DE10005240B4 - Verfahren zur Fällung von Uran, Schwermetallen und toxischen Metallen aus karbonat-/hydrogenkarbonathaltigen Wässern, insbesondere aus durch Natururan und seine natürlichen Zerfallsprodukte radioaktiv kontaminierten Wässern - Google Patents

Verfahren zur Fällung von Uran, Schwermetallen und toxischen Metallen aus karbonat-/hydrogenkarbonathaltigen Wässern, insbesondere aus durch Natururan und seine natürlichen Zerfallsprodukte radioaktiv kontaminierten Wässern Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Fällung von Uran, Schwermetallen und toxischen Metallen aus karbonat-/hydrogenkarbonathaltigen Wässern, insbesondere aus durch Natururan und seine natürlichen Zerfallsprodukte radioaktiv kontaminierten Wässern, denen vor der Fällung des Urans Kalziumhydroxid zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Kalziumhydroxidzugabe durch Zugabe von Säure und intensiver Durchmischung mit Säure bis auf einen pH-Wert kleiner 4,3 eine weitreichende Zerstörung der Urankarbonatkomplexe erfolgt und das bei der Zerstörung der Urankarbonatkomplexe sowie der vorauslaufenden Karbonatzerstörung gebildete und in den Wässern gelöste Kohlendioxid aus den zu reinigenden Wässern, welche durch entsprechende Auswahl und geeignete Maßnahmen mit der am höchsten zur Verfügung stehenden natürlichen Wassertemperatur dem Verfahren zugeführt werden, weitgehend vollständig durch Einblasen von feinverteilter Luft über geeignete Belüftungseinrichtungen ausgetrieben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fällung von Uran, Schwermetallen und toxischen Metallen aus karbonat-/hydrogenkarbonathaltigen Wässern, insbesondere aus durch Natururan und seine natürlichen Zerfallsprodukte radioaktiv kontaminierten Wässern, wie beispielweise aus der DE 43 07 468 A1 bekannt.
  • Die Reinigung und der Abstoß in das hydrografische Netz von mit Uran und seinen natürlichen Zerfallsprodukten radioaktiv kontaminierten Wässern ist ein langwieriger Prozeß. Diese kontaminierten Wässer fallen hauptsächlich bei der Fassung von kontaminierten Grund-, Oberflächen- und/oder Sickerwässern am Fuße der Dämme von industriellen Absetzanlagen und Halden, durch gehobene bzw. austretende Grubenwässer, bei der Dekontamination von Anlagen, Anlagenteilen und kontaminierten Böden und bei der Reinigung bzw. dem Abbruch von ehemaligen Bergbaubetriebsanlagen an.
  • Der Anfall und damit die Reinigung dieser kontaminierten Wässer kann jährlich mehrere Millionen Kubikmeter betragen. Ein Abstoß der gereinigten Wässer in das hydrografische Netz ist nur möglich, wenn die wasserrechtlichen Vorgaben bzw. die spezifischen gesetzlichen und behördlichen Regelungen und Auflagen eingehalten werden. Aus diesen Gründen werden an die Reinigung der kontaminierten Wässer mit radioaktiven Bestandteilen und toxischen Komponenten hohe Anforderungen gestellt.
  • Die kontaminierten Wässer enthalten zum einen aufgrund der hydrometallurgischen Verarbeitung der Uranerze (sodaalkalische Laugung des Urans) sowie zum anderen durch natürlich ablaufende Prozesse (Lösen von Karbonationen aus Halden- oder Bergematerial in Niederschlagswasser oder durch Lösen von Karbonationen aus dem Anstehenden in Grubenbauen) das Karbonat- bzw. Hydrogenkarbonation.
  • In diesen kontaminierten Wässern tritt Uran hauptsächlich in Form verschiedener Urankarbonatkomplexe auf, die aufgrund ihrer Entstehung in weiten Grenzen schwankende Gehalte an Natururan aufweisen. Diese Urankarbonatkomplexe sind bei Vorliegen von Karbonat-/Hydrogenkarbonationen sehr stabil. Eine Ausfällung des Urans ist nur durch intensiven Einsatz von Fällungsreagenzien möglich.
