DE4112933C2 - Verfahren zur Verhinderung und Blockierung mikrobieller Laugungsprozesse sulfid- und metallhaltiger Materialien - Google Patents
Verfahren zur Verhinderung und Blockierung mikrobieller Laugungsprozesse sulfid- und metallhaltiger MaterialienInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verhinderung
mikrobieller Laugungsprozesse oder zu ihrer Blockierung, wenn sie
bereits eingesetzt haben, wie sie im Bergbau, der chemischen
Industrie oder Metallurgie an Halden oder Katalysator- bzw.
Flotationsrückständen vorgefunden werden.
Sulfidhaltige Rückstände des Bergbaues, der chemischen Industrie
oder Metallurgie fallen oft in großen Mengen in Form von Halden
mit Armerzen, Flotationsrückständen oder Katalysatoren der chemischen
Industrie an. Dazu zählen auch die Rückstände, Halden und
Haufen der chemischen sowie chemisch gestützten bakteriellen
Laugungsanlagen der Kupfer-, Uran- oder Edelmetallgewinnung.
Infolge oxidativer Veränderungen der sulfidischen Komponente der
Materialien durch natürlich vorhandene acidophile chemolithoautotrophe
Mikroorganismen der Gattungen Thiobacillus und Leptospirillum
entstehen stark schwefelsaure Lösungen, die Schwermetalle,
Erdalkalien, Uran usw. enthalten. Diese Wässer verursachen durch
ihre hohen Schwermetallgehalte, ggf. hohen Härtegrade und in
Uranbergbaugebieten durch Verteilung und Verbreitung radioaktiven
Materials erhebliche Umweltbelastungen.
Um diesen zu begegnen, werden beispielsweise in Japan saure Bergbauwässer
mit hohem Schwermetall-, insbesondere Eisen-II- und
Eisen-III-gehalt zunächst mit fixierten Thiobacillen behandelt,
um alle Eisen-II-ionen in den dreiwertigen Zustand zu überführen.
Eine sich anschließende pH-Werterhöhung mit Kalkstein bewirkt die
Ausfällung der Eisen- bzw. Schwermetallkationen. Vorhandene Arsen-
III-ionen werden durch Eisen-II-ionen in den fünfwertigen
Zustand überführt und ebenfalls ausgefällt. (Murajama T./1987/,
Methods in Enzymology, Vol. 136, 530-40).
Bekannt ist ein weiteres Konzept, das ebenfalls auf der Behandlung
der sauren schwermetallhaltigen Abwässer beruht. Ein mikrobieller
anaerober Reduktionsprozeß verringert den Sulfatgehalt
der Wässer, wobei das entstehende Sulfidion die vorhandenen
Schwermetallkationen bindet. Der für die mikrobielle Reaktion
erforderliche Kohlenstoff wird durch Kompost und angepflanzte
Schilfgürtel im Oxidationsgraben bereitgestellt. (Hellier W. W.,
Constructed Wetlands in Pennsylvania an overview Biohydrometallurgy
1989, 599-611, EDS: J. Salley, Ron G. L. Mc Cready, P. L.
Wichlacz, Canmet SP 89-10).
Die geschilderten Methoden orientieren ausschließlich auf die
Behandlung der Ab- bzw. Drainagewässer, d. h. auf die Folgeerscheinungen
mikrobieller Prozesse, die komplex und in ihrer Gesamtheit
schwer beherrschbar sind.
Ein weiteres im australischen Uranbergbau entwickeltes Haldensanierungsverfahren
sieht zunächst die Ermittlung der mikrobiellen
Reaktionszentren durch Temperatur- und pH-Messungen an den
Halden und daran anschließend ihre Abdeckung durch Auftragen von
Erdschichten, Planen o. a. Materialien vor. Da damit die Sauerstoffzufuhr
eingeschränkt oder verhindert wird und der mikroaerobe
in einen anaeroben Zustand übergeht, werden auch die
mikrobiellen Oxidations- und Laugungsprozesse mit all ihren nachteiligen
Folgen verhindert. (Harries J. R., Hendy, N., Ritchie,
A. I. M., Rate controls on leaching in pyritic mine wastes
Biohydrometallurgie 1988, 233-241, EDS: P. R. Norris, D. P. Kelly
STL, Kew Surrey).
