ROBEHA - Rohstoffpotenzial von Bergbauhalden im Harz

Arbeitspaket 1.1: Stoffliche Zusammensetzung der Halden / Haldenuntersuchung (BGR - AB Mineralische Rohstoffe)

Bergbauhalden sind heterogene Schüttkörper. Diese Heterogenität entsteht durch die Veränderung der Erz- bzw. Nebengesteinszusammensetzung bei fortschreitendem Abbau, durch den Versatz der Schüttpunkte auf der Halde sowie durch Separationsprozesse während der Schüttung. Zusätzlich tragen chemische Prozesse, die nach der Ablagerung in der Halde stattfinden, zu einer wesentlichen Beeinflussung des Haldenmaterials durch Stoffumlagerung bei.

Eine erfolgreiche Rückgewinnung von Metallrohstoffen aus solchen Bergbaurückständen erfordert  eine detaillierte Charakterisierung des Haldeninhaltes hinsichtlich der Identität der potentiellen Wertstoffe (Buntmetalle, Hochtechnologiemetalle, Beiprodukte wie Bau- und Zuschlagstoffe) und des Wertstoffgehaltes, der Bindungsformen der Wertstoffe, der Korngrößenverteilung und Oberflächenbeschaffenheit der wertstoffhaltigen Phasen sowie der Tiefe des Oxidationshorizontes. Aufgrund der Heterogenität der Halden spielt die räumliche Verteilung dieser genannten Parameter eine wichtige Rolle.

Rammkernsondierung auf einer Pochsandhalde im Westharz (linkes Bild) und Bohrkern einer Tailinghalde (rechtes Bild) und zugehörige relative Elementverteilung von Blei und Zink gemessen mit einem LIBS-Bohrkernscanner. Die Ergebnisse sind in Form von 1-D Graphen und 2-D Elementverteilungskarten dargestellt und lassen Zonen mit Pb-und Zn-Anreicherung erkennen (Bereiche mit großer Intensität / helle Bereiche) Quelle: BGR

Arbeitsprogramm

Zur systematischen Erfassung der bewertungsrelevanten Parameter werden gemeinsam mit Projektpartnern auf der Basis existierender Katasterdaten der Landkreise und Literatur-basierter Informationen Übersichtsbeprobungen an potentiell höffigen und zugänglichen Haldenkörpern durchgeführt.  Daraus werden geeignete Halden mit erhöhtem wirtschaftlichem Potenzial aus unterschiedlichen Aufbereitungsstadien für detaillierte Untersuchungen ausgewählt. Es folgt eine Charakterisierung der ausgewählten Halden bezüglich des Wertstoffpotenzials.

Das  Arbeitspaket 1.1 ist in vier Schritte unterteilt:

1. Auswahl verschiedener Halden (repräsentativ für verschiedene Aufbereitungstypen, Vererzungstypen) im Westharz. Übersichtsbeprobung dieser Halden sowie Durchführung chemisch-mineralogischer Untersuchungen.
2. Auswahl und ausführliche Erkundung von zwei Haldenkörpern mit erhöhtem Wertstoffpotenzial und detaillierte Beprobung dieser Halden. Die Festlegung von Beprobungspunkten erfolgt auf Basis geophysikalischer Erkundung der ausgewählten Halden (siehe Arbeitspaket 1.2).
3. Laborarbeiten: Chemische und mineralogische Untersuchungen an  Gesamtproben.  Optimierung ortsauflösender, schneller Scanmethoden für Bohrkerne (LIBS, EDXRF) zur Detektion von Zonen mit Wertstoffanreicherungen. Ermittlung wichtiger Kenngrößen, wie z.B. Mineralinhalt, Korngrößenverteilung, Verwachsungsgrad, Verwitterung usw. mittels REM-basierter Mineral Liberation Analysis (MLA) sowie LIBS- und RAMAN-Mikroskopie als Grundlage für spätere Aufbereitungstests (siehe Arbeitspaket 3.2).

4. Ergebnisse: Abschätzung des Wertstoffpotenzials und des Verwitterungszustandes der Halden. Die gewonnenen Ergebnisse dienen als Grundlage für Aufbereitungsversuche (Arbeitspaket 3.2) und für die Interpretation der geophysikalischen Messungen (Arbeitspaket 1.2) und fließen in das neue Haldenressourcenkataster ein.

