DE19859796A1

DE19859796A1 - Mittel und Verfahren zur Abdichtung von Gesteinen

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Publication number: DE19859796A1
Application number: DE1998159796
Authority: DE
Inventors: Gerald Ziegenbalg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2000-06-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mittel zur Permeabilitätsverringerung von klüftigen bzw. porösen Gesteinen/Böden. So auch ein Verfahren zur Bereitung und Verwendung dieses Mittels. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein einfaches umweltverträgliches und kostengünstiges Mittel und Verfahren zu dessen Bereitstellung und Verwendung zu entwickeln, wobei die Bildung der Fällungsbestandteile zeitlich und räumlich gesteuert erfolgt und auch zur Konditionierung von Schlämmen oder zur Schadstoffimmobilisierung eingesetzt werden kann. DOLLAR A Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Mittel eine wäßrige Lösung eingesetzt wird, die Kohlenhydrate und Calciumionen und/oder Carbonat- und/oder Sulfationen bzw. solche Ionen liefernde Komponenten und/oder Alkalihydroxide und/oder Oxidationsmittel und/oder Sulfide enthält und daß dieses Mittel durch eine simultane oder nacheinander erfolgende Auflösung oder Vermischung der einzelnen Komponenten hergestellt ist oder in den zu behandelnden Gesteinen, Böden, Schlämmen oder schadstoffhaltigen Bereichen unter Ausnutzung vorhandener Bestandteile in-situ zusammengesetzt wird und das Mittel in die oder auf die zu behandelnden Gebiete durch Injizieren, Besprühen, Tränken und/oder Vermischen eingebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mittel zur Abdichtung von klüftigen und/oder porösen natürlichen und/oder künstlichen Gesteinen und/oder Böden und/oder zur Konditionierung von Schlämmen und/oder zur Schadstoffimmobilisierung und ein Verfahren zu seiner Bereitung im Sinne des örtlich und zeitlich gesteuerten Zusammenführens der Einzelkomponenten des Mittels sowie zu seiner Anwendung. Der bei Einsatz dieses Mittels ablaufende Gips- und Carbonatbildungsprozeß führt, in Verbindung mit weiteren Sekundärmineralbildungen, die auf Wechselwirkungen mit anstehenden löslichen oder gelösten Komponenten beruhen, zu einem Verschluß von Fließwegen bzw. zu einer Schadstoffimmobilisierung.

Eine Verringerung der Permeabilität bzw. eine Abdichtung von natürlichen oder künstlichen Gesteinen ist aus sehr unterschiedlichen Gründen notwendig. So ist z. B. im Bergbau eine Verringerung der Wasserdurchlässigkeit von Gesteinen eine entscheidende Maßnahme zur Verringerung der Kosten für die Wasserhaltung. In Deponien oder Halden kann durch eine Permeabilitätsverringerung eine deutliche Verringerung des Schadstoffaustrages erzielt werden. Bei der Erstellung von Bohrungen für die Erdgas/Erdölgewinnung ist damit ein Durchteufen von wasserhaltigen Schichten möglich, ohne daß die Gefahr des differential pressure stickings besteht.

Zur Abdichtung von Gesteinen existieren eine Vielzahl von Verfahren. Bekannt ist z. B. der Einsatz von Wasserglaslösungen in Verbindung mit unterschiedlich konzentrierten CaCl₂-Lösungen (Joosten-Verfahren), die Anwendung von Zementen und Feinstzementen, der Einsatz von Acrylamiden, von Ton- oder Betonitsuspensionen sowie von speziellen Kunststoffen.

