4.3 Geochemie anorganischer Rückstände/Abfälle

 

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Schwerpunkte der Arbeiten:

 

1)          Speziation

 

2)          Langzeitverhalten

 

3)          Geochemische Modelle

 

 

 

 

 

4.3.1 Speziation

 

Charakterisierung und chemische Speziation von anorganischen und organischen Schadstoffen (Konzentrationsbereich <mg/kg) in Rückständen/Abfällen (Multikomponenten-Matrizes).

 

A) Anorganische Komponenten (Metalle Me)

 

Methodik: Sequentielle Extraktion, Dichtefraktionierung zur Anreicherung schwermetallhaltiger Phasen, Festkörper- / oberflächenanalytische Methoden (Petrography, XRPD, XMPA, XPS).

 

Beispiel zur Speziation:
Identifizierung von Cu-Phasen in Schlacken aus Müllverbrennungsanlagen:

• Cu0

• CuO, Cu2O

• Alkalische Cu-Carbonate: CuCO3*Cu(OH)2, 2 CuCO3*Cu(OH)2 als Verwitterungsprodukte

• Cu in Legierungen

 

 

 

B) Kohlenstoffhaltige Komponenten (Total Carbon = Inorg. Carbon + Elementary Carbon + Organic Carbon)

 

Methodik: Carbonat-Zerstörung, thermische Desorption, thermische Analysen (TG, DSC), HPLC, GC-MS, IC.

 

Beispiel zur Speziation: Identifizierung organischer Komponenten in Schlacken aus Müllverbrennungsanlagen:

 

• Alkane
• PAK’s
• Fettsäuren
• polare Carbonsäuren

 

Da die anorganischen Rückstände/Abfälle oft geringe Restkohlenstoffgehalte (ca. %-Bereich) aufweisen, wird auf der Basis der Differenzierung zwischen rußähnlichem ('black carbon'), carbonatischem und organisch gebundenem Kohlenstoff der Einfluss auf Mobilisierungsfaktoren wie Komplexierung von Metallen (z. B. durch Spuren kurzkettiger Carbonsäuren), Änderung der Säure- bzw. Sorptionskapazität der komplexen Matrizes quantifiziert.

Untersuchungen zur Aufklärung lokaler Strukturen der chemischen Umgebung in amorphen und semiamorphen Festkörpern mit Hilfe der Infrarotspektroskopie und Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) durch Anwendung von Synchrotronstrahlung sind geplant. Von besonderem Interesse ist die chemische Speziation des Anteils des "black carbon" in Rückständen durch IR - und Röntgenspektroskopische Untersuchungen mit der Synchrotronstrahlenquelle ANKA. Auf der Basis der erweiterten Strukturkenntnisse lassen sich Sorptionsprozesse organischer Schadstoffe wie PAK's quantifizieren bzw. geochemische Abschätzungen zum Abbauverhalten (Säurebildung) vornehmen.

 

 

4.3.2 Langzeitverhalten

 

In diesem Bereich wird das geochemisches Langzeitverhalten anorganischer Rückstände/Abfälle im Kontakt mit Wässern untersucht.

 

Die stoffliche Verwertung anorganischer Rückstände/Abfälle bzw. die sichere Deponierung erfordert die Kenntnis, Bewertung und Prognose des geochemischen Langzeitverhaltens. Die komplexen Prozesse der Elution von Schadstoffen werden u.a. durch Lösungs-/ Ausfällungs-/ Mitfällungsvorgänge – auch durch Bildung sekundärer Mineralphasen – und durch Sorptions-/Desorptionsvorgänge bestimmt. Diese Prozesse werden in Abhängigkeit vom pH, den Redoxverhältnissen, dem Wasserdurchfluss der vorliegenden bzw. sich bildenden mineralischen Phasen untersucht.

 

 

4.3.3 Geochemische Modelle

 

Zur Gewährleistung der Übertragbarkeit von Labordaten auf natürliche Verhältnisse und zur Extrapolation sind Modellrechnungen unerlässlich:

 

▪     Geochemische Modellrechnungen zur Speziation von Schadstoffen in Wässern/ Berechnungen zur Existenz definierter Festkörperphasen auf der Basis des thermodynamischen Programmsystems EQ 3/6 unter Berücksichtigung von Löslichkeiten, Saturation-Index und Komplexierung

▪     Thermodynamische Berechnung von Stabilitätsbereichen wesentlicher Mineralphasen als f(Eh, pH, Qualität und Quantität von Liganden, Ionenstärke, ...)

▪     Simulation chemischer Reaktionsabläufe mit dem thermodynamischen Programmsystem EQ 6

 

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