz hmba H matit Baryt kb Kiesig blendige Formation kku Kammquarz Kalzit Uraninit
82. b 11 95 42 95 8 21 8 92 2 7 8 6 4 150 3 26 10 93 372 b 8 41 12 0 88 0 55 2 85 9 14 1 7 0 n b 4 26 10 93 371 Il b 7 96 60 94 0 42 5 81 5 18 5 7 0 n b 5 26 10 93 366 II b 8 28 9 4 90 6 39 7 82 8 17 2 7 0 n b 6 15 03 94 366 II b 11 75 18 98 2 29 1 68 5 31 5 6 8 n b 7 15 03 94 372 b 11 08 1 8 98 2 23 9 68 3 31 7 n b n b 8 01 12 94 366 II b 2 861 59 94 1 24 9 67 7 32 3 7 0 360 100 5 Ae 90 EZ As anionisch 80 4 EEE ationisch EEE kolloidal 70 EEE 60 50 40 30 20 10 0 Nr 2 Nr 3 Nr 4 Nr 5 Nr 6 Nr 7 Nr 8 Abb 54 Grafische Darstellung des Verh ltnisses von Arsen IIl zu Arsen V rechte Kolonne und von kol loidal sowie kationisch und anionisch gebundenen Arsenspezies linke Kolonne im Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda Nr 2 25 01 93 366 II b Nr 3 26 10 93 372 b Nr 4 26 10 93 371 II b Nr 5 26 10 93 366 II b Nr 6 15 03 94 366 II b Nr 7 15 03 94 372 b Nr 8 01 12 94 366 II b Vgl Tab 41 6 4 5 pH Eh Abh ngigkeiten der S ttigungskoeffizienten ausgew hlter Minerale In einem weiteren Schritt sollte durch eine Variierung des pH und Eh Werts in der repr sentativen Analyse 502 gezeigt werden bei welchen pH Eh Bedingungen eine Uran bzw Arsenphase gegen ber dem Grubenwasser ges ttigt w re In einem nat rlichen System wird es ohne eine
83. ein Gro teil der Vererzung vorkommt SDAG WisMmuT 1991 Tab 13 4 5 1 6 Devon Das Devon beginnt konkordant zum Silur mit den Oberen Graptolithenschiefern deren Sedimenta tion bereits im Oberen Pridolium einsetzte BRINKMANN amp ZEIL 1986 Hou 1985 Es folgen der unterdevonische Tentakulitenknollenkalk und die Tentakulitenschiefer mit dem Ne reiten Quarzit benannt nach Nereites m andrierenden Weidespuren von Anneliden oder Gastro poden KRUMBIEGEL amp KRUMBIEGEL 1981 deren Ausbildung im wesentlichen denen des Vogtl n disch Mittels chsischen Synklinoriums entspricht Dorn et al 1992 Dar ber wurden die den Wis senbacher Schiefern des Rhenoherzynikums hnelnden Schw rzschiefer HOHL 1985 des Mittel devons abgelagert PIETZSCH 1962 Im Oberdevon setzte Diabasvulkanismus mit Schalsteinen und Eisenerzen ein Planschwitz Stufe dessen Gesteine von den Cypridinenschiefern und Knotenkalken berlagert werden Der in weiten Teilen des Saxothuringikums nachweisbare Vulkanismus kann als initialer Vulkanismus der varis cischen Orogenese angesehen werden PIETZSCH 1962 Dar ber hinaus setzt sich im Oberdevon die bereits im Ordovizium begonnene Faziesdifferenzierung fort BRINKMANN amp ZEIL 1986 PIETZSCH Christian Wolkersdorfer 32 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 1962 was zum teilweisen Fehlen oberdevonischer Schichten f hrt PIETZSCH 1962 F r dieses Fehlen sind auch die beginnen
84. erkennen da CO aus dem Gruben wasser ausgast und oberhalb der Wasseroberfl che mehrere Volumenprozent erreichen kann Da der S ttigungskoeffizient der Uran und Arsenminerale deutlich im negativen Bereich liegt wer den die Arsen und Uranmassenkonzentration nicht ber die Gleichgewichtseinstellung zwischen den Mineralen und dem Wasser kontrolliert Sowohl beim Arsen als auch beim Uran liegt die Mas senkonzentration bei der eine S ttigung gegen ber einem Mineral vorl ge weit von den gemessenen Massenkonzentration entfernt Daraus sind zwei Folgerungen m glich Einerseits setzten die schwer l slichen prim ren Uran und Arsenminerale Pechblende L llingit bei den derzeitigen und auch k nftig zu erwartenden pH Eh Bedingungen ihre Metallgehalte nur langsam in das Grubenwasser frei Andererseits sind nicht gen gend leichter l sliche sekund re Uranminerale vorhanden um eine S ttigung des Grubenwassers mit dem jeweiligen Metall her vorzurufen Beim Arsen erfolgt die Kontrolle der Massenkonzentration ber die Adsorption an Oxide und Oxihydrate Zumindest zeigen einige differenzierte Arsenanalysen bis zu 55 kolloidal gebundenes Arsen Vermutlich ist auch Uran teilweise an Oxide und Oxihydrate gebunden ebenso wahrscheinlich ist dessen Adsorption an organische Bestandteile Die Uran und Arsenspezies des Grubenwassers variieren signifikant mit dem pH Wert W hrend Uran VI zu ber 98 im Uranylion U O vorkommt l
85. ert nach Originalpl nen der SDAG Wismut 133 Abb 70 Temperaturprofil des 9 August 1993 im Schacht 372 b 134 Abb 71 Temperaturverlauf im Schacht 372 b zwischen 21 Dezember 1992 und 14 September 1993 Die Dreiecke geben den Tag der Messung an 135 Abb 72 Temperaturprofil des 2 Dezember 1994 im Schacht 383 ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 136 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Abb 73 Abb 74 Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Station re Temperatur Leitf higkeits Druck und pH Wert Messungen mit der Multiparametersonde der Fa LogIn Gommern im Schacht 383 in 645 5 m NN 1 5 m oberhalb Sohle 990 zwischen dem 27 Juli und 4 November 1994 136 Station re Temperatur und Leitf higkeitsmessung im Niveau der Sohle 1260 im Schacht 366 II b zwischen 3 und 25 August 1992 Am 24 Juli 1992 wurde um 13 00 Uhr bei einem Wasserstand von 923 35 m NN 5 35 m unter Sohle in 918 00 m NN 1 50 m ber Sohle die Sonde montiert um den Vorgang beim Anstieg des Grubenwassers zu erfassen Der Wasserstand entstammt der Interpolation aus den 7 14t gig gemessenen Wasserst nden Ausfall der Temperatursonde durch Korrosion der Steckverbindungen am 15 7 92 um 7 00 Uhr So
86. gleichzeitige nderung anderer Parameter niemals zu einer alleinigen nderung des pH Werts Christian Wolkersdorfer 112 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks oder Eh Werts kommen Daher ist gerade beim Uraninit nicht davon auszugehen da bei spielsweise bei einem pH Wert von 7 0 und einem Redoxpotential von O mV die Gleichge wichtskonzentration von Uran der aus der Analyse 502 entspricht Uraninit pH Eh Abh ngigkeit Analyse 502 m 331 S ttigungskoeffizient oO Abb 55 Abh ngigkeit der Uraninits ttigung bei Eh Werten von 200 500 mV und pH Werten von 5 0 9 0 Berechnungsgrundlage ist die Wasseranalyse 502 vom 10 November 1994 Schacht 366 b m 331 3 Na Autunit pH Eh Abh ngigkeit 4 5 Analyse 502 m 331 o oO 1 0 IS 3 0 N e e E S ttiJungskoeffizjent A Abb 56 Abh ngigkeit der Na Autunits ttigung bei Eh Werten von 200 500 mV und pH Werten von 5 0 9 0 Berechnungsgrundlage ist die Wasseranalyse 502 vom 10 November 1994 Schacht 366 b m 331 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 113 S Skorodit pH Eh Abh ngigkeit 8 Analyse 502 m 331 S ttigungskoeffizient Abb 57 Abh ngigkeit der Skorodits ttigung bei Eh Werten von 200 500 mV und pH Werten von 5 0 9 0 Berechnungsgrundlage ist die Wasseranalyse 502 vom 10 November 1994 Schacht 366 b m
87. im Bergwerk Niederschlema Alberoda in t letzte Stelle gerundet SDAG Wismut 1991 und eigene Berechnungen F r das Haufwerksmaterial wurde eine Korngr e von 5 cm und eine Dicke der Verwitterungsrinde von 0 1 cm angenommen In der Verwitte rungsrinde befinden sich dann etwa 11 der mobilisierbaren Stoffmengen Haufwerksmaterial bezeichnet die gesamten im Haufwerksmaterial davon mobilisierbar die in der Verwitterungsrinde des gebrochenen Materials und Auflockerungszone die in der Auflockerungszone um die Grubenbaue vorhandenen Schadstoffgehalte Element Haufwerksmaterial davon mobilisiervbar Auflockerungszone Summe Mmax t t t t t Uran 7000 810 20 830 Arsen 11000 1270 100 1370 Nickel und Kobalt 630 70 260 340 Wismut 70 10 10 20 Zink 1000 120 310 430 Kupfer 700 80 100 180 Blei 300 40 60 100 Antimon 300 40 10 50 Selen 50 10 10 20 Radium 226 0 001 0 0001 2 74 107 0 0001 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 165 Aus den Formeln 62 64 65 und 66 errechnet sich somit eine wirksamen Gesamtmasse von e M 3 3 10 t die zusammen mit den regionalen CLARKE Werten der Spurenelementverteilung Tab 6 und den Gesteinsverteilungen Abb 11 zu den Rechenergebnissen in der Tabelle f hren Tab 55 Die mobilisierbaren Stoffmengen im Haufwerksmaterial wurden in der Weise umgerechnet da von einem idealisierten runden Gesteinskorn mit 5 cm Durchmesser die Stoffe in ein
88. jedes Kapitels ist eine Beschreibung des vertikalen Temperatur profils Der zweite Unterabschnitt ist nur dann vorhanden wenn gen gend Temperaturmessungen existieren aus denen ein zeitlicher Temperaturverlauf konstruierbar war Dadurch kommt es zu einem Bruch im Nummerierungssystem da beispielsweise auf Kapitel 7 3 4 1 kein weiteres Kapitel 7 3 4 2 folgt Um eine bersichtliche Gliederung zu erhalten wurde dies in Kauf genommen 7 3 4 Schacht 296 Il b 7 3 4 1 Vertikales Temperaturprofil Das Wasser im Schacht 296 II b ist mit 33 1 33 2 C um etwa 3 K k lter als das Wasser in anderen Sch chten zum gleichen Zeitpunkt Abb 62 In Niveau der Sohle 990 hat das Wasser eine Temperatur von 36 2 C wie sie entsprechend in den Sch chten 366 b 371 und 383 ge messen wurde Am bergang vom F llort zum Schacht vgl Abb 69 nimmt die Temperatur auf 4m um 3K ab Diese deutlichen Unterschiede in der Wassertemperatur spiegeln sich gleicherma en in den ande ren physikochemischen Parametern sowie in der hydrochemischen Klassierung der Me stellen m 325 und m 332 im Schacht 296 II b wieder vgl Kapitel 6 3 1 Ein weiteres Merkmal des Temperaturprofils im Schacht ist der kleine Temperatursprung zwischen 616 und 618 m NN der die Wassers ule in zwei Wasserk rper jeweils unterschiedlicher Tempe ratur teilt Wie die Leitf higkeitsmessungen zeigen hat jeder der beiden Wasserk rper eine andere Leitf higkeit somit eine andere chemische
89. kaum in ihren Stofffrachten Daher wurde nach einer M glichkeit gesucht diese durch Kennzahlen voneinander abgrenzen zu k nnen q und q2 sind die Logarithmen zweier empirisch ermittelter Quotienten aus den As U und Ca Stoffmengen Definitionsgem ist die Stoffmenge n mit der Einheit 1 mol der Quotient aus der Masse m und der molaren Masse M des jeweiligen Stoffes x n 2 18 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 73 cr DUROV Diagramm M Markus Semmler Stollen 1957 n 10 B Bismarck Quelle 1933 HCO Mg Na Ak Abb 23 DuroV Diagramm der Wasseranalysen des Bergwerks Niederschlema Alberoda 212 Wertepaare zus tzlich 10 ltere Analysen aus dem Markus Semmler Stollen und eine aus der Bismarckquelle Legende s Tab 30 F r die Kennzahlen o und q2 gelten folgende Gleichungen q log 2 gt 19 Nas q log 24 20 Nca Das log As Ca U Diagramm zeigt da Wasser vom Typ G zum berwiegenden Teil mehr Uran als Arsen enth lt W sser vom Typ I und S hingegen enthalten relativ mehr Arsen als Uran Interme di re W sser sind durch geringere alc Verh ltnisse gekennzeichnet als Sickerw sser Zumeist liegen die Intermedi ren W sser im Diagramm oberhalb die Sickerw sser unterhalb der Reg
90. lt lt lt lt lt lt lt lt lt lt lt lt lt lt lt lt lt lt lt ey HPo HM 4 lt lt lt lt lt lt lt EON un 3 duet lt lt lt lt lt lt lt lt 4 EN HP H9 lt lt lt EN lt lt EOIH lt lt lt lt lt lt lt lt lt E lt lt lt lt lt lt lt lt lt lt Hd lt lt Dm lt eo lt lt lt POS lt lt lt sv lt lt lt lt lt lt lt gt lt As 04 CI Ca Mg pH AR HCO3 Na GH OH lt Temp C Mn NO3 KH dH lt c PO4 Al EHmv gt H2S03 02 Pb Leitf lt Feli NKH dH lt NO Fe Cu Cr Cof gt Mo gt TOC Wasserana ien Iner Parameter der ausrei erfre ionen einze der Korrelat ISSE a Ergebni Sickerw sser Tab 59 lysen aus dem Bergwerk Niederschlema Alberoda Legende siehe S 79 lt ES lt lt lt 09 no lt lt lt
91. morpho struk turellen Stellung der Lagerst tte und zum anderen der Metallogenese beruhen Letztere unter scheidet im Erzgebirge dreizehn verschiedene Erzvergesellschaftungen ZENTRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 bei denen die Lagerst tte Niederschlema Alberoda zum Typ X polymetallische Vergesellschaftung des Younger Intrusive Complex YIC melanokrater Typ 1 geh rt TISCHENDORF 1986 Es soll nicht versucht werden die bei der Wismut bliche paragenetische Gliederung nach BAUMANN 1967 der der metallogenetischen anzupassen Beide besitzen Vorteile die letztere vor allem den eine altersm ige Beziehung zwischen tektonischen Vorg ngen und der Lagerst tten bildung herzustellen Da die paragenetische Gliederung bereits in anderen Arbeiten ber die Uranlagerst tten des Erz gebirges als Grundlage verwendet wurde HARLASS amp SCH TZEL 1965 LEUTWEIN 1957 OELSNER 1951 JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 SCHUPPAN et al 1994 soll hier ebenso verfahren Tab 10 Die Erzformationen des Erzgebirges BAUMANN 1968 ZENTRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 HARLASS amp SCH TZEL 1965 OELSNER 1958 BAUMANN 1992 ber die Problematik der eba Forma tion siehe HARLASS amp SCH TZEL 1965 Sie wird hier im Sinne BAUMANNS 1968 1992 zeitlich hinter die uqk und eb Formation gestellt und ist nicht im Sinne LEUTWEINS 1957 als der Prim rerzbringer anzusehen Die Grauabstufung der Balken gibt die relative H ufigkeit
92. sich unter anderem in einer pl tzlichen pH Erniedrigung wieder an dem dessen Wert um fast eine Einheit zur ckgeht Gleichzeitig steigt der Sulfatgehalt regelm ig an Gr nde f r die Schichtung k nnten Wasserzufl sse in den jeweiligen Sch chten sein oder eine Dichteschichtung hnlich der in Seen oder im Schacht 296 Il b ERICKSON et al 1982 Kapitel 7 3 4 1 Es ist vom Einzelfall abh ngig ob das kontrolliert abgeleitete Wasser aus dem relativ unkontaminierten oder dem kontaminierten Wasserk rper entnommen werden sollte Auf jeden Fall so LADw G 1985 mu vermieden werden da zu starke Wasserabsenkung zu weiteren Oxidationsprozessen demnach S urebildung im lufterf llten Grubengeb ude f hrt Auf das Bergwerk Niederschlema Alberoda bertragen w rde das bedeuten das Flutungsniveau so hoch wie m glich anzusetzen Gegebenenfalls kann eine horizontale Hermetisierung des gesamten Grubengeb udes im Niveau des Wasserl sungsstollens den Schadstoffaustritt verhindern Abb 86 d Dabei wird zwischen einer Hermetisierung gegen ber Wasser und einer gegen ber Sauerstoff unterschieden Im ersten Fall mu sichergestellt sein da kein Grubenwasser ber St rungszonen die Oberfl che erreicht Lokalisierbare St rungszonen m ssen daher soweit als m glich von bertage aus abgedichtet werden ber die Ergebnisse einer falsch durchgef hrten Hermetisierung die zum Anstieg der abflie enden Schadstoffmengen f hrte berichtet BiaGLow
93. somit ein erdalkalisches zum Teil alkalisches Wasser mit h herem Alkaliengehalt berwiegend sulfatisch ltere Wasseranalysen aus dem Markus Semmler Stollen Anzahl 10 Tab 19 und der Bis marckquelle Anzahl 1 Tab 17 fallen im wesentlichen mit dem Typ S zusammen besitzen je doch einen geringf gig h heren Calciumanteil Im Typendiagramm fallen sie in die Felder c und b was sie als normal erdalkalische hydrogencarbonatisch sulfatisch bis berwiegend sulfatische W sser auszeichnet Um die Abbildung bersichtlich zu halten wurden die unterschiedlichen Wassertypen nur im Katio nendreieck des PIPER Diagramms grafisch gekennzeichnet Die Untergliederung in drei Wasserty pen bildete die Grundlage f r die nachfolgende statistische Auswertung 110 100 E E es uantils S 90 Quantil D 90 ak Q ES 75 Quantil 5 2 804 Mittelwert S 70 4 Median 3 5 e 25 Quantil ZS 60 2 E 2 H 10 Quantil o 504 zZ 2 Werte au erhalb des 10 Quantils 40 Abb 21 Bedeutung der Linien der Boxplots am Beispiel aller Analysenwerte des Chemischen Sauerstoff bedarfs CSB Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 71 Tab 30 Beprobte Me stellen im Bergwerk Niederschlema Alberoda mit Anzahl der Analysen und Daten punkte im PIPER bzw DUROV Diagramm Die Zuordnung der Me stellen zum jeweiligen Wassertyp beruht
94. stellen belegt Tab 30 Dar ber hinaus sind drei unterschiedliche Linien dargestellt die Kurvenanpassung Fit das 95 Konfidenzintervall Confidence und das 95 Vorhersageintervall Predicted Innerhalb des 95 Vorhersageintervalls liegen 95 von 100 Werten die bei Wieder holungsmessungen bestimmt w rden Im 95 Konfidenzintervalls hingegen k men 95 von 100 Kurvenanpassungen dieser 100 Wiederholungsmessungen zu liegen S mtliche Parameter der Korrelationsfunktionen sind auf maximal vier g ltige Stellen angegeben die Korrelationskoeffizien ten r auf drei g ltige Stellen 6 3 4 2 pH Wert Beim pH Wert ist ein tendenzieller R ckgang zu beobachten Abb 39 Der geringe Regressions koeffizient der linearen Regression von r 0 02 l t jedoch keine Aussage dar ber zu ob es sich um einen relevanten R ckgang handelt Den besten Regressionskoeffizienten weist die Exponenti alfunktion auf r 0 035 der dennoch nur eine Tendenz anzeigt F r Ende des Jahres 2000 ist innerhalb des 95 Vorhersageintervalls mit pH Werten von 6 4 7 7 zu rechnen Christian Wolkersdorfer 94 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks E pH a b exp a 7 016 b 1 785 10 c 6 220 10 Gegenw rtig befindet sich der pH Wert des Grubenwassers im Pufferbereich des Calcits und Do lomits Wegen der Bedeutung des pH Werts f r die Stoffmobilisierung mu seiner Entw
95. und Aufl sphase Anhand dieses Forderungskataloges wurden im Rahmen dieser Arbeit insgesamt vier Sporenson den LydiA Lycopodium Aufgabe Sonde Lycopodium Apparatus mit unterschiedlichen Druck ausgleichs und Schlie mechanismen konzipiert und getestet LydiA1 bis LydiA3 basieren auf ei nem Feder Kolben Mechanismus der in einem Aluminumkolben frei beweglich ist sobald der Son denverschlu sich ffnet Gummidichtungen an Deckel und Verschlu garantieren da Wasser nur durch den chemischen Verschlu hindurch zu den Sporen gelangt LydiA4 hingegen besteht aus speziell konstruierten Teilen die durch Polyvinylalkohol PVA miteinander verklebt sind Vom 2 April 1992 bis 16 Juni 1992 wurden Experimente mit verschiedenen PVAs durchgef hrt um deren Wasserl slichkeit zu ermitteln Tab 43 Das PVA Granulat wurde entsprechend dem Merkblatt Nr 2160 890 Polyviol der Wacker Chemie GmbH oder der Brosch re Moviol Po Christian Wolkersdorfer 120 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Iyvinylalkohol der Hoechst AG gel st Anhand der Versuche stellten sich Mov oL 4 88 und Po Iyviol g 04 140 als am besten geeignet f r den chemischen Verschlu heraus In acht Einzelversuchen zwischen 8 November 1994 und 22 Juni 1995 mit jeweils 8 5 g in 20 40 mL Wasser gel stem PVA wurde LydiA4 mittels 2 bis 4 PVA Schichten verschlossen Es konnte gezeigt werden da die optimale Verklebung bei 8 5 g PVA mi
96. von 80 180 C angegeben HARLASS amp SCH TZEL 1965 also epithermale Bedingungen Als weiteres Uranmineral wurde in der mgu Formation Coffinit U SiO ausgeschieden In den Nebengesteinen ist der Urangehalt relativ gering und betr gt 2 10 7 10 Massenprozent ZETZSCHE 1994 Tab 6 ber die Eh pH Verh ltnisse bei der Bildung dieser Haupturanerzformationen stellten TISCHEN DORF amp UNGETH M 1968 einige Untersuchungen an Daraus l t sich ableiten da f r die kku und mgu Formationen Eh Werte von 100 300 mV und pH Werte von 6 8 geherrscht haben m ssen Abb 12 Uraninit der in der Natur niemals in seiner Idealzusammensetzung vorkommt DYBEK 1962 wan delt sich beim Verwitterungsvorgang in ein Gemenge verschiedenster Sekund rminerale um die sowohl im Grubengeb ude als auch in der Verwitterungszone der Lagerst tte vorkommen vgl Kapitel 4 9 Dazu geh ren die schwerer l slichen Uranyl Silikate wie beispielsweise Uranophan CaH UO2 SiO4 2 5H20 und die leichter l slichen Gummit genannten Uranyl Hydroxide Tab 11 Dieses Umwandlungs Oxidations und Hydratations produkt des Uraninits ist von gummiartigem Charakter und besteht im wesentlichen aus Mineralen der Becquerelit Fourmarierit Gruppe STRUNZ 1982 Im Niveau des Markus Semmler Stollens f hrten Sekund rminerale mit Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 43 denen das Wasser in K
97. wird eine Massenkonzentration von 1 5 10 mg L Radium mitgeteilt Interes sant sind die Radiummassenkonzentrationen ostbayerischer Flu spatgruben Beim Kontakt mit uranhaltigem Flu spat CaF erreichen die Konzentrationen im Grubenwasser 1 0 10 1 0 10 mgL Radium X 1 8 10 mgL n 31 bei uranfreiem Flu spat 4 0 10 1 1 10 mg L X 2 4 10 mg L n 32 KuBACH amp WEIGEL 1977 F r die Flie gew sser um Aue werden im Anstrom der Wassereinleitungen durch die Wismut GmbH berein stimmend 3 4 10 mg L bestimmt Tab 27 BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1992 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 63 Tab 27 Zusammenstellung von Radiummassenkonzentrationen in W ssern unterschiedlicher Herkunft nach Massenkonzentration geordnet 1Bq entspricht einer Radiummassenkonzentration von 2 703 10 g Lokalit t Ra Massenkonzentrationen Quelle mg L Erzgebirge Oberfl chengew sser 3 2 10 4 9 10 Tab 18 Ostbayern Grubenwasser Flu spatbergwerk 4 10 1 1 10 KUBACH amp WEIGEL 1977 Niederschlema Alberoda Sickerw sser 9 5 10 1 1 10 Tab 28 Mittelwert s Ostbayern Grubenwasser Flu spatbergwerk mit Uran 1 10 1 107 KUBACH amp WEIGEL 1977 Kendyktas Berge Kirgisien Grundwasser 1 10 2 107 GERMANOV et al 1958 Udaisagar Indien Grubenwasser Uranbergwerk 1 5 10 KUBACH amp WEIGEL 1977 Niederschlema
98. zeitliche Variation oder nur eine solche die statistisch nicht signifikant ist Die Massenkonzentrationen von NO und O weisen einen mit der Jahreszeit variierenden gegen l ufigen Gang auf der f r NO im ersten Halbjahr f r Oz im zweiten Halbjahr ein Maximum hat Solch ein jedoch teufenabh ngiges Verhalten kann w hrend der Stagnationsperiode in Seen be obachtet werden STUMM amp MORGAN 1981 wo infolge der Photosynthese die Sauerstoffkonzentra tion mit zunehmender Stickstoffkonzentration abnimmt Daher kann angenommen werden da f r diesen jahreszeitlichen Verlauf neben Stoffeintr gen aus der Landwirtschaft der jahreszeitliche Wechsel des Stoffumsatzes bei der Photosynthese eine Rolle spielt F r die leichte Abnahme der Leitf higkeit r 0 12 die mit nicht signifikanten Abnahmen der Ka lium Chlorid und Phosphatmassenkonzentration einhergeht d rfte vermutlich die Abnahme des D ngemiitteleinsatzes verantwortlich sein die nach dem Zusammenbruch des SED Regimes mit dem Niedergang der LPGs Landwirtschaftliche Produktionsgenossenschaft verbunden war Da die D ngemittel zum Teil Eisen enthalten beim in der DDR eingesetzten Tangerm nder Univer sald nger ausgewiesenerma en als Spurenelement VOIGT 1990 l t sich die Abnahme der Ei senmassenkonzentration r 0 17 m glicherweise ebenfalls damit erkl ren Andere Parameter zeigen eine geringe nicht signifikante zeitliche Abh ngigkeit r lt 0 10 As U pH
99. 0 13 20 3 40 10 90 0 18 5 30 8 40 3 20 1 30 lt 0 10 0 21 lt 0 10 1 40 2 80 0 08 lt 0 10 0 18 99 40 0 3 46 15 100 lt 1 40 52 lt 4 76 18 lt 0 05 lt 0 5 lt 0 2 lt 2 125 lt 2 89 130 td 47 67 2 28 13 50 3 25 8 10 0 16 4 30 11 75 2 25 1 90 0 14 0 39 lt 0 10 0 74 1 75 0 11 0 13 0 34 98 76 0 7 23 18 83 51 48 lt 4 100 18 lt 0 05 lt 0 5 0 2 10 1 115 6 1 120 132 13 12 sk 64 40 0 67 16 90 0 90 4 60 0 09 1 70 0 59 0 96 3 60 lt 0 10 lt 0 10 lt 0 10 1 60 2 70 0 10 lt 0 10 0 30 99 10 lt 2 26 14 63 lt 1 20 24 lt 4 31 28 0 05 lt 0 5 lt 0 2 lt 2 33 12 2 3 42 72 11 ks l 68 05 0 48 8 76 1 60 4 00 0 08 1 68 1 64 0 60 2 60 0 60 0 41 lt 0 1 1 44 6 90 0 20 4 28 0 18 103 50 Ki 1 74 20 90 lt 1 17 61 10 77 31 0 1 0 7 2 1 lt 2 120 6 8 165 95 53 47 ks k 21 08 0 48 6 58 2 45 3 06 0 36 5 70 28 88 0 30 2 85 0 20 0 89 lt 0 1 1 62 27 12 0 12 1 04 25 25 KM lt 2 44 15 620 lt 1 17 61 10 31 0 11 0 7 2 1 lt 2 120 6 8 165 145 38 903 865 ds 57 40 0 95 18 85 1 70 6 45 0 08 2 94 0 95 2 00 3 85 lt 0 1 lt 0 1 lt 0 1 2 43 4 20 0 10 0 38 0 51 102 80 0 3 1 26 12 60 lt 1 23 15 lt 4 44 18 0 06 lt 0 5 lt 0 2 lt 2 42 15 5 53 132 18 12 S 57 00 0 87 21 00 1 75 5 05 0
100. 0 17 Abb 2 Tab Clausthal Zellerfeld BAUMANN L 1994 Ore parageneses of the Erzgebirge history results and problems Mono graph Series on Mineral Deposits 31 25 46 11 Abb Berlin BAUMANN L NIKOLSKIJ I L amp Wor M 1979 Einf hrung in die Geologie und Erkundung von Lagerst tten 503 S 151 Abb 44 Tab Essen Gl ckauf BECK R amp WEBER CA 1897 Ueber ein Torflager im lteren Diluvium des s chsischen Erzge birges Z dt geol Ges 49 662 671 1 Abb Berlin BEEGER D MATHE G QUELLMALZ W amp WEBER W 1988 Das s chsische Erzgebirge Geolo gie Bergbau und Kultur Ver ffentlichungen aus dem Naturhistorischen Museum Wien Neue Folge 22 1 40 49 Abb 1 Taf Wien BENEDIx E H CASPER S J DANERT S H BSCH P LINDNER K E SCHMIEDEKNECHT M amp SCHUBERT R 1991 Urania Pflanzenreich in vier B nden Viren Bakterien Algen Pilze 1 Aufl 664 S Abb Leipzig Jena Berlin Urania Verlag BIaGLOW J A 1988 Study to determine the effectiveness of the hydraulic mine seal at Big Four Hollow Creek near Lake Hope State Park in southeastern Ohio 169 S Dayton OH USA Degree Master s BLAIR R D CHERRY J A DM T P amp VIVYURKA A J 1980 Groundwater monitoring and contaminant occurrence at an abandoned tailings area Elliot Lake Ontario 411 430 Abb 2 Tab Vancouver First international conference on uranium mine wa
101. 07 2 056 0 56 10 Ni 1 06 0 91 2 0 06 0 2 3068 0 96 2 029 049 4 0 11 0 16 3 037 057 14 H3SiO 186 31 4 199 35 4279 25 A 146 19 4 256 27 4 216 52 20 Ti 0066 1 0 01 0 00 20 17 027 3 005 0 04 3 0 04 0 04 2 008 0 14 11 Zn 068 0 25 204 1 0 019 012 4 090 031 029 7 oe 383 1 250 054 3 3390 1 243 048 3 274 065 8 SCHIFFNER amp WEIDIG 1909 stellen ihrer Publikation ber radioaktive W sser Sachsens eine Be schreibung der bergbaulichen Verh ltnisse im Umfeld des Markus Semmler Stollens voran Dort weisen sie darauf hin da Wasserzufl sse in die Gruben haupts chlich dort auftraten wo der Kontakt zwischen Granit und Metamorphiten von G ngen gebildet wurde ber die generellen Wasserverh ltnisse schreiben sie Die Grundw sser haben nach der Tiefe hin nicht zugenommen denn die Wasserzug nge beste hen zumeist aus Tagew ssern die sich in die Tiefe verf llen und daher in den oberen Sohlen z T schon durch St lln abgef hrt werden 4 7 2 3 Nach 1945 Anders als bei den Prospektionen in Ronneburg und K nigstein gab es im Erzgebirge keine hydro geochemische Bestandsaufnahme vor Bergbaubeginn J MEYER pers Mitt Daher beschr nken sich die Angaben zur Hydrogeochemie der W sser im Untersuchungsgebiet auf die bei LEUTWEIN amp WEISE 1962 tabellierten Werte Tab 19 Angaben zum teufenabh ngigen Stoffgehalt der Sickerw sser im Bergwerk stammen von der SDAG Wismut SDAG Wismut 199
102. 1 Diesen ist zu entnehmen das die Mineralisation der Sickerw sser im Grubengeb ude bei etwa gleichbleibendem pH Wert von oben nach unten konti nuierlich zunimmt Abb 17 Christian Wolkersdorfer 54 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Zum Vergleich zwischen den heutigen Flutungsw ssern und der unbeeinflu ten Situation vor Bergbaubeginn k nnen die Mittelwerte von Gew sseranalysen des Jahres 1993 herangezogen werden die im Rahmen der Umgebungs berwachung durch die Wismut GmbH gewonnen wurden Tab 18 Sie entsprechen gr enordnungsm ig den Analysen der Bismarck und Hin denburgaquelle 4500 4000 Abdampfr ckstand pH Wert 3500 3000 2500 4 2000 4 1500 4 Abdampfr ckstand mg L 1000 4 pH Wert 500 oOo ND DOLFTUIIONDOO bis Sohle 240 bis Sohle 360 bis Sohle 540 bis Sohle 990 bis Sohle 1710 Abb 17 Teufenabh ngige Gr e des Abdampfr ckstands und pH Werts im Bergwerk Nieder schlema Alberoda Bei nahezu gleichbleibendem pH Wert nimmt die Masse des Abdampfr ck stands in den Sickerw ssern von oben nach unten kontinuierlich zu ver ndert nach SDAG WIsMUT 1991 4 8 Mikrobielle Aktivit ten Mikroorganismen spielen im nat rlichen und anthropogenen Umfeld bei unterschiedlichsten Pro zessen eine Rolle BENEDIX et al 1991 Ei
103. 1 Tab 33 so da sie verworfen werden mu Folg lich sind die Typen S I und G eigenst ndige Wassertypen mit signifikant voneinander unterschied lichem Chemismus Christian Wolkersdorfer 78 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Tab 33 Ergebnis der statistischen Auswertung einiger Hauptparameter mit dem KrUSKAL WALLIS Test nichtparametrische Varianzanalyse des Ranges Kritische Werte der x Verteilung mit den Si cherheiten o 0 01 amp 0 05 und o 0 10 Freiheitsgrad v f r alle Auswertungen 2 Parameter H P a 0 05 Freiheitsgrade Kritischer Wert a 001 0 005 a 0 10 As 333 4 lt 0 0001 2 9 21 5 99 4 61 U 307 1 lt 0 0001 Ca 150 0 lt 0 0001 Mg 171 9 lt 0 0001 Na 127 9 lt 0 0001 so 281 4 lt 0 0001 cl 277 3 lt 0 0001 HCO 193 2 lt 0 0001 PO 52 1 lt 0 0001 Ra 173 5 lt 0 0001 pH 176 4 lt 0 0001 6 3 2 6 Multipler Vergleich Dunn Test Um die grafische Zuordnung der einzelnen Me stellen zu den Wassertypen S und G statistisch zu berpr fen kann ein multipler Vergleich angewendet werden der mehrere Stichproben jeweils einzeln miteinander vergleicht Der Dunn Test ist auf alle nichtnormalverteilten Stichproben mit ungleicher Varianz anwendbar JANDEL SCIENTIFIC 1994b Es werden die Differenzen aus den Mittelwerten der R nge der Abstand der Differenzen p die Pr fgr e Q und die Wahrscheinlichkeit P berechnet Q ist ein Ma f r den Unterschied zwi
104. 11 2 11 0 51 1 20 4 38 lt 0 1 lt 0 1 lt 0 1 2 30 3 85 0 1 lt 0 1 0 45 101 00 0 2 1 21 10 45 lt 1 16 18 lt 4 37 16 0 05 lt 0 5 lt 0 2 lt 2 36 15 5 2 6 27 72 16 13 qs 76 30 0 72 10 06 4 98 4 36 0 10 1 30 0 56 1 94 2 31 0 10 1 21 0 38 104 30 22 24 70 41 0 03 12 66 0 03 5 30 0 16 0 64 1 28 3 53 4 93 0 13 0 1 0 3 99 10 0 2 3 5 10 0 12 Kb Kh 48 70 2 58 13 24 2 68 7 18 0 21 4 14 5 84 3 89 3 60 0 73 0 2 1 01 6 43 100 20 0 3 2 60 60 38 250 20 230 224 Christian Wolkersdorfer 38 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 konnten f r die Uranvererzung im Erzgebirge zwischen der Uranvererzung und den lithologischen Gegebenheiten einerseits und der Vererzung und dem Kluftsystem andererseits eine deutliche Beziehung nachweisen worauf im Kapitel 4 6 n her eingegangen wird die Abbildungen in dieser Arbeit lassen keinen Zweifel daran da JANISCHEWSKIJ die Lagerst tte Niederschlema Alberoda beschreibt Von einigen Ganggesteinen und Graniten abgesehen sind alle Gesteine stark isoklinal gefaltet und tektonisch miteinander verschuppt Faltenachsen und Schichtfl chen streichen im Lager st ttenbereich zur Mehrzahl ENE WSW im s dwestlichen Teil vereinzelt auch N S Die Schichten fallen mit 40 50 nach NW ein entsprechend haben die Falten
105. 17 9 17 9 schwarz zur Strahlenquelle hellbraun fluoreszierend 18 8 18 8 schwarz zur Strahlenquelle Das Erzgebirge geh rt mit einer W rmestromdichte von q 70 95 mW m in den neuen Bun desl ndern zu den Gebieten mit den gr ten W rmestr men HURTIG A OELSNER 1979 Aus nu merischen Modellierungen errechnet sich bis 12 km Tiefe eine geothermische Tiefenstufe von Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 123 durchschnittlich 40 m die unterhalb 14 km Tiefe im Bereich der Gera Aue Joachimsthal St rung h her im Fl hatal niedriger ist OELSNER amp HURTIG 1979 Im Uranbergwerk Niederschlema Alberoda wird die Temperatur des Flutungswassers von ver schiedenen Faktoren verursacht von denen drei genannt seien Erstens die geothermische Tiefen stufe zweitens die langj hrige K hlung der Sch chte und Strecken auf etwa 25 C und drittens vernachl ssigbare radioaktive Zerfallsprozesse im Flutungswasser und am Kontakt des Wassers mit Erzg ngen Im Grubentiefsten Sohle 1800 betr gt die Temperatur aufgrund der geothermi schen Tiefenstufe von 32 m etwa 70 C Daf r ist insbesondere die W rmeerzeugung Tab 47 beim Zerfall von diffus im Gestein verteiltem Uran Thorium und Kalium verantwortlich CH U 232Th 1K Tab 48 Eine weitere die geothermische Tiefenstufe beeinflussende nicht zu vernach l ssigende W rmequelle ist der postkinematische Auer Granit S
106. 1988 Im zweiten Fall wird das Grubengeb ude lediglich gegen den Zutritt von Sauerstoff abgedichtet damit eine Pyritoxidation unterbunden wird obwohl diese Methode von anderer Seite ob ihrer Zuverl ssigkeit Zweifel findet BARNES amp CLARKE 1964 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 149 Eine vertikale Hermetisierung des Bergwerks Niederschlema Alberoda unterscheidet sich insofern von der in Abb 86 d als nicht der Wasserl sungsstollen sondern das Grubengeb ude unterhalb des Wasserl sungsstollens hermetisiert w rde Abb 93 Die Hermetisierung weist drei Vorteile auf e frisches sauerstoffhaltiges Wasser kann ber das Grubengeb ude nicht oder nur erschwert in tiefere Grubenteile gelangen e kontaminiertes und nicht kontaminiertes Wasser werden sich nicht miteinander vermischen e eine Wasseraufbereitung ist m glicherweise vermeidbar 7 6 3 Beschreibung des Flutungsablaufs Obgleich die Flutung des Bergwerks Niederschlema Alberoda sehr komplex ist da die Sickerw s ser ber eine gro e Anzahl von Sch chten S mpfen und Sohlen in das Grubengeb ude flie en soll versucht werden den generellen Ablauf zu skizzieren Dabei werden nacheinander die Zufl sse in die wichtigsten Sch chte dargelegt Eine Prinzipdarstellung der Vorg nge gibt Abb 2 Offiziell begann die Flutung des Bergwerks Niederschlema Alberoda am 11 Januar 1991 mit dem Abschalten der Hauptpumpenstat
107. 1999 2000 Regressionskurve der Zeit bez glich der Hydrogenkarbonatmassenkonzentration f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 209 Wertepaare Legende siehe Tab 30 Christian Wolkersdorfer 102 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 300 Predicted Confidence 250 2 Fit 200 1 Wu 150 4 Chlorid mg L 100 50 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Abb 48 Regressionskurve der Zeit bez glich der Chloridmassenkonzentration f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 212 Wertepaare Legende siehe Tab 30 6 3 4 10 Chlorid Wie die Regression der Chloridmassenkonzentration zeigt ist mit keiner gro en nderung der Chloridmassenkonzentration zu rechnen Abb 48 Bei einem Regressionskoeffizienten von r 0 637 und innerhalb des 95 Vorhersageintervalls sind 90 170 mg L zu erwarten auf 10 mg ES gerundet Chlorid a gt a 1 261 10 b 9 021 10 6 4 Chemisch thermodynamische Gleichgewichtsberechnungen 6 4 1 Grundlagen Ziel der chemischen Gleichgewichtsuntersuchungen ist es Aussagen ber den S ttigungszustand verschiedener fester Phasen und die Verteilung der Uran sowie Arsenspezies in den Flutungsw ssern zu gewinnen Daraus sollen zusammen mit den Untersuchung
108. 2 15 89 0 027 0 029 0 005 218 03 0 001 0 003 0 78 0 03 S 2 28 0 19 14 00 0 44 31 08 123 50 0 15 18 20 15 37 8 54 1 07 0 13 0 01 0 02 0 82 0 39 57 57 7 40 37 47 1 90 15 48 0 10 0 28 3 86 1 44 2 98 3 88 0 02 0 05 0 03 0 001 n 12 19 28 14 Typ x 25 55 1 48 242 60 7 65 29 95 1101 57 1 10 109 92 78 33 137 80 9 73 0 33 0 11 0 59 0 51 0 25 519 93 63 98 270 53 2 88 0 03 18 04 0 29 1 63 33 28 12 04 19 33 7 96 0 26 0 64 0 06 0 020 0 002 0 01 0 015 0 03 15 48 0 0001 0 031 0 020 0 008 565 32 2 07 0 12 S 4 00 0 15 140 54 0 53 39 70 431 37 43 97 12 50 69 23 7 11 0 37 0 07 0 87 1 01 105 28 44 58 82 30 1 07 0 02 4 78 0 10 0 11 7 50 0 90 2 39 5 03 0 25 1 00 0 50 0 18 n 165 163 46 246 130 199 66 15 213 213 141 119 98 51 34 158 58 17 213 212 209 146 36 72 19 213 106 141 5 5 260 1 66 Typ G x 35 38 3 31 282 57 7 11 61 09 2617 81 70 92 27 00 222 19 148 36 378 48 37 14 2 66 2 46 1 60 2 80 0 68 2 64 1138 36 142 36 889 52 2 17 0 06 23 14 4 42 2 08 65 21 42 09 28 02 2 54 0 01 0 08 0 37 4 71 0 20 0 138 0 07 0 005 0 02 0 005 0 005 0 03 32 49 0 0002 5 60 0 199 0 030 0 011 2094 09 0 001 0 001 2 82 0 02 0 11 S 4 44 0 59 132 11 0 39 85 76 585 95 10 90 16 23 61 27 46 40 105 91 4 85 2 31 2 18 1 95 1 21 0 76 0 48 263 68
109. 28 Cd E 5 e e S a E 2 Fr 15 20 4 5 T T T T T T T T T T T T T T T T T Es bei x to a N N bal st Hei Hei Es D CH bal CH O N N N bel G i O O O ka z sa a 9 2 2 7 2 Sp ZS E E E E E E E E E E E E E E E E a Abb 97 Boxplot der Temperaturme werte SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 4 5 Se 4 0 F aao Llu Y 3 0 E o PEE Go A E 25 EN 4 20 T 3 D i Pe 0 5 A 0 0 kal mM x Ve e N N M zt te te Kal Q oO D oO oO N N N M M Kal Kal Kal O O O Ga Fr z T baal bel baal bail bail bal bal Q bal baal te te te te te Ce et ee ee en ne O Ha Abb 98 Boxplot der Leitf higkeitsme werte SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 195 550 500 450 Ces 400 a E Be 350 gt o I I LC E d 250 204 Al NL NN 150 S
110. 33 PIPER Diagramm 8 S Sickerw sser Frischw sser G Grubenwasser Flutungswasser l Intermedi re W sser SO NO Na Ak HCO CT Abb 22 P rER Diagramm der Wasseranalysen des Bergwerks Niederschlema Alberoda 212 Wertepaare zus tzlich 10 ltere Analysen aus dem Markus Semmler Stollen und eine aus der Bismarckquelle Legende s Tab 30 Kleine Grafik Typendiagramm nach FURTAK amp LANGGUTH dieses aus H LTING 1992 Ein Teil der Wasseranalysen von Niederschlema Alberoda sind Sekund re W sser Klasse Il der gr te Teil sind jedoch bergangsw sser zwischen Sekund ren und Sulfatischen W ssern Klasse Ill Prim re Klasse I Chloridische Klasse IV sowie Alkali Bikarbonat W sser Klasse V fehlen vollst ndig Drei Analysen des Blindschachts 383 b m 363 liegen im Bereich der W sser des Typs S Es han delt sich dabei um die Analysen 10 25 und 26 die nicht aus dem Flutungswasser stammen son dern aus Zuleitungen in den Blindschacht Der Entnahmeort weicht also von dem der 17 anderen Proben des Blindschachts ab die im Diagramm dargestellt sind Ihrem Charakter nach sind es eindeutig Sickerw sser was auch die Kennzahlen q und q2 Zeigen Zu Anfang des Untersuchungszeitraums 1990 1991 unterschieden sich die Sickerw sser und das Grubenwasser
111. 406 E11 2 AAS Ofen DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38405 D10 Photometrie DIN 38405 D9 2 Photometrie EN 25814 1992 DIN 38408 G22 DIN 38406 E6 1 AAS Flamme DIN 38406 E6 3 AAE Ofen DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38404 C5 DIN 38405 D11 4 ULG 4 91 emanometrisch DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38405 D18 AAS Hydrid DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38405 D5 2 Gravimetrie DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38409 H3 1 ULG 2 91 photometrisch ULG 3 91 fluorimetrisch Laser Phosphoreszenz DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38406 E8 1 AAS Flamme Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 69 Anhand der Auflistung ist erkennbar da die Wismut GmbH nicht der Gehalt an wasserl slichen Stoffen interessiert sondern der Gesamtgehalt einschlie lich der kolloidal gebundenen lonen Bis zuletzt lie sich zwischen Autor und der Wismut GmbH keine Einigkeit in der Frage erreichen ob gel ster Gehalt oder Gesamtgehalt im Wasser bestimmt werden sollen WENRICH VERBEEK 1977 zeigte da Filterung und Ans uerung einen entscheidenden Einflu auf den Urangehalt einer Wasserprobe haben Im allgemeinen ist in den unfiltrierten Proben der Uran gehalt gr er als in den gefilterten was auf die Adsorption von Uranverbindungen an Schwebteilen zur ckzuf hren ist Zwischen der Probennahme und der Analyse geht dieses Uran in L sung und erh ht daher den Urangehalt in der Wasserprobe Ans uerung des ungefilt
112. 5 201 777 869 696 1620 317 195 667 919 1626 41 750 350 724 1665 142 395 308 974 1710 143 127 166 579 Kaskade V 2 556 835 1755 13 273 23 452 1800 10 179 10 179 Kaskade VI 33 631 Christian Wolkersdorfer 214 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Tab 61 Liste der Minerale die aus der Lagerst tte Niederschlema Alberoda beschrieben wurden SCHR DER amp Lupp 1990a 1990b H ufigere Minerale sind kursiv gesetzt J MEYER pers Mitt Die Formeln sind nach STRUNZ 1982 STR BEL amp ZIMMER 1982 oder von PHILIPSBORN 1967 angege ben englische Mineralnamen nach BATES amp Jackson 1987 Nr Nr WATEQ4F Name Englischer Name Formel 1 Aguilarit aguilarite Ag SeS 2 Aikinit aikinite 2PbS Cu3S Bi2Sz 3 445 Akanthit acanthite AgS 4 Aktinolith actinolite Ca gt Mg Fe s OH F SiaO44 2 5 Allargentum allargentum e Ag Sb 6 Allemontit allemontite Sb As 7 Almandin almandine FesAl2 SiO4 3 8 Anatas anatase TiO 9 Andradit andradite CasFe SiO4 10 17 Anhydrit anhydrite Ca S0O4 11 Ankerit ankerite CaFe CO3 2 12 494 Annabergit annabergite Nis As04 2 8H20 13 Antimon antimony Sb 14 Apatit apatite phosphorite Cas F PO4 3 15 Apophyllit apophyllite KCa4 F Si4010 2 8H20 16 21 Aragonit aragonite CaCO 17 Argentit argentite Ag2S 18 Argentopyrit argentopyrite AgFe28S3 19 Arsen arsenic As 20 Arsenolamprit arsenolamprite a As 21 497 Arsenolith arsenolite Ae 22 Arsenopyrit arsenop
113. 5 Silur Im Silur kam es anf nglich zur Ablagerung von tonig kieseligen Abfolgen die gegen Ende etwa ab Wenlockium in karbonatreichere Abfolgen mit Diabasen bergehen HoHL 1985 Wiederum be steht zwischen den erzgebirgischen und den vogtl ndischen Verh ltnissen eine gro e hnlichkeit DORN et al 1992 PIETZSCH 1962 Gegen ber anderen europ ischen Gebieten in denen zwischen Ordovizium und Silur eine Schichtl cke vorhanden ist BRINKMANN amp ZEIL 1986 HOHL 1985 k nnen die im Vogtland und Erzgebirge gefundenen Schichtl cken nur lokal nachgewiesen werden PIETZSCH 1962 Allgemein darf f r das Erzgebirge von einer kontinuierlichen Sedimentation vom Ordovizium bis ins Devon ausgegangen werden BRINKMANN amp ZEIL 1986 Das Silur wird in die Unteren Graptolithenschiefer die Ockerkalkgruppe und die ins Devon berlei tenden Oberen Graptolithenschiefer gegliedert PIETZSCH 1962 HoHL 1985 Einige Autoren stellen die Oberen Graptolithenschiefer bereits vollst ndig ins Devon DORN et al 1992 BRINKMANN amp ZEIL 1986 Hauptverbreitungsgebiet der silurischen oberordovizischen und devonischen Gesteine ist die L R nitz Zw nitzer Mulde eine stark verschuppte Synklinalstruktur s Kapitel 4 5 2 2 Dort stehen Alaunschiefer Kieselschiefer Tonschiefer und Karbonate an DoRN et al 1992 PIETZSCH 1962 die von der Wismut zusammen mit den devonischen Gesteinen teilweise als produktive Gesteine bezeichnet wurden da in ihnen
114. 5 bis 1990 Geol Jb A 142 335 346 2 Abb 5 Tab Hannover BASAROWITSCH H S S 1992 Isotopen geochronologische Untersuchung der Lagerst tte Schlema Alberoda mittels der Xenon Neutronen Induktionsmethode in russisch 22 S 8 Abb 1 Tab Moskau Dissertation Russische Akademie der Wissenschaften Institut f r Geochemie und analytische Cehmie Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 169 BATES R L amp JACKSON J A 1987 Glossary of geology 3 Aufl 788 S Alexandria American Geological Institute Bau HH amp TORRANCE K E 1981a On the stability and flow reversal of an asymmetrically heated open convection loop J Fluid Mech 109 417 433 10 Abb Bau HH amp TORRANCE K E 1981b Transient and Steady behavior of an open symmetrically heated free convection loop Int J Heat Mass Transfer 24 597 609 15 Abb BAUMANN L 1967 Zur Frage der varistischen und postvaristischen Mineralisation im s chsischen Erzgebirge Freiberger Forschungshefte C 209 15 38 4 Abb Freiberg BAUMANN L 1968 Die Mineralparagenesen des Erzgebirges Charakteristik und Genese Freiberger Forschungshefte C 230 217 233 Freiberg BAUMANN L 1992 Zur Metallogenie des Erzgebirges sowie Darstellung einiger seiner bedeuten den Lagerst tten Schriftenreihe Gesellschaft Deutscher Metallh tten und Bergleute 64 1 3
115. 6 43 Pyrit 0 3 0 7 3 2 0 3 0 2 0 2 0 3 MgCO 0 3 0 4 0 7 0 3 16 4 1 3 1 2 0 4 9 6 CaCO 0 3 0 8 0 2 0 3 70 8 0 3 0 2 0 6 11 6 APP 6 13 2 53 38 6 3 3 6 NP 6 12 11 6 903 18 16 11 230 Net NP 0 1 9 47 865 12 13 8 224 9 0 Predicte 8 5 4 Kap Confidence Fit 80 4 pH Wert 6 0 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Abb 39 Regressionskurve der Zeit bez glich des pH Werts f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 246 Wertepaare Legende siehe Tab 30 Christian Wolkersdorfer 96 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 6 Grubenwasser Typ G 0 001 Intermedi re W sser Typ I 0 034 A 54 A Sickerw sser Typ S 0 329 H rte Alkalinit t Relation Wu 1991 1992 1993 1994 Abb 40 Zeitliche Entwicklung der Relation aus Gesamth rte und Alkalinit t nach der Formel von VOIGT 1990 zwischen Januar 1992 und Dezember 1994 207 Wertepaare 6 3 4 3 Gesamth rte Ein kontinuierlicher Anstieg bis zum Ende des Prognosezeitraums ist f r die Gesamth rte wahr scheinlich Abb 41 Bei einem Regressionskoeffizienten von r 0 651 ze
116. 7 2 3 Beschreibung der Lycopodiumsonde LydiA Ein Nachteil der Versuche vom Mai 1992 lag darin die Sporen nicht zu einem exakten Zeitpunkt an einer bestimmten Stelle in das Grubenwasser einspeisen zu k nnen sondern nur indirekt ber das Rohrleitungssystem F r die Einspeisung der Sporen in einem Bergwerk mit seinen besonderen Verh ltnissen sollten folgende Anforderungen erf llt sein Freisetzungszeitpunkt bestimmbar wenigstens 60 Minuten nach Positionierung der Sonde Ortsgenaue Einspeisung auch in tieferen Bereichen Keine Vermischung unterschiedlicher Farben bei der Einspeisung Zuverl ssiger ffnungsmechanismus der Aufgabesonden Keine Kontamination des durchfahrenen Wasserk rpers mittels unkontrolliert freiwerdender Sporen Prinzipiell gibt es drei M glichkeiten eines Sondenverschlusses e mechanisch elektronisch e explosiv elektronisch e chemisch W hrend der Vor berlegungen zeigte sich da ein chemischer Verschlu bei den physikochemi schen Bedingungen und den zu erwartenden hohen Dr cken im Bergwerk Niederschlema Albero da am zuverl ssigsten arbeiten w rde Gleichzeitig mu te die Forderung erf llt werden da weder der chemische Verschlu noch die Sporen w hrend des Beladens der Sonde Schaden nehmen oder herausfallen d rfen Die Substanz f r den chemischen Verschlu mu folgenden Anforderungen gen gen e leichte L sbarkeit e Stabilit t gegen ber Au endruck e Schutz der Sporen w hrend Abla
117. 83 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 95 Zusammenfassend zeigen die drei Prognosen aus Regression Gesamth rte Alkalinit t Relation und dem Nettoneutralisationspotential eine bereinstimmung derzufolge das Grubenwasser in Niederschlema Alberoda nicht versauern wird Tab 34 S ureproduktionspotential APP Neutralisationspotential NP und Nettoneutralisationspotential Net NP von Gesteinen der Lagerst tte Niederschlema Alberoda nach den Formeln 37 bis 39 MgO Ca S SO und CO aus ZETZSCHE 1994 Mit gekennzeichnete Werte nach WILDNER 1995 pers Mitt APP NP und Net NP ing kg CaCO ud homogener Metadiabas Oberdevon td geb nderter Metadiabas Oberdevon sk Hornfels Kontaktmetamorphit ks l Alaun und Kieselschiefer Untere Graptolithenschiefer Silur ks k Ockerkalk Silur ds Dunkle Phyllite Gr fenthal Gruppe s Helle Phyllite Phycoden Folge qs Hauptquarzit Gr fenthal Gruppe G Granit Kb Kh Lamprophyr MgO und CaO wurden ihrem Verh ltnis und dem CO Gehalt entspre chend in MgCO und CaCO umgerechnet ud td sk kel ks k ds s qs G Kb Kh MgO 5 30 4 30 1 70 1 68 5 70 2 94 2 11 1 30 0 64 4 14 CaO 8 40 11 75 0 59 1 64 28 88 0 95 0 51 0 56 1 28 5 84 S ges 0 2 0 4 0 05 1 7 1 2 0 2 0 1 0 1 0 2 SSC lt 0 10 lt 0 10 lt 0 10 lt 0 1 lt 0 1 lt 0 1 lt 0 1 CO2 0 18 0 34 0 30 0 18 25 25 0 51 0 45 0 38 0 3
118. 9 September 1992 hat sich deren Lage und M chtigkeit kaum ver ndert Die Unterkante liegt bei etwa 971 m NN die Ober kante bei 966 m NN und damit exakt in H he der Sohle Auch die Temperaturdifferenz zwischen Schachtwasserk rper und Sumpfwasserk rper betr gt regelm ig 6 7 K Daraus errechnet sich der Temperaturgradient in der Zwischenschicht zu At 6 5K V 1 3 Km 47 y 5m Allerdings ist die Absoluttemperatur zwischen dem 24 August 1992 und 8 M rz 1993 um etwa 4 5 K im Sumpfwasserk rper und 4 0 K im Schachtwasserk rper angestiegen 7 3 8 2 Zeitlicher Temperaturverlauf Der Temperaturverlauf im Schacht 371 Il b Abb 68 hnelt dem im Schacht 366 Il b Es sind ebenfalls zwei Bereiche mit deutlich unterschiedlicher Temperatur vorhanden deren Differenz sich zwischen 7 K und 5 K bewegt Eine Verschm lerung der Zwischenschicht ist nicht erkennbar hin gegen erw rmt sich der Sumpfwasserk rper schneller als der Schachtwasserk rper Wie die letzte Temperaturmessung vor der berflutung der Sohle 990 zeigt blieb die Dichteschichtung bis zum 8 M rz 1994 erhalten Der Temperaturunterschied im Schachtwasserk rper ist mit etwa 0 2 0 3 K geringer als im Schacht 366 II b Generell steigt die Temperatur des Schachtwasserk rpers bis zum 1 2 M rz 1993 kontinuierlich von 37 5 C auf 41 C an um danach bis zum Me ende am 20 September 1993 auf 39 5 C abzufallen Christian Wolkersd
119. 9 8 wenig gequol len FuWF hellbraun 19 8 fluoreszierend 18 9 wenig gequol len LoWF hellbraun 19 8 fluoreszierend 28 5 br unlich hellbraun 19 0 leicht len gequol BiBW hellbraun 19 8 hellbraun 19 0 20 3 1993 10 44 fluoreszierend 24 4 br unlich hellbraun 18 7 23 3 1993 13 26 gequol fluoreszierend 24 9 gequollen br unlich hellbraun 18 7 29 4 1993 19 33 gequol fluoreszierend 30 5 gequollen br unlich hellbraun 17 9 2 5 1993 8 48 7 3 7 3 1 Wasser hellbraun hellbraun Temperatur 28 5 28 5 Sporen gequollen Wasser hellbraun hellbraun Temperatur 24 4 24 4 Sporen gequollen Wasser hellbraun hellbraun Temperatur 24 9 24 9 Sporen gequollen leicht len Wasser hellbraun hellbraun Temperatur 30 5 30 5 Sporen gequollen leicht len Wasser hellbraun hellbraun Temperatur 28 9 28 9 Sporen gequollen leicht len Temperaturmessungen Energiequellen fluoreszierend 28 9 gequol gequollen br unlich hellbraun 18 8 18 2 18 2 leicht gequol br unli leicht len gequollen hellbraun fluoreszierend 19 0 19 0 leicht gequol br unli leicht len gequollen FuBW LoBW hellbraun hellbraun 19 8 19 8 hellbraun fluoreszierend 19 0 19 0 schw rzlich hellbraun fluoreszierend 18 7 18 7 schwarz zur Strahlenquelle hellbraun fluoreszierend 18 7 18 7 schwarz zur Strahlenquelle hellbraun fluoreszierend
120. 90 und 20 12 1994 312 Wertepaare r 0 811 Grubenwasser gerasterte Symbole ist durch seine Lage unterhalb der schraffierten bergangsbereiche gekennzeichnet Obere Grenzen des Grubenwassers Q 0 10 2 48 Q 0 05 2 63 Q 0 10 0 25 Q 0 05 0 11 Legende s Tab 30 Weitere Erl uterungen im Text 74 Abb 25 Zeitliche Entwicklung des pH Werts f r Wasser des Typs G zwischen Juli 1990 und Dezember 1994 246 Wertepaare Legende siehe Tab 30 82 Abb 26 Zeitliche Entwicklung des Redoxpotentials f r Wasser des Typs G 46 Wertepaare und des Typs S 8 Wertepaare offene Kreise und Quadrate zwischen Juli 1990 und Dezember 1994 82 Abb 27 Zeitliche Entwicklung der Gesamth rte f r Wasser des Typs G zwischen Januar 1991 und Dezember 1994 213 Wertepaare Legende siehe Tab 30 84 Abb 28 Zeitliche Entwicklung des Abdampfr ckstands f r Wasser des Typs G zwischen Januar 1991 und Dezember 1994 199 Wertepaare Legende siehe Tab 30 84 Abb 29 Zeitliche Entwicklung der Uranmassenkonzentration f r Wasser des Typs S zwischen Juli 1990 und Dezember 1994 176 Wertepaare Legende siehe Tab 30 85 Abb 30 Zeitliche Entwicklung der Uranmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen Juli 1990 und Dezember 1994 260 Wertepaare Legende siehe Tab 30 86 Abb 31 Zeitliche Entwicklung der Arsenmassenkonzentration f r Wasser des Typs S zwischen Juli 1990 und Dezember 1994 180 Wertepaare Legende siehe Tab 30 88 Abb 32
121. 906 816 und 546 Eine weitere Einteilung des Grubengeb u des untergliedert in sechs Kaskaden die jeweils von zwei Hauptf rdersohlen begrenzt sind Tab 60 Der Abbau erfolgte im Firstensto bau mit Versatz LANGE et al 1991 B DER amp SCHUPPAN 1992 mittels berhauen und Steigorten von den Querschl gen und Feldstrecken aus Abb 6 wodurch insgesamt etwa 4150 km Strecken aufgefahren wurden B DER amp SCHUPPAN 1992 ber den flut baren Hohlraum liegen unterschiedliche Angaben vor die zwischen 35 6 und 49 4 Mio m schwan ken Tab 3 371 Il b Frauenbach Folge Phycoden Folge Gr fenthal Gruppe Silur Devon Frauenbach Folge N Phycoden Folge Frauenbach Folge Phycoden Folge o 500 m a Geen ET A EE Granit u Sch chte we Auffahrungen i G nge St rungen Schichtgrenzen E Abb 6 bersichtsri der Sohle 990 des Bergwerks Niederschlema Alberoda nach Betriebsunterlagen der Wismut Stand 1 Oktober 1986 mit teilweisen Nachtr gen bis 1 Mai 1990 tektonische Elemente ver ndert nach B DER amp SCHUPPAN 1992 Qu Querschlag F Str Feldstrecke Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 25 Quelle Hohlr ume Tab 3 Offener Hohlraum der Bergwerke Nie derschlema Alberoda und Oberschlema
122. 990 und 1530 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 660 Schacht 372 b 16 M rz 1994 680 700 720 740 760 780 800 820 Teufe m NN 840 860 880 900 920 4 940 960 RL 4 5 T T T 4 6 4 7 4 8 Leitf higkeit 4 9 5 0 mS cm 1035 1080 1125 1170 1215 1260 1305 5 1 139 Abb 76 Leitf higkeitsmessung vom 16 M rz 1994 im Schacht 372 b zwischen den Sohlen 990 und 1305 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1m zu sammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 Abb 77 560 Schacht 383 1 Dezember 1994 580 600 620 640 J 945 660 Teufe m NN 680 4 990 700 720 740 4 6 T T T 4 7 4 8 4 9 Leitf higkeit mS cm 4 1035 4 1080 Leitf higkeitsmessung vom 1 Dezember 1994 im Schacht 383 zwischen den Sohlen 1080 und 990 Die Leitf higkeit nimmt in den obersten sechs Metern rapide zu Grafik aus gleitenden Mittel werten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C
