Thermodynamik und Phasengleichgewichte der komplexen Systeme der sauren Bergbauwässer

• Antragsteller: Professor Juraj Majzlan, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279047113

Im Rahmen dieses Projektes werden wir die Thermodynamik und Phasengleichgewichte der komplexen Systeme der sauren Bergbauwässer (acid mine drainage, AMD) untersuchen. Die ausgewählten Systeme sind für die AMD-Problematik besonders relevant und beinhalten das System K2O-MgO-FeO-ZnO-Fe2O3-Al2O3-SO3-H2O und die Voltait-Gruppe der Minerale, das System MgO-Fe2O3-SO3-H2O und die Minerale Magnesiocopiapit und Botryogen sowie das System Fe2O3-SO3-H2O und die Minerale Ferricopiapit, Paracoquimbit, Lausenit, Kornelit, Rhomboklas und die Phase (H3O)Fe(SO4)2. Die thermodynamischen Eigenschaften der Phasen werden mittels kalorimetrischer Messungen bestimmt. Die Bildungsenthalpien werden mit Lösungskalorimetrie ermittelt, die Wärmekapazitäten und Entropien mit Relaxationskalorimetrie gemessen (kalorimetrische Messungen). Die Phasengleichgewichte werden mittels chemischer und kristallographischer Analysen an koexistierenden Flüssigkeiten und festen Phasen untersucht. In diesen Untersuchungen wird das Gleichgewicht sowohl aus der Übersättigung als auch aus der Untersättigung erreicht, um die Richtigkeit der Löslichkeitsdaten zu überprüfen. Die Daten für Rhomboklas und die Phase (H3O)Fe(SO4)2 werden mit Hilfe mathematischer Optimierungsverfahren evaluiert. Diese Optimierungsverfahren berücksichtigen gleichzeitig alle verfügbaren kalorimetrischen Daten und Gleichgewichtsdaten. Die Ergebnisse der kalorimetrischen Messungen und der Gleichgewichtsuntersuchungen für das System Fe2O3-SO3-H2O werden mit Hilfe eines erweiterten Pitzer-Modells für konzentrierte Fe(III)-SO4-Lösungen (Tosca et al. 2007) kritisch evaluiert. Im System MgO-Fe2O3-SO3-H2O werden wir Modellrechnungen durchführen, um das Verhalten evaporierender Mg-Fe(III)-SO4-Lösungen vorherzusagen und zu ermitteln, welche Minerale unter welchen Bedingungen ausfallen (Thermodynamische Modellierung). Für alle Systeme werden wir Aktivität-Aktivität-Diagramme erstellen und die Ergebnisse mit der Naturbeobachtung vergleichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Edgar Dachs; Privatdozent Dr. Klaus-Dieter Grevel