Prognose von Acid Mine Drainage: Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft

Die weltweit anfallenden Kosten für die gegenwärtige und zukünftige Aufbereitung von sauren Grubenwässern, auch Acid Mine Drainage oder abgekürzt AMD genannt, belaufen sich auf nahezu 100 Mrd. US-$. Fehlende AMD-Prognosen für einzelne Bergwerksbetriebe sowie für die gesamte Bergbauindustrie haben nicht nur außerplanmäßige Sanierungskosten zur Folge, sondern rücken den Bergbau insgesamt in ein schlechtes Licht. Trotz dieser schwerwiegenden Risiken ist die Bewertung von AMD-Charakteristika des Nebengesteins normalerweise kein wesentliches Planungselement bei der Erschließung neuer Rohstoffvorkommen. Einerseits muss die Wissenschaft praktische, moderne AMD-Klassifizierungstools entwickeln, andererseits muss die Bergbauindustrie diese auch annehmen und einsetzen, wenn Bergwerksschließungen kostengünstiger gestaltet und gleichzeitig langfristige Umweltbelastungen reduziert werden sollen. In Zukunft sollten Prognosetests und -verfahren integrierte Feld- und Laborprüfungen beinhalten, die mineralogische, geochemische, gefügestrukturelle und geometallurgische Eigenschaften umfassen. Ein solcher Ansatz unterstützt ein deutlich verbessertes Abraummanagement während des laufenden Betriebs und führt letztendlich zu geringeren Stilllegungskosten. Der vorliegende Beitrag basiert auf einem Vortrag des Autors anlässlich des Aachen International Mining Symposiums (AIMS) am 27. Mai 2015.

1  Einführung

Heute wird die Kontrolle und Aufbereitung von saurem Grubenwasser (AMD) als eine der größten Umweltherausforderungen der Bergbauindustrie weltweit (1) angesehen. Beispielsweise muss
Australien 300 Mio A$, Kanada 1,9 Mrd. bis 5,3 Mrd. US-$, Schweden 900 Mio. US-$ und die USA zwischen 32 und 72 Mrd. US-$ für die Sanierung AMD-belasteter Gewässer aufwenden (2). Allein Südafrika kostet die Aufbereitung von aus stillgelegten Abbaubetrieben sickernden, sauren Grubenwässern zu Trinkwasser ca. 1 Mrd. US-$ (3). Die Gesamtkosten, die aus den heutigen und zukünftigen Verpflichtungen zur Beseitigung von AMD und aus der Aufbereitung von AMD-belastetem Wasser resultieren, belaufen sich schätzungsweise auf 100 Mrd. US-$ weltweit (2).

Die Vorhersage von Umweltrisiken ist bei der Erschließung neuer Mineralvorkommen normalerweise kein wesentlicher Bestandteil der Planungsarbeiten. Es stehen eher Lagerstättenbegutachtung, Erzanreicherungsprüfungen, Gewinnung und Aufbereitung des Erzes oder der unterschiedlichen Erzsorten im Vordergrund. Dennoch trägt eine frühe AMD-Klassifizierung und eine Risikoabschätzung schon in den unterschiedlichen Planungsphasen von der Erkundung über die Vorstudien und den unterschiedlichen Stufen der Machbarkeitsstudie zu einer effektiveren Bewirtschaftung der Erze und des Abraums, der nachfolgenden Verwahrung des Abraums und letztendlich zu verbesserten Stilllegungsergebnissen bei.

Deshalb werden frühzeitig gewonnene prädiktive Informationen zu intrinsischen Deckgebirgseigenschaften, die zur Entstehung von AMD beitragen könnten, immer wichtiger und würden als Ergebnis die Abraumbewirtschaftung in jeder Phase des Gewinnungsbetriebs beeinflussen. Das Ziel dieses Beitrags ist zum einen die bestehenden Vorgehensweisen bei der AMD-Prognose aufzuzeigen und zum anderen neue Erkenntnisse vorzustellen und die vor uns liegenden Herausforderungen zu beleuchten.