123. 992 im Bergwerk Nieder t schlema Alberoda aus BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1993 Zu erkennen ist der Stahlbogenausbau einer zweiglei sigen Strecke in der Bauart KSW 109 7124 02 mit Holzverzug aus Rundholz SDAG WismuT 1984 Ausbau h he der Strecke etwa 3 m Wasserstand 0 5 m Pumpen f rdern das auf der Sohle 540 gesammelte Wasser ber den Schacht 208 nach bertage in das Bohrbachstaubecken fr her Industrielle Absetzanlage IAA und die Vorflut Zwickauer Mulde Durchschnittlich heben die Pumpen 5 000 10 000 m Wasser pro Tag w hrend 4000 7000 m in das Grubengeb ude flie en und zum Anstieg des Grubenwasserspiegels bei tragen Bis zum 20 Mai 1992 war auf der Sohle 720 au erdem eine Turbine zur Stromerzeugung installiert die aktiv mit Wasser der Sohle 540 betrieben wurde Seitdem f rdern Pumpen das ge samte auf Sohle 540 fa bare Sickerwasser nach bertage wodurch ein kontrollierter Flutungsab lauf m glich ist Weitere 5500 8200 m d Wasser entstammen dem Markus Semmler Stollen der Grube Schneeberg und gelangen ber den Schacht 15 II b in den Schlemabach Letzteres diente bis An fang der 1990er Jahre nach einer Arsenreduzierung der SDAG Wismut und dem Ort Schlema als Trinkwasser Verglichen mit den Sch chten 366 II b und 371 b weist Schacht 372 b in dem bis zur berflutung der Sohle 990 die Hauptwassermengen zuflossen keine nennenswert unterschiedlicheren Temperaturen auf Lediglich an Sohle
124. AMMAKIA B 1988 Buoyancy Induced Flows and Transport 1001 S Berlin Springer GENSER C 1932 ber die Entstehung und die Natur radioaktiver Quellen Geologische Rund schau 23 188 237 4 Abb 4 Tab 1 Taf Berlin GENSER C 1933 Radioaktive Heilquellen in Deutschland Z dt geol Ges 85 482 495 3 Abb 1 Taf Berlin GEOLOGICAL SOCIETY ENGINEERING GROUP WORKING PARTY 1972 The preparation of maps and plans in terms of engineering geology Quarterly Journal of Engineering Geology 5 293 382 Abb Tab Edinburgh GEOLOGICAL SURVEY OF SWEDEN SWEDISH UNIVERSITY OF AGRICULTURAL SCIENCES 1991 Abstracts of the 2 International Symposium on Environmental Geochemistry In SELINUS O ohne S Uppsala Geological Survey of Sweden GERMANOV A J BATULIN S G VOLKOV G A LISITSIN A K amp SEREBRENNIKOV V S 1958 Some regularities of Uranium distribution in underground water Proceedings Il Intern Conf Peaceful Uses Atomic Energy 2 161 177 GESELLSCHAFT DEUTSCHER CHEMIKER FACHGRUPPE WASSERCHEMIE 1982 Deutsche Einheitsver fahren zur Wasser Abwasser und Schlammuntersuchung physikalische chemische biologische und bakteriologische Verfahren 3 Aufl Loseblattsammlung Weinheim Verlag Chemie GOTTSCHALK G amp KAISER R E 1976 Einf hrung in die Varianzanalyse und Ringversuche So forthilfe f r die richtige statistische Auswertung von Datengrup
125. AN 1992 wurden daher von den Wismutgeologen f r die Phyllite der Frauenbach Folge beispielsweise die gleichen Signa turen gew hlt wie f r die der Phycoden Folge In Anlehnung an diese Tatsache wird bei der Lagerst ttenbeschreibung in vorliegender Arbeit daher meist auf die lithologischen Bezeichnungen anstatt auf die lithostratigraphischen zur ck gegriffen Es mu zuk nftigen Bearbeitern vorbehalten bleiben die umfangreichen Daten zu den geologischen Verh ltnissen der Lagerst tte Niederschlema Alberoda detailliert nach modernen Gesichtspunkten zu bearbeiten Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 35 4 5 2 2 Umfeldgeologie Die Ganglagerst tte Niederschlema Alberoda eine der gr ten Ganglagerst tten der Welt BARTHEL 1993 befindet sich in der L nitz Zw nitzer Zwischenmulde einer erzgebirgisch SW NE streichenden Faltenzone nordwestlich der Erzgebirgs Zentralzone B DER amp SCHUPPAN 1992 DORN et al 1992 Dort sind Gesteine der Halbmeiler Folge der Frauenbach Folge der Phycoden Folge und der Gr fenthal Gruppe des Ordoviziums Silurs und Devons aufgeschlossen Tab 5 die im Bereich der postkinematischen Granite kontaktmetamorph ver ndert wurden DORN et al 1992 B DER amp SCHUPPAN 1992 LORENZ amp HOTH 1990 LANGE et al 1991 Bei den im Untergrund miteinander verbundenen Graniten handelt es sich um die Gebirgsgranite von Aue Kirchberg Obers
126. Abb 52 Tab Freiberg Craz amp Gerlach SCHR DER B amp LiPP U 1990a Der Uranerzbergbau der SDAG Wismut im Raum Schneeberg Aue Schlema und seine Mineralien I Zur Geologie und Mineralogie der Lagerst tte Schlema Alberoda Mineralien Welt 2 42 47 Haltern SCHR DER B amp LiPP U 1990b Der Uranerzbergbau der SDAG Wismut im Raum Schneeberg Aue Schlema und seine Mineralien Il Mineralien Welt 3 21 44 Haltern SCHTSCHUROW W P amp TIMOFEJEW E W 1966 Die strukturelle Erzkontrolle in hydrothermalen Erzlagerst tten Z f angew Geol 12 185 188 3 Abb Berlin SCH TTMANN W 1992 Deutsches Uran f r russiche Bomben Frankfurter Allgemeine Zeitung 22 4 92 SCHULZ H D amp K LLING M 1992 Grundlagen und Anwendungsm glichkeiten hydrochemischer Modellprogramme Schriftenreihe des Deutschen Verbandes f r Wasserwirtschaft und Kulturbau 100 1 96 7 Abb Tab Hamburg SCHUPPAN W B DER W amp LANGE G 1994 On Uranium mineralization in the vein deposits of the Western Erzgebirge Germany Monograph Series on Mineral Deposits 31 191 207 8 Abb 2 Tab Berlin SDAG WIsMUT siehe auch WISMUT GMBH SDAG WisMmuT 1984 Strecken mit Stahlbogenausbau ABB No 7112 01 In BERGBAUBETRIEB Aue Technologie Streckenvortrieb Werkstandard 55 60 3 Abb 5 Tab Chemnitz Ei genverlag SDAG Wismut SDAG WisMuT 1991 Untersuchungen zur Bewertung u
127. Alberoda Grubenwasser 2 9 10 8 4 10 Tab 28 Mittelwert s Erzgebirge Hindenburgquelle 5 8 10 GENSER 1932 5 3 L sungsversuche 5 3 1 Beschreibung In den Jahren 1989 und 1990 f hrte die SDAG Wismut sechzehn Versuche durch mit denen die Mobilisierung einiger Elemente in den Erzen der Lagerst tte Niederschlema Alberoda getestet werden sollte Ziel dieser Versuche war Anhaltswerte f r eine m gliche Flutung des Bergwerks zu bekommen Dem Autor liegen wiederum aus Geheimhaltungsgr nden nur Ausz ge aus den Versuchsbe schreibungen und den Me werten vor SDAG WismuT 1991 Dennoch wurden aus den Versuchen Ergebnisse abgeleitet die in die Prognose der hydrogeochemischen Entwicklung des Flu tungswassers mit eingingen Da die Untersuchung des Gesteinsmaterials Maximalwerte f r die Stofffreisetzung erbringen sollte wurden die Gesteinsproben bevorzugt an st rker mineralisierten Bereichen entnommen Genaue Angaben ber Art der Probennahmen und lithologische Verh ltnisse am Beprobungspunkt sind oben genannter Arbeit nicht zu entnehmen Anhand der chemischen Analysen von CaO MgO und Fe20 l t sich jedoch vermuten da es sich um Material der Phycoden Folge und der Unteren Graptolithenschiefer handelt das mit Erz vermengt ist Bis zur Probennahme im Jahre 1987 war das Gestein zwischen 16 Jahren und 1 Jahr x 9a s 4a n 12 den Grubenwettern ausgesetzt und konnte oberfl chlich oxidieren Es entstammt Abbauen auf den So
128. Anhalt 69 S 25 Abb TU Clausthal Diplomarbeit WIsMUT GMBH siehe auch SDAG WISMUT WisMUT GMBH 1993a Der Sanierungsbetrieb Aue gestern und heute Dialog Werkzeitschrift der Wismut GmbH 16 21 9 Abb Chemnitz Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 181 WisMUT GMBH 1993b Beurteilung der Ver nderungen chemisch physikalischer Parameter im wiederansteigenden Grubenwasser im Il Quartal 1993 21 S 5 Abb 4 Tab Chemnitz Interner Bericht WisMmuUT GMBH 1994a Ergebnisse der Umwelt berwachung und Sanierungst tigkeit 1993 Sa nierungsbetrieb Aue 68 S Chemnitz Wismut GmbH WIisMUT GMBH ohne 1994b Ronneburg Seelingst dt Schwerpunkte der Sanierung in der Ostth ringer Wismut Region Wismut GmbH Chemnitz Abteilung ffentlichkeitsarbeit 1 16 Chemnitz WOLERY T J 1992 EQ3NR A Computer Program for Geochemical Aqueous Speciation Solubi lity Calculations Theoretical Manual Users Guide and Related Documentation Version 7 0 246 S 7 Abb Div Tab Livermore Lawrence Livermore National Laboratory WOLERY T J JACKSON K J BOURCIER W L BRUTON C J VIANI B E KNAUSS K G amp DELANY J M 1990 Current Status of the EQ3 6 Software Package for Geochemical Modeling American Chemical Society Symposium Series Chemical Modeling of Aqueous Systems Il 416 104 116 2 Abb Washington Wor L
129. Auflockerungszonen Kl fte St rungen Erzg nge Schichtfugen Bankungsfugen Schieferungsfugen Mikrorisse Gestein Der haupts chliche Wassertransport wird in den Strecken Sch chten berhauen Auflockerungs zonen Kl ften und St rungen mit unterschiedlicher vom Querschnitt abh ngiger Geschwindigkeit stattfinden vgl Kapitel 7 5 Dagegen wird die Wasserbewegung in der kristallinen Gesteinsmatrix selbst wegen ihrer geringen Porosit t somit auch Gebirgsdurchl ssigkeit Tab 52 eine unterge ordnete Rolle spielen KARRENBERG 1981 Tab 52 Ausgew hlte Durchl ssig een ed SE keitsbeiwerte und Leistungs durchl ssigkeit quotienten quotienten Ergiebigkeiten ms Lsm unterschiedlicher Gesteine metamorpher Kalkstein 10 10 1 3 die in der Lagerst tte Nieder Keratophyr 10 10 1 3 schlema Alberoda vorkom Quarzit 10 10 0 6 0 8 men krWerte nach KRAPP Phyllite Metamorphite 10 10 0 001 0 01 1983 Christian Wolkersdorfer 160 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Strecken Auflockerungszonen E K E Ss S Ze Nu gro Sch chte Blindsch chte Relative Durchl ssigkeit EC Abb 94 Prinzipdarstellung der Wasserwegsamkeiten in einem Bergwerk Saigerri Tab 53 Durchl ssigkeiten in Abh ngigkeit vom Kluftabstand nach GEOLOGICAL SOCIETY ENGINEERING GROUP WORKING PARTY 1972 zitiert aus KARRENBERG 1981 Kluf
130. B TTCHER et al 1991 und SCHIFFNER 1908 Im Herbst 1945 erkundeten sowjetische Geologen unterst tzt von den Professoren Oscar OELSNER und Adolf WATZNAUER von der Bergakademie Freiberg SCH TTMANN 1992 bei der Sachsenerz Bergwerks AG das Potential der Uranvorkommen und im Fr hjahr 1946 wurde unter der Feldpostnummer 27304 der Roten Armee die AG Wismut gegr ndet B TTCHER et al 1991 KARLSCH 1993 Inwieweit STALIN im Februar 1945 auf Jalta ber die Uranvorkommen des Erzgebirges unterrichtet war mu vorerst noch historische Spekulation bleiben SCH TTMANN 1992 PauL 1991 Angesichts der umfangreichen bis 1945 erschienenen Literatur ber erzgebirgische Uranvorkommen KIRCHHEIMER 1978 darf diese M glichkeit jedoch nicht vernachl ssigt werden Von amerikanischer Seite scheint das Potential an vorhandenem Uranerz gering eingesch tzt worden zu sein wie PAuL 1991 herzuleiten versucht Die Vermutung von KARLSCH 1993 derzufolge den Amerikanern die s chsischen und th ringischen Uranvorkommen in groben Umrissen durchaus bekannt gewesen seien ist durch BAIN 1950 zu widerlegen der noch 1950 schreibt Ihe entire Erzgebirge region had about 1000 tons of recoverable U Oe of industrial grade at the start of mining Exploitation without regard to cost might raise the amount by 50 percent Durch die SAG Wismut Sowjetische Aktiengesellschaft Wismut deren Verwaltung seit dem 30 5 1947 aufgrund des Befehls 131 der sowjetischen M
131. Brunnenwassers der Bismarckquelle und der Hindenburg quelle H3PO HAsO und HBO umgerechnet auf DOT As und B oi log Nas Nca Spuren elemente wurden mit dem Gro en Quarzspektrographen f r Chemiker von ZEIss spektralanaly tisch bestimmt n b nicht bestimmt Wiedergabe der Analyse mit freundlicher Genehmigung des Instituts Fresenius Wiesbaden und der Kurgesellschaft Schlema mbH als Nachfolgerin des Ra donbades Bad Oberschlema Parameter Einheit Bismarckquelle Hindenburgquelle Datum Februar 1933 Februar 1933 Temperatur C 9 5 9 2 Leitf higkeit mS cm 0 133 0 137 pH Wert z 6 6 6 6 Abdampfr ckstand mg kg 190 180 Ca mg kg 18 42 17 38 Mg mg kg 11 49 11 95 Na mg kg 8 09 7 57 K mg kg 2 79 3 13 Fe mg kg 0 89 1 14 Mn mg kg 0 46 n b Sr mg kg 0 42 n b so mg kg 34 68 38 50 CI mg kg 15 38 15 88 HCO mg kg 73 64 64 1 PO mg kg 0 03 n b As mg kg 0 01 n b B mg kg 0 12 n b H2SiO mg kg 23 00 18 26 Li mg kg 0 13 n b gesamt CO mg kg 1 28 1 71 Spurenelemente kleinere Mengen Sr Ba Al Mn Fe As Si B Spurenelemente Spuren Be Zn Ni Co Cd Wo Mo Sn Cu Pb Ag Radioaktivit t Bq L 47 500 246 500 q 3 54 2 Tab 18 Wasseranalysen der Zwickauer Mulde des Schlemaund des Silberbaches aus dem Jahre 1993 W smUT GmbH 1994a vor nach vor nach der betrieblichen Beeinflussung FR Filterr ckstand Ou log nu nas q2 log Nas Nca Di
132. D KULTURBAU 1992 WOLERY 1992 DAVELER A WOLERY 1992 K LLING 1988 Ein wesentliches Element jedes chemischen Gleichgewichtsmodells ist die thermodynamic con sistency NORDSTROM et al 1990 die erreicht wird indem die einzelnen thermodynamischen Konstanten der Reaktionen innerhalb derer Genauigkeiten optimal aufeinander abgestimmt werden Es ist aus diesem Grund nur bedingt m glich die thermodynamischen Konstanten eines Datensatzes auf einen anderen zu bertragen Dar ber hinaus kann schon aufgrund fehlender thermodynamischer Daten nicht jede im nat rlichen System stattfindende Reaktion ber cksichtigt werden da diese Reaktionen h ufig nicht hinreichend bekannt sind WOLERY et al 1990 Zur Absch tzung der Gleichgewichtszust nde k nnen die Computermodelle jedoch verwendet werden was die Ausf hrungen von NORDSTROM et al 1979 zeigen Bei der Untersuchung der Computerprogramme f r eine Modellierung der Gleichgewichtszust nde in den W ssern des Bergwerks Niederschlema Alberoda fiel die Wahl auf den Programmcode WATEGQAF mit dessen Standarddatensatz in der Version 2 0 vom 30 10 91 BALL amp NORDSTROM 1991 BALL et al 1981 Insbesondere die gro e Zahl der eingebauten Uranspezies und die erfolg reiche Anwendung von WATERQ in der Uranprospektion RUNNELLS amp LINDBERG 1981 begr ndeten diese Wahl Eine Darstellung der Funktionsweise und des strukturellen Aufbaus von WATEQA4F geben BALL amp NORDSTROM 1991 und DEUTSCHE
133. E Q 7 Abb 105 Boxplot der Massenkonzentration von Magnesium SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 700 i 600 500 4 ST SE Tj 40 2 o Eg pe ae Z 300 t 200 sl 100 Sp BE IT 0 T T T T o bei x LO e N N bal zt LO LO Kal Q CH bal CS N N N N be Ke Kl Kl Kl oO O oO CO Kg W N Abb 106 Boxplot der Massenkonzentration von Natrium SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 199 70 60 50 lt 40 5 a 8 FT enge zm Io ke E NZZ ee RE X 30 E Ka ur 20 wien 10 Bad H kal b i x Ve es N N bal zt te Val Kal Q oO D CH oO N N N bal bei Kl Kal Kal Kal oO Q gt Q x ES SS 32 8 ENEE e 8 N Abb 107 Boxplot der Massenkonzentration von Kalium SaSiW
134. EIM amp TISCHENDORF 1990 JUST 1992 JusT 1980 und vermutlich das aus der oben erw hnten Modellierung erkennbare W r mehoch der Gera Aue Joachimsthal St rung Die W rmeproduktion des Auer Granits entspricht vermutlich der des Eibenstocker und Kirchberger Granits und betr gt somit A 3 0 6 7 uW m Eine deutlich geringere W rmeproduktion mit A 1 7 uW m zeigen die Phyllite JusT 1992 Solange im Bergwerk aktiv Uran abgebaut wurde liefen auf verschiedenen Sohlen K hlaggregate um die Grubenwetter auf eine Temperatur von 25 C zu k hlen Im n heren Umfeld um die Gru benbaue f hrte dies zur Abk hlung des Gebirges die erst ausgeglichen werden mu bevor die Geothermalenergie f r die Erw rmung des Grubenwassers zur Verf gung steht Die W rmeerzeugung aus dem Zerfall der radioaktiven Isotope im Uraninit vor allem 2380 3U Ih die im Grubenwasser gel st sind ergibt keinen entscheidenden Beitrag zur Temperaturer h hung des Flutungswassers Ausgehend von der spezifischen W rmekapazit t des Flutungswas sers Cp 4 0 J Klo Meerwasser C 3 93 J Kg Dest Wasser Cp 4 184 J K g und einer spezifischen W rmeproduktion des Uraninits en Ee EN e von A 7 98 10 uW g 78 94 U 0 57 U 8 61 Th errechnet sich nach Formel 45 eine Aufheizgeschwindig keit von A 98 107 Wg C 4 0 JK g 2 0 10 Ks 45 pro Masseneinheit Uraninit und Wasser Obgleich OBRIKAT amp FUSBAN 1993 du
135. EXCEL f r Win dows und ACCESS f r Windows MICROSOFT CORPORATION 1993a MICROSOFT CORPORATION 1994 zum Einsatz Der Ausrei ertest erfolgte durch einen selbstgeschriebenen Makro in EXCEL 6 3 2 2 Ausrei er und Plausibilit tskontrolle Einige der Werte aus den Wasseranalysen des Bergwerks Niederschlema Alberoda weichen deut lich vom Mittelwert des jeweiligen Parameters ab Daher mu te mit statistischen Methoden nach gewiesen werden ob es sich um Ausrei er handelt oder ob sie der Grundgesamtheit angeh ren Ein Ausrei er ist ein Wert in einer Stichprobe der von den anderen Werten signifikant nach oben oder unten abweicht Um zu erkennen ob der Ausrei er der Grundgesamtheit angeh rt oder nicht wurden unterschiedliche statistische Methoden in die Literatur eingef hrt von denen f nf hier exemplarisch aufgef hrt seien Die Darstellung m glicher Ausrei ertests erfolgt deshalb so aus f hrlich weil bei der Ausrei ereliminierung stets zwei Fragen zu beantworten sind zum einen die nach der richtigen Testmethode zum anderen die ob ein Ausrei er berhaupt eliminiert werden soll oder nicht Die Signifikanz eines statistischen Tests sagt etwas dar ber aus ob Unterschiede in den Daten mengen statistisch oder systematisch bedingt sind Sie wird durch die Wahrscheinlichkeit ausge dr ckt mit der die beim Test getroffenen Annahmen nicht zutreffen Ein Testergebnis ist meist dann signifikant wenn die Wahrscheinlichkeit da
136. Ergebnisse tendieren dahingehend da die Bergehalden des Uranerzberg baues weniger schwermetallbelastet zu sein scheinen als bislang angenommen wurde 3 3 Wechselwirkungen Wasser Gebirge Mikroorganismen Die Entwicklung der chemische Zusammensetzung der Sickerw sser Infiltrationsw sser und des Grubenwassers wird im wesentlichen durch folgende Kriterien beeinflu t z T nach VOIGT 1990 Gr e des thermodynamischen Ungleichgewichts geologische und hydrogeologische Verh ltnisse zur Verf gung stehende Zeit Gr e der aktiven Oberfl chen Menge des Sickerwassers physikochemische Verh ltnisse Art des Erzabbaus biologische Faktoren KARRENBERG 1981 fa t die Vorg nge des Wasser Gebirge Kontakts in folgender Weise zusam men Das Grundwasser wird in seiner chemischen Beschaffenheit weitgehend von den Gesteinen be stimmt in denen es sich aufh lt bzw bewegt vor allem durch L sung der gesteinsbildenden Mine ralien und selektive Ausf llung der Inhaltsstoffe in den Hohlr umen wobei Oxidation und Reduk tion Sorption und lonenaustausch eine wesentliche Rolle spielen Bei der Untersuchung der hydrogeochemischen Verh ltnisse im Bergwerk Niederschlema Albero da m ssen die Wechselwirkungen zwischen den anorganischen und organischen Prozessen mit ber cksichtigt werden Anders als bei Laborversuchen mit Gesteinen aus Berger ckst nden ist in einem Bergwerk organisches Material vorhanden z B Grubenholz F kalien
137. Fe3S4 a ZnS 5 Ag2S Sb2S3 AgFe28S3 Ag 1 2Sb2 1 0 0H H 0 7 Fees BO Mgs OH 2ISiaO40 CusAsS 25 CusSbSs3 25 Cu UO PO4 210 12 8 HzO Ca U0 VO4 2 5H30 NiSbS CusSe gt UO CaH UO SiQ4 25H20 6UO2 5 0H 2 S04 12H20 1H20 Ca UO As0O14 2 10H20 NiS2 CaH AsO Ca C204 H gt 0 Bi BaCO Mn Fe WO Cato B ZnS AgsAsSz Cu UO2 As0O14 2 10 16 10 H20 6UO2 3 0H 2 38014 12H20 3H20 Christian Wolkersdorfer
138. H 1990 ZENTRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 LORENZ 1979 HOTH et al 1979 30 Tab 5 Lithostratigraphisches Profil f r die Lagerst tten zwischen Schlema und Alberoda ver ndert nach ATSCHEJEW 1967 zitiert nach B DER amp SCHUPPAN 1992 36 Tab 6 Haupt und Spurenelemente der wichtigsten lithologischen Einheiten im Umfeld der Lagerst tte Niederschlema Alberocda nach ZETZSCHE 1994 sowie das S ureproduktionspotential Neutralisationspotential und Nettoneutralisationspotential der jeweiligen Gesteine Mit gekennzeichnete Werte nach WILDNER 1995 pers Mitt aus den Formeln 37 bis 39 Hauptelemente und Pyrit in Massenprozent Nebenelemente in ppm Ra in Bq g APP NP und Net NP in g kg CaCO Cd lt 1 und W lt 10 jeweils unter der Nachweisgrenze ud homogener Metadiabas Oberdevon td geb nderter Metadiabas Oberdevon sk Hornfels Kontaktmetamorphit ks l Alaun und Kieselschiefer Untere Graptolithenschiefer Silur ks k Ockerkalk Silur ds Dunkle Phyllite Gr fenthal Gruppe s Helle Phyllite Phycoden Folge qs Hauptquarzit Gr fenthal Gruppe G Granit Kb Kh Lamprophyr APP S ureproduktionspotential NP Neutralisationspotential Net NP Nettoneutralisationspotential 37 Tab 7 Charakterisierung der Erzg nge im Schlemaer Raum nach B DER A SCHUPPAN 1992 Signaturen geben die St rke der Uranvererzung an keines wenig viel sehr viel 39 Tab 8 Lagerst ttentypen und deren
139. HCO GH Ra Al H3SiO3 Daf r k nnte die Zunahme der Analysenreproduzierbarkeit ver antwortlich zu sein die sich auf den Zahlenwert des Regressionskoeffizienten auswirkt 6 3 3 3 Typl Eine zeitliche Ver nderung der W sser des Typs ist nur bei Uran und Natrium vorhanden Alle anderen Parameter scheinen zwar zur Abnahme zu neigen wegen der geringen Datenmenge und einer teilweise starken Streuung ist diese allerdings nicht zahlenm ig fa bar Worauf der tendenzielle Anstieg der Uran und der Abfall der Natriummassenkonzentration zur ck zuf hren ist l t sich nicht mit Sicherheit feststellen In beiden F llen ist der Regressionskoeffi zient r gering U r 0 11 Na r 0 43 aber signifikant Als Erkl rung daf r bietet sich die Art des Wasserzutritts an die oben dargestellt ist Kapitel 4 7 Leicht l sliche U VI Verbindungen werden vom einsickernden Wasser gel st da jedoch nur wenig Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 81 vererztes Material umstr mt wird ist der Anstieg relativ gering Umgekehrt beruht der Abfall der Natriummassenkonzentration auf einem Verd nnungseffek der durch das Zuflie en einsickernden Wassers hervorgerufen wird 6 3 3 4 Typ G Unterschiedliche zeitliche nderungen kennzeichnen Wasser des Typs G bei dem etwa die H lfte aller Parameter eine deutliche Zeitabh ngigkeit hat Diese kann wie folgt gegliedert werden e k
140. Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Die Lagerst tte Niederschle ma Alberoda Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktors der Naturwissenschaften vorgelegt von Dipl Geol Christian Wolkersdorfer aus Wendelstein Mittelfranken genehmigt von der Mathematisch Naturwissenschaftlichen Fakult t der Technischen Universit t Clausthal Tag der m ndlichen Pr fung 6 November 1995 Die vorliegende Arbeit wurde am Institut f r Geologie und Pal ontologie der Technischen Universit t Clausthal durchgef hrt 2 korrigierte Auflage 2007 Hauptberichterstatter Univ Prof G Reik PhD Berichterstatter Univ Prof Dr W van Berk Allen Wismut Kumpeln gewidmet die ihr Leben oder ihre Gesundheit hergaben um der KPdSU und SED Diktatur das Metall zu verschaffen mit dessen Hilfe sie ein halbes Menschenleben lang einen Teil der Welt bedrohten Der einzige Unterschied zwischen einem Verr ckten und mir ist der da ich nicht verr ckt bin Salvador Felipe Jacinto Dali y Domenech 1942 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Inhaltsverzeichnis 1 1 1 2 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 4 1 4 2 4 3 4 4 4 4 1 4 4 2 4 5 4 5 1 4 5 2 4 6 4 6 1 4 6 2 4 6 3 4 7 4 7 1 4 7 2 4 8 4 9 5 1 5 2 5 2 1 5 2 2 5 2 3 5 3 5 3 1 5 3 2 Vorwort Einleitung Danksagung Zusammenfassung Problemstellung Veranlassung Sanierungskonzep
141. IN A Sickerwasser N SH N 7 1 Sohle Oxidation der Prim rminerale 7v A durch Luftsauerstoff Intermedi res S Wasser Typ I LA L sung der oxidierten Minerale F llort 1 geschlossener 1 4 F Tagesschacht X Konvektions lt Blindschacht Da g kreislauf d d in Es Grubenwasser Typ G S A Freie Konvektion A amp d A D Ge eg Z f 70 C 5 BM g Schachtsumpf g Es S ohne Ma stab x Z Abb 2 Darstellung der prinzipiellen Vorg nge bei der Flutung des Bergwerks Niederschlema Alberoda Wichtige Begriffe sind im Bild dargestellt Ein Thermosyphon ist ein vollst ndig oder teilweise umschlossener Fl ssigkeitskreislauf den tem peraturbedingte Dichtestr mung antreibt GEBHART et al 1988 Unter den Begriffen Sickerw sser Intermedi re W sser und Grubenwasser werden Flutungsw s ser verstanden die sich in ihren chemischen Eigenschaften signifikant unterscheiden Zu deren Unterscheidung wird ein neuer Begriff eingef hrt der lagerst ttenspezifische Grenzquotient Jeder der drei chemisch unterschiedlichen Wassertypen kann r umlich einem Bergwerksbereich zuge ordnet werden Sickerw sser sind zumeist W sser die sich oberhalb des Flutungswasserspiegels aufhalten Intermedi re W sser finden sich in Sch chten oder Schachts mpfen die nicht mit dem ansteigenden Flutungswasser in Kontakt stehen Grubenwasser schlie lich i
142. K hler Das Wasser wird wie BAU amp TORRANCE 1981b und GEBHART et al 1988 zusammengefa t dar stellten durch Dichteunterschiede bedingt abwechselnd in den vertikalen Strecken konvektiv nach oben und unten str men Selbst eine geringf gig unterschiedliche Temperatur der beteiligten Sch chte f hrt zu keiner wesentlichen nderung der Str mungsoszillation Auf das Bergwerksmo dell bertragen bedeutet das eine Vermischung des Wassers in der Strecke und den Sch chten Der Sumpfwasserk rper ist nur dann an der Str mung beteiligt wenn der Dichteunterschied kleiner als etwa 2 g cm ist KRANAWETTREISER 1989 Aus den Langzeitmessungen und den dadurch entstandenen Temperaturverl ufen ist das Oszillieren gut belegt Stufe II Abb 92b Mit der beginnenden berflutung der n chsten Sohle vereinigen sich die zwei Reservoirs zu einem einheitlichen ann hernd isothermen Reservoir Diesen Fall beschreiben BAU amp TORRANCE 1981b theoretisch und experimentell Nach einer gewissen Anlaufphase erreicht die Temperatur auf der Sohle ein Maximum Die Zeitspanne der Anlaufphase d rfte nahezu 0 sein da die Energiezufuhr in Abb 92b nicht pl tzlich eintreten wird Energiezufuhr ist ausgedr ckt durch die Aufheizungsrate Q1 Sowohl die H he des Maximums als auch die Zeitspanne nach der sich das System bis auf einen recht stabilen Mittelwert abgek hlt hat sind eine Funktion der Aufheizungsrate Q Im Ver gleich zur Str mung in Stufe b s
143. Metallmengen abzusch t zen die das Flutungswasser l sen kann SDAG WisMuT 1991 Sie ist bei den Berechnungen da von ausgegangen da die meisten Schadstoffe wegen der gro en Oberfl chen aus dem klein st ckigen im Bergwerk verbliebenen Haufwerksmaterial herausgel st w rden Ergebnisse dieser berschl gigen Berechnungen die aufgrund fehlender Betriebsunterlagen nur eine grobe Absch t zung darstellen sind getrennt f r die einzelnen Elemente in Tab 55 zusammengefa t wobei nicht davon ausgegangen werden kann da die gesamten Stoffe im Haufwerk mobilisiert werden son dern nur die in der Verwitterungsrinde Im Rahmen vorliegender Arbeit wird gezeigt da dies nur ein Teil der zur L sung verf gbaren Ge steinsmenge ist L ngs Kl ften und St rungen l sen sich weitere Stoffe aus dem Festgestein her aus und tragen zur Erh hung der Massenkonzentration im Grubenwasser bei Ziel der folgenden Kapitel ist nicht m gliche Sorptions oder Desorptionsprozesse zwischen dem Grubenwasser und dem Gestein zu beschreiben sondern eine konservative Absch tzung der Elementmengen zu ge ben die durch Mobilisierung aus der Gesteinsmatrix in das Wasser bergehen k nnten 8 2 Geotechnische Annahmen F r das Flutungswasser und die Sickerw sser in einem Bergwerk gibt es folgende Wasserweg samkeiten Abb 94 wobei die relative Durchl ssigkeit innerhalb dieser Auflistung von oben nach unten hin abnimmt Strecken Sch chte berhauen
144. ND ANLAGENBAU GESELLSCHAFT 1994 Zwischenbericht Teilleistung 6 2 ber die Auswahl Installation und Inbetriebnahme von Me systemen zur Flutungskontrolle und Durchf hrung zus tzlicher Kontrollmessungen 10 S 3 Tab 28 Anl Chemnitz Unver f fentlichter Bericht zum Auftrag 1 3 1 8996 938 93 DIN DEUTSCHES INSTITUT F R NORMUNG E V 1991 DIN 17 224 Federn Normen 7 Aufl 400 S Berlin u a Beuth DIN DEUTSCHES INSTITUT F R NORMUNG E V 1993a DIN 18 130 Baugrund Versuche und Ver suchsger te Bestimmung des Wasserdurchl ssigkeitsbeiwerts Laborversuche Erkundung und Untersuchung des Baugrunds Normen Bd 113 6 Aufl 393 S Berlin u a Beuth DIN DEUTSCHES INSTITUT F R NORMUNG E V 1993b DIN 4188 Drahtsiebb den f r Analysensiebe Erkundung und Untersuchung des Baugrunds Normen 6 Aufl 393 S Berlin u a Beuth DIN DEUTSCHES INSTITUT F R NORMUNG E V 1994 DIN 4049 Hydrologie Teil 1 Dezember 1992 Teil 2 April 1990 Teil 3 Oktober 1994 Berlin u a Beuth DOERFFEL K 1965 Beurteilung von Analyseverfahren und ergebnissen 2 Aufl 98 S 25 Abb Berlin Springer DoucGLas H amp KLEINE BROCKHOFF T 1991 Hei e Erde aus dem Kalten Krieg Die Zeit 7 6 1991 15 17 8 Abb DYBEK J 1962 Zur Geochemie und Lagerst ttenkunde des Urans Clausthaler Hefte zur La gerst ttenkunde und Geochemie 1 1 163 24 Abb 33 Tab Berlin EH
145. Nekdanji uranov rudnik Niederschlema Alberoda ki le i v bli ini kraja Aue v nem kem Rudogorju Erzgebirge je iz gospodarskih in za okolje pomembnih razlogov e od leta 1991 v postopku zapiranja z zalivanjem Tukaj je SDAG Wismut med leti 1945 in 1991 proizvedel okoli 81 000 t urana za Sovjetsko zvezo ilno rudi e z uranovo smolo kot najpomembnej im rudnim mineralom se nahaja v s kontaktno in regionalno metamorfozo spremenjenih ordovicijskih do devonijskih kamninah v kontaktnem obmo ju granitove aureole Podzemni rudni ki prostori z okoli 36 milionov m prostornine ki se delijo na nekako 50 obzorij in segajo do globine pribli no 2 000 m bodo predvidoma do leta 2000 z nenehnim zalivanjem zapolnjeni z vodo Padavinska voda prodira z zemeljske povr ine v tla in te e kot pronicajo a voda v jamske prostore Trajni dotoki pronicajo e vode iz razpok in prelomov so redki in pod nekim dolo enim nivojem se skoraj ne pojavljajo ve Kot ka ejo rezultati statisti nih in hidrogeokemi nih analiz z ob asno do 60 parametri se rudni ke vode lo ijo v tri razli ne tipe pronicajo e vode vmesne vode in jamske vode Vsi trije tipi ka ejo precej razli ne kemi ne zna ilnosti pri emer je pronicajo a voda najmanj in jamska voda najmo neje mineralizirana Medtem ko pronicajo e vode in vmesne vode v asu trajanja preiskav od januarja 1991 do decembra 1994 niso pokazale statisti no pomembnih sprememb fizikalnokemi nih parametrov so vredno
146. Niederschlema Alberoda vorkommen und von T ferrooxidans oder T thiooxidans oxidiert werden k nnen NORDSTROM 1977 LUNDGREN amp SILVER 1980 BOSECKER 1980 Greenokit wurde bisher aus Niederschlema Alberoda nicht beschrieben Es ist jedoch als Sekund rbildung von Sphalerit stets vorhanden 57 Tab 24 Auswahl von Verwitterungsvorg ngen die in einem Bergwerk ablaufen k nnen STUMM amp MORGAN 1981 SIGG amp STUMM 1994 57 Tab 25 Mineralphasen die zur sequentiellen pH Pufferung beitragen BLOWES et al 1994 Goethit K Jarosit und Aluminosilikate erg nzt aus JURJOVEC et al 1995 Die Pufferbereiche f r K Jarosit und die Aluminosilikate wurden im S ulenversuch bestimmt 59 Tab 26 Minimal und Maximalwerte ausgew hlter Parameter der von F x 1955 untersuchten 3500 W sser in mot 61 Tab 27 Zusammenstellung von Radiummassenkonzentrationen in W ssern unterschiedlicher Herkunft nach Massenkonzentration geordnet 1Bq entspricht einer Radiummassenkonzentration von 2 703 10 g 63 Tab 28 Mittelwerte x Probenzahl n Standardabweichungen s und Me einheiten der analysierten und ausrei erfreien Parameter von Niederschlema Alberoda getrennt f r W sser der Typen l G S Standardabweichungen wurde nur f r n gt 3 angegeben Bei n 1 entspricht der Wert in der Spalte x dem Me wert CSB Chemischer Sauerstoffbedarf TOC Total Organic Carbon Anzahl der Dezimalstellen wurde so gew hlt da der kleinste der drei Werte
147. Photometrie nicht analysiert nicht analysiert DIN 38405 D9 2 Photometrie EN 25814 1992 DIN 38408 G22 nicht analysiert DIN 38404 C5 photometrisch emanometrisch nicht analysiert nicht analysiert DIN 38405 D5 2 Gravimetrie nicht analysiert nicht analysiert ULG 2 91 photometrisch nicht analysiert nicht analysiert Chemnitz Gr na DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38406 E9 photometrisch DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38409 H1 1 DIN 38405 D18 AAS Hydrid DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38406 E3 1 AAS Flamme DIN 38406 E3 2 tirimetrisch DIN 38406 E19 1 DIN 38406 E19 2 DIN 38406 E22 DIN 38408 G4 DIN 38406 E22 ICP OES DEV D8 DIN 38406 E10 1 AAS Flamme DIN 38406 E10 2 AAS Ofen DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38409 H41 1 DIN 38406 E7 1 AAS Flamme DIN 38406 E7 2 AAS Ofen DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38404 C6 DIN 38405 D4 1 ISE DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38406 E1 1 photometrisch DIN 38406 E19 1 AAS Flamme DIN 38409 H2 1 DIN 38409 H6 Berechnung Betriebsverfahren Photometrie DEV D8 DIN 38406 E12 4 AAS Hydrid DIN 38406 E13 Flammenphotometrie DIN 38409 H7 EN 26777 1993 DIN 38404 C8 DIN 38406 E3 1 AAS Flamme DIN 38506 E3 2 3 titrimetrisch Flammen AAS DIN 38406 E22 ICP OES DIN 38406 E14 Flammenphotometrie DIN 38406 E5 1 Photometrie DIN 38406 E11 1 AAS Flamme DIN 38
148. Probennahmeart ist geeignet Sporen wiederzufinden e Kontinuierliche Probennahme mu sofort nach Versuchsbeginn beginnen um die Ausbrei tungsgeschwindigkeit der Sporen erfasssen zu k nnen e Nach 42 Tagen ist das Wasser von Sohle 1620 und 1395 im Bereich des Schachts 366 II b Sohle 1260 homogen durchmischt e Die Sonde LydiA4 ist zur Aufgabe von Sporen in einem Bergwerk geeignet Christian Wolkersdorfer 122 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Tab 46 Zusammenstellung der Ergebnisse aus den Versuchen mit gef rbten Sporen Temperatur in C Erkl rung der Abk rzungen in Tab 45 br unli br unlich Datum 18 3 1993 18 40 Wasser Temperatur BiLe klar 20 4 FuLe klar 20 4 LoLe klar 20 4 BiKF hellbraun 19 8 8 32 Wasser Temperatur Sporen fluoreszierend 19 2 hellbraun 19 12 10 44 Wasser Temperatur Sporen fluoreszierend 18 9 hellbraun 18 8 leicht gequol 13 26 Wasser Temperatur Sporen fluoreszierend 18 9 hellbraun 18 9 leicht gequol FuKF LoKF hellbraun hellbraun 19 8 19 8 hellbraun fluoreszierend 19 1 19 1 hellbraun fluoreszierend 18 8 18 8 hellbraun fluoreszierend 18 9 18 9 leicht gequol br unli leicht Temperatur Sporen 18 2 leicht gequol 2 5 1993 8 48 Datum 18 3 1993 18 40 19 3 1993 8 32 Wasser Temperatur Sporen Wasser Temperatur Sporen BiWF hellbraun 1
149. R VERBAND F R WASSERWIRTSCHAFT UND KULTURBAU 1992 Neben den jeweils analysierten Parametern ben tigt WATEQAF zur Berech nung den pH Wert das Redoxpotential und die Wassertemperatur Tab 35 Liste der ausgegebenen Berech nungsergebnisse des chemisch Analysierte Massenkonzentration ppm thermodynamischen Computer Berechnete Massenkonzentration ppm modells WATEQAF Analysierte Molalit t mol dm Berechnete Molalit t mol dm Anteil an den Verbindungen des entsprechenden lons Aktivit t 1 Aktivit tskoeffizient 1 Negativer dekadischer Logarithmus des Aktivit tskoeffizienten 1 Gel ste lonen Quotienten e _Gewichtsverh ltnis aus der analysierten Massenkonzentration e Molenverh ltnis aus der analysierten Molalit t Feste Phasen S ttigungskoeffizient log IAP K r lonenaktivit tsprodukt log IAP Standardabweichung des lonenaktivit tsprodukts L slichkeitskonstante log K r Standardabweichung der L slichkeitskonstante Christian Wolkersdorfer 104 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Tab 36 Vollst ndige Liste der m glichen Kationen h E b Eingabewerte f r das chemisch Ca Fe ges Fe Fe K Mg Mn Na U ges U U Ag AI thermodynamische Computermo Ba Cd Co Cr Cu Mo Ni Pb Se Sr V Zn B Br Cs Li Rb As dell WATEQAF Anionen CI EF HCO3 NO3 BO SO CO3 NOF Sonstige Abdampfr ckstand Eh Wert Leitf
150. RLICH H L 1963 Bacterial Action on Orpiment Econ Geol 58 991 994 1 Abb Lan caster EHRLICH H L 1964 Bacterial Oxidation of Arsenopyrite and Enargite Econ Geol 59 1306 1312 3 Abb 2 Tab Lancaster ERBACHER O 1928 Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie Radium und Isotope 8 Aufl 80 S 4 Abb Berlin Verlag Chemie ERICKSON P M KLEINMANN R L P POSLUSZNY E T amp LEONARD MAYER P J 1982 Hydro geochemistry of a large mine pool Proceedings 1 International Mine Water Congress Budapest Hungary 27 42 7 Abb 2 Tab Budapest FEIGE K D 1992 Auswirkungen aus dem Uranbergbau und Umgang mit den Altlasten der Wis mut in Ostdeutschland Rede des Bundestagsabgeordneten Dr Klaus Dieter Feige Ver handlungen des Deutschen Bundestages Stenographische Berichte 12 10217 10218 Bonn FERNANDEZ RUBIO R FERNANDEZ LORCA S amp ESTEBAN ARLEGUI J 1987 Preventive techniques for controlling acid water in underground mines by flooding International Journal of Mine Water 6 39 52 11 Abb Budapest Christian Wolkersdorfer 172 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Fix P F 1955 Hydrocheochemical Exploration for Uranium U S Geological Survey Professio nal Paper 300 667 671 4 Tab Washington F RSTER W 1990 Altlasten des Erzgebirges 3 Internationaler KfK TNO Kongress ber Altla stensan
151. RNES amp CLARKE 1964 STUMM amp MORGAN 1981 Durch die Abpufferung der Protonen wird aller Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 59 dings die L sung von Schwermetallen nach Gleichung 9 und 10 verringert da nicht gen gend Fe lll aus Reaktion 6 verf gbar ist Neben Calcit und Dolomit tragen andere Karbonate und Hydroxide zur Abpufferung bei zum Teil jedoch erst wenn kein Calcit mehr verf gbar ist und in anderen pH Bereichen Tab 25 BLOWES et al 1994 JURJOVEC et al 1995 Tab 25 Mineralphasen die zur sequen Mineral Formel pH Pufferbereich E EE Dellen pH Pufferung beitragen Caleit CaCO 6 5 7 5 BLowss et al 1994 Goethit K Dolomit CaMg COsl 6 5 7 5 Jarosit und Aluminosilikate Siderit FeCO 4 8 6 3 erg nzt aus JURJOVEC et al 1995 Mischkarbonate Ca Mg Fe Mn CO 4 8 6 3 Die Pufferbereiche f r K Jarosit Gibbsit AI OH 4 0 4 3 und die Aluminosilikate wurden im Ferrihydrit Fe OH lt 3 5 S ulenversuch bestimmt Goethit a FeOOH 1 3 1 8 K Jarosit KFes3 OH el SO 2 1 2 Laborexperiment Aluminosilikate 1 2 Laborexperiment 400 j 101 5403 105 107 1095 101 1013 300 2 Ki 200 100 Eh mV Abb 19 Gesamtaktivit t durchgezogene Linien und Verh ltnis unterbro chene Linien von UO und U in w riger L sung ver ndert nach GARRELS 1955 Es besteht ein Gleichgewicht mit den festen ar
152. S vo v D vV Y v oy sY Ku S v y y g v AS v 6 e e en v z b 7v 8 1991 1992 1993 1994 Abb 50 S ttigungskoeffizienten ausgew hlter Arsenminerale im Grubenwasser des Bergwerks Nieder schlema Alberoda zwischen 1991 und 1994 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 109 Uranminerale Na Autunit Schoepit lanthinit Rutherfordin Rood Z E les s E 3 4 CC 88 8 d e S e E 8 e Ee DIN rr og Ar alte mge s tr a ji 5 z 6 S i 1991 1992 1993 1994 Abb 51 S ttigungskoeffizienten ausgew hlter Uranminerale im Grubenwasser des Bergwerks Niederschle ma Alberoda zwischen 1991 und 1994 Der S ttigungskoeffizient des Prim rminerals Uraninit be wegt sich zwischen 10 und 8 6 4 4 Entwicklung der Uran und Arsenspezies Sowohl Uran als auch Arsen liegen im Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda in jeweils unterschiedlichen Spezies vor Dabei ist Uran VI zu mehr als 98 als Uranylion komple xiert Abb 52 und Arsen zu ber 99 in der ersten und zweiten Dissoziationsstufe der Arsen s ure gebunden Abb 53 Aus den chemischen Analysen der Speziesverteilung des Arsens ist eine hnliche Verteilung ersichtlich Tab 41 Abb 54 Da ein Gro teil des Urans im Grubenwasser in Form des Uranylphosphatkomplexes UO HPO vorliegt wurden zur Untersuchung der Uranspeziesverteilung nur die Berech nungen von
153. T 1991 B DER amp SCHUPPAN 1992 Ihre prozentuale Verteilung ist in Abb 11 dargestellt Einige Haupt und Spuren elemente der wichtigsten lithologischen Einheiten sind der Tabelle zu entnehmen Tab 6 Diese Ergebnisse von ZETZSCHE 1994 beruhen ausschlie lich auf Gesteinen aus der Lagerst tte Nie derschlema Alberoda und werden bei den Berechnungen in Kapitel 8 3 verwendet Interessanterweise stimmen die regionalen CLARKE Werte von ZETZSCHE 1994 nur in den Haupt elementen mit denen von P LCHEN et al 1987 berein Bei den Nebenelementen gibt es zum Teil signifikante Unterschiede die beispielsweise beim Sr oder Ba Gehalt der Phyllite eine Zehnerpo tenz erreichen Worauf diese Unterschiede zur ckzuf hren sind kann an dieser Stelle nicht endg ltig entschieden werden denkbar w ren folgende Ursachen e Unterschiedliche Fl chenanteile der lithologischen Einheiten bei den jeweiligen Autoren e P LCHEN et al 1987 zogen keine Gesteine der nordwestlichen L nitz Zw nitzer Mulde in ihre Berechnungen mit ein e systematischer Probennahmefehler und zu wenige Analysen bei P LCHEN et al 1987 e Zusammensetzung der Gesteine in den betrachteten regionalen Einheiten ist verschieden Christian Wolkersdorfer 36 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Zwickau 7 Granit Li Vorerzgebirgsmolasse S St rung Per S p Staatsgrenze EE SRI
154. Tabelle aufgelistet Tab 50 Um die zeitliche Entwicklung der Temperaturverteilung in den Sch chten darstellen zu k nnen wurden aus den gemessenen vertikalen Temperturprofilen der Sch chte 366 II b 371 Il b und 372 b durch lineare Interpolation die Temperaturen an vorher festgelegten Teufen berechnet Aus den Sch chten 366 b 296 Il b 371 und 383 in denen die DFA C amp E gemessen hat standen nicht gen gend Me reihen f r eine solche Auswertung zur Verf gung Zwischen jeder Sohle wurde die Temperatur an f nf Teufenpunkten berechnet wobei der erste im Niveau der Sohle die weiteren vier gleichm ig verteilt zwischen dieser und der n chsten Sohle lagen F r jeden dieser etwa 5 m auseinanderliegenden Punkte wurde dann zum jeweiligen Me datum eine Temperatur t nach For mel 46 berechnet t t tl Is S 46 S S t Temperatur am interpolierten Punkt t Temperatur am dar berliegenden Me punkt t Temperatur am darunterliegenden Me punkt Si Teufe des interpolierten Punktes Si Teufe des dar berliegenden MeR punktes Si Teufe des darunterliegenden MeR punktes Ergebnis obiger Berechnungen sind die Temperaturverl ufe f r die Sch chte 366 Il b 371 II b und 372 b Abb 65 Abb 68 Abb 71 Tab 51 Zusammenstellung der Rahmendaten zu den Temperaturmessungen der DFA C amp E im Auftrag der Wismut GmbH in den Sch chten 366 II b 371 II b 372 b 366 b 296 II b 371 und 383 T Tempe ratur Lf Leit
155. Teil der SW NE verlaufenden Fichtelgebirgs Erzgebirgs Antiklinalzone Dort streichen mesozonale Ortho und Paragneise aus die von alt und jungvariscischen Granitoiden durchsetzt werden Eine weitere Unterteilung erfolgt in das morphologisch weniger stark gegliederte Osterzgebirge und das st rker gegliederte Westerzgebirge HENTSCHEL amp SCHEFFLER 1991 deren Grenze die NNW SSE verlaufende Fl hazone zwischen Deutschneudorf und Fl ha bildet Die lithostratigraphische Bearbeitung des Erzgebirges ist noch nicht bis ins Detail abgeschlossen LORENZ amp HOTH 1990 und somit ist eine Gesamtdarstellung des Bearbeitungsraumes auf litho stratigraphischer Grundlage nicht vorhanden Auch der Grundri der Geologie der Deutschen Demokratischen Republik ZENTRALES GEOLOGISCHES INSTITUT 1968 beruht auf der berholten lithologischen Gliederung des Pr kambriums und Kambriums daher wurde nur wo es nicht zu um Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 29 gehen war auf den Grundri zur ckgegriffen Dennoch soll im folgenden versucht werden den regionalgeologischen Rahmen auf lithostratigraphischer Basis darzustellen Zur Beschreibung der lithologischen Verh ltnisse f r die Zeit vom Pr kambrium bis zum Ordovizium wird auf das Werk von PIETZSCH 1962 zur ckgegriffen das mittels neuerer Einzeldarstellungen LORENZ amp HOTH 1990 LORENZ 1979 HOTH et al 1979 und bersichtsarb
156. Zeunerit Zippeit Englischer Name cobalt pentlandite copper lautite limonite brown hematite lollingite luzonite magnetite malachite manganite marcasite maucherite mgriite miagyrite millerite nickel pyrites molybdenite muscovite naumannite nickeline feldspar pararammelsbergite pharmacolite polybasite proustite psilomelane pyrargyrite iron pyrite pyrolusite pyromorphite pyrophyllite pyrostilpnite pyrrhotite quartz rammelsbergite realgar rhodochrosite rosslerite safflorite scheelite tourmaline achroite selenium siderite silver scorodite pitticite scutterndite smythite shalerite zinc blende stephanite sternbergite stetefeldite symplesite talc tennantite tetrahedrite torbernite tyuyamonite ullmannite umangite uraninite uranophane uranopilite uranospinite vaesite weilite whewellite bismuth witherite wolframite wollastonite wurtzite xanthoconite zeunerite zippeite 215 Formel Co Ni Fe sSs Cu CuAsS a FeOOH FeAs2 Cu3AsS Fei Fe EeO Cu OH 2ICO3 y MnOOH FeS gt Ni lt sAS2 Cu Fe 3AsSez AgSbS B NiS MoS gt KAL OH F 2 AlSisO40 Ag Se NiAs K AISi3O3 NiAsz CaH AsO 2Hz0 8 Ag Cu S Sb gt Sz AgsAsSz Ba Mn s O OH eMnsO4s Ags3SbSz FeS gt B MnO Pbs CI PO4 3 Ah OH 2 Si4010 Ag3SbS3 FeS SiO2 NiAs2 As S4 MnCO MgH As014 7H20 CoAs Ca wO NaFe3Als OH s BO3 3lSisO48 y Se FeCO Ag Fe As04 8H20 CoAs3
157. Zusammensetzung Da die Temperaturdifferenz mit etwa 0 1 K zu gering ist um eine Dichteschichtung hervorzurufen werden sich beide Bereiche im Laufe der Zeit miteinander mischen und einen einheitlichen Wasserk rper bilden Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 127 Schacht 296 II b 23 November 1994 610 560 b KEE R See a 2 a A wast 900 612 enn 614 616 z 600 618 Z 945 E EN 620 S 620 J 622 624 640 33 10 33 15 33 20 33 25 41 990 660 4 Sumpf T T T T T T T 32 0 33 0 34 0 35 0 36 0 37 0 38 0 39 0 40 0 Temperatur C Abb 62 Temperaturprofil des 23 November 1994 im Schacht 296 II b mit Detaildarstellung des Tempera turprofils zwischen 610 und 624 m NN ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 7 3 5 Schacht 366 b 7 3 5 1 Vertikales Temperaturprofil Im Schacht 366 b wurden alle drei Messungen 11 17 m ber dem Sumpf abgebrochen Inte ressanterweise ist die Temperatur oberhalb der Sohle 990 konstant bei etwa 35 3 C Abb 63 ohne den bei anderen Sch chten beobachtbaren Temperaturabfall oberhalb dieser Hauptsohle Andeutungsweise ist bei der Messung am 21 November 1994 eine nderung in H he des F llorts erkennbar wohingegen von Sohle 945 keine Beeinflussung auszugehen scheint Die Messungen im Schacht 366 b legen die Vermutung nahe da Einfl sse die
158. a Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 14 12 10 Fe gesamt mg L m 107 m 308 m 323 m 324 m 325 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 505 m 506 m 507 m 509 m 510 SaSiWa Abb 108 Boxplot der Massenkonzentration des Gesamteisens SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer 200 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 9 ER 7 6 J D5 F E Tp D W Emih ei EI Zi ageet 1 d T l l T l N kal b i x Ve e N N bal zt te LO Kal Q oO D CH oO N N N bal bei Kl Kal Kal Kal Q Q CO oO er z EEE EEE EEE EEE EEE EG Ra Abb 109 Boxplot der Massenkonzentration von Eisen Il SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 7 0 6 0 T 5 0 Eu 40 D SC E T 30 4 EG 20 1 0 m e 0 0 I T T T T T T T T T N kal b i x Ve e N N bal zt Ve te Kal Q oO D CH oO N N N bal M Ko Ke Kal Kal oO oO CO Q ES E E COE ae Eo o e ELGE ae ae eE er ee C E O 2N Ra Abb 110 Boxplot der Massenkonzentration v
159. a vernachl ssigbar gering lt 1 werde die gesamte Fl che der Streckenwandungen als A zusammengefa t Wegen der geringen Kl ftigkeit des Gebirges beinhaltet die Betrachtung nur den Auflockerungsbereich um die Auffahrungen herum dessen Fl che A eine Teilmenge von A dyx A ol ist Die Auflockerungs zone sei in allen drei Richtungen homogen durchkl ftet und alle Kl fte seien als ebene Spalten ausgebildet Folgende Daten dienen der Berechnung Quellen in Klammern Gesamtvolumen der Strecken Maes 36 0 10 m Tab 3 Gesamtl nge der Auffahrungen I 4 16 10 m B DER amp SCHUPPAN 1992 Tiefe der Auflockerungszone a 1 0m STOLL amp BAUER 1991 Gesteinsdichte p 2 79 10 kg m DaLY et al 1966 NORTON amp KNAPP 1977 Kluftziffer Auflockerungszone xa 7 0 m Abb 96 Dicke Verwitterungsrinde Lk 1 10 m Zur Berechnung der Auffahrungsinnenfl chen gilt folgende Beziehung wobei angenommen wird da alle Auffahrungen den gleichen Radius r h tten Ans Ap E hs 60 Vaes r ek 61 Ves A 2 es NVa Th 62 m l s Das Volumen der Auflockerungszone Va bestimmt sich durch folgende Gleichung Va la rs lz 63 Bei einem homogenen Durchtrennungsgrad ergibt sich eine Kluftfl che A von Ak l 2 kn ml 3 64 Das wirksame Gesamtvolumen V brechnet sich sodann zu V An k Ag Ad iy 65 und dessen Masse zu Mg Va p 66 Der wesentlichste Unsicherheitsfaktor ist die Annahme e
160. abor f r Umwelttechnik in Jena sowie dem Institut f r anorganische Chemie der Technischen Universit t Clausthal Dabei zeigte sich da zumindest die Gr enordnung der gemessenen Parameter ber einstimmt Auf eine eingehende Beschreibung der analytischen Verfahren soll hier verzichtet werden da alle Analysen nach den Normen durchgef hrt wurden die in den Deutschen Einheitsverfahren zur Wasseruntersuchung nachlesbar sind GESELLSCHAFT DEUTSCHER CHEMIKER 1982 6 3 Auswertung 6 3 1 Grafische Darstellung Zur statistischen Auswertung der Daten aus den 477 Wasseranalysen war es notwendig diese zu klassieren um jeweils hnliche Datenkollektive untersuchen zu k nnen Dazu wurden die Daten in ein PIPER und DUROV Diagramm Abb 22 Abb 23 eingetragen Dar ber hinaus wurde in Anleh nung an WOLKERSDORFER 1994 ein log As Ca U Diagramm erstellt das es erlaubt Grubenwas ser und Sickerw sser grafisch darzustellen Abb 24 Die einzelnen Me stellen erhielten entspre chend ihrer Charakteristik Symbole die f r alle Abbildungen identisch sind Tab 30 Grundlage der Zuordnung waren die Cluster im P PER Diagramm und die Lage der Me stellen im log As Ca U Diagramm wobei unterschiedliche Me stellen im gleichen Schacht den gleichen Symboltyp er hielten z B m 363 und m 507 Christian Wolkersdorfer 70 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Eine bersichtliche Veranschaulichung von Analysenwert
161. acht 366 II b August 1992 3 5 38 Ausfall der Temperatur L ae Temperatursonde Leitf higkeit Wasserstand 0 34 9 32 5 T e SECH 30 SZ 2 E 5 5 Di C E H 28 E 2 0 E 26 RY H 24 1 5 7 Z L 914 L 915 1 0 Wasser erreicht m 916 Sonde M 917 L 918 Zone 1 Zone 2 Zone 3 919 8 0 5 RN PREIS can tee tbe N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N gt SS SS o o SS SS SS SS SS SS SS S ag ag ag ag ag ag ag ag a ag ag ag ag ag o SKS Abb 74 Station re Temperatur und Leitf higkeitsmessung im Niveau der Sohle 1260 im Schacht 366 II b zwischen 3 und 25 August 1992 Am 24 Juli 1992 wurde um 13 00 Uhr bei einem Wasserstand von 923 35 m NN 5 35 m unter Sohle in 918 00 m NN 1 50 m ber Sohle die Sonde montiert um den Vorgang beim Anstieg des Grubenwassers zu erfassen Der Wasserstand entstammt der Interpolation aus den 7 14t gig gemessenen Wasserst nden Ausfall der Temperatursonde durch Korrosion der Steckverbindungen am 15 7 92 um 7 00 Uhr Sonden und Datenlogger der Firma PIC M nchen Leitf higkeitsanstieg zwischen 7 August und 8 August m glicherweise nicht durch Wasser sondern durch Schaum wie er h ufig im Schacht 366 II b vorhanden war vgl Abb 91 Der Leitf higkeitsabfall vom 14 auf 15 August f llt mit der vollst ndigen Flutung bis zur Oberkante der angeschlagenen Sohlen der des 18 August mit der vo
162. agerst tte oder in einem Erzgang f hren ist es nicht m glich hydrogeochemische Vor g nge hinreichend genau zu deuten Aus diesem Grund steht am Anfang der hydro geochemischen und hydrodynamischen Untersuchungen des Flutungsablaufs eine Zusam menstellung der Umfeldgeologie des Bergwerks Niederschlema Alberoda Eine Freisetzung von Stoffen durch das Flutungswasser w re ohne Verwitterungsvorg nge in den offenen Grubenbauen nicht in dem beschriebenen Ausma m glich Da die Disulfidoxidation eine Schl sselrolle bei dieser Freisetzung einnimmt werden sie und die katalytisch wirkenden mikro biellen Vorg ngen ebenfalls in diesem Kapitel dargestellt 4 2 Geographische Lage Der Hauptschacht des Bergwerks Niederschlema Alberoda Schacht 371 Abb 3 liegt im Frei staat Sachsen 28 km s dwestlich von Chemnitz zwischen den erzgebirgischen Orten Hartenstein und Aue auf 365 2 m NN Abb 4 Abb 10 Im Norden reicht das 22 km gro e Me gebiet des Wismut Umweltkatasters bis nahe an Hartenstein im Osten an L nitz im S dosten an Aue und im S dwesten an Schneeberg heran Innerhalb der Fl che liegen Alberoda Schlema sowie Teile von Wildbad Niederl nitz Aue und Schneeberg lt Mulde Elbe Leipzig N u A13 A14 C Wei e Ze gt Dresden Zwickauer Mulde Elbe K nigst n Gittersee Ronneburg V i TA Wf Freiberger Seelingst dt lt gt Crossen Mulde KN Niederschlema Zwickau Alberoda 7 E
163. aktivit t Bq L 1932 Radiumort Hindenburgquelle 181 818 246 500 1932 Radiumort Bismarckquelle 40 404 1932 Friedrichfl gel 10 774 1932 Heinrichfl gel Bohrloch III 10 101 07 02 1911 Radiumort 25 m von Markus Semmler Stollen 9 400 11 000 1932 Radiumort Bohrloch I 8 350 19 10 1911 Radiumort 25 m von Markus Semnler Stollen n 7 7 886 19 09 1911 Radiumort Einlauf Markus Semnler Stollen n 16 5 375 23 11 1910 Radiumort 26 5 m von Markus Semmler Stollen 4 539 1932 Radiumort Radiumgesenk 4 444 1932 Radiumort Bohrloch Il 4 108 1932 Radiumort B Fl gel 4 040 1932 Heinrichfl gel Heinrichgesenk 3 771 19 10 1911 Radiumort 34 5 m von Markus Semmiler Stollen n 5 2 979 1932 Wolfgangfl gel 1 886 1932 Gleesbergfl gel 1 886 1932 Johannesfl gel 1 347 23 03 1909 Maximilian Spat 1 048 07 01 1909 Eva Spat 640 1932 Jung K nig David Fl gel 337 27 03 1909 Fleischer Morgengang 226 30 03 1909 Neugl ck Flachen 218 30 03 1909 Quergestein nach Gottes Schickung 191 30 03 1909 T rck Flachen 121 30 03 1909 unbenannter Spat am Kreuze mit dem Gl ck Flachen 110 27 03 1909 Gabe Gottes Stollnort NW 86 30 03 1909 Hohe Fichte Flachen 55 26 03 1909 Priester Spat 51 25 03 1909 Quergestein zwischen Neujahr Stehenden und Frischgl ck Morgengang 31 05 01 1909 Freudenschall Stehenden und Hoffnung Gottes Flachen 24 26 03 1909 unbenannter Morgengang im Hangenden des Rappold Flachen 22 27 03 1909 Himmelfahrter Fl gel 11 Tab 16 Chemische Analyse