All diesen Verfahren ist eigen, daß die Abdichtung oder Verfestigung durch einen, in der Gesteinsmatrix ablaufenden Gelbildungs- oder Abbindeprozeß erfolgt, der zu einer vollständigen Ausfüllung des Poren- oder Kluftraumes mit dem eingebrachten Abdicht- oder Verfestigungsmittel führt. Wesentliche, bereits in den vorveröffentlichten Patentschriften DD 280 354 und DE PS 43 21 154 C2 aufgeführte Nachteile einer derartigen Vorgehensweise sind, daß der Abdicht- und/oder Verfestigungsprozeß durch Komponenten erzielt wird, die nicht oder nur in Ausnahmefällen zum natürlichen Gesteinsbestand gehören. Es unterscheiden sich eine Vielzahl von physikalisch und physikalisch-chemischen Eigenschaften und es resultiert daraus eine oftmals nur temporäre Abdichtung der behandelten Bereiche. Generell ergibt sich die Frage nach der Langzeitstabilität der Abdichtung, insbesondere dann, wenn die eingebrachten Materialien einer permanenten Einwirkung von Lösungen ausgesetzt sind. Ein weiteres Problem ist in dem für eine Vielzahl von Abbinde-, Aushärte oder Gelbildungsprozessen typischen Schwindungsprozeß zu sehen. Der durch die eingebrachte Komponente zunächst vollständig verfüllte Kluft- oder Porenraum ist nach dem Abbinde-, Aushärte oder Gelbildungsprozeß nur noch teilweise von dieser ausgefüllt. Es resultieren Undichtigkeiten bzw. eine Herabsetzung der Verfestigung. Gleichzeitig ist darauf hinzuweisen, daß die, die Abdichtung bewirkenden, Komponenten in Form von feststoffhaltigen Suspensionen (z. B. Zemente) oder in Form von Lösungen hoher Viskosität eingesetzt werden. Damit ist ein Eindringen in feinste Fließwege nicht oder nur mit hohem Aufwand zu erreichen. Eine Vielzahl von Arbeiten beschäftigt sich mit der Abdichtung bzw. Verfestigung von Gesteinen oder Böden durch einen Einsatz von Injektionsmitteln, die zur Bildung von schwerlöslichen Silikaten oder Kieselsäuren führen. Das bekannteste, bereits erwähnte Verfahren, der Joosten Prozeß, beruht auf einer zeitlich gestaffelten Injektion von konzentrierten Wasserglaslösungen und konzentrierten CaCl₂-Lösungen. Die Verfestigung wird dabei durch die während der Injektion der CaCl₂-Lö sung im zu verfestigenden Bereich erfolgende spontane Kieselsäurebildung bzw. die Entstehung von amorphen Silikaten erreicht. Nachteilig ist, neben der Entstehung einer hochkonzentrierten NaCl-Lösung, die Notwendigkeit einer gestaffelten Injektion. Eine Verfestigung wird nur dann erreicht, wenn es zu einer Vermischung beider Komponenten kommt. Aufgrund der oftmals inhomogenen Zusammensetzung der zu behandelnden Gesteine oder Böden ist ein Vermischen beider Komponenten jedoch nicht generell vorauszusetzen. Gleichzeitig erfolgt eine spontane Bildung der abdichtenden Verbindungen bei einem Kontakt beider Komponenten. Es kommt somit zu einer Kieselsäurebildung oder zur Entstehung amorpher Silikate an der Grenzfläche zwischen beiden Lösungen. Der dadurch bewirkte Abdichtungsprozeß verhindert eine weitere Vermischung der Komponenten und es wird nur ein geringer Teil der eingebrachten Komponenten zur Abdichtung genutzt.

Um diesen Nachteil zu umgehen wurden vielfältige Verfahren entwickelt, die einen Einsatz von Einkomponentensystemen ermöglichen. Erreicht werden kann dies durch die Vermischung von Wasserglaslösungen mit organischen Komponenten wie Butylacetat, Ethylacetat oder Ethylsuccinat. Es entsteht ein Einkomponentensystem, welches zur Bildung eines Kieselsäuregels führt. Die Gelierungszeit kann durch den Zusatz von Beschleunigern wie Aluminaten, Hydrogencarbonaten oder Chloriden (CaCl₂; MgCl₂) verkürzt werden. Nach der Schrift EP 0 530 600 ist eine Verfestigung und Abdichtung von Fels, Lockergestein, porösen natürlichen und künstlichen Steinen durch den Einsatz von Kieselsäuresolen möglich. Diese werden alleine oder in Kombination mit anderen Komponenten (Al-, Fe-, Ca-, Mg-haltige Lösungen) verpreßt. Die eingesetzten Kieselsäuresole weisen einen Gehalt an SiO₂, bezogen auf das Sol, von 5 bis 60 Gew.-% auf. Sind in dem zu behandelnden Bereichen Komponenten anwesend, die eine Überführung des Kieselsols in ein Kieselgel fördern (z. B. Verbindungen des Aluminiums, Eisens Calciums oder Magnesiums), so ist der Einsatz des reinen Kieselsols möglich. Fehlen diese Komponenten, muß eine zweite Komponente, die eine entsprechende Elektrolytlösung und/oder eine Aufschlämmung eines Calciumionendonators enthält, zugesetzt werden. Bevorzugte Zusätze sind wasserlösliche Salze von Aluminium, Eisen, Calcium oder Magnesium wie Alkalialuminatlösungen sowie Aufschlämmungen von Zement, Calciumoxid, Calciumhydroxid sowie gebranntem Ölschiefer. Die Vermischung der Komponenten erfolgt beim Injizieren in der Spitze einer Injektionslanze. Die Anwendung von Einkomponentensystemen ist nicht möglich, so daß sich das Verfahren vom bekannten Joosten Prozeß nur durch den Einsatz von Kieselsäuresolen unterscheidet.

