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Horst-Jürgen Herbert:

Zur Geochemie und geochemischen Modellierung hochsalinarer Lösungen mineralischer Rohstoffe

Hrsg.: Hannover Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

[Geochemistry and geochemical modelling of highly saline brines]

2000. VIII, 392 Seiten, 99 Abbildungen, 5 Anlagen, 1230 g
Language: Deutsch

(Sonderhefte Reihe D - Geol. Jahrb., Heft 1)

ISBN 978-3-510-95845-0, brosch., price: 40.00 €

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Keywords

GeochemieModelierungsalinSteinsalzKaliBergwerkStörfall

Contents

Inhaltsbeschreibung top ↑

Die Überprüfung und Absicherung geochemischer Untersuchungsergebnisse erfolgt allgemein und in steigendem Maße durch einen Vergleich analytischer Daten mit den Ergebnissen theoretischer Modellrechnungen unter Verwendung gesicherter thermodynamischer Daten.
Diese erfolgversprechende Vorgehensweise wurde auch auf die genetische Interpretation hochsalinarer Lösungen die bei der Endlagerung radioaktiver Stoffe entstehen können, übertragen. Die richtige Beurteilung des Gefährdungspotentials hängt in entscheidendem Maße von der Genese solcher Lösungen ab; diese kann die Langzeitsicherheit von Endlagern beeinträchtigen. Die erfolgreiche Durchführung von Genehmigungsverfahren beruht ganz wesentlich auf Prognoserechnungen, die den Nachweis einer langfristig sicheren untertägigen Lagerung von Abfällen zu führen vermögen.

Die im Falle des Zutritts von Wasser eintretenden Wechselwirkungen mit der Endlagerformation Salz einerseits und die Reaktionen der der dabei gebildeten Salzlösungen mit chemisch-toxischen Abfällen andererseits sind die Schwerpunkte dieser Arbeit.

Untersucht wurden Fragestellungen zur Integrität der geologischen Barriere Salz sowie zur Mobilisierbarkeit und den Löslichkeitsgrenzen von toxischen Schwermetallen unter Störfallbedingungen. Die Kombination großmaßstäblicher In-situ-Versuche und gezielter Laborexperimente mit der geochemischen Modellierung führt zu einem vertieften Verständnis der Reaktionen und Zusammenhänge in den sehr komplexen Systemen.

Die Zusammensetzungen vieler hundert natürlicher Salzlösungen aus Kali- und Steinsalzbergwerken und die Ergebnisse langjähriger In-situ-Messungen in gefluteten Kalischächten Norddeutschlands werden ebenso vorgestellt, wie neue Verfahren zur Gewinnung von belastbaren Daten für die Störfallbetrachtung. Über die Auswertung dieses umfangreichen Datenmaterials wird der heutige Stand der geochemischen Modellierung hochsalinärer Lösungen aufgezeigt und ein Beitrag zur Szenariendiskussion und zur Beantwortung praktischer Fragen der Endlagersicherheit in der Betriebs- und Nachbetriebsphase geleistet.

Inhaltsverzeichnis top ↑

Vorwort VII
Danksagung VIII
1 Einleitung und Problemstellung 1
2 Ziele der vorliegenden Arbeit 5
3 Das Endlagermedium "Salz" 6
3.1 Geologie 6

3.2 Mineralogische Zusammensetzung 8
3.3 Genese der Salzgesteine 10
4 Lösungen in Evaporiten 14
4.1 Herkunft und Entstehung von Salzlösungen 14
4.2 Chemische Zusammensetzung 18
4.3 Isotopenzusammensetzung - Stabile Isotope des Wassers 24
5 Methodik der Untersuchung von Salzlösungen 30
5.1 In-situ Probennahme von Salzlösungen 30
5.2 Verfahren zur Untersuchung der Auslaugbarkeit
von chemisch-toxischen Abfällen durch Salzlösungen 34.
5.3 Chemische Analytik von Salzlösungen 40
5.3.1 ICP-OES 40
5.3.Z ICP-MS 43
5.3.3 Titration 45

5.4 Messung der stabilen Isotope D und 18O an Salzlösungen 45
6 Geochemische Modellierung hochsalinarer Lösungen 48

6.1 Thermodynamische Grundlagen 48
6.2 Das Pitzer-Modell 50
6.3 Thermodynamische Datenbasis 51
6.4 Berechnungen zur Überprüfung der HMW-Datenbasis 52
6.5 Neue Pitzer-Koeffizienten für Zn und Cd 52
6.6 Das geochemische Rechenprogramm EQ3/6 55
6.7 Praktische Reaktionspfadberechnungen mit EQ6 56
7 Untersuchungen endlagerrelevanter Wechselwirkungen
von Wasser mit Salzformationen 60
7.1 Hartsalzauflösung 62
7.2 Carnallititauflösung 75
7.3 Auflösung von polyhalitischem Steinsalz 87
8 Untersuchungen zur Herkunft und Genese von Salzlösungen 95
8.1 Salzlösungen technogener Herkunft 95
8.2 Natürliche Gebirgslösungen 103
8.2.1 Metamorphoselösungen 103
8.2.2 Deckgebirgslösungen 109
8.3 Salzlösungen in "abgesoffenen" Kalibergwerken 127
8.4 Lösungsentwickung bei einem Störfall "Wasserzutritt" 144
9 Wechselwirkungen von chemisch-toxischen Abfällen mit Salzlösungen 151

9.1 Problemstellung 151
9.2 Auslaugung eines Na2SO4-haltigen Abfalls mit Q-Lösung 152
9.3 Geochemische Modellierung 160
9.4 Diskussion der Ergebnisse 172
10 Zusammenfassung 173
11 Ausblick 177
12 Literatur 178