@phdthesis{Poppitz2022,
  author    = {Poppitz, Hanka},
  title     = {Untersuchungen zur Alteration von R{\"u}ckstandshalden der Kaliindustrie im Werratal},
  doi       = {10.25972/OPUS-25380},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-253802},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Im Zuge der Aufbereitung von Kalirohsalzen fallen weltweit feste R{\"u}ckst{\"a}nde an, die auf Großhalden entsorgt werden. Die Aufhaldung und die von den R{\"u}ckstandshalden ausgehenden Umweltauswirkungen unterliegen in Deutschland der Kontrolle durch die zust{\"a}ndigen Bergbeh{\"o}rden. Um die Emissionen besser quantifizieren zu k{\"o}nnen und die Eignung technischer Minderungsmaßnahmen zu beurteilen, erfolgte im Rahmen der Genehmigungsverfahren zur Erweiterung der R{\"u}ckstandshalden an den Standorten Hattorf und Wintershall die Erkundung des Haldenk{\"o}rpers durch Bohrungen mit Fokus auf die darin ablaufenden Str{\"o}mungsprozesse. Eine Modellvorstellung zur Zonierung der Halde im Hinblick auf Str{\"o}mungsprozesse war zun{\"a}chst anhand von Haldenbohrungen am Standort Hattorf entwickelt worden. Das Ziel dieser Arbeit war, mittels der Bohrergebnisse einer weiteren Haldenbohrung am Standort Wintershall die {\"U}bertragbarkeit der zuvor in Hattorf gefundenen Gegebenheiten zu {\"u}berpr{\"u}fen und den Kenntnisstand zu Str{\"o}mungs- und Alterationsprozessen innerhalb der Halde zu verbessern. Im Zuge der Haldenbohrungen erfolgten bohrbegleitende Untersuchungen (Abflussmessungen, Kamerabefahrungen, geophysikalische und geohydraulische Untersuchungen), und an dem Bohrkernmaterial und den Haldenl{\"o}sungen wurde ein umfangreiches Laboruntersuchungsprogramm ausgef{\"u}hrt, das chemische und mineralogische Analysen sowie Untersuchungen der physikalischen und hydraulischen Eigenschaften des R{\"u}ckstands umfasste. Zus{\"a}tzlich wurden erg{\"a}nzende Gef{\"u}geuntersuchungen (D{\"u}nnschliffuntersuchungen am Rasterelektronen-Mikroskop und exemplarische CT-Untersuchungen) an Probenmaterial der Halde Hattorf durchgef{\"u}hrt, um mittels visueller Untersuchungen insbesondere die Rolle {\"u}bersch{\"u}tteter ehemaliger Haldenoberfl{\"a}chen f{\"u}r das Str{\"o}mungsgeschehen im Haldenk{\"o}rper zu erkunden. Unter Ber{\"u}cksichtigung aller Ergebnisse wurden die Str{\"o}mungs- und Alterationsprozesse im R{\"u}ckstand beschrieben. Die maßgebliche Erkenntnis im Hinblick auf das Str{\"o}mungsgeschehen im Haldenk{\"o}rper ist, dass in dessen Porenraum keine S{\"a}ttigung besteht und dieser in allen Bereichen mit einem Gemisch aus L{\"o}sung und Luft gef{\"u}llt ist, so dass die Gesetzm{\"a}ßigkeiten der Zweiphasenstr{\"o}mung maßgeblich sind. Die bislang zur Bewertung von Str{\"o}mungsprozessen {\"u}blichen Durchl{\"a}ssigkeitsbeiwerte sind damit ungeeignet, da sie f{\"u}r ges{\"a}ttigte Bereiche gelten. {\"U}bereinstimmend wurde mit einer Reihe von Ergebnissen belegt, dass die Str{\"o}mungsprozesse im Haldenk{\"o}rper an bevorzugte Wegsamkeiten gebunden sind, bei denen es sich ausweislich der Gef{\"u}geuntersuchungen um ein System miteinander verbundenen Sekund{\"a}rporen handelt. Der R{\"u}ckstand ist zu charakterisieren als ein Nebeneinander aus diesen Wegsamkeiten und unbeeinflussten, aggregierten Bereichen. Des Weiteren wurde gezeigt, dass der Niederschlagseinfluss zur Teufe hin abnimmt, und es wurden Kriterien zum Nachweis von Niederschlagsunbeeinflussten Bereichen formuliert. Die Arbeit hat damit auch gezeigt, dass die Modellvorstellung, welche die Halde in eine f{\"u}r die Str{\"o}mungsprozesse maßgebliche Haldenmantelzone, eine gering durchl{\"a}ssige Kernzone und eine dazwischen befindliche {\"U}bergangszone mit gradueller {\"A}nderung der Eigenschaften unterteilt, grunds{\"a}tzlich auch auf den Standort Wintershall {\"u}bertragbar ist. Das Modell des Haldenk{\"o}rpers wurde weiter detailliert und zus{\"a}tzliche Kriterien zur Verortung der einzelnen Zonen im Haldenk{\"o}rper abgeleitet. Insbesondere wurde im Haldenmantelbereich eine charakteristische Randzone ausgehalten, welche im Ergebnis einer intensiven Durchstr{\"o}mung mit un- bzw. teilges{\"a}ttigten L{\"o}sungen selektiv an Wertstoff-Restgehalten abgereichert ist. Sie 2 wird von den unterlagernden reaktiven Zonen durch die L{\"o}sungsfronten f{\"u}r Kalium und Magnesium abgegrenzt. Aufbauend auf der erweiterten Modellvorstellung wurde die Zonierung f{\"u}r die Haldenbohrung am Standort Wintershall abgeleitet. Besonderes Augenmerk galt im Rahmen aller Untersuchungen der Wirkung von {\"u}bersch{\"u}tteten ehemaligen Haldenoberfl{\"a}chen, die als Sch{\"u}ttfl{\"a}chen bezeichnet werden. Es zeigte sich anhand der Untersuchungen, dass die Relevanz von Sch{\"u}ttfl{\"a}chen f{\"u}r das Str{\"o}mungsgeschehen abh{\"a}ngig von der Sch{\"u}tthistorie ist, und dass diese, selbst wenn sie aktiv am Str{\"o}mungsgeschehen teilnehmen, die Gegebenheiten im Haldenk{\"o}rper nur lokal {\"u}berpr{\"a}gen. Das Ziel der Aufstellung eines Modells zu Str{\"o}mungsprozessen im Haldenk{\"o}rper besteht in der Beurteilung der von diesen Halden ausgehenden Umweltauswirkungen. Dar{\"u}ber hinaus dienen die Erkenntnisse der Einsch{\"a}tzung der Wirksamkeit der bereits ergriffenen bzw. noch zu ergreifenden Schutz- und Emissionsminderungsmaßnahmen sowie der Planung zuk{\"u}nftiger Maßnahmen zur Wiedernutzbarmachung der Tagesoberfl{\"a}che und zur Erstellung von Prognosen. In diesem Sinne wurden aus den Ergebnissen der Arbeit abschließend Empfehlungen f{\"u}r technische Konzepte und den Haldenbetrieb abgeleitet.},
  subject      = {Kaliindustrie},
  language  = {de}
}