Als Nachteil dieser Maßnahme ist anzusehen, daß ein totales
Unterbinden der Sauerstoffzufuhr, was Voraussetzung für eine
erfindungsgemäße Realisierung wäre, bei größeren Halden und Bergbaulandschaften
nicht möglich ist. Aus diesem Grund ist über
länger Zeiträume auch hier die Behandlung der Drainagewässer
erforderlich.
Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, bei sulfid-
und metallhaltigen Materialien natürlichen oder künstlichen
Ursprungs mittels geeigneter Maßnahmen mikrobiologische
Prozesse, in deren Folge die beschriebenen stark
umweltbelastenden Abprodukte entstehen, zu verhindern oder,
wenn sie bereits eingesetzt haben, zu vermindern und zu
blockieren.
Erfindungsgemäß wurde dies dadurch erreicht, daß die
mikrobielle Oxidation durch die auf das Wachstum der
Mikroorganismen Thiobazillen toxisch wirkenden Stoffe
Polypropylenoxid-Polyäthylenoxidaldehyd, Äthylenoxidaddukt
von n-Alkylalkohol, n-Alkylsulfonat und/oder fluoridhaltige
Substanzen verhindert oder blockiert wird. Diese Stoffe
werden einzeln oder im Gemisch vor oder nach bereits
erfolgter Laugung aufgegeben oder beispielsweise bei
Schüttungen auch in Form von Zwischenschichten eingebracht.
So kann bei der Schüttung neuer Halden oder von
Flotationsrückständen durch Anlegen der beschriebenen
Zwischenschichten eine spätere natürliche mikrobielle Laugung
verhindert werden.
Beim Einsatz fluoridhaltiger Substanzen wird erfindungsgemäß
das Austragen von Fluoridionen durch Einbringen
protonenverbrauchender Sperrschichten, bestehend aus
Karbonaten oder Hydroxiden, verhindert.
Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert
werden.
Zur Blockierung des mikrobiellen Wachstums einer Bergbaulaugungshalde
wird der Laugungslösung lösliches Fluorid in Form von technischem
Flußspat zugesetzt. Die toxisch wirkende Konzentration
von 400 mg F-/l wird in Form von Fluoro-Metall-Komplexen
realisiert, wobei als Komplexbildner vor allem Fe-III- und Al-
III-ionen aus der Laugungslösung in Frage kommen. Voraussetzung
für die Löslichkeit der Fluorkomplexe ist eine Fe-III- bzw. Al-
III-ionenkonzentration von=3 g/l und ein pH-Wert von 1,8. Unter
diesen Bedingungen gehen bis zu 2500 mg F-/l in Lösung. Diese
Lösung wird nach beendetem Laugungsprozeß solange auf die Halde
oder den abgelaugten Haufen gegeben, bis die in der Drainage
vorhandenen Mikroorganismen nicht mehr zur Oxidation der Eisen-
II-ionen in der Lage sind und der Grenzwert der Eisenoxidationsgeschwindigkeit
unter 35 mg Fe/lh sinkt oder in der Drainage
keine Mikroorganismen mehr vorhanden sind.
Der angegebene Grenzwert der Eisenoxidationsgeschwindigkeit entspricht
demjenigen, der einer chemischen
Oxidation durch Luftsauerstoff zuzuordnen ist.
Anschließend werden die gelösten Fluoride durch Anhebung des pH-
Wertes auf<2 gefällt.
Eine solche Halde ist durch den eingetragenen Fluoridgehalt versiegelt,
weitere mikrobielle Reaktionen sind nicht zu beobachten.
Das Prinzip für eine Blockierung des mikrobiellen Wachstums besteht
im Einbringen von Flußspatschichten (CaF₂) zwischen das
Haldenmaterial bei Neuschüttung von Abraum- oder Armerzhalden.
In einer Laborkolonne (4,5 cm×80 cm) wird 1 kg Erz in drei
Schichten zu je 1 g CaF₂ geschüttet und täglich 20 ml Wasser
aufgegeben. Im Drainagewasser, das 3 g Fe-III-ionen/l und einen
pH-Wert von 2,1 aufweist, geht das Fluorid als Fluoro-Metall-
Komplex in Lösung. Bereits nach fünfmaliger Wasseraufgabe befinden
sich 500 mg F- in der Drainage. Diese Menge reicht aus, um
den Wachstumsprozeß der T. ferrooxidans- und T. thiooxidans-
Bakterien zu blockieren, erkennbar an einer drastischen Reduzierung
ihrer Fähigkeit zur Fe-II-Oxidation unter einen Grenzwert
von r35 mg Fe2+/lh.