164. amp E 1993 94 Christian Wolkersdorfer 140 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Schacht 383 2 Dezember 1994 560 580 600 J 945 620 640 1 990 Teufe m NN 660 680 4 1035 700 720 ER J 1080 T 4 6 4 7 4 8 4 9 5 0 5 1 5 2 Leitf higkeit mS cm Abb 78 Leitf higkeitsmessung vom 2 Dezember 1994 im Schacht 383 zwischen den Sohlen 1080 und 990 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 Eine der gr ten Leitf higkeits aber auch pH Redox und Temperatur nderungen konnte am 8 3 94 im Schacht 371 II b auf dem Niveau der Sohle 1305 gemessen werden Dort fiel die Leitf higkeit sprunghaft von etwa 4 97 mS cm um 0 15 mS cm auf 4 82 mS cm ab Bereits am 30 3 93 war dieser Zustand beobachtbar zum damaligen Zeitpunkt fiel die Leitf higkeit im selben Niveau um 0 18 mS cm von 4 54 mS cm auf 4 36 mS cm 7 4 2 pH Wert Der pH Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionenaktivit t und hat keine Einheit pH log DH 49 STUMM amp MORGAN 1981 bezeichnen ihn als die master variable in hydrogeochemischen Syste men da die L slichkeit der meisten Mineralphasen entscheidend vom pH Wert abh ngt und umgekehrt die L sung von Verbindungen den pH Wert bee
165. as statische Monitoring unabh ngig von der Sanierung der Langzeit berwachung des Wasser Bo den und Luftpfades dient wird mit dem dynamischen Monitoring die Sanierung Rekultivierung und Stillegung von Bergbauanlagen und Bergbauhalden kontrolliert Zu ersterem geh ren beispielsweise die hydrochemische Umfelderfassung die seismische berwachung der Flutung im Bergwerk Niederschlema Alberoda oder die radiometrische Bestandsaufnahme Kuyumcu et al 1994 zu letzterem Staubmessungen oder hydrochemische Untersuchungen der Flutungsw sser W sMUT GmbH 1994a Insbesondere die Frage nach der berwachung von W ssern die aus den Bergwerken austreten kann zu Schwierigkeiten f hren da f r die Abw sser aus Uranbergwerken nach wie vor keine rechtlichen Bestimmungen bestehen Gans 1978 und die Frage auftaucht wie und ob die Strahlenschutzverordnung anzuwenden ist Mit dem Flutungswasser werden einerseits chemotoxische Elemente andererseits Elemente der Uranzerfallsreihe Tab 1 ausgetragen Zu ersteren z hlt beispielsweise Arsen zu zweiteren das u erst radiotoxische Radium 226 Aus diesem Grund werden die Ableitungen von Uran und Radium bei der Wismut GmbH besonders genau aufgezeichnet Abb 1 und mit den genehmigten Jahresableitungen verglichen Unter Flutungswasser sollen im folgenden in Anlehnung an die Terminologie der Wismut GmbH alle W sser zusammengefa t werden die in das Grubengeb ude Niederschlema Alberoda eindringen bzw von dor
166. asser eines Uranbergwerks 153 Schacht 371 II b 30 M rz 1993 780 7 1125 800 820 7 1170 840 860 Z 1215 z 880 g 5 900 F 920 gt 47 1260 940 960 7 1305 980 Damm 1000 100 50 0 50 Redoxpotential mV Abb 89 Redoxpotential im ansteigenden Grubenwasser des Schachts 371 II b ver ndert nach DFA C amp E 1993 Schacht 371 II b 30 M rz 1993 780 4 1125 800 820 4 1170 840 860 Z 1215 S 880 g 5 900 F 920 4 1260 940 960 4 1305 980 Damm 1000 T T j T 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 Leitf higkeit mS cm Abb 90 Leitf higkeit im ansteigenden Grubenwassers des Schachts 371 Il b ver ndert nach DFA C amp E 1993 Christian Wolkersdorfer 154 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 7 7 Diskussion und Ergebnis Wie die physikochemischen Messungen in sieben Sch chten des Bergwerks Nieder schlema Alberoda zeigen sind deren hydrodynamischen Merkmale jeweils hnlich Ein abwei chendes Verhalten zeigt nur Schacht 372 b oberhalb Sohle 1305 Eine der wichtigsten Gemeinsamkeiten ist da nderungen eines physikochemischen Parameters des Grubenwassers in jedem Schacht in gleicher Weise stattfindet Dies ist deutlich an den hnli chen Temperaturverl ufen der Sch chte 366 II b 371 II b und 372 b erkennbar Abb
167. aten 1932 keine hochaktiven Quellen mehr bertage aus da der Bergbau insbesondere der Markus Semmler Stollen in seiner Eigenschaft als Wasserl sungsstollen eine Grundwasserabsenkung und Verlagerung der Grundwasserflie richtung hervorgerufen hatte Er vermutet allerdings da hochaktive Quellen vor dem Auffahren des Markus Semmler Stollens durchaus vorhanden gewesen sein k nnten Aktivit tsmessungen von ber 40 Quellen und Brun nen im Schlematal aus dem Jahre 1909 belegen die relativ niedrigen Aktivit ten dieser W sser die bei einer mittleren Sch ttung von 55 L s n 42 s 151L s median 25 L s eine Aktivit t von X 165 Bq L n 42 s 159 Bq L median 88 Bq L aufwiesen Von einigen Quell bzw Brunnenw ssern wurden auch chemische Analysen durchgef hrt die aus heutiger Sicht zwar unvollst ndig sind aus Vergleichsgr nden aber hier zitiert werden sollen Tab 16 SCHIFFNER et al 1911 Im Zuge dieser Prospektion nach radioaktiven W ssern entdeckte R FRIEDRICH GENSER 1932 SCHIFFNER et al 1911 die Bismarck und Hindenburgquelle von Bad Oberschlema von denen letztere mit 246 500 Bq L als die radioaktivste Heilquelle der Welt galt Institut FRESENIUS pers Mitt die Angaben in CARL 1975 S 256 sind nicht korrekt Es liegen sowohl ein Rechenfehler als auch ein Abschreibefehler vor Die Stellen mit radioaktiven W ssern lagen innerhalb eines nur 500 m langen Abschnitts in ver schiedenen Seitenstollen
168. ation des Pyrits und Markasits sowie die mikrobielle Kata lyse dieser Reaktionen verantwortlich sind 6 3 3 15 Hydrogenkarbonat In den Sickerw ssern liegen die Hydrogenkarbonatmassenkonzentrationen etwa bei 150 250 mg LU Dagegen ist im Grubenwasser von diesen Werten ausgehend ein Anstieg bis auf 1100 mg L zu beobachten 1993 traten gelegentlich Massenkonzentration von bis zu 1300 mg L auf Abb 37 Die Massenkonzentration des Hydrogenkarbonats wird haupts chlich durch die verf gbare Menge an Karbonaten und Kohlendioxid also dem Kalk Kohlens ure Gleichgewicht bestimmt Daneben bildet sich HCO aus der Dissoziation der Kohlens ure die durch L sung von CO g in Wasser entsteht Aus den Reaktionen 11 und 12 ist abzulesen da bei Vorhandensein von Calcit und Kohlendioxid Hydrogenkarbonat entsteht Zu ausf hrlichen Darstellungen der komplexen Reaktio nen deren Kinetik und Gleichgewichtseinstellungen sei auf die Literatur verwiesen z B STUMM amp MORGAN 1981 6 3 3 16 Chlorid Anf nglich lagen die Chloridmassenkonzentrationen des Grubenwassers bei 200 250 mg LU Abb 38 wohingegen die Sickerw sser etwa 40 mg L Chlorid enthalten Bis Ende 1991 nahm die Massenkonzentration im Grubenwasser stetig ab um bis Ende 1994 konstant bei 140 mg L zu bleiben Da die Mobilisation von Chloriden aus dem Gebirge in dieser Gr enordnung unwahr scheinlich und die Zufuhr von Chloriden aus den Sickerw ssern nur gering ist komm
169. ation zwischen den beiden Parametern existiert Je gr er hingegen der Betrag von rp ist desto gr er ist die Korrelation zwischen den beiden Para metern ohne da sich daraus sogleich eine Abh ngigkeit der beiden erg be Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 79 Nach jeder Korrelation wird getestet ob der Korrelationskoeffizient rp signifikant von 0 unterschied lich ist Die zugeh rige zweiseitige Null und Gegenhypothese lautet YAMANE 1976 Ho bz H fi 0 Die Wahrscheinlichkeit der t Statistik mit dem Freiheitsgrad v n 2 t 34 ergibt sich aus der zweiseitigen Dichtefunktion der t Verteilung P t v 1 F t v 35 Sobald P t v gr er als 0 05 ist mu die Nullhypothese verworfen werden und der Korrelations koeffizient rp ist nicht signifikant In der Tabelle der Korrelationen Tab 58 Tab 59 sind neben dem Korrelationskoeffizienten rp auch die Wahrscheinlichkeiten P tabelliert Bei Parameterkombinationen die weniger als 4 Werte paare bilden l t sich kein Korrelationskoeffizient berechnen Diese Paarungen sind mit tabel liert Um die gro e Datenmenge in den Tabellen darzustellen werden die unten tabellierten Symbole verwendet Somit ergibt sich f r alle Parameterkombinationen mit den Symbolen lt und lt die gr te Korrelation mit der gr ten Signifikanz Nicht dargestellt sind Parameter die keine signifi kant hohe Korr
170. auf der Auswertung des P PER Diagramms S Sickerwasser I Intermedi res Wasser G Grubenwasser Schacht und Streckenbezeichnungen nach Angaben der Wismut GmbH FIW Fluchtweg berhauen Ges Gesenk Q Querschlag F Str Feldstrecke Die gerasterten Symbole kennzeichnen Me stellen mit Grubenwassercharakter Quadrate und Kreise solche mit Sickerwas sercharakter und Rauten die mit intermedi rem Charakter Bei nderungen des Chemismus in ei nem Schacht z B 296 II b wurde das zuerst vergebene Symbol beibehalten Um eine zu gro e Anzahl von Symbolen zu vermeiden erhielten Me stellen mit hnlichen chemischen Eigenschaften das gleiche Symbol Me stelle Bezeichnung Symbol Anzahl PIPER DUROV Typ m 107 Abflu des Bohrbachstaubeckens linke Seite Rohr Lh 169 41 S m 308 Blindschacht 366 II b bis Sohle 990 LA 115 48 G m 315 Sohle 540 F Str 907 NW von Q 905 EI 1 S m 316 Sohle 540 F Str 906 NW von Q 903 Ej 1 S m 318 Wasserschlo 69 Sohle 540 Ch 1 1 S m 320 Sohle 540 Q 906a bei F Str 907 i 1 0 S m 323 Blindschacht 371 II b bis Sohle 990 Ch 28 17 G m 324 Blindschacht 372 b bis Sohle 990 oJ 28 17 G m 325 Blindschacht 296 II b Sohle 996 Sumpf Ch 25 14 m 331 Blindschacht 366 II b ab Sohle 990 El A4 14 G 2inl m 332 Blindschacht 296 II b ab Sohle 996 EN 3 1 G m 362 Blindschacht 1 b El 10 9 G m 363 Blindschacht 383 b 2 23 20 G 3inS m 364 Blindschacht 383 III b 4 3 G m 365 FIW 2 Sohlen 1665 1710 Ch 5 3 G m 501 Blin
171. auren Grubenw ssern kommt dabei gegen ber den basischen oder neutralen die weitaus gr te Bedeutung zu Bereits seit 1989 mu te der Bergbaubetrieb Aue auf Druck der Oberflu meisterei OFM Chemnitz und der bergeordneten DDR Wasserwirtschaftsdirektion Obere Elbe Neisse kl ren mit welchen Schadstoffaustr gen nach dem Ende einer kontrollierten Flutung des Bergwerks Niederschle ma Alberoda zu rechnen ist J MEYER pers Mitt Vor allem galt es herauszufinden ber welchen Zeitraum hinweg welche Wasserinhaltsstoffe mit welchen Massenkonzentrationen austreten werden Zu diesem Zweck f hrte die SDAG Wismut verschiedene Laborversuche zur Uran und Arsenl slichkeit an Erzproben durch Sie begannen im Mai 1989 und Mai 1990 SDAG WIsMUT 1991 und erstreckten sich jeweils auf einen Zeitraum von einem Jahr bzw zwei Jahren vgl Kapitel 5 3 F RSTER 1990 stellte fest da ber den Abbau von Uran in den F rderr umen Aue Schlema Ronneburg und K nigstein bis heute nur wenig Zahlen ver ffentlicht wurden Obgleich dies heute nur noch bedingt zutrifft hat sich an seiner damals aufgezeigten Notwendigkeit nach Forschungs arbeiten auf geo und biochemischem Gebiet zum Durchdringen ablaufender Reaktionsprozesse in Halden und Grubenr umen nichts ge ndert F RSTER 1990 Auch Mitarbeiter des damaligen s chsischen geologischen Landesamtes Dr Andreas HARTSCH pers Mitt und verschiedene Mit arbeiter der SDAG Wismut stimmten ber
172. baus kam es an Kreuzungspunkten von Erzg ngen und St rungen besonders h ufig zu Wasserzutritten SDAG Wi smuT 1991 Auch in randlichen Teilen des b hmischen Massivs konnte in den St rungszonen im allgemeinen eine g nstige Wasserf hrung nachgewiesen werden KARRENBERG 1981 Untergeordnet bewegt sich in Mikrorissen und im ungest rten Gestein Wasser dessen Menge jedoch wegen der geringen Durchl ssigkeitsbeiwerte Tab 52 vernachl ssigbar gering ist KARRENBERG 1981 wie Leistungsquotienten Ergiebigkeit von Brunnen im Th ringisch Vogtl ndischen Schiefergebirge zeigen Tab 14 Lediglich im silurischen Ockerkalk liegen die Leistungsquotienten vermutlich infolge von Subrosion ber denen der anderen Gesteine Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 47 Tab 14 Ausgew hlte Leistungsquotienten Ergiebigkeiten von Brunnen in vor und altpal ozoischen Ge steinen nach HECHT 1974 Stratigraphische Einheit Anzahl Auswertungen minimaler maximaler Mittelwert Leistungsquotient L s 1 m 1 L s 1 m 1 L s 1 m 1 Frauenbach Schichten 2 0 0008 0 013 0 007 Phycoden Schichten 3 0 008 0 036 0 018 Hauptquarzit 4 0 005 0 167 0 092 Lederschiefer 5 0 008 0 052 0 021 Kieselschiefer 10 0 007 0 661 0 274 Ockerkalk 3 0 3 3 15 1 3 Diabasmandelstein 14 0 002 2 62 0 25 Knotenkalk Kalkknotenschiefer 5 0 0 059 0 029 Nach dem Anbohren w hrend des Bergbaus versiegen die meisten Kluft bzw Spa
173. be in Ronneburg K nigstein Aue und Seelingst dt den Namen Wismut GmbH bei BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1993 Sie haben die Aufgabe langfristig alle Wismutbetriebe stillzulegen zu verwahren und Altlasten zu sanieren FRIEDRICH EBERT STIFTUNG 1992 BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1992 RUNGE amp B TTCHER 1994 Am 1 Januar 1994 wurde die Sparte Consulting Engineering aus der DFA ausgegliedert und unter dem Namen C amp E Consulting amp Engineering privatisiert Dr RUNGE 1995 pers Mitt Ein Teil des Sanierungsbetriebes Aue zu dem auch die Lagerst tte P hla Tellerh user geh rt ist die Uranlagerst tte Niederschlema Alberoda 28 km s dwestlich Chemnitz 4 5 Geologische Verh ltnisse 4 5 1 Regionalgeologische bersicht 4 5 1 1 Gebietsabgrenzung Das Erzgebirge Kru n hory eine Pultscholle in dem sich die Lagerst tte Niederschlema Albero da befindet geh rt zum S chsisch Th ringischen Grundgebirge des B hmischen Massivs DORN et al 1992 Zusammen mit dem Nordostbayerischen Grundgebirge bildet das S chsisch Th ringi sche Grundgebirge das Saxothuringikum im engeren Sinne KOssMAT 1927 fa te den Begriff weiter und z hlte zum Saxothuringikum das gesamte Gebiet zwischen dem Moldanubikum im S den und dem n rdlich gelegenen Rhenoherzynikum Eine vereinfachte Gliederung unterteilt das Saxothuringikum in eine Synklinal und zwei Antiklinalzonen Erstere wird durch den th ringischen Trog Frankenw lder Pal
174. bei den fuchsinfarbenen nach f nf Tagen ein leichtes Aufquellen Am Ende des A6t gigen Versuchs war weder bei den bismarckbraunen noch den fuchsinfarbenen Sporen eine Farb nderung erkennbar Keiner der Parameter pH Wert Temperatur chemische Matrix oder Strahlungsintensit t ist daher f r die Farb nderungen verantwortlich M glicherweise sind mikrobielle Aktivit ten die Ursachen der Farb nderung Diese Vermutung konnte wegen fehlender apparativer Ausstattung jedoch nicht berpr ft werden 7 2 5 Ergebnisse und Diskussion Da es nicht m glich war w hrend des Versuchszeitraums eine kontinuierliche Beprobung durch zuf hren kann die Flie geschwindigkeit nur abgesch tzt werden Von der Aufgabestelle nahe des Blindschachts 383 b auf Sohle 1620 1280 m NN bis zur Abpumpstelle unterhalb der Sohle 1260 961 5 m NN mu ten die bismarckbraunen Sporen eine vertikale Strecke von d 320 m und eine horizontale von dh 460 m zusammen d 780 m zur cklegen Sie ben tigten daf r h chstens die Zeit zwischen dem 11 Mai und 22 Juni 1992 also 42 Tage Es errechnet sich eine Minimalgeschwindigkeit von vs 0 77 mh al Formel 44 _ d d _ 460 m 320 m v t 1008 h 0 77 m h 44 Folgende Ergebnisse brachten der Tracerversuch und die Versuche mit unterschiedlichen Son dentypen e Gef rbte B rlappsporen eignen sich als Tracer in einem gefluteten Bergwerk um Str mungs verh ltnisse festzustellen e Die gew hlte
175. benhohlraum SSE S d S d Ost R residualer Grubenhohlraum SSW S d S d West d sch Grubenhohlraum der Sch chte st S ttigungsgrad dat Grubenhohlraum der Strecken SW S d West dan Grubenhohlraum der Schachts mpfe t Zeit dr gesamter Grubenhohlraum T Temperatur h Grubenhohlraum der berhauen ee een ho diffusiver Gebirgshohlraum TU TUC Technische Universit t Clausthal e Eeer TWG Gr benw sser Ar gesamter Gebirgshohlraum yp 1 Top Intermedi re W sser amp effektive bzw kinematische Porosit t Typs Sickerw sser Ei residuale Porosit t Un 1 0 einseitige Wahrscheinlichkeit f r n 1 0 A EA 11 2 Abbildungsverzeichnis Abbildungslegende Seitenzahl Abb 1 Entwicklung der Uran und Radiumableitungen des Sanierungsbetriebs Aue Betrieb Schlema Alberoda zwischen 1989 und 1993 Die genehmigten Jahresableitungen betragen f r Uran 320 GBq bis 1990 und 230 GBq ab 1991 f r Radium gelten dementsprechend 4 7 GBq und 3 7 GBq Jahresableitung WISMUT GmbH 1994a 16 Abb 2 Darstellung der prinzipiellen Vorg nge bei der Flutung des Bergwerks Niederschlema Alberoda Wichtige Begriffe sind im Bild dargestellt 19 Abb 3 Schacht 371 Hartenstein des Bergwerks Niederschlema Alberoda im Tal der Zwickauer Mulde am 4 Januar 1991 21 Abb 4 bersichtskarte Sachsens mit den wichtigsten Uranerzlagerst tten und der Lage von Schacht 371 des Bergwerks Niederschlema Alberoda Zus tzlich die Standorte der Erzaufbereitungen Seelingst dt und
176. benwasser im Bergwerk Niederschlema Alberoda gro r umig betrachtet in drei Phasen ver ndert nach J GER et al 1990 1 berfluten der Sohlen Sch chte und Abbaue in Abh ngigkeit von der Menge des zuflie en den Wassers Haupts chlich vertikale Wasserbewegung durch das ansteigende Wasser Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 151 2 Auff llen der Auflockerungszone Vertikale und hydrostatisch bedingte horizontale Wasser bewegung 3 Wiederherstellung der hydrogeologischen Situation vor der Entw sserung des Gebirges durch den Bergbau Im folgenden wird der Flutungsvorgang soweit er f r die hier behandelte Fragestellung relevant ist kurz skizziert W hrend der Phase 1 steigt das Wasser entsprechend dem Prinzip der kommunizierenden R hren in den Sch chten kontinuierlich an Abb 88 Da die Vorg nge beim berfluten von Sohlen und berhauen hnlich geartet sind k nnen diese Teilphasen zur Phase 1 hinzugerechnet werden Es darf jedoch nicht au er acht gelassen werden da die Zeit zum Fluten der vertikalen Grubenbaue deutlich k rzer ist als die f r die horizontalen Verh ltnis zwischen 7 35 und 49 106 Tagen Abb 88 Temperatur mineralisations und gravitationsbedingt ist die Dichte des Wassers nicht in jedem Schacht gleich Daher werden die Wasserst nde in den jeweils untersuchten Sch chten nicht identisch sein Beispielsweise betr gt die H hen
177. berg Johanngeorgenstadt Wittichen Schwarzwald Vein Deposits consist of uranium mineralization in lenses or sheets or disseminations filling joints fissures breccias and stockworks in deformed and fractured rocks Size and complexity of vein sets are variable Distribution and intensity of mineralization are irregular Principal uranium phases are pitchblende uraninite and coffinite Gangue minerals are always present Uranium may form monometallic mineralizations or polymetallic mineralizations Associated metals include Co Ni Bi Ag Cu Pb Zn Mo and or Fe in form of sulphides arsenides or sulfarsenides Wall rock alteration is commonly restricted to a narrow margin lt 1 m Unabh ngig von der Uranlagerst ttenklassifikation existieren im Erzgebirge weitere Gliederungen VON CHARPENTIER 1778 und WERNER 1791 publizierten erstmalig eine systematische Darstellung der Mineralvergesellschaftungen Paragenesen nach BREITHAUPT 1849 des Erz gebirges BAUMANN 1968 Waren es bei WERNER elf Gangerzformationen zitiert nach BAUMANN 1968 so werden heute unter Zugrundelegung des mineralogisch paragenetischen Modells im Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 41 wesentlichen acht bis zehn Mineralvergesellschaftungen unterschieden Tab 10 BAUMANN 1968 BAUMANN 1992 BAUMANN 1994 Daneben gibt es im Erzgebirge zwei weitere Klassifikationen die zum einen auf der
178. chbleibender Temperatur der mit dem Kreislauf in Verbindung steht und am Energieaustausch beteiligt ist Die Phase 1 des Wiederanstiegsprozesses im Bergwerk Niederschlema Alberoda findet im Prinzip in vier Stufen statt wobei abwechselnd offene Kreisl ufe offene Kreisl ufe mit isothermen Reservoir und am Ende ein geschlossener Kreislauf existieren Wegen der geringen Gebirgsdurchl ssigkeiten sind Str mungen durch das Gebirge vernachl ssigbar Stufe la In den Schachts mpfen sammelt sich Sickerwasser und vermischt sich mit den dort bereits vor handenen Mengen nicht ges mpften Wassers Eine Vermischung dieser Sumpfw sser mit dem Schachtwasser findet nicht statt da das aus gr eren Tiefen ber die Sohle zuflie ende Wasser eine geringere Dichte hat und das Wasser im Sumpf berschichtet Bei einem ausgebildeten Kon vektionskreislauf kann das ber die Sohle einflie ende Wasser im Sinne einer Eintrittsstr mung verstanden werden KRANAWETTREISER 1989 Eine Vermischung der beiden Wasserk rper findet dann nicht statt Stufe b Abb 92a Das Wasser steigt ber die S mpfe berflutet die erste Sohle und beginnt in den Sch chten anzu steigen Entsprechend des Prinzips der kommunizierenden R hren und der Formel 46 stellen sich die Wasserst nde ein Sch chte und Sohle ohne Sumpf bilden einen offenen Kreislauf mit zwei Reservoirs Dabei wirkt die Sohle als Erhitzer Q die Sch chte und die Wasseroberfl che relativ dazu als
179. cher Fleischer Morgengang Schindlerschacht nach LEUTWEIN A WEIsE 1962 In der Tafel 1 der Originalarbeit sind einige Analysenwerte f r Cu offensichtlich falsch 11 5 24 mg Un Sie wurden hier nicht ber cksichtigt Erika Bergkappe Kreuz Anna Morgenstern Fleischer Mittelwerte x sn x s n x s n x s n x s n x s n ei 66 oa 4 67 04 4 68 04 4 66 04 4 68 03 Aler 03 20 AR 569 124 4 220 28 4 206 6 4 332 13 A 181 45 A 302 157 20 RadAk 243 1 233 125 1 258 1 255 11277 75 5 Ca 65 7 75 2 298 85 2 34 0 62 4 4831 1 355 49 3 397 136 12 Mg 35 8 152 2 714 01 273 28 4 20 1 29 27 3 121 131 12 Na 79 62 4 49 14 4 49 15 4 70 22 4 41 16 4 58 32 20 K 28 03 4 24 04 4 21 01 4 24 06 4 22 07 4 24 05 20 Fe 1 11 1 16 4 0 37 0 10 A 0 17 0 19 4 0 32 0 15 4 0 38 0 22 4 0 47 0 59 20 Sr 0 15 101 1006 1 006 0 07 2 0 07 1 008 005 6 so 318 18 A 8 A3 4 59 25 4 167 60 A 59 26 4 137 107 20 CI 17 6 05 4 160 48 4 11 7 12 4 144 06 4 86 08 4 137 38 20 HCO 35 1268 31 2 A 14 AP 27 Al Ap 23 4 H rte 199 32 4 96 20 4 85 08 4 119 21 4 74 07 4 115 49 20 Al 031 1 0 02 0 01 2 003 0 03 3 0 03 0 02 4 0 02 0 03 4 005 0 08 14 As 0 36 0 08 2 0 04 0 02 3 029 032 3 017 0 19 4 042 025 4 025 0 23 16 Ba 0 03 1013 1005 0 02 2 006 0 01 3 0 04 0 03 3 006 0 03 10 Co 214 112 3 0 90 04 01 2008 1 1122 124 6 Cr 0 01 1002 1 00 1 001 000 2 0 01 0 00 2 1001 001 7 Cu 1 70 1 051 072 2 001 1 034 039 4 0 73 0
180. chlema Auerhammer und Lauter und zumindest in der Umgebung der Lagerst tte um den Erzgebirgsgranit von Eibenstock F r das Einfallen der Granitoberfl che wur den im Lagerst ttenbereich Winkel von 35 45 und nordwestliche Richtung bestimmt LANGE et al 1991 Im Gefolge der Granitintrusionen haben sich im Umfeld der Lagerst tte Aplite und Ker santite gebildet die j nger sind als die Erzgebirgsgranite und im Stefanium ltere Biotit Kersantite sowie im Autunium j ngere Chlorit Kersantite und Aplite entstanden STEMPROK 1992 ZENTRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 Ihr Vorkommen ist an eine bis nach Th ringen und B hmen verfolgbare tektonische Schw chezone gekn pft Abb 10 ZENTRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 die Gera Aue Joachimsthal St rungszone im Ronneburger Raum Nejdeck Crimmitschauer St rung LANGE et al 1991 B DER amp SCHUPPAN 1992 An dieser NW GE streichenden St rung liegen auch die Uranvorkommen von Ronneburg Th ringen MEINEL 1993 und von Joachimsthal B hmen Sie setzt sich in Gestalt der Finne St rung durch das gesamte Th ringer Becken bis in den Raum Sondershausen am S dharzrand fort FRANZKE et al 1992 DORN et al 1992 Die typischen Gesteine der Lagerst tte sind Skarne Amphibolitschiefer Graphitschiefer Glimmer schiefer Metadiabase Kersantite Quarzit Pyroxen Feldspat Hornfels Kalksteine Granit Marmor und Fruchtschiefer JANISCHEWSKII amp KONSTANTINOW 1962 SDAG WisMuU
181. cke der Verwitterungsrinde Leitf higkeit Literatur Firma LogIn GmbH Gommern Landwirtschaftliche Produktionsgenossen schaft Labor f r Umwelttechnik Jena Lycopodiumaufgabesonde Me stelle der Wismut molare Masse maximal median wirksame Gesamtmasse Magnesium Karbonat Pechblende Formation Minimum Millionen relative Standardabweichung mean standard deviation Markus Semner Stollen meter Normal Null Probenzahl Norden n rdlich nicht bestimmt nicht nachweisbar Nord Ost Netto Neutralisationspotential Nichtkarbonath rte Nord Nord Ost Nord Nord West Neutralisationspotential Nord West nordwestlich Stoffmenge Oberflu meisterei Older Intrusive Complex Differenzenabstand DUNN Test Druck Wahrscheinlichkeit grobk rnige Metadiabase pers nliche Mitteilung pH Wert Polymetallische Formation Polyvinylalkohol Polyvinylchlorid W rmestromdichte Pr fgr e DUNN Test Wassermenge pro Zeit lagerst ttenspezifische Grenzkennzahl Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 183 Qu 2 34 Aufheizrate u N unter der Nachweisgrenze qr 92 Kennziffer log As Ca U ud feink rnige homogene Metadiabase gas Quarz Arsenide Formation ud td feink rnige und geb nderte Metabiabase qhm Quarz H matit Formation UdSSR Union der Sozialistischen Sowjetrepubliken qks w Quarz Kassiterit Wolfram Formation uqk Uran Quarz Calcit Formation qs Hauptquarzit Vent j hrliche Wasserentnahme qsf Quar
182. ckergesteinsdecken im Mittelgebirge am Beispiel des Harzes ist in Abb 14 dargestellt Dort sind auch die wesentlichen Wasserwegsamkeiten er kennbar Im Talbereich der Zwickauer Mulde der Hauptvorflut f r den Bergbaubereich werden die Sedi mente aus Kiesen Sanden und Ger llen maximal 5 m m chtig Die Flu ablagerungen in den Ne benfl ssen sind deutlich geringm chtiger SDAG WismuT 1991 Von S den nach Norden flie en der Zwickauer Mulde im Gebiet der topographischen Karte Blatt Aue Nord 1407 12 folgende Ge w sser zu Schwarzwasser L nitzbach Alberoder Bach Schlemabach mit Silberbach und FloR graben Wildbach B rengrundbach Tieftalbach und Reitgrabenbach wobei die vier letztgenannten stromabw rts des Bergwerks Niederschlema Alberoda liegen Durch den Bergbau wurden die urspr nglichen hydrologischen Verh ltnisse im Grundwasser nachhaltig ver ndert Oberhalb des Markus Semmler Stollens war das Gebirge s dwestlich der Zwickauer Mulde schon vor Beginn des Wismut Bergbaus gro fl chig entw ssert Vom Stollen mundloch auf 323 9 m NN an der Mulde nord stlich des Bahnhofs Schlema erstreckt sich der Stollen etwa 7 km in s dwestlicher Richtung bis ber Schneeberg Neust dtel hinaus Seine Ge samtl nge betrug einschlie lich aller Neben rter 44 km SCHIFFNER et al 1911 Nord stlich der Zwickauer Mulde wurde das Gel nde durch die Wasserhaltung der Sch chte 371 und 208 bis zu einer maximalen Tiefe von 1800 Metern entw ss
183. crosoft Corperation MICROSOFT CORPERATION 1994 Microsoft Access 2 0 Benutzerhandbuch 900 S D 85716 Un terschlei heim Microsoft Corperation MILITZER H SCH N J amp ST TZNER U 1986 Angewandte Geophysik im Ingenieur und Berg bau 2 Aufl 419 S 341 Abb 53 Tab Stuttgart Enke MoENKE H 1956 Untersuchungen zur Geochemie des Arsens am Quellwasser und Eisen oxydhydratabs tzen der Saalfelder Feengrotten Chemie der Erde 18 89 91 1 Tab Jena MORIN K A 1990 A case study of data quality in routine chemical analyses of acid mine drainage Program with Abstracts Geological Association of Canada 91 Waterloo ON Canada MRNa F amp SATTRAN V 1980 Short review of geology and metallogeny of the Krusn amp hory Erzgebirge Mis Erzmetall 33 145 149 Abb Tab Stuttgart M HLSTEDT P 1992 Der Uranbergbau in Sachsen und seine Besonderheiten in exogenen La gerst tten Schriftenreihe Gesellschaft Deutscher Metallh tten und Bergleute 64 183 201 10 Abb 5 Tab Clausthal Zellerfeld M LLER SALZBURG L 1978 Der Felsbau Bd 3 945 S 612 Abb 50 Taf Stuttgart Enke MURAKAMI Y FUJIWARA S SATO M amp OHasHI S 1958 Chemical prospecting of Uranium de posits in Japan Proceedings ll Intern Conf Peaceful Uses Atomic Energy 2 131 139 NEAVILLE C C 1989 Simulation of ground and surface water flow in the Globe a
184. d Wasserwegsamkeiten im Mittelgebirge am Beispiel des Harzes ver ndert nach ALTERMANN amp W NSCHE 1991 Wie in den unteren H henlagen des Erzgebirges THALHEIM amp FIEDLER 1990a ALTERMANN et al 1988 fehlt auch im Harz die Oberdecke gl Gebirgsl ms Mittelschutt zf Zwischenflie erde bs Basisschutt v ltere Verwitterungsreste a Anstehendes im oberen Bereich aufgelockert 47 Abb 15 Durchschnittliche Zuflu mengen von W ssern unterhalb und auf der Sohle 990 in den Jahren 1970 bis 1982 Einheit in L s ver ndert nach SDAG W smuT 1991 48 Abb 16 Schematische Schnitte einer Uranvererzung in den Kendyktas Bergen Tien Shan Gebirge Kirgisien w hrend oben und nach einem Niederschlag unten ver ndert nach GERMANOV et al 1958 Im Verlauf eines Niederschlagsereignisses dringt Wasser l ngs der vererzten St rungen in das Gebirge ein und erh ht die Schadstoffgehalte im Grundwasserabstrom Nach Ende des Niederschlags flie t die Schadstofffront mit dem Grundwasser der Quelle zu wo es zur zeitlich versetzten Erh hung der austretenden Wasserinhaltsstoffe kommt Zeitweilig mineralisiertes Grundwasser bedeutet da gelegentlich eine ber dem Durchschnitt liegende Schadstofffracht transportiert wird 49 Abb 17 Teufenabh ngige Gr e des Abdampfr ckstands und pH Werts im Bergwerk Niederschlema Alberoda Bei nahezu gleichbleibendem pH Wert nimmt die Masse des Abdampfr ckstands in den Sickerw ssern von oben nac
185. d auf den Ergebnissen der Tab 28 unter Ber cksichtigung der Tab 20 und der in nat rlichen W ssern ablaufenden Redoxreaktionen STUMM amp MORGAN 1981 folgenderma en festgelegt Redoxpotential Temperatur pH Wert Wasser TyppS 400 mV 17 0 C 7 0 Wasser Typ I 370 mV 25 6 C 7 0 Wasser Typ G 300 mV 35 4 C 7 0 6 4 2 Berechnungen WATEOQAF berechnete auf der Basis des thermodynamischen Datensatzes die chemischen Gleichgewichte von insgesamt 291 Phasen mit denen das Flutungswasser reagieren kann Aus diesen wiederum wurden durch Vergleich der S ttigungskoeffizienten alle Phasen ausgew hlt die f r die Mineralisation des Grubenwassers relevant zu sein scheinen Radiumphasen oder spezies sind im Datensatz von WATEQAF nicht enthalten Deshalb sind Aussagen zur chemisch thermody namischen Gleichgewichtseinstellung des Wassers mit Radiumphasen oder zur Verteilung von Radiumspezies nicht m glich Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 105 6 4 3 S ttigungskoeffizienten Die Massenkonzentrationen der Inhaltsstoffe im Grubenwasser werden durch geochemische Re aktionen der Feststoffphasen hervorgerufen Ein Wasser das sich im Ungleichgewicht befindet wird im Verlauf der Zeit einem Gleichgewichtszustand zustreben Dazu gehen gegen ber dem Wasser unters ttigte Feststoffphasen soweit sie zur Verf gung stehen in L sung w hrend bers ttigte Phasen ausfallen Als Ma
186. d den Sohlenst en findet eine Erw rmung des Flutungswassers statt sofern die Gebirgstemperatur h her ist als die des Wassers Von der Wasseroberfl che und den Schachtw nden mit Temperaturen unter denen des Flutungswassers hingegen geht eine Abk h lung aus Daher str mt durch Dichteunterschiede bedingt das erw rmte Grubenwasser an den Schachtw nden nach oben k hlt sich im oberfl chennahen Bereich des Wasserk rpers ab und sinkt in der Schachtmitte hinab Im Idealfall w rde sich bei den Geschwindigkeiten und Quer schnitten in den meisten Sch chten des Bergwerks Niederschlema Alberoda eine laminare Kon vektionswalze ausbilden Wegen der Schachteinbauten Tr gerlagen Spurlatten Versorgunggslei tungen Abb 91 und der gro en Wandrauhigkeit der Betonausmauerung wird dies jedoch verhin dert Es kann somit davon ausgegangen werden da im Bergwerk Niederschlema Alberoda offene Wasserkreisl ufe Abb 92a c und offene Wasserkreisl ufe mit einem isothermen Reservoir existieren Abb 92b d in denen das Wasser turbulent konvektiv str mt Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 155 Abb 91 Grubenwasserspiegel im Schacht 366 Ilb Anfang 1991 Schachteinbauten die ein laminares Str men des Wassers verhindern sind erkennbar Die Wasserober fl che grau ist von Schaum be deckt Bildbreite etwa 2 m Ein isothermes Reservoir ist ein ausreichend gro er Fluidvorrat glei
187. dam RUNGE W amp B TTCHER J 1994 Stillegung und Sanierung des ostdeutschen Uranerzbergbaus Atomwirtschaft Atomtechnik 39 194 190 4 Abb 4 Tab RUNNELLS D D amp LINDBERG R D 1981 Hydrochemical Exploration for Uranium Ore Deposits Use of the Computer Model WATEQFC Journal of Geochemical Exploration 15 37 50 11 Abb 3 Tab Amsterdam S NGER H 1993 Die Flora und Vegetation im Uranbergbaurevier Ronneburg Pflanzensoziolo gische Untersuchungen an Extremstandorten kologie und Umweltsicherung A76 227 Abb Tab Kassel SAKER I amp JORDAN H 1977 Zu hydrogeologischen Eigenschaften der Verwitterungszonen erz gebirgischer Gneise Z f angew Geol 23 606 611 5 Abb Berlin SAKER I amp JORDAN H 1979 Zu hydrogeologischen Eigenschaften der Verwitterungszonen von Porphyren und Sandsteinen Z f angew Geol 25 588 597 8 Abb 3 Tab Berlin SCHADE M 1982 Zur thermodynamischen Analyse des geochemischen Verhaltens des Urans in der Hypergeneszone Z f angew Geol 28 524 530 5 Abb 1 Tab Berlin SCHIFFNER C 1908 Radioaktive W sser in Sachsen 1 57 16 Abb 15 Tab Freiberg Craz amp Gerlach SCHIFFNER C amp WEIDIG M 1909 Radioaktive W sser in Sachsen 59 144 35 Abb 36 Tab Freiberg Craz amp Gerlach SCHIFFNER C WEIDIG M amp FRIEDRICH R 1911 Radioaktive W sser in Sachsen 145 216 51
188. de dieser Lagerst tten besteht zum Teil aus weiteren Lagerst ttenteilen Tab 8 das Erzfeld Ronneburg beispielsweise aus f nf Bergwerken Die DDR bzw die Bundesrepublik Deutschland 220 kt Uranmetall geh rte bis Ende 1990 nach den Vereinigten Staaten von Amerika 334 kt Uranmetall und Kanada 240 kt Uranmetall zu den drei gr ten Uranproduzenten der Welt BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1993 Gr nde f r den Widerspruch zur Angabe in Tab 8 siehe dortige Legende Dabei sind jedoch nur die s chsisch th ringischen Uranerze ber cksichtigt die nach 1945 abgebaut wurden Zwischen der ersten Uranf rderung in Sachsen 1825 KIRCHHEIMER 1978 und 1945 sind dar ber hinaus weitere 1000 t Uranerz gef rdert worden BAIN 1950 DAHLKAMP 1993 stellt die Uranlagerst tten des Erzgebirges Schlema in Tab 8 zum Typ 3 Vein seiner umfangreichen Gliederung Tab 9 Er unterscheidet insgesamt 15 Typen mit 30 Subtypen von denen Typ 3 wie folgt beschrieben wird Christian Wolkersdorfer 40 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Tab 8 Lagerst ttentypen und deren abgebaute Erzvorr te in Sachsen und Th ringen erg nzt nach M HLSTEDT 1992 BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1993 B TTCHER et al 1991 B DER amp SCHUPPAN 1992 geben f r Niederschlema Alberoda abweichend davon 73kt Uran an M glicherweise beziehen sich die Angaben aus B DER amp SCHUPPAN 1992 auf Uranmetall w hrend die 248 k
189. den tektonischen Bewegungen der variscischen Orogenese Reussische Phase und Bretonische Phase verantwortlich PIETZSCH 1962 BRINKMANN amp ZEIL 1986 4 5 1 7 Karbon Im Unterkarbon verhinderte die variscische Hauptphase die Sedimentation zum Teil wurden sogar vorhandene Sedimente abgetragen Unterkarbonische Gesteine sind daher im Erzgebirge nur in den Keratophyrtuffen nahe L nitz vorhanden PIETZSCH 1962 Im n heren Umfeld hingegen sind zwischen dem Erzgebirgsnordrand und dem Granulitgebirge einige Unterkarbonvorkommen be kannt Schichten von Borna Hainichen PIETZSCH 1962 HoHL 1985 BRINKMANN amp ZEIL 1986 die als Molasseablagerungen anzusehen sind DORN et al 1992 W hrend der variscischen Hauptfaltung stiegen saure Magmen auf die Gebirgsgranite OIC Older Intrusive Complex des Viseums und Namuriums 330 320 Ma An der Wende Westfa lium Stefanium 305 295 Ma drangen die Erzgebirgsgranite YIC Younger Intrusive Complex ein Geochemische Untersuchungen im b hmisch tschechischen Teil des Erzgebirges haben ge zeigt da die Erzgebirgsgranite aus der gleichen Quelle stammen wie die Gebirgsgranite Abb 9 zum Teil sogar aus der erneuten Aufschmelzung der Gebirgsgranite hervorgegangen sind STEMPROK 1992 Gleichzeitig entstanden Rhyolite Quarzporphyre Rhyodazite sowie Granitpor phyre DON et al 1992 wie beispielsweise bei Sch nfeld B renfels B renburg und Altenberg PIETZSCH 1962 Im Gefolge der Gra
190. der Miriquidi dem Eichen oder Dun kelwald B TTCHER et al 1991 seinen Reichtum verlieh und schlie lich zum Namen Erzgebirge f hrte Durch das Vordringen der Gruben in immer gr ere Teufen traten technische Probleme auf die im 13 14 Jahrhundert einhergehend mit Kriegen sozialen Unruhen und einer Pestepedemie schlie lich zum Niedergang des mittelalterlichen Bergbaus im Erzgebirge f hrten Schon 1471 begann bei Zwickau und Schneeberg eine neue Bergbauperiode als Bergleute bei der Suche nach Erzen auf reiche Silbervorkommen stie en Innerhalb weniger Jahrzehnte ent standen neue Bergst dte und die Erfindung neuer Bergbautechniken f hrte zu einem bis dahin nicht bekannten Reichtum Als die reichen Silbervorr te der Oxidation und Zementationszone mit zunehmender Teufe abnahmen begann in weiten Teilen des Erzgebirges erneut ein Gru bensterben Auch die Folgen des 30j hrigen Krieges und zu wenig Geld f r dringend notwendige Wasserbauanlagen f hrten zu einem Ende dieser Periode Nur im Schneeberger Gebiet sorgten Kobalt Nickel und Wismuterze daf r da der Bergbau nicht v llig zum Erliegen kam Mit der Gr ndung der Bergakademie Freiberg im Jahr 1765 setzte ein erneuter Aufschwung im erzgebirgischen Bergbau ein Haupts chlich Silber Kobalt Nickel Eisen und Wismut waren das Ziel der neuerlichen Aktivit ten Dar ber hinaus wurden in dieser Zeit Wolfram und das 1789 von KLAPPROTH entdeckte Uran gewonnen KIRCHHEIMER
191. der Sch chte ber mehr als eine Sohle erfolgt Der Kreislauf kann ber eine oder beide Sohlen stattfinden wobei die Str mung bevorzugt ber die Sohle mit dem geringeren Str mungswiderstand flie t Ein Beleg f r dieses Verhalten ist das Ergebnis des Lycopodium Versuchs vom Mai 1992 In zwei Sch chten wurden in zwei unterschiedlichen Teufen andersgef rbte Sporen zugegeben deren zahlenm iges Verh ltnis nach 5 Wochen eine homogene Durchmischung des Grubenwassers ber wenigsten neun Sohlen anzeigte Aus den Experimenten von BAU amp TORRANCE 1981a an unsymmetrisch erw rmten offenen Konvektionskreisl ufen l t sich schlie en da auch Sch chte in die kalte Sickerw sser einstr men in den Konvektionskreislauf eingebunden werden konkret Schacht 372 b Aus dem oben dargelegten vierstufigen Ablauf des Wiederanstiegs ergibt sich folgende Zusam menfassung f r das Flutungsende mit Abpumpen bzw berlaufen des Wassers Christian Wolkersdorfer 158 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks e Flutungsende bei Stufe Ill oberer Schachtwasserk rper steht nicht konvektiv mit dem Rest des Grubenwassers in Kontakt durch Abpumpen des Wassers str mt dennoch st ndig kon taminiertes Wasser aus anderen auch tiefer gelegenen Grubenbauen in den Schacht nach e Flutungsende bei Stufe IV die letzte geflutete Sohle ist vollst ndig in den Wasserkreislauf ein gebunden weshalb st ndig kontaminiertes Wass
192. der Sohle 726 Zeitweilig kamen auf Sohle 1170 1305 945 und dem Schachtsumpf Sickerw sser aus Rohrleitungen hinzu Weitaus geringere Mengen Sickerwassers flossen von Sohle 1170 in den Schacht 366 II b Eine aktive Zuleitung von Sickerw ssern bestand dort genausowenig wie in den Sch chten 371 II b und 371 b Die niedrigen Temperaturen in den Schachts mpfen der Sch chte 366 II b und 371 II b sind daher nicht wie im Quartalsbericht 11 1993 Wismut GmbH 1993b dargelegt auf k ltere Zu laufw sser zur ckzuf hren Dies vor allem nicht weil der Temperatursprung best ndig im Niveau der Schwenkb hnengrube eintrat Bis Anfang Januar 1993 infiltrierte weiteres Sickerwasser durch Rohrleitungen im Schacht 371 II b und dem Gesenk Ill auf den Sohlen 1395 und 1620 Ab dem 6 Januar 1993 wurde das infiltrie rende Wasser auf den h her gelegenen Sohlen 1266 1215 und 1170 ausgesch ttet Ein Gro teil der Sickerwasserzufl sse wird ber Entspannungsbecken gesteuert Solange daher der Wasserspiegel an einer Zuflu stelle unterhalb eines Entspannungsbeckens ist gelangt das Wasser ber Rohrleitungen vom Becken aus unter die Grubenwasseroberfl che Sobald das Becken berflutet ist flie t von dort aus kein Wasser mehr in tiefere Grubenbereiche Christian Wolkersdorfer 150 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Abb 87 Teilweise berfluteter Quer schlag 1753 der Sohle 1305 Anfang Dezember 1
193. des jeweiligen Elements an ags Silbersulfid bafl Baryt Fluorit BiCoNi Wismut Kobalt Nickel BiCoNiAg Wismut Kobalt Nickel Silber dse Dolomit Selenid eb Edle Braunspatformation eba Eisen Baryt fba Fluorbarytische Bleierz Formation Ho Fluorit Quarz hmba H matit Baryt kb Kiesig blendige Formation kku Kammquarz Kalzit Uraninit krsb Karbonate Antimonide kret Karbonate Sulfide mgu Magnesium Karbonat Pechblende Polymetall Polymetallisch qas Quarz Arsenide qhm Quarz H matit qks w Quarz Kassiterit Wolframit ost Quarz Fluorit Umlagerung Umlagerungen uqk Uran Quarz Calcit W Mo Wolfram Molybd nit Allen Bezeichnungen ist das Wort Formation nachzustellen As Zn Elementsymbole Formation Gruppe Folge Gesteine M chtigkeit m Lederschiefer g Gr fenthal Gruppe Hauptquarzit gsf q 400 5 Griffelschiefer ZS Phycoden Folge gsf 300 400 Schwarzburg Gruppe G Frauenbach Folge gsf gf q 300 800 500M S SEL Halbmeiler Folge gsf mb lt 100 300 Herold Folge gf gsf q mb 100 350 Breitenbrunn Folge gsf q mb 100 700 E Joachimsthal Gruppe 5 Grie bach Folge gsf mugn gf ogn 600 1400 E x l Fichtelberg Folge gsf q 0 600 Keilberg Gruppe Obermittweida Folge gsf pgn mb c 150 750 Raschau Folge q gsf k 150 500 570 20 Ma z SE unnerstein Folge n mg c Niederschlag Gruppe g ann 300 650 Schmiedeberg Folge pgn mb gsf Christian Wolkersdorfer 42 Hydr
194. die bakteriell ausgel ste Reaktion 5 wird Eisen zu Eisen oxidiert Reaktion 6 Der indirekte Mechanismus hingegen l uft ohne Zellkontakt ab und katalysiert die Oxidation von Ei sen ll zu Eisen Ill der Reaktion 6 Folgende Reaktionen finden bei Thiobacillus thiooxidans Beggiatoa und Thiothrix innerhalb der Zelle statt 2 S 4 H O O amp gt 2 S 6 H2O 2 2 S 6 H20 3 O amp 2804 4 H 0 3 Dabei werden AG 498 kJ Reaktion 3 an Energie freigesetzt Alle vorgenannten Bakterien sind abgesehen vom stark alkalischen Milieu innerhalb gro er pH und Eh Bereiche berlebensf hig vgl Tab 22 und prinzipiell in fast jedem Grubenwasser zu fin den Baas BEckingG et al 1960 Weitere wichtige Parameter f r optimale Umgebungsverh ltnisse stellen dar Temperatur O Gehalt CO Gehalt N hrstoffangebot Korngr e des Substrats und die Konzentration von Schwermetallen die m glicherweise toxisch auf die Organismen wirken k nnen LUNDGREN amp SILVER 1980 BOSECKER 1980 pH Bereich Eh Bereich mV Tab 22 Lebensbereiche von Bakterien in Gruben E EE w ssern Baas BECKING et al 1960 und Sulfatreduzierende 432 9 9 450 115 Eh pH Bereiche des Grubenwassers im Thiobakterien 1 0 9 2 190 855 Bergwerk Niederschlema Alberoda Grubenwasser 6 4 8 9 3 530 Dar ber hinaus werden Thiobacillus Arten bei technischen Prozessen eingesetzt in denen es um die Anreicherung von Metallen aus Low Grade Er
195. differenz in zwei miteinander verbundenen 300 m hohen Sch chten 296 II b 366 b 371 b in denen sich Wasser mit der Temperatur 30 C p 995 65 kg m und 40 C p 992 2 kam befindet etwa 1 m Um die H hendifferenz zu berechnen kann Gleichung 52 herangezogen werden hb oe 51 h P e eege A 52 Pa h Wasserstand im Schacht 1 h2 Wasserstand im Schacht 2 Ah Differenz der beiden Wasserst nde p Dichte des Wassers im Schacht 1 p2 Dichte des Wassers im Schacht 2 Die Front des ansteigenden Wassers Zone 1 l st in den obersten 0 15 m die bereits verwit terten leicht mobilisierbaren Minerale von den Grubenw nden Dies f hrt im Wasser zu einer Zu nahme der Stoffkonzentrationen mit gleichzeitiger Erh hung der Leitf higkeit Abb 77 die als Indikator f r die Wasserqualit t herangezogen werden kann An der Oberfl che steht das Grubenwasser im L sungsgleichgewicht mit dem Luftsauerstoff so fern dieser durch mikrobielle Prozesse oberhalb der aufsteigenden Wassers ule nicht aufge braucht wurde Daher sind die Redoxpotentiale in diesen obersten Metern von wenigen Aus nahmen abgesehen stets gr er als die darunter Mit dem ansteigenden Wasser steigt eine Zone weniger oxidierender Verh ltnisse an Zone 2 Die Leitf higkeit ist geringer als die der Zone 1 was ein Hinweis auf eine verminderte Gesamt mineralisation ist Ob es in dieser Zone dazu kommt da weniger gut l sliche Phase
196. dlung schwer l slicher prim rer U IV Phasen in leichter l sliche U VI Phasen Sie l sen sich im unters ttigten Sicker oder Grundwasser und fallen bei bers ttigung als sekund re Uranphasen aus In Abh ngigkeit vom Grundwasserspiegel innerhalb der Verwitterungszone des Gebirges kommen diese sekund ren Uranminerale in Teufen von 100 200 Metern vor Dort k nnen U VI Phasen w hrend der Niederschlagsperioden erneut gel st und in den Grundwasserstrom transportiert werden An Quellen gelangt das Wasser dann in den oberirdischen Teil des Wasserkreislaufs Abb 16 GERMANOV et al 1958 fanden die h chsten nat rlichen Uranmassenkonzentration in pH neu tralen Grundw ssern die in Kontakt mit Pechblendevorkommen standen Sie bewegten sich in Abh ngigkeit vom pH Wert zwischen 0 03 und 50 mg L wobei die h heren Werte f r die Infiltrati onszone des Gebirges charakteristisch sind An den Quellen haben sich diese Werte bereits auf 0 001 0 03 mg L U erniedrigt sofern zwischen den Erzg ngen und der Quelle ein gen gend langer Weg besteht GERMANOV et al 1958 4 7 2 2 Beginn des Bergbaues bis 1945 In Sachsen suchten zwischen den Jahren 1908 und 1912 verschiedene Bearbeiter radioaktive W sser f r Heilzwecke SCHIFFNER 1908 SCHIFFNER amp WEIDIG 1909 SCHIFFNER et al 1911 WEIDIG 1912 Ihr Hauptinteresse galt weniger hydrogeochemischen Analysen der W sser als deren Ra dioaktivit ten Tab 15 Nach GENSER 1932 tr
197. dschacht 186 b Sohle 540 EI 2 1 S m 503 Schacht 38 Sohle 540 Ej 4 3 S m 504 Blindschacht 38 II b Sohle 990 Ch 1 1 m 505 Schacht 383 Sohle 1260 LH 1 1 G m 506 Blindschacht 383 b Sohle 1485 cA 4 2 LG m 507 Blindschacht 383 III b Sohle 1665 LH 3 2 G m 509 Sohle 1485 Ges 3 cJ 1 1 G m 510 Sohle 1530 Q 2007 LH 1 1 G w 68 Sohle 240 ohne Ort 1 0 S w 92 Sohle 816 Zulauf 1 1 S Tab 31 Gemittelte prozentuale quivalentmassenverh ltnisse von Kationen und Anionen der Wassertypen S und G im PIPER und DuRoV Diagramm Durchschnittliche Massengehalte in Tab 28 Wassertyp Bezeichnung Ca Mg Na HCO SO CI Typ S Sickerw sser 50 38 12 25 67 8 Typ I Intermedi re W sser 30 40 30 30 62 8 Typ G Grubenwasser 25 32 43 35 57 8 Eine weitere grafische Darstellungsm glichkeit ist das in der fr heren UdSSR von Durov vorge stellte DuRov Diagramm zitiert aus CHILINGAR 1956 Zum Eintragen in das Diagramm m ssen die Kationen und Anionen in ihre quivalentmassen umgerechnet und ihr jeweiliger prozentualer Anteil bestimmt werden Im Viereckdiagramm ergeben sich die Punkte sodann durch horizontale bzw vertikale Projektion der Punkte aus den Dreiecksdiagrammen Insgesamt lassen sich im DUROV Diagramm f nf von bis V nummerierte Wasserklassen unterscheiden CHILINGAR 1956 Christian Wolkersdorfer 72 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks M Markus Semmler Stollen 1957 n 10 B Bismarck Quelle 19
198. dten Me verfahren entspricht KAISER amp M HLBAUER 1983 stellen den SHAPIRO WiLKS Test W Test vor bei dem ein gr ter Wert xn der Stichprobe mit der Standardabweichung s dann ein Ausrei er mit der Sicherheit S 1 a ist wenn gilt Tea EIN en zu X gt w 1 27 Voraussetzung f r die Anwendung ist eine Normalverteilung der Stichprobe mit n 2 3 Dieser relativ aufwendige Test kann besonders f r kleine Stichproben angewendet werden da er keine Verf l schung der Verteilung hervorruft w 1 a kann Tabellen entnommen werden Von MEYER 1976 wird vorgeschlagen einen Wert x aus einer n gt 10 gro en Stichprobe zu ent fernen wenn X X s 4 28 ist x und s sind jeweils ohne den zu testenden Wert x zu berechnen Wegen der gro en Datenmengen konnte bei den Analysen von Niederschlema Alberoda der Test auf den Schwellenwert STANGE 1970 angewandt werden Er hat den Vorteil da ein Testalgorith mus leicht programmierbar ist und der ausrei erverd chtige Wert vor dem Test nicht eliminiert werden mu Die statistische Sicherheit wurde mit S 0 99 angenommen Die Ausrei er wurden jeweils getrennt f r die verschiedenen Me stellen ermittelt und nur dann als solche angesprochen wenn nicht zu kl ren war was den zu hohen oder zu niedrigen Wert verur sachte Erg nzende Plausibilit tskontrollen unterst tzten in allen F llen die Entscheidungsfindung Ein Wert der lediglich durch den Ausrei ertest nicht in di
199. duce potential surface stream water losses into abandoned underground mines Environ Geol Water Sci 17 227 232 6 Abb 2 Tab New York AGRICOLA G 1994 Zw lf B cher vom Berg und H ttenwesen reprint 543 S M nchen Dt Taschenbuch Vert 1 ALPERS CN amp NORDSTROM D K 1990 Stoichiometry of mineral reactions from mass balance of acid mine waters at Iron Mountain California Program with Abstracts Geological Asso ciation of Canada 15 1 2 Waterloo ON Canada ALTERMANN M LIEBEROTH l amp SCHWANECKE W 1988 Gliederung der Lockergesteinsdecken der Mittelgebirge Z f angew Geol 34 302 306 1 Abb Berlin ALTERMANN M A W NSCHE M 1991 Ausgangsgesteine und Bodeneigenschaften Z geol Wiss 19 3 12 5 Abb 3 Tab Berlin AMERICAN BUREAU OF METAL STATISTICS 1994 Non Ferrous Metal Data 1993 181 S American Bureau of metal Statistics ANONYM 1993 Uranversorgung der Welt Atomwirtschaft Atomtechnik 38 198 200 ATKINS P W 1990 Physikalische Chemie 2 Aufl 890 S Weinheim u a VCH ATSCHEJEW B N 1967 Verteilungsgesetzm igkeiten und Lokalisierungsbedingungen der Uran vererzung in der Lagerst tte Schlema Alberoda russ ohne S SDAG Wismut Unver f fentlichter Bericht AURADA K D 1970 Berechnung des Wiederanstiegsprozesses im Grubengeb ude des Kupfer schieferbergbaus in der Mansfelder Mulde mit Hilfe der Mont
200. e C 350 7 17 5 Abb Freiberg OFFICE OF WATER RESOURCES RESEARCH 1975 Acid mine water a bibliography In U S DEPARTMENT OF COMMERCE 563 S National Technical Information Service OLEM H 1991 Minerals and mine drainage Research Journal WPCF 63 472 475 Paces T 1969 Chemical equilibria and zoning of subsurface water from J chymov ore deposit Czechoslovakia Geochimica et Cosmochimica Acta 33 591 609 6 Abb 6 Tab Oxford New York Paris Frankfurt P LCHEN W RANK G LANGE H amp TISCHENDORF G 1987 Regionale Clarkewerte M glich keiten und Grenzen ihrer Anwendung am Beispiel des Erzgebirges DDR Chemie der Erde 47 1 17 3 Abb Jena PauL R 1991 Das Wismut Erbe Geschichte und Folgen des Uranbergbaus in Th ringen und Sachsen 191 S G ttingen Die Werkstatt PFEUFER J 1991 Ma nahmen zum Schutze des Trinkwassers im Nebengestein bei der Stille gung des Eisenbergwerkes Leonie in Auerbach Opf Erzmetall 44 30 38 9 Abb Weinheim PFINGSTEN W amp Mu R 1990 Transportprozesse in Kluftgrundwasserleitern DGM 34 116 123 9 Abb 1 Tab PHILIPSBORN H von 1967 Tafeln zum Bestimmen der Minerale nach u eren Kennzeichen 2 Aufl 319 S 289 Abb Stuttgart Schweizerbart PIETZSCH K 1951 Abri der Geologie von Sachsen 1 Aufl 160 S 30 Abb 24 Taf Berlin Volk und Wissen Volkseigener Verla
201. e Carlo Methode Wasserwirt schaft Wassertechnik 20 264 270 6 Abb 3 Tab Baas BECKING LGM KAPLAN IR amp MOORE D 1960 Limits of the Natural Environment in Terms of pH and Oxidation Reduction Potentials J of Geol 3 243 284 34 Abb Chicago BACHNER D BIESOLD H amp UHLENBRUCK H 1993 Radiologische Erfassung Untersuchung und Bewertung bergbaulicher Altlasten Atomwirtschaft Atomtechnik 38 291 294 DAIN G W 1950 Geology of the fissionable materials Econ Geol 45 273 323 4 Abb 4 Tab Lancaster BALL J W JENN AE amp CANTRELL W M 1981 WATEQS3 A Geochemical Model with Uranium added U S Geological Survey Open File Report 1 80 2 Tab Menlo Park Cal BALL J W amp NORDSTROM K D 1991 User s Manual for WATEQ4F with revised Thermodynamic Data Base and Test Cases for Calculating Speciation of major trace and redox Elements in natural Waters U S Geological Survey Open File Report 1 189 2 Tab Menlo Park Banks D in press The Abandonment of the Killingdal Sulphide Mine Norway a Saga of Acid Mine Drainage and Radioactive Waste Disposal Mine Water and the Environment 4 Abb 1 Tab Wollongong BARNES amp CLARKE FE 1964 Geochemistry of ground water in mine dranaige problems U S Geological Survey Professional Paper 473 A 1 6 Washington BARTHEL F H 1993 Die Urangewinnung auf dem Gebiet der ehemaligen DDR von 194
202. e Kontamination mit As spiegelt sich im jeweils kleineren q2 nach der betrieblichen Beeinflussung wieder m xxx Me stellenbezeichnung im Wismut Umwelt kataster Zwickauer Mulde Schlemabach Silberbach m 131 m 111 m 170 m 151 m 139 m 037 Einheit vor nach vor nach vor nach pH an 7 9 7 2 7 2 7 1 6 7 5 7 FR mg L 13 9 316 9 7 120 Ca mg L 19 25 24 37 14 37 Mg mg L 6 7 6 11 3 21 Fe mg L 0 23 0 51 1 63 0 33 0 12 7 40 S0 ma 44 62 33 75 31 52 CI mg L 15 18 125 41 81 19 HCO mgL 30 34 206 97 24 304 H rte d 3 9 5 2 4 8 7 9 2 6 9 9 As mg L 0 011 0 023 0 054 0 13 0 0005 0 016 U mg L 0 005 0 020 0 019 0 012 0 001 0 005 Ra mBq L 15 15 lt 10 18 lt 10 10 q 0 84 0 56 0 96 1 54 0 20 1 01 E Be 3 51 3 31 2 92 2 73 4 72 3 64 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 53 Tab 19 Wasseranalysen von Grubenw ssern im Markus Semmler Stollen Die Werte stellen Mittelwerte x aus vier Beprobungen zwischen April und Juni 1957 dar Standardabweichung s und Proben zahl n sind jeweils angegeben Zus tzlich wurden oz log nas nca und HCO3 aus Gesamt h rte Ca und Mg berechnet Einheiten in mg L H rte in d pH und q2 ohne Einheit AR Ab dampfr ckstand RadAk Radioaktivit t in Bq L Erika Erika am Querschlag 91 Bergkappe Bergkappeschacht Kreuz Anna Kreuz Anna und Priesterschacht Morgenstern Morgenstern Schimmelsberger Stollenfl gel Fleis