2  Die Prognose von AMD in der Vergangenheit

Die spontane Oxidation von sulfidischen Mineralen ist zweifelsohne einer der wichtigsten umweltrelevanten Prozesse bei zahlreichen erz- und kohlegewinnenden Betrieben, da deren Freisetzung in Luft und Wasser zur Bildung von Säure und zur Auflösung und Mobilisierung von Metallen und Metalloiden führen kann. Die Erkenntnis, dass sulfidische Minerale an der Erdoberfläche oxidieren und dieser Prozess zur Freisetzung von umweltschädlichen Elementen in Grund- und Oberflächenwässern führen kann, ist in der modernen Wissenschaft bekannt. Sowohl frühe Zivilisationen wie Mesopotamien und das alte Ägypten als auch griechische und römische Gelehrte kannten das Phänomen der Pyritoxidation und der damit einhergehenden Salzbildung (4).

Sulfidoxidation und daraus resultierendes AMD als Bergbaufolge gibt es schon seit mehreren tausend Jahren. Ein Beispiel ist das spanische Bergbaugebiet am Rio Tinto, wo es während der Römerzeit Phasen intensiven Bergbaus gab und damit einhergehend die Erzeugung von pyritreichem Abraum und sauren Grubenwässern (Bild 1). Im Falle des Rio Tinto sind allerdings nicht allein die bergbaulichen Aktivitäten für die Bildung von AMD und dessen Auswirkungen auf den Fluss verantwortlich (5). Historische Dokumente belegen die lang anhaltende Acidität des Flusses. Die Römer bezeichneten den Fluss als „urbero“, phönizisch für „Fluss des Feuers“ und die Araber nannten ihn den „Fluss der Schwefelsäure“. In ihrer geologischen Geschichte durchliefen die enormen sulfidhaltigen Erzkörper lang anhaltende Verwitterungs- und Erosionsphasen. Die saure Verwitterung der anstehenden Sulfiderze führte zur Bildung von riesigen eisernen Hüten und natürlichem AMD schon vor dem eigentlichen Gewinnungsprozess (6). Somit ist der Zustand des Flusses sowohl auf Einflüsse von natürlich erzeugtem als auch auf bergbaubedingten AMD zurückzuführen.

Die ersten zukunftsweisenden Beobachtungen in diesem Zusammenhang und der erste Einsatz von Indikatoren zum besseren Verständnis der Entstehung von AMD in Bergwerken wurden schon im 16. Jahrhundert von Diego Delgado aufgezeichnet. Er war Priester und inspizierte auf Geheiß des spanischen Königs Philipp II die Bergwerke entlang des Rio Tinto sowie den Fluss selbst (7). In seinem Bericht zu den Bergwerken stellte Diego Delgado im Jahre 1556 fest:

• Pyritoxidation führt zur Bildung von AMD-Produkten, einschließlich Schwefelsäure,
• Eisen löst sich in AMD-belasteten Gewässern auf,
• Eisen hydrolisiert und bildet stark eisenhaltige Zemente im Flusssediment,
• AMD-haltige Gewässer sind für Fische und andere im Wasser lebende Organismen toxisch und
• einfache Tests können die Ökotoxizität von AMD-haltigen Gewässern belegen (7).

Durch seine Aufzeichnungen wurde Diego Delgado zu einem der ersten Wissenschaftler, wenn nicht der erste Wissenschaftler überhaupt, der Erkenntnisse über die Entstehung von AMD und dessen Auswirkungen gewann.