Die in den Schriften DD 280 354, DE PS 43 21 154 C2 und DE 05 196 41 547 A1 offenbarten Verfahren zur Abdichtung von porösen und/oder klüftigen Gesteinen durch eine gezielte Gips-, Anhydrit-, Syngenit-, Polyhalit- oder BaSO₄-Fällung beruhen auf dem Einsatz von übersättigten Lösungen, die durch den Zusatz von Fällungsverzögerern zeitlich begrenzt stabilisiert werden. Eine Zersetzung der Fällungsverzögerer oder eine Adsorption dieser an umgebenden Gesteinen führt zu einem einsetzenden Kristallisationsprozeß und damit zu einem Verschluß der Fließwege. Der Einsatz von Lösungen, die zur Bildung von BaSO₄ führen, ermöglicht gleichzeitig die Ausbildung von langzeitstabilen Schichten auf reaktiven Mineraloberflächen und damit eine Immobilisierung von löslichen Schadstoffen. Eine Anwendung eines derartigen Prozesses zur Verzögerung einer CaCO₃-Fällung ist nur bedingt möglich. Im Vergleich zu Gips können nur sehr geringe absolute Übersättigungen aufgebaut werden. Nachteilig ist weiterhin, daß die Fällungsverzögerung und damit die Stabilität der übersättigten Lösungen ausschließlich auf dem Zusatz von Fällungsverzögerern beruht. Deren Zersetzung wird von einer Vielzahl von Faktoren bestimmt und ist, insbesondere bei einem Vermischen mit anstehenden unterschiedlich mineralisierten Porenwässern, nur schwer vorhersagbar. Eine eigentliche chemische Reaktion, die zu einer Bildung einer zur Fällung gelangenden Komponente führt, liegt einem derartigen Prozeß nicht zugrunde.

Oft werden Abdichtungsverfahren eingesetzt, um eine Ausbreitung von Schadstoffen zu unterbinden. Dabei ist es von besonderem Interesse, die Abdichtung mit einer Fixierung der Schadstoffe in Form von schwerlöslichen Verbindungen zu koppeln. Kostengünstige und umfassend einsetzbare Verfahren existieren jedoch nicht.

Das Auftreten von sauren, schadstoffhaltigen Wässern im Resultat einer Verwitterung von Halden sulfidhaltiger Minerale stellt ein weltweites Problem dar. Diese, als acid mine drainage (AMD) oder acid rock drainage (ARD) bezeichneten Lösungen können eine Vielzahl von Schwermetallen enthalten, die zu einer Belastung des Grundwassers oder zu einer Kontamination großer Flächen führen.

Neben einer Erfassung und anschließenden Behandlung der Lösungen in speziellen Wasserreinigungsanlagen ist es Stand der Technik und allgemein bekannt, so daß es eines Dokumentenzitates nicht bedarf, die Halden mit Materialien zu überdecken, die eine Bildung von sauren Lösungen verhindern. Eingesetzt werden z. B. CaO, Ca(OH)₂, CaCO₃, Dolomit oder Aschen. Das Ziel der Überdeckung ist es, aus Niederschlägen resultierenden Sickerwässern einen alkalischen Charakter zu verleihen bzw. die Pufferkapazität der Lösungen zu erhöhen, um Laugeprozesse zu unterbinden bzw. anwesende saure Porenwässer zu neutralisieren. Eine derartige Vorgehensweise erfordert das Aufbringen großer Mengen der entsprechenden Komponenten auf die Haldenkörper. Nachteilig ist vor allem, daß es sehr leicht zu einer Passivierung der reaktiven Komponenten, z. B. durch eine oberflächliche Bildung unlöslicher Schichten kommen kann.

Die in letzter Zeit verstärkt diskutierten Verfahren zur Zersetzung von Schadstoffen bei einem Passieren von reaktiven Wänden beziehen sich in vielen Fällen auf eine Zersetzung von organischen Schadstoffen. Eingesetzt werden vor allem Wände aus Eisen, die zu einer katalytischen Spaltung der organischen Schadstoffe führen. Der Einsatz von CaCO₃, Fe(OH)₃, Ca(OH)₂ oder Aschen in Form von reaktiven, porösen Wänden wird ebenfalls diskutiert. Ziel ist es, schwermetallbelastete Grundwässer bei einem Passieren dieser Wände in-situ zu dekontaminieren. Dazu ist es jedoch erforderlich, diese Komponenten in die entsprechenden Grundwasserleiter einzubringen. Dies geschieht in der Form, daß z. B. Schlitzgräben erstellt werden, in welche die reaktiven Verbindungen in Form einer Schüttung eingebracht werden. Neben den hohen Kosten ist vor allem die Möglichkeit einer Passivierung der Oberfläche der reaktiven Komponenten durch eine Bildung von unlöslichen Sekundärprodukten nachteilig. Insbesondere Karstgebiete sind durch eine, teilweise extrem hohe Wasserwegsamkeit gekennzeichnet, so daß es oftmals erforderlich ist, durch den Einsatz von speziellen Injektionsmitteln oder durch die Errichtung von Dämmen eine Reduzierung dieser zu erreichen. Kostengünstige, einfach anzuwendende Verfahren, die zu einer Reduzierung der Permeabilität durch eine gezielte Bildung von CaCO₃ führen, existieren nicht.

