Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Bestimmung der Bindungsform von toxisch relevanten Spurenelementgehalten ist sowohl bei der Bewertung von neuen Baustoffen, als auch bei der Verwertung von mineralischen Reststoffen unerl\u00e4\u00dflich. Auch zur Beurteilung der Sanierungsdringlichkeit von Altlasten sollte nicht die H\u00f6he der Kontamination, sondern die Verf\u00fcgbarkeit von Stoffen im Vordergrund stehen. Ziel des Vorhabens war daher, mit mikroskopischen, r\u00f6ntgenographischen und elektronenoptischen Methoden die Bindung der Elemente in Schlacken und kontaminierten B\u00f6den direkt nachzuweisen, um dann mit Elutions- und Extraktionsverfahren die bindungsformabh\u00e4ngigen Elementfreisetzungen nachzuvollziehen und zu verifizieren. Die Art der Bindungsform von Spurenelementen sollte grunds\u00e4tzlich bei der Aufstellung von Richtlinien und Regelwerken ausreichend Ber\u00fccksichtigung finden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAn drei Schlackenarten aus dem Stra\u00dfen- und Wasserbau (Hochofen-, Kupferh\u00fctten- und Bleischlacken) sowie an einem blei- und zinkkontaminierten Bodenprofil aus dem Harz erfolgten mikroanalytische und geochemische Untersuchungen. Im Forschungsjahr 1996 konnten nach Herstellung entsprechender Pr\u00e4parate (Tonsuspensionen, Kornfraktionierungen, Mineraleinbettungen, polierte D\u00fcnnschliffe, Anschliffe) direkte Element- und Phasenbestimmungen anhand von mikroskopischen, polarisationsoptischen und auflichtoptischen Verfahren erfolgreich durchgef\u00fchrt werden. Die chemische Zusammensetzung einzelner Phasen lie\u00df sich mit energie- und wellenl\u00e4ngendispersiven Analysen (Elementverteilungsbilder der Rasterelektronenmikroskopie sowie der Elektronen- und Protonenstrahl-Mikrosonde) an den zuvor mikroskopisch identifizierten Phasen sehr gut darstellen. Nach Kenntnis der Bindungsformen f\u00fcr ausgew\u00e4hlte, umweltrelevante Spurenelemente erfolgten indirekte Phasen-Bestimmungen anhand verschiedener, sequenzieller Extraktionsverfahren (BCR-Verfahren, Extraktionen nach TESSIER sowie nach KERSTEN & F\u00d6RSTNER). Die Freisetzung von Spurenelementen innerhalb der einzelnen Extraktionsschritte wurde mit den Totalgehalten aus den R\u00f6ntgenfluoreszenzanalysen und den wasserl\u00f6slichen Spurenelementgehalten verglichen und anschlie\u00dfend statistisch ausgewertet, um damit Aussagen zur jeweiligen Umweltvertr\u00e4glichkeit des Materials bzw. Baustoffes treffen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Forschungsprojekt konnten an schwermetallreichen Schlacken und kontaminierten Bodenproben durch mikroskopische, r\u00f6ntgenographische und energiedispersive Analysen die verschiedenen elementaren, oxidischen, sulfidischen, karbonatischen und hydroxidischen Bindungsformen f\u00fcr einzelne Elemente bestimmt werden. Ebenso gelang durch energiedispersive und wellenl\u00e4ngendispersive Punkt-Analysen eine sehr genaue Charakterisierung der Matrixzusammensetzung. Bei der Hochofenschlacke, die besonders im Stra\u00dfen und Wegebau Verwendung findet, lag eine calciumreiche Silikatmatrix (Melilith) vor, in der \u00fcberwiegend elementares Eisen, Eisen-Mangan-Legierungen sowie Eisenoxide (W\u00fcstit) und Titanate die Phasenausscheidungen stellen. In diesen Phasen fanden sich Spuren von Chrom, Kupfer und Vanadium. Insgesamt sind die Gesamtspurenelementgehalte der Eisenh\u00fcttenschlacke als relativ gering und damit als umweltvertr\u00e4glich einzustufen. In den Kupferh\u00fcttenschlacken (Strahlmittel und gebrochene St\u00fcckschlacke) besteht die Matrix aus zinkhaltigen Eisensilikaten (Fayalithen), in der Kupfer-Eisen-Blei-Sulfide und chromreiche Magnetite unterschiedlicher Zusammensetzung auftreten und zu entsprechend hohen Kupfer-, Chrom- und Bleigesamtgehalten f\u00fchren. Arsen trat in den gebrochenen St\u00fcckschlacken als Eisen- oder Kupfer-Nickel-Arsenid auf. Bei den Bleischlacken konnte eine nicht kristalline, calcium- und zinkhaltige Glasmatrix identifiziert werden. In der