Original paper

Veränderungen von Strukturen und Prozessen in Substraten der Spülhalden sowie Böden ihrer Umgebung durch das akkumulierte Abraummaterial des Platinerzbergbaus bei Rustenburg (Südafrika)

[Changes of structures and processes in tailings dam material and soils in their surroundings by accumulated waste material of platinum ore mining near Rustenburg (South Africa)]

Münzel, Sandra; Blumenstein, Oswald

Kurzfassung

Die Wirtschaft der Republik Südafrika wird maßgeblich durch den Bergbau geprägt. So dominiert im Bushveld-Komplex um Rustenburg (Nord-West-Provinz) der Abbau von Platin. Seine enormen Abraummengen, die durch hohe Gehalte an Schwermetallen gekennzeichnet sind, werden auf riesige Spülhalden abgelagert. Durch fluviale bzw. äolische Prozesse kommt es zur Verlagerung dieses Substrats in die Umgebung und wird dort auf den Böden oder in den Siedlungen und Gewässern abgelagert. Zunächst ist eine Bestandsaufnahme des landschaftlichen Inventars, so der Morphostrukturen, der Bodentypen, der Vegetation und des Wasserhaushalts vorgenommen worden. Darauf aufbauend wurden im Umland der Spülhalden die Wechselwirkungen zwischen den anstehenden Böden und dem dort akkumulierten Haldensubstrat untersucht. Es konnten typische Entwicklungstrends der verlagerten Sedimente und ihres Einflusses auf die pedogenetischen Prozesse abgeleitet werden. Hierzu standen zahlreiche mineralogische, bodenphysikalische, -chemische und -biologische Methoden zur Verfügung. Es zeigte sich, dass unter dem Einfluss des Klimas, der Vegetation sowie organischer Zuschlagstoffe schon innerhalb kurzer Zeit die Eigenschaften des Substrates sowie die Mobilität der fixierten Schwermetalle verändert werden. Diese Entwicklung spiegelt sich in typischen Phasen einer Systemalterung wider. Die Ergebnisse bilden die Basis für ein besseres Verständnis der Prozessdynamik, die innerhalb des Haldensubstrats abläuft und dessen Interaktionen mit den anstehenden Böden determiniert. Sie bilden eine wichtige Grundlage für die Umsetzung von Maßnahmen zur Integration der Haldenkörper in ihr landschaftliches Umfeld.

Abstract

The South African economy is strongly influenced by mining activities. The Bushveld-complex near Rustenburg (North-West-province) is dominated by platinum mining. The resulting enormous amount of crushed and milled ore is stored on tailings dams. This tailings material contains high amounts of heavy metals; this material is dispersed onto surrounding areas by aeolian and fluvial transport processes. Settlements, farmland and ground water resources are located near to the tailings dams. After recording the influence of natural conditions, like morphological structures, soil type, vegetation and hydrology, the interactions between natural soils and tailings material were investigated in the surroundings of the tailings dams. It could be derived typical trends of the displaced sediments and their influence on the pedogenesis. Numerous mineralogical, soil physical, -chemical and -biological methods were used to investigate the characteristics of the tailings material. They show that there is a characteristic change in short time steps under the influence of climate and vegetation, as well as of artificial additives. These result in mobility of heavy metals. This development is reflected in typical phases of system aging. The findings of this study will form the basis of a better understanding of natural processes in tailings material and as such are an important foundation for future integration of tailings dams into the landscape.

Keywords

ore miningtailings materialSouth Africaplatinumheavy metal mobilizationsystem agingdevelopment processestailings damsoil evolutionpedogenesisBushveldcomplexErzbergbauAbraummaterialSüdafrikaPlatinSchwermetallmobilisierungSystemalterungEntwicklungsprozesseSpülhaldenBodenentwicklungBushveld-Komplex