Ausgehend von den dargestellten Ursachen und den daraus resultierenden Mängeln des Standes der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein einfaches, umweltverträgliches und kostengünstiges Mittel und ein Verfahren zu dessen Herstellung und Anwendung zu entwickeln, welches eine Permeabilitätsverringerung von klüftigen und/oder porösen natürlichen und/oder künstlichen Gesteinen und/oder Böden bewirkt und welches zur Konditionierung von Schlämmen und/oder zur Schadstoffimmobilisierung eingesetzt werden kann, wobei die zur Fällung gelangenden Bestandteile in dem Mittel bereits enthalten sind oder die Bildung von Fällungsbestandteilen erst zum Zeitpunkt und erst am Ort der gewünschten Fällung und dadurch die Schaffung eines in sich geschlossenen Reaktionssystems erst dann und dort erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß ein Mittel aus einer wäßrige Lösung oder Suspension gebildet ist, welches Kohlenhydrate und Calciumionen und/oder

- Carbonat- und/oder Sulfationen und/oder
- carbonat- und/oder sulfatliefernde Komponenten und/oder
- Alkalihydroxide und/oder Oxidationsmittel und/oder
- Sulfide

enthält
und daß dieses Mittel durch eine simultane oder nacheinander erfolgende Auflösung oder Vermischung der einzelnen Komponenten hergestellt oder in den zu behandelnden klüftigen und/oder porösen natürlichen und/oder künstlichen Gesteinen und/oder Böden und/oder Schlämmen und/oder schadstoffhaltigen Bereichen unter Ausnutzung solcher dort vorhandener Bestandteile in-situ zusammengesetzt wird
und daß das Mittel in die oder auf die zu behandelnden Gebiete durch Injektion und/oder Besprühen und/oder Tränken und/oder Vermischen eingebracht wird.

Für das erfindungsgemäße Mittel werden vorzugsweise folgende Bestandteile wahlweise allein oder in Kombination eingesetzt:

- als Kohlenhydrate Saccharose und/oder Glucose und/oder Fruktose und/oder Natriumgluconat und diese in Konzentrationen zwischen 0,005 und 400 g/l,
- als Calciumionen liefernde Verbindungen Ca(OH)₂ und/oder CaO und/oder CaCl₂ und/oder Ca(NO₃)₂ in Konzentrationen, die zu Ca²⁺-Gehalten im Mittel zwischen 0,01 und 50 g/l führen,
- als Carbonate Alkalicarbonate und als carbonatliefernde Verbindungen CO₂ und/oder Alkalihydrogencarbonate und/oder Lösungen dieser Verbindungen und diese in Konzentrationen, die zu CO₃ ^2--Gehalten zwischen 0,01 und 75 g/l führen,
- als Sulfate Alkalisulfate und als sulfatliefernde Komponenten Alkalihydrogensulfate und/oder Alkalisulfite und/oder Alkalihydrogensulfite und/oder Lösungen dieser Verbindungen und/oder verdünnte Schwefelsäure und/oder schweflige Säure und diese in Konzentrationen, die zu SO₄ ^2--Gehalten zwischen 0,01 und 100 g/l führen,
- als Alkalihydroxide NaOH und/oder KOH in Konzentrationen, die zu einem pH-Wert zwischen 7 und 13 führen,
- als Oxidationsmittel und sulfatlieferende Komponente Salze der Peroxidischwefelsäure, vorzugsweise Na₂S₂O₈, in Konzentrationen von 0,01 bis 50 g/l,
- als Sulfide Alkalisulfide und/oder Lösungen von Alkalisulfiden in Konzentrationen, die zu Sulfidgehalten zwischen 0,01 und 20 g/l führen.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß es durch den Zusatz von Kohlenhydraten wie Saccharose, Glukose, Fruktose oder Natriumhexaglukonat möglich ist, alkalischen Ca(OH)₂-Lösungen Carbonat- und/oder Sulfationen zuzusetzen, ohne daß eine spontane Kristallisation der entsprechenden schwerlöslichen Verbindungen erfolgt. Die Lösungen sind jedoch nur zeitlich begrenzt stabil. Da die Löslichkeit von Gips oder CaCO₃ durch Saccharose, Glukose oder Fruktose nicht oder nur unwesentlich erhöht wird, stellen die resultierenden Mittel übersättigte Systeme dar. In Abhängigkeit von den gewählten Absolutkonzentrationen kommt es zu einem langsam einsetzenden Kristallisationsprozeß, der zur Ausbildung von Gips oder CaCO₃ führt. Röntgendiffraktometrische Untersuchungen wiesen die Ausbildung der CaCO₃-Mo difikationen Vaterit, Calcit und Aragonit nach. Werden Lösungen hergestellt, die Carbonat- und Sulfationen enthalten, so erfolgt die simultane Bildung von Gips und CaCO₃. Derartige Mittel können vorteilhaft als Injektionsmittel zur Abdichtung von porösen und klüftigen Gesteinen oder Gesteinshaufwerken eingesetzt werden. Der ablaufende Kristallisationsprozeß führt zu einem Verschluß der Fließwege durch Gips oder CaCO₃.