3  Die Prognose von AMD in der Gegenwart

3.1  Statische und kinetische Tests

Seit Diego Delgado wurden beträchtliche Fortschritte bei der Beobachtung, Beschreibung, Quantifizierung und Vorhersage von Oxidationsprozessen sulfidischer Minerale und der Entstehung von AMD erzielt. In den 1960er Jahren kamen qualitative Beobachtungen zur Korrelation zwischen Lithologie und Sickerwasser hinzu, mit deren Hilfe Prognosen zu den Eigenschaften des Nebengesteins erstellt wurden. In den 1970ern wurden dann statische und kinematische Tests eingeführt. Heutzutage werden die in den 1970er Jahren entwickelten Tests immer noch von einem Großteil der Industrie verwendet und in der wissenschaftlichen Literatur gibt es eine Fülle von Studien zur Sulfidoxidation und den chemischen Reaktionen und Prozessen, die zur Entstehung von AMD führen. Detaillierte Kenntnisse über Verwitterungsreaktionen, die zu Sulfidoxidation und Entstehung von AMD führen, sind vorhanden und eine Vielzahl von quantitativen Testmethoden zur Vorhersage des AMD-Entstehungsrisikos sowie der Nebengesteinseigenschaften wurden entwickelt. Diese Verfahren reichen von statischen Labortests bis zu langfristigen kinematischen Tests.

Dabei bevorzugt die Bergbauindustrie statische chemische Tests, wie sie von kommerziellen Testlaboren als Analysepaket angeboten werden. Es gibt eine Vielzahl von statischen Testverfahren, die jedoch alle kurzfristig angelegt sind (i. d. R. Messung über Stunden oder Tage) und auf einem Low-Cost Screening zur Überprüfung der Proben auf ihr Nettosäurepotential basieren (8, 9). Die am häufigsten eingesetzten statischen Verfahren stellen die aus der Sulfidoxidation generierte Säure quantitativ der Säureaufnahme von Karbonaten gegenüber und erfordern:

• Die Messung des gesamten oder sulfidischen Schwefelgehalts und Berechnung der säurebildenden Kapazität.
• Die Messung der säureneutralisierenden Kapazität.

Der Unterschied zwischen diesen Werten gibt einen Hinweis auf das netto-säurebildende Potential des Materials. Obwohl eine derartige Bewertung potentielle AMD-Risiken erkennen lässt, ist doch die Anwendung der statischen Verfahren inadäquat, um festzustellen, ob und wann Säuren und Metallablagerungen durchsickern. Statische Verfahren weisen systeminhärente Grenzen auf (z. B. berücksichtigen sie weder mikrobiologische Aktivitäten noch die tatsächlichen Partikelgrößen in situ). Ebenso vernachlässigen sie unterschiedliche Auflösungsraten einzelner Minerale und die damit einhergehende Säurebildung bzw. Säureaufnahme. Der schwerwiegendste Kritikpunkt an bestehenden statischen Prüfungen sind die erheblichen Diskrepanzen zwischen den Labortests und den tatsächlichen Bedingungen vor Ort. Deshalb wurden eine Reihe von kinetischen Verwitterungssimulationen zur Bestimmung der zukünftigen Wasserbeschaffenheit, wie z. B. Feuchtezellen oder Säulenelutionstests, entwickelt (8).

Im Falle von kinetischen Tests werden die Proben entweder im Labor oder im Feldversuch einer simulierten Verwitterung ausgesetzt (Bild 2). Die Spezifika der unterschiedlichen kinetischen Tests variieren zwar, jedoch versuchen alle Verfahren wiederkehrende Befeuchtungs-/Trocknungs- oder Durchspülungsbedingungen des Abraums zu simulieren. Das natürliche Verwitterungsverhalten einer Probe wird unter streng kontrollierten Bedingungen auf Grundlage periodischer Auswaschungen der Proben, Auffangen und Analyse des Sickerwassers, Berechnung der Säurebildungs- und Metallfreisetzungsraten und Bewertung der langfristigen Tendenzen der Wasserqualität untersucht. Kinetische Tests werden zu folgenden Zwecken eingesetzt:

