Original paper

Untersuchungen zur geochemischen Barriere am Beispiel des Eisenerzbergwerkes Wohlverwahrt-Nammen (Wesergebirge, NW-Deutschland)

[Studies on the geochemical barrier at the iron ore mine Wohlverwahrt-Nammen (Wesergebirge, NW-Germany).]

Justen, Achim; Navarro, Martin; Thein, Jean; Veerhoff, Michael

Kurzfassung

Die Wirksamkeit der äußeren geochemischen Barriere hinsichtlich der Sorption ausgewählter Schwermetalle (Pb, Zn, Cd, Hg) wurde am Beispiel des Eisenerzbergwerkes Wohlverwahrt-Nammen untersucht. Der in den 30--50 m mächtigen kalkig-sandigen Gesteinen des Korallenooliths (Unterer Malm) eingeschaltete linsenförmige eisenoolithische Horizont des Klippenflözes wird in der Grube Wohlverwahrt-Nammen untertägig im Kammer-Pfeiler-Bau gewonnen. Um die Standsicherheit der abgebauten Bereiche in der Nachbetriebsphase zu verbessern, werden seit 1987 überwiegend Reststoffe aus der Rauchgasreinigung von Steinkohlenfeuerungsanlagen (Flugaschen und REA-Gipse) als Versatzmaterial eingebracht. Da nach Beendigung der Sümpfungsmaßnahmen die Versatzkörper mit Grund- bzw. Sickerwasser in Berührung kommen, ist ein Schadstoffaustrag über den Wasserpfad in die Biosphäre möglich. Das anhand von Batchversuchen unter oxidierenden Bedingungen ermittelte Sorptionsverhalten von Gesteinen aus dem unmittelbaren Versatzbereich der Grube zeigt, daß die Wirksamkeit der geochemischen Barriere durch mineralspezifische Sorptionsprozesse gesteuert wird. Die hämatitisch-calcitisch dominierten Gesteine in unmittelbarer Umgebung des Versatzbereiches weisen ein hohes Sorptionsvermögen für die Schwermetalle Blei (KFr = 3288 l/kg), Cadmium (KFr = 3336 l/kg) und Zink (KFr = 2406 l/kg) auf. Quecksilber wird, wie die KFr-Werte zwischen 48 und 498 l/kg belegen, deutlich schlechter sorbiert. Das Sorptionsvermögen weist eine enge Beziehung zum Carbonatgehalt, untergeordnet auch zum Anteil an Fe-haltigen Mineralphasen des Gesteins auf. Die wirksamen Sorptionsprozesse sowie die Wechselwirkung zwischen Gestein und Sicker- bzw. Grundwasser werden eingehend diskutiert.

Abstract

In the Wesergebirge (NW-Germany), the oolithic ironstones of the "Klippenflöz" (Upper Oxfordian) are deep mined in the mine Wohlverwahrt-Nammen by using room-and-pillar-method. Since 1987, the cavities are filled with fly ashes and flue gas desulphurization (FGD) gypsum from coal power plants to ensure the stability of mine cavities after mining. In contact with groundwater the stowage may cause a contaminant transport into the biosphere. This study is focussed on the properties of groundwater and the host rock as a natural geochemical barrier with special regard to anorganic pollutants. Batch sorption experiments were performed under oxidizing conditions. Different sorption characteristics indicate that the effectivity of the geochemical barrier depends on specific sorption processes. The mineralogy of the host rock has an important influence on the sorption capacity. Rocks with high contents of calcite and dolomite are able to sorbate considerable amounts of lead, zinc, and cadmium. In addition, the sorption potential is positively influenced by ferric minerals. Therefore, the carbonatic and ferric rocks in the environment of the mine Wohlverwahrt-Nammen are able to build up an effective geochemical barrier, which may prevent the outlet of mobilized contaminants.