203. e Redoxpotentiale im Grubenwasser wirklich vorliegen Christian Wolkersdorfer 82 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 9 0 A 85 WAA o A 8 0 S A i nun O A AA O e o A o A A 000 L 7 5 A A Kee z oyw v ZS A je pp 000 T awe amm ha A e o va o vi v A arm A Ap Ooo ao o o a aa ahn A a A0 00 7 0 vov 8 A ME a 2 o op A oo e a A Za gA a ES oo D A A E AC D N N A A ef H A 65er EE E er ee Er EEN SE R 6 0 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 25 Zeitliche Entwicklung des pH Werts f r Wasser des Typs G zwischen Juli 1990 und Dezember 1994 246 Wertepaare Legende siehe Tab 30 550 500 450 i A 400 Op gt O O 350 A Redoxpotential mV 200 150 100 4 50 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 26 Zeitliche Entwicklung des Redoxpotentials f r Wasser des Typs G 46 Wertepaare und des Typs S 8 Wertepaare offene Kreise und Quadrate zwischen Juli 1990 und Dezember 1994 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 83 Um dies festzustellen wurden die Verh ltnisse der Massenkonzentrationen von NO3 NH4 Fei und Ee im Grubenwasser mit den Eh Bereichen verglichen in denen diese Redoxpaare in Red oxreaktionen miteinander reagieren F r beide Redoxpaare ergibt s
204. e Stichprobe pa te aber bei der Plausibi lit tskontrolle richtig zu sein schien wurde nicht aus dem Datensatz entfernt Von den 8611 Einzelwerten mu ten nach Ausrei ertest und Plausibilit tskontrolle 0 6 52 St ck eliminiert werden Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 77 6 3 2 3 Mittelwert F r jeden Wassertyp errechnen sich die Mittelwerte der untersuchten Parameter nach Gleichung 29 Tab 28 X Ze 29 Da der Mittelwert ausrei erempfindlich ist erfolgte der Test nur an ausrei erfreiem Datenmaterial Bereits ein einziger zu gro er oder kleiner Analysenwert kann ein Ergebnis vort uschen das den wirklichen Verh ltnissen nicht entspricht In den Boxplots hingegen sind f r jede Me stelle die Mit telwerte des gesamten Datenbestandes eines Parameters dargestellt 6 3 2 4 Standardabweichung Wie beim Mittelwert erfolgte auch die Bestimmung der Standardabweichungen Gleichung 30 an ausrei erfreien Datens tzen Durch die Standardabweichung l t sich erkennen wie stark Me werte um den Mittelwert streuen Davis 1986 Da die Standardabweichung bei n 2 der H lfte des Betrags aus der Differenz beider Me werte entspricht sind die Standardabweichungen in der Tabelle Tab 28 nur dann angegeben wenn die Anzahl der Me werte n gr er als 3 ist Von der Angabe der relativen Standardabweichungen MSD mean standard deviation wurde abgesehen da sie durch Divi
205. e Tendenz ist auch im Grubenwasser von Niederschlema Alberoda vorhanden schl gt sich jedoch wegen der starken Streuung der Radiumaktivit ten um die Regressionskurve nicht in der Korrelation Tab 58 nieder rp 0 42 6 3 3 12 Eisen Beim Eisen sind zwischen 1992 vor M rz 1992 gab es keine Gesamteisenbestimmungen und Ende 1994 stark schwankende Massenkonzentration im Grubenwasser zu beobachten Abb 34 W hrend die Schwankungsbreite anf nglich zwischen 0 und 3 mg L lag hatte sie Ende 1994 0 8 mg L erreicht Insgesamt k nnte daher von einem Anstieg der Eisenmassenkonzentration im Grubenwasser gesprochen werden In den Sickerw ssern liegt der Eisengehalt bei O 0 2 mg ES also um den Faktor 40 unter denen des Grubenwassers Welche Ursachen der starken Schwankung zugrundeliegen ist nicht ersichtlich am wahrscheinlichsten scheinen Redox Adsorptions und F llungsvorg nge zwischen der Probennahme und dem Analysenzeitpunkt zu sein Der Gro teil des Eisens im Grubenwasser entstammt der Pyrit und Markasitoxidation zum Teil der L sung eisenhaltiger Verbindungen z B Siderit Christian Wolkersdorfer 88 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 0 4 o o 0 3 4 D o a o o dD O E 0 2 4 Oo 8 g o 000909 o D O Ba D o Q o lt ER SS o d Ps Ge oO o oo 90 28 S o SC A 000 o e o O S CH Ee VE o o Nee ee ON Be 00 050 on O Zi o o o oo oO o Dol o Ge Q
206. e a a er ee Phasen UO Uraninit und pH Wert UO OH lanthinit 100 200 300 Das Ca Jon aus Gleichung 11 reagiert zusammen mit Ee und SO aus Gleichung 5 und 8 zu Gips und Siderit BLAIR et al 1980 Fe SO Ca CO 2 H20 lt gt FeCO s CaSO 2H 0 s 13 Bei Anwesenheit von Ra aus der Uranzerfallsreihe kann ein Teil des Calciums ersetzt werden BLAIR et al 1980 oder wie es vom Radon Fl gel des Markus Semmler Stollens beschrieben wurde direkt als Radiumsulfat ausfallen GENSER 1932 Ra Ca SO4 2 H20 amp Ca Ra SO 2H20 s 14 Uraninit ist bei Normalbedingungen nur schwer l slich und hat in Abh ngigkeit von der Temperatur und der Kristallstruktur f r Reaktion 15 ein L slichkeitsprodukt von 10 lt K lt 10 DyYBEk 1962 LANGMUIR 1978 UO 2 H2O amp U 4 OH 15 Im sauren oxidierenden Milieu hingegen nimmt die L slichkeit des Uraninits unter Mitwirkung von Bakterien deutlich zu Abb 19 Es kommt zur Oxidation der schwerer l slichen Uran IV Phasen zu leichter l slichen Uran VI Phasen Reaktion 16 wobei das Fe SO aus der Pyritoxidation Reaktion 5 stammt LUNDGREN amp SILVER 1980 U IV Oz Fe2 S014 gt U VI O2S0 2 FeSO 16 Christian Wolkersdorfer 60 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 5 Hydrogeocheniie von Uran Arsen und Radium 5 1 Einleitung Um die Uran Arsen und Radiumkonzentra
207. e vom 1 1 1991 31 12 1994 aus dem Bergwerk Niederschlema Alberoda in der Tab 28 zugrundegelegt Zahlenwerte gerundet Eine Deponierung und Handhabung solcher Mengen von Abfallstoffen aus einer Aufbereitungsanlage ist langfristig nicht vertretbar Es mu somit nach M glichkeiten gesucht werden durch eine gesteuerte Flutung auf eine Anlage verzichten zu k nnen oder deren Einsatzdauer auf einen annehmbaren Zeitraum 10 20 Jahre zu verk rzen Insgesamt wird es noch wenigstens bis ins Jahr 2003 dauern bis die Altlasten des Uranbergbaus in Sachsen und Th ringen angemessen saniert sein werden GATZWEILER amp MAGER 1993 Das Ergebnis der Sanierungsarbeiten bis Ende 1993 ist f r den Betriebsteil Schlema Alberoda in Tab 2 zusammengefa t S NGER 1993 hat in einer Arbeit ber Flora und Vegetation im Uranbergbaurevier Ronneburg folgende Forderung an die Sanierung gestellt 350 5 0 enehmigter GEM 300 I S EEE Uran F45 250 PZ z Jahresableitungswert L35 o m 200 4 S SR S T 15 3 Se 150 H 3 D 100 r 10 50 H 0 5 0 0 0 1989 1990 1991 1992 1993 Abb 1 Entwicklung der Uran und Radiumableitungen des Sanierungsbetriebs Aue Betrieb Schlema Alberoda zwischen 1989 und 1993 Die genehmigten Jahresableitungen betragen f r Uran 320 GBq bis 1990 und 230 GBq ab 1991 f r Radium gelten dementsprechend 4 7 GBq und 3 7 GBq Jahresableitung W sm
208. edoxgleichgewichten noch k nnen sie Reaktionen bewirken die bei gege benen Redoxbedingungen ausgeschlossen sind STUMM amp MORGAN 1981 BARNES amp CLARKE 1964 SIGG amp STUMM 1994 Aus den oben aufgef hrten Reaktionen wird klar da f r die Pyritoxidation Sauerstoff notwendig ist Reaktion 5 Reaktion 8 hingegen l uft ohne Sauerstoff ab jedoch ist die Reaktionsgeschwindigkeit erst bei pH Werten unter 3 ausreichend gro da sich ber pH 3 bevorzugt Eisen Ill hydroxid bildet STUMM amp MORGAN 1981 Entsprechend der Pyritoxidation gehen andere Sulfide in L sung wobei die Anwesenheit von Pyrit die L sung dieser Sulfide genauso beschleunigt GOTTSCHALK amp BUEHLER 1912 STUMM amp MORGAN 1981 wie die Anwesenheit von Mikroorganismen NORDSTROM 1977 EHRLICH 1963 Stellvertretend sei die Oxidation von Sphalerit a ZnS und Chalkopyrit CuFeS durch Eisen III genannt NORDSTROM 1977 ZnS s 8 Fe 4 H20 amp Zn 8 Fe SO 8 H 9 CuFeS s 16 Fe 8 H2O gt Cu 17 Fe 2 SO 16 H 10 Die Protonenfreisetzung beschleunigt einen weiteren Proze n mlich die L sung von Karbonaten die zur Abpufferung der Protonen f hrt CaCO H gt Ca HO 11 CaMg CO3 l 2 H amp Ca Mg 2 HCOz 12 Reaktion 11 f hrt nicht dazu da Reaktion 5 oder 8 langsamer oder gar nicht ablaufen Es wird daher bei der Anwesenheit von Karbonaten genauso Sulfat entstehen wie ohne TOLER 1982 BA
209. edoxpotentiale die stets im oberen Bereich der Wassers ulen vorhanden sind vgl Kapitel 7 4 3 f hren zu relativ erh hten niedrigere Redoxpotentiale zu entsprechend geringeren Massenkonzentrationen Wie sich aus den Ergebnissen der S ulenversuche ablesen l t scheinen zuerst nur die Uranpha sen in L sung zu gehen die durch Verwitterungsprozesse bereits Uran in der Oxidationsstufe VI enthalten Kapitel 4 9 Erst zu einem sp teren Zeitpunkt kann gen gend U IV aufoxidiert werden und durch Komplexierung zu h heren Massenkonzentrationen beitragen AW1 AW2 PETEA AW 3 AW A N AW5 E T N D E A EC EE de INNERE a N lt N yr Ns A N ENY eebe S KEE d 0 T T T T 0 4 8 2 16 20 24 28 2 36 0 4 48 52 56 60 6 o Zeit Wochen Abb 20 Entwicklung der Arsenmassenkonzentration in den S ulenversuchen AW1 AW5 der SDAG Wismut ver ndert nach SDAG WismuT 1991 Christian Wolkersdorfer 66 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 6 Hydrogeochemische Untersuchungen 6 1 Einf hrung Im vorigen Kapitel fand eine Beschreibung der geologischen Prozesse statt die zur Genese der Lagerst tte und Anreicherung der Minerale im Gestein und den Erzg ngen f hrten Au erdem wurden Daten ber die hydrogeologischen Verh ltnisse zusammengetragen um die Zusam menh nge zwischen Wasser und Gebirge verstehen
210. ein da Forschungsarbeiten ber chemische und bio chemische Vorg nge in den offenen und gefluteten Grubenr umen dringend notwendig seien 3 2 Sanierungskonzept der Wismut GmbH Oberstes Betriebsziel der Wismut GmbH ist die Sanierung aller Fl chen und Anlagen die zur Er kundung Gewinnung und Aufbereitung von Uranerz verwendet wurden RUNGE amp B TTCHER 1994 Dazu m ssen die Gefahren die von den Altfl chen ausgehen beseitigt oder auf ein annehmbares Niveau vermindert werden WismuT GmbH 1994a GATZWEILER A MAGER 1993 MAGER amp VELS 1993 Zur Erfassung der bergbaulichen Altlasten erstellte die Wismut mehrere Sanierungskon zepte MAGER amp VELS 1993 und ein Altlastenkataster KAuL 1991 R HNSCH amp ETTENHUBER 1993 das folgenden Zwecken dienen soll BACHNER et al 1993 e Einsch tzung der Gesamtsituation e Begr ndung der Notwendigkeit von Sicherungs und Sanierungsma nahmen Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 15 e Unterst tzung der weiteren wirtschaftlichen Entwicklung der Region durch die Eingrenzung tat s chlich belasteter Fl chen und Objekte Ergebnis des Altlastenkatasters war die Ausweisung von weit ber 30 Verdachtsfl chen die n her untersucht werden m ssen Ein wesentlicher Bestandteil der Sanierung ist die Umgebungs berwachung GATZWEILER amp MAGER 1993 die sich aus einem statischen und dynamischen Monitoring zusammensetzt W hrend d
211. eine SE Vergenz SCHR DER amp LIPP 1990a LANGE et al 1991 Kontrollierendes Element f r die Lagerst tte ist die Gera Aue Joachimsthal St rungszone In ihrem Gefolge bildeten sich NW SE und NNE SSW streichende St rungssysteme aus ZEN TRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 denen auch die bedeutendste St rung der Lagerst tte angeh rt der Rote Kamm Er trennt die beiden Granite von Oberschlema und Auerhammer PIETZSCH 1962 von den Gesteinen der Halbmeiler Frauenbach und Phycoden Folge sowie der Gr fenthal Gruppe die nord stlich anschlie en Im Bereich des Granits von Oberschlema wurde der Rote Kamm als Gleesberg Fl gel bezeichnet wobei es sich um die beiden einzigen histori schen Gangbezeichnungen handelt die vom Wismut Bergbau bernommen wurden B TTCHER et al 1991 60 Profil A A Profil 1 1 50 E Profil 4 4 EEE Durchschnitt 40 30 20 JE EEN WE ORETTE 10 0 D AN u Div fs ksl G ss fs ss ks gs ud td pd Abb 11 Prozentuale Verteilung der Gesteine in der Lagerst tte Niederschlema Alberoda aufgrund geologi scher Karten und Gesteinsbezeichungen der Wismut GmbH Div sk A Kb Kh qs ks l ud Skarne Aplite Biotitkersantit Chloritkersantit Quarzitschiefer Kieselschiefer feink rnige Meta diabase fs ksl Fruchtschiefer mit Kieselschieferlagen G Granit
212. eit ber vier Jahren im Grubengeb ude auf und befindet sich vom Eintritt in den unterirdischen Teil des Wasserkreislaufs an bis heute im Kon takt mit dem Gebirge bzw den Oberfl chen im Grubengeb ude Durch die lange Kontaktzeit konnte sich das Wasser zum Teil hoch mit Elementen anreichern wobei die Massenkonzentration einerseits von der Verweilzeit andererseits von den geochemischen Eigenschaften des Gebirges abh ngen Intermedi re W sser des Typs stehen ihrem Charakter nach zwischen denen des Typs G und S Es sind Sickerw sser die meist in einem Schacht auftreten in dem sich aus welchen Gr nden auch immer noch keine Konvektionszelle aufgebaut hat vgl Kapitel 7 7 Allen Zeitverl ufen ist etwa ab 1993 eine Abnahme der Streuung in den Einzelwerten gemein Dies deutet auf eine exaktere Bestimmung in den beiden Labors hin die zu einer Erh hung der Repro duzierbarkeit f hrt Nach einer zusammenfassenden Darstellung der jeweiligen Wassertypen in den Kapiteln 6 3 3 2 6 3 3 4 folgt eine Darstellung einiger wesentlicher Wasserinhaltsstoffe und physikalischer Kennwerte in den Kapitel 6 3 3 5 6 3 3 16 6 3 3 2 TypS Insgesamt haben sich die W sser des Typs S w hrend des Untersuchungszeitraums in ihren phy sikochemischen Eigenschaften fast nicht ver ndert Nur NO und O sowie Leitf higkeit und Gesamteisenmassenkonzentration lassen eine zeitliche Abh ngigkeit erkennen Alle anderen Parameter besitzen entweder keine
213. eiten MRNA A SATTRAN 1980 ZEN TRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 darunter aus dem th ringischen Raum HOPPE amp SEIDEL 1974 in die bisher bekannten und benannten Gruppen und Folgen eingegliedert wurde LORENZ amp HOTH 1990 4 5 1 2 Pr kambrium Die ltesten Gesteine des Erzgebirges sind im Osterzgebirge aufgeschlossen Sie werden vom Liegenden zum Hangenden zusammengefa t zur Osterzgebirgs Gruppe der Pre nitz Gruppe und der Niederschlag Gruppe Tab 4 Die Osterzgebirgs Gruppe beginnt mit Biotit Orthoklas Plagioklas Gneisen der Freiberg Folge worauf die Gneise Glimmerschiefer und der Quarzit der Brand Folge sowie die Gneise der Annaberg Wegefarth Folge folgen Konkordant schlie en z T pyritf hrende Metagrauwacken Metakonglomerate und Metabasite der Reischdorf Folge sowie teilweise metavulkanische Karbonat Skarn Horizonte und Muskovit Gneise der Kupferberg Folge an die beide der Pre nitz Gruppe zugerechnet werden F r die Rotgneise Orthogneise granitischer bis granodioritischer Zusammensetzung in den Ge steinen der Pre nitz Gruppe wird ein pr variscisches Alter angenommen Vermutlich begannen die Intrusionen deren Hauptzentren die heutigen Gneise von Sayda und Katharinenberg waren am Ende des Pr kambriums und reichten bis in das Ordovizium hinein Die Niederschlag Gruppe besteht gr tenteils aus metamorphen Siltsteinen und Grauwacken der liegenden Schmiedeberg und hangenden Kunnerstein Folge die in das W
214. elation zu anderen Parametern zeigen Dazu geh ren beispielsweise NH oder Cd Signatur Regressionskoeffizient PEARSON Korrelation Pr fgr e P lt 1 00 gt r2 0 60 P lt 0 1 lt 1 00 lt r lt 0 60 P lt 0 1 1 00 gt r gt 0 80 P gt 0 10 0 80 gt r gt 0 60 P gt 0 10 0 60 gt r gt 0 00 vgl Tab 58 0 60 lt r lt 0 00 vgl Tab 58 S 0 80 lt r lt 0 60 P gt 0 10 Sie 1 00 lt r lt 0 80 P gt 0 10 lt P lt 0 10 gt P gt 0 10 lt lt P lt 0 10 n lt 8 d n lt 3 Korrelation nicht m glich 6 3 3 Zeitliche Entwicklung 6 3 3 1 Einleitung Durch die unterschiedliche Art des Wasser Gebirge Kontakts bestimmt zeigen die drei Wasser typen im vierj hrigen Untersuchungszeitraum ungleiche zeitliche Entwicklungen der Gr en ihrer Inhaltsstoffe und physikalisch chemischen Eigenschaften Am deutlichsten ist die zeitliche Variation beim Typ G w hrend die Typen S und nahezu konstante Eigenschaften besitzen Sickerw sser des Typs S stehen zwischen wenigen Tagen und drei Monaten mit dem Gebirge in Kontakt bevor sie entweder von der Sohle 540 aus nach bertage gepumpt werden oder weiter hinab in das Grubengebb ude flie en Es sind junge meteorische W sser in denen die Massenkonzentationen der Inhaltsstoffe relativ gering sind Christian Wolkersdorfer 80 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Grubenwasser des Typs G h lt sich teilweise bereits s
215. en Auswahlkriterien waren Vollst ndig keit des Datensatzes und charakteristische Temperaturspr nge die bei den meisten anderen Me reihen hnlich ausgebildet sind Bei den Beschreibungen zu den jeweiligen Temperatur messungen flossen au erdem Erkenntnisse der anderen dort durchgef hrten Temperatur messungen ein Eigene Messungen wurden durch Notieren der Me werte aufgezeichnet w hrend die DFA C amp E Datenlogger einsetzte Wegen der unterschiedlichen Art der Datenaufzeichnung weichen die grafischen Darstellungsmethoden geringf gig voneinander ab Eigene Messungen lassen sich durch Punkte zwischen den Verbindungslinien der Me Rkurve erkennen z B Abb 64 wohingegen die DFA C amp E Messungen nur durch eine Linie dargestellt sind z B Abb 62 Im weiteren Text werden Temperaturanstiege oder abf lle beschrieben Dabei ist immer eine rela tive nderung von unten Schachttiefstes nach oben Wasserspiegel zu verstehen ber die Er kenntnisse aus den Messungen bis zum Juli 1993 wurde im Rahmen des Kooperationsvertrages mit der Wismut GmbH ein 1 Bericht angefertigt WOLKERSDORFER 1993 auf den hier zum Teil zur ckgegriffen wird Die Messungen bis zum Dezember 1994 wurden in einem 2 Bericht zum Kooperationsvertrag niedergelegt WOLKERSDORFER 1995 der bereits auf dem Inhalt dieser Dis sertation beruhte In den folgenden Kapiteln werden die sieben Sch chte in aufsteigender Reihenfolge ihrer Nummer dargestellt Erster Unterabschnitt
216. en auf 1 mg L gerundet Uran atb AR a 1 378 10 b 9 315 10 Da die Uranl slichkeit vom pH Wert abh ngt und die Vorhersagbarkeit des pH Werts anhand der Regression s Kapitel 6 3 4 2 nur eine geringe Sicherheit aufweist gilt das Intervall nur f r den Fall eines ann hernd gleichbleibenden pH Werts Unter Einbeziehung empirischer Ergebnisse Kapitel 5 1 des fallenden Trends beim pH Wert und des konstanten S ttigungskoeffizienten der am wenigsten unters ttigten Uranphasen Abb 51 ist eher ein Intervall von 3 6 mg L anzunehmen 6 3 4 6 Arsen Verglichen mit allen anderen Parametern zeigt die Arsenmassenkonzentration einen eigenartigen Verlauf Abb 44 dessen Regression nur im Zusammenhang mit der Interpretation der S ulenver suche zur Uran und Arsenl slichkeit m glich war Abb 20 SDAG WismuT 1991 Innerhalb des 95 Vorhersageintervalls und der oben aufgelisteten Annahmen d rfen im Jahr 2000 Arsenmas senkonzentrationen von 0 4 mg L erwartet werden auf 1 mg LU gerundet In t c 2 d Arsen u a 7 364 10 b 5 326 c 8 117 10 d 6 144 10 Aus dem relativ gro en Regressionskoeffizienten von r 0 630 kann nicht geschlossen werden da sich die Arsenmassenkonzentration k nftig tats chlich der Lognormalverteilung anpa t We gen der Sorption des Arsenats an Oxid und Hydroxioberfl chen kann eine geringf gige pH Wert nderung von nur 0 2 Einheiten den pHpzc Zero
217. en Autoren durchgehend als S ttigungsindex bersetzt Dies mag zwar eine sprachlich korrekte bersetzung sein ist aber mathematisch falsch da der obige Quotient kein Index ist sondern ein Koeffizient In der hier vor liegenden Arbeit wird daher die Bezeichnung S ttigungskoeffizient verwendet Wieviel Zeit vergeht bis eine Feststoffphase den S ttigungszustand erreicht ist von verschiede nen Faktoren wie pH Wert Redoxpotential Temperatur und dem Vorhandensein anderer Spezies und Feststoffe abh ngig Wesentliche Bedeutung kommt der Reaktionskinetik zu Eine Phase die im Wasser zwar stark bers ttigt ist im Grubenwasser z B fast alle Schichtsilikate sich aber aus kinetischen Gr nden nicht bilden kann wird nicht ausfallen SCHULZ amp K LLING 1992 Wie die chemisch thermodynamischen Gleichgewichtsberechnungen zeigen spielen f r die Zu sammensetzung des Grubenwassers nur wenige Mineralphasen eine Rolle Bei den Phasen die f r die Begrenzung der Molek le und lonen im Wasser bestimmend sind begrenzende Phasen tragen Karbonate Sulfate Oxide und Oxihydrate zur Gleichgewichtseinstellung bei Interessanter weise stimmen diese in der Tab 37 aufgelisteten Minerale zum berwiegenden Teil mit denen Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 107 berein die NORDSTROM et al 1990 f r die Wasser Gebirge Reaktionen als wesentlich erachten Die Mineralphasen in der
218. en erlauben Boxplots Diese wurden f r 35 Parameter der Wasseranalysen aller Me stellen erstellt wobei die Me stellen m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 in die Me stelle SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser eingingen Mittels Boxplots sind unterschiedliche Quantile 10 25 50 75 und 90 der Mittelwert sowie Werte au erhalb des 10 und 90 Quantils darstellbar Abb 21 Bei normalverteilten Daten fallen der Mittelwert und der Median zusammen Anders als bei der nachfolgenden statistischen Auswertung der Daten erfolgte keine Ausrei ereliminierung um die vollst ndige Spannweite der Analysenwerte aufzuzeichnen Abb 97 Abb 131 Im P PER Diagramm und Typendiagramm nach FURTAK amp LANGGUTH aus H LTING 1992 lassen sich die Wasseranalysen des Bergwerks Niederschlema Alberoda in drei Typen gliedern Abb 22 Sie werden im folgenden als Typ S Sickerw sser Typ Intermedi re W sser und Typ G Grubenwasser bezeichnet Tab 31 W sser des Typs S fallen in das Feld c des Typendiagramms sind somit normal erdalkalische berwiegend sulfatische W sser Einen relativ leicht erh hten Alkaliengehalt haben die W sser des Typs I die vollst ndig im Feld e erdalkalische W sser mit h herem Alkaliengehalt ber wiegend sulfatisch liegen Durch weitere Hydrogenkarbonat und teilweise Chloridaufnahme zeichnet sich das Wasser des Typs G aus das im Feld e und g des Typendiagramms liegt Es ist
219. en zu den Mas senkonzentrationen Schlu folgerungen f r die k nftige hydrogeochemische Entwicklung der W sser im Bergwerk Niederschlema Alberoda gewonnen werden Folgende Fragen hinsichtlich der chemischen Gleichgewichte sind zu beantworten e haben sich die Gleichgewichte der Sickerw sser zwischen 1991 und 1994 ge ndert e werden sich die Gleichgewichte des Grubenwassers nach 1994 ver ndern Um chemische Gleichgewichte in komplexen w rigen L sungen zu untersuchen werden com puterunterst tzte geochemische Modelle verwendet die auf thermodynamischen Daten wichtiger Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 103 Gleichgewichtsreaktionen beruhen Voraussetzung daf r sind die folgenden Annahmen SCHULZ amp K LLING 1992 NORDSTROM et al 1990 e chemisches Gleichgewicht zwischen den beteiligten Spezies und dem Wasser e Massenkonstanz der beteiligten lonen e die Konstanten der beteiligten Reaktionen sind hinreichend genau bekannt e alle wesentlichen Reaktionen sind vom Programm ber cksichtigt Die Leistungsf higkeit der verf gbaren Computerprogramme ist unterschiedlich und sowohl vom verwendeten thermodynamischen Datensatz AG oder bk als auch von den programmspezifi schen Iterationsverfahren abh ngig Darauf soll hier nicht im einzelnen eingegangen werden viel mehr sei auf die Literatur verwiesen NORDSTROM et al 1979 DEUTSCHER VERBAND F R WAS SERWIRTSCHAFT UN
220. ende siehe Tab 30 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 99 i n 7 Predicted Confidence Fit Arsen mg L N nk 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Abb 44 Regressionskurve der Zeit bez glich der Arsenmassenkonzentration f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 264 Wertepaare Legende siehe Tab 30 6 3 4 7 Radium Schon zu einem fr heren Zeitpunkt zeigte sich da die Radiumaktivit t stark streut WOLKERSDORFER 1993 Aus dem breiten 95 Vorhersageintervall und dem niedrigen Regressi onskoeffizienten von r 0 256 ist zu erkennen da eine Vorhersage der Radiumaktivit t im Be reich der Spekulation bleibt Abb 45 Allerdings ist der 1993 erkennbare ansteigende Trend nicht abgeschlossen und wird vermutlich bis ins Jahr 2000 andauern Dies wir durch die gute Korrelation mit dem Abdampfr ckstand best tigt dessen Prognose ebenfalls auf einen Anstieg hinweist Tab 58 Radium atb Ai a 4 680 10 b 8 627 10 6 3 4 8 Sulfat Bei der Sulfatmassenkonzentration wurden hnlich wie bei der Regression des Urans zwei An passungsschritte durchgef hrt um der abweichenden Entwicklung ab 1993 Rechnung zu tragen Zus tzlich wurden bei der Gesamtregression die Me werte der Jahre 1991 und 1992 nur halb so stark gewichte
221. endium oberes sp tes Proterozoikum eingestuft werden HOHL 1985 4 5 1 3 Kambrium Das im mittleren und westlichen Erzgebirge aufgeschlossene Kambrium wird in drei Gruppen ge gliedert die Keilberg Gruppe Unterkambrium Joachimsthal Gruppe Mittelkambrium und Thum Gruppe Oberkambrium Charakteristische Gesteine der Keilberg Gruppe die wiederum in die Raschau Obermittweida und Fichtelberg Folge unterteilt wird sind Karbonatgesteine In diese eingeschaltet sind lokal unterschiedliche Anteile von Quarz und Granat Glimmerschiefern die zusammen mit Metagrauwacken Metakonglomeraten und Metabasiten vorkommen An der Basis der Raschau Folge findet sich eine Transgression mit einer zeitlich nicht n her bestimmbaren Schichtl cke zwischen Kunnerstein und Raschau Folge HoHL 1985 Sie weist m glicherweise auf eine Faltung und Heraushebung der pr kambrischen Gesteine hin Hauptbestandteil der Fichtelberg Folge ist eine quarzitische Gesteinsabfolge Die Joachimsthal Gruppe gliedert sich in Grie bach und Breitenbrunn Folge Ihnen sind gra phitf hrende Glimmerschieferhorizonte Metabasite und Karbonathorizonte eigen w hrend Quarzite und Metagrauwacken deutlich zur cktreten Dar ber hinaus sind Zweiglimmergneise mit Feldspatblasten h ufig in vorgenannte Gesteine eingeschaltet Einen hnlichen Gesteinsinhalt weist die Thum Gruppe auf die in Herold und Halbmeiler Folge gegliedert wird Ihr fehlen jedoch die Zweiglimmergneise der J
222. enesen enthielten beachtliche Mengen Mangan Arsen Kobalt und Nickel Quelle nicht angegeben zitiert aus LEUTWEIN amp WEISE 1962 Arsenanalysen der Wismut SDAG Wismut 1991 in Tropfw ssern des Bergwerks Nieder schlema Alberoda zeigen Ergebnisse von 0 01 0 1 mg L lediglich auf Sohle 1305 erreichten sie 1969 im Querschlag 1757 einen Maximalwert von 51 5 mg L Im Markus Semmler Stollen wurden 1957 an f nf Stellen Wasserproben entnommen und auf einige Elemente hin untersucht Tab 19 Die Arsenmassenkonzentrationen bewegten sich zwischen 0 01 und 0 61 mg L bei pH Werten von 6 1 7 2 LEUTWEIN amp WEISE 1962 Ergebnisse der gleichen Gr enordnung gibt es f r Grundw sser von St Joachimsthal wo bei pH Werten zwischen 6 65 und 7 80 Arsenmassenkonzentrationen von 0 05 0 28 mg L bestimmt wurden n 4 PACES 1969 5 2 3 Radium Radium bildet in der Natur keine eigenen Minerale sondern ist stets mit Uranmineralen vergesell schaftet H ufig kommt es an Uraninit Autunit Gummit Ca Hydroxylapatit oder Coelestin gebun den vor wobei die beiden letzten Minerale dann Ra Ca Hydroxylapatit oder Ra Coelestin hei en KUBACH amp WEIGEL 1977 Eine umfangreiche Liste von Mineralen die Radium enthalten stellte ERBACHER 1928 zusammen In nat rlichen W ssern kommt Radium nur in geringen Massenkonzentration vor Tab 27 Es wird normalerweise nicht mit eigenen Radiumphasen ausfallen sondern stets zusamme
223. eobachtung des Wasseranstiegs Diskontinuit ten e berflutungsbeobachtung gr erer Hohlr ume e Auswirkungen von Regenf llen e Eindringen von zus tzlichem Wasser e Druckerh hungen infolge Str mung e Mechanische Stabilit t des Grubengeb udes pH Eh e Bestimmung der L sungsm glichkeiten bestimmter Elemente e Berechnen von Phasengleichgewichten Zur Temperaturmessung in den Sch chten 366 Il b 371 Il b 383 und 372 b wurde eine tragbare Temperatur und Wasserstandsonde eingesetzt die eine Aufl sung von 0 1 C hat und an einer 500 Meter langen Litze mit Zentimetereinteilung befestigt ist Zwischen 22 Juni 1992 und 14 Sep tember 1992 kamen Temperatur Leitf higkeits und Drucksonden der Firma PIC M nchen zum Einsatz die wegen Sch den an den Steckverbindungen und der Elektronik wieder abgebaut wer den mu ten kompletter Ausfall am 25 August 1992 Vom 27 Juli 1994 bis 5 August 1994 und vom 6 September 1994 bis 9 November 1994 kam im Schacht 383 eine automatisch aufzeich nende Temperatur Leitf higkeits pH und Drucksonde Multiparametersonde der Fa Login GmbH Gommern zum Einsatz die durch Korrosion des Stahlkabels am 4 September 1994 verlo renging Die Messungen in den Sch chten 371 Il b und 372 b erfolgten von der Sohle 990 im Schacht 383 von der Sohle 540 aus und im Schacht 366 II b hingegen von Arbeitsb hnen aus die jeweils 5 7 m oberhalb der n chsten zu flutenden Sohle montiert waren Zus tzliche Me
224. eochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 161 steinstypen von Sohle 540 die 76 aller Gesteine repr sentieren Abb 11 dar ber hinaus ge wichtet ergibt sich ein Kluftindex von x 2 Eine weitere Unsicherheit bei der Betrachtung der m glichen Wasserwegsamkeiten ist die Tiefe der Auflockerungs bzw Entspannungszone um die Auffahrungen Sie ist von verschiedenen Gr en abh ngig G REIK R STOLL pers Mitt und kann daher nicht exakt angegeben werden e Technologie der Auffahrung e Streckenquerschnitt e Lithologie e M chtigkeit der Gebirgs berdeckung e Ausbau e Abschlagsl nge M LLER SALZBURG 1978 gibt f r die M chtigkeit Werte von 0 3 m an wobei Maxima von 8 m auftreten k nnen Bei MILITZER et al 1986 finden sich Tiefen f r Auflockerungszonen die zwi schen 0 5 und 2 5 m liegen und JACOBI amp EVERLING 1981 halten in festem Gebirge Werte von 1 7 m f r realistisch Diese Angaben werden von der geophysikalisch ermittelten Tiefe der Auflockerungszone im Bergwerk Niederschlema Alberoda best tigt die bei wenig unter 1 m liegt STOLL amp BAUER 1991 ber den vollst ndigen Bergwerksbereich verteilt betr gt sie zwischen einigen Zentimetern und maximal 3 Metern mit einem H ufigkeitsmaximum von 1m R STOLL pers Mitt Welchen Einflu die Technologie des Entspannungssprengens hat die einen 1 3 m um das Streckenprofil herumreichender Entspannungsbereich mit neuen Trennfl che
225. eptfindung m ssen auf solider fachlicher Grundlage durchgef hrt werden Die vollst ndige Sanierung dieser Bergbaustandorte wird noch Jahre wenn nicht Jahrzehnte in Anspruch nehmen Ziel der vorliegenden in das Sanierungskonzept der Wismut GmbH eingebundenen Arbeit ist es eine M glichkeit zu finden den Austrag umweltgef hrdender Stoffe aus dem Bergwerk in die Um welt zu minimieren Dazu m ssen die zeitliche und r umliche nderung der Konzentrationen unter schiedlicher Wasserinhaltsstoffe in den Sickerw ssern und dem Grubenwasser des ehemaligen Uranbergwerks Niederschlema Alberoda gekl rt sein Alle Ergebnisse und Verfahrensschritte wurden am Institut f r Geologie und Pal ontologie Abtei lung Ingenieurgeologie der Technischen Universit t Clausthal gewonnen Sie wurden im Rahmen der Kooperation mit der Hauptabteilung T 1 der Wismut GmbH diskutiert und an den lokalen Ver h ltnissen des Bergwerks Niederschlema Alberoda berpr ft SDAG WISMUT amp TECHNISCHE UNI VERSIT T CLAUSTHAL 1991 Die Anregung zu dem hier vorgestellten Thema kam von Herrn Dr Roland H hne ehemaliger Lei ter des Gesch ftsbereichs Umweltengineering und Herrn Dipl Geol Bernd M ller ehemaliger Leiter der Gruppe im B ro f r Umwelt Chemnitz im Dezember 1990 Damals war die SDAG Wis mut gerade dabei die Zeit der strengsten Geheimhaltung hinter sich zu lassen um zur Wismut AG zu werden Infolge des politischen Wandels mu te sich die Themenstel
226. equenz oder die dabei entnommenen Wassermengen fehlen Aus zwei S ulen wurden Wasserproben auf deren mikrobielle Aktivit t hin untersucht In keiner der beiden S ulen waren Mikroorganismen nachweis bar In den S ulen wurden As U pH Wert Cu Ni Mo Mn und Zn sowie in einigen ausgew hlten auch O2 und Ra bestimmt Abh ngig von der Wassertemperatur und dem Versuchstyp stellten sich As Werte von 0 6 80 mg L und U Werte von 0 5 180 mg L bei Zugabe von H SO 2000 9000 mg ES ein wobei der pH Wert nahezu konstant bei 7 2 8 4 lag Bei Zugabe von H2S0 erniedrigte sich der pH Wert auf 4 5 was auf eine Pufferung durch Gibbsit oder Siderit hindeu tet Als Sauerstoffgehalt wurden 5 mg L bei 20 C sowie 0 mg L bei 50 C bestimmt und die Radiumaktivit ten betrugen nach 10monatiger Versuchsdauer 10 17BqL 2 7 107 4 6 10 mg L nach 15monatiger Versuchdauer 0 3 6 Bq L 8 1 10 1 6 10 mg L Alle Massenkonzentrationen von Cu Ni Mo Mn und Zn bewegten sich zwischen 0 01 und 0 6 mg ES 5 3 2 Ergebnisse Obgleich in der genannten Arbeit SDAG WismuT 1991 keine detaillierten chemischen Analysen aufgelistet sind lassen sich zumindest beim L sungsverhalten des Arsens und Urans einige Ent wicklungen erkennen die zum Teil bereits von DYBEK 1962 oder LANGMUIR 1978 beschrieben worden waren Es soll hier nicht auf die hinreichend bekannten Einfl sse von Temperatur Redoxpotential pH
227. er Fruchtschiefer Glimmerfelse Phycoden Quarzitschiefer Folge Skarne Skarnoide feink rnige Metadiabase Gabbro Diabase Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Tab 6 Element SiO2 TO Al203 Fe FeO MnO MgO CaO Na20 K20 P205 S ges S S0 HO GV E C org CO Summe Pyrit Ag As B Ba Bi Co Cu Mo Ni Pb Ra Sb Se Sn Sr Th U V Zn APP NP Net NP 37 Haupt und Spurenelemente der wichtigsten lithologischen Einheiten im Umfeld der Lagerst tte Nie derschlema Alberoda nach ZETZSCHE 1994 sowie das S ureproduktionspotential Neutralisati onspotential und Nettoneutralisationspotential der jeweiligen Gesteine Mit gekennzeichnete Werte nach WI LDNER 1995 pers MILL aus den Formeln 37 bis 39 Hauptelemente und Pyrit in Massenprozent Nebenelemente in ppm Ra in Bq g APP NP und Net NP in g kg CaCO Cd lt 1 und W lt 10 jeweils unter der Nachweisgrenze ud homogener Metadiabas Oberdevon td geb nderter Metadiabas Oberdevon sk Hornfels Kontaktmetamorphit ks l Alaun und Kiesel schiefer Untere Graptolithenschiefer Silur ks k Ockerkalk Silur ds Dunkle Phyllite Gr fenthal Gruppe s Helle Phyllite Phycoden Folge qs Hauptquarzit Gr fenthal Gruppe G Granit Kb Kh Lamprophyr APP S ureproduktionspotential NP Neutralisationspotential Net NP Netto neutralisationspotential ud 47 10 1 7
228. er 0 1 cm dicken Verwitterungsrinde mobilisiert werden Dies entspricht etwa 11 der im Grubengeb ude verblie benen Menge SDAG WismuT 1991 gibt 2 cm Korngr e an Diese Korngr e erscheint aus Beob achungen im Bergwerk jedoch zu klein Sollte sie korrekt sein m te die Reinigungszeit etwa mit 2 multipliziert werden 8 4 Diskussion und Ergebnis Im Hinblick auf eine m gliche vollst ndige Reinigung des Grubenwassers stellt sich die Frage da nach welche Zeit notwendig ist um das gesamte Grubenwasser einschlie lich der maximal l sbaren Schadstoffe Mmax zu reinigen Zur Absch tzung dieser Zeit sollen folgende Annahmen gelten die teilweise durch die physikochemischen Messungen belegt wurden e Entnahme von Wasser des Typs G im nicht oberfl chennahen Bereich e Homogene Durchmischung des Grubenwassers e Verminderung der Massenkonzentrationen durch Wasserentnahme und die L sung neuer Stoffe halten sich die Waage ausreichend gro er Konzentrationsgradient in die L sung hinein Massenkonzentrationen sind bis zum letzten Entnahmetag konstant Diffusion in die Gesteinsmatrix ist geringer als Diffusion ins Grubenwasser bzw L sung Schadstoffgehalt des Grubenwassers nur durch L sung der Mengen Mmax Schadstoffzufuhr durch Wasser des Typs S ist gleichbleibend keine technischen Barrieren Folgende Werte sind die Berechnungsgrundlage Zu reinigendes Wasservolumen Vei 36 0 10 m J hrliche Wasserentnahme Vent 7 10 m a Masse
229. er an die Oberfl che gelangt Die einzige M glichkeit den Schadstoffaustrag und transport zu unterbinden w re eine m glichst vollst ndige vertikale Hermetisierung des Grubengeb udes unterhalb der letzten zu flutenden Sohle Abb 93 Wesentlich dabei ist die Ausbildung gro r umiger konvektiver Kreisl ufe zu un terbinden oder wenigstens zu behindern Eine horizontale Hermetisierung durch alleiniges Abmau ern der F llorte gelingt nicht da bereits etliche Mauern nicht gesetzt wurden z B auf Sohle 990 und den Kreislauf erm glichen Um das Problem zu verdeutlichen sei abschlie end aus der Arbeit von BAU amp TORRANCE 1981a zitiert die als Grund f r ihre Untersuchung im ersten Satz schreiben Free convection loops provide a means for circulating fluid without the use of pumps Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 159 8 Modellvorstellung zur Stoffmobilisierung 8 1 Einf hrung Nicht nur aus Umweltschutzgr nden sondern auch aus betriebswirtschaftlichen m ssen die Wis mut GmbH und die Gemeinden um Aue und Schlema einen Anhaltspunkt daf r haben welche Stoffmengen das Flutungswasser bei konservativem Ansatz l sen und freisetzen k nnte Sollte eine Wasseraufbereitungsanlage gebaut werden sind von diesen Stoffmengen deren Kapazit t Betriebsdauer und der notwendige Deponieraum abh ngig Bereits zu einem fr hen Zeitpunkt hat die Wismut GmbH versucht die
230. er eines Uranbergwerks 3 5 Zielsetzung und L sungsansatz Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es eine M glichkeit zu finden um nach Flutungsende den Schadstoffaustrag aus dem Grubengeb ude in die Umwelt so gering wie m glich zu halten Hierf r ist es notwendig die folgenden Themenkomplexe zu kl ren e zeitliche nderung der Massenkonzentration unterschiedlicher Wasserinhaltsstoffe in den Sickerw ssern und dem Grubenwasser e Pufferkapazit t des Grubenwassers e bestimmende Reaktionen e maximal verf gbare Kationen Anionen Dazu wurden unterschiedliche Daten verwendet die entweder im Rahmen dieser Arbeit TUC oder von der Wismut GmbH Wismut gewonnen wurden Wasseranalysen zwischen Januar 1991 und Dezember 1994 Wismut TUC Tracerversuch mit Lycopodium clavatum TUC Temperaturmessungen in mehreren Sch chten TUC Wismut Physikochemische Messung in mehreren Sch chten Wismut TUC Verteilung der Gesteine im Grubenfeld TUC regionale CLARKE Werte f r die Lagerst tte Wismut Die Untersuchungen sollen der Wismut GmbH und den zust ndigen Bundes und Landesbeh rden eine Arbeitsgrundlage zu der k nftigen hydrogeochemischen Entwicklung des Grubenwassers lie fern Damit k nnen sie Entscheidungen f r mittel und langfristige Sicherungsinvestitionen am Uranbergwerk Niederschlema Alberoda treffen Folgenderma en gestaltet sich der Aufbau dieser Arbeit Kapitelnummern in Klammern Da es nach wie vor wenig Gesamtdars
231. ern sind erkennbar Die Wasseroberfl che grau ist von Schaum bedeckt Bildbreite etwa 2m 155 Abb 92 Prinzipdarstellung des Wiederanstiegsprozesses im Bergwerk Niederschlema Alberoda als Kombination offener und geschlossener Thermosyphons mit freier Konvektion a Wiederanstieg in den Sch chten Energiezufuhr von den Sohlen Energieabf hrung ber die offenen Sch chte dargestellt als offener Kreislauf mit freier Konvektion und zwei Reservoirs b berflutung einer Sohle Energiezufuhr von den vollst ndig berfluteten Sohlen und den gefluteten Sch chten Energieabf hrung an der Wasseroberfl che dargestellt als offener Kreislauf mit einem gleichtemperierten Reservoir und freier Konvektion c Anstieg in den Sch chten ber wenigstens zwei gefluteten Sohlen dargestellt als Kombination eines geschlossenen und eines offenen Kreislaufs mit zwei Reservoirs beide mit freier Konvektion d berflutung einer Sohle oberhalb von wenigstens zwei vollst ndig gefluteten Sohlen dargestellt als geschlossener Kreislauf und offener Kreislauf mit einem gleichtemperierten Reservoir beide mit freier Konvektion Aufheizungsrate Q4 gt Q3 gt Q gt gt Q 156 Abb 93 Beispiel der vertikalen Hermetisierung eines Grubengeb udes mit Druckausgleichsr hren f r die Zeit des Wasseranstiegs Die Druckausgleichsr hren m ssen nach berflutung der vertikalen Hermetisierung abgedichtet werden um den Wasseraustausch zwischen dem Wasserk rper unter der Hermetisie
232. ert wobei j hrlich etwa 7 10 m Wasser gehoben wurden ca 220 L s Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 49 Der weitaus gr te Teil der zusitzenden W sser sind Kluft und Spaltenw sser oberhalb der Sohle 990 Von dort flie en bzw flossen etwa 90 des gesamten zuflie enden Wassers in das Berg werk ca 200 L s Lediglich 10 liefen auf und unterhalb der Sohle 990 zu Abb 15 Zuletzt wurden von der Wismut j hrlich etwa 6 7 10 m Wasser gehoben zus tzlich konnten von den W ssern des Markus Semmler Stollens etwa 2 3 10 m aus dem Schacht 15 II b in den Schlemabach abgeleitet werden Somit ergibt sich eine j hrliche Wassermenge von 8 10 10 m Ein Vergleich dieser Mengen mit den vor 1945 aus dem Markus Semniler Stollen abflie enden Mengen 5 9 10 m a verdeutlicht da die zwischen Markus Semmler Stollen und Sohle 990 zuflie enden Sickerw sser gro teils aus der Verwitterungszone oberhalb des Mar kus Semmler Stollen Niveaus stammen 4 7 2 Historische Situation der Gew sserchemie 4 7 2 1 Vor dem Bergbau Daten ber die hydrogeologische Situation vor dem historischen Bergbau im Erzgebirge liegen aus verst ndlichen Gr nden nicht vor GERMANOV et al 1958 untersuchten in unterschiedlichen Re gionen der fr heren UdSSR Uranmassenkonzentrationen nat rlicher Grundw sser Ein Teil ihrer Untersuchungsergebnisse ist auf die hyd
233. erte x aus vier Beprobungen zwischen April und Juni 1957 dar Standardabweichung s und Probenzahl n sind jeweils angegeben Zus tzlich wurden g gt log n s nca und HCO aus Gesamth rte Ca und Mg berechnet Einheiten in mg L H rte in d pH und qz ohne Einheit AR Abdampfr ckstand RadAk Radioaktivit t in Bq L Erika Erika am Querschlag 91 Bergkappe Bergkappeschacht Kreuz Anna Kreuz Anna und Priesterschacht Morgenstern Morgenstern Schimmelsberger Stollenfl gel Fleischer Fleischer Morgengang Schindlerschacht nach LEUTWEIN amp WEISE 1962 In der Tafel 1 der Originalarbeit sind einige Analysenwerte f r Cu offensichtlich falsch 11 5 24 mg L N Sie wurden hier nicht ber cksichtigt 53 Tab 20 Eh und pH Bereiche von prim ren und oxidierten Grubenw ssern sowie von Grundw ssern nach BAAS BECKING et al 1960 LISITSCHIN zitiert aus TISCHENDORF amp UNGETH M 1965 Wismut Me daten n Anzahl der berichteten Me werte 55 Tab 21 Ergebnis der mikrobakteriellen Untersuchungen auf schwermetallaugungsrelevante Bakterien und der physikochemischen Messungen an Wasserproben des Bergwerks Niederschlema Alberoda n b nicht bestimmt n n nicht nachweisbar Me wert von Wismut GmbH ermittelt 55 Tab 22 Lebensbereiche von Bakterien in Grubenw ssern BAAS BECKING et al 1960 und Eh pH Bereiche des Grubenwassers im Bergwerk Niederschlema Alberoda 56 Tab 23 Zusammenstellung von Metallsulfiden die in
234. erten Wassers w rde den Urangehalt bei der Analyse nochmals h her ausfallen lassen als bei der ungefilterten Probe MORIN 1990 wies durch Ringanalysen von W ssern aus Bergehalden des Uranbergbaus nach welche Schwierigkeiten bei der chemischen Analytik auftreten k nnen Insbesondere die Erfahrung des Labors die gew hlte Analysenmethode und die komplexe chemische Matrix wirken sich auf die Ergebnisse aus und bestimmen deren Genauigkeit Die Wismut GmbH ist seit 1993 dabei ein Qualit tsmanagementhandbuch nach ISO 9000 aus zuarbeiten und anzuwenden in dem die Qualit t und Verl lichkeit der Me werte festgelegt wer den WisMuUT GmbH 1994a Darin sollte unbedingt die Frage nach der Analyse von gel stem Ge halt oder Gesamtgehalt der zu analysierenden Wasserinhaltsstoffen Eingang finden Au erdem zeigte sich bei den Plausibilit tskontrollen da von der Wismut GmbH Analysenwerte weitergege ben wurden und werden die in sich nicht schl ssig sind In vorliegender Arbeit sind diese Ausrei er nicht mit in die Auswertung einbezogen 6 2 2 Analytische Methoden Fast alle Wasseranalysen f hrten urspr nglich wismuteigene Labors in Chemnitz Gr na oder in Aue durch Zwischenzeitlich ist ersteres ein akkreditiertes Labor das nicht mehr zur Wismut GmbH geh rt Je nach Labor kamen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz die in Tab 28 aufgelistet sind Eine Kontrolle der Ergebnisse fand auch in anderen Labors statt darunter beim LUT L
235. f higkeit pH pH Wert Eh Eh Wert v Str mungsgeschwindigkeit Schacht Anfang Sumpf Me daten Anzahl Parameter 296 II b Sohle 540 Sohle 990 24 11 94 25 11 94 2 T Lf pH Eh 366 b Sohle 540 Sohle 990 21 11 94 22 11 94 3 T Lf pH Eh 366 II b Sohle 990 Sohle 1350 24 3 94 25 3 94 2 T Lf pH Eh 371 Sohle 540 Sohle 1080 28 11 94 29 11 94 2 T Lf pH Eh 371 II b Sohle 990 Sohle 1350 30 3 93 7 3 94 8 3 94 3 T Lf pH Eh 372 b Sohle 990 Sohle 1620 15 3 93 16 3 93 17 3 93 18 3 93 19 3 93 11 T Lf pH Eh v 31 3 93 1 4 93 2 4 93 5 4 93 15 3 93 16 3 93 383 Sohle 540 Sohle 1260 1 12 94 2 12 94 2 T Lf pH Eh Christian Wolkersdorfer 126 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Weitere Messungen f hrte die DFA C amp E im Auftrag der Wismut GmbH durch Tab 51 In die hier vorliegende Auswertung flossen nur Me reihen ein die beim Ablassen der Sonde nicht aber beim Aufholen gewonnen wurden Der Grund daf r liegt in der Konstruktion der Me sonde die beim Aufholen ein kontinuierliches Umstr men der Me f hler verhindert Aufmessungen eignen sich daher nicht um korrekte Aussagen ber die jeweils vorhandenen physikochemischen Bedingungen in der entsprechenden Wassertiefe zu treffen 7 3 3 Erl uterungen zur Auswahl der Me reihen Aufgrund der gro en Zahl von Einzelmessungen vgl Tab 50 Tab 51 mu ten f r jeden der sie ben Sch chte repr sentative Messungen ausgew hlt werd
236. from flooding into the year 2000 From the day surface rain water penetrates the mountains and seeps into the underworkings via the fractures Constant gravitational water influx from crevasses and faults is rare and below a certain level almost never happens In statistical and hydrogeochemical evaluation of analyses each with up to 60 parameters it is shown that the water in the mine can be classified into three types drainage water intermediary water and mine water All three types show significant differentiation in their chemical characteristics whereby drainage water has the least mineral content and mine water the most During the period of examination from January 1991 to December 1994 drainage and intermediary waters revealed no statistically significant changes in their physicochemical parameters whereas the value of most ofthe physicochemical parameters of the mine water have increased more or less constantly up to 1994 At the end of 1994 the rate of increase in many of the parameters had slowed down or come to a halt This is either a result of saturation of the water or it is a balance reaction of limited duration To determine the hydrodynamic situation of the mine water a tracer experiment was carried out together with numerous deepness dependent temperature conductibility pH and redox measurements The tracer experi ment with club moss spores Lycopodium clavatum gave evidence of a complete mixing through of the mine water in le
237. g PIETZSCH K 1962 Geologie von Sachsen Bezirke Dresden Karl Marx Stadt und Leipzig 870 S 300 Abb 1 Tab Berlin VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften RACKLEY R I 1976 Origin of Western States Type Uranium Mineralization In WoLF K H Handbook of strata bound and stratiform ore deposits 89 156 22 Abb Amsterdam Elsevier R HNSCH W amp ETTENHUBER E 1993 Radiologische Erstbewertung bergbaulicher Altlasten in den neuen Bundesl ndern Bundesamt f r Strahlenschutz Jahresbericht 1993 1993 141 141 1 Abb Braunschweig Rocoz M amp POSYLEK E 1982 Prediction of water inflow to mines using modified trend methods Proceedings 1 International Mine Water Congress Budapest Hungary 258 276 4 Abb Budapest Rocoz M 1994 Computer Simulation of the Process of Flooding up a Group of Mines Proceedings 5 International Mine Water Congress Nottingham U K 1 369 377 3 Abb 1 Tab Nottingham Christian Wolkersdorfer 178 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks RoSCHLAU H 1994 Bohr und Sprengarbeiten im Uranerzbergbau der AG SDAG Wismut Erzmetall 47 411 416 480 488 627 631 28 Abb 4 Tab Weinheim Ros n N 1994 Minerva Editorial Note Mining Environmental Management 2 3 RUBIN H 1981 Thermal convection in a nonhomogeneous Aquifer Journal of Hydrology 50 317 331 7 Abb Amster
238. g von wenig ber 30 d auf wenig unter 30 d verantwortlich sind l t sich nicht sagen Von 1991 bis Ende 1993 nahm die Gesamth rte des Grubenwassers stetig zu Sie lag zu Beginn der Flutung bei 30 40 d und erreichte 1993 etwa 80 d um von diesem Zeitpunkt an nur noch geringf gig anzusteigen Abb 27 Da Calcit und Dolomit im Grubenwasser ges ttigt oder leicht bers ttigt sind Tab 37 ist das Verhalten der Gesamth rte die gut mit Ca Mg HCO und SO korreliert Tab 58 verst ndlich 6 3 3 8 Abdampfr ckstand Gesamtmineralisation In den Sickerw ssern betrug der Abdampfr ckstand etwa 800 mg L dessen zahlenm iger Wert Ende 1994 leicht zur ckging W hrend des Bearbeitungszeitraums nahm der Abdampfr ckstand im Grubenwasser stetig zu Abb 28 Er lag anf nglich bei 1500 2000 mg L um am Schlu einer ann hernd linearen Er h hung bis Ende 1993 rund 3000 mg L zu erreichen Im Jahre 1994 blieb der Abdampfr ckstand bei etwa 3000 mg L um im letzten Quartal 1994 nochmals kurz auf 3300 mg L anzusteigen Ob es sich dabei um einen anhaltenden Anstieg handelt oder nur um einen kurzfristigen ist aus dem vorhandenen Datenmaterial nicht ablesbar Die sechs Wasserinhaltsstoffe Ca Mg Na SO CT und HCO korrelieren fast alle gut mit dem Abdampfr ckstand und tragen den Hauptteil dazu bei Da ihre Massenkonzentrationen am Ende des Bearbeitungszeitraumes nicht mehr wesentlich anstiegen ist ei
239. geochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 203 HCO mg L Abb 115 NO mg L Abb 116 1350 1200 1050 900 750 600 450 300 150 m 323 m 324 m 325 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 505 m 506 m 507 m 509 m 510 SaSiWa Boxplot der Massenkonzentration von Hydrogenkarbonat SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 6 Za 2 2 Se J 0 z 8 a 6 St A y Bus db Seil ale ee T T S NEE E Bee E 4 4 T wia 0 o b i x LO Ke N N bal zt LO LO Kal Q CH bal CH O N N N bal be Ke Kl Kl Kl e O CO O g z 3 9 9 Q 9 V V 3 93 9 Q P Q QQ Q 53 E rE Er ee WE eT EE E E ee e A en e O 01 Boxplot der Massenkonzentration von Nitrat SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer 204 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks
240. gte stellen aus schlie lich die kku und mgu Formation eine Uranerzformation im genetischen Sinne dar wobei wie HARLASS amp SCH TZEL 1965 feststellen die kku Formation als die eigentliche prim re Uran formation im engsten Sinne zu gelten h tte Bei den Uranmineralen in den j ngeren Formationen handelt es sich ersterem zufolge lediglich um Mobilisate aus der kku und mgu Formation W hrend des Uranabbaues wurde in den G ngen und Spalten h ufig ein deutliches Telescoping beobachtet und besonders bei Ann herung an den Auer Granit kommen zwei bis drei Formationen in einem Gang vor SDAG WismuT 1991 Die zwei wesentlichen Formationen lassen sich durch ihre unterschiedlichen Karbonate leicht gliedern W hrend in der kku Formation Calcit CaCO vorherrscht kennzeichnet Dolomit CaMg CO3 gt die mgu Formation Das Haupturanerz der Lagerst tte Uraninit Pechblende UO kommt in den G ngen der kku Formation als nierig traubige r ntgenographisch kristalline Masse vor LEUTWEIN 1957 JANI SCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 was darauf hindeutet da sie bei niederen Temperaturen als Gel ausgeschieden wurde HARLASS amp SCH TZEL 1965 THOMAS 1982 zitiert aus ZENTRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 ermittelte aus Fl ssigkeitseinschl ssen Homogenisationstemperaturen von 305 24 C f r die Quarze der kku uqk Formation womit eine katathermale Bildung vorl ge F r die Pechblende selbst werden Bildungstemperaturen
241. h unten kontinuierlich zu ver ndert nach SDAG WisMUT 1991 54 Abb 18 Abh ngigkeit der Uraninitl slichkeit vom Redoxpotential und dem CO Partialdruck angegeben als Funktion von log U molar nach LANGMUIR 1978 pH 8 t 25 C 55 Abb 19 Gesamtaktivit t durchgezogene Linien und Verh ltnis unterbrochene Linien von UO und U in w riger L sung ver ndert nach GARRELS 1955 Es besteht ein Gleichgewicht mit den festen Phasen UO Uraninit und UO OH lanthinit 59 Abb 20 Entwicklung der Arsenmassenkonzentration in den S ulenversuchen AW1 AW5 der SDAG Wismut ver ndert nach SDAG WIsMUT 1991 65 Abb 21 Bedeutung der Linien der Boxplots am Beispiel aller Analysenwerte des Chemischen Sauerstoffbedarfs CSB 70 Abb 22 PIPER Diagramm der Wasseranalysen des Bergwerks Niederschlema Alberoda 212 Wertepaare zus tzlich 10 ltere Analysen aus dem Markus Semmler Stollen und eine aus der Bismarckquelle Legende s Tab 30 Kleine Grafik Typendiagramm nach FURTAK amp LANGGUTH dieses aus H LTING 1992 72 Abb 23 DUROV Diagramm der Wasseranalysen des Bergwerks Niederschlema Alberoda 212 Wertepaare zus tzlich 10 ltere Analysen aus dem Markus Semmler Stollen und eine aus der Bismarckquelle Legende s Tab 30 73 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 185 Abb 24 log As Ca U Diagramm der Wasseranalysen von Niederschlema Alberoda zwischen 12 4 19