Vorteilhaft können die zur CaCO₃ bzw. CaSO₄.2H₂O-Bildung führenden Mittel auch dann eingesetzt werden, wenn in den zu behandelnden Bereiche saure, schadstoffhaltige Porenwässer anstehen. Die Stabilität der Ca(OH)₂-Glukose- und/oder Fruktose und/oder Saccharose enthaltenden Lösungen ist in Gegenwart von Sulfationen auf den alkalischen Bereich beschränkt. Während es durch den Zusatz von verdünnter H₂SO₄ möglich ist, den pH-Wert auf 10 oder 11 einzustellen, ohne daß eine spontane Gipsfällung erfolgt, ist eine vollständige Neutralisation der alkalischen Kohlenhydratlösungen mit einem spontanen Kristallisationsvorgang verbunden. In zu behandelnden Halden des Erzbergbaus oftmals anstehende sulfathaltige, saure Lösungen, führen bei entsprechenden Mischungsverhältnissen zu einer bevorzugten Gipsbildung und damit zu einem Verschluß der Fließwege. Gleichzeitig führt die Erhöhung des pH-Wertes zu einer Fällung von Hydroxiden. Ein unter anaeroben Bedingungen ablaufender mikrobieller Zuckerabbau ermöglicht bei Anwesenheit von Sulfationen gleichzeitig die Ausbildung von langzeitstabilen schwerlöslichen Metallsulfiden.

Überraschend war gleichzeitig, daß es möglich ist, den alkalischen Kohlenhydrate und Ca-Ionen enthaltenden Lösungen Sulfitionen, z. B. durch Vermischen mit Na₂SO₃-Lö sungen, ohne daß spontane Fällungsprozesse ablaufen, zuzusetzen
Neben einem Auflösen von CaO oder Ca(OH)₂ in Zuckerlösungen ist es in einfacher Form möglich, analoge Lösungen durch ein Zusetzen von Alkalihydroxidlösungen zu Lösungen, die Saccharose und/oder Glukose und/oder Fruktose und/oder Natriumglukonat und ein leicht lösliches Calciumsalz enthalten, herzustellen. Überraschend war, daß dabei bereits geringe Kohlenhydratgehalte eine vollständige Verzögerung einer Ca(OH)₂-Fällung bewirken. Während für die Herstellung einer Lösung von 10 g/l Ca(OH)₂ ein Auflösen von 10 g Ca(OH)₂ in einer Saccharoselösung von mindestens 70 g/l erforderlich ist, ermöglicht bereits der Zusatz von 10 g Saccharose zu einer Lösung von 10 g/l CaCl₂ eine sichere Verzögerung einer Ca(OH)₂-Fällung bei einer sich anschließenden Zugabe von Alkalihydroxidlösungen. Zum Einstellen eines pH-Wertes von 13 ist ein Zusatz von 135 ml einer 1 N NaOH oder KOH erforderlich. Diese Lösungen können vorteilhaft zur Immobilisierung von Schwermetallen in Form von Hydroxiden eingesetzt werden. Gleichzeitig ist es möglich, in Analogie zu den auf der Basis von Ca(OH)₂ hergestellten Lösungen, Carbonate oder Sulfate zuzusetzen, ohne daß eine spontane CaCO₃ oder Gipskristallisation erfolgt. Zur Erhöhung der immobilisierenden Wirkung der Lösungen ist der Zusatz von Na₂S-Lösungen oder von kolloidalem Schwefel möglich. Im Falle einer Vermischung mit schwermetallhaltigen Lösungen kommt es zur zusätzlichen Abscheidung von schwerlöslichen Sulfiden, die den Prozeß einer Immobilisierung unterstützen.