Arbeitspaket 1.2: Erkundung der Haldenstrukturen (BGR - AB Bodengeophysik)

Die systematische Charakterisierung von Bergbauhalden bezüglich ihres Rohstoffpotenzials und der  Kontaminationsgefahr ist zweifach bedeutsam. Für jede Halde stellt sich die Frage: Ist die Aufarbeitung wirtschaftlich und/oder notwendig zur Gefahrenabwehr?

Die Antwort hängt entscheidend von Größe und Lage der Halde, ihrer inneren Struktur und ihrem Gehalt an wichtigen bzw. gefährdenden Rohstoffen ab. Die Internstruktur einer Halde ist durch geophysikalische Methoden minimal invasiv und – im Vergleich zu Bohrungen – kostengünstig erfassbar. Ziel dieses Teilprojekts ist die Erprobung und Weiterentwicklung der geophysikalischen Erkundungstechniken zur Aufklärung von Mächtigkeit, innerer Zonierung/Strukturierung (primär oder sekundär), Lösungserscheinungen und Abdichtung des Haldenuntergrunds. Diese Haldenqualitäten sind Grundlage für die Abschätzung des ökonomischen Potenzials und des ökologischen Nutzens der Haldenaufarbeitung.

Installation der Elektroden auf einer Pochsandhalde Quelle: BGR

An ausgewählten Halden sind dreidimensionale geoelektrische und IP-Messungen (Induzierte Polarisation) vorgesehen. Über die Erkundung der internen Struktur lassen sich die Bereiche mit hohem Aufarbeitungspotenzial ausweisen. Dazu werden in geophysikalisch auffälligen Bereichen Bohrungen abgeteuft, um die Kerne mineralogisch und geophysikalisch zu untersuchen. Die sukzessive erarbeiteten mineralogisch/geophysikalischen Parameter zur Abschätzung des ökonomischen Potenzials werden im Projektverlauf verfeinert und an weiteren Halden erprobt.

Geoelektrische Tomographie einer Pochsandhalde im Westharz Quelle: BGR

Das Arbeitsprogramm:

• Voruntersuchung, Weiterentwicklung der Labormesseinrichtungen für ERT/IP (Electrical Resistivity Tomography; Induzierte Polarisation) und SIP (Spektrale Induzierte Polarisation)
• Untersuchung der ersten potentiell ökonomisch verwertbaren Halde mit 3D Geolektrik/IP; Probennahme in Zielbereichen, Vermessung von Groß- (Technikum) und Kleinproben mit ERT, IP, SIP im Labor, Korrelation der Ergebnisse mit Mineralgehalten und Ablagerungsstrukturen
• Untersuchung der zweiten potenziell ökonomisch verwertbaren Halde mit 3D Geolektrik/IP unter Nutzung Erfahrung aus der ersten Halde. Probenahme in Zielbereichen, Vermessung von Groß- (Technikum) und Kleinproben mit Elektrik, IP, SIP im Labor, Korrelation der Ergebnisse mit Mineralgehalten und Ablagerungsstrukturen

• Zusammenfassung und Schlussfolgerungen aus den Erfahrungen im Hinblick auf die Anwendbarkeit der geophysikalischen Erkundungen zur Ausweisung abbauwürdiger Haldenbereiche

Arbeitspaket 1.3: Rohstoffwirtschaftliche Analyse (BGR - AB Rohstoffwirtschaft)

Die Ergebnisse der detaillierten stofflichen und strukturellen Untersuchungen werden im Rahmen einer montangeologischen Wirtschaftlichkeitsstudie bewertet, die die Chancen einer erfolgreichen Rückgewinnung dokumentiert. Leistungsschwerpunkt ist die Entwicklung von Kosten- und Erlösmodellen, die in eine monetär basierte Kosten-Nutzen-Analyse der Haldenprojekte einfließen. Das Bewertungssystem bietet die Möglichkeit, auch potenzielle Umweltaspekte einer Haldensanierung zu berücksichtigen. Die kombinierte Analyse dient der Entscheidungsfindung, welche Rückstandshalden derzeit ökonomisch rückbaubar sein könnten und somit von Aufbereitungsunternehmen und/oder Bergbauunternehmen untersucht werden sollten.