242. hdorf Folge me py 700 1600 E Annaberg Wegefarth pgn mg mb gf 800 1900 5 Folge E E SS D Brand Folge pgn q mugn k gf 200 600 Osterzgebirgs Gruppe Freiberg Folge pgn mb mugn q gt 2500 1000 50 Ma C vwunarsdorfer Jusen Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 31 4 5 1 4 Ordovizium Zur Zeit des Ordoviziums das ohne eine Schichtl cke zum Kambrium beginnt PIETZSCH 1962 ger t das heutige Erzgebirge in den Einflu bereich der Th ringischen Fazies DORN et al 1992 HoHL 1985 Diese besteht vorwiegend aus klastischen terrestrischen Gesteinen die in einem Becken abgelagert wurden Bereits Anfang des Jahrhunderts konnten die ordovizischen Gesteine im Vogtland stratigraphisch gegliedert werden GRAUPNER 1928 29 JAEGER 1959 GAERTNER 1944 Obgleich im Erzgebirge nicht alle Schichtenfolgen des Vogtlands vorhanden sind PIETZSCH 1962 gilt die Gliederung im wesentlichen auch f r die ordovizischen Gesteine des Erzgebirges BRINKMANN amp ZEIL 1986 Im Liegenden beginnt das Ordovizium mit der Schwarzburg Gruppe die aus Phylliten Quarziten und Tonschiefern der Frauenbach Folge sowie Phylliten und Quarziten der Phycoden Folge be steht Es endet im Hangenden mit den lithostratigraphischen Schichtgliedern Griffelschiefer Hauptquarzit und Lederschiefer der Gr fenthal Gruppe die aus Tonschiefern Quarziten Ger ll tonschiefern und mehreren Eisenerzhorizonten bestehen 4 5 1
243. her getestet werden um die oberen Grenzkenn zahlen des Grubenwassers und die unteren der Sickerw sser zu bestimmen Ho 91 G lt Q G Ho 92 G lt Q2 G Ho g l S 2 Q l S Ho q2 1 S gt Q2 1 S H H H H q G Hu q2 G gt Ha 91 1 8 lt Q l S 9 1 S lt Q2 l S a 0 05 und 0 10 a 0 05 und 0 10 a 0 05 und 0 10 a 0 05 und 0 10 Um die einseitigen Vertrauensintervalle 0 05 und 0 10 von ou und q2 zu erhalten mu ten alle q4 und q2 transformiert werden damit sie angen hert einer Normalverteilung gehorchen qr log q 2 5 21 qz log q2 22 0 10 2 a 0 05 S i Ge 0 8 S e A 0 4 gt oo EEN a 0 05 D Ka os 0 10 0 4 Ss k M D TE E 9 er 0 K S A bas A ER a p dh T T T T T T T 1 2 1 6 2 0 2 4 2 8 3 2 3 6 4 0 4 4 d log n In Abb 24 log As Ca U Diagramm der Wasseranalysen von Niederschlema Alberoda zwischen 12 4 1990 und 20 12 1994 312 Wertepaare r 0 811 Grubenwasser gerasterte Symbole ist durch seine Lage unterhalb der schraffierten bergangsbereiche gekennzeichnet Obere Grenzen des Gru benwassers Q 0 10 2 48 Q2 0 05 2 63 Q 0 10 0 25 Q 0 05 0 11 Legende s Tab 30 Weitere Erl uterungen im Text Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 75 Von den vier neuen Mengen wurden Mittelwert x und Standardabweichung s er
244. hlen 540 720 765 990 1260 1305 1440 1530 und 1620 und kann daher zumindest was die vertikale Verteilung betrifft als repr sentativ f r die Vererzungsberei che der Lagerst tte angenommen werden ber die Probennahme im Jahr 1988 liegen lediglich Teufenangaben 720 1350 1395 1440 1665 nicht aber die Jahreszahlen der Auffahrungen vor Das Gesteinsmaterial wurde in drei Versuchsreihen die 68 86 Wochen dauerten Beginn Ja nuar 1989 Mai 1989 und Mai 1990 durch S ulenversuche auf die Mobilisierbarkeit von Schwer metallen getestet insbesondere jedoch Uran und Arsen ber die genauen Versuchsbedingungen liegen keine Angaben vor lediglich die Art des L sungsversuchs infiltrativ hydrostatisch ist angegeben Einer der S ulenversuche wurde aktiv bel ftet wohingegen die anderen f nfzehn S ulen mit der Atmosph re in Kontakt standen Bei den infiltrativen Versuchsreihen sickerten pro Tag 0 5 1 5 L Leitungswasser durch die S ulen Das Wasser war stets sauerstoffreich und konnte den vorhandenen Disulfidschwefel oxi dieren Dagegen wurden den hydrostatischen Versuchsreihen einmalig 20 L Wasser hinzugege ben Dort war die Disulfidschwefeloxidation in der Lage den Sauerstoff sukzessive aufzubrauchen Christian Wolkersdorfer 64 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Die aufgegebenen Wassermengen sind f r 11 Versuchen aufgelistet die Analysenfr
245. hung 1 b PETER A a 7 505 b 1 897 10 r 0 771 Gleichung 2 7000 6000 et or AT eg 5000 ut fg 2 L eng sa zer a SI Po gt 4000 u a wel E p Baer e E 3 I 3000 J m SS 7 Ze er A Sei K ne 2000 Ye en Be Ba Predicted 1000 P Confidence Fei G Fit o a 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Abb 45 Regressionskurve der Zeit bez glich der Radiumaktivit t f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 141 Wertepaare Legende siehe Tab 30 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Sulfat mg L 2000 1800 1600 1400 1200 1000 Ara S 800 1 Defi i 600 11 400 200 IT Predicted Confidence fi 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 101 Abb 46 Regressionskurve der Zeit bez glich der Sulfatmassenkonzentration f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 213 Wertepaare Legende Hydrogenkarbonat mg L Abb 47 siehe Tab 30 1500 bn WE E Die KR 1000 750 500 Wu Predicted 250 2 Gleichung 1 G Je Gleichung 2 b j all 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998
246. ich gr enordnungsm ig ein Eh Bereich von 200 400 mV wie er sich aus dem Mittelwert der Redoxpotentiale bestimmt Im Gegensatz dazu stehen die in situ gemessenen Werte von 50 50 mV und etwa 200 mV im Schacht 296 II b In der Literatur werden f r prim re Grubenw sser 100 bis 200 mV und f r oxi dierte Grubenw sser 120 bis 830 mV angegeben Baas BECKING et al 1960 Pa es 1969 er mittelte in Grubenw ssern von Joachimsthal 89 57 mV Eine berschlagsrechnung mit dem chemisch thermodynamischen Gleichgewichtsprogramm PHREEOE zeigt eine Gleichgewichts einstellung zwischen Wasser und den wichtigsten Mineralphasen bei etwa 150 mV VAN BERK 1995 pers Mitt Basierend auf dem Mittelwert und der doppelten Standardabweichung ergibt sich daher ein interessierender Bereich von 50 500 mV Beide Arten von Messungen die in situ und die vor Ort sind im Bereich des m glichen Eine end g ltige Entscheidung dar ber welche Redoxpotentiale wirklich im Grubenwasser vorhanden sind l t sich zum jetzigen Zeitpunkt nicht treffen Bei der chemisch thermodynamischen Gleichgewichtsberechnung der Grubenwasseranalysen wurde das Redoxpotential des Grubenwassers in Anlehnung an den Mittelwert von 280 mV auf 300 mV festgelegt 6 3 3 7 Gesamth rte Die Gesamth rten der Sickerw sser betragen 30 d die w hrend der 4 Jahre des Bearbeitungs zeitraums nahezu konstant blieben Welche Ursachen f r den tendenziellen R ckgan
247. icklung besondere Bedeutung beigemessen werden STUMM amp MORGAN 1981 Es ist daher die Frage zu kl ren ob die freiwerdenden Protonen der Disulfidschwefeloxidation auch k nftig karbonatisch gepuffert werden k nnen oder ob es zur Versauerung des Grubenwassers kommen kann Es wurden zwei Methoden gew hlt die von verschiedenen Ans tzen ausgehen und sich auf die Verh ltnisse im Bergwerk Niederschlema Alberoda bertragen lassen H rte Alkalinit t Relation VoIGT 1990 stellt einen Quotienten aus der Gesamth rte und der Alkalinit t vor der von JACKS et al 1984 und NORBERG 1985 zitiert aus VOIGT 1990 in Skandinavien verwendet wurde der Quo tient war in JACKS et al 1984 nicht auffindbar Selbst geringf gige Anstiege des Quotienten Zei lw R 36 Hc0 2 c0 k nnen in gepufferten Medien langfristige Versauerungen anzeigen Ursache sind Reaktionen die Protonen freisetzen und Verwitterungs oder Austauschprozesse verst rken wodurch sich in kar bonatischen Gesteinen die Gesamth rte erh ht Jacks et al 1984 wiesen lange vor der Versaue rung skandinavischer Seen einen Anstieg von R nach Wie die Grafik Abb 40 zeigt bleibt die H rte Alkalinit t Relation im Grubenwasser konstant In den Sickerw ssern hingegen steigt die Relation deutlich an was auf eine Stoffmobilisierung durch sauren Regen hindeutet Intermedi re W sser stehen in ihrem Verhalten wiederum zwischen Sickerw ssern und Gruben wasser u
248. iegt Arsen V im Arsenat As O vor Eine Abh ngigkeit der Oxidationszahl vom Eh Wert konnte zwischen 50 und 500 mV nicht beob achtet werden Mit Radium wurden keine Gleichgewichte berechnet Dennoch zeigt die Korrelation der Radium aktivit t mit den S ttigungskoeffizienten anderer Mineralphasen da Radium durch die L sung von Autunit freigesetzt und m glicherweise durch die Gipsausf llung kontrolliert wird Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 115 7 Untersuchungen zur Hydrodynamik 7 1 Einf hrung Im vorigen Kapitel wurden die Prozesse beschrieben die zur Stofffreisetzung und Stoffkontrolle f hren Hier nun folgt eine Darstellung der Vorg nge die innerhalb des gefluteten Wasserk rpers den Transport der freigesetzten Stoffe bewirken Zur Str mungsmodellierung und um die gro r umige Bewegung des Grubenwassers im Bergwerk Niederschlema Alberoda absch tzen zu k nnen werden Daten ben tigt Dazu geh ren beispiels weise die Str mungsgeschwindigkeit Str mungsrichtung oder Temperatur des Wassers Die Mo dellierung selbst ist nicht Bestandteil dieser Arbeit sondern wird durch Auftr ge der Wismut GmbH im Rahmen von Projektstudien erstellt werden Anhand des Schemas Abb 58 ist erkennbar welche hydrodynamischen und hydrogeochemi schen Daten unter anderem notwendig sind um ein CFD Modell Computerunterst tzte Fluid Dy namik des Bergwerks zu erstellen I
249. ierung Karlsruhe 1990 Kluver Academic Publishers 137 144 1 Abb 2 Tab Dordrecht Boston London FRANZKE H J BANKWITZ P amp BANnKWITZ E 1992 Die Bruchtektonik des Harzes und seines Vorlandes nach Satellitenfotos Z geol Wiss 20 209 218 Berlin FRIEDRICH EBERT STIFTUNG 1992 Wismut und die Folgen des Uranbergbaus Reihe Wirt schaftspolitische Diskurse 31 1 44 Bonn GAERTNER H R von 1944 Die Schichtgliederung der Phyllitgebiete in Th ringen und Nordbayern und ihre Einordnung in das stratigraphische Schema Jahrbuch des Reichsamts f r Bodenforschung f r 1941 62 54 80 Taf 3 4 Berlin Gans 1978 berwachungsanforderungen an Abw sser aus Uranbergwerken Schriftenreihe Gesellschaft Deutscher Metallh tten und Bergleute 34 111 122 Clausthal Zellerfeld GARGA V K SMITH H R amp SCHARER J M 1983 Abandonment of acid generating mine tailings Proceedings of the Panamerican Conference on Soil Mechanics and Foundation 7 613 626 5 Abb 13 refs Sao Paulo Brasil GARRELS R M 1955 Some thermodynamic relations among the uranium oxides and their relation to the oxidation states of the uranium ores of the Colorado Plateaus Am Min 40 1004 1021 7 Abb 1 Tab GATZWEILER R amp MAGER D 1993 Altlasten des Uranbergbaus Die Geowissenschaften 11 164 172 10 Abb 1 Tab Weinheim GEBHART B JALURIA Y MAHAJAN R L amp S
250. igt die gefundene Glei chung eine gute Anpassung an die Werte von 1991 bis 1994 Das 95 Vorhersageintervall ist relativ eng und l t f r das Jahr 2000 H rten von 90 140 dH erwarten Gesamth rte a b t a 1 784 101 b 2 281 c 4 545 10 6 3 4 4 Abdampfr ckstand Wegen der guten Korrelation des Apdampfr ckstands mit der Gesamth rte ist eine hnliche zeitli che Entwicklung vorhanden Abb 42 Der Regressionskoeffizient betr gt r 0 819 die Gleichung beschreibt den bisherigen Verlauf zufriedenstellend genau Bei den getroffenen An nahmen k nnen innerhalb des 95 Vorhersageintervalls im Jahr 2000 Massenkonzentration von 3400 4200 mg L erwartet werden Abdampfr ckstand a b In t a 5 837 10 b 4 770 10 6 3 4 5 Uran Durch den unzureichend erkl rlichen R ckgang der Uranmassenkonzentration im ersten Halbjahr 1993 bereitet die Prognose der k nftigen Entwicklung Schwierigkeiten Abb 43 Daher wurde zu erst eine Regression f r alle Werte nach Mitte 1993 und dann f r den gesamten Me zeitraum durchgef hrt Zur Prognose f r das Jahr 2000 erhielt diejenige Gesamtfunktion den Vorrang die Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 97 sowohl die Gesamt als auch die Teilentwicklung nach Mitte 1993 hinreichend gut beschreibt Bis 2000 sind innerhalb des 95 Vorhersageintervalls Uranmassenkonzentrationen von 5 7 mg E zu erwart
251. ilit radministration vollst ndig in sowje tischer Hand lag wurde die Region um Aue Schlema Schneeberg und Johanngeorgenstadt grundlegend ver ndert KARLSCH 1993 An den unterschiedlichsten Stellen entstanden Sch chte die in Aue und Schlema anf nglich vom Niveau des Markus Semmler Stollens ausgehend das Gebirge erkundeten und von denen aus Pechblende gef rdert wurde Die SAG Wismut ein Staat im Staat wurde am 1 1 1954 in die SDAG Wismut Sowjetisch Deut sche Aktiengesellschaft Wismut umgewandelt und mit einem Gesamtkapital von zwei Milliarden Mark jeweils zur H lfte Eigentum der DDR und UdSSR Nach wie vor bestand die Verpflichtung den gesamten Yellow Cake Ammoniumdiuranat NH4 2U207 an die UdSSR zu liefern Neben der Uranf rderung im Erzgebirge kamen in den Folgejahren Bergbaubetriebe bei Dresden K nigstein in der s chsischen Schweiz und Ronneburg in Th ringen hinzu Abb 4 Dar ber hinaus entstand 1960 die Uranerzaufbereitungsanlage in Seelingst dt in der bis 1991 etwa 110 Millionen Tonnen Erz verarbeitet wurden WismuUT GMBH 1994b F r den Bergbau der SDAG Wismut begann am 31 12 1989 das Ende B TTCHER et al 1991 was sich in den Produktionszahlen von Yellow Cake widerspiegelt Abb 7 Neben den Umweltsch den infolge des Abbaus waren die unwirtschaftlich hohen Produktionskosten f r das Schlie en der Bergwerke verantwortlich Lagen sie in den 60er Jahren noch bei 100 DDR Mark kg so erreich ten sie zuletzt 350
252. iner abgepumpten Wassermenge von 3300 L und etwa 2 64 10 Sporen je Farbe Trotz der Fehlerquellen sind die Sporenzahlen der beiden getrockneten Netzr ckst nde bestimmt worden Bei der Ausz hlung fanden sich neben fuchsinfarbenen und bismarckbraunen Sporen auch gr nlichgelb gef rbte Die Summe der bismarckbraunen und gr nlichgelben Sporen entspricht nahezu der Anzahl der fuchsinfarbenen Abb 61 Vermutlich rufen chemische Prozesse eine Verf rbung des Bismarck brauns hervor An welcher Strukturstelle des Azofarbstoffes die nderung eintritt oder welche Ursachen daf r verantwortlich sind ist nicht bekannt Auch eine Versuchsreihe mit mehreren Farbstoff Wasser Kombinationen brachte keine Kl rung Ungeachtet dessen l t sich aus dem Lycopodium Versuch ableiten da am 29 Juni 1992 also nach 49 Tagen das Flutungswasser im Untersuchungsbereich vollst ndig durchmischt ist da das zahlenm ige Verh ltnis der wiedergefundenen Sporen jeder Farbe dem der zugegebenen Spo renmengen entspricht Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 119 2444 fuchsin 50 48 gr nlichgelb 30 00 25 08 5 bismarckbraun Datum Fuchsin Gr nlichgelb Bismarckbraun Summe 22 06 1992 63 39 28 130 29 06 1992 159 79 77 315 Summe 222 118 105 445 Verlust 99 8 Abb 61 Ergebnisse der Sporenausz hlung aus den Proben des 22 links und 29 Juni 1992 rechts
253. iner homogenen Durchkl ftung der Auflockerungszone sowie deren M chtigkeit Verschiedene Berechnungen in Abh ngigkeit von beiden Variablen zeigen welchen prozentualen Anteil A von Aw ausmacht und wie dieser von den beiden Gr en abh ngt Abb 96 Dabei stellte sich heraus da der Anteil von A zwischen den beiden Minima xz m 0 5m und Maxima x 8 m la 3m 84 bis 99 der Christian Wolkersdorfer 164 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Gesamtinnenfl che A betr gt Somit haben Kluftziffer und M chtigkeit der Auflockerungszone innerhalb der gegebenen Grenzen nur einen geringen Einflu auf die wirksame Gesamtfl che Aw 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 Anteil der Streckeninnenfl che j j j j T j 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 M chtigkeit der Auflockerungszone m Abb 96 Prozentualer Anteil der Kluftfl chen A von der wirksamen Gesamtfl che A in Abh ngigkeit von der Kluftziffer x und der Tiefe der Auflockerungszone la Kluftfl chen aus Gleichung 64 Auffah rungsinnenfl chen aus Gleichung 62 Durch die Rundung der wirksamen Gesamtmasse auf 0 1 10 stellt sich ein Fehler von etwa 8 ein daher wird als Mittelwert zur Berechnung der maximal l sbaren Schadstoffe von x 7 0 m und h 1 0 m ausgegangen Tab 55 Mobilisierbare Schadstoffvorr te
254. ineralogische Zusammensetzung von Mittelsedimenten der pleistoz nen Deckschichten auf metamorphen und magmatischen Grundgesteinen im Osterzgebirge Abh d Staatl Mus f Min u Geol z Dresden 37 155 168 3 Abb 3 Tab Leipzig TISCHENDORF G 1986 Variscan Ensialic Magmatism and Metallogenesis in the Ore Mountains Modeling of the Process Chemie der Erde 45 75 104 7 Abb 6 Tab Jena TISCHENDORF G amp UNGETH M H 1965 Zur Anwendung von Eh pH Beziehungen in der geologi schen Praxis Z f angew Geol 11 57 67 9 Abb Berlin TISCHENDORF G amp UNGETH M H 1968 Einige berlegungen zur Frage der Bildungsbedingun gen erzgebirgischer Mineralparagenesen Freiberger Forschungshefte C 230 127 137 4 Abb 1 Tab Freiberg TOLER L G 1982 Some Chemical Characteristics of Mine Drainage in Illinois U S Geological Survey Water Supply Paper 2078 1 47 10 Abb 5 Tab Washington UERPMANN E P 1980 Hydrogeologische Fragen bei der Endlagerung radioaktiver Abf lle 128 S 21 Abb 5 Tab Clausthal Dissertation TU Clausthal UNIVERSITY OF MINING AND METALLURGY IN KRAK W 1994 Abstracts of the 3 International Sym posium on Environmental Geochemistry In RYBICKA H amp W S SIKORA 473 S Krak w University of Mining and Metallurgy VESELIC M amp TREBUSAK l in press Bibliography of the International Mine Water Association International
255. influ t Im Bergwerk Niederschlema Alberoda bewegt sich der Absolutwert der teufenabh ngigen pH Mes sungen zwischen 6 7 und 7 7 mit einem Durchschnitt von etwa pH 6 9 Im wesentlichen lassen sich in den Sch chten vier pH Teufen Verl ufe unterscheiden e pH Wert konstant Abb 80 366 b 371 II b 372 b e pH Wert nimmt mit der Wassertiefe zu Abb 81 366 b 372 b 366 II b e pH Wert nimmt mit der Wassertiefe ab Abb 79 383 366 b 372 b e pH Wert zeigt uneinheitliches Verhalten Abb 82 371 383 296 II b Keine der vier Verl ufe ist typisch f r einen bestimmten Schacht vielmehr wechselt das Aussehen der Kurven ohne eine erkennbare Systematik Beispielsweise ist der pH Wert im Schacht 372 b am 16 17 18 und 19 3 93 nahezu konstant am 15 3 93 f llt er leicht ab und am 11 3 94 steigt er mit zunehmender Teufe leicht an Ebenso verh lt es sich mit dem Schacht 366 b der am 22 11 94 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 141 bei der 1 Messung einen relativ konstanten bei der 2 Messung am gleichen Tag einen fallenden und am 21 3 94 einen steigenden pH Wert aufwies Schacht 372 b 15 M rz 1993 800 820 1 1170 840 860 880 1 1215 Teufe m NN 900 920 4 1260 940 960 4 1305 980 T T 6 8 6 9 7 0 7 1 7 2 pH Wert Abb 79 pH Messung im Schacht 372 b vom 15 M rz 1993 Grafik aus g
256. init UO mit einer spezifischen Aktivit t von 9300 Bq kg wurde in einem Abstand von 5 cm von den Pro begef en BiBW FuBW und LoBW postiert Aktivit t 311 Bq Temperatur Durchschnittstempe ratur w hrend der Versuchszeit Sporenfarbe Temperatur Wassermenge Bismarckbraun Fuchsin Fluorescein Leitungswasser 19 1 0 20 L BiLe 0 22 g FuLe 0 24 g LoLle 0 2g Kaltes Flutungswasser 19 0 0 20 L BiKF 0 22 g FuKF 0 24 g LoKF 0 2 g Warmes Flutungswasser 26 2 0 20 L BiWF 0 22 g FuWF 0249 LoWF 0 2g Bestrahltes Flutungswasser 18 8 0 20 L BiBW 0 22 g FuBW 0 24g9 LoBW 0 2g Neben bismarckbraunen und fuchsinfarbenen wurden Sporen eingesetzt die mit Fluorescein ge f rbt waren da dieser Farbstoff gegen ber u eren Einfl ssen stabil sei Dr M STEINFATT TU Clausthal pers Mitt Au er in den Proben mit Leitungswasser konnte dies nicht best tigt werden da die Proben LoBW LoWF nach einem die Probe LoKF nach f nf Tagen Ver nderungen an den Sporen zeigten Die mit 311 Bq bestrahlten Sporen LoBW wurden auf der zur Strahlenquelle ge richteten Seite sogar schwarz Alle anderen Proben zeigten im kalten Leitungswasser BiLe FuLe und bestrahlten Flutungswas ser BiBW FuBW keine bis geringe Ver nderungen Im Kalten Flutungswasser quollen die Spo ren nach zwei BiKF bzw drei FuKF Tagen leicht auf Das Warme Flutungswasser verursachte bei den bismarckbraunen Sporen BiWF nach einem Tag ein deutliches
257. ion auf Sohle 1710 doch bereits am 24 April 1990 wurde die Behelfspumpenstation am Schacht 383 III b abgeschaltet und das Wasser berflutete die tiefsten Sohlen Abb 87 J MEYER G FR HLICH pers Mitt T glich sickern in das Grubengeb ude Niederschlema Alberoda Objekt 9 9 000 15 000 m Sickerw sser der Terminus der Wismut GmbH lautet geologische W sser Ein Teil der Sicker w sser flie t ber den Schacht 296 b in den Wasserspeicher 186 wo auch W sser gefa t werden die von der Sohle 240 stammen ca 4600 m d V Vom Wasserspeicher 186 gelangt das Sicker wasser ber Rohrleitungen zum Schacht 38 und zum Sumpf I auf Sohle 546 Etwa die H lfte der Sickerw sser f llt an diesem Schacht im Sumpf I und Sumpf II der Sumpfstrecke 546 an Bis zur berflutung der Sohle 990 lief das Gros aller Sickerw sser am Schacht 372 b zu zum Teil in Folge einer Probebohrung auf Sohle 1176 die gro e Mengen an Wasser erschlo Weiterhin bestanden ber Sohle 1035 Sickerwasserzufl sse aus dem Oberschlemaer Bergbaugebiet Objekt 2 W hrend eines kurzen Zeitraumes flo auch von Sohle 540 Wasser in den Schacht 372 b Andere nennenswerte Zufl sse konnten auf Sohle 1176 1215 und 1086 beobachtet wer den vor bergehend gelangte ber eine Rohrleitung auf Sohle 1620 Wasser in den Schacht 372 b Im Schacht 296 II b flie t Sickerwasser ber ein Becken und eine Falleitung an der Pumpenstation 996 zu Dieses Wasser entstammt
258. itut FRESENIUS H ZERBE pers Mitt hat Ende der 30er Jahre in der Hindenburgquelle 246 500 Bq L bestimmt 50 Tab 16 Chemische Analysen einiger Quell und Brunnenw sser des Schlematales und Markus Semmler Stollens aus dem Jahre 1909 Angaben in mg L SCHIFFNER et al 1911 Soweit m glich wurden die Me werte in heute bliche Gr en umgerechnet u N unter der Nachweisgrenze bzw nicht nachweisbar Radiumort Bohrloch ist identisch mit der Bismarckquelle vgl Tab 17 50 Tab 17 Chemische Zusammensetzung des Brunnenwassers der Bismarckquelle und der Hindenburgquelle H3PO HAsO und HBO umgerechnet auf DOT As und B Q2 log n s Nca Spurenelemente wurden mit dem Gro en Quarzspektrographen f r Chemiker von ZEISS spektralanalytisch bestimmt n b nicht bestimmt Wiedergabe der Analyse mit freundlicher Genehmigung des Instituts Fresenius Wiesbaden und der Kurgesellschaft Schlema mbH als Nachfolgerin des Radonbades Bad Oberschlema 52 Tab 18 Wasseranalysen der Zwickauer Mulde des Schlemaund des Silberbaches aus dem Jahre 1993 WIsMUT GmbH 1994a vor nach vor nach der betrieblichen Beeinflussung FR Filterr ckstand o log nu n q2 log nas nca Die Kontamination mit As spiegelt sich im jeweils kleineren q2 nach der betrieblichen Beeinflussung wieder m xxx Me stellenbezeichnung im Wismut Umweltkataster 52 Tab 19 Wasseranalysen von Grubenw ssern im Markus Semmler Stollen Die Werte stellen Mittelw
259. keit vom Kluftabstand nach GEOLOGICAL SOCIETY ENGINEERING GROUP WORKING PARTY 1972 zitiert aus KARRENBERG 1981 160 Tab 54 Me ergebnisse der Kluftziffermessungen im Bergwerk Niederschlema Alberoda auf der Sohle 540 ss heller Phyllit pd grobk rniger Metadiabas td geb nderter Metadiabas fs heller Fruchtschiefer G Granit 161 Tab 55 Mobilisierbare Schadstoffvorr te im Bergwerk Niederschlema Alberoda in t letzte Stelle gerundet SDAG WIsSMUT 1991 und eigene Berechnungen F r das Haufwerksmaterial wurde eine Korngr e von 5 cm und eine Dicke der Verwitterungsrinde von 0 1 cm angenommen In der Verwitterungsrinde befinden sich dann etwa 11 der mobilisierbaren Stoffmengen Haufwerksmaterial bezeichnet die gesamten im Haufwerksmaterial davon mobilisierbar die in der Verwitterungsrinde des gebrochenen Materials und Auflockerungszone die in der Auflockerungszone um die Grubenbaue vorhandenen Schadstoffgehalte 164 Tab 56 Reinigungszeit des Grubenwassers bei Entnahme von Wasser des Typs G ber den gesamten Reinigungszeitraum hinweg Alle Werte auf zwei g ltige Stellen gerundet 165 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 193 12 Lebenslauf Curriculum Vitae Geburtstag Geburtsort Staatsangeh rigkeit Eltern Familienstand Ausbildung 1970 1974 1974 1975 1975 1984 10 1984 9 1986 10 1986 4 1989 1989 Bundeswehr 1
260. krsb Karbonate Antimonide kret Karbonate Sulfide mgu Magnesium Karbonat Pechblende Polymetall Polymetallisch qas Quarz Arsenide qhm Quarz H matit qks w Quarz Kassiterit Wolframit qsf Quarz Fluorit Umlagerung Umlagerungen uqk Uran Quarz Calcit W Mo Wolfram Molybd nit Allen Bezeichnungen ist das Wort Formation nachzustellen As Zn Elementsymbole 41 Tab 11 Zusammenstellung der wichtigsten den Gummit bildenden Uranminerale in denen Uran in der Oxidationsstufe VI vorliegt nach DYBEK 1962 und STRUNZ 1982 Die letzte Spalte gibt an ob das Mineral f r die Lagerst tte Niederschlema Alberoda bereits beschrieben wurde 43 Tab 12 H ufige kursiv und seltene Minerale von Niederschlema Alberoda mit Arsen als Formelbestandteil nach SCHR DER amp LIPP 1990b und J MEYER pers Mitt 44 Tab 13 Produktive Gesteine der Lagerst tte Niederschlema Alberoda nach verschiedenen Autoren SOKOLOVA amp ACHEYEV 1972 SDAG WisMUT 1991 JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 LANGE et al 1991 SCHTSCHUROW amp TIMOFEJEW 1966 46 Christian Wolkersdorfer 190 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Tab 14 Ausgew hlte Leistungsquotienten Ergiebigkeiten von Brunnen in vor und altpal ozoischen Gesteinen nach HECHT 1974 47 Tab 15 Radioaktivit ten von W ssern im Markus Semmler Stollen nach Aktivit ten geordnet SCHIFFNER A WEIDIG 1909 SCHIFFNER et al 1911 GENSER 1932 Inst
261. l Union Sovi tique Le gisement filonien avec pechblende comme le plus important minerai d uranium se trouve dans la roche ordovicienne jusqu la roche devonienne modifi e par m tamorphose de contact et m tamorphose regional dans laur ole de contact du granit d Aue Jusqu a Tan 2000 une mine au fond avec un volume d environ 36 millions de m qui se r partit sur 50 tages principaux jusqu une profondeur d environ 2000 m tres sera rempli d une immersion d eau probablement jusqu Tan 2000 De la surface journali re des eaux de pluie penetrent dans la montagne et atteignent comme eaux d infiltration par la fracture dans toute la mine Des afflux d eau d infiltration durables provenant de fissurations ou de perturbations sont rares pratiquement non existantes partir d un certain niveau Les eaux de mine peuvent tre classifi amp es en trois types comme le d montrent les valuations statistiques et hydrogeochimiques des analyses avec jusqu a 60 parametres eaux d infiltration eaux intermediaires et eaux de mine Ces trois types pr sentent de fa on signifiante diff rentes caract ristiques chimiques avec le moins de mineralisation des eaux d infiltration pendant les eaux de mine sont plus fortement mineralis es Les eaux d infiltration et les eaux interm diaires n ont d montr du c t statistiques aucune modification signifiante de leurs param tres physiquo chimiques durant la p riode d analyse en
262. leitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 Schacht 372 b 19 M rz 1993 800 820 1 1170 840 860 880 1 1215 900 Teufe m NN W 920 C 1260 940 960 S 980 T T 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 pH Wert 4 1305 Abb 80 pH Messung im Schacht 372 b vom 19 M rz 1993 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 Christian Wolkersdorfer 142 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Schacht 372 b 11 M rz 1994 660 680 Sk 700 1035 720 740 4 1080 760 4 Teufe m NN 780 4 1125 800 820 4 1170 840 1 I T 6 7 6 8 6 9 7 0 7 1 pH Wert Abb 81 pH Messung im Schacht 372 b vom 11 M rz 1994 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 Schacht 371 Il b 30 M rz 1993 800 820 4 u J 1170 840 860 u J 1215 gt 880 Z E S 900 gt 920 u 4 1260 940 960 u 4 1305 980 k q1 Damm 1000 T T T T T T T T T 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 7 0 7 1 7 2 7 3 7 4 7 5 pH Wert Abb 82 pH Messung im Schacht 371 II b
263. lema Alberoda nous d montre qu il est possible d eviter une sortie d eau pollu e de la mine dans l environnement Pour cela il est n cessaire d eviter le plus possible l ecoulement vertical de l eau en introduisant entre des tages encore d terminer des constructions de barrages Des eaux d infiltrations vont tre superpos es aux eaux de mines aux liaisons verticales ouvertes qui ne peuvent tre herm tiquement ferm es de sorte que des eaux de mines contaminees n atteindront pas l environnement PE3IOME Kpunctnan Bonbkepcaopg ep Tnaporeoxnmnyeckne COOTHOLIEHNS B BODe 3aBOAHEHNN ypaHoBoro pyaHnka Mecropoxpenue Hngepwnembi Anb6epogbi C 1991 roga 6biBLuni ypaHoBbIM pyghnk B Hngepuneme Anb6epope non Aye B PyaHbIx ropax no 9KOHOMNYECKUM n KOnornyecknM NpnynHam saBogHaeTca Tam B nepnog c 1945 no 1991 rr npegnpnatnem BnucmyT bino nponsBsegeHo okono 81 000 T ypaHa gna CoBeTckoro Coosa XKnnbHoe MECTOPOXKHEHNE C ypaHoBo CMODKOH n3 BaKHe We ypaHoBOo DND HAXOAMTCA B TOPHBIX nopogax cnnypn ckoro eBOHCKOrO nepnogoB MPEO6PasOoBaHHLIX Dapneuuen Henorogo n BynKaHnYecKNMN MaccamMmn n pacnonaraioLynxca B O6NACTN COMPNKOCHOBEHNUS C AyECcKUM TPaHMTOM OrTKpbiTaa nog3emHaa ropHas Bbipa6otka o6b MoM npn nnzuTenbHo B 36 MunnuOuOp m pas6utan Ha 50 FMaBHbIX MOAOLIB rny6nHo DO npn6nnsnTenbHo 2000 m 3anonhkAeTcCA BOO B pesynbTatTe 3aBOHeHna KOTOpoe DO Bce BngnMocTn 6ygeT annTbca BNNOTB AO 2000 roga
264. len der Kaskade Sohle offener Hohlraum Gesamtsumme Summe Kaskade MS 55 664 28 785 937 30 75 152 28 730 273 60 273 752 28 655 121 90 485 559 28 381 369 120 571 192 27 895 810 150 467 064 27 324 618 180 708 254 26 857 554 210 568 563 26 149 300 240 488 031 25 580 737 Kaskade 3 693 231 270 427 781 25 092 706 300 636 622 24 664 925 330 593 866 24 028 303 360 629 421 23 434 437 390 700 440 22 805 016 420 751 928 22 104 576 450 699 610 21 352 648 480 785 601 20 653 038 486 26 072 19 867 437 510 716 791 19 841 365 540 1 197 040 19 124 574 Kaskade Il 7 165 172 546 98 794 17 927 534 585 875 574 17 828 740 630 1 069 639 16 953 166 636 55 190 15 883 527 675 913 030 15 828 337 720 1 044 529 14 915 307 726 50 484 13 870 778 765 863 252 13 820 294 810 1 053 705 12 957 042 816 58 016 11 903 337 855 901 342 11 845 321 900 914 672 10 943 979 906 31 113 10 029 307 945 772 996 9 998 194 990 1 272 873 9 225 198 Kaskade Ill 9 975 209 996 64 078 7 952 325 1035 743 307 7 888 247 1080 763 755 7 144 940 1086 34 437 6 381 185 1125 655 306 6 346 748 1170 598 322 5 691 442 1176 21 298 5 093 120 1215 570 068 5 071 822 1260 484 996 4 501 754 1266 35 615 4 016 758 1305 778 311 3 981 143 1350 622 545 3 202 832 Kaskade IV 5 372 038 1356 23 918 2 580 287 1395 530 688 2 556 369 1440 450 256 2 025 681 1485 397 207 1 575 425 1530 308 522 1 178 218 157
265. lge auf die Granitintrusion hydrothermale L sungen folgten kann somit in ihrem genetisch zeitlichen Ablauf nicht korrekt sein Prinzipiell werden die Gesteine der Lagerst tte Niederschlema Alberoda in produktive und unpro duktive gegliedert JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 SDAG WIsMUT 1991 LANGE et al 1991 wobei die produktiven Gesteine 95 96 der Uranvererzungen enthielten SOKOLOVA A ACHEYEV 1972 LANGE et al 1991 Beim bergang von produktiven zu unproduktiven Gesteinen konnte h ufig beobachtet werden da sich die Paragenese der G nge nderte W hrend in erste ren Erzminerale und Gangminerale gemeinsam auftreten sind in letzteren nur noch 5 6 Gang minerale vorhanden JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 Wie verschiedene Untersuchungen zeigen war besonders in den kontaktmetamorph ver nderten Gesteinen eine Erzanreicherung zu beobachten JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 SOKOLOVA amp ACHEYEV 1972 Die Ansichten dar ber welche Gesteine als produktiv zu bezeichnen sind weichen zwischen den einzelnen Autoren ab sind zum Teil sogar widerspr chlich Tab 13 Aus der Tabelle l t sich ableiten da die nderung der chemischen Eigenschaften des Gesteins zur Ausf llung von Pechblende aus dem hydrothermalen Kolloid f hrte Abb 13 Eine Abh ngigkeit vom Pyritgehalt des Gesteins wurde nur von JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 beobachtet 1080 d SS wf 4 G eil 1125 AL E A
266. lle ist _Me stelle E E E E E E E E E E E E E E EJEJEJE E E E E E 3 3 m 107 7 1 4 3 1 m 308 1 m 315 m 316 m 318 m 320 m 323 7 m 324 m 325 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 501 m 503 m 504 m 505 m 506 2 m 507 m 509 1 m 510 w 68 w 92 1 2 n D ch o sch A N GA N O N OO E OO 3 ON zJbhMGo bh O Gi O AANNNOOQ 09010 DNON Odd Oz O WH GA A OD zJ M G G bhM P L GO AM JM A oO O PNDDDNOo PR w D gt a CA A d OD E bb bb GAMO A OO OO A A Na P OO G bhM G h G A gt MO A OO OO JO d ON d 010100 gt OO OO zl OD zl E OH N E wech CO z N aa i afl Io Sx _ wech CO Oh ch A ch A CD zl zl OD CO OH D Noa On a N EN wech _ N A a wech wesch ER w w N N a E N EI N a a w E N a Ce a Christian Wolkersdorfer Uranbergwerks Ines Flutungswasser ei isse im Hydrogeochemische Verh ltn 212 Wasser ien Iner Parameter der ausrei erfre ionen einze der Korrelati ISSe Ergebni Grubenwasser Tab 58 analysen aus dem Bergwerk Niederschlema Alberoda Legende siehe S 79 10 lt no lt lt ma ZON m HPo HAN Dai lt lt WIER IN u He qd ZO REM EOISZH Aw H3 lt lt IO FOd lt gso lt
267. llst ndigen Flutung des F llorts zusammen Am 23 August war die Sohle 1260 komplett geflutet In Zone 1 nimmt die Leitf higkeit tendenziell zu in Zone 2 ab und in Zone 3 verh lt sie sich uneinheitlich Christian Wolkersdorfer 138 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks In der 1 Zone nimmt die Leitf higkeit bis zu einem Maximalwert kontinuierlich zu Sie ist zwischen 1 und 18 m m chtig n 14 x 7 3 med 6 m lediglich im Schacht 372 b erreichte sie im M rz 1993 mit rund 170 m M chtigkeit einen deutlich abweichenden Wert Bei Wiederholungsmessun gen im M rz 1994 hatte sich diese auf ebenfalls 6 14 m verrringert Gegen ber der 1 Zone ist die 2 Zone durch eine stete Abnahme der Leitf higkeit charakterisiert Ihre M chtigkeit ist mit 1 bis 30 Metern n 12 x 7 5 med 5 m etwa genauso m chtig wie die 1 Zone Wiederum weichen die Me reihen des M rzes 1993 im Schacht 372 b vom allgemeinen Bild ab da Zone 2 etwa 45 m m chtig ist Auch bei der Wiederholungsmessung im M rz 1994 hatte sich die M chtigkeit auf 19 m verringert Unterhalb der Zone 2 schlie t sich ein Bereich an Zone 3 in dem die Leitf higkeit einen konstan ten bis fallenden Trend aufweist Lokal gibt es in dieser Zone 3 nderungen der Leitf higkeit die meist im Niveau der Sohlen eintritt da von dort Wasser in den Schacht einstr mt Die Absolutwerte der Leitf higkeit bewegen sich bei den DFA C amp E Me ungen z
268. llt bei einer Sprungh he von 400 500 m GENSER 1932 mit 60 65 in nord stliche Richtung ein und streicht NW SE Im Osten wird die Lagerst tte ebenfalls von einer St rungszone begrenzt der NE SW verlaufenden Affalter St rung SCHR DER SL mp 1990a Historische Karten der Umgebung von Aue zeigen Erzg nge die neben den vorgenannten Rich tungen auch ein Streichen in ENE WSW haben k nnen Geognostische bersichtskarte des Erzdistricts von Schneeberg in HAMANN amp HAMANN 1990 Ann hernd 200 G nge mit unterschiedlicher Bedeutung f r die Urangewinnung hat der Erzberg bau in Niederschlema Alberoda aufgeschlossen B TTCHER et al 1991 B DER amp SCHUPPAN 1992 JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 Da nicht alle dieser G nge bertage ausstreichen konnten erst durch den Bergbau weitere Streichrichtungen der G nge festgestellt werden Tab 7 Nicht nur die Streichrichtung sondern auch die berkreuzung der Erzg nge zu sogenannten Erzknoten spielte bergwirtschaftliich eine Rolle worauf in Kapitel 4 6 3 n her eingegangen wird JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 B DER amp SCHUPPAN 1992 4 6 Eigenschaften der Lagerst tte 4 6 1 Klassifikationen Von der Wismut wurden im Laufe ihrer Geschichte in Sachsen und Th ringen 21 Lagerst tten ab gebaut Abb 4 die f nf unterschiedlichen Lagerst ttentypen zugeordnet werden k nnen LANGE et al 1991 BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1993 M HLSTEDT 1992 Je
269. ltengrundwas serspeicher bereits nach kurzer Zeit SDAG WisMuT 1991 Diese Tatsache deckt sich mit den Erfahrungen aus anderen Kristallingebieten Europas denen zufolge die kristallinen Schiefer mit zu den dichtesten Gesteinen geh ren und geschieferte Gesteinsbereiche als extrem wasserarm gelten KARRENBERG 1981 Oberhalb des anstehenden Gesteins liegen Schuttdecken und B den vor die verglichen mit dem unverwitterten Gestein deutlich gr ere Wasserwegsamkeiten besitzen Die durchschnittliche M chtigkeit der Verwitterungszonen und Schuttdecken im Osterzgebirge betr gt 0 4 1 2 m SAKER amp JORDAN 1977 SAKER amp JORDAN 1979 und kann sogar 2 0 m erreichen THALHEIM amp FIEDLER 1990a THALHEIM amp FIEDLER 1990b ALTERMANN et al 1988 Bis zu einer Tiefe von etwa 15 m ist das anstehende Gestein zersetzt wobei die Zersetzung und die k Werte nach unten hin abnehmen SAKER amp JORDAN 1977 y x Niederschlag Hang D druckwasser gespanntes Grundwasser Abb 14 Lockergesteinsdecken und Wasserwegsamkeiten im Mittelgebirge am Beispiel des Harzes ver ndert nach ALTERMANN amp W NSCHE 1991 Wie in den unteren H henlagen des Erzgebirges THALHEIM amp FIEDLER 1990a ALTERMANN et al 1988 fehlt auch im Harz die Oberdecke gl Ge birgsl ms Mittelschutt zf Zwischenflie erde bs Basisschutt v ltere Verwitterungsreste a Anstehendes im oberen Bereich aufgelockert
270. ltweiten Hintergrundwert in Oberfl chen und Flie gew ssern ist die von Koczy et al 1957 gefundene durchschnittliche Uranmassenkonzentration von 0 006 mg L in der Umgebung von Uranvorkommen des Pechblende Typs 2 9 mg LU GERMANOV et al 1958 5 2 2 Arsen In filtrierten Abflu w ssern der Feengrotten bei Saalfeld Saale bestimmte MoENKE 1956 Arsen gehalte von 0 02 0 35 mg L bei pH Werten zwischen 2 1 und 6 0 Er zeigte da die Massen konzentration von Arsen einerseits vom pH Wert andererseits von der Menge des Filterr ckstands abh ngig ist Zunehmende Schwebanteile und pH Werte reduzieren jeweils die Arsenmassenkon zentration im filtrierten Wasser wobei der Schwebanteil unter anderem auf Eisenhydroxide zur ck gef hrt wird Aus der Freiberger Mulde werden Arsenmassenkonzentrationen von 0 1 2 23 mg L pH 4 2 5 1 mitgeteilt die auf Einleitungen von kommunalen Abw ssern Grubenwasser und Hal denauslaugungen zur ckgef hrt werden Die Grubenw sser des Davidschachts kb Formation Rothsch nberger Stollen haben bei pH 4 2 eine Arsenmassenkonzentration von 1 mg LU LEUTWEIN amp WEISE 1962 Christian Wolkersdorfer 62 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks F r das Schneeberger Revier Wei er Hirsch Siebenschlehn Bergkappe Adam Heber Beustschacht gibt es aus der Zeit vor 1945 wenig aussagekr ftiges Material Standw sser aus alten Grubenbauen arsenidischer Parag
271. lung den jeweils ge nderten Zielvor gaben und Wissensst nden der SDAG Wismut Wismut AG und Wismut GmbH anpassen was zu unvermeidlichen Abstrichen beim einen oder anderen Themenkomplex f hrte Im Gegenzug mu ten Fragestellungen hinzugenommen werden denen zu Beginn der Arbeit kaum Beachtung ge schenkt wurde 1 2 Danksagung Eine Arbeit wie die vorliegende ist ohne die Mithilfe und Unterst tzung einer Vielzahl von Personen nicht durchf hrbar Dies gilt besonders f r die gro e Zahl von Messungen Wasserentnahmen und Ger teinstallationen im Bergwerk Niederschlema Alberoda Ich m chte mich daher an erster Stelle bei meinem Freund G nter Fr hlich und dessen Mitarbeiter Gerd Lein vom Sanierungsbetrieb Aue bedanken die mich auf fast allen meinen Grubenfahrten begleiteten Dies w re nicht m glich gewesen ohne die Zusammenarbeit mit Dr J rgen Meyer und seinen Vor gesetzten Dipl Chem Jochen Schreyer Dr habil R H hne jetzt HGC Chemnitz Dr M Hagen Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 9 und Prof R Gatzweiler von der Hauptabteilung T1 bei der Wismut GmbH in Chemnitz Sie sorgten dar ber hinaus f r die notwendige vertragliche und rechtliche Grundlage der Kooperation und f r Einfahrgenehmigungen bei den Leitern des Sanierungsbetriebes Aue Herrn Christoph Rudolph und Herrn Sigfried Geyer Besonderer Dank gilt selbstverst ndlich meinem Doktorvater Univ Prof Ge
272. lutung aus dem Bergwerk austritt Niederschlagswasser dringt durch die Verwitterungszone des Gebirges in das Grubengeb ude ein und reichert sich auf seinem Weg mit verschiedenen Kationen und Anionen an Sobald dieses Sickerwasser auf eine Strecke oder einen Schacht trifft wird es dort weiterflie en und zus tzlich bergbaubedingte Schadstoffe aufnehmen deren Massengehalt um so gr er sein wird je weiter das Wasser im Grubengeb ude geflossen ist Aus dem Vergleich der Analysen vom Niveau des Markus Semmiler Stollens mit denen der Sickerw sser zeigt sich diese Anreicherung Da die Durchl ssigkeitsbeiwerte der Gesteine gering sind und die Wasserzufl sse in das Gruben geb ude mit zunehmender Teufe abnehmen werden in gr eren Tiefen nur wenig Sickerw sser zuflie en Sobald die Sickerw sser in einem Schacht mit dem Grubenwasser in Kontakt kommen beginnt die Vermischung der beiden Wassertypen deren Intensit t vom aktuellen Wasserstand abh ngig ist Bereits wenige Wochen danach ist das ehemalige Sickerwasser homogen mit dem Grubenwasser vermischt Wie gezeigt werden konnte reichern sich die Schadstoffe in Abh ngigkeit von den vorhandenen Feststoffphasen an wobei die Karbonatl sung die wichtigste kontrollierende Reaktion ist Sobald entweder das L sungsgleichgewicht einer Phase erreicht ist oder eine Phase nicht mehr zur Ver f gung steht kommt es im Wasser zu keinem weiteren Anstieg der beteiligten Ionen Bedeutend f r die L sung
273. m Untersuchungszeitraum befand sich der pH Wert des Flutungswassers im Pufferbereich des Calcits und Dolomits Abb 100 In den Sickerw ssern liegt der pH Wert im Durchschnitt bei 7 8 und zeigt keine signifikante zeitliche Variation hnliches gilt f r den pH Wert des Grubenwassers Abb 25 der mit einem Durchschnitt von 7 1 geringf gig unter dem der Sickerw sser und somit im neutralen Bereich liegt Eine Abh ngigkeit vom Me punkt ist nicht festzustellen Zur k nftigen pH Wert Entwicklung wird in Kapitel 6 3 4 2 eine Prognose abgegeben 6 3 3 6 Redoxpotential Wie sich aus chemisch thermodynamischen Gleichgewichtsberechnungen Kapitel 6 4 ergibt ist das Redoxpotential f r die Gleichgewichtseinstellung der interessierenden Phasen im Grubenwas ser Niederschlema Alberoda von gro er Bedeutung Dennoch liegen insgesamt nur wenige Re doxmessungen aus den Sickerw ssern und dem Grubenwasser vor Abb 26 Abb 99 Desweite ren weichen die in situ Me ergebnisse mit einer mobilen Multiparametersonde LogIn GmbH Gommern zum Teil erheblich von den vor Ort im Probennahmebeh lter gemessenen Potentialen ab Die wenigen Messungen in den Sickerw ssern n 8 liegen einheitlich bei 400 mV die des Gru benwassers hingegen schwanken von 80 450 mV n 38 x 280 s 113 Mittelwert nur aus den Analysen die WATEQAF zur Berechnung verwendete Bei diesem relativ gro en Bereich von Me ergebnissen stellt sich daher die Frage danach welch
274. mentanreicherungen Dem Charakter einer polymetallischen Lagerst tte entsprechend kommen in den Gangvererzun gen weitere Metallverbindungen vor Es handelt sich dabei in der Reihenfolge ihrer Ordnungszah len vor allem um Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Germanium Selen Molybd n Sil ber Indium Zinn Antimon Thallium Blei und Wismut in unterschiedlichen Konzentrationen ZENTRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 Durchschnittsgehalte von einigen dieser Elemente im Nebengestein sind in der Tabelle Tab 6 aufgelistet Tab 61 gibt einen berblick dar ber welche Minerale bisher aus Niederschlema Alberoda be schrieben wurden Hervorzuheben ist da in der kku mgu biconi und ags Formation Karbonate als Gangmittel auftreten wobei haupts chlich Calcit Dolomit und Siderit vorhanden sind Pyrit und andere Sulfide kommen in der Sn W mgu und biconi Formation vor meist jedoch in geringen Mengen die insgesamt unter denen in den Gesteinen liegen d rften Eine Besonderheit des Erzgebirges stellt die Selen Vererzung der mgu Formation dar Neben der unbedeutenden Ausf llung von Sulfiden wie Galenit PbS und Chalkopyrit CuFeS bildeten sich vor allem Selenide z B Clausthalit PbSe die gelegentlich als Erz gewonnen wurden HARLASS amp SCH TZEL 1965 Tab 12 H ufige kursiv und seltene Minerale von Niederschlema Alberoda mit Arsen als Formelbestandteil nach SCHR DER amp L pp 1990b und J MEYER pers Mit
275. mmen L ablagerungen am Nordrand des Erzgebirges Haupts chlich lagerten sich jedoch in den Flu t lern fluviatile Sedimente ab die auf den Verwit terungsschutt der H nge zur ckgef hrt werden k nnen und aus lehmigen Schottern Sanden und Hangschutt bestehen Als eine Folge der ansteigenden Jahresdurchschnittstemperaturen bildeten sich w hrend des Holoz ns auf den tonigen Verwitterungsschichten der Granite und Gneise Hochmoore Viele davon sind heute durch Entw sserung zerst rt PIETZSCH 1962 4 5 2 Lokale geologische Verh ltnisse 4 5 2 1 Einf hrung Informationen ber die SDAG Wismut und Gebiete auf denen der Uranerzbergbau umging unter lagen bis zur politischen Wende in der DDR strengster Geheimhaltung SCH TTMANN 1992 KARLSCH 1993 Dies betraf auch die geologischen Verh ltnisse der Lagerst tte und deren Umfeld ber die daher bis 1989 nur wenig ver ffentlichtes Material vorliegt Viele Publikationen enthalten im Titel nur versteckt Hinweise auf den Uranerzbergbau z B SCHTSCHUROW amp TIMOFEJEW 1966 und Lokalit tsbezeichnungen fehlen h ufig v llig z B JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 HARLASS amp SCH TZEL 1965 Bedauerlicherweise hat sich an dieser Geheimhaltung bis heute teilweise wenig ge ndert was insbesondere die Bundestagsabgeordneten Dr Uwe JENS am 30 Oktober 1991 und Dr Klaus Dieter FEIGE am 12 November 1992 in Parlamentsreden kritisierten JEns 1991 FEIGE 1992 Ein Hinweis auf die
276. n 1080 und 990 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 140 pH Messung im Schacht 372 b vom 15 M rz 1993 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 141 pH Messung im Schacht 372 b vom 19 M rz 1993 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 141 pH Messung im Schacht 372 b vom 11 M rz 1994 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 142 pH Messung im Schacht 371 II b vom 30 M rz 1993 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 142 Redoxmessung im Schacht 296 Il b vom 23 November 1994 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 144 Redoxmessung im Schacht 372 b vom 11 M rz 1994 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 144 Str mungsgeschwindigkeit und Leitf higkeit im Schacht 372 b am 1 April und 31 M rz 1993 Grafik aus gleitenden Mittelwer
277. n Me daten Sofort hilfe f r statistische Tests mit wenigen Me daten 1 Aufl 96 S Mannheim B I Hoch schultaschenb cher KAISER R E A M HLBAUER J A 1983 Elementare Tests zur Beurteilung von Me daten Sofort hilfe f r statistische Tests mit wenigen Me daten 2 Aufl 96 S Mannheim B I Hoch schultaschenb cher KARLSCH R 1993 Ein Staat im Staate Der Uranbergbau der Wismut AG in Sachsen und Th ringen Aus Politik und Zeitgeschichte Beilage zur Wochenzeitung Das Parlament 43 14 23 4 Tab Bonn KARRENBERG H 1981 Hydrogeologie der nichtverkarstungsf higen Festgesteine 284 S 83 Abb Wien u a Springer KauL A 1991 Bergbauliche Altlasten in den neuen L ndern Umwelt 1991 529 533 3 Abb Bonn KESSER Z KEMPF J DUCKSTEIN L amp Cas J 1982 A bifurcation theory model of minewater inrushes Proceedings 1 International Mine Water Congress Budapest Hungary 346 375 8 Abb 1 Tab Budapest KIRCHHEIMER F 1978 Das Uran und seine Geschichte 371 S Stuttgart Schweizerbart Koczy F TOMIC E amp HECHT F 1957 Zur Geochemie des Urans im Ostseebecken Geochi mica et Cosmochimica Acta 11 86 102 Oxford New York Paris Frankfurt K LLING M 1988 Vom berechneten S ttigungsindex zur Reaktion im Wasser Z dt geol Ges 139 393 405 6 Abb 2 Tab Hannover KossMaT F 1927 Gliederu
278. n ausfallen lie sich nicht mit Sicherheit feststellen Ein Beispiel daf r geben die Ergebnisse der physiko chemischen Messungen im Schacht 371 II b Abb 89 Abb 90 In der zweiten Phase die nicht vollst ndig getrennt von der ersten abl uft f llen sich die Auf lockerungszonen um die Grubenr ume mit Wasser Da die Kl fte anfangs mit Luft erf llt sind fin den in dieser durchschnittlich 1 m m chtigen Auflockerungszone vgl Kapitel 8 2 Stoffmobilisatio nen statt sobald das Wasser durch sie hindurch str mt Das Wasser in der Auflockerungszone wird sowohl vertikal als auch horizontal transportiert werden Dabei wird die Temperatur den verti kalen Transport RUBIN 1981 L sungsgradienten den horizontalen Transport in und aus der Ma Christian Wolkersdorfer 152 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks trix beg nstigen GRISAK amp PICKENS 1981 PFINGSTEN amp MuLL 1990 Welcher der beiden Vorg nge bevorzugt ablaufen wird l t sich derzeit nicht absch tzen Phase 3 stellt den quasistation ren Zustand nach dem Ende der Flutung dar in dem alle Strecken Auflockerungszonen und das Gebirge wassergef llt sein werden Wegen der geringen k Werte des Gebirges kaum vorhandener Wasserf hrung auf St rungszonen aber einer Verwit terungszone oberhalb des Markus Semmler Stollens wird wenig Sickerwasser in gr ere Tiefen des Grubengeb udes eindringen Vielmehr kommt es sofern kein Konvekti
279. n einiger Quell und Brunnenw sser des Schlematales und Markus Semmler Stollens aus dem Jahre 1909 Angaben in mg L SCHIFFNER et al 1911 Soweit m glich wurden die Me werte in heute bliche Gr en umgerechnet u N unter der Nachweisgrenze bzw nicht nachweisbar Radiumort Bohrloch ist identisch mit der Bismarckquelle vgl Tab 17 Ort Ca Mg Fei SO CI NO HSiO Weihnachtsfreuder Stollen 4 65 3 21 1 50 2 5 8 75 u N 13 6 Knietzschwasser 4 36 1 71 0 24 2 0 16 32 u N 6 2 Markus Semmler Stollen Blaufarbenwerk 6 48 2 00 0 32 12 2 8 06 8 86 12 7 Jung K nig Davider Fl gel 7 13 4 59 0 63 11 9 9 02 8 88 8 1 Radiumort Mischwasser 13 62 6 79 5 93 26 8 12 771 uN 26 3 Radiumort Bohrloch 14 77 7 03 1 05 28 2 15 55 uN 10 2 Aufgrund der geologischen Verh ltnisse des Westerzgebirges l t sich die Lagerst tte Nieder schlema Alberoda dem oxidierenden Typ zwei nach GERMANOV et al 1958 zuordnen Dessen Gesteinsinventar ist gekennzeichnet durch Metamorphite Intrusiva und bzw oder Extrusiva Die pH Werte der Grundw sser die mit den Mineralisationen in Kontakt stehen bewegen sich in der Regel zwischen 6 7 und 8 5 die Eh Werte zwischen 0 und 525 mV was denen von Niederschle ma Alberoda entspricht Tab 20 Unter diesen oxidierenden Bedingungen f hren mikrobiell Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 51 katalysierte Verwitterungsreaktionen vgl Kapitel 4 9 zur Umwan
280. n mit anderen Verbindungen KUBACH amp WEIGEL 1977 Dabei verh lt es sich prinzipiell wie Barium WEIGEL 1977 Mit Calcium und Eisen zusammen f llt Radium als Karbonat aus und mit Barium als Ba Ra Sul fat wohingegen ein Ca Ra Sulfat bei Anwesenheit von Barium thermodynamisch nicht stabil sein soll KUBACH amp WEIGEL 1977 Dies jedoch steht im Gegensatz zu GENSER 1932 und BLAIR et al 1980 die beide ein Ca Ra Sulfat nachwiesen Ein weiterer wichtiger Faktor f r die F llung von Radium aus w riger L sung haupts chlich in oxidierendem Milieu ist die Adsorption an Fe und Mn Hydroxide vor allem an Pyrolusit B MnO Im Gegensatz zum Uran das im Wasser zumeist als Uranylion vorherrscht existiert Radium in der Regel als Radium Kation Ra Stumm amp MORGAN 1981 ber dessen Mobilisierung noch keine ausreichenden Vorstellungen bestehen Sowohl eine Erh hung der Temperatur als auch der Ge samtmineralisation oder des Sulfatgehalts beg nstigen die Auslaugung von Radium aus den ent sprechenden Mineralphasen KUBACH amp WEIGEL 1977 Nur eine Radiumanalyse aus der Hindenburgquelle konnte in der zug nglichen Literatur gefunden werden Dort wurde 1932 ein Ra Gehalt von 5 8 10 mg L bestimmt GENSER 1932 der inner halb des Bereichs liegt den GERMANOV et al 1958 angeben Sie bestimmten in Karbonatgestei nen Radiummassenkonzentrationen von 10 2 107 mg L Aus der Uranmine von Udaisagar Rajasthan Indien
281. n schafft ROSCHLAU 1994 l t sich derzeit nicht absch tzen Da die Haufwerksgr e einen Durchmesser von 0 15 m nicht berschreiten durfte G FR HLICH pers Mitt kann von einer Zerst ckelung des Gesteins in der Auflockerungszone ausgegangen werden die einer Kluftziffer von x 6 7 m entspricht Somit l ge der Durchl ssigkeitsbeiwert der Auflockerungszone etwa bei k 10 m s Zwischen dem Auffahren eines untert gigen Hohlraumes und dessen berfluten mit Wasser zirku liert sauerstoffhaltige Luft auf den mehr oder weniger weit ge ffneten Spalten und oxidiert unter schiedlichste Minerale wie am Beispiel des Uraninits beschrieben Kapitel 4 9 Dar ber wie weit der Reaktionssaum in das Gestein hineinreicht liegen f r Niederschlema Alberoda keine Angaben vor es d rfte sich jedoch maximal um ein bis zwei Millimeter handeln I in Abb 95 Tab 54 Me ergebnisse der Kluftziffermessungen im Bergwerk Niederschlema Alberoda auf der Sohle 540 ss heller Phyllit pd grobk rniger Metadiabas td geb nderter Metadiabas fs heller Frucht schiefer G Granit Nr Me stelle Lithologie Kluftziffer x m n x o 1 Sohle 540 Qu 900 a B K 162 E StoR ss 2 0 2 3 1 12 2 Sohle 540 Qu 900 a 17 m N WQu 900 a W StoR ss 2 0 0 2 0 O0 6 1110 3 Sohle 540 F Str 909 115 m NW Qu 902 SW Sto pd 4 4 3 1 4 3 14 4 Sohle 540 F Str 909 40 m NW Qu 905 NE Sto td 4 1 5 Sohle 540 F Str 909 Qu 905 NE S