Matrix lie\u00dfen sich stark zinkhaltige Eisenoxide (Magnetite) erkennen, die entsprechend hohe Zinkgesamtgehalte bedingen. Daneben traten elementares Blei sowie Bleilegierungen mit Antimon, Arsen, Zinn und Eisen in kugelf\u00f6rmigen Ausscheidungsformen auf. Die hohen Bleigesamtgehalte werden prim\u00e4r durch diese Ausscheidungen hervorgerufen. Hohe Arsengehalte lie\u00dfen sich in den Eisenarsenid-Phasen finden. Zinkreiche Eisenoxide lagen in Form von Magnetit vor. Bei den schwermetallbelasteten Bodenproben konnte der Nachweis erbracht werden, da\u00df die hohen Blei- und Zinkgehalte \u00fcberwiegend in hydroxidischen Bindungen auftreten. Diese zeigten sich in Form d\u00fcnner Eisenhydroxidcoatings auf den verschiedenen Silikaten (Quarze, Feldsp\u00e4te). In geochemischen Tiefenprofilen lie\u00df sich eine eindeutige Korrelation zwischen den r\u00f6ntgenfluoreszenzanalytisch bestimmten Eisengehalten mit den Blei- und Zinkanteilen erkennen. Weiterhin waren auch karbonatische Bindungen nachzuweisen, da Blei und Zink vereinzelt auch in das Calcit- und Sideritgitter eingebaut worden sind. Die Ergebnisse zeigten, da\u00df die Bestimmung der Bindungsform entsprechend nur durch Kombination verschiedener mikroanalytischer Untersuchungsschritte m\u00f6glich ist. Entsprechend der Komplexit\u00e4t verschiedener Aufenthaltsbereiche von Spurenelementen wird auch das Instrumentarium zur Identifizierung und Lokalisierung umfangreicher. Daher lassen sich allein aus den Elutions- und Extraktionsverfahren ohne Kenntnis mineralogischer Befunde keine eindeutigen Abgrenzungen zwischen den verschiedenen Bindungsarten treffen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ver\u00f6ffentlichungen, Vortr\u00e4ge und Posterpr\u00e4sentationen:
\n1996: WALDEYER, v. LIEBERMAN, BAERMANN, Sind die Technischen Regeln der LAGA zur Verwertung von Bodenaushub \u00f6kologisch sinnvoll u. \u00f6konomisch vertretbar?, in Wasser & Boden, Heft12\/96.
\n1997: BAERMANN, WIPPERMANN, R\u00f6ntgenographische und chemische Charakterisierung von Eisenh\u00fcttenschlacken sowie Kupfer- und Bleischlacken – Phasenbestimmungen und Elutionsverhalten, Industriemineralsymposium in Neubrandenburg, M\u00e4rz 1997, sowie Geochemiker-Tagung der DMG in Freiberg, Mai 1997. WIPPERMANN, PATTBERG, STUMMEYER, Vergleich der Ergebnisse sequentiel-ler Extraktionsverfahren am Beispiel des Elementes Blei, Zeitschrift f\u00fcr Angewandte Geologie, 43,97 (1). WIPPERMANN, BAERMANN, Nutzung von industriellen Reststoffen -Charakteri-sierung von Ei-senh\u00fctten- und Kupferschlacken, Jahrestagung der GdCh in Heidelberg, Nov. 1997. BAERMANN, Richtwerte zur Nutzung von B\u00f6den und Gesteinen -Technische Regeln Bodenaushub, Vortrag vor dem Nieders. Landtag, Nov. 1997. 1998: Vorstellung der Projektergebnisse im Rahmen eines Kolloquiums in der Bundesanstalt f\u00fcr Geowissenschaften in Hannover sowie im Rahmen von Veranstaltungen des VDI-Arbeitskreises Umweltschutztechnik in Hamburg.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Nur durch mikroanalytische Methoden ist eine direkte Bestimmung von Bindungsformen eindeutig m\u00f6glich. Im Hinblick auf Verfahrensvorschl\u00e4ge zur Beschreibung wasserl\u00f6slicher Elemente erscheint die S 4-Elution nur geeignet, wenn eine Pr\u00e4zisierung einzelner Methodenschritte erfolgt. Bei der Bestimmung der Gesamtgehalte liefern nur r\u00f6ntgenspektroskopische Methoden den wahren Gesamtgehalt unabh\u00e4ngig von der jeweiligen Bindungsform, sofern entsprechende Matrixkorrekturen durchgef\u00fchrt werden. F\u00fcr Extraktionen fehlen bislang noch internationale Standards, um die Ergebnisse zu \u00fcberpr\u00fcfen bzw. das entsprechende Verfahren f\u00fcr den speziellen Anwendungsfall zu validieren. Auf Bundesebene sollten die jeweiligen Untersuchungsverfahren im Hinblick auf die unterschiedlichen Fragestellungen zu Wasser- , Boden- und Luftpfad schnellstm\u00f6glich harmonisiert werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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