  • Die Ausfällung der Schadstoffe aus den zu reinigenden Wässern wird bekannterweise in mehreren Etappen durchgeführt, wobei die Ausfällung höherer Gehalte an Uran in der Größenordnung von mehreren Milligramm pro Liter als erste Etappe erfolgt.
  • Verwendet werden die allgemein bekannten Methoden der Fällung der radioaktiven oder toxischen Metallkationen durch Zugabe von Hydroxilionen. Zerstört werden die Uranylkarbonatkomplexe bei einem pH-Wert größer 11,6 und das Uran fällt als Diuranat, einer wasserunlöslichen Verbindung, aus. Um die von Uran gereinigten Wässer in das hydrografische Netz abstoßen zu können, ist die Senkung des pH-Wertes durch Zugabe von Säure notwendig, wodurch zusätzlich erhebliche Mengen an Chlorid- oder Sulfationen in diese Wässer eingetragen werden.
  • Durch Zugabe von Kalziumhydroxid als Quelle der Hydroxilionen kann unter den nachfolgend geschilderten Randbedingungen die Mengenzunahme an Chlorid- oder Sulfationen weitgehend umgangen werden. Der pH-Wert an der Oberfläche eines Kalziumhydroxidteilchens liegt im Wasser oberhalb von 12, so daß die Fällung unmittelbar an der Grenzfläche Kalziumhydroxidteilchen/Wasser erfolgt und sich das ebenfalls wasserunlösliche Kalziumdiuranat bildet.
  • Nach Ablauf dieses Vorganges kann das Kalziumhydroxidteilchen aufgrund parallel oder konkurrierend ablaufender Nebenreaktionen wie der Ausfällung von Kalziumkarbonat, der Ausfällung von Magnesiumhydroxid oder der Ausfällung von Kalziumsulfat unter Verbrauch (Lösen) des Kalziumhydroxides vollständig in Lösung gehen, ohne daß eine Rücklösung des Kalziumdiuranates möglich ist. Der Ablauf der genannten Grenzflächenreaktion ist bereits bei pH-Werten in den zu reinigenden Wässern von pH kleiner 9 möglich. Der in der Regel vorhandene Gehalt an Magnesium in den Wässern schwankt in der Größenordnung von 100 mg/l bis 3000 mg/l.
  • Aufgrund der Reaktion Mg2+ + Ca(OH)2 === Mg(OH)2↓ + Ca2+ wird unter diesen Bedingungen die mit dem Kalziumhydroxid zugeführte Alkalität zur Fällung von Magnesium verbraucht.
  • Das Magnesiumion wirkt bei Zugabe des Kalziumhydroxides in das zu reinigende Rohwasser demzufolge als Puffer und reagiert mit dem Hydroxylion unter Bildung von Magnesiumhydroxid. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis alle Magnesiumionen verbraucht sind.
  • An den stark alkalischen Oberflächen der Kalziumhydroxidteilchen (pH-Wert größer 11,6) wird der Urankarbonatkomplex zerstört und das Uran zum wasserunlöslichen Kalziumdiuranat gefällt. Die dabei ablaufenden chemischen Prozesse entsprechen den bekannten Reaktionsabläufen der Fällung von Uran aus Reichregeneraten durch Zugabe von Natronlauge. Dabei laufen die nachfolgend dargestellten Reaktionen ab: 2Na+ + 2[UO2(CO3)3]4– + 6OH → Na2U2O7↓ + 6CO3 2– + 3H2O
  • Die theoretische Begründung für die Fällung von Natriumdiuranat durch Natronlauge in sodaalkalischer Lösung liegt in der „inneren" Dissoziation der Komplexverbindungen. Natriumtrikarbonaturanat z. B. dissoziiert zunächst nach folgender Gleichung („äußere Dissoziation"): Na4[UO2(CO3)3] ⇄ 4Na+ + [UO2(CO3)3]4–
  • Das komplexe Anion dissoziiert ebenfalls („innere Dissoziation"): [UO2(CO3)3]4– ⇄ UO2 ++ + 3CO3 ––
  • Die innere Dissoziation ist gegenüber der äußeren Dissoziation verschwindend gering. Ihre Größe hängt von der Beständigkeitskonstante des Komplexes ab. Es liegen jedoch immer, wenn auch in sehr geringem Maße, freie Uranylionen UO2 ++ vor.