Durch das zusätzliche Einbringen einer CaCO₃-Schicht wurde das
Austragen des Fluorids verhindert.
Auf heterotrophe Mikroorganismen wirken Tenside in Abhängigkeit
von ihrer Struktur toxisch. Zusätzlich bewirkt ein Grenzflächeneffekt
die bessere Verteilung der flüssigen Phase, erhöhte Durchlässigkeit
im Haufwerk und verbessertes Dispergieren der Mikroorganismen.
Das Wachstum der Mikroorganismen wurde anhand der Fe-II-Oxidation
verfolgt. Bei r35 mg Fe-II/lh ist kein Wachstum mehr festzustellen.
Diese Toxizitätsgrenze wurde erreicht bei:
Polypropylenoxid-Polyäthylenoxidaldehyd: 300 ppm
Äthylenoxidaddukt von n-Alkylalkohol: 100 ppm
n-Alkylsulfonat: 20 ppm
Äthylenoxidaddukt von n-Alkylalkohol: 100 ppm
n-Alkylsulfonat: 20 ppm
Suspensionslaugungen von pyrithaltigem Kieselschiefer und Zugaben
der genannten Tenside ergaben keine mikrobiellen Laugungseffekte.
In einer Laborkolonne (4,5 cm×80 cm) wurde je 1 kg Erz unterschiedlicher
Korngrößen (s. Tab. 3) eingetragen und gelaugt.
Anschließend an eine aktive Uranlaugungsphase wurde das Erz mit
dem toxisch wirkenden Tensid n-Alkylsulfonat berieselt. Für eine Blockierung
des Wachstums von T. ferrooxidans und T. Thiooxidans waren pro
cm² Erzoberfläche 0,016 mg n-Alkylsulfonat erforderlich.
Zur Blockierung des Wachstums von Mikroorganismen in einer
geschütteten Versuchshalde von 2000 t wurden nach der Ermittlung
der Schüttdichte 40 kg n-Alkylsulfonat in 160 m³ Wasser gelöst benötigt.
Nach Behandlung der Halde wurde das Wachstum der Mikroorganismen
verfolgt, das nach Aufgabe der Tensidgesamtmenge vollständig
inhibiert war.
Die drainierenden Wässer wurden auf ihren Mikroorganismen-,
Tensid-, Eisen- und Urangehalt untersucht. Über mehrere Monate
waren im ablaufenden Wasser weder Tensid noch Thiobazillen
nachweisbar, und es konnte auch keine Pyritoxidation oder
Uranablaugung festgestellt werden.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß bereits bei der Anlegung von Halden, die aus den
Rückständen der Erzverarbeitung, chemischen Industrie oder Metallurgie
bestehen, mikrobiellen Laugungsprozessen und deren bekannten
negativen Folgen durch die beschriebenen Maßnahmen wirksam
begegnet werden kann: zum einen, indem das Auftreten dieser Prozesse
an sich verhindert wird und zum anderen, daß bereits im
Gang befindliche Laugungsprozesse gestoppt und blockiert werden.
So kann auf die sehr aufwendige und langwährende Behandlung der
Ablaufwässer solcher mikrobieller Laugungen verzichtet werden.
Claims (1)
- Verfahren zur Verhinderung oder Blockierung mikrobieller Laugungsprozesse sulfid- und metallhaltiger Materialien natürlichen oder künstlichen Ursprungs, dadurch gekennzeichnet, daß man vor oder nach bereits erfolgter Laugung Polypropylenoxid-Polyäthylenoxidaldehyd, Äthylenoxidaddukt von n-Alkylalkohol, n-Alkylsulfonat und/oder fluoridhaltige Substanzen zugibt oder in Form von Zwischenschichten einbringt, und daß man beim Einsatz fluoridhaltiger Substanzen das Austragen von Fluoridionen durch Einbringen protonenverbrauchender Sperrschichten, bestehend aus Karbonaten oder Hydroxiden, verhindert.
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