DD301556A7

DD301556A7 - Verfahren zur verwahrung radioaktiver gesteinshalden

Info

Publication number: DD301556A7
Application number: DD330263A
Authority: DD
Inventors: Roland Dr Sc Nat Haehne; Guenter Dr Ing Lorenz; Manfred Dipl Geol Duetsch; Hartmut Dipl Biol Saenger
Original assignee: Sdag Wismut
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1993-03-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwahrung radioaktiver Gesteinshalden. Die Erfindung betrifft das technische Gebiet des Bergbaues und bezieht sich auf die sichere Verwahrung von Halden mit radioaktiven Materialien. Erfindungsgemäß wird Kraftwerksasche in bestimmter Mächtigkeit mit einer bestimmten Zusammensetzung und in Abhängigkeit von der Niederschlagsinfiltration und Radon-Austrittsrate mit oder ohne Kulturboden auf Halden aufgebracht und diese mit ascheverträglichen und stickstoffproduzierenden Pflanzen kultiviert. Als vorteilhafte Wirkungen treten die Radoneinbindung, eine Verminderung der Infiltration sowie eine pH-Wert-Erhöhung verbunden mit einer Schadstoffadsorption ein.{Halden; Verwahrung; Material, radioaktiv; Niederschlagsinfiltration; Radon-Austrittsrate; Kraftwerksasche; Kulturboden; Pflanzen, kultivieren; pH-Wert-Erhöhung; Schadstoffadsorbtion}

Description

Es wurde in Labor- und Feldversuchen gefunden, daß kohlenstoffhaltige, feinkörnige silikatische Kraftwerksasche je nach Mächtigkeit zwischen 60 und 90% der Radonmenge einbindet und nur 40 bis 10% an die Atmosphäre abgibt. Gleichzeitig stellt die Asche auf Grund ihrer hohen Gesamtporöoität von 25 bis 40% einen wirksamen Wasserspeicher dar. Insbesondere bei sulfidhaltigen Halden wird die geringfügige Versickerung von Wässern günstig gegen eine Schadstoff-Freisetzung, da die Alkalität der Asche den pH-Wert der Sickerwässer auf größer 9 erhöht. Es wurde weiterhin gefunden, daß die a,!:alische, kohlenstoffhaltige Asche für bestimmte Pflanzengruppen eine gute Verträglichkeit aufweist. Insbesondere mit Weidelgras, Lupine u.a., konnte ein rascher Bewuchs festgestellt werden. Dieser trägt wiederum zu bedeutender Senkung der Infiltrationswassermenge und zur Erhöhung der Verdunstungsrate bei.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nun dadurch gelöst, daß die Haldenoberfläche grob planiert und nach Feststellung dor Höhe der Radon-Austrittsrate und der Infiltrationsrate eine 0,5 bis 2 m mächtige Schicht Kraftwerksabfallasche aus Braunkohlenkraftwerken bekannter Zusammensetzung aus Braunkohlenfilterasch und Rostascho mit einer Korngröße von :£40μΓη aufgelegt wird. Diese aufgebrachte Asche weist einen Gesamtporenraum _:30% sowie einen Nutzporenraurn für Wasser und Gas von <5% auf und enthält 2 bis 15% freies CaO und 2...5% Kohlenstoff sowie > 25% silikatische Bestandteile, insbesondere gebrannte Tonminerale. Auf dem Haldenraum kann bei aufgeheizten Haldenflächen in bekannter Weise zusätzlich eine dünne, <0,1 bis 0,5m mächtige Kulturbodenschicht aufgebracht werden. Auf Böschungen und Bermen wird diese Schicht erosionsvorbeugend auf 0,5 bis 1 m erhöht. Schließlich wird, wie schon bekannt, die aufgebrachte Deckschicht mit stickstoffproduzierenden und ascheverträglichen Pflanzenarten wie Weidelgras, Lupine, Erle besät.