  • Bei pH größer 11,6 reicht die OH-Konzentration aus, damit das Löslichkeitsprodukt für die Bildung von Diuranat überschritten werden kann.
  • Bei sehr hoher Karbonatkonzentration wird die innere Dissoziation zurückgedrängt, dadurch wird die UO2 ++-Konzentration noch kleiner. Das Löslichkeitsprodukt für Diuranat wird in diesem Fall nicht erreicht – es erfolgt keine Ausfällung.
  • Analog der oben gezeigten Reaktion zur Fällung des Urankarbonations mit Natronlauge bei pH-Werten größer 11,6 laufen bei der Zugabe von Kalkhydrat in den zu reinigenden Wässern an den Grenzflächen Kalkhydratteilchen/Wasser analoge Reaktionen ab. Die Oberfläche des Kalkhydratteilchens besitzt einen pH-Wert im Bereich von 12, auch wenn in den zu reinigenden Wässern (aufgrund des Verbrauches an Kalziumionen zur Magnesiumfällung ablaufender Nachlösung von Ca2+-Ionen) pH-Werte kleiner 11,6 vorliegen. Die Fällung des Urans erfolgt parallel zur Fällung des Mg(OH)2 sowie des CaCO3. Bis das Uran unter den erforderlichen Konzentrationswert ausgefällt ist, müssen Oberflächen der Kalziumhydratteilchen als Fällreagens vorhanden sein. Dies ist der Grund für die hohen Einsatzmengen an Kalk zur Fällung der Urankarbonationen bei hohen Gehalten an Karbonat-/Hydrogenkarbonationen in den zu reinigenden Wässern.
  • Durch Sedimentation des gebildeten Feststoffes wird das Uran im wasserunlöslichen Fällprodukt aus den zu reinigenden Wässern entfernt.
  • Man erreicht Urangehalte am Abgang dieser Stufe bis 0,1 mg/l.
  • Zur Fällung des Radiums aus Wässern der Natururangewinnung verwendet man in der Regel wasserlösliche Bariumsalze, insbesondere Bariumchlorid. Man nutzt hierbei die Tatsache, daß Radium aufgrund seiner Stellung im Periodensystem dem Barium ähnliche chemische Eigenschaften besitzt und die kontaminierten Wässer stets höhere Gehalte an gelöstem Sulfat besitzen. Dabei fällt das als Chlorid zugegebene Barium unter Einschluß des in den Wassern enthaltenen Radiums als Ba(Ra)SO4 aus.
  • Die Abtrennung des Arsenes wird in der Regel durch Zugabe von Eisen-III-ionen in Form von Eisen-III-chlorid erreicht. Es ist bekannt, daß frisch gefälltes Eisen-III-oxidhydrat ein spezifisches Adsorptionsvermögen für Arsenverbindungen besitzt. Dosiert man lösliche Eisen-III-verbindungen zu dem Arsen enthaltenden Wässern, fällt Eisen-III-oxidhydrat aus und adsorbiert das Arsen irreversibel.
  • Bei Vorliegen einer ausreichenden Konzentration an Magnesiumionen steigt der pH-Wert der gereinigten Wässer nicht über einen pH-Wert von 10 an, obwohl die zur Uranfällung notwendige Kalziumhydroxidzugabe in den gereinigten Wässern einen pH-Wert größer 10 erwarten läßt.