Bei einem mikrobiellen Abbau der Kohlenhydrate erfolgt ebenfalls eine Gips- und/oder Calciumcarbonatbildung. Überraschend war, daß ein Abbau der Kohlenhydrate auch in einfacher Weise durch den Einsatz von Peroxidisulfat erreicht werden kann. So erfolgt bei einem Zusatz von 10 g Na₂S₂O₈ zu einer Lösung, die 12,52 g/l Ca(OH)₂ und 50 g/l Glukose enthält, innerhalb von 24 h eine Bildung von CaCO₃ und Gips. Röntgendiffraktometrisch konnte die Bildung der CaCO₃-Modifikationen Calcit und Aragonit nachgewiesen werden. Es liegt somit ein in sich geschlossenes Reaktionssystem vor, welches die zur Ausbildung von CaCO₃ und/oder CaSO₄.2H₂O erforderlichen Komponenten in einer Form enthält, die erst durch eine chemische Reaktion zur Wirkung gelangen. Dabei konnte nicht erwartet werden, daß es durch den Zusatz von Na₂S₂O₈ gelingt, die Zuckerbestandteile in einem Ausmaß zu CO₂ zu oxidieren, der in alkalischen Lösungen eine Fällung von CaCO₃ bewirkt. In Abhängigkeit von der Konzentration an Zucker, Oxidationsmittel und Ca-Ionen kommt es zur Bildung feinkristalliner Gips- und CaCO₃-Niederschläge oder zur Abscheidung von fest haftenden Schichten.

Es werden in die zu behandelnden Bereiche Lösungen eingebracht, die zur Ausbildung eines Pufferreservoirs führen. Zum Einsatz gelangen ausschließlich biologisch abbaubare Komponenten, so daß eine zusätzliche Belastung der zu behandelnden Bereiche sicher ausgeschlossen werden kann.

Das Verfahren ist kostengünstig, umweltfreundlich und ohne hohen apparativen Aufwand einsetzbar.

Die Erfindung soll an nachfolgenden Beispielen näher erläutert werden:

Beispiel 1

Ein zur Bildung von Gips führendes Mittel wird wie folgt hergestellt: Es werden 100 kg Glukose in 1 m³ Wasser aufgelöst. Unter Rühren erfolgt ein langsamer Zusatz von 21 kg Ca(OH)₂. Der entstehenden klaren Lösung werden, ebenfalls unter Rühren, 60 kg Na₂SO₄.10H₂O zugesetzt. Diese Lösung wird in die Gebirgsteile injiziert, in denen die Notwendigkeit einer Permeabilitätsabsenkung besteht. Beim Einsatz dieser Lösung als Injektionsmittel erfolgt eine drastische Verringerung der Permeabilität des durchflossenen Gesteinsbereiches durch die Abscheidung von Gipsschichten.

Beispiel 2

Zur Herstellung eines zur CaCO₃- und Gipsbildung führenden Mittels wird wie folgt vorgegangen: In 1 m³ Wasser werden 50 kg Saccharose aufgelöst. Unter Rühren erfolgt der Zusatz von 50 kg feinpulvrigem Ca(OH)₂. Die entstandene Suspension wird für 3 Stunden intensiv gerührt und anschließend abfiltriert. Die klare Lösung weist einen Ca²⁺- Gehalt von 4,72 g/l auf, was einer Ca(OH)₂-Konzentration von 8,72 g/l entspricht. Der stark alkalischen Lösung werden unter Rühren 10 kg Na₂S₂O₈ zugesetzt. Bei einem Einsatz als Injektionsmittel bewirkt die ablaufende CaCO₃- und Gipskristallisation einen Verschluß von Fließwegen und eine Schadstoffimmobilisierung. Wird diese Lösung auf ein Gesteinshaufwerk z. B. durch Besprühen aufgebracht, so erfolgt während des Versickerns der Lösung eine CaCO₃- und Gipsbildung die sowohl eine drastische Permeabilitätsverringerung als auch eine Immobilisierung von Schwermetallen bewirkt.

Beispiel 3

Ein zur Bildung von CaCO₃ und Gips führendes Mittel wird durch ein Auflösen von 18 kg Ca(OH)₂ in 1 m³ einer Lösung von 100 g/l Saccharose hergestellt. Unter starkem Rühren werden der einen pH-Wert von ca. 12 aufweisenden Lösung 124 l einer 1 molaren Na₂CO₃-Lösung und 40 kg festes Na₂SO₄.10H₂O zugesetzt. Die Lösung wird durch injizieren in eine poröse Schicht eingebracht. Bei einem Einsatz dieser Lösung als Injektionsmittel erfolgt eine drastische Verringerung der Permeabilität des durchflossenen Gesteinsbereiches durch die Abscheidung von CaCO₃- und Gipsschichten. Damit verbunden ist eine Immobilisierung von Schwermetallen in Form von Hydroxid- und Carbonatfällungen.