1. Bestätigung der statischen Testdaten,
2. Erkennung der vorherrschenden chemischen Verwitterungsbedingungen,
3. Feststellung der säurebildenden Raten und Bewertung des AMD-Potentials,
4. Erkenntnisgewinn ob und wenn ja, wann sich gegebenenfalls Säure in einer bestimmten Probe bilden wird,
5. Prognose der chemischen Zusammensetzung des Sickerwassers und der saisonalen Schwankungen der Sickerwasserqualität,
6. Abschätzung der Freisetzungsrate von umweltschädlichen Elementen und Verbindungen auf Grundlage der getesteten Materialien (9,10).

Die Hauptnachteile der kinetischen Tests sind zum einen die Notwendigkeit, eigens zu diesem Zweck eingerichtete Labore oder Bereiche am Gewinnungsort vorzusehen sowie technische Fachkräfte und Evaluierer im Labor bereitstellen zu müssen und zum anderen die für die Durchführung dieser Tests erforderliche Zeit, denn diese Experimente nehmen normalerweise einen Zeitraum von mindestens einem halben Jahr, möglicherweise sogar noch längere Zeit in Anspruch (10). Weitere Probleme im Hinblick auf kinetische Tests im Labor stellen sich bei der Konfiguration der Geräte und den verwendeten Testbedingungen, wie z. B. die Korngröße im Nebengestein, die eventuell nicht mit dem Material in situ übereinstimmt. Als Folge können die Testergebnisse nicht eingesetzt werden, um die tatsächliche, sich zukünftig entwickelnde Wasserqualität vorherzubestimmen. Dennoch sollten kinetische Feldtests an den Bergbaustandorten durchgeführt werden, da sie die beste Annäherung an die tatsächliche Entwicklung von AMD darstellen. Diese Tests sind jedoch kostspielig, erfordern die Auswahl von sogenannten „Standort-Champions“, sind abhängig von regelmäßiger Überwachung und erfordern einen langen Zeitraum, d. h. Jahre. Diese Langfristigkeit führt dazu, dass kinetische Tests in Vorstudien und Machbarkeitsstudien in der Regel keine Anwendung finden.

3.2  Einsatz von AMD-Tests in der Industrie

Bergwerksbetreiber können heutzutage mit Hilfe vorhandener AMD-Prognosetools in Verbindung mit den Erfahrungswerten der Fachleute und einer umsichtigen Analyse der AMD-Testdaten Planungsziele einhalten und Bergbaufolgeschäden und die mit AMD einhergehenden Risiken minimieren. Eine solide Planung zur Beherrschung der bergbaulichen Abfälle kann auf dieser Grundlage entwickelt und der Abraum vollständig klassifiziert werden. Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Industriehandbüchern, die Verfahrensweisen zur Abschätzung, Vermeidung und Beseitigung von Sauerwasser dokumentieren, darunter der Global Acid Rock Drainage Guide (GARD) (11) sowie der Mine Environment Neutral Drainage (MEND) Guide, ein umfangreiches Nachschlagewerk zur Vorhersage der chemischen Zusammensetzung von Sickerwässern aus sulfidischen geologischen Materialien (8).

Trotz der Entwicklung von AMD-Tests und ihrer Anwendung im Gewinnungszeitraum fallen weiterhin erhebliche Bergbaufolgekosten an. Die aus mangelnder Prognose und Beherrschung von AMD resultierenden Kosten für den Einzelbetrieb als auch für die Bergbauindustrie insgesamt umfassen nicht nur unvorhergesehene Ausgaben für Aufbereitungsmaßnahmen, sondern auch Kosten, die aus dem Reputationsschaden für den Bergbau resultieren (12). Im Falle von großen Minen, die in einem für die Entstehung von Sauerwasser anfälligen Umfeld operieren, belaufen sich die außerplanmäßigen Sanierungskosten häufig auf 50 bis 100 Mio. A$, manchmal liegen sie sogar darüber (12). Somit gibt es trotz Fortschritts im Bereich der prädiktiven AMD-Verfahren zahlreiche Beispiele von Anlagen, die durch saure Grubenwässer bedingte, sehr hohe Bergbaufolgekosten tragen müssen und dies für einen sehr langen Zeitraum (Bild 3). Die Ursache für diesen Widerspruch scheint vielschichtig zu sein:

1. Das Umweltmanagement von mineralischen Rohstoffen ist immer noch reaktiv und konzentriert sich vor allem auf Compliance und Überwachung sowie die Renaturierung stillgelegter Bergwerke. Und das, obwohl die beste Vorgehensweise die Durchführung aussagekräftiger AMD-Prognosetests während der Explorations- und Vorstudienphasen der Lagerstättenerschließung wäre.
2. Die AMD-Risikoabschätzung beruht in der Regel auf nur wenigen Proben und sehr begrenzten statischen und kinetischen Prognosetestdaten, wobei die inhärente geologische Variabilität kaum berücksichtigt wird und AMD-Blockmodelle so gut wie nie erstellt werden.
3. Nebengesteinklassifizierungen werden anhand von grob vereinfachenden statischen Tests vorgenommen, die die Materialien in drei Kategorien einteilen: potentiell säure-generierend (PAF), nicht säure-generierend (NAF) und Verhalten unsicher (UC) (13). Diese Vorgehensweise berücksichtigt jedoch weder die Elementmobilisierung umweltrelevanter Elemente bei neutralem ph-Wert noch werden wichtige Variablen, die die AMD-Entstehung über einen längeren Zeitraum beeinflussen können, in Betracht gezogen, wie z. B. Mineralreaktionsraten, Mikroorgansimen, Partikelgröße, Textur, chemische Zusammensetzung, Bildung von löslichen und nicht-löslichen Sekundärmineralen, Abraumtemperatur, Zusammensetzung und Konzentration des Porengases, Entwicklung bevorzugter Fließpfade oder das Klima.
4. Statische Tests sollten eigentlich als Screeningtools zur Ersteinschätzung und -klassifizierung des Nebengesteins dienen. Dennoch verlässt sich die Industrie auf statische Tests als Grundlage für weitreichende Entscheidungen hinsichtlich Management und Verwahrung des Abraums.
5. Kinetische Feldversuche sind erforderlich, um Kenntnisse über saure und metallführende Sickerwasserprozesse zu erhalten. Dennoch werden entsprechende Experimente so gut wie nie von der Industrie durchgeführt.
6. Es herrscht eine gewisse Ambivalenz zwischen langfristigen AMD-Prognosen und Umweltverträglichkeitsgutachten, die Prognosen zur Qualität des Grubenwassers umfassen. Beispielsweise hat eine Auswertung von Umweltverträglichkeitsgutachten von 25 US-amerikanischen Bergwerken ergeben, dass 15 (60 %) dieser 25 Bergwerke die Wasserqualitätsgrenzwerte für Metalle und pH-Wert überschritten, nachdem sie die Ableitung von Grubenwässern in die Umwelt zuließen (14).
7. Tailing- und Abraumverwahrungsorte werden nicht gemäß Konstruktions- und Stilllegungsplänen errichtet. Vor allem die Abdeckung von Abraumhalden, die Charakterisierung der Abdeckmaterialien und die Schichtung des bergbaulichen Abfalls auf den Halden müssen sehr viel mehr Aufmerksamkeit durch Vertragsfirmen und Betreiber erhalten (Bild 3).
8. Die Überwachung der Abraumverbringung zu den Halden wird während des laufenden Gewinnungsbetriebs stark vernachlässigt.
9. Es fehlt an Kenntnissen zu renaturierten Deponien und deren Abdeckungen und zu neuen Landformen, die in Bezug auf eine mögliche Verwitterung und Auslaugungen nicht an die umgebende Landschaft angepasst sind.
10. Es gibt wenig Wissen über das Zusammenspiel zwischen natürlicher Flora und Abdeckmaterialien. Als Folge können Sauerstoff und Wasser über die Wurzeln in den sulfidischen Abraum in größerer Tiefe eindringen.
11. Bislang liegen AMD-Tests bei der Abschätzung des Abraumverhaltens teilweise richtig, jedoch teilweise auch falsch. Der Grund für diese Fehlprognosen scheint zum Teil darin zu liegen, dass heutzutage eingesetzte statische und kinetische Tests inhärente Grenzen aufweisen (10).