  • Die zur Reinigung der Wässer in der ersten Reinigungsetappe notwendigen Kalziumhydroxidmengen bewegen sich zwischen 1 000 mg/l und 10 000 mg/l, wobei sich die erforderliche Kalziumhydroxidmenge nach dem Gehalt an Karbonat-/Hydrogenkarbonat-, Kalzium-, Magnesium- und Sulfationen in den zu reinigenden Wässern richtet. Aus 1 000 mg zur Uranfällung eingesetztem Kalkhydrat ist durchschnittlich mit dem Anfall von 1 250 mg Fällprodukt zu rechnen.
  • Ist ein Einspülen der in erheblichen Mengen anfallenden Rückstände der Wasserreinigung in vorhandene Becken nicht möglich bzw. derartige voluminöse Becken stehen nicht zur Verfügung, entfallen die Hauptkosten für das Betreiben der Wasserreinigungsanlage auf die Deponierung der radioaktiv kontaminierten Wasserbehandlungsrückstände. Unter der Voraussetzung des Einsatzes von 1,5 kg Kalkhydrat pro Kubikmeter zu reinigender Wässer fallen z. B. bei einer Wassermenge von 1 Mio. m3/a pro Jahr ca. 1 250 t Rückstände an. Diese Rückstände sind auch nach einer mechanischen Entfernung des Wassers (Sedimentation und Filtration) nicht deponiefähig. Es ist eine Stabilisierung der Rückstände durch Behandlung mit selbstaushärtenden Bindemitteln (Braunkohlenfilterasche, Zement, Geopolymer) notwendig.
  • Hohe Konzentrationen an zugeführten Kalziumionen in die zu reinigenden Wässern führen bei den in bergbaulichen Wässern immer vorliegenden Sulfationen zur Ausfällung von Gips und dadurch zu schwer beherrschbaren Inkrustationen in Apparaten, Ausrüstungen und Rohrleitungen.
  • Aus den genannten Gründen ist der Einsatz der Kalkfällung bis Zugabemengen von maximal 2,0 kg Kalkhydrat pro Kubikmeter zu reinigender Wässer – bei alleinigem Behandlungsziel der Uranentfernung – ökonomisch sinnvoll. Bei höheren Einsatzmengen an Kalkhydrat sind, trotz gegenüber von Fällverfahren wesentlich höheren Kosten, Ionenaustauschprozesse sinnvoll.
  • Bekannt ist nach DE 43 07 468 A1 ein Verfahren zur Fällung von Schwermetallen, Uran und toxischen Metallen aus kontaminierten Wässern, indem anstelle der bekannten Zugabe von Kalziumhydroxid zur Fällung des Urans, beton- oder mörtelhaltiger Bauschutt, der gleichfalls radioaktiv kontaminiert sein kann, aufgeschlossen und dem zu behandelnden kontaminierten Wasser zudosiert wird. Nachteile des Verfahrens sind die ständig erforderliche parallel ablaufende Zerkleinerung des Bauschuttes und der Anfall von an der Reaktion nicht teilnehmenden Zuschlagstoffe, z. B. Sand, Kies, Splitt und Ziegelmasse. Das Verfahren ist nur ökonomisch sinnvoll anzuwenden, solange in der Nähe des jeweiligen Standortes Bauschutt anfällt, entsprechende örtliche Möglichkeiten, z. B. Absetzbecken industrieller Absetzanlagen, zur Durchführung des Verfahren vorhanden und nutzbar sind und die anfallenden Rückstände kostengünstig deponiert werden können.
  • Es ist bekannt, daß eine deutliche Verringerung der anfallenden Rückstandsmengen dadurch erreicht werden kann, daß als Fällungsreagens anstelle von Kalkhydrat ein flüssiger Ionenaustauscher, d. h. ein uranspezifisch wirkendes aggregierendes Polymer, eingesetzt wird. Ein solches Polymer, das durch Umsetzung von Polyacrylnitril mit Hydroxylamin hergestellt wird, ist unter der Produktbezeichung GoPur® 3000 kommerziell verfügbar (Gohlke, U.; Otto, A.; Kießig, G.: Reinigung von Bergbauwässern des Erzgebirges durch Fällung und Flockung. Vom Wasser, 84, 1995, S. 117–129).