Nach Feststellung der Radon-Austrittsrate nach erfolgter Abdeckung wird bei Überschreitung der Norm eine weitere Asche-Boden-Schicht aufgebracht. Das Verfahren hat zur Folge, daß nach dem Bewuchs der Asche oder Asche-Boden-Schicht die Infiltrationsrate von vormals 0,6 auf 0,1 absinkt. Die geringe Sickerwasssrmenge wird fast vollständig von der Aschs aufgenommen und im Sommer wieder an die Oberfläche abgegeben. Die Radonemanation verringert sich permanent bis auf 20% des ursprünglichen Austrages.

Ausführungsbeispiel

Durch ein Uranbergwerk wurden umfangreiche Halden mit Armerz und tauber Masse angelegt. Die Halden bestehen aus Gesteinen, die um 5% Fe2Ü3,1,5% S sowie 50—200g/t U enthalten und aus kohlenstoffreichem Schiefer, Kalkstein und Dolomit bestehen. Die Radon-Austrittsrate liegt mit 7 Bq/I über dem zulässigen Grenzwert. Die Niederschlagsinfiltration führt zum Austrag von 1000°dH,25g/l SO₄, 3g/l Fe und 15mg/l U in die Vorfluter des Territoriums. Inder Nähe des Bergwerkes fallen große Mengen an minderwertigen Kraftwerksaschen an, die in vorbereiteten Standorten deponiert werden müssen. Diese Aschen bestehen zu 20% aus Filterasche und zu 80% aus Rostasche mit insgesamt ca.2,5% Corg und 15% CaO. Um Erosionen vorzubeugen, wird das Haldenplanum grob eingeebnet. Mittels Kipper wird di 3 Asche ca. 1,5m mächtig auf die Halde aufgebracht und gleichmäßig verteilt. Die Mächtigkeit wird dort > 1 m gewählt, wo vorher erhöhte infiltrationsraten (Erosionszonen) gemessen wurden, und zu < 1 m, wo die Oberf'ächenstruktur keine Infiltration ermöglicht. In Arealen der Halde, wo Prozesse der Sulfidoxydation eine Erhöhung der Temperatur der Haldenoberfläche bewirken, wird über die Asche noch eine 10 bis 20cm mächtige Schicht sandigen Lehmes aufgebracht. Auf den Böschungen wird diese Schicht auf ca. 0,5 bis 1 m erhöht. Während Regenperioden erfolgt nun das Aussäen von Weidelgras und Lupine auf der Abdeckschicht.

Claims

1. Verfahren zur Verwahrung radioaktiver Gesteinshalden, insbesondere sulfidreicher Konsistenz, deren Radon-Emanation über den gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerten liegt und in denen niederschlagsbedingt lösliche Schadstoffe freigesetzt werden, wobei die Verwahrung durch Abdeckung, die mit Pflanzen kultiviert wird, erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß mit vom Grad des Schadstoffaustrages abhängigor Mächtigkeit von 0,5 bis 2,0 m Kraftwerksabfallasche aus Braunkoh'.enkraftwerken mit einer Korngröße <40μηι, einem Gesamtporenraum >30%, einem Nutzporenraum fürWasser und Gas <5% und einem Gehalt an freiem CaO von 2 bis 15%, einem Kohlenstoffgehalt von 2 bis 5%, einem Gehalt an silikatischen Bestandteilen > 25%, aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bbi aufgeheizten Haldenflächen die Ascheschicht in bekannter Weise mit Kulturboden mit einer Mächtigkeit von 0,1 bis 0,5 m und an Bermen und Böschungen von 0,5 bis 1,0m überdeckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Mächtigkeit der Abdeckschichten mittels Messung der Niederschlagsinfiltrations- und der Radon-Austrittsrate gesteuert wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung be'.rifft das technische Gebiet des Bergbaues und bezieht sich auf die sichere Verwahrung von radioaktiven Halden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei Niederschlägen auf unabgedeckte Halden dringt sauerstoffreiches Niederschlagswasser über die Haldenoberfläche in die radioaktive Masse ein. Beim Sickervorgang werden Schadstoffe, wie z. B. Uran, Härtebildner, Eisen- und Sulfationen, gelöst. Die auf diese Weise kontaminierten Wässer werden im Liegenden erfaßt und aufwendigen Reinigungsprozessen zugeführt, wie allgemein bekannt ist. Bei Altdeponien ist oftmals eine Erfassung dieser Wässer nicht mehr möglich, wenn dies zum Zeitpunkt der Deponieerrichtung nicht vorgesehen wurde. Damit gelangen dieser Wässer ungereinigt in die Umwelt. Um den Gewässerschutz zu wahren, werden verschiedene, inzwischen allgemein bekannte Maßnahmen der Abwasserbehandlung durchgeführt, wie z. B. die chemische Fällung von Schadstoffen, die biologische Reinigung, die elektrochemische Abscheidung, die Sorption u.a.m. Alle diese Maßnahmen sind materiell und finanziell aufwendig und nahmen die Niederschlagsinfiltration hin.