Nichtsdestotrotz setzt die Bergbauindustrie weiterhin auf statische und kinetische Tests zur Erstellung von AMD-Prognosen. Diese Tests versprechen viel, z. B., dass mit ihrer Hilfe fundierte Prognosen für Nebengesteinseigenschaften möglich sind. Dementsprechend werden die gewonnenen Daten herangezogen, um standortbezogene Klassifizierungspläne für Nebengestein zu erstellen, die allerdings nur drei Kategorien von Abraum berücksichtigen: PAF, NAF und Abraum mit unsicherem Verhalten (UC) (12). Eine derartige Klassifizierung ist viel zu einfach, zudem dominiert von chemischen Daten und besessen von chemischen Analysen. Wir bauen aber keine Chemikalien ab, wir bauen Minerale ab! Konventionelle Klassifizierungssysteme berücksichtigen in keiner Weise, dass die Reaktivität des Nebengesteins durch Parameter gesteuert wird, die nicht chemischer Natur sind. Diese umfassen die Art und das Vorkommen der Minerale als auch deren Oberfläche, Textur und Härte.

4  Die Prognose von AMD in der Zukunft

4.1  Genaue Kenntnis der Lagerstätte

Werden heutzutage Mineralvorkommen neu erschlossen, ist eine genaue Kenntnis der Lagerstätte Grundvoraussetzung, d. h. ein fundiertes Verständnis aller wesentlichen Eigenschaften eines Minerals ist unabdingbar. Diese umfassen:

• geologische Eigenschaften,
• metallurgisches Verhalten während der Aufbereitung,
• geotechnische Aspekte,
• den wirtschaftlichen Wert des Rohstoffs und
• die möglicherweise resultierenden Umweltschäden.

Diese fünf grundlegenden Aspekte müssen schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt des Gewinnungsprojekts abgeklärt werden. Untersuchungen mit Hilfe von Kernbohrungen ermöglichen die Prognose der wahrscheinlichen geologischen, metallurgischen, geotechnischen, wirtschaftlichen und umweltrelevanten Eigenschaften der Erzkörper, wobei bei der Untersuchung der Umweltfolgen Feld- und Labortests von Erzkörpern und Abraum immer mehr an Bedeutung gewinnen.

Heute eingesetzte Prognosetools und -verfahren zur Charakterisierung des Nebengesteins sind in der Lage, Erkenntnisse über gesteinsinhärente AMD-Eigenschaften zu gewinnen, die potentiell Auswirkungen auf Erz- und Abraumförderleistung und -management während des Gewinnungsbetriebs, der Produktaufbereitung und der Bergwerksstilllegung haben. Dieser Tatsache zum Trotz weisen die heute verwendeten AMD-Prognosetools und -verfahren nicht nur ernstzunehmende Grenzen auf, sondern sind mit Unsicherheiten behaftet, die nur schwer quantifizierbar sind oder sie ermöglichen ausschließlich Vorhersagen, die nur einer bestmöglichen Schätzung dessen gleichkommen, was in der Zukunft geschehen wird. Die Zeit ist reif, unsere wissenschaftlichen Anstrengungen signifikant zu verbessern, um präzise beurteilen zu können, welche betrieblichen Herausforderungen, Umweltbelastungen und Bergbaufolgekosten auf allen Ebenen zu erwarten sind.