  • Für den Reagenseinsatz muß man von ca. 8 mg/l GoPur pro 1 mg/l Uran im zu reinigenden Wasser ausgehen. Die bei der Uranfällung gebildeten Mikroflocken werden durch ein organisches hochpolymeres Flockungsmittel zu Makroflocken gebunden, die sich aber aufgrund ihrer geringen Dichte schwer durch Sedimentation abtrennen lassen. Bei nachfolgender Zugabe von FeCl3 zur Abtrennung des Arsens werden die GoPur-Flocken an die Eisen-Flocken gebunden und lassen sich dadurch durch Sedimentation abscheiden. Der im Abstoßwasser durch die GoPur-Fällung erreichbare Urangehalt ist mit dem durch die Kalkfällung erreichbaren vergleichbar, d. h. er beträgt ca. 0,1 mg/l.
  • Beim Vorhandensein von Urankarbonatkomplexen ist GoPur nicht oder nur bei ökonomisch nicht vertretbaren Einsatzmengen in der Lage den Urankarbonatkomplex zu binden. Für diesen Fall ist eine vorherige Entkarbonatisierung der Wässer notwendig.
  • Einen wesentlichen Nachteil besitzt das GoPur-Fällverfahren dadurch, daß das GoPur neben dem UO2 2+-Ion entsprechend der folgenden Selektivitätsreihe Fe3+ > Cu2+ > UO2 2+ > Zn2+ ≅ Cd2+ > Ni2+ >> Ca2+ spezifisch auch andere Metallionen bindet, die bei Anwesenheit ebenfalls eine Erhöhung der Einsatzmengen, bzw. vor der GoPur-Zugabe eine Fällung dieser Ionen erfordern.
  • Außerdem ist zur Abtrennung des in den kontaminierten Wässern häufig vorkommenden Mn2+-Ions eine zusätzliche Verfahrensstufe, z. B. Zugabe von Kaliumpermanganat, erforderlich.
  • Bekannt ist ebenfalls die Uranfällung durch Reduktion, z. B. durch katalytische Zersetzung mittels gasförmigem Wasserstoff Zur Durchführung dieses Verfahren ist ein sehr hoher technischer und ökonomischer Aufwand notwendig, so daß derartige Verfahren nur bei einer kommerziellen Gewinnung des Urans aus Lösungen mit hoher Urankonzentration (Fällung von Uran aus Reichregenerat) effektiv angewendet werden. Die Uranreduktion aus Wässern mit geringen Urankonzentrationen ist bisher nur mit Bioreaktoren im Test- und Entwicklungsstadium bekannt. Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung ist dieses Verfahren nicht geeignet.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein effektives und kostengünstiges Verfahren zu entwickeln,
    • – das die geforderten gesetzlichen und behördlichen Auflagen sowie die wasserrechtlichen Vorgaben für Konzentrationen an Uran, Schwermetallen und toxischen Metallen aus karbonat-/hydrogenkarbonathaltigen Wässern, insbesondere aus durch Natururan und seine natürlichen Zerfallsprodukte radioaktiv kontaminierten Wässern sicher gewährleistet oder unterbietet und
    • – das die bei der Fällung von Uran, Schwermetallen und toxischen Metallen aus karbonat-/hydrogenkarbonathaltigen Wässern anfallenden Rückstandsmengen der Wasserreinigung erheblich verringert.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Fällung von Uran, Schwermetallen und toxischen Metallen aus karbonat-/hydrogenkarbonathaltigen Wassern, denen vor der Fällung des Urans Kalziumhydroxid zugegeben wird, gelöst, das vor der Kalziumhydroxidzugabe eine weitreichende Zerstörung der Urankarbonatkomplexe durch Zugabe von Säure und intensiver Durchmischung mit Säure bis auf einen pH-Wert kleiner 4,3 erfolgt und das bei der Zerstörung der Urankarbonatkomplexe sowie der vorauslaufenden Karbonatzerstörung gebildete und in den Wässern gelöste Kohlendioxid aus den zu reinigenden Wässern, welche durch entsprechende Auswahl und geeignete Maßnahmen mit der am höchsten zur Verfügung stehenden natürlichen Wassertemperatur dem Verfahren zugeführt werden, weitgehend vollständig durch Einblasen von feinverteilter Luft über geeignete Belüftungseinrichtungen (Entkarbonatisierung) ausgetrieben wird.