282. n vorliegender Arbeit werden erste Ergebnisse der hydrodyna mischen Untersuchungen genutzt um Aussagen ber die Durchmischung des Grubenwassers im Grubengeb ude zu gewinnen Vorher mu te im Hinblick darauf ein optimaler Tracer und eine unter den speziellen Verh ltnissen im Bergwerk Niederschlema Alberoda einsetzbare Auf gabesonde und Probennahmemethode entwickelt werden 7 2 Tracerversuch 7 2 1 Wahl des Tracers Zur Untersuchung von Str mungsverh ltnissen im Wasser gibt es vier Tracermethoden H LTING 1992 Radioaktive Isotope Farbstoffe Salze Triftstoffe Die vier Methoden m ssen prinzipiell folgenden Anforderungen gen gen wobei nicht jede Me thode alle aufweist K ss 1991 kein nat rliches Vorkommen des Tracers gute analytische Erfa barkeit auch in gro er Verd nnung wasserl slich bzw dispergierbar widerstandsf hig keine Wechselwirkungen zwischen Tracer und Medium wirtschaftlich physiologisch unbedenklich Um die Str mungssituation im Bergwerk Niederschlema Alberoda kl ren zu k nnen wurde jede Methode daraufhin berpr ft ob sie im Flutungswasser einsetzbar ist Abgesehen von der Triftme thode liegen die jeweiligen Gegengr nde Tab 42 in den physikochemischen Eigenschaften des Flutungswassers Daher fiel die Wahl in Zusammenarbeit mit der Wismut GmbH auf einen Triftver such bei dem mehrere Aufgabestellen und ein bis zwei Entnahmestellen vorgesehen waren Christian Wolkersdorfer 116 Hydroge
283. n weitergehender Anstieg des Abdampfr ckstandes wie zwischen 1991 und 1993 nicht wahrscheinlich Nur bei deutlichem Unter schreiten des pH Bereichs des Karbonatpuffers ca pH 5 werden wieder gr ere Mengen an lo nen in L sung gehen In den Sickerw ssern betrug der Abdampfr ckstand etwa 800 mg L dessen zahlenm iger Wert Ende 1994 leicht zur ckging Christian Wolkersdorfer 84 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 90 A D A m P Ww 80 A A A g er S EN o AA z E N e x Ye 70 0 A A o A E o m H WEE A AM aaf E ES d Se A 60 m E 24 Ze ala A EN E et E g 50 eg t k k S Eis A SE a E ae o7 o Y e A 3 e a a h d 30 4 o on ri e 20 4 Alles 0 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 27 Zeitliche Entwicklung der Gesamth rte f r Wasser des Typs G zwischen Januar 1991 und Dezem ber 1994 213 Wertepaare Legende siehe Tab 30 4000 3500 Ro ER o A 3000 aan R en DAA ET o Mv oo Aal af D Wi E 2500 o y CS v E Za A g A org ze x S o B 2000 li 8 E of 5 vo S N y o 2 i 3 o o S J500 ss E aada EEN 3 lt o h 1000 4 EL S S Es A a 500 0 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 28 Zeitliche Entwicklung des Abdampfr ckstands f r Wasser des Typs G zwischen Januar 1991 und Dezember 1994 199 Wertepaare Legende siehe
284. n wesentlicher Aspekt sind dabei die pH und Eh nde rungen die ihr Stoffwechsel in Gew ssern hervorruft und die sogar zur Bildung von Lagerst tten f hren k nnen Dar ber hinaus leisten Mikroorganismen einen entscheidenden Beitrag bei der Zusammensetzung von Mineralparagenesen indem sie zur Bildung von S SO CO H2S HS und anderen lonen und Verbindungen beitragen TISCHENDORF amp UNGETH M 1965 Eh pH Bedingungen von W ssern sind f r die ablaufenden chemischen Reaktionen und f r die anzutreffenden lonen Komplexe Phasen oder L slichkeiten wichtig Daher sind die nat rlicher weise in Grubenw ssern und Sickerw ssern vorkommenden Eh und pH Werte von Bedeutung Tab 20 Ein Beispiel f r die L slichkeit des Urans in Abh ngigkeit vom CO Partialdruck und dem Eh Wert zeigt Abb 18 Alle katalytisch an der Laugung von Schwermetallen beteiligten Bakterien im Bergwerk Nieder schlema Alberoda sind chemoautotrope lithoautotrope Organismen Bisher konnten neutrophile Thiobakterien und Metallogenium nachgewiesen werden Tab 21 die zu den GRAM negativen Eubakterien geh ren und nach STRASBURGER et al 1991 den Gruppen 8 und 10 dieser Klasse zuzuordnen sind Nachweis Dr M GRAFF Institut f r Mikrobiologie der Technischen Universit t Braunschweig Weitere disulfatoxidierende Mikroorganismen sind Beggiatoa Thiothrix Sulfolo bus Thiobacillus acidophilus oder Stibiobacter senarmontii LUNDGREN amp SILVER 1980 Christian
285. nd Begutachtung der Flutung des Lager st ttenteils bis zur Sohle 990 ohne S Chemnitz Interne Projektskizze SDAG WISMUT TECHNISCHE UNIVERSIT T CLAUSTHAL 1991 Kooperationsvertrag zwischen SDAG Wismut und Technische Universit t Clausthal 6 S Chemnitz Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 179 SEIM R 1990 Geochemie der Sedimente In SEIM R amp G TISCHENDORF Grundlagen der Geochemiie 632 S Leipzig Dt Verl f r Grundstoffindustrie SEIM R amp TISCHENDORF G 1990 Grundlagen der Geochemie 632 S 1 Beil Leipzig Dt Verl f r Grundstoffindustrie SHUKOLYUKOV Y A MESHIK A P amp BASAROWITSCH C S S 1990 Xes Xen age of uranium veins in Erzgebirge deposit Germany Abstracts Geological Society of Australia 27 92 Sydney SHUKOLYUKOV Y A MESHIK A P KRYLOV D P amp PRAVDIVTSEVA O V 1994 Current Status of Xes Xen Dating Noble Gas Geochemistry and Cosmochemistry 125 146 18 Abb 1 Tab Tokyo SHUKOLYUKOV Y A SOKOLOVA N T MESHIK A P BASAROWITSCH C S S amp BARSUKOV V L 1992 Das Alter der Pechblende in den Quarz Calcit Uraninit G ngen der Lagerst tte Schlema Alberoda Erzgebirge Deutschland Nachrichten der russischen Akademie der Wissenschaften Geologische Serie 1 78 91 in russisch 8 Abb 3 Tab Moskau SIGG L amp STUMM W 1994 Aquatische Chemie ei
286. nd Vis kosit t des Fluids und Querschnitt des durchstr mten K rpers ist Im Querschnitt turbulent durch str mter K rper ist das Geschwindigkeitsprofil gleichm igeres als das mit laminarer Durchstr mung GEBHART el al 1988 Welche Ursachen die langfristigen Temperatur nderungen haben kann wegen fehlender Lang zeitmessungen wie in den drei erstbeschriebenen Sch chten nicht mit Bestimmtheit gesagt wer Christian Wolkersdorfer 136 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks den Es k nnte sich sowohl um den Einflu k hlerer Sickerw sser als auch um Auswirkungen einer gro r umigen Konvektion im Grubengeb ude handeln 540 Schacht 383 2 Dezember 1994 560 580 600 620 640 Teufe m NN 660 680 700 720 740 32 0 33 0 34 0 35 0 T 36 0 37 0 Temperatur C 38 0 39 0 900 945 990 1035 1080 40 0 Abb 72 Temperaturprofil des 2 Dezember 1994 im Schacht 383 ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 37 6 37 4 reen _ 372 3 w 37 0 E seenen 5 36 6 HF 36 4 36 2 36 0 8 0 1 0 Tasse 6 0 5 0 ee AN nen 3 0 d HE Bass Druck pH Wert Leitf higkeit 2 0 Ausfall der Elektronik Ausfall der Elektronik Druck 10 Pa Temperatur C pH Wert Leitf higkeit mS cm 27 7 94 3
287. nd der Bergbau Dar ber hinaus werden neue Begriffe eingef hrt oder bereits bekannte Begriffe im Sinne des hier abgehan delten Themas neu definiert Unter der Flutung eines Bergwerks ist das allm hliche Wiederansteigen des Wassers in den unter irdischen Hohlr umen Grubenbaue Grubengeb ude nach dem Abschalten der Wasserpumpen im Bergwerk Grubenwasserhaltung zu verstehen Dabei steigt das Wasser in den mehr oder we niger vertikalen Sch chte den horizontalen Sohlen und den abbaubedingten berhauen Ab bau rter Grubenbauen an Im Bergwerk Niederschlema Alberoda sickern die W sser Infiltrationswasser geologische W sser meteorische W sser haupts chlich durch die Lockerge steinsdecke und die Verwitterungszone in das Grubengeb ude hinein Dort flie en sie ber die Sohlen Sch chte sowie Rohrleitungen der Grubenwasserhaltung bis zum ansteigenden Wasser hinab und erh hen den Wasserspiegel Die Flutung ist abgeschlossen sobald das Wasser die tiefste Sohle berflutet die mit der Oberfl che bertage in Kontakt steht Wasserl sungsstollen oder aber ein Wasserstand erreicht ist ab dem das Wasser nach bertage gepumpt werden kann Alle W sser die dem Grubengeb ude zuflie en sich dort befinden oder aus ihm austreten werden in dieser Arbeit als Flutungswasser bezeichnet Folgende Modellvorstellung f r das hydrodynamische Verhalten des Flutungswassers im Gruben geb ude wird zugrunde gelegt In den Sch chten str m
288. nd weisen einen leichten Anstieg auf LAPAKKO Methode Schlie lich erfolgte ein Vergleich des S ureproduktionspotentials APP mit dem Neutralisati onspotential NP nach der LAPAKKO Methode LAPAKKO 1990 LAPAKKO et al 1995 die im Berg bausektor verwendet wird um die Frage nach der Versauerung eines Systems zu beantworten Er errechnet aus dem prozentualen Gehalt an Disulfidschwefel Calcit und Magnesit einer Ge steinsprobe das S ureproduktionspotential und das Neutralisationspotential mit der Einheit g kg CaCO Ein Gruben oder Haldensickerwasser wird im Kontakt mit dem Gestein dann nicht versauern wenn das Nettoneutralisationspotential Net NP gr er als Null ist Folgenderma en lauten die Berechnungsformeln APP 31 25 S g kg CaCO 37 NP 10 CaCO 11 9 MgCO g kg CaCO 38 Net NP NP APP g kg CaCO 39 Wie aus den Ergebnissen in Tab 34 zu ersehen ist unterscheiden sich die Nettoneutralisationspo tentiale der Gesteine im Lagerst ttenbereich deutlich voneinander Sowohl die Alaun und Kiesel schiefer der Unteren Graptolithenschiefer Net NP 47 als auch die geb nderten Metadiabase des Oberdevons Net NP 1 besitzen ein Potential zur Versauerung wohingegen der Ockerkalk Net NP 856 und die Lamprophyre Net NP 224 S ure abpuffern k nnen Der gewichtete Mit telwert des Nettoneutralisationspotentials aus der prozentualen Gesteinsverteilung betr gt Net NP 75 APP 8 NP
289. nden beruht auf Einfl ssen durch Matrixeffekte die vom Institut f r Anorganische und Analytische Chemie der TU Clausthal erst bei der nachfolgenden Analyse 2 beherrscht wurden Arsen mit Perklin Elmer Hybrid AAS Uran mit Dr Lange Photometer CADAS 50 Kolloide mit Ultrafilter Amicon 500 D Kationen Anionenaustauscher Dowex III IV 111 Tab 42 Tracermethoden mit deren Nachteilen beim Einsatz im Uranbergwerk Niederschlema Alberoda 116 Tab 43 L slichkeitsverhalten von 1 2 mm dicken PVA Filmen in 1000 mL kaltem destilliertem Wasser Die Probenmenge zur Filmherstellung wurde derweise gew hlt da die PVA K rner in 20 mL destilliertem H20 unter Erhitzen gerade noch l slich waren Die Menge der Dispersion LL 869 wurde so gew hlt da sich nach dem Trocknen ein ca 2 mm dicker Film gebildet hatte 120 Tab 44 Ergebnisse aus den acht Versuchen mit LydiA4 zwischen 8 November 1994 und 22 Juni 1995 1 nicht durchgef hrt 2 vollst ndiger Austritt wurde nicht abgewartet 120 Tab 45 Versuchsanordnung um die Stabilit t unterschiedlicher Sporenf rbungen sowie Gr nde f r die Entf rbung der bismarckbraunen Sporen zu ermitteln Die Strahlenquelle 241 44 g Uraninit UO mit Christian Wolkersdorfer 192 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks einer spezifischen Aktivit t von 9300 Bq kg wurde in einem Abstand von 5 cm von den Probegef en BiBW FuBW und LoBW postiert Aktivit t 311 Bq Temperatur D
290. nden und Datenlogger der Firma PIC M nchen Leitf higkeitsanstieg zwischen 7 August und 8 August m glicherweise nicht durch Wasser sondern durch Schaum wie er h ufig im Schacht 366 II b vorhanden war vgl Abb 91 Der Leitf higkeitsabfall vom 14 auf 15 August f llt mit der vollst ndigen Flutung bis zur Oberkante der angeschlagenen Sohlen der des 18 August mit der vollst ndigen Flutung des F llorts zusammen Am 23 August war die Sohle 1260 komplett geflutet In Zone 1 nimmt die Leitf higkeit tendenziell zu in Zone 2 ab und in Zone 3 verh lt sie sich uneinheitlich 137 Leitf higkeitsmessungen vom 15 und 16 M rz 1994 im Schacht 372 b zwischen den Sohlen 990 und 1530 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 138 Leitf higkeitsmessung vom 16 M rz 1994 im Schacht 372 b zwischen den Sohlen 990 und 1305 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 139 Leitf higkeitsmessung vom 1 Dezember 1994 im Schacht 383 zwischen den Sohlen 1080 und 990 Die Leitf higkeit nimmt in den obersten sechs Metern rapide zu Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 139 Leitf higkeitsmessung vom 2 Dezember 1994 im Schacht 383 zwischen den Sohle
291. ndern da der untert gige Hohlraum in sich zusammenst rzt und es an der Oberfl che Tagesbr che gibt Weiterhin soll m glichst die hydrogeologische Sitution vor Beginn des Bergbaus wiederhergestellt werden bei der Luftsauerstoff nicht in der Lage war im unverritzten Gebirge Disulfid zu oxidieren Aber auch konomische Gr nde spielen eine Rolle da es j hrlich mehrere Millionen DM kosten kann ein Bergwerk zu s mpfen Nicht bei allen Bergwerken sind die gesamten Grubenbaue unterhalb des Wasserspiegels der sich nach Ende der Flutung nat rlicherweise einstellt Zur Stabilit tserh hung dar berliegender Grubenbaue m ten k nstliche Ma nahmen getroffen werden um das Wasser ber den tiefsten Wasserl sungsstollen anzuheben FERNANDEZ RUBIO et al 1987 SITZ et al 1982 Obgleich das Bergwerk Niederschlema Alberoda zu diesem Typ von Bergwerken geh rt soll an dieser Stelle nicht n her auf solche Ma nahmen eingegangen werden da ein Ansteigen des Grubenwassers ber das Niveau des Markus Semniler Stollens weder von den Beh rden noch der Wismut GmbH erwogen wird Prinzipiell k nnen vier Flutungsmethoden unterschieden werden e unkontrollierte Flutung Abb 86 a e kontrollierte Flutung ohne Wasseraufbereitung und Regelungsmechanismen e kontrollierte Flutung ohne Wasseraufbereitung mit Regelungsmechanismen z B D mme Abb 86 b c d e kontrollierte Flutung mit Wasseraufbereitung mit und ohne Regelungsmechanismen In allen
292. ne Einf hrung in die Chemie w ssriger L sungen und nat rlicher Gew sser 3 Aufl 498 S Z rich Verl der Fachvereine SINGH R N DENBY B amp REED S M 1985 The Effect of Groundwater re establishment on the Settlement of Opencast Mine Backfills in the United Kingdom Proceedings 2 Internatio nal Mine Water Congress Granada Spain 803 816 8 Abb Grananda Spanien SITZ P H FNER F amp LANGE W 1982 M glichkeiten der Zuflu bek mpfung im Kalibergbau und Hinweise zur Verwahrung von untert gigen Grubenbauen Z geol Wiss 10 141 151 4 Abb Berlin SOKOLOVA N T amp ACHEYEV B N 1972 Causes of localization of uranium mineralization in con tact metamorphism aureoles of granitoids Geochemistry International 9 1067 1077 3 Abb 3 Tab SPERLING B amp MERKEL B 1992 Modellierung geogener Grundwasserbeschaffenheit am Beispiel des fr nkischen Keupers Schriftenreihe des Deutschen Verbandes f r Wasserwirtschaft und Kulturbau 100 201 320 Abb Hamburg Berlin STAMM P von 1993 Hei e Erde aus dem kalten Krieg Kosmos 89 52 59 9 Abb Stuttgart STANGE K 1970 Angewandte Statistik Eindimensionale Probleme 592 S 227 Abb Berlin Springer STEMPROK M 1992 Geochemical development of the Krusn amp hory Erzgebirge granite pluton exemplified on its Czechoslovak part Geophys Ver ff Univ Leipzig IV 51 63 10 Abb Berlin
293. ne Wassertemperaturen vor deren Gesamtdifferenz bei etwa 1 2K liegt Das Wasser ist nicht konvektiv vermischt sondern besitzt einen breiten bergangsbereich in dem die Temperatur kontinuierlich abnimmt Wiederum ist die Flutungsumstellung vom 6 Januar 1993 an einem ge ringf gigen Temperaturabfall 0 5 K im oberen Teil der Wassers ule erkennbar Schacht 372 b 9 August 1993 720 740 4 4 1080 760 780 820 840 J 4 1170 860 880 4 1215 900 920 4 1260 940 960 980 T 1000 1020 4 1350 1040 1060 4 1395 1080 1100 A 4 1440 1120 1140 1160 T T T T T T T 35 0 36 0 37 0 38 0 39 0 40 0 41 0 42 0 43 0 Temperatur C 4 1305 Teufe m NN 1485 Abb 70 Temperaturprofil des 9 August 1993 im Schacht 372 b Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 135 Temperaturverlauf 372 b 42 0 41 0 39 0 N X Sn 38 0 37 0 36 0 35 0 34 0 33 0 Temperatur C 32 0 31 0 30 0 29 0 28 0 27 0 26 0 A amA A AU AA AAN AAN A AA A A A A Abb 71 Temperaturverlauf im Schacht 372 b zwischen 21 Dezember 1992 und 14 September 1993 Die Dreiecke geben den Tag der Messung an 7 3 10 Schacht 383 7 3 10 1 Vertikales Temperaturprofil Unterhalb der Sohle 990 weist der Schacht 383 bis zur maximalen Me
294. nen CO Partialdruck von 30 hPa lt pCO lt 100 hPa so da die L slichkeit von Uraninit im Grubenwasser nochmals h her ist als unter Normalbedin gungen Grund daf r ist die Bildung von leicht l slichen Uranyl Karbonat Komplexen F x 1955 f hrt im Rahmen von 3500 Oberfl chen und Grundwasseranalysen auch eine Tabelle mit den Minimal und Maximalmassenkonzentrationen der am h ufigsten analysierten Parameter auf Tab 26 Interessanterweise so Fix variiert die Uranmassenkonzentration von Grubenw s sern in einem breiten Intervall Dabei sei weniger von Bedeutung ob die Grube Uran produzierte oder nicht sondern vielmehr der pH Wert des Wassers So konnte er in uranproduzierenden Gru Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 61 ben Massenkonzentrationen von 0 005 bis 0 535 mg L Uran analysieren in einer Mine ohne Uranvererzung hingegen die Maximalmassenkonzentration von 5 3 mg L der dortige pH Wert lag bei 2 5 CHERVET amp COULOMB 1958 f hren f r Grubenw sser Uranmassenkonzentrationen bis zu 90 mg L an ber den dort vorherrschenden pH Wert fehlen leider Angaben Von Bedeutung f r den Sanierungsbetrieb Aue ist die Feststellung Fix da bei mittleren pH Werten 5 5 7 5 keine extremen Uranmassenkonzentrationen mehrere zehner Milligramm pro Liter zu erwarten seien sowie die Beobachtung MURAKAMis et al 1958 da bereits in relativ geringer En
295. ng der Uranmassenkonzentration f r Wasser des Typs G zwischen Juli 1990 und Dezember 1994 260 Wertepaare Legende siehe Tab 30 6 3 3 10 Arsen In den Sickerw ssern blieb die Arsenmassenkonzentration relativ konstant zwischen 0 und 0 2 mg E Abb 31 Ergebnisse gleicher Gr enordnung zeigen Grundw sser der hnlichen La gerst tte von St Joachimsthal die bei vergleichbaren pH Werten 6 7 7 8 Arsenmassenkon zentrationen von 0 05 0 28 mg L aufweisen n 4 Pa es 1969 Von Anfang 1991 bis Ende 1992 stieg die Arsenmassenkonzentration im Grubenwasser hingegen kontinuierlich von 0 1 mg L bis 7 mg L an Abb 32 Ab Anfang 1993 fiel sie von diesem Wert ab um Ende 1994 einen Wert von 4 5 mg L anzunehmen Die gute Korrelation des Arsens mit Hydrogenkarbonat ist durch den gleichgearteten Anstieg beider Parameter bis Mitte 1993 bedingt Eine jahresweise Korrelation belegt den R ckgang in der Korrelation beider Parameter ab 1993 e 1991 rp 0 83 P lt 0 01 n 27 e 1991 1992 rr 0 90 P lt 0 01 n 60 e 1991 1993 rp 0 74 P lt 0 01 n 131 e 1991 1994 pes 0 62 P lt 0 01 n 208 Von den anderen Parametern des Grubenwassers zeigt nur das Phosphat ein zeitliches Verhalten das dem des Arsens hnelt und sich in der guten Korrelation beider Parameter widerspiegelt r 0 61 P lt 0 01 Da im Skorodit FeAsO 2H 0 der am geringsten unters ttigten Ar senphase stets eine Teil des Arsens diadoch von Phosphor erse
296. ng des varistischen Gebirgsbaues Abh des S chsischen Geologi schen Landesamtes 1 39 2 Abb 2 Taf Leipzig Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 175 KRANAWETTREISER J 1989 Technische Hydromechanik Band 2 In PREISSLER G amp BOLLRICH G 1 Aufl 680 S Berlin VEB Verlag f r Bauwesen KRAPP L 1983 Determination of regional rock mass permeabilities Bulletin of the international Association of Engineering Geology 26 27 443 447 3 Abb Paris KRUMBIEGEL G amp KRUMBIEGEL B 1981 Fossilien der Erdgeschichte 406 S Stuttgart Enke KUBACH I amp WEIGEL F 1977 Gmelin Handbuch der anorganischen Chemie Radium und Iso tope 8 Aufl 1 131 S 1 Abb Berlin u a Springer KUYUMCU H STOLL R amp VIEHWEG M 1994 Die Ber cksichtigung des geologischen Umfeldes f r die Bewertung der Altlasten des Erzbergbaus in Sachsen und Th ringen VDF Zeit schrift 1994 23 31 2 Abb 2 Tab Essen LADwiG K J 1985 Hydrologic aspects of acid mine drainage control Bureau of mines Informa tion Circular V 12 18 4 Abb 1 Tab LANGE G M HLSTEDT P FREYHOFF G amp SCHR DER B 1991 Der Uranerzbergbau in Th rin gen und Sachsen ein geologisch bergm nnischer berblick Erzmetall 44 Weinheim LANGMUIR D 1978 Uranium Solution mineral equilibria at low temperatures with ap
297. ng e V dunkle Schiefer dunkle Kalkf hrende Schiefer Dolomit Selenid Formation vertikale Flie strecke Dicke des Diffusionsbereichs edle Braunspatformation Eisen Baryt Formation Eh Wert Euronorm Ost Nord Ost Ost S d Ost und Mitarbeiter helle Fruchtschiefer Fl che Feldstrecke fluorbarytische Bleierz Formation Fluorit Quarz Formation Fluchtweg berhauen Filterr ckstand heller Fruchtschiefer Fruchtschiefer mit Kieselschieferlagen Gravitationskonstante helle Glimmerschiefer Granit gasf rmiger Stoff in Reaktionsgleichungen Wahrscheinlichkeit freie Enthalpie Gigabecquerel Gesenk Gesamth rte Gesellschaft mit beschr nkter Haftung helle Glimmerfelse H he Nullhypothese Gegenhypothese Wasserstand Christian Wolkersdorfer h Lf Leitf Lit Login LPG LUT LydiA m M max med M mgu min MSD d pers Mitt pH Polymetall PVA PVC q Q Q Aa H matit Baryt Formation allgemeiner Z hler Industrielle Absetzanlage International Standardizing Organization Kalk Biotitkersanit Kiesig Blendige Formation Lamprophyr Durchl ssigkeitsbeiwert Chloritkersanit Karbonath rte Kammquarz Kalzit Uranit Formation L slichkeitsprodukt Kommunistische Partei der Sowjetunion Karbonate Antimonide Formation Karbonate Sulfide Formation Alaunschiefer Kohlenstoff hrende Kalke Ockerkalk Alaun und Kieselschiefer Tiefe der Auflockerungszone Gesamtl nge der Auffahrungen Di
298. ngt zu hoher Radon und zu geringer Sauerstoffgehalt in den Wettern der Sohle 1260 konnte erst am 5 Juni 1992 um 12 40 Uhr begonnen werden auf der Sohle 1260 am Schacht 366 IIb ein Lycopodium Netz NY 41 HC Hydro Bios Kiel und eine Tauchpumpe PLEUGER Mini Unterwasserpumpe mit einer Leistung von 167 6 mL min zu installieren Wasserstand 960 9 m NN An zwei Tagen dem 22 Juni Wasserstand 956 1 m NN und dem 29 Juni 1992 Wasserstand 950 6 m NN wurde das Netz gereinigt und die R ckst nde in Glas flaschen abgef llt Wegen starken Algen Bakterien und Schimmelbefalls an Netz und Holzrah men Abb 60 mu te der Versuch am 29 Juni 1992 gegen 09 30 Uhr nach der Probennahme vor zeitig abgebrochen werden Bf Abb 60 Installiertes Lycopodium Netz am Schacht 366 Ilb auf der Sohle 1260 H he des Holzrahmens etwa 50 cm W hrend der 24 Tage des Beprobungszeitraums entleerten die kontrollierenden Bergleute mehr mals das Lycopodium Netz Sie bef rchteten das Netz w rde durch die schleimartigen Massen vermutlich Beggiatoa unwiederbringlich zerst rt Daher stellen die Sporen in den Proben des 22 und 29 Juni 1992 nur einen geringen Prozentsatz der tats chlich abgepumpten Sporen dar Wei terhin f llten die Bergleute mit der PLEUGER Pumpe mehrere 100 Liter Wasser in Kanister ab die zur chemischen Analyse geschickt wurden Unter Zugrundelegung der oben angegebenen Pump zeiten errechnen sich runde 333 Stunden Pumpzeit mit e
299. nitintrusionen kam es zur Bildung des lteren Teils der erzge birgischen Erzvorkommen OELSNER 1958 Eine genetische Beziehung zwischen den Intrusionen des YIC und der Uranmineralisation ist jedoch nicht ableitbar SOKOLOVA amp ACHEYEV 1972 da zwi schen dem Alter der Mineralisation LEUTWEIN 1957 und der Intrusion etwa 100 Ma liegen Im Gegensatz zum Osterzgebirge wo die Erosion die meisten Granitvorkommen noch nicht freige legt hat sind die Granite des Westerzgebirges an der Oberfl che aufgeschlossen DORN et al 1992 Hier wie dort k nnen die Vorkommen den lteren Gebirgsgraniten oder den j ngeren Erzgebirgsgraniten zugeordnet werden Zu den Gebirgsgraniten z hlen im West und Mittelerzgebirge die porphyrischen Biotit Monzo Gra nite von Karlsbad und Neudeck in B hmen sowie Kirchberg Bergen und Aue in Sachsen Im Osterzgebirge geh ren dazu die Granite von Tellnitz B hmen Fleyh und Niederbobritzsch Q Q OIC Granite YIC Granite 1b 1b E PN BEE gt 9 Punkte A S 2 3 MR 4 EENS 7 WE A gt 1 Punkt 4 i 7 7 8 7 8 A P A P Abb 9 Modalzusammensetzung der OIC Granite n 33 und YIC Granite n 87 im STRECKEISEN Dia gramm OIC Granite fallen in das Feld der Monzo Granite YIC Granite liegen an der Grenze Monzo und Syeno Granite nach STEMPROK 1992 A Alkalifeldspat P Plagioklas Q Quarz 1 b Quarzreiche Granitoide 2 Alkalifeldspat Granite 3 Syeno und Monzo Granite 4 Granodiorite 7
300. nkonzentration Typ G Typ S XG Xs Tab 28 Dann errechnet sich die f r eine komplette Reinigung des Wassers notwendige Zeit t zu t Feststoffterm Grubenwasserterm M max Vei Ze d We Xe Vont Xs Xs L X Xs 67 Wie die Ergebnisse Tab 56 zeigen m te eine Anlage die gleichbleibend Wasser des Typs G aus dem Grubengeb ude aufbereitet in Abh ngigkeit davon welcher Schadstoff entfernt werden soll ber mehrere Jahrzehnte oder Jahrhunderte betrieben werden Eine komplette Reinigung des Grubenwassers bis zu Schadstoffgehalten die denen der Sickerw sser Typ S oder gar denen der Oberfl chengew sser entsprechen ist daher volkswirtschaftlich fragw rdig Element Reinigungszeit a Tab 56 Reinigungszeit des Grubenwassers bei Entnahme von a Wasser des Typs G ber den gesamten Reinigungs Uran 60 zeitraum hinweg Alle Werte auf zwei g ltige Stellen Arsen 40 gerundet Nickel und Kobalt 3 200 Wismut 1 600 Zink 820 Kupfer 4 400 Blei 2 200 Antimon 52 000 Selen 28 000 Radium 226 280 000 Christian Wolkersdorfer 166 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 9 Schlu folgerungen Abschlie end soll anhand der Untersuchungsergebnisse aus den vorangegangenen Kapiteln mo dellhaft beschrieben werden welche hydrogeochemisch hydrodynamische Entwicklung das Berg werk Niederschlema Alberoda k nftig durchlaufen wird und welche Qualit t das Wasser haben wird das am Ende der F
301. noch wenigstens eine g ltige Stelle hat minimal jedoch zwei Stellen 67 Tab 29 Analysenmethoden der beiden Labors in Aue und Chemnitz Gr na Br Cs H2S l Rb Si SiO2 und Th wurden in Fremdlabors analysiert Nichtkarbonath rte berechnet Einheiten in Tab 28 68 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 191 Tab 30 Beprobte Me stellen im Bergwerk Niederschlema Alberoda mit Anzahl der Analysen und Datenpunkte im PIPER bzw DUROV Diagramm Die Zuordnung der Me stellen zum jeweiligen Wassertyp beruht auf der Auswertung des PIPER Diagramms S Sickerwasser l Intermedi res Wasser G Grubenwasser Schacht und Streckenbezeichnungen nach Angaben der Wismut GmbH FIW Fluchtweg berhauen Ges Gesenk Q Querschlag F Str Feldstrecke Die gerasterten Symbole kennzeichnen Me stellen mit Grubenwassercharakter Quadrate und Kreise solche mit Sickerwassercharakter und Rauten die mit intermedi rem Charakter Bei nderungen des Chemismus in einem Schacht z B 296 II b wurde das zuerst vergebene Symbol beibehalten Um eine zu gro e Anzahl von Symbolen zu vermeiden erhielten Me stellen mit hnlichen chemischen Eigenschaften das gleiche Symbol 71 Tab 31 Gemittelte prozentuale quivalentmassenverh ltnisse von Kationen und Anionen der Wassertypen S I und G im PIPER und DUROV Diagramm Durchschnittliche Massengehalte in Tab 28 71 Tab 32 Berechnungsergebnisse der lagerst tten
302. nokasatena n OKNCHNTENbHO BOCCTAHOBUTENbHOTO MOTEHUNANa c yy trom onpegen HHo rny6nHbi TpaccoBbi ont C nopamn nnayHa nokasan DODHOS CMeLleHNe wWaxTHO BOAbI 3a nepnog MeHee yem B 5 Henenp Ha OCHOBAHNN CDU3NKO XUMNYECKUX N3ZMEpeHN bINO BbIABTIEHO HACNOEHNE BOAHON Cpegbi C Paann4HbIMN NO MOL HOCTN Y4acTKaMN B KOTOPbIX npeo6nagaT KOHBEKLNA nnn pngpoysna Wa cpasHeHusa aHann3oB POD N3 NCTOPUNM C CerogHAWHNMN CTAHOBUTCH ACHO YTO DDMHUMDIMSTIHRS OTM B XNMNYECKUX CBOCTBAX CeErOogHALWHNX CDNMBTPAUMOHHBIX BOA N POAHNKOBLIX BOA M MCTODau TEKLUNX NNN TeKyLuux B Unema6ax nnn Mynbge B UBnkkay He cyiyecTByerT Ha OCHOBaHNN onbiTa NO PYAHMYHbIM 3ABOAHEHNAM N3 NNTEpaTYpbi BbIABNAETCH YTO BbIXOA BOAbI C BbICOKNM CogepxaHneM BpeAHbIX BELLIECTB N3 CETN NOA3EMHbIX FOPHbIX BbIPA6OTOK WaXTbIi B OKPYKAaloLLjyIO CDen Ha MecTopoxgeHnn Hngepunembi Anb6epogbi npegotspamaem ns 3Toro Heo6xognmo napannzoBaTb Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 13 BEPTUKANBHLIE MPOXOAbI ANA BOAbI HACKOMbKO 3TO BO3MO XHO MOMECTUB Mexgy noka e nognexaynMn onpeeneHnio MOAOLIBAMN MEPEMBbIYKN Y OTKPBITbIX BEPTNKANbHBIX CO ANHEHN KOTOPbIE He MOryT Dr MONHOCTbIO TEPMETU3NPOBAHhI CNO CDUMBTPALWMOHHLIX BOA Duer PacnonaraTbca Hag WaXTHO BOAON TaK UTO 3arPA3HEHHas BOHA B OKPyKalolLylo cpegy yxe He nonageT Povzetek Hidrogeokemicne razmere v vodi ki zaliva uranov rudnik le i e Niederschlema Alberoda
303. ntration entfernt Abb 30 Abb 32 Zusammen mit deren deutlicher Unters ttigung ist dies ein Hinweise darauf da die Uran und Arsenmassenkonzentration bei den pH Eh Verh ltnissen des Grubenwassers nicht durch chemisch thermodynamische Gleichgewichtsreaktionen kontrolliert wird sondern durch andere Prozesse beispielsweise L sung oder Sorption Die S ttigungskoeffizienten der drei am wenigsten unters ttigten Arsenphasen Abb 50 Tab 39 wurden daraufhin untersucht ob sie mit dem pH Wert der Arsenmassenkonzentration dem Ab dampfr ckstand oder dem von WATEOQAF errechneten CO Partialdruck korrelieren Eine Korrela tion mit dem Redoxpotential war wegen unzureichender Anzahl der Me werte nicht m glich Zu s tzlich wurden die drei Minerale mit der Aluminium Mangan und Gesamteisenmassenkonzen tration korreliert Formelbestandteile wobei sich herausstellte da der S ttigungskoeffizient von Skorodit und Mangan H rnesit mit zunehmender Eisen bzw Manganmassenkonzentration erwar tungsgem zunimmt Eine Beziehung zwischen der S ttigung und der Aluminiummassenkonzen tration existiert nicht Tab 38 Ausgew hlte Uran und Arsenminerale mit theoretischen Uran und Arsenmassenkonzentrationen die im Grubenwasser notwendig w ren um eine S ttigung gegen ber dem entsprechenden Mineral zu bekommen Keine der Zahlen stellt wirklich erwartbare Massenkonzentrationen dar vielmehr handelt es sich um rechnerische Massenkonzentrationen
304. oachimsthal Gruppe Das fast vollst ndige Fehlen von kambrischen Gesteinen im Osterzgebirge wird auf dessen Schwellenlage w hrend dieser Zeit zur ckgef hrt DORN et al 1992 Christian Wolkersdorfer 30 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Tab 4 Lithostratigraphische Einheiten des Erzgebirges c Konglomerate gf graphitf hrend gsf Glim merschiefer k Karbonate mb Metabasite mc Metakonglomerate mg Metagrauwacken mugn Muskovitgneise ogn Orthogneise pgn Paragneise py alle pyritf hrend q Quarzite nach LORENZ amp HOTH 1990 ZENTRALINSTITUT F R PHYSIK DER ERDE 1989 LORENZ 1979 HOTH et al 1979 Formation Gruppe Folge Gesteine M chtigkeit m Lederschiefer E Gr fenthal Gruppe Hauptquarzit gsf q 400 5 Griffelschiefer Phycoden Folge gsf 300 400 ge Schwarzburg Gruppe G Frauenbach Folge gsf gf q 300 800 500 Ma Thum Gruppe Halbmeiler Folge gsf mb lt 100 300 Herold Folge gf gsf q mb 100 350 Breitenbrunn Folge gsf q mb 100 700 E Joachimsthal Gruppe 5 Grie bach Folge gsf mugn gf ogn 600 1400 E x Fichtelberg Folge gsf q 0 600 Keilberg Gruppe Obermittweida Folge gsf pgn mb c 150 750 Raschau Folge q gsf k 150 500 570 20 Ma m E Niederschlag Gruppe un an En 300 650 Schmiedeberg Folge pgn mb gsf Kupferberg Folge gsf k b ogn 300 1000 p g Folg mgn pgn e Pre nitz Gruppe s pgn q mgn mb Reisc
305. ochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Ablaufschema des Lycopodium Versuchs im Bergwerk Niederschlema Alberoda Y T Lycopodium Wasseranalyse Andere Daten Aufbereitung y Wismut GmbH L Y Mikroskopie L sungsverhalten Y Y Str mungsmodell Ausbreitung der Stoffe Abb 58 Schematische Darstellung des Lycopodium Versuchs und damit gekoppelter Themen zur Daten gewinnung f r eine Str mungsmodellierung Lycopodium Sonde LydiA Sulfat Schacht Tab 42 Tracermethoden mit deren Nachteilen beim Einsatz im Uranbergwerk Niederschlema Alberoda Methode Nachteil Radioaktive Isotope im Flutungswasser vorhandene Isotope k nnen die Bestimmung st ren beim Einsatz von Tritium Cu ist keine Altersbestimmung des Wassers mehr m glich Genehmigungserteilung fraglich Farbstoffe Wechselwirkung Farbstoff Flutungswasser Salze Flutungswasser ist stark mit in Frage kommenden Elementen befrachtet gro e Salzmengen w ren notwendig Triftstoffe besondere Pumpen und Filter n tig Aus den theoretisch m glichen Triftversuchen wurde der erstmals 1952 von MAYR 1953 ange wandte Sporentriftversuch mit Lycopodium clavatum Keulenb rlapp ausgew hlt Lycopodium Versuch Zum einen sind die Sporen gegen ber u eren Umwelteinfl ssen widerstandsf hig zum anderen lassen sie sich mit Farbstoffen einf rben MAURIN amp Z TL 1960 und an verschiede nen S
306. offentwicklung wurde das Nettoneutralisationspotential bestimmt 6 3 4 2 Dann wird durch chemisch thermodynamische Gleichgewichtsberechnungen das hydrogeochemische Milieu charakterisiert um zu Aussagen ber die gleichgewichtsbestimmenden Reaktionen zu ge langen 6 4 Im Kapitel ber die Untersuchungen zur Hydrodynamik sind die umfangreichen physikochemi schen Messungen zusammenfassend dargestellt 7 Gemeinsam mit diesen Ergebnissen und denen einer Literaturrecherche zur Flutung von Bergwerken wird eine Modellvorstellung der hydrodynamischen Vorg nge im Bergwerks entwickelt 7 6 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 21 Im letzen Kapitel schlie lich werden die maximalen Schadstofffrachten berechnet die durch hydro geochemische Vorg nge gel st und durch hydrodynamische Vorg nge transportiert werden k n nen 8 Das Ende der Arbeit bilden berlegungen zu den hydrogeochemisch hydrodynamischen Vorg n gen im Bergwerk und die Frage nach der Notwendigkeit einer Wasseraufbereitungsanlage 9 Abb 3 Schacht 371 Hartenstein des Bergwerks Niederschlema Alberoda im Tal der Zwickauer Mulde am 4 Januar 1991 Christian Wolkersdorfer 22 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 4 Lagerst tte Niederschlema Alberoda 4 1 Einf hrung Ohne die Kenntnis der geologischen Zusammenh nge die zur Mineralbildung in den Gesteinen einer Erzl
307. ogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks werden Zwar hat BAUMANN in j ngerer Zeit seine ltere Gliederung den heutigen Erkenntnissen angepa t dennoch werden in dieser Arbeit die Bezeichnungen seiner Gliederung aus dem Jahr 1967 BAUMANN 1967 verwendet da sich die neuen Bezeichnungen noch nicht allgemein durchge setzt haben 4 6 2 Paragenesen 4 6 2 1 Uran Abgesehen von der Fe Mn Formation die nur randlich am Roten Kamm vorhanden ist B DER amp SCHUPPAN 1992 treten in der Lagerst tte Niederschlema Alberoda alle Paragenesen auf die in Tab 10 dargestellt sind SDAG W smuT 1991 Von wirtschaftlicher Bedeutung f r die Urangewin nung waren nur die kku und mgu im Osterzgebirge dse Formation SDAG WismuT 1991 HARLASS amp SCH TZEL 1965 f r die aufgrund der Bestimmungen von LEUTWEIN 1957 und SHUKOLYUKOV et al 1990 dort uqk und eb Formation bereinstimmend Bildungsalter von 280 220 Ma bzw 160 140 Ma angegeben werden k nnen Als Durchschnittsalter von 50 Pechblenden haupts chlich der kku Formation wurden in Niederschlema Alberoda mit der Xes Xe Methode SHUKOLYUKOV et al 1994 160 Ma bestimmt mit Maxima bei 153 Ma 175 Ma 197 Ma 242 Ma und 270 Ma BASAROWITSCH 1992 SHUKOLYUKOV et al 1992 LEUTWEIN 1957 zufolge dort eba Formation er verwendet eine ltere Gliederung der erzgebirgi schen Formationen in der eine eba Formation zeitlich hinter der kb Formation fol
308. on Eisen Ill SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 6 0 201 5 5 5 0 45 4 0 EIS 3 0 Mn mg B 2 5 2 0 SE m 107 m 308 m 323 m 324 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 505 m 506 m 507 m 509 m 510 SaSiWa BI Abb 111 Boxplot der Massenkonzentration von Mangan SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 5 5 5 0 4 5 4 0 3 5 3 0 2 5 NH mg L 2 0 H m 107 m 308 m 323 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 505 m 506 m 507 m 509 m 510 SaSiWa Abb 112 Boxplot der Massenkonzentration von NH SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer 202 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks
309. on drei Wassertypen stati stisch belegen Grubenwasser Intermedi re W sser und Sickerw sser deren Einteilung urspr ng lich auf dem PIPER und DUROV Diagramm beruhten sind signifikant voneinander unterschiedlich und k nnen wie hier geschehen getrennt voneinander diskutiert werden Wie die chemisch thermodynamischen Gleichgewichtsberechnungen mit WATEQAF zeigen sind die Karbonate Gips und einige andere Mineralphasen im Grubenwasser ges ttigt Oxide und Hydroxide sind bers ttigt und werden aus dem Grubenwasser ausfallen Bei den Uran und Ar senmineralen ist gegen ber dem Grubenwasser durchwegs eine Unters ttigung festzustellen Die S ttigungskoeffizienten vieler Phasen haben sich zwischen 1991 und 1994 asymptotisch einem bestimmten Wert gen hert den sie gegen Ende des Bearbeitungszeitraums nahezu erreicht hatten Tendendziell verlaufen die meisten Kurven in Richtung einer Gleichgewichtseinstellung SI 0 so da die S ttigungskoeffizienten dieser Phasen sich k nftig dem Wert 0 n hern werden S mtliche wichtige Kationen Ca Mg Mn Sr Ba im Grubenwasser werden durch Karbonate oder Sulfate kontrolliert Die Karbonatl sung ruft die beobachtete Erh hung der Hydrogenkarbonatmas senkonzentration im Grubenwasser hervor Die kontrollierende Feststoffphase zur Einstellung der Silikatmassenkonzentration ist Quarz bei Phosphat ist es Apatit und Sulfat wird durh Gips kontrol Iert Aus den Berechnungen von WATEQAF ist berdies zu
310. on ist der st rkste S urebildungsvorgang aller Oxidationsprozesse bei der Verwit terung STUMM amp MORGAN 1981 Dementsprechend umfangreich sind die bisherigen Forschungs arbeiten dar ber Wie GOTTSCHALK amp BUEHLER 1912 zeigten geht mit der Oxidation von Pyrit oder Markasit in w riger L sung auch die L sung anderer Sulfide einher Au erdem werden durch die Erniedrigung des pH Werts eine gro e Zahl von Metallen aus den Mineralen mobilisiert die erst bei der Neutralisierung wieder ausfallen Fehlen in einem Bergwerk Karbonate die zur Neutralisation der entstehenden S ure beitragen k nnten wird das Gruben oder Flutungswasser stark sauer pH Werte der Grubenw sser von 3 und weniger sind bei diesem Oxidationsvorgang keine Seltenheit STUMM amp MORGAN 1981 und sogar pH Werte von 0 5 1 4 und 3 4 k nnen auftreten ALPERS amp NORDSTROM 1990 NORDSTROM amp ALPERS 1995 Christian Wolkersdorfer 58 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks F r die H he des pH Werts sind unter anderem Wassermenge Kontaktzeit das Vorhandensein von Puffern die Menge an verf gbarem Pyrit bzw Markasit sowie in entscheidendem Ma e dessen Korngr en verantwortlich Dabei gilt da mit abnehmender Korngr e die S urepro duktion zunimmt CARUCCIO et al 1980 da eine gr ere Oberfl che f r die Reaktion zur Verf gung steht Folgende Reaktionen laufen bei der Oxidation von Pyrit und Markasit ab 2
311. onskreislauf m glich ist erfahrungsgem zu einer berschichtung des Grubenwasserk rpers durch Sickerw sser wie es verschiedene Autoren beschreiben ERICKSON et al 1982 LADwiG 1985 M VESELIC pers Mitt Im Gebirge werden sich bei Flutung bis zum Markus Semnmler Stollen gr enordnungsm ig die vor 1945 vorhandenen Grundwasserverh ltnisse einstellen Die Grundwassergleichen werden zum Schlemabach und zur Zwickauer Mulde hin gerichtet sein Unabh ngig von der Wahl der k nftigen Wasseraustrittsstelle wird dem Vorfluter diejenige Wassermenge zuflie en die dem zum Bergwerk geh renden Wassereinzugsgebiet entspricht Im vorliegenden Fall wird es sich um 5 9 10 m a handeln E 855 550 4 900 600 4 See 945 650 J ME eng Nana GEN R 990 700 4 a 1035 EN e z 2 Je BG 1170 2 1 pf 1215 E 900 et 1260 d 250 J 7 1305 3 1000 4 f 1350 5 2 1050 4 e 1395 amp 1100 4 d 1440 1150 D 1485 1200 7 1530 1250 4 gt 1620 0 4 d 1665 1350 4 p 1710 1400 Fae en a a EE SE 1755 1450 1800 1500 4 RRRRRRRRRRRRI Abb 88 Wiederanstiegskurve des Wasserspiegels im Bergwerk Niederschlema Alberoda zwischen dem 1 Juli 1990 und 3 M rz 1995 Dargestellt anhand eigener Messungen und Daten der Wismut GmbH Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungsw
312. ontakt stand zu den hohen Radioaktivit ten der Radonw sser des ehemaligen Bades Oberschlema Tab 15 GENSER 1932 das der Wismut Bergbau v llig zerst rte 4 6 2 2 Arsen Das Arsen tritt in Form von Kobalt und Nickelarseniden seltener als gediegenes Arsen in den BiCoNi und ags Formationen auf W hrend die Co Arsenide in der BiCoNi Formation vor allem zusammen mit gediegenem Wismut vorkommen lassen sich die Ni Arsenide zumeist gemeinsam mit gediegenem Silber beobachten OELSNER 1958 Wichtigstes Arsenmineral ist der L llingit FeAsz dar ber hinaus kommen aber auch andere Arsenverbindungen vor Tab 12 OELSNER 1958 BAUMANN 1968 JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 Den Unterlagen der Wismut zufolge SDAG WismuT 1991 nahm der Anteil an Arsenverbindungen in den Erzg ngen von den oberen Sohlen zu den unteren hin zu Unterhalb der Sohle 990 werden f r das Erz 0 06 0 55 und das Nebengestein 0 07 Massenprozent Arsen angegeben w hrend es f r taubes Gestein 0 002 0 007 sind vgl Tab 6 Tab 11 Zusammenstellung der wichtigsten Name Formel Beschrieben Ba h VER DE EEE RE SEEN den Gummit bildenden Uranminerale Becquerelit 6 UO I OH Ca OH 4H O x in denen Uran in der Oxidationsstufe Billietit 6 UO2 OH 2 Ba OH 2 4H20 VI vorliegt nach DyBek 1962 und Clarkeit Na2U207 STRUNZ 1982 Die letzte Spalte gibt Curit 3PbO 8U0O 4H20 X an ob das Mineral f r die Lagerst tte Fourmarierit 8 UO2 OH 2 2Pb OH 2 4H20 x Niede
313. ontinuierlicher Anstieg SO Na K Ra Lett Fell NKH Fell Sr e Anstieg bis Konstanz Ca Mg AR HCO GH Temperatur KH Al H2SiO3 e Abfall pH CSB Pb Co Mo CO TOC e Abfall bis Konstanz CI e schwankend As U PO e nicht gen gend Werte OH Hg Ag H2S Be Li Cs U Br I Rb Th keine Abh ngigkeit NO Eh Fe ges Cu Cr Cd Se Sb F B Bi e konstante Werte Mn Zn O FR NH Ni NOJ Ba Im wesentlichen sind die starken Anstiege der Massenkonzentrationen seit dem ersten Quartal 1994 abgeschlossen beim Arsen und Phosphat zeigt sich bereits ein R ckgang der Massenkon zentration Uran hingegen nimmt nach wie vor zu da mit dem Anstieg des Grubenwassers in h her gelegene ltere Grubenbaue Oberfl chen verf gbar sind die bereits lange Zeit den oxi dierenden Bedingungen der Grubenwetter ausgesetzt waren Das L sungsverhalten von Arsen und Uran steht nahezu im Einklang mit den Ergebnissen der S ulenversuche die an anderer Stelle Kapitel 5 3 beschrieben wurden Daf r ist jedoch nicht nur das geochemische Verhalten der beiden Elemente verantwortlich sondern auch eine Abnahme der Arsengehalte in den Erz g ngen zu den oberen Sohlen hin SDAG WismuT 1991 Uran ist in etwa gleichbleibenden Mengen in den G ngen vorhanden Da die Massenkonzentrationen von Ca Mg und Hydrogen karbonat nicht mehr ansteigen scheinen Calcit und Dolomit mit dem Grubenwasser im L sungsgleichgewicht zu sein 6 3 3 5 pH Wert I
314. orfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 133 NE HU 7 SW 7 ER Rohrtrum A a j F llort J Trum II 7 W EE mmm Schwenkb hnen grube A WW A I BR emm Trum IV Trum V Fahrtschacht A A Barum ei S b 0 1 2 3m C Betonausmauerung Pumpen Festgestein kammer e Tr gerlage Te Sumpf e e e E Abb 69 Vereinfachter Vertikal und Horizontalschnitt Schachtscheibe des Schachtes 371 II b Alle ande ren Sch chte haben prinzipiell den gleichen Schnitt auch die F ll rter gleichen sich untereinander Die Schachtscheibe ist gegen ber dem Vertikalschnitt im Ma stab 1 2 vergr ert nach Origi nalpl nen der SDAG Wismut 7 3 9 Schacht 372 b Urban 7 3 9 1 Vertikales Temperaturprofil Verglichen mit den Sch chten 366 Il b und 371 Il b fielen die Temperatur nderungen zwischen den einzelnen Messungen im Schacht 372 b in den 38 Wochen relativ gering aus Die Temperatur wurde von der Sohle 990 bis zur Sohle 1485 gemessen Wie die Abbildung zeigt Abb 70 kann der Schacht 372 b anhand der Temperaturmessungen in vier Bereiche geteilt werden Christian Wolkersdorfer 134 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks oberer Bereich mit kons
315. orstellung zur Stoffmobilisierung Einf hrung Geotechnische Annahmen berschlagsberechnungen Diskussion und Ergebnis Schlu folgerungen Literatur Verzeichnisse Abk rzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Lebenslauf Tabellen und Abbildungsanhang 150 154 159 159 159 162 165 166 168 182 182 183 183 193 194 Christian Wolkersdorfer 8 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 1 Vorwort 1 1 Einleitung Mit Vollendung der deutschen Einheit ist die Sowjetisch Deutsche Aktiengesellschaft SDAG Wis mut in den Besitz des Bundesministeriums f r Wirtschaft bergegangen Sie produzierte bis 1991 von wenigen Ausnahmen abgesehen KARLSCH 1993 ausschlie lich f r die Sowjetunion Uran MAGER amp VELS 1993 Damit wurde die gr te Altlast der neuen Bundesl nder mit einem ge sch tzten Sanierungsaufwand von 13 Milliarden DM BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1993 in die Verantwortung der Bundesrepublik Deutschland berf hrt Die Bew ltigung dieser Erblast aus 40j hriger DDR Vergangenheit gestaltet sich schwierig und langwierig so der ehemalige Bundesumweltminister Dr Klaus T pfer BUNDESUMWELTMINISTERIUM 1994 Hier handelt es sich um ein aufwendiges Gro projekt das in diesem Umfang bisher auf der Welt beispiellos ist Deshalb werden h chste Anforderungen an alle Beteiligten gestellt Altlastenermittlung Sanierungsplanung und Konz
316. owie kationisch und anionisch gebundenen Arsenspezies linke Kolonne im Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda Nr 2 25 01 93 366 Il b Nr 3 26 10 93 372 b Nr 4 26 10 93 371 Il b Nr 5 26 10 93 366 Il b Nr 6 15 03 94 366 Il b Nr 7 15 03 94 372 b Nr 8 01 12 94 366 II b Vgl Tab 41 111 Abb 55 Abh ngigkeit der Uraninits ttigung bei Eh Werten von 200 500 mV und pH Werten von 5 0 9 0 Berechnungsgrundlage ist die Wasseranalyse 502 vom 10 November 1994 Schacht 366 b m 331 112 Abb 56 Abh ngigkeit der Na Autunits ttigung bei Eh Werten von 200 500 mV und pH Werten von 5 0 9 0 Berechnungsgrundlage ist die Wasseranalyse 502 vom 10 November 1994 Schacht 366 b m 331 112 Abb 57 Abh ngigkeit der Skorodits ttigung bei Eh Werten von 200 500 mV und pH Werten von 5 0 9 0 Berechnungsgrundlage ist die Wasseranalyse 502 vom 10 November 1994 Schacht 366 b m 331 113 Abb 58 Schematische Darstellung des Lycopodium Versuchs und damit gekoppelter Themen zur Datengewinnung f r eine Str mungsmodellierung 116 Abb 59 Geometrische Verh ltnisse beim Lycopodium Versuch Nur die wichtigsten Sch chte 383 b Gesenk III 366 II b und Sohlenrisse 1260 1305 1395 1620 sind vereinfacht dargestellt Zur Einordnung in das gesamte Grubengeb ude vergleiche Abb 5 117 Abb 60 Installiertes Lycopodium Netz am Schacht 366 II b auf der Sohle 1260 H he des Holzrahmens etwa 50 cm
317. ozoikum gebildet zu letzteren geh ren die Mitteldeutsche Kristallin schwelle z B Odenwald Spessart und die Fichtelgebirgs Erzgebirgs Antikline Christian Wolkersdorfer 28 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Wu e NETES Zwickau 149 V Vorerzge Ge Spann N Pfisecnice N Deckgebirgsstockwerk Postkinematische Granitoide Pr Synkinematische Granitoide Staatsgrenze N ZA H heres Ordovizium bis Unterdevon Tieferes Ordovizium Kambrium 0 10 20 830 40 50km III Proterozoikum Abb 8 Strukturgeologische bersichtskarte des Erzgebirges z T ver ndert aus LORENZ amp Hor 1990 Im Nordwesten wird das Erzgebirge von der variscischen Molasse des Erzgebirgischen Beckens begrenzt und im Nordosten durch die Mittels chsische St rung PIETZSCH 1951 an die der Westrand der Elbtalzone und die S chsische Kreidesenke anschlie en Abb 8 S d stlich des Erzgebirges befindet sich getrennt durch den Erzgebirgsabbruch die B hmische Kreidesenke mit dem terti ren Eger Graben und im S dwesten mit unscharfem bergang schlie lich das Vogtland Dorn et al 1992 PIETZSCH 1962 Die h chsten Erhebungen sind auf b hmischem Gebiet der Keilberg Klinovec mit 1244mNN und auf s chsischem der Fichtelberg mit 1214 m NN PIETZSCH 1962 Das Gebirge ist
318. pen 165 S Mannheim B I Hochschultaschenb cher GOTTSCHALK V H amp BUEHLER HA 1912 Oxidation of Sulphides Econ Geol 7 15 34 3 Tab Lancaster GRAUPNER A 1928 29 Das phyllitische Kerngebiet des Ostth ringer Hauptsattels Beitr ge zur Geologie von Th ringen 2 82 105 113 144 8 Abb 2 Tab 1 Karte Erfurt Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 173 GRISAK G E amp PICKENS J F 1981 An analytical Solution for solute Transport through fractured Media with Matrix Diffusion Journal of Hydrology 52 47 57 7 Abb 1 Tab Amsterdam H HNE R 1992 Kontamination von Grund und Oberfl chenw ssern im Ronneburger Uranberg baugebiet Wasser Luft und Boden 24 26 4 Abb 1 Tab HAMANN M amp HAMANN S 1990 Der Uranerzbergbau der SDAG Wismut im Raum Schneeberg Aue Schlema und seine Mineralien I Zur Geschichte des Bergbaus im Westerzgebirge Mineralien Welt 2 35 42 Haltern HANZLIK J amp VYDRA J 1985 Liquidation of abandoned Mine Excavations by Flooding Procee dings 270 International Mine Water Congress Granada Spain 953 965 6 Abb 2 Tab Grananda Spanien HARLASS E amp SCH TZEL H 1965 Zur paragenetischen Stellung der Uranpechblende in den hy drothermalen Lagerst tten des westlichen Erzgebirges Z f angew Geol 569 582 20 Abb Berlin HECHT G 1974
319. piels weise am 6 Januar 1993 Deutlich zu erkennen ist allerdings da sich die beiden durch eine Sprungschicht voneinander getrennten Wasserk rper wenigstens 15 Monate lang nicht miteinander vermischten Gleichzeitig bewegten sich die Temperaturunterschiede innerhalb der vertikalen Wassers ule des Sumpfwas Christian Wolkersdorfer 130 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks serk rpers oder Schachtwasserk rpers im Bereich von 1 K was auf deren gute konvektive Durch mischung hindeutet Temperaturverlauf 366 Il b 37 0 p 36 0 35 0 34 0 33 0 Temperatur C 32 0 31 0 30 0 29 0 Abb 65 Temperaturverlauf im Schacht 366 Il b zwischen 29 Juni 1992 und 28 September 1993 Jede Linie entspricht dem Temperaturverlauf in einer bestimmten Teufe Temperaturverlauf im Sumpf wasserk rper gestrichelt Die Dreiecke geben den Tag der Messung an Ob sich die Temperaturen im Sumpfwasserk rper und Schachtwasserk rper mittlerweile angegli chen haben l t sich nicht mehr feststellen da mit der berflutung der Sohle 990 ab Mai 1994 keine Me m glichkeit mehr bestand Die letzte Temperaturmessung der DFA C amp E vom 25 Mai 1994 wurde bei 760 m NN zwischen den Sohlen 1080 und 1125 abgebrochen 7 3 7 Schacht 371 7 3 7 1 Vertikales Temperaturprofil Im Schacht 371 konnte am 28 29 11 94 nur bis wenige Meter unter die Sohle 990 gemessen wer den Es hat den Anschein als w
320. plications to sedimentary ore deposits Geochimica et Cosmochimica Acta 6 547 569 23 Abb 3 Tab Oxford New York Paris Frankfurt LAPAKKO K 1990 Solid Phase characterisation in conjunction with Dissolution Experiments for prediction of Drainage Quality In DoyYLE F M Mining and Mineral Processing Wastes 81 86 2 Abb Proceedings of the Western Regional Symposium on Mining amp Mineral Processing Wastes LAPAKKO K A amp N WessELs J 1995 Release of Acid from Hydrothermal Quartz Carbonate hosted Gold Mine Tailings Proceedings of Sudbury 95 Mining and the Environment I 139 148 3 Abb 1 Tab Sudbury Ontarion Canada LEUTWEIN F 1957 Alter und paragenetische Stellung der Pechblende erzgebirgischer Lagerst t ten Geologie 6 797 805 1 Abb 2 Tab Berlin LEUTWEIN F amp WEISE L 1962 Hydrogeochemische Untersuchungen an erzgebirgischen Gru ben und Oberfl chenw ssern Geochimica et Cosmochimica Acta 26 1333 1348 2 Abb 13 Tab Oxford New York Paris Frankfurt LOPATKINA A P 1964 Characteristics of migration of uranium in the natural waters of humid regions and their use in the determination of the geochemical background for uranium Geochemistry International 4 6 465 471 LORENZ W 1979 Lithostratigraphie Lithologie und Lithofazies metamorpher Komplexe Z geol Wiss 7 405 418 3 Abb 2 Tab Berlin LORENZ W amp HOT
321. r Geschwindigkeit angesehen werden mit der das Wasser im Schacht st mt Die Anstiegsgeschwindigkeit des Wasserspiegels durch das Zuflie en von Sickerw ssern ist im Vergleich zu den obigen Geschwindigkeiten vernachl ssigbar gering W hend des Anstiegs in den Sch chten betr gt sie etwa 12 cm Hl beim berfluten einer Sohle 0 5 cm h Wie der Vergleich obiger Str mungsgeschwindigkeiten 3 m min 13 m min mit der Geschwin digkeit der Sporen im Triftversuch zeigt 0 01 m min stellt die im Kapitel 7 2 5 ermittelte Str mungsgeschwindigkeit einen Minimalwert dar Unter Zugrundelegung einer Geschwindigkeit von 3 13 m min d rften die Sporen bereits nach weniger als einem Tag zwischen Aufgabestelle und Entnahmestelle gestr mt sein 7 6 Die Flutung des Bergwerks Niederschlema Alberoda 7 6 1 Literaturrecherche Im Hinblick auf eine Vorhersage der hydrogeochemischen und hydrodynamischen Entwicklung des Bergwerks Niederschlema Alberoda fand eine Literaturrecherche statt Gleichzeitig sollte die Re cherche Methoden aufzeigen mit deren Hilfe der Schadstoffaustrag durch das Flutungswasser auf geringstm glichem Niveau gehalten werden kann Bedauerlicherweise enthalten von diesen Arbeiten z B ACKMAN amp RICHARD 1991 OLEM 1991 PFEUFER 1991 SINGH et al 1985 ROGOZ amp PosYLEk 1982 KESSER et al 1982 nur wenige einen Hinweis der auf Niederschlema Alberoda anwendbar w re was vermutlich auf die Geheimhaltung im Bergba