Dabei geht der Weg zu mehr Verlässlichkeit bei der Vorhersage von Erz- und Abraumeigenschaften nicht über noch komplexere Modelle. Unsere Fähigkeiten, Simulationsmodelle zu entwickeln, sind unserem Verständnis der komplexen mineralogischen, geochemischen und mikrobiologischen Prozesse, die zur Freisetzung von schädlichen Elementen führen, sowie unseren Fähigkeiten, Modelle mit realen Labor- und Felddaten abzugleichen, weit voraus.

4.2  Veränderung der Vorgehensweise der Bergbauindustrie bei der Prognose von AMD

Das Projekt „Environmental Indicators“ (EI – Umweltindikatorenprojekt) des Australian Cooperative Research Centre for Optimising Resource Extraction (CRC ORE – Australisches kooperatives Forschungszentrum zur Optimierung der Rohstoffgewinnung) befasst sich mit der Entwicklung von genauen Tests, die aussagekräftige Informationen zu den Eigenschaften mineralischer Rohstoffe liefern, die potentiell Auswirkungen auf die Umweltleistung des Gewinnungsbetriebs haben.

Die Hauptforschungsthemen des EI-Teams umfassen Schlüsselprojekte im Bereich AMD-Prognose, Abraumklassifizierung, Staubcharakterisierung, Bioverfügbarkeitsprüfungen und Sensortechnologien. Zur Erleichterung der Forschungsarbeiten wurden mehrere umfangreiche Fallstudien durchgeführt, die auch die Nutzung geometallurgischer Datensätze für die AMD-Abschätzung sowie die Entwicklung eines geeigneten AMD-Testprotokolls für Kernbohrmaterialien umfassten. Die Erarbeitung von Testprotokollen führte zur Entwicklung von feldbasierten Verfahren, mit deren Hilfe eine AMD-Bestimmung in situ durchgeführt werden kann, so dass Entscheidungen zur Verwahrung von bergbaulichen Abfällen sehr zügig, d. h. in einem Zeitraum von unter 48 Stunden, getroffen werden können (15).

Ein weiterer Erfolg für das EI-Team ist die Entwicklung neuer Tests für den Einsatz am Gewinnungsstandort. Zu den Entwicklungen gehören ein umfangreiches Spektrum neuer Umweltindikatortests als auch validierte vorhandene Prognosetools, die häufig bei der Abraumklassifizierung und im Abraummanagement zum Einsatz kommen. Vor allem wurde eine umfangreiche Validierungsstudie durchgeführt, um das beste bei Kernbohrungsmaterialien einzusetzende Verfahren zur Paste-pH-Wertbestimmung festzulegen. Ergebnis der Studie ist, dass ein standardisiertes Verfahren der ASTM (American Society for Testing and Materials) die besten Resultate liefert (16). Darüber hinaus entwickelte und patentierte das Team ein mikrowellenunterstütztes, thermisches Verfahren (MATE pH) zur pH-Wert-Bestimmung. Dieser Test kann kinetische Versuche ersetzen, die mehr als 2.000 A$ pro Probe für einen 30-wöchigen Test kosten. Der Vorteil des neuen Tests ist, dass er zum einen vergleichsweise schnell durchzuführen ist – in ungefähr fünf Tagen – und zum anderen weniger als 100 A$ pro Probe kostet.

Eine weitere Entwicklung des EI-Teams stellt ein neues computergestütztes Verfahren zur Berechnung der AMD-Risikoeinstufung (CARD) dar. Dieser Test greift auf automatisierte Mineralogiedaten in einer einzigartigen Art und Weise zurück, so dass Oberflächendaten von säurebildenden und neutralisierenden Mineralen sehr schnell berechnet und in die AMD-Risikoberechnungen einfließen können (Bild 4) (17).