  • Besonders Salzsäure eignet sich zur Zerstörung der Urankarbonatkomplexe. In Abhängigkeit der Wassertemperatur sind zwischen ca. 3300 mg/l CO2 (bei 0 °C Wassertemperatur) und ca. 1700 mg/l CO2 (bei 20 °C Wassertemperatur) in Wasser löslich.
  • Die Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit des CO2 in Wasser bedingt, daß es sowohl verfahrenstechnisch als auch ökonomisch vorteilhaft ist, der Waserreinigung Wässer mit möglichst hoher Temperatur zuzuführen. Dadurch kann die einzusetzende spezifische Luftmenge deutlich verringert werden. Dies kann z. B. im Sommer durch die oberflächennahe Entnahme von Freiwasser aus den Becken industrieller Absetzanlagen realisiert werden, da zwischen dem Oberflächenwasser und dem Tiefenwasser eine Temperaturdifferenz bis zu 20°C erreicht werden kann. Im Winter ist z. B. der Einsatz von Grubenwässern vorteilhaft.
  • Die einzublasende Luftmenge ist vom Gehalt an Karbonat-/Hydrogenkarbonationen in den zu reinigenden Wässern abhängig und liegt im praktischen Einsatzfall für bergbautypische Wässer vorzugsweise zwischen 2 m3 Luft/m3 Rohwasser bis 10 m3 Luft/m3 Rohwasser.
  • Um durch das Verfahren mit einer möglichst niedrigen Kalziumhydroxideinsatzmenge in einem Vorfluter einleitfähige Urangehalte (kleiner 0,3 mg/l) zu erzielen ist eine weitgehend vollständige Austreibung des gelösten Kohlendioxids erforderlich. Der Gehalt an Karbonat/Hydrogenkarbonat in den entkarbonatisierten Wässern (nach Anhebung des pH-Wertes in den alkalischen Bereich) sollte unter 30 mg/l liegen.
  • Nach der Entfernung der Karbonat-/Hydrogenkarbonationen erfolgt die Zugabe des Kalziumhydroxides. Da das Uranylion frei vorliegt, ist eine unmittelbare stöchiometrische Fällung des Urans möglich.
  • Durch das beschriebene Verfahren verringert sich nach der Entkarbonatisierung der erforderliche Kalziumhydroxideinsatz auf ca. 100 mg/l bis 150 mg/l. Zur Fällung des Urans auf ein Gehalt im Abstoßwasser kleiner 0,3 mg/l ohne vorherige Entkarbonatisierung ist ein spezifischer Kalziumhydroxideinsatz zwischen 1 000 mg/l bis 3 000 mg/l erforderlich.