Beispiel 4

Eine zur CaCO₃- und Gipskristallisation führende Lösung wird wie folgt hergestellt:
In 1 m³ Wasser werden 50 kg Natriumglukonat aufgelöst. Unter Rühren erfolgt der Zusatz von 50 kg feinpulvrigem Ca(OH)₂. Die entstandene Suspension wird für 3 Stunden intensiv gerührt und anschließend abfiltriert. Die klare Lösung weist einen Ca²⁺-Ge halt von 11,35 g/l auf, was einer Ca(OH)₂-Konzentration von 20,98 g/l entspricht. Der stark alkalischen Lösung werden unter Rühren 6 kg Na₂S₂O₈ zugesetzt. Bei einem Einsatz dieser Lösung als Injektionsmittel bewirkt die ablaufende simultane CaCO₃- und Gipskristallisation einen Verschluß von Fließwegen sowie die Ausbildung von sekundären Carbonat- und Hydroxidmineralen.

Beispiel 5

Zur Herstellung eines Immobilisierungsmittels für Schwermetalle werden 11 kg Ca(OH)₂ in einem m³ einer Saccharoselösung von 75 g/l aufgelöst. Dieser Lösung werden 66 l einer 2 molaren H₂SO₄ und 7,5 l einer gesättigten Na₂S-Lösung zugesetzt. Bei einer Vermischung mit einer schwermetallhaltigen Lösung erfolgt eine Bildung von schwerlöslichen Sulfiden sowie eine Kristallisation von CaSO₄.2H₂O. Bei einem Einsatz diese Mittels als Penetrationslösung für kontaminierte Gesteinsmaterialien wird eine drastische Permeablitätsverringerung, die mit einer Fixierung von Schwermetallen in Form von Sulfiden verbunden ist, erreicht.

Beispiel 6

Zur Abdichtung eines permeablen Gesteinsbereiches und zur Immobilisierung der in diesen befindlichen sulfatreichen, schwermetallhaltigen Lösungen wird durch Auflösen von 10 kg Saccharose in 1 m³ einer CaCl₂-Lösung von 10 g/l und anschließendem Zusatz von 135 l 1 N NaOH eine Lösung hergestellt. Diese wird in den betreffenden Gebirgsteil injiziert.
Bei der somit entstehenden Vermischung mit der im Gestein anstehenden Lösung ergibt sich das erfindungsgemäße Mittel zur Permeabilitätsverringerung erst zum Zeitpunkt seines Erfordernisses und auch erst am beabsichtigten Ort, aus welchem Gips und schwerlösliche Hydroxide auskristallisieren. Es erfolgt eine drastische Verringerung der Permeabilität der durchströmten Bereiche die mit einer Fixierung von Schwermetallen einhergeht.

Beispiel 7

Ein Mittel zur Neutralisation von Gesteinen, die mit sauren, schwermetallhaltigen Porenlösungen durchsetzt sind, wird wie folgt zusammengesetzt: In 1 m³ Wasser werden 20 kg Saccharose aufgelöst. Unter Rühren erfolgt die Zugabe und Auflösung von 2,5 kg Ca(OH)₂. Die entstehende klare, alkalisch reagierende Lösung wird durch ein Besprühen oder in Form von Injektionen auf oder in die Gesteine eingebracht. Alternativ kann ein Vermischen der Lösung mit feinkörnigen Gesteinen oder Böden in speziellen Anlagen besonders vorteilhaft sein. Die bei einem Kontakt mit den schwermetallhaltigen Porenwässern ablaufende Hydroxidfällung führt zu einer sicheren Immobilisierung der Schadstoffe.

Claims

1. Mittel zur Abdichtung von Gesteinen, insbesondere von klüftigen und/oder porösen natürlichen und/oder künstlichen Gesteinen und/oder Böden und/oder zur Konditionierung von Schlämmen und/oder zur Schadstoffimmobilisierung bestehend aus wäßrigen Lösungen und/oder Suspensionen, dadurch gekennzeichnet, daß es Kohlenhydrate und Calciumionen und/oder Carbonat- und/oder Sulfationen und oder an Stelle dessen sulfat- und/oder carbonatliefernde Komponenten und oder an Stelle dessen Alkalihydroxide und/oder Oxidationsmittel und oder an Stelle dessen Sulfide enthält.

2. Mittel nach Anspruch, 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenhydrate Saccharose und/oder Glucose und/oder Fruktose und/oder Natriumgluconat enthalten sind und diese im Konzentrationsbereich zwischen 0,005 und 400 g/l liegen.

3. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Calciumionen liefernde Verbindungen Ca(OH)₂ und/oder CaO und/oder CaCl₂ und/oder Ca(NO₃)₂ in Konzentrationen enthalten sind, die zu Ca²⁺-Gehalten im Mittel zwischen 0,01 und 50 g/l führen.