Um diese Mängol zu beseitigen, wird versucht, durch geeignete Verfahren der Überdachung oder Abdichtung der Deponieoberflächen mit Folien, Sandwichplatten, Asche-Beton, Gips-Verkrustungen o.a. die Infiltration von Niederschlag zu behindern, DE 3415729, DE 3718023, DE 3703936, DD 201 649, DD-WP 251 424. Allerdings müssen, insbesondere bei Mülldeponien, Entgasungsrohre oder -schichten eingebracht werden, um eine Aufheizung zu minimieren. Alle diese Maßnahmen sind sehr teuer und toilwoise pflanzenunverträglich für eine nachfolgende Wiederurbarmachung. Bei Halden mit radioaktivem Material stellt die Emanation von Radon sowie die Abdrift seiner Folgeprodukte ein Umweltrisiko dar. Um die erfordorlichen Grenzwerte der Radonaustrittsmengen einzuhalten, ist eine vollständige Abdeckung mit bindigem Erdstoff je nach Austrittsrate zwischen 2m und 8m Mächtigkeit (Festlegung des SAAS) notwendig. Damit steigen die Kosten für o.g. infiltrationsverhindernde Maßnahmen bei Berücksichtigung der Dichtheit auch gegen den Radonaustritt nochmals deutlich an. Erdstoff und auch Folien stellen außerdem keinen ausreichenden Schutz gegen die Radonexhalation dar. Entsprechend der Offenbarungen gemäß DE 2448105, DE 3224105, US 3114721, GB 904774, FR 1 245291, DE 3330460 und DE 2948515 gelingt es, Radon mittels Aktivkohle, Ölen, Blei, Bitumen oder Zeolithen zu binden. Außer den damit verbundenen außerordentlicnen hohen Kosten sind diese Möglichkeiten praktisch nicht realisierbar. Das Aufbringen von Kulturboden zur Abdeckung und Kultivierung unterschiedlichster Halden und die Bepflanzung, insbesondere mit stickstoffsammelnden Pflanzen, sind allgemein bekannt, dazu US-PS 4768897, B09B 1/00 und Neue Bergbautechnik 5(1975)1, S.48-51 sowie 17(1987)8, S.312-314.

Ziel der Erfindung

Das Ziel Jer Erfindung besteht darin, mit geringen Kosten und verfügbaren billigen Stoffen, evtl. selbst Abprodukten, die Emanation radioaktiver Gase und Infiltration lösender Niederschläge einzuschränken und damit die Normative des Umweltschutzes zu sichern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für radioaktive, lösliche Mineralien enthaltende Erz- und Bergehalden ein Verfahren zu entwickeln, welches eine Emanation radioaktiver Gase und die Lösung von Schadstoffen einschränkt und gleichzeitig eine nachfolgende Wiedorurbarmachung erleichtert.