  • Bei der Zerstörung der Urankarbonatkomplexe und nachfolgender Entkarbonatisierung wird durch Säurezugabe und intensiver Durchmischung zuerst das Karbonat zerstört. Dabei läuft vereinfacht nachfolgende Reaktion ab: CO3 2– + 2HCl → 2Cl + CO2↑ + H2O
  • Durch die Beseitigung der Komplexbildner Karbonat/Bikarbonat wird die innere Dissoziation des Urankarbonatkomplexes wie folgt ablaufen: [UO2(CO3)3]4– ⇄ UO2 ++ + 3CO3 ––
  • Durch die stetige Beseitigung der Karbonationen wird die Gleichgewichtsreaktion auf die Seite des freien Uranylions UO2 2+ verschoben. Dieses Ion kann mit Kalziumhydroxid spezifisch im stöchiometrischen Verhältnis als Kalziumdiuranat gefällt werden. Diese Reaktion kann wie folgt ablaufen: 2UO2 2+ + 3Ca(OH)2 → CaU2O7↓ + 2Ca2+ + 3H2O
  • Auch bei vorheriger Entkarbonatisierung der Wässer wird das Kalziumhydroxid gelöst und reagiert sofort mit den Magnesiumionen unter Bildung von Magnesiumhydroxid. Aus diesem Grunde steigt der Kalziumhydroxidverbrauch, in Abhängigkeit vom Gehalt an Magnesiumionen in den zu reinigenden Wässern, über den zur Uranfällung notwendigen stöchiometrischen Wert an.
  • In den Wässern enthaltene Ionen an Schwer- und toxischen Metallen werden durch die Kalziumhydroxidzugabe ebenfalls auf in den Vorfluter einleitfähige Konzentrationen gesenkt.
  • In bergbautypischen Wässern beträgt damit der Kalziumhydroxidverbrauch in der Regel nur etwa 10 % bis 15 % der ohne Entkarbonatisierung benötigten Menge. Dadurch sinkt bei der Reinigung karbonat-/hydrogenkarbonathaltiger Wässer durch Einsatz des beschriebenen Verfahrens die Menge der kostenintensiv zu entwässernden, zu stabilisierenden und umweltgerecht zu verwahrenden Fällprodukte auf ca. 10 % bis 15 %.
  • Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens lassen sich erhebliche umweltrelevante, technisch/technologische und ökonomische Vorteile – jeweils um ca. Faktor 10 – gegenüber dem bekannten Kalkfällverfahren erreichen. Diese Vorteile bestehen in:
    • – einer Verringerung des Kalkeinsatzes zur Fällung des Urans sowie anderer Schwer- oder toxischer Metalle,
    • – einer Verringerung der anfallenden Menge an Fällprodukten,
    • – einer Verringerung des Apparatevolumens zur Entwässerung und Stabilisierung der Fällprodukte,
    • – einer Verringerung des Einsatzes an selbstaushärtenden Bindemitteln zur Stabilisierung der Fällprodukte,
    • – einer Verringerung des Transportvolumens zur Verwahrung und
    • – einer Verringerung des Volumens zur Verwahrung der stabilisierten Fällprodukte (Vorberei-tung der Aufstandsfläche, Einbringen der stabilisierten Fällprodukte und Abdeckung der Verwahrungsfläche).
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Das Beispiel beschreibt die verfahrensgemäße Behandlung einer Mischung aus Sickerwässern (Sickerwasser Süd und Sickerwasser Nord). Diese Mischung aus Sickerwässern besitzt eine Konzentration an Hydrogenkarbonationen von 530 mg/l.
  • Auf der Grundlage folgender Werte:
    Salzsäurezugabe: 360 g/m3 Rohwasser
    spezifische Luftmenge: 6 m3 Luft/m3 Rohwasser
    Wassertemperatur: 20 °C
    wird das Beispiel beschrieben.
  • Die mit spezifischen Kalkeinsatzmengen von 50 mg/l, 100 mg/l, 150 mg/l, 200 mg/l und 400 mg/l erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt:
    Figure 00110001
    Tabelle 1: Vergleich der Ergebnisse der Behandlung der Sickerwässer Süd/Nord mit und ohne vorheriger Urankomplexzerstörung
  • Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, daß in den Vorfluter einleitfähige Gehalte an Uran (kleiner 0,3 mg/l) bereits bei Kalkeinsatzmengen größer 100 mg/l erhalten werden, wobei das Optimum zwischen 100 mg/l und 200 mg/l liegt. Die Erklärung für das Vorhandensein eines Optimums für die Kalkeinsatzmenge ist offensichtlich in den gebildeten Fällprodukten zu suchen. Im genannten Bereich weisen diese eine Teilchengröße/-konsistenz auf, die durch ein herkömmliches organisches Flockungsmittel im Sedimentationsprozeß optimal abtrennbar sind. Die dabei anfallenden Rückstandsmengen an Fällprodukten bewegen sich im Bereich zwischen 64 mg/l und 154 mg/l, also weniger als 10 % der bei der herkömmlichen Kalkfällung.