Die Ergebnisse der durchgeführten Fallstudien und Forschungsarbeiten im Bereich Verfahrensentwicklung sind sowohl in mehreren CRC ORE Technical Reports veröffentlicht als auch durch Artikel in Fachmagazinen, Vorträgen und Präsentationen der Fachwelt vorgestellt worden. Die Themen reichen von einer kritischen Auseinandersetzung mit den von der Bergbauindustrie verwendeten Umweltindikatoren bis hin zur Entwicklung neuer Testverfahren für Abraum, Staub und Wasserqualität und dem Einsatz von Sensoren zur Erzielung besserer Abraumcharakterisierungen und -klassifizierungen.

Letztendlich konnte das EI-Team zeigen, dass eine AMD-Risikoeinschätzung unbedingt prädiktive geochemische Testdaten, aber auch mineralogische, gefügestrukturelle und geometallurgische Gesteinseigenschaften heranziehen muss. Nur ein schrittweises Herangehen an die AMD-Risikoabschätzung und damit einhergehende Untersuchungen unterschiedlicher Proben ermöglichen eine wirtschaftliche Identifikation von AMD-Risiken, die von bestimmten Deckgebirgsstrukturen ausgehen (18). Diese neue Architektur von integrativen AMD-Tests sollte quantitative Messungen und die Hinzuziehung von wissenschaftlichen Tools und Daten umfassen, und das alles gestützt durch Feldversuche und modernste Laboratorien.

5  Schlussfolgerungen

Heutzutage erfordert die Erschließung neuer Mineralvorkommen die exakte Kenntnis der Lagerstätte, d. h. ein fundiertes Verständnis aller wesentlichen Eigenschaften eines Rohstoffvorkommens, einschließlich der möglichen Umweltfolgen. Eine prädiktive Einschätzung von Erzen und Nebengestein liefert Informationen zu schon vorhandenen Entstehungsrisiken oder AMD-Entstehungsrisiken, die während der unterschiedlichen Betriebsphasen und nach Schließung des Bergwerks auftreten können.

Auf Grund der vielschichtigen mineralogischen, geochemischen und mikrobiologischen Prozesse, die zur Bildung von saurem Grubenwasser führen, ist eine akkurate AMD-Prognose immer noch eine große Herausforderung. Prognosefähigkeiten werden dann verbessert, wenn modernste Charakterisierungstools und -verfahren beim Einzelaufschluss und an den Standorten eingesetzt werden. Die Forschung muss weiterhin daran arbeiten, statische Prognosetests und -verfahren zu verbessern. Vor allem schnelle und kostengünstige Screeningtests müssen entwickelt werden, die am Standort durchgeführt werden können, Verwitterungsbedingungen berücksichtigen oder beschleunigen und die bekannten Grenzen der heutigen statischen Tests beseitigen.

Es gibt Anlass für Zuversicht, dass signifikante Fortschritte möglich sind. Diese Zuversicht basiert auf den enorm verbesserten Möglichkeiten, AMD-Prozesse zu beobachten und vorherzusagen und das mit Hilfe tragbarer Feldinstrumente und modernster Laboratorien. Fokussierte Anstrengungen sind jedoch erforderlich, wenn innovative AMD-Test- und Risikoeinschätzungsprotokolle entwickelt werden sollen, die in der Zukunft zu einer deutlich verbesserten Umweltverträglichkeitsabschätzung und zu verbesserten Betriebsdauer- und Schließungsplänen beitragen können.

Danksagungen

Der Autor dankt für die Unterstützung durch das CRC ORE, einem Projekt im Rahmen des von der australischen Regierung finanzierten Programms zur Einrichtung von kooperativen Forschungszentren. Sein Dank gilt ebenfalls Dr. A. Parbhakar-Fox (UTAS, Australien) für den Entwurf und die Erstellung des Bilds 4.