Fakultätsbericht 2016-2017

Der Verwitterungsprozess von Fahlerzen ist ein Zusammenwirken vieler metallischer und nicht- metallischer Elemente. Eine große Rolle im Ver- witterungsprozess der Kupfererze wurde den sekundären Kupfersulfiden zugesprochen. Dies konnten wir mit Untersuchungen und quantitati- ven Messungen der Kupfer-Isotope bestätigen. Es zeigt sich, dass die Kupfersulfide bevorzugt die leichten Isotope von Kupfer aus dem chemi- schen System ziehen und dadurch die anderen Kupfer-Minerale an schweren Isotopen angerei- chert werden. Silber und Zink verbinden sich mit dem restlichen reduzierten Schwefel; Antimon bildet Pyrochlor oder Tripuhyit. Kupfer ist eines der mobilsten Metalle und belastet das Wasser in der Nähe von Bergbau-Altlasten. Wir sind über- zeugt, dass diese Ergebnisse, gewonnen an mit- telalterlichen Bergbaustandorten, das Verhalten von vielen Elementen in den heutigen, volumen- reichen Bergbauabfällen in der Zukunft vorhersa- gen können. Unsere Ergebnisse zeigen, dass es Übergangsperioden gibt, in denen die Elemente nicht besonders mobil sind, diese aber durch einen weiteren Freisetzungsschub gefolgt wer- Altlasten als Modell für heutige Bergbauabfälle Abb. 2. Die Verteilung der Elemente aus den Fahlerzen im Prozess der oxidativen Verwitterung. Detaillierte Erklärung ist in [4] zu finden. In der Literatur sind kontroverse Aussagen über die Mobilität von Antimon in der Umwelt zu fin- den, die von „Antimon ist sehr mobil“ [3] bis zu „Antimon ist völlig immobil“ [4] reichen. Diesen Widerspruch konnten wir mit thermodynamisch- kinetischen Argumenten auflösen [5]. Während der Verwitterung der Antimon-Minerale kommt es zunächst zur Bildung wasserlöslicher sekun- därer Minerale (z.B. Brandholzit), die Antimon ins Wasser abgeben und dafür sorgen, dass das Ele- ment als mobil anzusehen ist. Mit der Zeit bilden sich aber schwerlösliche Minerale (Tripuhyit), die Antimon binden und so auf die Immobilität des Elementes schließen lassen. Jedoch dauert es Jahrzehnte oder Jahrhunderte, bis das Antimon vollständig in die Struktur des Tripuhyits einge- bunden ist, was zu den unterschiedlichen Aussa- gen über die Mobilität dieses Elementes führte. Auf der Basis thermodynamischer Daten können wir die Mobilität des Antimons in der Umwelt Die Umweltmobilität des Elementes Antimon modellieren und so auch quantitative Aussagen treffen. Eine Kombination mehrerer kalorimetri- scher Methoden liefert die benötigten Daten, die verraten können, welche Phase oder Phasen die Beweglichkeit des Elements in der Umwelt kon- trollieren. Unsere bisherigen Messungen und daraus resultierende Modellierungsversuche zei- gen, dass es sich insbesondere um die Phasen Sb-Pyrochlor und Tripuhyit handelt. Diese Mine- rale halten die Konzentration von Antimon in den natürlichen Wässern niedrig, sorgen aber für se- kundäre Anomalien in den natürlichen Sedimen- ten, die möglicherweise Umweltprobleme in der Zukunft darstellen können. [3] Ashley, P.M., Craw, D., Graham, B.P., Chappell, D.A.(2003): Journal of Geochemical Exploration 77, 1. [4] Diemar, G.A., Filella, M., Leverett, P., Williams, P.A. (2009): Pure and Applied Chemistry 81, 1547. [5] Majzlan, J., Števko, M., Lánczos, T. (2016): Environmental Che- mistry doi 10.1071/EN16013. FORSCHUNG — 115 den können. Solche Übergangsperioden sind daher kein Grund, das Monitoring der Altlasten zu stoppen. [2] Majzlan, J., Kiefer, S., Herrmann, J. et al.: Chemical Geology (submitted).