  • Bei vergleichbaren Wässern, die ohne vorherige Zerstörung der Urankarbonatkomplexe zu einem analogen Ergebnis führen sollen, beträgt die erforderliche Kalkeinsatzmenge ca. 1 000 mg/l und die anfallende Rückstandsmenge an Fällprodukten bis 1 700 mg/l.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Behandelt werden bergbautypische Abwässer (Sickerwasser Süd, Mischung Sickerwasser Süd/Nord und Sickerwasser aus einer Abraumhalde). Diese Wässer besitzen Konzentrationen an Hydrogenkarbonationen zwischen 413 mg/l bis 530 mg/l.
  • Folgende Parameter liegen bei diesem Beispiel vor:
    Salzsäurezugabe: 300 g/m3 Rohwasser bis 360 g/m3 Rohwasser
    spezifische Luftmenge: 4 m3 Luft/m3 Rohwasser bis 6 m3 Luft/m3 Rohwasser
    Wassertemperatur: 15 C bis 20 °C
  • Die mit einer spezifischen Kalkeinsatzmenge von 100 mg/l erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt:
    Figure 00120001
    Tabelle 2: Ergebnisse der Behandlung des Sickerwassers Süd, des Sickerwassers Süd/Nord und Sickerwassers aus einer Abraumhalde
  • Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, daß in den Vorfluter einleitfähige Gehalte an Uran (kleiner 0,3 mg/l) bei Kalkeinsatzmengen größer 100 mg/l sicher erreicht werden.
  • Die dabei anfallenden Rückstandsmengen an Fällprodukten bewegen sich im Bereich zwischen 87 mg/l und 220 mg/l, also weniger als 12 % der bei der Kalkfällung ohne vorherige Zerstörung der Urankarbonatkomplexe erhaltenen Rückstandsmengen.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Fällung von Uran, Schwermetallen und toxischen Metallen aus karbonat-/hydrogenkarbonathaltigen Wässern, insbesondere aus durch Natururan und seine natürlichen Zerfallsprodukte radioaktiv kontaminierten Wässern, denen vor der Fällung des Urans Kalziumhydroxid zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Kalziumhydroxidzugabe durch Zugabe von Säure und intensiver Durchmischung mit Säure bis auf einen pH-Wert kleiner 4,3 eine weitreichende Zerstörung der Urankarbonatkomplexe erfolgt und das bei der Zerstörung der Urankarbonatkomplexe sowie der vorauslaufenden Karbonatzerstörung gebildete und in den Wässern gelöste Kohlendioxid aus den zu reinigenden Wässern, welche durch entsprechende Auswahl und geeignete Maßnahmen mit der am höchsten zur Verfügung stehenden natürlichen Wassertemperatur dem Verfahren zugeführt werden, weitgehend vollständig durch Einblasen von feinverteilter Luft über geeignete Belüftungseinrichtungen ausgetrieben wird.
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Gohlke, U., Otto, A., Kießig, G.: "Reinigung von Bergbauwässern des Erzgebirges durch Fällung und Flockung". In: "Vom Wasser", herausgegeben von der Fachgruppe Wasserchemie in der Gesellschaft Deut- scher Chemiker, 84. Band, April 1995, S. 117-119
Gohlke, U., Otto, A., Kießig, G.: "Reinigung von Bergbauwässern des Erzgebirges durch Fällung und Flockung". In: "Vom Wasser", herausgegeben von der Fachgruppe Wasserchemie in der Gesellschaft Deutscher Chemiker, 84. Band, April 1995, S. 117-119 *

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