4. Mittel nach Anspruch, 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Carbonate Alkalicarbonate und als carbonatliefernde Verbindungen CO₂ und/oder Alkalihydrogencarbonate und/oder Lösungen dieser Verbindungen enthalten sind und diese in Konzentrationen vorliegen, die zu CO₃ ^2--Gehalten zwischen 0,01 und 75 g/l führen.

5. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sulfate Alkalisulfate und als sulfatliefernde Komponenten Alkalihydrogensulfate und/oder Alkalisulfite und/oder Alkalihydrogensulfite und/oder Lösungen dieser Verbindungen und/oder verdünnte Schwefelsäure und/oder schweflige Säure enthalten sind und diese in Konzentrationen vorliegen, die zu SO₄ ^2--Gehalten zwischen 0,01 und 100 g/l führen.

6. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalihydroxide NaOH und/oder KOH in Konzentrationen enthalten sind, die zu einem pH-Wert zwischen 7 und 13 führen.

7. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel und sulfatliefernde Komponente Salze der Peroxidischwefelsäure, vorzugsweise Na₂S₂O₈, in Konzentrationen von 0,01 bis 50 g/l enthalten sind.

8. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sulfide Alkalisulfide und/oder Lösungen von Alkalisulfiden in Konzentrationen enthalten sind, die zu Sulfidgehalten zwischen 0,01 und 20 g/l führen.

9. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Zweck der Verringerung der Permeabilität von klüftigen und/oder porösen natürlichen und/oder künstlichen Gesteinen und/oder Böden und/oder zur Konditionierung von Schlämmen und/oder zur Schadstoffimmobilisierung eingesetzt wird.

10. Verfahren zur Bereitung und Ein- bzw. Aufbringung eines Mittels zur Abdichtung von Gesteinen nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel durch eine simultane oder nacheinander erfolgende Auflösung oder Vermischung der einzelnen Komponenten bereitet und in die zu behandelnden klüftigen und/oder porösen natürlichen und/oder künstlichen Gesteine und/oder Böden und/oder Schlämmen und/oder schadstoffhaltigen Bereiche durch Injektion und/oder Besprühen und/oder Tränken und/oder Vermischen ein- bzw. aufgebracht wird oder daß dieses Mittel in diesen Gesteinen, Böden, Schlämmen und/oder schadstoffhaltigen Bereichen unter Einbeziehung der dort bereits vorhandenen jeweiligen Mittelbestandteile in-situ zusammengesetzt und zeitgesteuert zur Wirkungsentfaltung gebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel durch Auflösen von Ca(OH)₂ und/oder CaO in Lösungen von Kohlenhydraten und anschließendem Zusatz von Carbonat- und/oder Sulfationen und/oder sul fat- und/oder carbonatliefernden Komponenten und/oder Alkalihydroxiden und/oder Oxidationsmitteln und/oder Sulfiden bereitet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel durch Vermischen von Lösungen leicht löslicher Calciumsalze mit Kohlenhydraten oder Lösungen von Kohlenhydraten, der Zugabe von Alkalihydroxid oder Alkalihydroxidlösungen und anschließendem Zusatz von Carbonat- und/oder Sulfationen und/oder sulfat- und/oder carbonatliefernden Komponenten und/oder Oxidationsmitteln und/oder Sulfiden bereitet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel in-situ durch Vermischen von eingebrachten Lösungen, die Ca-Ionen und Kohlenhydrate und/oder Alkalihydroxide enthalten, mit anstehenden bzw. anwesenden Lösungen, die Carbonat- und/oder Sulfationen und/oder sulfat- und/oder carbonatliefernde Komponenten enthalten, bereitet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel in-situ durch Vermischen von eingebrachten Lösungen, die Ca-Ionen und Oxidationsmittel enthalten, mit anstehenden Lösungen, die Kohlenhydrate und/oder Carbo nat- und/oder Sulfationen und/oder sulfat- und/oder carbonatliefernde Komponenten enthalten, bereitet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel in-situ durch Vermischen von Kohlenhydrate und Oxidationsmittel enthaltenden Lösungen mit in den zu behandelnden Bereichen anstehenden Lösungen von Calciumionen und/oder Carbonat- und/oder Sulfationen und/oder sulfat- und/oder carbonatliefernden Komponenten, bereitet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel in-situ durch Vermischen von Kohlenhydrate und Carbonat- und/oder Sulfationen und/oder an Stelle dessen sulfat- und/oder carbonatliefernde Komponenten und/oder an Stelle dessen Alkalihydroxide und/oder an Stelle dessen Sulfide enthaltende Lösungen mit in den zu behandelnden Bereichen anstehenden Lösungen von Calciumionen bereitet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung des Mittels durch die jeweilige Wahl der Konzentration an Kohlenhydraten und Calciumionen und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat- und/oder Sulfationen und/oder des Oxidationsmittels und/oder des Alkalihydroxid zeitlich gesteuert wird.