322. r die Erzf hrung vorteilhaft sind SCHTSCHUROW amp TIMOFEJEW 1966 JANI SCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 Daneben haben sich vor allem unterhalb der Sohle 990 Kreuzungspunkte von G ngen Erzknoten als Erzanreicherungen herausgestellt LANGE et al 1991 JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 haben zusammengestellt welche Gangtypen in den pro duktiven Gesteinen zu welchem Anteil an der Erzf hrung beteiligt sind Apophysen 29 Gangkreuze 20 Gangauftr mmerung 17 Diagonaltr mer 16 mehrfach komplizierte G nge 8 flach einfallende St rungen 6 einfache G nge 4 Besonders reiche Erzvorkommen finden sich dort wo produktive Gesteine und potentiell erzreiche Gangsysteme gemeinsam vorkommen JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 Unproduktive Ge steine enthalten dann Uranvererzungen wenn bestimmte tektonische Strukturen vorhanden sind 4 7 Hydrologische und hydrogeologische Verh ltnisse 4 7 1 Heutige Situation ber die hydrogeologischen Verh ltnisse im Umfeld der Lagerst tte Niederschlema Alberoda sind keine neueren Ver ffentlichungen vorhanden Es mu daher zur Beschreibung der hydrogeologi schen Verh ltnisse gr tenteils auf die von der Wismut erstellte Projektskizze zur Prognose der Flutung SDAG WisMUT 1991 zur ckgegriffen werden In den metamorphen und plutonischen Gesteinen sind haupts chlich Kl fte St rungen Erzg nge und Spalten potentielle Bewegungsbahnen des Grundwassers W hrend des Ab
323. r obere Schacht wasserk rper relativ schnell ab und nimmt nur langsam die Temperatur des unteren Schachtwas serk rpers an Hinzu kommt da selbst bei angenommener vollst ndiger Angleichung von Sicker wasser ca 20 C und Grubenwassertemperatur ca 40 C infolge der unterschiedlichen Ge samtmineralisation 1 g L zu 3 g EN ein Dichteunterschied besteht der eine vollst ndige Durch mischung unterbindet Dar ber hinaus verhindern das Str mungsfeld im geschlossenen Kreislauf des unteren Schachtwasserk rpers und die Schachtgeometrie vermutlich eine Vermischung mit dem oberen Schachtwasserk rper Sobald sich zwischen dem unteren und oberen Schachtwas serk rper au erdem eine Zwischenschicht bestimmter M chtigkeit Z v g o p2 ausgebildet hat ist eine gegenseitige Beeinflussung nahezu ausgeschlossen KRANAWETTREISER 1989 Im geschlossenen Kreislauf variieren Temperatur sowie Str mungsgeschwindigkeit kontinuierlich wobei bestimmte kritische Bedingungen zur Umkehrung der Str mungsrichtung f hren k nnen die nach einer gewissen Zeit eine erneute Umkehrung erfahren kann BAU amp TORRANCE 1981b In Experimenten konnten DAMERELL amp SCHOENHALS zitiert aus BAU amp TORRANCE 1981a GEBHART et al 1988 eine kontinuierliche Wiederholung der oszillierenden Wasserbewegung f r symmetrisch erw rmte geschlossene Kreisl ufe nachweisen Stufe IV Abb 92d Stufe IV unterscheidet sich insofern von Stufe Il als die Verbindung bei
324. rath Jandel Scientific GmbH JANISCHEWSKIJ E M amp KONSTANTINOW W M 1962 Der Einflu tektonischer und lithologischer Faktoren auf die Uranvererzung im Erzgebirge Z f angew Geol 8 124 128 5 Abb Berlin JENS U 1991 Gesetz zu dem Abkommen vom 16 Mai 1991 zwischen der Regierung der Bun desrepublik Deutschland und der Regierung der Union der Sozialistischen Sowjetrepubliken ber die Beendigung der T tigkeit der Sowjetisch Deutschen Aktiengesellschaft Wismut Rede des Bundestagsabgeordneten Dr Uwe Jens Verhandlungen des Deutschen Bun destages Stenographische Berichte 12 4288 Bonn JURJOVEC J BLowes D W amp PTACEK C J 1995 Acid Neutralization in Mill Tailings and the Effect of Natrojarosite Addition Proceedings of Sudbury 95 Mining and the Environment l 29 38 5 Abb 1 Tab Sudbury Ontarion Canada JusT G 1980 Die Bestimmung von Thorium Uran und Kalium in Magmatiten als Beitrag zur petrophysikalisch petrochemischen Interpretation regionaler geophysikalischer Arbeiten Z geol Wiss 5 525 536 Abb Tab Berlin JusT G 1992 Distribution of radioactive elements and heat production in the Erzgebirge Geo phys Ver ff Univ Leipzig 4 93 101 6 Abb 5 Tab Berlin K ss W 1991 Moderne Methoden der hydrologischen Markierungstechnik Wasserkalender 24 49 KAISER R E amp GOTTSCHALK G 1976 Elementare Tests zur Beurteilung vo
325. rch ihre Analysen zeigen da die Isotopenverteilung von Uran und Thorium im Wasser nicht der des Uraninits ent spricht soll zur konservativen Absch tzung der Temperaturerh hung im Flutungswasser von einer gleichm igen Isotopenfreisetzung ausgegangen werden Dies bedeutet da bei 36 10 m Flu tungswasser und 6 mg Uran Erwartungswert f r das Flutungsende pro Liter Flutungswasser runde 230 000 a notwendig w ren um eine Temperaturerh hung von 1 K hervorzurufen Tab 47 Spezifische W rmeerzeugungsraten und relative H ufigkeiten von 8U 5U Th 4K BASALTIC VOLCANISM STUDY PROJECT 1981 zitiert aus SEIM amp TISCHENDORF 1990 Einheit U U 232Th K Spezifische W rmeproduktion A uW kg 94 579 26 30 2 relative H ufigkeit 99 276 0 720 100 0 0 01167 Tab 48 Spezifische Aktivit t in Bq kg von ausgew hlten Radionukliden im Feingut von Halden unter schiedlicher Standzeit ZETZSCHE 1994 Alle drei Halden befinden sich im Bereich des Umweltka tasters Niederschlema Alberoda Halde Nr Standzeit SH U 2327h GE Ra 10pp er 208 1949 130 50 SEN 55 12 880 180 245 50 200 70 41 9 296 1952 250 70 11 3 40 10 910 190 690 140 350 120 68 15 371 1959 520 100 24 5 52 12 1000 210 670 130 530 150 27 7 Christian Wolkersdorfer 124 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 7 3 2 Messungen und Auswerteverfahren Mit den detaillierten noch andauernden Temperaturmessungen sollen E
326. rea Arizona Water Resources Investigations Report WRI 88 4220 577 579 Abb Reston VA United States NORDSTROM D K 1977 Hydrogeochemical and microbiological factors affecting the heavy metal chemistry of an acid mine drainage system 230 S United States Degree Doctoral NORDSTROM D K amp ALPERS C N 1995 Remedial Investigation Decisions and Geochemical Consequences at Iron Mountain Mine California Proceedings of Sudbury 95 Mining and the Environment Il 633 642 2 Abb 1 Tab Sudbury Ontarion Canada NORDSTROM D K BALL J W DONAHOE R J amp WHITTEMORE D 1989 Groundwater chemistry and water rock interactions at Stripa Geochimica et Cosmochimica Acta 53 1727 1740 16 Abb 2 Tab Menlo Park CA United States NORDSTROM D K OLSSON T CARLSSON L amp FRITZ P 1989 Introduction to the hydrogeoche mical investigations within the International Stripa Project Geochimica et Cosmochimica Acta 53 1717 1726 Abb 8 Tab Menlo Park CA United States NORDSTROM D K PLUMMER N L LANGMUIR D BUSENBERG E May H M Jones B F amp PARKHURST D L 1990 Revised Chemical Equilibrium Data for Major Water Mineral Re actions and their Limitations American Chemical Society Symposium Series Chemical Modeling of Aqueous Systems Il 416 398 413 2 Tab Washington NORDSTROM D K PLUMMER LN WIGLEY T M L WOLERY T J BALL J W JENNE
327. rechnet und daraus die oberen bzw unteren Grenzen von Go und Q c bestimmt Die zu testende Variable Z ist zax 23 S Die Ergebnisse sind grafisch im log As Ca U Diagramm Abb 24 und der Tabelle Tab 32 zu sammengefa t Im log As Ca U Diagramm l t sich der Bereich zwischen Q 0 10 und Q 0 05 im schraffierten Bereich erkennen Er stellt den bergangsbereich von Sickerw ssern zum Gruben wasser dar Tab 32 Berechnungsergebnisse der lagerst ttenspezifischen Grenzkennzahlen Q a und Q a zur Un terscheidung von Sickerw ssern und Grubenwasser Wert Transformation x S n Grenze Q 0 10 Q 0 05 91 G log g 2 5 0 2616 0 0714 261 oben 0 25 0 11 Er log q2 0 3056 0 0696 214 oben 2 48 2 63 EIN ooto 2 5 0 4427 0 0395 203 unten 0 03 0 11 q2 l S log q2 0 4870 0 0549 102 unten 2 61 2 49 6 3 2 Statistische Methoden 6 3 2 1 Einf hrung Die Analysenergebnisse wurden jeweils getrennt f r Sickerw sser Typ S Grubenwasser Typ G und Intermedi re W sser Typ I mit statistischen Methoden untersucht Ziel der Untersuchungen ist es die jeweiligen Wassertypen mit statistischen Methoden zu beschreiben und deren grafische Zuordnung statistisch zu untermauern S mtliche statistische Untersuchungen erfolgten auf einem 80486DX2 Prozessor mit Hilfe des Programms SigmasStat f r Windows die grafische Darstellung mit dem Grafikprogramm SigmaPlot f r Windows JANDEL SCIENTIFIC 1994b 1994a Als Datenbankprogramm kamen
328. ren zu erhalten mu der Sporenbrei mit dem Farbstoff ein bis zwei Stunden bei maximal 90 C gekocht werden Am Ende werden dem Brei unter R hren 10 mL Formaldehyd zugegeben die ein Schimmeln der Sporen verhindern sollen Der Topf bleibt ein bis zwei Tage zum Abk hlen mit geschlossenem Deckel stehen Anschlie end werden die Sporen gewaschen indem sie mittels einer Vakuumpumpe und ausreichenden Mengen destilliertem Wasser gefiltert werden Die gewaschenen Sporen kommen bei maximal 70 C ca 3 Tage lang in den Trockenschrank und werden im Anschlu gesiebt um Verunreinigungen K fer und Pflanzenbestandteile von den Sporen abzutrennen 0 125 mm Sieb nach DIN 4188 blicherweise bleiben nach dem Sieben etwa 90 der urspr nglichen Sporenmenge zur ck der Rest sind Verunreinigungen und zusammengeklebte Sporen Am 11 Mai 1992 wurden dem Flutungswasser ber das Rohrleitungssystem 904 g bismarckbrau ne Sporen 49 5 n 2 61 10 und am 12 Mai 1992 nochmals 924 g fuchsinfarbene Sporen 50 5 n 2 67 10 an der Pumpenstation 296 II der Sohle 996 aufgegeben Zu diesem Zeit punkt stand das Flutungswasser auf dem Niveau der Zwischensohle 1312 Wasserstand 967 6 m NN Volumen ca 3 3 10 m W hrend die bismarckbraunen Sporen auf der Sohle 1620 nahe der SKW Station Schraubenkaltwasserstation am Schacht 383 b zugef hrt wurden gelang ten die fuchsinfarbenen ber die Sohle 1395 am Gesenk IIl in das Flutungswasser Abb 59 Um
329. ressi onsgeraden von d bez glich q4 Es zeigte sich da die Histogramme von q4 und q2 jeweils zwei Maxima aufweisen die sich einer Lognormalverteilung zuordnen lassen Das wertem ig kleinere Maxima geh rt jeweils den Me stellen des Typs G an m 308 m 323 m 324 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 505 m 507 m 509 m 510 das gr ere denen des Typs S oder m 107 m 315 m 316 Christian Wolkersdorfer 74 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks m 318 m 320 m 325 m 501 m 503 m 504 m 506 w 68 w 92 Offensichtlich existieren bestimmte q und q2 die es erlauben W sser des Typs G von denen der Typen S und zu unterscheiden Dieses q soll als lagerst ttenspezifische Grenzkennzahl Q und bei einer statisti schen Sicherheit von o als Oto bezeichnet werden Abh ngig von der Betrachtungsweise ist Oto somit die Kennzahl bis zu der S 1 a aller q den Charakter eines Grubenwassers oder den eines Sickerwassers besitzen Im log As Ca U Diagramm Abb 24 sind nur die oberen Grenzkennzahlen Oo und Q gt a des Grubenwassers dargestellt da nur die Abgrenzung von Grubenwasser gegen die Sickerw sser interessierte Wie an anderer Stelle gezeigt werden konnte WOLKERSDORFER 1993 sind die Grenzkennzahlen f r zwei unterschiedliche Lagerst tten nicht identisch so da die Bezeichnung lagerst ttenspezifische Grenzkennzahl berechtigt erscheint Folgende Null und Gegenhypothesen sollen da
330. rh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 100 90 80 70 60 4 50 40 Speziesverteilung 30 20 10 4 Abb 52 Verteilung der Uranspezies im Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda in Abh n gigkeit von den gemessenen pH Werten Eh Wert etwa 300 mV 70 Datenpaare 100 Speziesverteilung Abb 53 Verteilung der Arsenspezies im Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda in Abh n gigkeit von den gemessenen pH Werten Eh Wert etwa 300 mV 131 Datenpaare Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 111 Tab 41 Verh ltnis von Arsen IIl zu Arsen V und von kolloidal sowie kationisch und anionisch gebundenen Arsenspezies im Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda Die Abweichung der 1 Analyse gegen ber den folgenden beruht auf Einfl ssen durch Matrixeffekte die vom Institut f r Anorganische und Analytische Chemie der TU Clausthal erst bei der nachfolgenden Analyse 2 be herrscht wurden Arsen mit Perklin Elmer Hybrid AAS Uran mit Dr Lange Photometer CADAS 50 Kolloide mit Ultrafilter Amicon 500 D Kationen Anionenaustauscher Dowex III IV Nr Datum Schacht Asges As As Arsen Arsen Arsen pH Eh mal kolloidal anionisch kationisch mV 1 07 12 92 366 II b 1 204 50 2 49 8 vorhanden gt kationisch lt anionisch 7 1 n b 2 25 01 93 366 II
331. rhard Reik PhD der mir diese Arbeit erm glichte und stets zu Diskussionen bereit stand Herrn Univ Prof Wolfgang van Berk danke ich f r die freundliche bernahme des Korreferats und seine fachliche Unterst t zung bei chemischen Fragestellungen Gr ter Dank jedoch geb hrt Ulrike Ihrer Aufmerksamkeit bei einem Kundengespr ch in Chemnitz verdanke ich den ersten Kontakt zur SDAG Wismut im Dezember 1990 Weiterhin m chte ich folgenden Einzelpersonen und Institutionen danken die zum Gelingen meiner Arbeit einen mehr oder weniger gro en Beitrag geleistet haben Wismut GmbH Dipl Ing Udo Wirth zur Osten Kathrin Huth LUT Jena Dr K Nindel Dipl Geol Jan Richter Dipl Geol Ulli Hiller Kai Wagner Mitarbeiter der Bayerischen Vereinsbank Chemnitz Dr Thomas R ckwald Dr Kathrin Stein Dr Melanie Rieckhoff Frau Hanna Brouwer Mitarbeiter und Kollegen des Instituts f r Geologie und Pal ontologie Dipl Geol Helmut Fetzer Bibliothek der TU Clausthal Klaus Schl ter LogIn GmbH Dr Gerhard Lange Dipl Geol Wolfgang B der Siegfried Fa mann Dipl Ing Adam Jereczek Dipl Chem Volker G bner Familie Zier Dipl Ing geol Irena Trebu ak Prof Miran Veseli Dason Prof Yuri Schukolyukov Dr Janine Teuppenhayn Dipl Ing oec Ramona Olschewski Georg Heindl Herbert Zerbe Institut Fresenius Ponce Nguema Finanzielle und ideelle Unterst tzung wurden gew hrt von der Deutschen Forschungsgemein schaft Bonn Re 920
332. rkenntnisse zur Hydrody namik des Wasser im Grubengeb ude gewonnen werden Die Ergebnisse sind zusammen mit denen der Kapitel Weitere physikochemische Messungen Kapitel 7 4 Str mungsgeschwindig keit Kapitel 7 5 und Die Flutung des Bergwerks Niederschlema Alberoda Kapitel 7 6 in die Diskussion der Ergebnisse Kapitel 7 7 eingeflossen Dort wird eine Modellvorstellung zum Flu tungsablauf im Bergwerk Niederschlema Alberoda entwickelt Anfang Juni 1992 hat der Autor der Wismut GmbH ein Konzept vorgelegt um im Flutungswasser durch Druck Temperatur Redoxpotential Leitf higkeits und pH Wert Messungen ein kontinu ierliches Monitoring des Flutungsverlaufs zu gew hrleisten Tab 49 Ziel dieser physikochemi schen Messungen ist es die hydrogeochemischen thermischen und hydrodynamischen Prozesse bei der Flutung des Bergwerks Niederschlema Alberoda zu kl ren und aufzuzeichnen Gesamtziel Tab 49 M gliche Fragestellungen die durch die Messung der physi e berpr fung des Modells durch wirklich eingetroffenen Ver nderungen kochemischen Parameter im Bergwerk Niederschlema Al beroda gekl rt werden k n e Aufbau des Str mungsverhaltens w hrend der berflutung einer Sohle nen e Zunahme Abnahme gel ster lonen e _Konvektion Diffusion Turbulenzen e e Temperatur Leitf higkeit Temperaturschichtung im Bergwerk Stoff und W rmetransport in den Sch chten und Strecken Druck e Brechen von D mmen e B
333. rn der obersten 15 cm einen pH Wert von 2 5 Vorteilhaft f r die erfolgreiche Anlage von Flutungsteichen ist die r umliche N he karbonatreicher Gesteine an denen sich das Wasser mit Karbonaten anreichern kann GARGA et al 1983 Trotz der unterschiedlichsten Fragestellungen mit denen sich die Literatur ber Bergwerksflutun gen befa t sind ihnen einige Forderungen f r die Vorhersage des Wiederanstiegs gemeinsam e genaue Kenntnis der hydrogeologischen Verh ltnisse e Absch tzung der Wassermenge die durch das Grubengeb ude flie t e Untersuchung der geologischen und geochemischen Situation Die interessanteste Arbeit zur Flutung von Bergwerken deren Ergebnisse zum Teil auf Nieder schlema Alberoda bertragbar sind stammt von FERNANDEZ RUBIO et al 1987 Sie stellen unter schiedliche M glichkeiten vor mit denen saure Grubenw sser im Rahmen der hydrogeochemi schen Verh ltnisse vermieden werden k nnen Ausgangspunkt ihrer Vorschl ge und berlegungen ist die Tatsache da die Pyritoxidation durch den Sauerstoff der Grubenwetter hervorgerufen wird und sich durch kontrolliertes Fluten verringern l t Barrierebauwerke wie sie f r Niederschlema Alberoda bereits zu einem fr heren Zeitpunkt vorgeschlagen wurden WOLKERSDORFER 1992 tragen dar berhinaus dazu bei den Schadstoffaustrag zu minimieren 7 6 2 Wesentliche Flutungsmethoden und deren Resultate Die Flutung eines Bergwerks dient unterschiedlichen Zielen Sie soll verhi
334. rogeologische Situation des Erzgebirges vor Beginn des Bergaus bertragbar ohne Ma stab FIX Kluft mit Uranmineralisation st ndig mineralisiertes Grundwasser Sickerw sser im Vererzungsbereich zeitweilig mineralisiertes Gundwasser Sickerw sser im erzfreien Gestein Grundwasserflie richtung v Grundwasserspiegel Kee Quelle Abb 16 Schematische Schnitte einer Uranvererzung in den Kendyktas Bergen Tien Shan Gebirge Kirgisien w hrend oben und nach einem Niederschlag unten ver ndert nach GERMANOV et al 1958 Im Verlauf eines Niederschlagsereignisses dringt Wasser l ngs der vererzten St rungen in das Gebirge ein und erh ht die Schadstoffgehalte im Grundwasserabstrom Nach Ende des Niederschlags flie t die Schadstofffront mit dem Grundwasser der Quelle zu wo es zur zeitlich versetzten Erh hung der austretenden Wasserinhaltsstoffe kommt Zeitweilig mineralisiertes Grundwasser bedeutet da gelegentlich eine ber dem Durchschnitt liegende Schadstofffracht transportiert wird Christian Wolkersdorfer 50 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Tab 15 Radioaktivit ten von W ssern im Markus Semmler Stollen nach Aktivit ten geordnet SCHIFFNER A WEIDIG 1909 SCHIFFNER et al 1911 GENSER 1932 Institut FRESENIUS H ZERBE pers Mitt hat Ende der 30er Jahre in der Hindenburgquelle 246 500 Bq L bestimmt Me jahr Me ort Radio
335. rschlema Alberoda bereits be lanthinit LUO OH schrieben wurde Masuyit LUO OH 2 H gt O Schoepit LUO OH 2 H gt O Uranosph rit LUO OH BIOOH Vandenbrandeit 6 UO OH Cu OH z Vandendtriesscheit 8 UO2 OH 2 Pb OH 2 4H20 W lsendorfit 6 UO2 OH 2 3 Pb Ca O 100 Eh Wert mV Abb 12 Schematische Darstellung der Eh pH Verh ltnisse bei der Bildung der Haupterzfor mationen Zyklus I II f r 100 C 203 kPa ver ndert nach TISCHENDORF amp a S UNGETH M 1968 pH Wert Eine Besonderheit der Lagerst tte Niederschlema Alberoda ist eine ungew hnlich hohe As Anreicherung die zwischen den Sohlen 1305 und 1710 im Liegenden einer St rungszone Union angetroffen wurde Erzknoten 191 Die dortigen Gehalte von 3 8 5 0 Massenprozent im Erz und 0 9 1 6 Massenprozent im Christian Wolkersdorfer 44 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Nebengestein k nnen nicht als repr sentativ f r den gesamten Bereich unterhalb der Sohle 1305 angesehen werden Der Gro teil aller Arsenminerale in der BiCoNi Formation wurde aus der kolloiden Hydrothermal l sung zuerst als Gel ausgeschieden das in einem nachfolgenden Proze der Sammelkristallisa tion unterlag In der ags Formation kam es da gen gend S Jonen zur Verf gung standen zur Bil dung von Sulfarseniden aus der molekularen Hydrothermall sung HARLASS amp SCH TZEL 1965 4 6 2 3 Andere Ele
336. rschlema Alberoda getrennt f r W sser der Typen l G S Standardabweichungen wurde nur f r n 2 3 angegeben Bei n 1 entspricht der Wert in der Spalte x dem Me wert CSB Chemischer Sauerstoffbedarf TOC Total Organic Carbon Anzahl der De zimalstellen wurde so gew hlt da der kleinste der drei Werte noch wenigstens eine g ltige Stelle hat minimal jedoch zwei Stellen Tab 28 Parameter Einheit Temperatur C Leitf higkeit mS cm Eh Wert mV pH Wert Filterr ckstand mg L4 Abdampfr ckstand mol CSB mg L TOC mg L Ca mat Mg mat Na mg K mg Fe gesamt mg L4 Fe mat Fe mat Mn gesamt mg L4 NH4 mg Sri mat so mat ei mg L HCO mg L NO3 mg L NO mg L CO mat PO mat F mg L Gesamth rte d Karbonath rte d Nichtkarbonath rte d O2 mg L H2S mg L Ag mg Lt Al mg L As mg Lt B mg Lt Ba mg L Be mg Lt Bi mg L Cd mg L Co mg L Cr mg Lt Cs mg Lt Cu mg L H2SiO3 mg L4 Hg mg L Li mg L Mo mg L Ni mg L Pb mg L Ra mBq L Sb mg L1 Se mg L4 U mg L1 V mg L1 Zn mg L1 n 104 140 8 166 98 74 4 75 75 49 36 53 5 4 13 2 8 150 156 74 143 14 12 154 41 36 74 21 180 e gt Na N gt WU Typ S X 16 96 1 06 404 13 7 78 21 23 732 54 0 93 120 08 57 18 30 63 4 36 0 10 0 02 0 04 0 26 0 07 0 99 354 03 37 68 187 65 9 18 20 62 0 14 0 68 30 24 8 53 19 54 10 50 0 21 0 13 0 04 0 039 0 04 0 07 0 012 0 01 0 003 0 0
337. rt Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft CARUCCIO F T GEIDEL G amp PELLETIER A 1980 The Assessment of a Stratum s capability to produce acidic drainage In Symposium on Surface Mining Hydrology Sedimentology and Reclamation 437 443 5 Abb Lexington University of Kentucky C amp E CONSULTING UND ENGINEERING GMBH 1994 Abschlu bericht Teilleistung 6 2 ber die Auswahl Installation und Inbetriebnahme von Me systemen zur Flutungskontrolle und Durchf hrung zus tzlicher Kontrollmessungen 14S 5 Tab 54 Anl Chemnitz Unver ffentlichter Bericht zum Auftrag 1 3 1 8996 938 93 CHARPENTIER J F von 1778 Mineralogische Geographie der Churs chsischen Lande 432 S Leipzig Crusius CHERVET J amp COULOMB R 1958 Geochemical behavior of uranium in the alteration cycle Proceedings II Intern Conf Peaceful Uses Atomic Energy 2 199 203 CHILINGAR G V 1956 Durov s Classification of Natural Waters and Chemical Composition of At mospheric Precipitation in USSR A Review Trans Amer Geophys Union 37 193 196 3 Abb 1 Tab Washington DC DAENEKE A B SSER 1991 Konzeption zur Sanierung und Wiederurbarmachung im Uranerzberg baugebiet Ronneburg In STRAHLENMESSSTELLE GAMMA m KATALYSE INSTITUT K LN BUNTSTIFT F DERATION DER GR N NAHEN LANDESSTIFTUNGEN UND BILDUNGSWERKE Der Uranbergbau in der DDR und seine Folgen 2 Aufl 61 64 S K ln Strahlenme s
338. rung und dem dar ber zu verhindern 157 Abb 94 Prinzipdarstellung der Wasserwegsamkeiten in einem Bergwerk Saigerri 160 Abb 95 Schematische Darstellung der Reaktionszonen bei L sungsprozessen an einer Gesteinsmatrix c und Co entsprechen den relativen Konzentrationen c 1 0 und co 0 0 eines Stoffs dw Diffusionsschicht im Wasser h Reaktionssaum im Gestein 162 Abb 96 Prozentualer Anteil der Kluftfl chen A von der wirksamen Gesamtfl che A in Abh ngigkeit von der Kluftziffer x und der Tiefe der Auflockerungszone lh Kluftfl chen aus Gleichung 64 Auffahrungsinnenfl chen aus Gleichung 62 164 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 189 11 3 Tabellenverzeichnis Tabellenlegende Seitenzahl Tab 1 L ngerlebige Radionuklide der Uran Radium Zerfallsreihe aus GANS 1978 15 Tab 2 Durchgef hrte Sanierungsarbeiten im Betriebsteil Schlema Alberoda bis Ende 1993 WisMmUT GmbH 1994a 17 Tab 3 Offener Hohlraum der Bergwerke Niederschlema Alberoda und Oberschlema nach verschiedenen Quellen zwischen der Sohle 1800 und dem Niveau des Markus Semmler Stollens 25 Tab 4 Lithostratigraphische Einheiten des Erzgebirges c Konglomerate gf graphitf hrend gsf Glimmerschiefer k Karbonate mb Metabasite mc Metakonglomerate mg Metagrauwacken mugn Muskovitgneise ogn Orthogneise pgn Paragneise py alle pyritf hrend q Quarzite nach LORENZ amp HOT
339. s Ladungsnullpunktes zero point of charge bezeichnet F r FeOOH liegt er bei pH 7 8 und f r B MnO bei pH 7 2 STUMM amp MORGAN 1981 Eine weitere Ursache f r den R ckgang der Arsenmassenkonzentration im Grubenwasser k nnte ein Verd nnungseffekt sein Aus Betriebsunterlagen der SDAG Wismut 1991 ist bekannt da mit zunehmender Teufe der Arsengehalt im Gebirge zunahm Der ansteigende Grubenwasserspiegel gelangt daher in Bereiche mit geringeren Arsengehalten im Festgestein Demzufolge wird in den oberen Teilen des Grubenwasserk rpers weniger Arsen in L sung gehen Zu einem hnlichen Effekt kommt es wenn der Vorrat des mobilisierbaren Arsens aufgebraucht ist 6 3 3 11 Radium Die Radiumaktivit t im Grubenwasser stieg von Anfang 1991 bis Ende 1994 kontinuierlich an Abb 33 Sie lag anf nglich bei etwa 200 mBq L dem Wert der Sickerw sser und erreichte schlie lich 3000 4000 mBq L Auf welche Art die Radiumaktivit t kontrolliert wird oder welche Mineralphase das Radium freisetzt lies sich nicht mit Sicherheit herausfinden Weder die Korrelation mit anderen Parametern noch der Vergleich der Radiumaktivit t mit S ttigungskoeffizienten anderer Feststoffphasen ergaben eine L sung des Problems vgl Kapitel 6 4 5 BLAIR et al 1980 zeigen am Beispiel des Grundwassers im Abstrombereich von Bergehalden des Elliot Lake Districts Ontario Kanada da Radium tendenziell mit der Sulfatmassenkonzentration ansteigt Dies
340. schen den Stichproben wobei davon auszugehen ist da der Unterschied zwischen den Stichproben bei gro em Q signifikant ist Wenn P kleiner als 0 05 ist dann ist die Annahme eines signifikanten Un terschieds zwischen den beiden Stichproben mit weniger als 5 iger Wahrscheinlichkeit falsch Zur berpr fung der Einteilung in drei Wassertypen wurden die Parameter As U Ca Mg Na SO CI und HCO miteinander verglichen Bei Q gt 10 ist der Unterschied zwischen den Me stellen signifikant d h sie d rfen nicht in einem Wassertyp zusammengefa t werden w hrend bei Q lt 1 0 eine hnlichkeit nicht auszuschlie en ist Aus der Zuordnungstabelle Tab 57 l t sich ablesen da die Einteilung aufgrund grafischer Kriterien Tab 30 als statistisch abgesichert gelten kann 6 3 2 7 Korrelation PEARSON Product Moment Korrelation Ein Ma f r die lineare Abh ngigkeit zweier Variablen ist der Korrelationskoeffizient rp der sich aus der parametrischen Korrelation PEARSON Product Moment Korrelation ergibt Dazu wird die Kovarianz COM der Variablen gebildet und durch das Produkt der Standardabweichungen a sk dividiert YAMANE 1976 COV k 32 Sj Sk wobei 1 on COV D S 33 Die Werte von rp bewegen sich zwischen 1 und 1 wobei das Vorzeichen angibt ob eine nega tive oder positive Korrelation besteht JANDEL SCIENTIFIC 1994b Aus einem Korrelationskoeffizien ten von O0 l t sich schlie en da keine Korrel
341. sion leicht aus dem Mittelwert x und der Standardabweichung s errechenbar ist Sa dei SA x 30 i 1 Am Beispiel des Ca ist zu sehen da die Werte f r Sickerw sser weniger stark um den Mittelwert streuen als die der Grubenw sser 6 3 2 5 Nichtparametrische Varianzanalyse KRUSKAL WALLIS Test Es soll getestet werden ob die Wassertypen S I und G signifikant unterschiedlich voneinander sind oder ob Typ m glicherweise dem Typ S oder G angeh rt Dazu wird blicherweise die Vari anzanalyse oder ANOVA Analysis of Variance mit der folgenden Nullhypothese angewandt Davis 1986 JANDEL SCIENTIFIC 1994b Ho 44 4 Un Sobald wenigstens eine Varianz u sich signifikant von den anderen unterscheidet ist die Nullhy pothese zu verwerfen Bei nichtnormalverteilten Stichproben wird stattdessen die ANOVA des Ranges KRUSKAL WALLIS Test verwendet deren Testgr e H folgenderma en definiert ist Davis 1986 P N N 1 2 k N H ks Nk 31 mit N Dal und R DRK wobei R x der i te Rang der k ten Beprobung ist H gehorcht bei gro en Datenmengen ann hernd einer x Verteilung so da die kritischen Grenzen von H in Abh ngigkeit vom Freiheitsgrad v Kk 1 und der statistischen Sicherheit S 1 a Tabellen der x Verteilung entnommen werden k nnen F r die wichtigsten Parameter der Wasseranalysen von Niederschlema Alberoda sind alle Wahr scheinlichkeiten P der Nullhypothese lt 0 000
342. spezifischen Grenzkennzahlen Oo und Qla zur Unterscheidung von Sickerw ssern und Grubenwasser 75 Tab 33 Ergebnis der statistischen Auswertung einiger Hauptparameter mit dem KRUSKAL WALLIS Test nichtparametrische Varianzanalyse des Ranges Kritische Werte der x Verteilung mit den Sicherheiten a 0 01 0 05 und a 0 10 Freiheitsgrad v f r alle Auswertungen 2 78 Tab 34 S ureproduktionspotential APP Neutralisationspotential NP und Nettoneutralisationspotential Net NP von Gesteinen der Lagerst tte Niederschlema Alberoda nach den Formeln 37 bis 39 MgO CaO S SO und CO aus ZETZSCHE 1994 Mit gekennzeichnete Werte nach WILDNER 1995 pers Mitt APP NP und Net NP in g kg CaCO ud homogener Metadiabas Oberdevon td geb nderter Metadiabas Oberdevon sk Hornfels Kontaktmetamorphit ks l Alaun und Kieselschiefer Untere Graptolithenschiefer Silur ks k Ockerkalk Silur ds Dunkle Phyllite Gr fenthal Gruppe s Helle Phyllite Phycoden Folge qs Hauptquarzit Gr fenthal Gruppe G Granit Kb Kh Lamprophyr MgO und CaO wurden ihrem Verh ltnis und dem CO Gehalt entsprechend in MgCO und CaCO umgerechnet 95 Tab 35 Liste der ausgegebenen Berechnungsergebnisse des chemisch thermodynamischen Computermodells WATEQAF 103 Tab 36 Vollst ndige Liste der m glichen Eingabewerte f r das chemisch thermodynamische Computermodell WATEQAF 104 Tab 37 Minerale und Phasen die aufgrund ihrer S
343. ss than five weeks The physicochemical measurements indicate a stratification of the body of water with various levels of abundance where convection or diffusion are prevalent By comparing historical water analyses with those of today it is evident that there are no significant differences in the chemical properties of drainage water nowadays and the spring water of historical date which flowed or still flow into the rivulets of Schlemabach and Zwickauer Mulde In connection with recorded experience of floodings of a mine can be seen that in Niederschlema Alberoda the outflow of heavily contaminated water from the underground working into the environment can be avoided For this it is necessary to cut off the vertical water conductivity potential as far as possible by constructing dams between certain levels In the case of open vertical connections which cannot be fully hermetically closed off the drainage water will form a stratification on the top of the mine water so that no contaminated mine water enters the environment Resume Les hydrogeochimiques dans l eau d immersion d une mine d uranium Le gisement de Nieder schlema Alberoda Depuis 1991 l ancienne mine d uranium de Niederschlema Alberoda pres d Aue dans le Erzgebirge Monts Metalliferes inond e pour des raisons conomiques et de protection de l environnement C est ici qu entre 1945 et 1991 la soci t Wismut produisait peu pr s 81 000 tonnes d uranium pour
344. sser mehr Radium in das Wasser freigesetzt wird Umgekehrt wird beim Erreichen des S ttigungsgleichgewichts Radium in diesen Phasen diadoch gebunden und steht dem L sungsgleichgewicht nicht mehr zur Verf gung Mittels des PEARSON Korrelationskoeffizienten sollte gepr ft werden inwieweit zwischen der Radi umaktivit t und der S ttigung einzelner Phasen eine Beziehung besteht Dabei zeigte sich eine signifikante positive Korrelation mit Gips Ca SO 4 2H O Jarosit KFez OH e SO 2 Na Autunit Na2 UO2 PO4 lz 10 12 H20 und K Autunit K2 UO2 PO4 gt 10 12 H20 Wahrscheinlich wird die Radiumaktivit t von einer oder mehreren dieser Radium enthaltenden Phasen kontrolliert Um welche es sich dabei handelt l t sich wegen der starken Variabilit t der Radiumaktivit t ohne vertiefende Untersuchungen nicht sagen Anhand der Zusammenstellung von KUBACH amp WEIGEL 1977 kann davon ausgegangen werden da Radium ber die L sung des Autunits in das Flutungswasser freigesetzt wird Die Ergebnisse von BLAIR et al 1980 legen den Verdacht nahe da Gips eine entscheidende Rolle bei der Einstellung oder sogar Begrenzung der Radiumaktivit t hat vgl Kapitel 5 2 3 Christian Wolkersdorfer 114 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 6 5 Ergebnisse Die wichtigsten Einzelergebnisse der statistischen Untersuchungen sind die des KRUSKAL WALLIS Tab 33 und des Dunn Tests Tab 57 da sie die Unterscheidung v
345. sseroberfl che dargestellt als offener Kreislauf mit einem gleichtemperierten Reservoir und freier Konvektion c Anstieg in den Sch chten ber wenigstens zwei gefluteten Sohlen dargestellt als Kombination eines geschlossenen und eines offenen Kreislaufs mit zwei Reservoirs beide mit freier Konvektion d berflutung einer Sohle oberhalb von wenigstens zwei vollst ndig gefluteten Sohlen dargestellt als geschlossener Kreislauf und offener Kreislauf mit ei nem gleichtemperierten Reservoir beide mit freier Konvektion Aufheizungsrate Qu gt Q3 gt Q gt gt Q Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 157 mM IS l Grubenwasser Energieabf hrung Grubenwetter Er Energiezufuhr Gebirgstemperatur za WE vertikale Hermetisierung Abb 93 Beispiel der vertikalen Hermetisierung eines Grubengeb udes mit Druckausgleichsr hren f r die Zeit des Wasseranstiegs Die Druckausgleichsr hren m ssen nach berflutung der vertikalen Hermetisierung abgedichtet werden um den Wasseraustausch zwischen dem Wasserk rper unter der Hermetisierung und dem dar ber zu verhindern Stufe III Abb 92c In der Stufe III steigt das Wasser der Sch chte ber die geflutete Sohle hinaus an Lediglich das Wasser unterhalb der F ll rter ist miteinander verbunden nicht aber das in den Sch chten Wie sich bei den zahlreichen regelm igen Temperaturmessungen zeigte k hlt de
346. ssungen f hrte die Firma DFA Chemnitz im Auftrag der Wismut GmbH vom 15 3 93 19 3 93 30 3 93 6 4 93 7 3 94 25 3 94 und 21 11 94 2 12 94 durch DFA FERTIGUNGS UND ANLAGENBAU GESELLSCHAFT 1993 DFA FERTIGUNGS UND ANLAGENBAU GESELLSCHAFT 1994 C amp E CONSULTING UND ENGINEERING GmbH 1994 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 125 Tab 50 Zusammenstellung der Rahmendaten zu den Temperaturmessungen der TU Clausthal und Wismut GmbH in den Sch chten 366 Il b 371 Il b und 372 b Schacht Anfang Sumpf Me beginn Me ende Anzahl Temp min Temp max 366 II b Sohle 990 Sohle 1350 5 6 92 28 9 93 51 25 3 C 41 0 C 37111b Sohle 990 Sohle 1350 24 8 92 21 9 93 36 29 5 C 40 9 C 372 b Sohle 990 Sohle 1620 21 12 92 14 9 93 20 36 3 C 40 6 C Am 5 Juni 1992 begannen in der Wassers ule einiger Sch chte erste regelm ige Temperatur messungen vertikale Temperaturprofile Diese erreichten im Schacht 366 Ilb Teufen von 1030 m NN zwischen Sohle 1395 und 1350 im Schacht 371 II b 980 m NN zwischen Sohle 1350 und 1305 und im Schacht 372 b 1140 m NN unterhalb Sohle 1485 Das Me programm endete am 28 September 1993 nachdem sich die Sonde im Schacht 366 Il b in 142 00 m Was sertiefe 876 32 m NN an inad quat entsorgtem Aktenm ll verfangen hatte und nicht mehr gebor gen werden konnte Einzelheiten zu den selbst durchgef hrten Me programmen sind in der
347. st das Wasser des zusammenh ngenden Flutungswasserk rpers Bei der Stoffmobilisierung wird folgende Modellvorstellung zugrunde gelegt in den offenen Gru benbauen konnte feuchte sauerstoffhaltige Luft Grubenwetter w hrend der zur ckliegenden maximal 50 Jahre die Minerale an den freiliegenden Oberfl chen verwittern Dabei nimmt die Menge der oxidierten Mineralphasen in Abh ngigkeit von der Menge der Prim rminerale und dem Alter des Grubenbaues zu Das ansteigende Flutungswasser l st die oxidierten und nicht oxidierten Feststoffphasen wodurch es zur Erh hung der Massenkonzentrationen im Flutungs wasser kommt Da die Menge der verf gbaren Stoffe von der Kontaktzeit mit den Grubenwettern und dem Anreicherungsgrad im Gestein abh ngt werden die Massenkonzentrationen der gel sten Spezies im Grubenwasser w hrend des Flutungsverlaufs nicht konstant bleiben Zur Berechnung der chemisch thermodynamischen Verh ltnisse im Flutungswasser wurde das geochemische Computermodell WATEOAF Version 2 0 vom 30 10 91 mit dem Standarddaten satz eingesetzt Dieser thermodynamische Datensatz stellt eine Anzahl von Phasen Bereich eines Systems mit homogenen chemischen und physikalischen Eigenschaften und Reaktionen zur Ver f gung mit deren Hilfe sich unter anderem die Verteilung der chemischen Spezies Zustandsform eines Molek ls oder lons in einer L sung berechnen l t Christian Wolkersdorfer 20 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswass
348. ste disposal BLowes D W PTACEK C L FRIND E O JOHNSON R H ROBERTSON W D amp MoLSoN J W 1994 Acid Neutralization Reactions in inactive Mine Tailings Impoundments and their Effect on the Transport of dissolved Metals Proceedings International Land Reclamation and Mine Drainage Conferende Pittsburgh P A 4 Abb 1 Tab Pittsburgh B TTCHER J B DER W HAMANN M HAMANN S LINKERT K H LIPP U M LLER F ROCHHAUSEN D ROSENHAHN L SCHR DER B SCHUPPAN W amp SCHWARZE K H 1991 Seilfahrt Auf den Spuren des s chsischen Erzbergbaus In WISMUT AG 2 Aufl 153 S Haltern Doris Bode Verlag BOSECKER K 1980 Bakterielles Leaching Metallgewinnung mit Hilfe von Bakterien Metall 34 36 40 Berlin BREITHAUPT A 1849 Die Paragenesis der Mineralien Mineralogisch geognostisch und chemisch beleuchtet mit besonderer R cksicht auf Bergbau 276 S 1 Holzschn Taf Freiberg Engelhardt BRENDEL K BR CKNER G KNITZSCHKE G SCHWANDT A amp SPILKER M 1982 Montanhydrolo gische Aspekte zur Gew hrleistung der Bergbausicherheit beim Abbau zechsteinzeitlicher Lagerst tten Z geol Wiss 10 7 31 13 Abb Berlin Christian Wolkersdorfer 170 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks BRINKMANN R amp ZEIL W 1986 Abri der Geologie 2 Historische Geologie Erd und Lebens geschichte 13 Aufl
349. sti ve ine fizikalnokemi nih parametrov jamske vode bolj ali manj kontinuirano nara ale Konec 1994 se je pri tevilnih parametrih to nara anje upo asnilo ali ustavilo Vzrok tega je v zasi enosti vode ali pa v asovno omejeni ravnovesni reakciji Za ugotavljanje hidrodinami nih razmer v jamski vodi je bil izveden sledilni poizkus kot tudi tevilne meritve z globino spreminjajo ih se temperature prevodnosti pH in redoks potenciala Sledilni poizkus z lisi jakovimi sporami je pokazal popolno me anje jamske vode v manj kot petih tednih Iz rezultatov fizikalnokemi nih meritev je mogo e ugotoviti meenakomerno slojevitost vodnega telesa Prevladuje konvekcija ali difuzija Iz primerjave starej ih analiz vode z dana njimi je razvidno da ni kak nih pomembnih razlik v kemi ni sestavi dana njih pronicajo ih vod in vod nekdanjih izvirov ki so se oz se iztekajo v Schlemabach in v Zwickauer Mulde Primerjava z izku njami z zalivanjem jam opisanimi v literaturi ka e da se je v primeru rudnika Nieder schlema Alberoda izlivu vode mo no zasi ene s kodljivimi snovmi v okolje mogo e izogniti Pri tem je potrebno vertikalne vodne povezave kolikor je mogo e prepre iti tako se med obzorji ki jih je potrebno e dolo iti namestijo pregrade Nad odprtimi vertikalnimi povezavami ki jih ni mogo e popolnoma hermeti no zapreti bodo pronicajo e vode ostale nad jamsko vodo tako da kontaminirana jamska voda ne bo pri la v okolje
350. strenge Geheimhaltung der die Wismut unterlag mag sein da in dem Werk Grundri der Geologie der Deutschen Demokratischen Republik ZENTRALES GEOLOGISCHES INSTITUT 1968 unter dem Stichwort Uranvorkommen lediglich folgender Eintrag existiert In Th ringen sind an die zeitlich Zechstein 1 der Verfasser etwa quivalenten klastischen Sedimente Uranvorkommen gekn pft Anderenorts ohne einen Eintrag im Register steht da in gr erer Entfernung von Granit hydrothermale apomagmatische Lagerst tten auftreten vor allem Blei Zink Silber Erzg nge und Uran Erzg nge ZENTRALES GEOLOGISCHES INSTITUT 1968 S 255 In dem umfangreichen Werk Geologie von Th ringen gar existieren keinerlei Hinweise auf einen Uranabbau in der Umgebung von Ronneburg HOPPE amp SEIDEL 1974 Die Geologen der Wismut haben ein umfassendes geologisches Ri werk hinterlassen das f r die vorliegende Arbeit aus Geheimhaltungsgr nden nicht vollst ndig zur Verf gung stand Politische und volkswirtschaftliiche Gr nde erm glichten es den sowjetischen und deutschen Geologen nur teilweise ihre Detailkartierungen der wenigstens seit 1964 LORENZ A Hor 1990 bekannten lithostratigraphischen Gliederung des Erzgebirges anzupassen In den bereits publizierten lteren geologischen Querschnitten der Lagerst tte B TTCHER et al 1991 SCHR DER amp LiPP 1990a JANISCHEWSKIJ amp KONSTANTINOW 1962 LANGE et al 1991 B DER amp SCHUPP
351. t Name Formel Name Formel Allemontit Sb As Para Rammelsbergit Nies Annabergit Nis As04 2 8H20 Pharmakolith CaH As014 2H20 Arsen As Proustit AgsAsS Arsenolamprit a As Rammelsbergit NiAsa Arsenolith As203 Realgar As Sa Arsenopyrit FeAsS R lerit MgH As04 7H20 Atelestit Bi O0 OH AsO Safflorit CoAsz Auripigment Ae G Skorodit Fe AsO 8H 0 Chloantit NiAsz Skutterudit CoAs Cobaltin CoAsS Symplesit Fe AsQ4 l8H 0 Erythrin Co3 AsO 2 8H30 Tennantit CusAsS3 25 Lautit CuAsS Uranospinit Ca UO2 As04 2 10H20 L llingit FeAs2 Weilit CaH AsO Luzonit Cu3AsS4 Xanthokon AgsAsSsz Maucherit Ni lt sAS2 Zeunerit Cu UO3 AsO 10 16 10 H gt 0O Nickelin NiAs 4 6 3 Kontrollierende Faktoren der Vererzung Innerhalb des Bergwerks Niederschlema Alberoda ist das Vorkommen von Uranmineralisationen an bestimmte lithologische und tektonische Faktoren gekn pft Eine der Eigenschaften ist da die Vererzung bei Ann herung an den Auer Granit regelm ig zur ckgeht LANGE et al 1991 Zwar besteht ein r umlicher Zusammenhang zwischen der Vererzung und den Graniten des Younger Intrusive Complex eine genetische Beziehung hingegen l t sich schon aufgrund der unter schiedlichen Bildungsalter SHUKOLYUKOV et al 1990 LEUTWEIN 1957 nicht herleiten SOKOLOVA amp Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 45 ACHEYEV 1972 Die Darstellung von B DER amp SCHUPPAN 1992 der zufo
352. t bedingt durch Dichteunterschiede Dichtestr mung Freie Konvektion leichteres Wasser nach oben bis es auf eine Dichtegrenze Grenzschicht trifft die es nicht berwinden kann Da die nach oben abnehmende Temperatur an den ausbetonierten Schachtw nden vermutlich den wesentlichsten Beitrag zu Dichteunterschieden leistet wird das an der Dichtegrenze abgek hlte Wasser nach seiner Abk hlung in der Schacht mitte absinken Sobald es beim Absinken im Schacht wieder eine gewisse Temperatur somit Dichte erreicht hat beginnt der Kreislauf von neuem Konvektionswalze Eine aufgezwungene Konvektion die durch aktives Einleiten von Wasser hervorgerufen w rde ist als Antrieb der gro r umigen Konvektion nicht wahrscheinlich Ebenso ist eine laminare Konvektion unwahrscheinlich da die Schachtein bauten und die Betonrauhigkeit diese verhindern Sobald das Wasser in zwei oder mehr Sch chten ber eine oder mehrere Sohlen miteinander ver bunden ist k nnen sich offene oder geschlossene Konvektionskreisl ufe einstellen bei denen der Schacht als Thermosyphon fungiert Folge w re eine vollst ndige Durchmischung des Wassers in nerhalb der miteinander verbundenen Grubenbereiche Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 19 Niederschlag Lockergestein Verwitterungszone Absetzbecken Be SE A s Massen sungsstolen 8 SC Sickerwasser l mans Typ S NOJ
353. t wie die aus 1993 und 1994 Abb 46 Die Ergebnisse der Regression mit r 0 826 lassen f r das Jahr 2000 innerhalb des 95 Vorhersageintervalls Sulfatmassenkonzentrationen von 1500 1900 mg L erwarten auf 100 mg L gerundet Sulfat a b In t a 5 491 10 b 2 480 10 Christian Wolkersdorfer 100 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 6 3 4 9 Hydrogenkarbonat Je nachdem ob der Gesamtentwicklung oder der Teilentwicklung ab Mitte 1992 ein gr eres Ge wicht beigemessen wird ergeben sich entweder h here oder niedrigere k nftige Hydrogenkarbo natmassenkonzentrationen Daher lassen sich zwei unterschiedliche Gleichungen mit ann hernd gleichem Regressionskoeffizienten f r die Massenkonzentration finden Die Grenze des 95 Vor hersageintervalls der beiden unten stehenden Gleichungen Abb 47 wurde ermittelt indem entweder der Maximalwert der oberen oder der Minimalwert der unteren Intervallgrenze als neue Intervallgrenze festgelegt wurde Auf eine Darstellung des Vorhersageintervalls wurde verzichtet um die Grafik bersichtlicher zu halten Ferner erhielten die Werte bis Mitte 1992 nur ein zehntel der Wichtung der restlichen Werte Die Hydrogenkarbonatmassenkonzentraton wird somit unter Zugrundelegung der Annahmen im Kapitel 6 3 4 1 Ende des Jahres 2000 bei 1000 1500 mg LU liegen S Hydrogenkarbonat a b ach a 1 146 10 b 1 108 10 c 4 996 10 r 0 760 Gleic
354. t 20 mL Wasser und drei Schichten entsteht wobei die Zeit bis zum Auseinanderbrechen 6 10 Stunden und die Dauer des vollst ndigen Sporenaustritts nochmals etwa 5 8 Stunden betr gt Tab 44 Zusammenfassend l t sich bemerken da LydiA4 geeignet ist gem den Anforderungen von Kapitel 7 2 3 im Bergwerk eingesetzt zu werden Ein in situ Test kann erst dann wieder stattfinden wenn der Wasserspiegel im Bergwerk Niederschlema Alberoda hoch genug steht um mit den PLEUGER Mini Pumpen Wasser entnehmen zu k nnen Tab 43 L slichkeitsverhalten von 1 2 mm dicken PVA Filmen in 1000 mL kaltem destilliertem Wasser Die Probenmenge zur Filmherstellung wurde derweise gew hlt da die PVA K rner in 20 mL de stilliertem H20 unter Erhitzen gerade noch l slich waren Die Menge der Dispersion LL 869 wurde so gew hlt da sich nach dem Trocknen ein ca 2 mm dicker Film gebildet hatte Name Hersteller L slichkeitsverhalten Menge g Moviol 4 88 Hoechst sehr gut 3 1 Moviol 4 98 Hoechst schlecht 2 0 Moviol 40 88 Hoechst m ig 3 6 Polyviol g 04 140 Wacker gut 3 8 Polyviol g 28 10 Wacker schlecht 1 7 Dispersion LL 869 Wacker schlecht 13 0 Tab 44 Ergebnisse aus den acht Versuchen mit LydiA4 zwischen 8 November 1994 und 22 Juni 1995 1 nicht durchgef hrt S vollst ndiger Austritt wurde nicht abgewartet PVA Einwaage H O Zugabe Schichten Sondenbruch Sporeneinwaag Austrittszeit e g mL h min g h 8 5 40 2 8 5 20 2
355. t als Quelle f r das Chlorid nur eine Substanz in Frage die im Bergbau eingesetzt wurde Dabei handelt es sich vermutlich um das Staubbindemittel Magnesiumchlorid G Fr hlich pers Mitt Nach berflutung der letzten Hauptsohle kann davon ausgegangen werden da die Chloridmassenkon zentration im Grubenwasser durch Verd nnung abnehmen wird Zwischen 1992 und 1994 hielten sich Verd nnung und L sung die Waage Eine Absch tzung der letztendlich zu erwartenden Chloridmassenkonzentration ist m glich wenn die Menge an eingesetztem Magnesiumchlorid bekannt ist 6 3 3 17 Diskussion und Ergebnis Wie den Zeitreihen der Massenkonzentrationen zu entnehmen ist haben die W sser des Typs S und eine gleichbleibende chemische Zusammensetzung Beim Wassertyp G hingegen stiegen die Massenkonzentrationen vieler Parameter kontinuierlich an um ab Ende 1994 auf hohem Niveau weitgehend zu stagnieren Es mu daher daf r gesorgt werden dieses stark kontaminierte Wasser nicht in den oberirdischen Wasserkreislauf gelangen zu lassen Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 91 6 z A 5 4 e E RW o A m AA o oo A hi rE o o a A D 3 4 A A DECH A H W QO S CA eo ag e D A Ela K S e D A c 34 A 5 A P S d A 000 0 0 o A 2 Ho mn s D oo 0 seis Ge o A AA o e E o 1 Run Em EHRT D Ye Yo Tees Mr o A
356. t der Wismut GmbH Wechselwirkungen Wasser Gebirge Mikroorganismen Modellvorstellung und Begriffserkl rung Zielsetzung und L sungsansatz Lagerst tte Niederschlema Alberoda Einf hrung Geographische Lage Grubengeb ude Geschichtliche Entwicklung Vom Eichenwald zum Erzgebirge Von der AG Wismut zur Wismut GmbH Geologische Verh ltnisse Regionalgeologische bersicht Lokale geologische Verh ltnisse Eigenschaften der Lagerst tte Klassifikationen Paragenesen Kontrollierende Faktoren der Vererzung Hydrologische und hydrogeologische Verh ltnisse Heutige Situation Historische Situation der Gew sserchemie Mikrobielle Aktivit ten Verwitterungsprozesse in einem Bergwerk Hydrogeochemie von Uran Arsen und Radium Einleitung Empirische Untersuchungen Uran Arsen Radium L sungsversuche Beschreibung Ergebnisse 10 14 14 14 17 18 20 22 22 22 24 25 25 26 27 27 34 39 39 42 44 46 46 49 54 57 60 60 60 60 61 62 63 63 64 Christian Wolkersdorfer 6 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 6 Hydrogeochemische Untersuchungen 66 6 1 Einf hrung 66 6 2 Material und Methoden 66 6 2 1 Probennahme 66 6 2 2 Analytische Methoden 69 6 3 Auswertung 69 6 3 1 Grafische Darstellung 69 6 3 2 Statistische Methoden 75 6 3 3 Zeitliche Entwicklung 79 6 3 4 Prognose k nftiger Massenkonzentrationen 93 6 4 Chemisch thermodynamische Gleichgewichtsberechnungen 102 6
357. t in der Tabelle f r Yellow Cake gelten BARTHEL 1993 vermutet die Ursache der voneinander abweichenden Abbauzahlen in unterschiedlichem Ausbringen und bergbaulichen Verlusten Typ Wismut Typ DAHLKAMP Charakterisierung Lagerst tten F rdermenge UO Ronneburg 16 linsen und stockwerk Schmirchau Reust Paitzdorf 111 kt artige Lagerst tten in Beerwalde Drosen Dittrichs pal ozoischen Schie h tte Lichtenberg Stolzen fern Kalksteinen und berg Diabasen Schlema 3 1 2 2 hydrothermale Gangla Niederschlema Alberoda 81 kt gerst tten Tellerh user Oberschlema 21 kt Wei er Hirsch Johannge orgenstadt Antonsthal Seif fenbach Zobes B renstein Schneckenstein Marienberg Schneeberg P hla Geyer K nigstein 4 1 1 Sandsteinlagerst tten K nigstein Pirna Th rms 19 kt der Kreide dorf Rosenthal Culmitzsch fl zartige Lagerst tten Culmitzsch Sorge Gauern 12 kt in kalkig tonigen Sedi menten des Zechsteins Freital 14 1 uranhaltige Steinkoh Heidenschanze Bannewitz 4 kt lenfl ze des Rotliegen Gittersee den Summe 248 kt Tab 9 Einstufung der Lagerst tte Niederschlema Alberoda in die weltweite Gliederung der Uranlager st tten nach DAHLKAMP 1993 Typ Subtyp Klasse Subklasse Bezeichnung Charakterisierung Beispiel 3 Vein 3 1 Granite related 3 1 2 Perigranitic 3 1 2 2 In Metasediments Erzgebirge St Joachimsthal Karls polymetallic bad Alberoda Nieder schlema P hla Teller h user Schnee
358. t mittels technischer Hilfsmittel Pumpen oder von selbst auf nat rliche Weise St rungen Wasserl sungsstollen austreten Die Ergebnisse der Untersuchungen lassen geringf gig h here durchschnittliiche Schadstoffge halte in den W ssern aus dem Bergwerk Niederschlema Alberoda erwarten als in Gebieten in denen keine radioaktiven Minerale vorkommen Demnach kann das Gesamitziel der Sanierung wie anderenorts von ehemaligen Mitarbeitern der Wismut GmbH formuliert wurde Kuyumcu et al 1994 h chstens darin bestehen Verh ltnisse wiederherzustellen die vor dem Uranabbau vorhanden waren Eine Wasserreinigung ber den geogenen Hintergrundwert hinaus ist volks wirtschaftlich nicht zu vertreten Die seit 1970 gebr uchliche SI Einheit f r die Aktivit t einer radioaktiven Substanz ist das nach dem Entdecker der Radioaktivit t Henri BECQUEREL benannte Becquerel Bq 1 Bq entspricht einem Zerfall pro Sekunde und ersetzt die alte Einheit Ci Curie die sich auf die Aktivit t eines Gramms Radium bezog und 37 10 Zerf llen pro Sekunde entsprach BUTTERMANN 1987 An dere in lterer Literatur gebr uchliche Einheiten f r die Aktivit t eines Liters Wasser waren das Eman und die Mache Einheit ME zwischen denen folgender Zusammenhang besteht 1 ME 3 64 Eman 3 64 10 Ci L 13 468 Bq L GENSER 1932 Hinsichtlich der Jahresableitungen oder der Massenkonzentration des Urans ist dessen Chemo toxizit t weniger die Radio
359. tabstand Kluftabstand d Kluftziffer x Durchl ssigkeit ke m m ms Dichtst ndige offene Trennfl chen lt 0 06 gt 16 7 10 10 Engst ndige offene Trennfl chen 0 06 0 60 16 7 1 7 10 10 Weitst ndige offene Trennfl chen gt 0 60 lt 1 7 10 10 Keine offenen Trennfl chen massig dicht _ lt 10 Einige Durchl ssigkeitsbeiwerte in Abh ngigkeit vom Kluftabstand die als Rahmenwerte herge nommen werden k nnen stammen von der British Geological Society Tab 53 zitiert aus KARREN BERG 1981 Anmerkung Die Werte in Tab 53 ergeben sich nicht ohne weiteres aus GEOLOGICAL SOCIETY ENGINEERING GROUP WORKING PARTY 1972 M glicherweise hat KARRENBERG 1981 die Tabellen der Seite 316 und 318 zusammengefa t Auf welche Art und Weise er zu den hier angegebenen Durchl ssigkeiten kam ist nicht nachvollziehbar Kluftziffern aus dem Bergwerk Niederschlema Alberoda konnten in der Literatur nicht gefunden werden daher wurden am 2 Februar 1995 auf der Sohle 540 an mehreren Punkten Kluftziffern bestimmt Tab 54 Es zeigte sich ber den gesamten noch zug nglichen Teil ein relativ einheit liches Bild An den meisten Stellen ist das Gebirge nur wenig gest rt und selbst st rker zerr ttete Bereiche waren trocken Die durchschnittliche Kluftziffer betr gt x 3 s 1 9 n 44 was f r das Gebirge k Werte von 10 107 ms erwarten l t Werden die Me werte der einzelnen Ge Christian Wolkersdorfer Hydrog
360. tanter Temperatur 1170 Oberfl che mittlerer Bereich mit fallender Temperatur At 1 3 K 1305 1170 bergangszone 1350 1305 unterer Bereich mit konstanter Temperatur Sumpf 1350 Im unteren Bereich blieb die Temperatur etwa konstant bei 39 C der Temperaturabfall im mitt leren Bereich betrug anf nglich 0 02 Km 1 K 51 m und erniedrigte sich bis zum Ende der Me reihe auf 0 01 K m 1 K 96 m wohingegen sie im oberen von 36 C auf 38 C zunahm Eine Unterbrechung der steten Temperaturzunahme im mittleren Bereich geschieht jeweils nur an den nicht vollst ndig abgemauerten Sohlen Am 25 Januar 1993 und 16 Februar 1993 gab es auf der Sohle 1350 eine Inversion um 0 2 0 3 K die m glicherweise mit der Flutungsumstellung vom 6 Januar 1993 zusammenh ngt W hrend der Me kampagne im M rz April 1993 erreichte eine Sonde der Fa LogIn Gommern die gr te jemals im Bergwerk Niederschlema Alberoda gemessene Tiefe Dort wurden bis kurz unterhalb der Sohle 1620 1283 6 m NN Temperatur und Leitf higkeit gemessen Obgleich die Sonde nur wenige dm in den Sumpf hineinfuhr gibt es keine Anzeichen f r einen Temperaturabfall hnlich denen der Sch chte 366 II b und 371 II b 7 3 9 2 Zeitlicher Temperaturverlauf Ein anderer einfacher aufgebauter Temperaturverlauf als in den Sch chten 371 Il b und 366 II b zeigt sich beim Schacht 372 b Abb 71 In den unterschiedlichen Wassertiefen liegen verschie de
361. teigende Temperatur Schacht 371 29 November 1994 560 580 600 1 945 620 640 660 680 T T T T T T T 32 0 33 0 34 0 35 0 36 0 37 0 38 0 39 0 40 0 Temperatur C Temperaturprofil des 29 November 1994 im Schacht 371 ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 Schacht 371 II b 31 August 1993 720 740 DES 2 1 1080 760 780 E 4 1125 800 7 Kai 820 KR 4 1170 840 860 Kai 880 41 1215 900 7 J 1260 940 8 960 23 x e 1 1305 980 o Damm 1000 T T T T T T T 33 0 34 0 35 0 36 0 37 0 38 0 39 0 40 0 41 0 Temperatur C Temperaturprofil des 31 August 1993 im Schacht 371 II b Christian Wolkersdorfer 132 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Temperaturverlauf 37111 b 41 0 40 0 38 0 37 0 36 0 35 0 33 0 Temperatur C 32 0 d 4 30 0 29 0 28 0 27 0 26 0 AA AAA AAA AAAAAA 3399889 Abb 68 Temperaturverlauf im Schacht 371 Il b zwischen 24 August 1992 und 21 September 1993 Jede Linie entspricht dem Temperaturverlauf in einer bestimmten Teufe Temperaturverlauf im Sumpf wasserk rper gestrichelt Die Dreiecke geben den Tag der Messung an Unterhalb Sohle 1305 f llt ein Temperatursprung um 6 5 K auf der von einer 8 m m chtigen Zwi schenschicht begleitet wird Seit der ersten genaueren Messung 1
362. teins R cksicht nehme Er stellt daher f r die Einfl sse auf die Uranl slichkeit im Wasser eine Liste mit sieben Faktoren zusammen e Uranmassenkonzentration des Ausgangsgesteins der Sedimente oder B den und deren L sungsm glichkeit e r umliche Entfernung des Wassers von den uranhaltigen Gesteinen oder Mineralen e Grad der hydraulischen Trennung des Wassers von frischen Oberfl chen oder Grundw ssern e Klimatische Einfl sse und deren jahreszeitlichen nderungen besonders der Einflu der Eva potranspiration e pH und Eh Wert des Wassers e Konzentration von Verbindungen die Urankomplexe oder unl sliche Uranverbindungen bilden k nnen wie Karbonate Phosphate Vanadat Sulfat Fluorid Silikat Calcium oder Kalium e Anwesenheit von hochadsorptiven Materialien wie Organika Eisen Mangan Titan oxide Hydroxide und Tone Nicht jeder Faktor besitzt einen gleich gro en Einflu auf die Uranmassenkonzentration vielmehr sind sie r umlich und zeitlich ver nderlich und k nnen sich gegenseitig aufheben Abb 18 zeigt beispielhaft die Abh ngigkeit der Uraninitl slichkeit vom Redoxpotential und CO Partialdruck Bei Zunahme des atmosph rischen CO Partialdrucks pCO 0 32 hPa auf den eines durchschnittli chen Grundwassers pCO 10 13 hPa nimmt die Urankonzentration bei oxidierenden Bedingun gen um das 1000fache zu F r das Grubenwasser des Bergwerks Niederschlema Alberoda be rechnet WATEOQAF aufgrund der Analysen ei
363. telle GAMMA im KATALYSE Institut DAHLKAMP F J 1993 Uranium ore deposits 460 S Berlin Springer DAL S amp SCHIEBLER R 1990 Das geheime Leben des Salvador Dali The secret life of Salvador Dali Autobiographie 3 Aufl 503 S M nchen Schirmer Mosel DALY R A EDWARD MANGER G amp JR S P C 1966 Density of Rocks In CLARK S P Hand book of physical constants 19 26 5 Tab New York Geological Society of America Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 171 DAVELER S A amp WOLERY T J 1992 EQ6 A Computer Program for Reaction Path Modeling of Aqueous Geochemical Systems Theoretical Manual User s Guide and Related Documen tation Version 7 0 338 S 17 Abb Tab Livermore Lawrence Livermore National Labo ratory Davis J C 1986 Statistics and Data Analysis in Geology 2 Aufl 646 S New York u a John Wiley amp Sons DEUTSCHER VERBAND F R WASSERWIRTSCHAFT UND KULTURBAU 1992 Anwendung hydrogeoche mischer Modelle Schriftenreihe des Deutschen Verbandes f r Wasserwirtschaft und Kul turbau 100 344 Abb Hamburg Berlin DFA FERTIGUNGS UND ANLAGENBAU GESELLSCHAFT 1993 Bericht ber die Durchf hrung physika lisch chemischer Messungen im gefluteten Teil des Uranbergwerkes Schlema Alberoda 19 S 3 Tab 25 Anl Chemnitz Unver ffentlichter Bericht DFA FERTIGUNGS U
364. tellen dem Flutungswasser beigeben 7 2 2 Versuchsdurchf hrung Zwischen Januar und Mai 1992 wurden mit sechs Farbstoffen Safranin Fuchsin Bismarckbraun Kristallviolett Nilblau Malachitgr n F rbeversuche an Lycopodium clavatum Sporen unternom men um festzustellen welcher davon im Wasser stabil ist Obwohl die Farbstoff Sporen Kombina tionen im Laborversuch keine Ver nderungen zeigten verursachten nicht bekannte Vorg nge beim in situ Versuch eine Verf rbung s unten Alle Sporen wurden nach einem vom Autor modifizierten Verfahren in Anlehnung an die Vorgehensweise bei MAURIN amp Z TL 1960 folgenderma en gef rbt 20 g tetra Natriumdiphosphat werden in 2300 mL destilliertem Wasser gel st und ca 10 Minuten lang unter R hren auf mittlerer Flamme bis zum Sieden erhitzt Sodann werden 1000 g Lycopo dium clavatum Sporen in einem Topf abgewogen und mit dem erw rmten Wasser vermengt Um einen umr hrbaren Sporenbrei zu erhalten mu dem Sporen Wasser Gemisch gelegentlich zu s tzliches destilliertes Wasser ohne tetra Natriumdiphosphat zugegeben werden Der Sporenbrei wird danach 10 Minuten lang bei maximal 90 C gekocht damit alle Sporen gleichm ig benetzt sind Danach wird der Azofarbstoff zugegeben der aus 10 g des festen Farbstoffs und 125 mL Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 117 Ethylalkohol hergestellt wird Um eine gleichm ige Einf rbung aller Spo
365. tellt sich kein regelm iges sondern ein unregelm igeres Auf Christian Wolkersdorfer 156 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks und Ab der Str mung ein Nur im station ren Zustand befindet sich im gesamten System eine ho mogene Temperaturverteilung Diese ist jedoch f r ein Bergwerk wie das von Nieder schlema Alberoda ausgeschlossen da nicht mit einer Angleichung der Gebirgstemperatur an die Atmosph rentemperatur zu rechnen ist Ein Verhalten das exakt dem von BAU amp TORRANCE 1981b experimentell ermittelten entspricht konnte durch die station re Messung beim berfluten der Sohle 1260 im August 1992 beobachtet werden Abb 74 Q Q e NN WM Dees 1 I mm a Q D BEE Q WS ku SZ je we i l g a E ee E Q Q of al I al ol l Kees Eeer Ka Iesse c Q d Q EEE Energiezufuhr Gebirgstemperatur Energieabf hrung Grubenwetter Abb 92 Prinzipdarstellung des Wiederanstiegsprozesses im Bergwerk Niederschlema Alberoda als Kom bination offener und geschlossener Thermosyphons mit freier Konvektion a Wiederanstieg in den Sch chten Energiezufuhr von den Sohlen Energieabf hrung ber die offenen Sch chte darge stellt als offener Kreislauf mit freier Konvektion und zwei Reservoirs b berflutung einer Sohle Energiezufuhr von den vollst ndig berfluteten Sohlen und den gefluteten Sch chten Energieab f hrung an der Wa
366. tellung Abb 5 Stark vereinfachtes und schematisiertes Raumbild der Lagerst tte Niederschlema Alberoda mit Sohlen und den im Text erw hnten Sch chten zusammengestellt nach aha Wekkerrganier GmbH Die Sohlen ber dem Markus Semmler Stollen sind nur angedeutet 24 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Der h chste Punkt ist mit 532 4 mNN die Halde 310 zwischen Schneeberg und Wildbad der tiefste mit 312 4 m NN die Stelle an der die Zwickauer Mulde im Norden das Me gebiet verl t Von S den nach Norden durchflie t die Zwickauer Mulde der mehrere kleine B che zuflie en vgl Kapitel 4 9 das Arbeitsgebiet 4 3 Grubengeb ude W hrend der aktiven Bergbauperiode wurden in der Lagerst tte Niederschlema Alberoda Objekt 9 und Oberschlema Objekt 2 50 Hauptsohlen aufgefahren deren Namen sich von der durch schnittlichen Teufe unter dem Niveau des 1503 angefahrenen Markus Semmler Stollens ableiten urspr nglich Marx Semler Stollen nach einem Leipziger Gewerken des 16 Jahrhunderts unein heitliche Schreibweise z B in SCHIFFNER 1908 SCHIFFNER amp WEIDIG 1909 SCHIFFNER et al 1911 WEIDIG 1912 GENSER 1932 GENSER 1933 WAGENBRETH 1990 Bis zur Sohle 540 betrug der durchschnittliche Sohlabstand 30 m darunter bis zur Sohle 1800 wurde im Abstand von 45 m gebaut Abb 5 Zus tzliche Wettersohlen befinden bzw befanden sich auf den Sohlen 1626 1356 1266 1176 1086 996
367. tellungen ber das geologische Umfeld des Uranbergwerks Niederschlema Alberoda gibt steht am Anfang der Arbeit eine Darstellung der geologischen Ver h ltnisse sowie der Lagerst tte selbst 4 Um zu verstehen wie es zur Entwicklung der heutigen Wismut GmbH mit deren vielf ltigen Problemen kam ist ein geschichtlicher Abri enthalten 4 4 Einen Schwerpunkt bildet die Beschreibung der hydrogeologischen Situation im Lager st ttenumfeld vor dem Bergbau durch die SDAG Wismut 4 7 Eine Zusammenfassung der mikrobiellen Aktivit ten und der Verwitterungsprozesse in einem Bergwerk soll verdeutlichen wie die Stoffmobilisation in das Grubenwasser abl uft 4 8 4 9 Diese Zusammenfassung bildet den bergang zum Kapitel ber die Hydrogeochemie des Urans Arsens und Radiums als wichtigste Schadstoffe im Bergwerk Niederschlema Alberoda 5 Es soll einen Vergleich zwischen der Situation in der Region Niederschlema Alberoda und anderen Regio nen der Welt erm glichen sowie das hydrogeochemische Verhalten dieser Elemente aufzeigen Mit den Ergebnissen der S ulenversuche Kolonnenversuch Versuch zur Stofffreisetzung soll zum Kapitel ber die empirischen Untersuchungen und der tats chlichen Situation im Bergwerk bergeleitet werden 5 3 Eine Zweiteilung liegt den hydrogeochemischen Untersuchungen zugrunde Im Auswertungsteil wird das Datenmaterial im wesentlichen mathematisch statistisch beurteilt 6 3 Zur Prognose der k nftigen Schadst
368. ten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 nderungen der Str mungsgeschwindigkeit spiegeln sich in nderungen der Leitf higkeit wieder 145 M glichkeiten Grubenwasser in den oberirdischen Wasserkreislauf einzuleiten a unkontrollierte Flutung b c kontrollierte Flutung mit Dammbauwerken d vollst ndige horizontale Hermetisierung des Grubengeb udes ver ndert nach FERNANDEZ RUBIO et al 1987 148 Teilweise berfluteter Querschlag 1753 der Sohle 1305 Anfang Dezember 1992 im Bergwerk Niederschlema Alberoda aus BUNDESMINISTER F R WIRTSCHAFT 1993 Zu erkennen ist der Stahlbogenausbau einer zweigleisigen Strecke in der Bauart KSW 109 7124 02 mit Holzverzug aus Rundholz SDAG WisMUT 1984 Ausbauh he der Strecke etwa 3 m Wasserstand 0 5 m 150 Wiederanstiegskurve des Wasserspiegels im Bergwerk Niederschlema Alberoda zwischen dem 1 Juli 1990 und 3 M rz 1995 Dargestellt anhand eigener Messungen und Daten der Wismut GmbH 152 Redoxpotential im ansteigenden Grubenwasser des Schachts 371 Il b ver ndert nach DFA C amp E 1993 153 Leitf higkeit im ansteigenden Grubenwassers des Schachts 371 II b ver ndert nach DFA C amp E 1993 153 187 Christian Wolkersdorfer 188 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Abb 91 Grubenwasserspiegel im Schacht 366 II b Anfang 1991 Schachteinbauten die ein laminares Str men des Wassers verhind
369. teufe von 740 m NN eine konstante Temperatur von etwa 36 3 C auf Abb 72 Von der Sohle 1035 scheint kein Einflu auf die Schachtwassertemperatur auszugehen Anders die Verh ltnisse oberhalb der Sohle 990 Dort f llt die Temperatur von 36 3 C um 0 4K auf 35 9 C ab was entweder auf den Zulauf k hleren Wassers von der Sohle 990 oder Abk hlung des Wassers von der Oberfl che aus zur ckzuf hren ist Unter Ber cksichtigung der anderen physikochemischen Messungen ist ein Zulauf von Wasser aus der Sohle 990 in den Schacht wahrscheinlich Die eigene station re Messung mit der Multiparametersonde der Fa LogIn Gommern vom 27 7 94 5 8 94 und 6 9 94 4 11 94 unterhalb der Sohle 990 zeigt da die Temperatur im Wasserk rper sowohl einer lang als auch kurzzeitigen Schwankung unterworfen ist Abb 73 Bei den kurzzeitigen Schwankungen um 0 4 K handelt es sich um Temperaturvariationen die bei tur bulentem Transport zu erwarten sind da die turbulente Konvektionszelle bei ihrer Bewegung am jeweils gleichen Ort stets geringf gig andere Temperaturen aufweist Unter einer turbulenten Str mung wird im Gegensatz zur laminaren Str mung eine Str mung ver standen die nicht geradlinig verl uft sondern sich in Str mungswirbel mit unregelm iger Ge schwindigkeits und Druckverteilung aufl st Der bergang von laminarer zu turbulenter Str mung wird durch die REYNoLDszahl beschrieben die eine Funktion von Geschwindigkeit Dichte u
370. tfernung von der Lagerst tte 700 m die Uranmassenkonzentrationen von Flie gew ssern als Folge der Verd n nung und Adsorption an Schwebteilchen auf den Hintergrundwert Background zur ckgegangen sind Tab 26 Minimal und Maximalwerte ausgew hlter Parameter der Parameter Minimum Maximum Ge von EIN 1955 untersuchten 3500 W sser in mg L U lt 0 00002 5 3 Fe tot lt 0 1 2310 Ca 0 6 1190 Mg 0 1 1520 Na 0 3 13400 K 0 1 1100 HCO 0 2630 so 0 7 8820 cl lt 0 1 25000 AR 23 42200 pH 2 5 9 3 Exakter bestimmte Werte liefert PACEs 1969 f r Grundw sser aus dem Uranbergbau von St Joa chimsthal in B hmen Bei pH Werten zwischen 6 6 und 7 8 sowie Eh Werten von 89 57 mV konnten Uranmassenkonzentrationen von 0 017 9 000 mg L n 4 gemessen werden Von der Wismut SDAG W smuT 1991 wurden im Bergwerk Niederschlema Alberoda Analysen einiger Tropfw sser angefertigt bei denen maximale Uranmassenkonzentrationen von 50 mg LU gemessen wurden andere Sickerw sser hatten berwiegend Massenkonzentrationen von 0 001 0 01 mg L In deutschen Grund und Trinkw ssern sind lt 0 03 3 62 ug LU n 107 in Mineralw ssern lt 0 03 11 58 ug De n 22 in Oberfl chenw ssern lt 0 02 1 53 ug L n 36 und in Ober fl chenw ssern um Uranvorkommen Schwarzwald Fichtelgebirge lt 0 48 69 14 ug LU n 49 U238 bestimmt worden OBRIKAT amp FUSBAN 1993 Anhaltswert f r den we
371. tinuierlich in den Schachtsumpf hineinwandert und dabei immer breiter wird Schacht 366 b 21 November 1994 540 560 4 900 580 z E E 600 g 4 945 o VC 620 640 4 990 Sumpf 660 i i i i i i i 5 32 0 33 0 34 0 35 0 36 0 37 0 38 0 39 0 40 0 Temperatur C Abb 63 Temperaturprofil des 21 November 1994 im Schacht 366 b ver ndert nach DFA C amp E 1993 94 Schacht 366 II b 10 August 1993 720 740 Ben Fer 1 1080 Ki 760 3 Q RS 4 1125 800 820 4 1170 840 S z zZz 860 Es E LG e En GH E N Se BE 1215 S 880 H 900 Q 920 SR 4 1260 940 H ki 960 1 4 1305 980 b 1000 X e GE e 4 1350 1020 ge SE Sumpf 1040 T 35 0 36 0 37 0 38 0 39 0 40 0 41 0 42 0 43 0 Temperatur C Abb 64 Temperaturprofil des 10 August 1993 im Schacht 366 II b Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 129 Auf Sohle 1170 stellte sich kurz nach deren berfluten ein Temperaturanstieg um 0 1 K ein Am 15 Februar 1993 betrug die Differenz 0 8K am 1 M rz 1993 sogar 0 9K Ursache dieser Erh hung d rfte Wasser aus einer aufgeschnittenen Rohrleitung 5 m n rdlich des V Trums sein Von dort str mte bereits bei Beginn der berflutung w rmeres unter Druck stehendes Wasser aus gefluteten Bereichen der Sohle
372. tionen in den W ssern des Bergwerks Niederschle ma Alberoda im weltweiten Vergleich einordnen zu k nnen stellt das Kapitel Hydrogeochemie von Uran Arsen und Radium Daten zu deren Konzentrationen zusammen Bei der Auswahl waren die Vergleichbarkeit und die Zuverl ssigkeit der Daten ausschlaggebend Abschlie end werden die Ergebnisse von S ulenversuchen zur Mobilisierbarkeit von Arsen und Uran interpretiert Sie wurden von der SDAG Wismut durchgef hrt und auszugsweise f r diese Arbeit zur Verf gung gestellt 5 2 Empirische Untersuchungen 5 2 1 Uran ber die L slichkeit des Urans in Grundw ssern zitieren DYBEK 1962 und LANGMUIR 1978 ver schiedene Untersuchungen Letzterer stellt Berechnungen an um die jeweils vorliegenden Uran spezies in Abh ngigkeit vom pH Wert angeben zu k nnen Diese best tigen die chemisch thermo dynamischen Gleichgewichtsberechnungen des Programmkodes WATEQAF BALL amp NORDSTROM 1991 BALL et al 1981 und die dadurch getroffenen Aussagen zur Komplexbildung des Urans LOPATKINA 1964 und GERMANOV et al 1958 erhielten bei ihren L slichkeitsuntersuchungen im humiden Klima f r Flie gew sser eine lineare Beziehung zwischen Gesamtmineralisation und ge l stem Uran in Abh ngigkeit von den Metallmassenkonzentrationen des durchflossenen Gesteins LANGMUIR 1978 hingegen schr nkt die Allgemeing ltigkeit der LOPATKINA Formel ein da sie u a nicht gen gend auf die Variabilit t des Ausgangsges
373. to td 56 4 6 4 5 10 6 Sohle 540 F Str 909 Qu 906 a SW StoR fs 00 2 3 112 7 Sohle 540 F Str 909 Qu 906 a NE StoR fs 4 2 2 3 14 T Sohle 540 F Str 908 10 m NW Zugang 366 b GW Stop fs 3 3 4 5 4 4 10 8 Sohle 540 F Str 908 Zugang 383 Wetterstrecke N StoR fs 5 1 2 3 4 5 3 16 9 Sohle 540 F Str 907 Qu 909 S Sto G o 0 0 1 4 0 05 10 Sohle 540 F Str 907 10 m SE Qu 908 SW Sto fs 3 3 4 2 4 3 08 11 Sohle 540 Qu 908 Wasserschlo 69 NE StoR fs 5 5 3 4 4 4 10 aufsummiert 44 3 19 Christian Wolkersdorfer 162 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks c1 co i l l Wasser dw h Gestein Wasser dw kh Gestein Abb 95 Schematische Darstellung der Reaktionszonen bei L sungsprozessen an einer Gesteinsmatrix c und Co entsprechen den relativen Konzentrationen c4 1 0 und Co 0 0 eines Stoffs dw Diffusi onsschicht im Wasser I Reaktionssaum im Gestein 8 3 berschlagsberechnungen Die vorgenannten geotechnischen Annahmen sind Berechungsgrundlage f r die verf gbaren Kon taktfl chen im Bergwerk und f r die maximal durch das Flutungswasser mobilisierbaren Schad stoffmengen Es wird davon ausgegangen da das Wasser die Schadstoffe in der Verwitterungs rinde vollst ndig mobilisiert und seine Str mungsgeschwindigkeit hinreichend gro ist um stets einen Konzentrationsgradienten in die L sung hinein aufrecht zu erhalten Abb 95
374. toffs ttigung 33 94 85 99 Redoxpotential Eh mV 315 345 335 365 neutr Thiobacillen S Ox L 4 5 10 1 5 10 4 5 10 2 5 10 acid Thiobacillen S Ox ES nn n n n n n n acid Eisenoxidierer Fe Ox LU n n 0 4 10 n n 0 4 10 Chemoautotrope Organismen beziehen ihren Energiebedarf im Gegensatz zu den Photoauto tropen aus der Oxidation anorganischer Verbindungen Dabei wird der Energiegewinn aus der chemischen Reaktion benutzt um ATP Adenosintriphosphat aus der Reaktion von ADP Adenosindiphosphat mit P Phosphatrest PO zu phosphorylisieren Reaktion 1 ATP wie derum wird von den Organismen ben tigt um Bewegungsvorg nge Molek l und lonentransport durch die Zellmembran sowie Biosynthesen zu erm glichen VOGEL amp ANGERMANN 1984 Die chemischen Reaktionen laufen im Zellinneren ab was die Aufnahme der Edukte in das Zellinnere erm glicht Nach der Reaktion scheidet die Zelle die Produkte wieder aus mit dem Ergebnis da sich der pH und Eh Wert der Fl ssigkeit ndern ADP P amp ATP AG 32 kJ 1 Christian Wolkersdorfer 56 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Es gibt zwei Mechanismen der bakteriellen Laugung von Sulfiden den direkten und den indirekten LUNDGREN amp SILVER 1980 BOSECKER 1980 Beim direkten Mechanismus besteht zwischen dem Sulfid und dem Bakterium beispielsweise Thiobacillus ferrooxidans ein Zellkontakt und im An schlu an
375. toxizit t als Ma stab f r m gliche Grenzwerte anzusehen Gans 1978 Nuklid Halbwertzeit Zerfallsart Tab 1 L ngerlebige Radionuklide der Uran Radium Zerfalls reihe aus Gans 1978 U 238 4 51 10 a oe U 234 2 47 10 a a y Th234 24 1d Bue Th230 8000 a a y E Ra226 1600a o y E Pb210 22a Bye Bi210 5 0d p Po210 138 4d a Christian Wolkersdorfer 16 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Um die eingangs genannten Sanierungsziele erreichen zu k nnen sind im Sanierungsbetrieb Aue folgende Aufgaben zu erf llen GATZWEILER amp MAGER 1993 e Stillegung Entsorgung und Verwahrung der Gruben entsprechend den Regelungen des Berg gesetzes und der Strahlenschutzbestimmungen sowie die kontrollierte Flutung der Gruben bis zum h chstm glichen Niveau Dadurch sollen die urspr nglichen hydrologischen Gegebenhei ten weitgehend wiederhergestellt werden e In mehreren F llen wird es notwendig sein nach Flutung der Gruben das austretende Gruben wasser in Wasseraufbereitungsanlagen zu reinigen wobei f r die dabei anfallenden Feststoffe Deponieraum verf gbar gemacht werden mu Bei einer j hrlichen Abgabemenge einer hypothetischen Aufbereitungsanlage von 6 7 10 m Wasser WisMUT GmbH 1993a m ten etwa 6 000 20 000 t Feststoffe davon 5 23 t Uran und 1 39 t Arsen deponiert werden der Berechnung sind die Mittelwerte und einfachen Stan dardabweichungen der Grubenwasserme wert
376. tre janvier 1991 et d cembre 1994 ce sont les taux de la plupart des param tres physico chimiques des eaux de mines qui ont plus ou moins augment jusqu en 1994 En fin de 1994 l augmentation de nombreux param tres a ralenti ou s est arr t e Cela est d ou bien une saturation des eaux ou bien une r action d quilibre temporellement limit e Christian Wolkersdorfer 12 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks Une analyse de Tracer et de nombreuses mesures de temperature de conductibilite de facteur pH et de redox d pendant de la profondeur ont t r alis s pour d terminer la situation hydrodynamique dans les eaux de mine L analyse de Tracer avec des spores de Iycopode Lycopodium clavatum a prouv un m lange total des eaux de mines en moins de cinque semaines Les mesures physico chimiques d montrent une stratification du corps d eau avec des sections de differentes importances dans lesquelles existent convection et diffusion En comparant des analyses d eau historiques avec celles d aujourd hui on a pu constater oul n existe pas de differences signifiantes entre les qualit s des eaux d infiltrations d aujourd hui et celles des eaux de sources historiques qui s amp coulaient ou bien s amp coulent dans les ruisseaux de Schlemabach et de Zwickauer Mulde Compte tenu des exp riences sur des immersions de mines d crites dans la bibliographie exemple de Niedersch
377. tungs wassers abgesenkt und nach einer geringen Verweilzeit von 1 2 Minuten aufgeholt Soweit die technische Ausr stung es gestattete wurden vor Ort Temperatur WTW Oxi 96 Me elektrode EO 96 pH Wert Mauritius pH ep2 Sauerstoffgehalt WTW Oxi 96 Me elektrode EO 96 und Leitf higkeit WTW LF 90 Me elektrode KLE 1 bestimmt Die Probenbeh lter wurden ohne K hlung und Ans uerung meist noch am gleichen Tag in eines der Labors gebracht und dort dann bis zur Analyse im K hlschrank aufbewahrt An der Art der Probennahme auf die von Seiten des Autors nur geringer Einflu genommen wer den konnte sind folgende wesentliche Kritikpunkte herauszustellen die zum Teil nur f r die Zeit von 1990 bis Ende 1992 gelten anf nglich unqualifiziertes Probennahmepersonal falsche Sch pfgef e Probennahme zum Teil an der Wasseroberfl che keine Probenfilterung mit 0 45 um Filter sofort nach Probennahme keine Ans uerung mit Salpeters ure sofort nach Probennahme zum Teil fehlende Temperatur pH Leitf higkeits und Redoxmessung vor Ort keine hinreichenden Ringanalysen in den Labors unregelm ige Analyse wichtiger chemischer Parameter kein Auswaschen der Probennahmegef e mit jeweiliger Probe Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 67 Mittelwerte x Probenzahl n Standardabweichungen s und Me einheiten der analysierten und ausrei erfreien Parameter von Niede
378. tzt wird VON PHILIPSBORN 1967 liegt die Vermutung nahe da ein Teil des Phosphats im Grubenwasser aus dem Skorodit stammt Wie die Gleichgewichtsberechnungen f r die Arsenphasen zeigen sind alle prim ren Arsenmine rale im Grubenwasser deutlich unters ttigt 60 lt SI lt 8 Lediglich ein in der Natur nicht vorkom mendes Bariumarsenat Baz AsO 2 ist im Grubenwasser bers ttigt SI 11 und wird ausfallen sofern es sich aus kinetischen Gr nden bilden kann Offensichtlich besteht zwischen der Arsenmassenkonzentration und den berechneten chemischen Gleichgewichtseinstellungen kein Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 87 Zusammenhang Daher m ssen f r die Kontrolle der Arsenmassenkonzentration andere Gr nde verantwortlich sein Arsen wird im Wasser zu 22 55 adsorptiv an Oxide und Hydroxide gebunden Spalte As kolloidal in Tab 41 Es ist dann nicht mehr im Wasser gel st sondern haftet an der Oberfl che dieser Feststoffphasen Die St rke der Bindung zwischen Oxid oder Hydroxid und Arsen ist von der Ladung an der Oberfl che des Oxids oder Hydroxids abh ngig Diese wiederum wird vom pH Wert beeinflu t Bei positiver Ladung der Oberfl che kann sich Ae an die Oxide oder Hydroxide binden bei negativer Ladung hingegen wird es in das Grubenwasser freigesetzt Der pH Wert bei dem die Oxid oder Hydroxidoberfl che neutral geladen ist wird als pHzpo PH de
379. tzteren hingegen von 0 50 mV ausgehend deutlich negativ wird Nur aus Vollst ndigkeitsgr nden sei eine typische Messung aus dem Schacht 372 b wiedergegeben Abb 84 7 5 Str mungsgeschwindigkeit Am 1 April 1993 erfolgte im Schacht 372 b durch die Fa LogIn Gommern mit einer Propeller sonde FM 36 A aus Eigenherstellung die Bestimmung der Str mungsgeschwindigkeit Die Flow Sonde l st in Schritten von 0 5 m min auf und spricht ab etwa 0 6 m min Geschwindigkeit an Von der Wasseroberfl che auf 795 5 m NN zwischen Sohle 1170 und 1125 bis zur gr ten Me teufe in 1280 m NN Sohle 1620 betrug die Me geschwindigkeit zwischen 10 5 m min und 12 2 m min Dabei wurde eine Str mungsgeschwindigkeit bestimmt die von 2 6 4 0 m min reichte und im Mittel bei 3 3 m min lag Abb 85 Von Sohle 1620 bis Sohle 1395 herrscht eine relativ einheitliche Geschwindigkeit von 3 3 m min vor die nur an der Sohle 1530 unterbrochen wird Dar ber schlie t ein Bereich mit uneinheitlicher im Schnitt geringf gig h herer Str mungs geschwindigkeit an Erh hungen der Str mungsgeschwindigkeiten bestehen im Niveau der Sohlen oder Wettersohlen 1530 1350 1305 1266 und 1215 Erniedrigungen im Niveau der Sohle 1395 der Wettersohle 1356 Oberkante F llort Sohle 1305 und Sohle 1260 Schacht 372 b 31 M rz 1 April 1993
380. uT GmbH 1994a Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 17 Tab 2 Durchgef hrte Sanierungsarbeiten im Betriebsteil Schlema Alberoda bis Ende 1993 WismuT GmbH 1994a Sanierungsarbeit Einheit Niederschlema Alberoda entsorgte Grubenbaue km 6 8 abgeworfene Grubenbaue km 2 D mme St ck 32 verf llte Grubenbaue m 1130 verwahrte Sch chte Anzahl St ck 1 verwahrte Sch chte Umfang m 10 932 Untersuchungsgesenke Anzahl St ck 18 Untersuchungsgesenke verwahrt St ck 6 Untersuchungsgesenke Verwahrung begonnen St ck 6 Untersuchungsgesenke Vortrieb m 350 Untersuchungsgesenke Rekonstruktion m 944 Untersuchungsgesenke Aufw ltigung m 962 Untersuchungsgesenke Verf llt m 9098 geflutete Grubenr ume m 2 250 000 Die weitere Sanierung der Halden Absetzanlagen und anderer Altlasten sollte unter Beachtung der Forderungen des Strahlenschutzes so erfolgen da es in der Bergbaufolgelandschaft in Zukunft gelingt den Schutz aller nat rlichen Entwicklungen und Halbkulturformationen in Offen landschaften zu gew hrleisten denn es sollen keine Zust nde konserviert sondern Prozesse erm glicht und deren Abl ufe gew hrleistet werden Hinsichtlich des Haldenmaterials dessen Gef hrlichkeit in der Presse f lschlicherweise immer wieder in den Vordergrund gestellt wurde DOUGLAS amp KLEINE BROCKHOFF 1991 STAMM 1993 kommt er zu dem Schlu Die vorliegenden
381. uar 1992 und Dezember 1994 207 Wertepaare 96 Abb 41 Regressionskurve der Zeit bez glich der Gesamth rte f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 213 Wertepaare Legende siehe Tab 30 97 Abb 42 Regressionskurve der Zeit bez glich des Abdampfr ckstands f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 199 Wertepaare Legende siehe Tab 30 98 Abb 43 Regressionskurve der Zeit bez glich der Uranmassenkonzentration f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 260 Wertepaare Legende siehe Tab 30 98 Abb 44 Regressionskurve der Zeit bez glich der Arsenmassenkonzentration f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 264 Wertepaare Legende siehe Tab 30 99 Abb 45 Regressionskurve der Zeit bez glich der Radiumaktivit t f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 141 Wertepaare Legende siehe Tab 30 100 Abb 46 Regressionskurve der Zeit bez glich der Sulfatmassenkonzentration f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 213 Wertepaare Legende siehe Tab 30 101 Abb 47 Regressionskurve der Zeit bez glich der Hydrogenkarbonatmassenkonzentration f r Wasser des Typs G bis Ende des Jahres 2000 Es gelten die Annahmen des Kapitels 6 3 4 1 209
382. ucht sind Tab 23 Eine Beschreibung der wesentlichen Arbeiten zur bakteriellen Laugung von Erzen mit den ablaufenden Reaktionsmecha nismen geben LUNDGREN amp SILVER 1980 sowie BOSECKER 1980 Beide Arbeiten enthalten ein ausf hrliches Literaturverzeichnis Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 57 Tab 23 Zusammenstellung von Metallsulfiden die in Niederschlema Alberoda vorkommen und von T ferrooxidans oder T thiooxidans oxidiert werden k nnen NORDSTROM 1977 LUNDGREN amp SILVER 1980 BosEckER 1980 Greenokit wurde bisher aus Niederschlema Alberoda nicht beschrieben Es ist jedoch als Sekund rbildung von Sphalerit stets vorhanden Mineral Formel Mineral Formel Antimonit Sb3Sz Galenit PbS Arsenopyrit FeAsS Greenokit CdS Auripigment As2S3 Markasit FeS2 Bismuthinit Bi2S3 Millerit B NiS Bornit CusFeS Molybd nit MoS Chalkopyrit CuFeS Pentlandit Ni Fe gSs Chalkosin CuS Pyrit FeS2 Cinnabarit HgS Pyrrhotin FeS Covellin CuS Sphalerit a ZnS Enargit Cu3AsS4 Tetraedrit Cu3SbS3 25 4 9 Verwitterungsprozesse in einem Bergwerk Durch den Erzabbau werden im Gebirge Hohlr ume geschaffen an deren W nden Luftsauerstoff und Luftfeuchtigkeit die Verwitterung verschiedener Minerale im Gestein und den Erzg ngen her vorruft L sungs und Redoxvorg nge f hren zur Bildung teilweise neuer Verbindungen FERNANDEZ RUBIO et al 1987 Einer der wesentlichsten dieser Prozesse in Kohle
383. ungsformeln einschlie lich der Temperaturkorrektur und der Korrektur auf die Wasserstoffelektrode korrekt sind und da die Me sonde im Labor reproduzierbare Werte liefert Inwieweit sich die Potentialdifferenz von etwa 100 mV im Gebirge zwischen Sohle 540 und der Wasseroberfl che auf die Messung des Redoxpotentials auswirkt konnte ebenfalls noch nicht festgestellt werden Die Zerst rung des Stahl und Datenkabels einer LogIn Sonde der Abteilung Ingenieurgeologie mag darauf hindeuten da galvanische Prozesse zwischen Sohle und Grubenwasser ablaufen Ihre Potentialdifferenz k nnte das wahre Redoxpotential des Grubenwassers berdecken Eine direkte Messung des Re doxpotentials an der Oberfl che des Grubenwassers ist derzeit nicht m glich da aus Sicherheits gr nden zu hoher Radon zu geringer Sauerstoffgehalt der Wetter nicht bis an die Wasserober fl che hinabgefahren werden darf Die einzige dem Autor bekannte Redoxmessung direkt im Gru benwasser stammt vom 24 Juli 1992 und erbrachte ein Potential von 154 mV Lf 2 91 mS cm Christian Wolkersdorfer 144 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks pH 6 7 O Gehalt 0 6 mg L Eine H S Ausgasung im Mai 1992 die bei Redoxpotentialen ab 100 mV beobachtet werden kann hat nur lokalen Charakter besessen Teufe m NN Abb 83 Teufe m NN Abb 84 660 680 700 EE ER DEINER BE MEDY LER 24 035 740 760 800
384. ungsprogramm TableCurve JANDEL SCIENTIFIC 1992 mit dessen Hilfe die An passung erfolgte stellt lineare und nichtlineare Gleichungen zur Verf gung und bestimmt neben den Gleichungsparametern den Regressionskoeffizienten sowie drei weitere Kennzahlen auf Frei heitsgrade korrigierter Regressionskoeffizient Standardabweichung der Anpassung F Statistik mit deren Hilfe die optimale Gleichung herausgesucht werden kann Meist gen gt es nicht die Gleichung mir dem h chsten Regressionskoeffizienten oder der h chsten F Statistik zu verwenden um k nftige Entwicklungen vorherzusagen Vielmehr mu dar ber hinaus Wissen ber hydrogeochemische Vorg nge sowie der Verlauf des Vorhersageintervalls Prediction Interval herangezogen werden Gleichungen deren Vorhersageintervall sich nach Ende 1994 stark ffnete so da theoretisch jeder beliebige Wert m glich wurde fanden grunds tzliche keine Ber cksichti gung hnliches gilt f r Gleichungen mit mehr als drei Parametern ausgenommen die Lognormalverteilung beim Arsen oder Gleichungen bei denen ein Parameter sehr gro meist gt 10 oder sehr klein meist lt 10 war Des weiteren wurde davon ausgegangen da gut miteinander korrelierte Parameter auch k nftig gut miteinander korreliert sein werden F r die Prognose hneln sich daher deren Kurvenverl ufe zwischen 1995 und 2000 z B SO und Abdampfr ckstand In allen Grafiken wurden die Me punkte mit den Symbolen der einzelnen Me
385. urchschnittstemperatur w hrend der Versuchszeit 121 Tab 46 Zusammenstellung der Ergebnisse aus den Versuchen mit gef rbten Sporen Temperatur in C Erkl rung der Abk rzungen in Tab 45 br unli br unlich 122 Tab 47 Spezifische W rmeerzeugungsraten und relative H ufigkeiten von uU 5U Th PK BASALTIC VOLCANISM STUDY PROJECT 1981 zitiert aus SEIM amp TISCHENDORF 1990 123 Tab 48 Spezifische Aktivit t in Bq kg von ausgew hlten Radionukliden im Feingut von Halden unterschiedlicher Standzeit ZETZSCHE 1994 Alle drei Halden befinden sich im Bereich des Umweltkatasters Niederschlema Alberoda 123 Tab 49 M gliche Fragestellungen die durch die Messung der physikochemischen Parameter im Bergwerk Niederschlema Alberoda gekl rt werden k nnen 124 Tab 50 Zusammenstellung der Rahmendaten zu den Temperaturmessungen der TU Clausthal und Wismut GmbH in den Sch chten 366 Il b 371 II b und 372 b 125 Tab 51 Zusammenstellung der Rahmendaten zu den Temperaturmessungen der DFA C amp E im Auftrag der Wismut GmbH in den Sch chten 366 Il b 371 II b 372 b 366 b 296 Il b 371 und 383 T Temperatur Lf Leitf higkeit pH pH Wert Eh Eh Wert v Str mungsgeschwindigkeit 125 Tab 52 Ausgew hlte Durchl ssigkeitsbeiwerte und Leistungsquotienten Ergiebigkeiten unterschiedlicher Gesteine die in der Lagerst tte Niederschlema Alberoda vorkommen k Werte nach KRAPP 1983 159 Tab 53 Durchl ssigkeiten in Abh ngig
386. usektor zur ckgef hrt werden kann Gerade im Umweltbereich versuchen Bergbau firmen Negativinformationen zur ckzuhalten und eine Abkehr von dieser Firmenpolitik ist erst in j ngster Zeit zu verzeichnen ROSIN 1994 Zahlreiche teilweise von WIRTH ZUR OSTEN 1992 bearbeitete Publikationen befassen sich mit der Flutung von Salzbergwerken z B BRENDEL et al 1982 S Tz et al 1982 Obwohl gerade die Flu tung des Bergwerks Hope HERBERT 1989 ein Musterbeispiel f r die Datenerfassung w hrend der Flutung eines Bergwerks ist lassen sich die meisten Informationen nicht auf ein Erzbergwerk ber tragen W hrend n mlich im Salzbergwerk die Art der physikalischen Laugung des Salzes die wichtigste Problematik darstellt ist dieser Prozess im Erzbergbau unbedeutend Bei den Publikationen ber geflutete bzw zu flutende Erzbergwerke spielt h ufig die Vorhersage des Wiederanstiegsprozesses eine Rolle z B AURADA 1970 BROWN 1982 HANZLIK amp VYDRA 1985 Rocoz 1994 Banks 1995 Ergebnis der auch von WOLF 1995 durchgef hrten Literaturrecher chen ist die Erkenntnis da Wiederanstiegsprozesse in der Regel falsch vorhergesagt werden Daf r gibt es verschiedene Gr nde unter anderem Fehleinsch tzungen beim Wiederanstieg des Grundwasserspiegels im unverritzten Gebirge und langfristige Auswirkungen durchschnittlicher Niederschlagsmengen aus zur ckliegenden Jahren HANZLIK amp VYDRA 1985 Lediglich bei einfa chen Grubengeometrien gelingen
387. vom 30 M rz 1993 Grafik aus gleitenden Mittelwerten von jeweils 10 Einzelmessungen im Abstand von 0 1 m zusammengestellt ver ndert nach DFA C amp E 1993 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 143 Die teufenabh ngigen nderungen selbst sind mit durchschnittlich 0 1 Einheiten gering nur in den Sch chten mit uneinheitlichem Verhalten bewegen sie sich zwischen 0 2 0 9 Einheiten Bei den geringen pH Wert nderungen handelt es sich m glicherweise um Effekte die durch die Druck und Temperaturabh ngigkeit der Gleichgewichtskonstanten K der Calcitl sung erkl rbar sind Solche pH Wert nderungen sind gleicherma en in Seen beobachtet worden ATKINS 1990 Dort nimmt bei konstanter Temperatur konstantem lonenaktivit tsprodukt IAP Ca e C03 und zunehmendem Druck der pH Wert ab Diese Abnahmen bewegen sich wie im Bergwerk Nie derschlema Alberoda beobachtet im Bereich von 0 1 0 2 pH Einheiten STUMM amp MORGAN 1981 Andere Ursachen m ssen f r die gr eren pH Wert nderungen verantwortlich sein die nicht al leine aus der Druck und Temperaturabh ngigkeit der Gleichgewichtskonstante erkl rt werden k nnen Da keine teufenabh ngigen Wasseranalysen vorliegen sind die wahren Gr nde daf r nicht herausfindbar Vermutlich erh ht jedoch die L sung von Karbonaten in der Betonausmau erung der Sch chte den pH Wert Aus der Messung im Schacht 371 II b Abb 82
388. von Feststoffphasen sind das Redoxpotential und der pH Wert Wie die Berechnung des Nettoneutralisationspotentials zeigt ist im Bergwerk Niederschlema Alberoda keine Versaue rung des Grubenwassers zu erwarten da die Karbonate im Gestein die Protonen der Pyritoxidation vollst ndig abpuffern Eine starke Zunahme der derzeitigen Massengehalte im Grubenwasser ist daher unwahrscheinlich Andererseits zeigt das Potential der maximal ver f gbaren Kationen und Anionen da langfristig wenigstens vier Jahrzehnte keine Verbesserung der Grubenwasserqualit t eintreten wird insbesondere da das Bergwerk mit seinen vielen Sch chten und Strecken als eine selbst ndig arbeitende Umw lzpumpe wirkt Nachdem das Wasser seinen maximalen Flutungswasserstand erreicht hat wird das Sickerwasser das Grubenwasser soweit berschichten bis dieses im Dichtegleichgewicht mit jenem steht Zwei gegens tzliche Zust nde k nnen sich am Ende der Flutung einstellen Ohne eine vertikale Hermetisierung wird im Bergwerk Niederschlema Alberoda aufgrund der Grubengeometrie st ndig Wasser mit hohen Schadstoffgehalten vorhanden sein die denen des Wassertyps G entsprechen werden Umgekehrt wird bei einer vertikalen Hermetisierung auf der letzten gefluteten Sohle Was ser anstehen dessen Zusammensetzung im wesentlichen dem geogenen Hintergrundwert ent spricht Gr enordnungsm ig hat dieses Wasser einen Chemismus zwischen dem der Sicker w sser und dem der historischen Anal
389. von der Wasser oberfl che ausgehen auf die Wassertemperatur keine erkennbaren Auswirkungen haben Viel mehr scheint von angeschlagenen Hauptsohlen in den Schacht zuflie endes Wasser die Tempe ratur zu beeinflussen 7 3 6 Schacht 366 II b 7 3 6 1 Vertikales Temperaturprofil Beim Temperaturprofil im IV Trum Abb 69 des Schachtes 366 II b f llt der Temperatursprung an der Sohle 1350 auf Abb 64 Schon bei der ersten Messung am 5 Juni 1992 war die vor genannte Temperatur und Dichteschichtung vorhanden die wie am 29 Juni 1992 gezeigt werden konnte von einer A Dm m chtigen Zwischenschicht Temperaturgrenzschicht be gleitet wird Ober und Unterkante der Zwischenschicht haben eine deutliche Grenze innerhalb der Zwischenschicht steigt die Temperatur linear mit 1 2 K m an Wie am 6 Juli 1992 gezeigt wer den konnte vollzieht sich der Temperatursprung innerhalb einer weniger als 10 cm m chtigen Schicht Somit liegt zwischen dem Wasser im Schacht Schachtwasser und der Zwischenschicht sowie der Zwischenschicht und dem Wasser im Sumpf Sumpfwasser eine ausgepr gte Trennschicht vor Im Verlauf von 16 Monaten senkte sich durch Dichtestr mung die Unterkante um Christian Wolkersdorfer 128 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks neun Meter w hrend die Oberkante abgesehen von geringen Schwankungen im Meterbereich ihre Teufenlage beibehielt Dies bedeutet da die Zwischenschicht kon
390. w sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 4000 3500 j R ar Pe o LA HA E 2 BEER Du u Bu p oo 1 0 Ra le E 2500 s S D 5 ER 5 SF PE Ak A Kg D 2000 O SNE aaa E Q A E A ke E 1500 bo ge Q ele lt SEN 1000 SS 4 4 Der iw p F P 500 ar RE e a 0 j Ka b i x LO Leg N N bal zt LO LO Kal Q CH bal E CH N N N bal be Ke Kl Kl Kl oO O CO CO eg z E 8 7 Abb 102 Boxplot der Masse des Abdampfr ckstands SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser m 315 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 100 9 90 85 80 75 T 65 60 Chemischer Sauerstoffbedarf mg E 55 50 45 Abb 103 m 107 m 308 m 323 m 324 m 325 m 331 m 332 m 362 m 363 m 364 m 365 m 505 m 316 m 318 m 320 m 501 m 503 m 504 w 68 und w 92 450 m 506 m 507
391. wasser am wenigsten Grubenwasser am st rksten minerali siert ist W hrend Sickerw sser und intermedi re W sser im Untersuchungszeitraum von Januar 1991 bis Dezember 1994 keine statistisch signifikante nderung ihrer physikochemischen Para metern zeigen sind die Werte der meisten physikalisch chemischen Parameter des Grubenwas sers bis 1994 mehr oder weniger kontinuierlich angestiegen Ende 1994 hat sich bei vielen Parametern der Anstieg verlangsamt oder ist zum Stillstand gekommen Dies beruht entweder auf einer S ttigung des Wassers oder einer zeitlich begrenzten Gleichgewichtseinstellung durch Aufl sung oder Ausf llung anderer Phasen Zur Bestimmung der hydrodynamischen Situation im Grubenwasser wurden ein Tracerversuch sowie zahlreiche teufenabh ngige Temperatur Leitf higkeits pH und Redoxmessungen durch gef hrt Der Tracerversuch mit B rlappsporen belegte eine vollst ndige Durchmischung des Gru benwassers in weniger als f nf Wochen Den physikochemischen Messungen ist eine Schichtung des Wasserk rpers mit unterschiedlich m chtigen Bereichen zu entnehmen in denen Konvektion oder Diffusion vorherrschen Aus Vergleichen historischer Wasseranalysen mit denen von heute ist erkennbar da es keine signifikanten Unterschiede in den chemischen Eigenschaften der heutigen Sickerw sser und der historischen Quellw sser gibt die in den Schlemabach und die Zwickauer Mulde flossen bzw flie Ren In Verbindung mit den Erfahrungen
392. wischen 3 70 mS cm und 5 25 mS cm nur im Schacht 296 II b betrug sie 1 79 2 93 mS cm Dem Schacht 296 II b flie t frisches Wasser zu was sowohl das gr ere Redoxpotential als auch die ca 4 K niedrigere Wassertemperatur im Vergleich zu den anderen DFA Messungen belegen Die hydrogeochemische Auswertung Kapitel 6 3 der Analysen des Schachts 296 Il b best tigt dieses andersgeartete Verhalten da fast alle Analysen dem Wassertyp zuzurechnen sind Ein Kennzeichen dieses Typs ist verglichen mit dem Typ G der weniger als halb so gro e Ab dampfr ckstand Tab 28 woraus sich die entsprechend geringere Leitf higkeit des Wassers im Schacht 296 II b erkl rt Wie aus den vier Abbildungen ersichtlich ist Abb 75 Abb 76 Abb 77 Abb 78 finden nderun gen der Leitf higkeit zumeist an die Niveaus der Sohlen statt Keine nderungen sind an abge mauerten bzw nicht angeschlagenen Sohlen vorhanden Schacht 372 b 15 M rz 1994 680 L en 1 1035 720 Za sai L ac y EPEAT PEEN ee e ER HL Eg 4 1080 E 1 1125 800 e 840 T 4 1170 880 x 1 1215 920 1260 960 1 1305 1000 e 4 1350 1040 4 1395 4 8 4 9 Teufe m NN 1080 1440 1120 4 1485 1160 4 5 4 6 4 7 5 0 5 1 Leitf higkeit mS cm Abb 75 Leitf higkeitsmessungen vom 15 und 16 M rz 1994 im Schacht 372 b zwischen den Sohlen
393. yrite FeAsS 23 Atelestit atelestite Biz OJOHIAsO 24 Auripigment auripigment As2S3 25 620 622 625 626 Autunit autunite calcouranite Ca UO 2 PO4 2 10 12 10 H20 26 144 Baryt barite Ba SO 27 Becquerelit becquerelite 6 UO2 0H 2 Ca OH 2 4H20 28 Berzelianit berzelianite Cu2Se 29 Beyerit beyerite CaBi O CO 2 30 Bieberit bieberite Co S04 7H20 31 Bismuthinit bismuthine bismuthinite Bi2S3 32 Bornit bornite erubescite CusFeS 33 Bournonit bournonite 2PbS Cu S Sb Sz 34 Bravoit bravoite Ni Fe Co S2 35 12 Calcit calcite CaCO 36 Cannizzarit cannizzarite PbzBisS41 37 Carnotit carnotite K UO VO 2 3H20 38 Cassiterit cassiterite tinstone SnO 39 365 Cerussit cerussite PbCO 40 250 Chalkopyrit chalcopyrite CuFeS2 41 Chalkosin chalcocite chalcosine CuS 42 Chloantit chloanthite NiAs3 43 125 49 Chlorit chlorite Mg Fe s O OH 2JAlSi3O40 44 Cinnabarit cinnabarite HgS 45 Clausthalit clausthalite PbSe 46 Cobaltin cobaltite CoAsS 47 577 Coffinit coffinite U SiO 48 246 Covellin covelline covellite CuS 49 Crookesit crookesite Cu TI Ag Se 50 Cubanit cubanite CuFe2S3 51 Curit curite 3PbO 8U0 4H20 52 11 401 Dolomit dolomite CaMg CO3 53 Dyskrasit dyscrasite Ag Sb 54 Emplektit emplectite Cu gt S BiaSz 55 Epidot epidote pistacite Ca Fe Al AR OJOHISIQ Si207 56 Erythrin erythrite Cos As014 2 8H20 57 Eukairit eucairite a Cuz2Se Ag2Se 58 62 Fluorit flourite CaF 59 Fourmarierit fourmarierite 8 UO2 OH 2
394. ysen Prinzipiell k nnten die Schadstoffgehalte des abzuleitenden Flutungswassers durch eine Aufbe reitungsanlage die Zugabe von Chemikalien oder aber durch eine Steuerung der Flutung vermin dert werden Die g nstigste M glichkeit den Austrag kontaminierten Grubenwassers in die Umwelt zu verhindern scheint der Bau von Verd mmungen in allen vertikalen Grubenbauen zu sein die mit der letzten zu flutenden Sohle in hydraulischer Verbindung stehen Im Hinblick auf eine m gliche Wasseraufbereitungsanlage mu in Abh ngigkeit von den zwei oben dargestellten Endzust nden der Flutung folgendes beachtet werden Christian Wolkersdorfer Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 167 e In einer Wasseraufbereitungsanlage die mehrere Jahrzehnte betrieben wird fallen fortdauernd viele Jahrestonnen an toxischen Aufbereitungsr ckst nden an e Aus volkswirtschaftlicher Sicht erscheint es unvertretbar Wasser zu reinigen in dem die Mas senkonzentrationen vieler Inhaltsstoffe bereits dem nat rlichen Hintergrundwert entsprechen Wenn das Grubengeb ude m glichst vollst ndig hermetisiert wird ist nach den hier dargelegten Untersuchungsergebnissen keine Wasseraufbereitungsanlage f r das Uranbergwerk Nieder schlema Alberoda notwendig Christian Wolkersdorfer 168 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 10 Literatur ACKMAN T E amp JONES J R 1991 Methods to identify and re
395. z Fluorit Formation Vjes Gesamtvolumen der Strecken Qu Querschlag Vrei zu reinigendes Gesamtvolumen R elektrischer Widerstand Ve Minimale Flie geschwindigkeit r Test NALIMOV Test Ausrei ertest Vx Geschwindigkeit r Korrelationskoeffizient w Aufheizungsgeschwindigkeit RadAk Radioaktivit t Wismut SDAG Wismut Wismut AG Wismut GmbH Rk statistischer Rang WNW West Nord West Ip PEARSON Korrelationskoeffizient WQu Wetterquerschlag rs Radius der Auffahrungen WSW West S d West S Standardabweichung Stichprobe x Mittelwert s helle Phyllite Muskovit Biotit Schiefer X n 1 0 Schwellenwert s fester Stoff in Reaktionsgleichungen Xi Xn Wert statistische Sicherheit y M chtigkeit der Zwischenschicht S S den YIC Younger Intrusive Complex SAG Sowjetische Aktiengesellschaft Z statistische Testvariable SaSiWa Sammelme stelle Sickerw sser SDAG Sowjetisch Deutsche Aktiengesellschaft o kritischer Wert Statistik SE S d Ost Temperatur in C SE s d stlich K Kluftziffer SED Sozialistische Einheitspartei Deutschlands u Varianz Grundgesamtheit SI S ttigungskoeffizent hai 5 ETTE d v Freiheitsgrad SI Syst me International d Unites Internationales p Dichte sk an de o Standardabweichung Grundgesamtheit SKW Station Schraubenkaltwasserstation Gi diffusive Porosit t ss heller Phyllit hB Grubenhohlraum der Blindstrecken ss fs Phyllit helle Fruchtschiefer dn diffusiver Grubenhohlraum ss ks kohlenstoffhaltiger dunkler Phyllit Zu effektiver Gru
396. zen geht NORDSTROM et al 1989 NEAVILLE 1989 Auch in den Halden des Wismut Bergbaus laufen mikrobiell gesteuerte Laugungsprozesse selbst ndig ab DAENEKE A B SSER 1991 deren Zeitdauer in Ronneburg bis zu 1000 Jahre betra gen kann H HNE 1992 In den sechziger Jahren wies EHRLICH 1963 1964 durch S ulenversuche nach da mikrobielle Aktivit ten die Freisetzung von Elementen aus Auripigment As2S3 Arsenopyrit FeAsS und Enargit CusAsS im w rigen Milieu pH 2 3 5 beeinflu en In Anwesenheit von Ferrobacillus oder Thiobacillus erh hte sich nach dreiw chiger Versuchsdauer die Massenkonzentration von Fe As und Cu in der L sung um bis zum sechsfachen gegen ber der ohne Bakterien Auch die Bildung in Wasser unl slicher HCI l slicher Metallverbindungen wurde gesteigert EHRLICH konnte in den bakteriell behandelten S ulen nach Versuchsende nachweisen da sich Arsenite Arsenate und Sulfat gebildet hatten w hrend in den unbehandelten S ulen nur Arsenite und Schwefelionen vorhanden waren EHRLICH 1963 Uraninit wird nach Reaktion 16 gel st die T ferooxidans indirekt beschleunigt Reaktion 4 hinge gen l uft durch direkte Oxidation des Urans IV ab indem T ferrooxidans als Katalysator wirkt LUNDGREN amp SILVER 1980 2 UO O 2 HSO gt 2 U VI O SO 2 H2O 4 NORDSTROM 1977 und BOSECKER 1980 haben zusammengefa t welche weiteren Sulfide Thio bacillus ferrooxidans oxidiert und experimentell unters
397. zt diese Vermutung Ab dem 3 Quartal 1993 beginnt die Uranmassenkonzentration mit gr erer Geschwindigkeit als vorher anzusteigen Ende 1994 werden Massenkonzentrationen von 4 5 mg L erreicht was gegen ber den Sickerw ssern einer Anreicherung um das 4 5fache entspricht Uran korreliert gut mit Hydrogenkarbonat rp 0 63 P lt lt 0 01 und der Gesamth rte rp 0 72 P lt lt 0 01 die beide einem Plateau zustreben zu scheinen Daher wird sich beim Uran m glicherweise ein hnli ches Verhalten einstellen auch wenn die Regression Kapitel 6 3 4 5 einen weiteren Anstieg ver muten l t 3 5 o 3 0 2 5 u 2 04 D o E o D 51 a o 5 p O KA O 1 0 e o ET BEE SC 0 Se 5 E g Eg Ld RT o o 00 na OO Dp E E g So 6 m ogo EE i 4 do o O o e od H o 0 0 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 29 Zeitliche Entwicklung der Uranmassenkonzentration f r Wasser des Typs S zwischen Juli 1990 und Dezember 1994 176 Wertepaare Legende siehe Tab 30 Christian Wolkersdorfer 86 Hydrogeochemische Verh ltnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks 5 A o o o K N A KS ai 148 0 E 2 an o Qoe A A A T le A oo sei o be E e SY oo A A A A W A A v N WETTE i S S A A A we e y a aT anfa RE z Ze a Ag A 5 o AA A 2 E e o Se we o y ei o yo J S 1 o Ge 0 1990 1991 1992 1993 1994 Abb 30 Zeitliche Entwicklu
398. zu k nnen Mit den Untersuchungen zur Hydrogeochemie des Bergwerks Niederschlema Alberoda sollen nunmehr die Vorg nge dargelegt werden die zur Stofffreisetzung aus den Mineralen in das Wasser f hren Mittels chemisch thermodynamischer Gleichgewichtsberechnungen wird unter sucht welche Phasen f r die Kontrolle der Hauptbestandteile des Flutungswassers verantwortlich sind 6 2 Material und Methoden 6 2 1 Probennahme Aufgrund der Umstrukturierung innerhalb der Wismut GmbH und der ungekl rten Rechtsverh lt nisse zu Anfang des Bearbeitungszeitraums war es nicht m glich die untert gige Beprobung des Flutungswassers von Anfang an optimal einzurichten Vielmehr wurde auch ohne ein vorhandenes Monitoringprogramm versucht die Flutung kontinuierlich physikochemisch zu berwachen Die meisten Wasserbeprobungen f hrten Mitarbeiter der SDAG GmbH Wismut durch wobei unter schiedliche Sch pfgef e zum Einsatz kamen S mtliche Proben wurden im Grubengeb ude des Bergwerks Niederschlema Alberoda entnommen und vor Ort ohne vorherige Filterung in 1 5 L PVC Probenflaschen abgef llt W hrend die Entnahmestellen auf den nicht gefluteten Sohlen direkt zug nglich waren konnten die Wasserproben aus den gefluteten Sch chten nur mit teilweise aufwendigen technischen Hilfsmitteln gewonnen werden Dazu wurden die Sch pfgef e entweder mittels elektrisch oder handbetriebenen Stahlwinden 1 10 Meter unter die Oberfl che des aufsteigenden Flu
399. zur Sedimentation intramontaner Molassesedimente deren Reste heute im Altenberger Bruchfeld und der Fl ha Querzone vorliegen DoRN et al 1992 Dort wurden neben Konglomeraten und Sandsteinen auch Porphyre und Kohlenfl ze gefunden PIETZSCH 1962 4 5 1 9 Jura Kreide Zur Zeit des Cenomaniums und Turoniums wurden n rdlich und stlich Freibergs marine und nichtmarine Schotter und Sande abgelagert die heute diagenetisch verfestigt sind PIETZSCH 1962 DORN et al 1992 W hrend des j ngeren Mesozoikums kam es zu keinen weiteren bedeutenden Sedimentationen HENNINGSEN amp KATZUNG 1992 4 5 1 10 Terti r An der Wende Oligoz n Mioz n entstanden Tone Sande und Kiese Diese Sedimente sind Reste fluviatiler Ablagerungen eines nach Norden entw ssernden Flu systems der terti ren Landoberrfl che die beispielsweise unter der sch tzenden Basaltdecke des P hlbergs bei Annaberg Buchholz erhalten blieben Weitere Basaltvorkommen die sich im Gefolge der Basaltintrusionen des Duppauer Gebirges und B hmischen Mittelgebirges bildeten gibt es bei Oberwiesenthal bei Scheibenberg Seifen B hmen Geiersberg oder Wilisch PIETZSCH 1962 Im Lattorfium Unteroligoz n beginnt in B hmen eine Einmuldung in der anf nglich Sande z B Altsattel Sandstein der Altsattel Formation zwischen Karlsbad und Falkenau sp ter Kohlen Chattium z B Braunkohlebecken von Saaz Bilin und Falkenau in B hmen abgelagert werden DORN et al 1992 PIETZSCH

PhD Thesis Wolkersdorfer - Christian Wolkersdorfer

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents