Technetium is the lightest element whose isotopes are all radioactive. Among them, 99Tc (hereafter simply referred as technetium or Tc) is the most abundant and raises great environmental concern due to its relatively long half-life of 2.14×105 years and the high mobility of pertechnetate, Tc(VII)O4, its most stable form under aerobic conditions. The reduction from Tc(VII) to Tc(IV) is one of the most successful strategies for Tc immobilization; however, the mechanism of this redox reaction is not yet fully understood. This presents a large gap in the general knowledge of technetium chemistry and a significant obstacle for the modeling of its reactivity in contexts like a nuclear waste repository. This thesis was developed in the frame of the BMWi funded VESPA II project, and it studies the surface-mediated reduction of 99Tc(VII) using a combination of fundamental chemistry and its application for remediation and nuclear waste management. First, spectro-electrochemical methods (cyclic voltammetry, rotating disk electrode, chronoamperometry coupled with UV-vis, Raman microscopy and nuclear magnetic resonance) were employed to study the reduction mechanism of 0.5 mM KTcO4 in non-complexing media (2 M NaClO4) in the pH range from 2.0 to 10.0. It was found that the mechanism depends on the pH. At pH 2.0 it splits into two steps: Tc(VII) gains 2.1 ± 0.3 electrons and becomes Tc(V) that rapidly reduces to Tc(IV) with the transfer of further 1.3 ± 0.3 electrons. In contrast, at pH ≥ 4.0 there is a direct transfer of 3.2 ± 0.3 electrons. The complete reduction of Tc(VII) yielded a black solid that was successfully characterized by NMR and Raman microscopy as Tc(IV) regardless of the initial pH at which the reaction occurred. Unfortunately, it was not possible to observe the Tc(V) species at pH 2.0 by the spectroscopic tools used. Second, the reductive immobilization of Tc(VII) by pure pyrite and a synthetic mixture marcasite-pyrite 60:40 (synthetic FeS2, with both minerals being polymorphs) was studied by a combination of batch sorption experiments (Tc-removal was studied varying pH, contact time, ionic strength and Tc concentration) and several spectroscopies and microscopies such as Raman microscopy, scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and VIII X-ray absorption spectroscopy. It was found that both pyrite and the synthetic FeS2 promote the reduction of Tc(VII) to Tc(IV). In the case of pure pyrite, the Tc-removal is complete after one day in contact at pH ≥ 5.5. The spectroscopic analysis showed at pH 6.0 an inner-sphere complex between Tc(IV) dimers and hematite formed as secondary mineral on the pyrite surface. In contrast, at pH 10.0 Tc(IV) gets incorporated into surficial magnetite by replacing Fe3+ in octahedral position, with Fe2+ providing reasonable charge compensation for Tc4+. The presence of marcasite made the process slower and less efficient since the synthetic FeS2 was capable to remove 100% Tc from solution only after seven days in contact at 6.0 < pH ≤ 9.0 while the Tc-removal at pH 10.0 was only around 80%. At pH 6.0 the formation of hematite was also observed, suggesting that the formed Tc(IV) species at the surface is the same as with pure pyrite. However, at pH 10.0 the formation of sulfate minerals evidences a change of redox active species: S2- instead of Fe2+. This, combined with the fact that in both solids the formation of TcSx species was detected by XPS at pH 10.0, shows the potential of sulfur as another reducing agent for Tc(VII). The effect of polymorphism on the Tc removal is remarkable and this work shows the relevance of more studies on the interaction of radionuclei with other mineral polymorphs. Regardless of the kinetics of the Tc removal, both pyrite and synthetic FeS2 hindered the re-oxidation of Tc(IV) when exposed to ambient atmosphere for two months. This feature makes them good candidates for the remediation of technetium from contaminated waters. Moreover, natural attenuation effects can be expected for technetium in the near and far field of nuclear waste repositories wherever iron sulfide is present. The results presented in this work contribute to a better understanding of the fundamental aqueous chemistry of technetium and confirm pyrite, a ubiquitous mineral, as a very good candidate for technetium scavenging even in the presence of marcasite. These results close important gaps in thermodynamic databases that are needed for the safety assessment, i.e. modeling of fission products.

Mit dem Grundwasserwiederanstieg in Braunkohleabraumkippen werden die aus der Pyritverwitterung resultierenden Stoffausträge an Sulfat-, Eisen-, Schwermetall- und H+-Ionen gelöst. Im Rahmen dieser Dissertation wurde eine Methodik entwickelt, mit deren Hilfe Problembereiche ausgehalten und somit Maßnahmen im aktiven mitteldeutschen Tagebaubetrieb ergriffen werden können, um die zukünftige Beeinflussung der umgebenden Grund- und Oberflächenwasserkörper zu minimieren. An Vorfeldsedimenten konnten in Feld-eluaten, Stoßbeprobungen und Verwitterungsversuchen geochemische Eigenschaften ermittelt werden. In resultierenden Pufferungsversuchen aus karbonathaltigen Geschiebe-mergeln und Hauptaciditätsträgern konnte eine langfristige Minderung der Aciditätswirkung nachgewiesen werden und ein adaptierter Regelkippenaufbau mit laminaren, alterierenden Sichtaufbau begründet werden. In umliegenden Altkippengrundwässern sind Pufferung und Sulfatreduktion als Wiederfestlegungsprozesse der AMD-Problemstoffe belegt worden. / For lignite mining extensive overburden masses have to be moved. Due to the ventilation of the overburden by atmospheric oxygen, there is a weathering of mostly tertiary sulfides. The rebound of groundwater in future tippings dissolves sulfate, iron, heavy metal and H+ ions, resulting from the pyrite weathering. The partial mobilization of overburden sulfides are opposed to hydrogeochemical buffer reactions e.g. the buffering by carbonates as the first step of buffering. Therefore, there are the questions to the mining operators of the measures that can be taken to minimize the geochemical influence of the surrounding ground and surface water bodies. Object of this PhD-thesis is to lead a methodology that helps to characterize the future tilting substrates to find technological and strategic measures for minimizing the acid water formation in the active open pit operation. In Field eluates and weathering tests in the laboratory and in the field, sediments from dry drill holes in the forefront of open pits “Schleenhain” and “Peres” it could be shown that the geological facies formation of sediments has a decisive influence on geochemical characteristics. As the main acidifying sediment the tertiary aquifer number 2 (lying part) and number 3 can be identified with their high sulfur contents. With increasing time of oxygen exposure sulfate, iron, heavy metal and H + ions released massively. Furthermore, it appears that carbonate buffer essentially are available as glacial till only in cohesive Quaternary. With the resulting buffering experiments from glacial till and the most acidic aquifer sediments a long-term retention of iron, heavy metal and H + - ion and a reduction of sulfate release can be shown, if there is a share of at least 40% glacial till to the lying aquifer number 2 sediments or 20% glacial till to the aquifer number 3. The groundwater quality monitoring of unstructured resaturated old dumps near to the active open pits is comparable to a field test. In addition to weathering zones with high levels of pollutants in the presence of carbonates, buffering processes and sulfate reduction with precipitation of problematic substances in secondary mineral phases can be detected. Blending the research results of geological and geochemical data, an important, in principle selectively recoverable, buffer potential already exists. The determined mixing ratio from 80-60 mass-% acidic sediments to 20-40 mass-% buffering sediment from the buffering experiments can be realized in tilting. In the open pit “Schleenhain” the missing buffering material can be compensated by mass offset from the open pit “Peres”. With the use of the already existing equipment, it is possible to establish a laminar, alternately tipping body with good geochemical and geotechnical conditions.

Abstract Polymetallic (Pb-Zn-Cu-Ag-Au-Sb-As-Bi-Cd-Te-Se-Ge…) quartz veins occur in an area from Eidsvoll in southeastern Norway to west of LakeVänern in southwestern Sweden. They most likely formed during the waning stage of the c. 1 Ga Sveconorwegian orogeny. In Värmskog parish, Värmland county, several mineralized quartz veins of different types are known. Of these, three of the larger vein deposits, Vegerbol, Karlsbol and Södra Gärdsjön, have been investigated. Despite a history of mining activities (mostly for silver) and exploration from the mid-1800s up until the present day, details about their ore mineralogy have remained essentially unknown. In order to classify and characterize them better, the present study was undertaken. The main ore minerals in the veins are galena, sphalerite, chalcopyrite, tetrahedrite sensu lato and pyrite. Additionally, this investigation showed the occurrence of an array of silver-bearing phases such as argentian tetrahedrite to freibergite, native silver, polybasite, pyrargyrite, jalpaite, aguilarite, cervelleite, hessite and matildite. These are the main and accessory silver carriers in the studied deposits. Gold (argentiferous) was also found, as well as the nickel-cobalt sulphide siegenite.    The silver contents of the tetrahedrites may vary within one deposit, ranging from tetrahedrite sensu stricto to freibergite. A weak positive correlation occurs between silver and iron in the tetrahedrites. Cadmium was found both in the tetrahedrites and in the sphalerites. Many sphalerites, however, are very pure ZnS. The complex accessory ore mineralogy, including native gold as well as tellurium and selenium-bearing phases (Vegerbol), makes these vein deposits comparable to mineralized veins to the west and southwest of the Värmskog area.    Combining mineralogical and textural observations with previous studies, the vein mineralizations most likely formed during a change in tectonic regime, in recurrently active brittle structures, at temperatures ranging from c. 350 down to below 100°C. The occurrence of pyrite and hematite and the lack of pyrrhotite and magnetite points to an oxidizing ore-forming environment with relatively high sulphur activity.    Finally, in order to assess the possibility of connecting two of the mined vein systems, VLF (Very Low Frequency) electromagnetic measurements were performed across the strike of a possible continuation between the Vegerbol and Karlsbol deposits. The VLF survey showed a significant anomaly where such a continuation was to be expected, thus indicating an overall strike length of at least 1 km for that vein system. / Sammanfattning Polymetalliska (Pb-Zn-Cu-Ag-Au-Sb-As-Bi-Cd-Te-Se-Ge…) kvartsgångar förekom­mer inom ett område från Eidsvoll, Norge i norr, till sydväst om Vänern i Sverige. De tros ha bildats under den svekonorvegiska orogenesens (ca 1 Ga) slutskede. I Värmskogs socken, Värmland, förekommer mineraliserade kvartsgångar av flera olika typer. Bland dessa har tre undersökts med avseende på malmmineralogi. Dessa kallas för Vegerbol, Karlsbol och Södra Gärdsjön, och de har brutits i huvudsak på silver. Trots att brytning och prospekteringsarbeten pågått från 1800-talet fram till i dag har det saknats detaljerade mineralogiska beskrivningar över fyndigheterna. Denna studie har genomförts för att bättre kunna karakterisera och klassificera dessa mineralis­eringar. Huvudmalmmineral vid dessa förekomster är blyglans, zinkblände, koppar­kis, pyrit och för Södra Gärdsjön även tetraedrit. Denna undersökning har påvisat förekomsten av silverförande faser som silverhaltig tetraedrit till freibergit, gediget silver, polybasit, jalpait, aguilarit, cervelleit, hessit och matildit, vilka utgör både huvudsakliga och accessoriska silverbärare i de undersökta förekomsterna. Guld (silverhaltigt) har också hittats, samt ett Ni-Co-förande mineral, siegenit.    Silverinnehållet i tetraedriterna varierar inom en och samma förekomst, några analyser har givit freibergitsammansättningar. En svag positiv korrelation finns mellan silver och järnhalt i tetraedrit. Kadmium förekommer både i tetraedrit och i zinkblände. Många zinkbländen består dock av rent ZnS. Förekomsten av relativt komplexa accessoriska mineral inklusive guld och Se-Te-faser (Vegerbol) visar att dessa gångar är jämförbara med liknande förekomster väster och sydväst om Värmskogs­området.    Genom att sammanföra data från denna undersökning med sådana från tidigare studier gjorda på gångarna kan man anta att de bildats vid vid en förändring av den tektoniska miljön, i upprepat aktiva spröda strukturer och vid temperaturer mellan ungefär 350 till under 100 °C. Förekomsten av pyrit och hematit samt avsaknad av magnetkis och magnetit tyder på att malmbildningen skett under oxiderade förhållan­den och relativt hög svavelaktivitet.      Elektromagnetiska mätningar i VLF-bandet (Very Low Frequency) utfördes tvärs över den förmodade strykningsriktningen för en möjlig fortsättning av gången mellan Karlsbol och Vegerbol. Mätningarna gav en tydlig anomali där en sådan fortsättning kan förväntas vilket skulle kunna betyda att det finns en sammanhängande mineralisering med ca 1 kilometers längd.

Mit dem Grundwasserwiederanstieg in Braunkohleabraumkippen werden die aus der Pyritverwitterung resultierenden Stoffausträge an Sulfat-, Eisen-, Schwermetall- und H+-Ionen gelöst. Im Rahmen dieser Dissertation wurde eine Methodik entwickelt, mit deren Hilfe Problembereiche ausgehalten und somit Maßnahmen im aktiven mitteldeutschen Tagebaubetrieb ergriffen werden können, um die zukünftige Beeinflussung der umgebenden Grund- und Oberflächenwasserkörper zu minimieren. An Vorfeldsedimenten konnten in Feld-eluaten, Stoßbeprobungen und Verwitterungsversuchen geochemische Eigenschaften ermittelt werden. In resultierenden Pufferungsversuchen aus karbonathaltigen Geschiebe-mergeln und Hauptaciditätsträgern konnte eine langfristige Minderung der Aciditätswirkung nachgewiesen werden und ein adaptierter Regelkippenaufbau mit laminaren, alterierenden Sichtaufbau begründet werden. In umliegenden Altkippengrundwässern sind Pufferung und Sulfatreduktion als Wiederfestlegungsprozesse der AMD-Problemstoffe belegt worden.:Versicherung 3 Zusammenfassung 8 1 Aktualität und Bedeutung der gesteuerten Abraumverkippung 10 2 Theoretische Grundlagen, Ziele, Aufgaben und Technik 15 2.1 Das System Kippe mit Verwitterungsstufen und Stufen der Gegenmaßnahmen 16 2.1.1 Phasen der Tagebauentwicklung in Bezug auf die Sauerwasserbildung 16 2.1.2 Systematik der Gegenmaßnahmen 18 2.2 Pyritbildung, Verwitterung, Pufferung und Wiederfestlegung 22 2.2.1 Pyritbildung 22 2.2.2 Pyritverwitterung 22 2.2.3 Pufferreaktionen 24 2.2.4 Wiederfestlegung durch autochthone mikrobielle Sulfatreduktion 26 2.2.5 Wiederfestlegung durch technisch- biologisch forcierte Sulfatreduktion 28 2.3 Geochemische Verhältnisse der Kippen Zwenkau und Witznitz 30 2.4 Geräteeinsatz im Tagebau des Untersuchungsgebietes 33 3 Ableitung einer Untersuchungsmethodik 35 3.1 Bearbeitungsziel und Ableitung der notwendigen Methoden 35 3.1.1 Geologisches Modell 36 3.1.2 Geochemisches Modell 38 3.1.3 Gewinnungstechnologisches Modell 39 3.2 Vorfeldbohrungen, Korngrößenbestimmung, stoffliche Charakterisierung und RFA 41 3.2.1 Vorfeldbohrungen 41 3.2.2 Lagerung und Probenahme 42 3.2.3 Körnungsanalyse und Wassergehaltsbestimmung 43 3.2.4 Feststoffcharakterisierung Kohlenstoff / Schwefel mittels CS-Mat 44 3.2.5 Röntgenfluoreszenzanalytik 44 3.3 Feldeluate, HCl-Test und organoleptische Ansprache 46 3.3.1 Feldelution 46 3.3.2 Salzsäure-Test (HCl-Test) 47 3.3.3 Organoleptische Ansprache 47 3.3.4 Hydrolytische Acidität 48 3.4 Verwitterungsversuche 49 3.5 Stoßbeprobung 51 3.6 Pufferungsversuche 52 3.7 Kippengrundwassermonitoring 54 3.7.1 Grundwassermessstellen und Probenahmeequipment 54 3.7.2 Feldanalytik 55 3.7.3 Laboranalytik 56 3.7.4 Hydrogeochemische Modellierung 56 4 Grundlagen und geologische Beschreibung des Untersuchungsgebietes 58 4.1 Untersuchungsgebiet 58 4.2 Tertiäre Einheiten 59 4.3 Quartäre Einheiten 61 4.4 Abgrenzung und Festlegung der Auswerteeinheiten 61 4.5 Vorfeldbohrungen 62 5 Anwendung der Methodik für den Tagebau Vereinigtes Schleenhain 65 5.1 Baufeld Schleenhain 65 5.1.1 Vorfeldbohrungen und Feldeluate 65 5.1.2 Stoffliche C/S-Charakterisierung 69 5.1.3 Verwitterungsversuche 72 5.1.4 Stoßbeprobung 85 5.1.5 Pufferungsversuche 90 5.1.6 Körnungsanalyse und Verwitterungszugänglichkeit 99 5.2 Baufeld Peres 103 5.2.1 Feldeluate 103 5.2.2 Vorfeldbohrungen und stoffliche Charakterisierung 105 5.2.3 Verwitterungsversuche 107 5.2.4 Pufferungsversuche 113 5.3 Beschaffenheit der Kippengrundwässer 114 5.3.1 Grundlegende hydrogeochemische Charakterisierung 115 5.3.2 Verwitterungszonen 117 5.3.3 Spurenmetallgehalte 118 5.3.4 Wirksamkeit der geogenen Puffer 119 5.3.5 Kennzeichnung der Sulfatreduktion als natürlicher Rückhalteprozess 121 5.3.6 Hydrochemische Modellierung 124 5.4 Fehlerdiskussion 126 6 Übertragung der Ergebnisse, Bewertung und Schlussfolgerung 127 6.1 Geologisches Modell und technische Verschnittmöglichkeiten 127 6.1.1 Geologisch-genetische Charakteristik der Auswerteeinheiten 127 6.1.2 Verbreitung und Mächtigkeit wesentlicher Auswerteeinheiten im Tagebau „Vereinigtes Schleenhain“ 128 6.1.3 Tagebautechnologische Verschnittmöglichkeiten 130 6.2 Geochemische Möglichkeiten bei der Umstellung der Tagebautechnologie – Massenversatz und Mischung 132 6.2.1 Gewinnungsscheiben 132 6.2.2 Regelkippenaufbau 134 6.2.3 „Schnelle Fahrweise“ und (Zwischen-) Abdeckung 134 6.2.4 Einmischung der Sedimente 135 6.3 RFA-Analytik und Bewertung von Sedimenteigenschaften 137 7 Zusammenfassung und weiterer Handlungsbedarf 139 7.1 Zusammenfassung - Ergebnisse Vorfeldbohrungen 139 7.2 Zusammenfassung – Verwitterungsversuche Labor und Feld 139 7.3 Zusammenfassung – Pufferungsversuche Schleenhain und Peres 141 7.4 Zusammenfassung – Gütemonitoring Kippengrundwässer 141 7.5 Zusammenfassung – Geologisches Modell/ Verschnitt/Technologie 142 7.6 Nachweis der Anwendbarkeit der Methode 144 7.7 Ausblick und weiterer Handlungsbedarf 145 Literatur und Quellen 146 Tabellenverzeichnis 151 Abbildungsverzeichnis 151 Abkürzungsverzeichnis 157 Anlagen 159 / For lignite mining extensive overburden masses have to be moved. Due to the ventilation of the overburden by atmospheric oxygen, there is a weathering of mostly tertiary sulfides. The rebound of groundwater in future tippings dissolves sulfate, iron, heavy metal and H+ ions, resulting from the pyrite weathering. The partial mobilization of overburden sulfides are opposed to hydrogeochemical buffer reactions e.g. the buffering by carbonates as the first step of buffering. Therefore, there are the questions to the mining operators of the measures that can be taken to minimize the geochemical influence of the surrounding ground and surface water bodies. Object of this PhD-thesis is to lead a methodology that helps to characterize the future tilting substrates to find technological and strategic measures for minimizing the acid water formation in the active open pit operation. In Field eluates and weathering tests in the laboratory and in the field, sediments from dry drill holes in the forefront of open pits “Schleenhain” and “Peres” it could be shown that the geological facies formation of sediments has a decisive influence on geochemical characteristics. As the main acidifying sediment the tertiary aquifer number 2 (lying part) and number 3 can be identified with their high sulfur contents. With increasing time of oxygen exposure sulfate, iron, heavy metal and H + ions released massively. Furthermore, it appears that carbonate buffer essentially are available as glacial till only in cohesive Quaternary. With the resulting buffering experiments from glacial till and the most acidic aquifer sediments a long-term retention of iron, heavy metal and H + - ion and a reduction of sulfate release can be shown, if there is a share of at least 40% glacial till to the lying aquifer number 2 sediments or 20% glacial till to the aquifer number 3. The groundwater quality monitoring of unstructured resaturated old dumps near to the active open pits is comparable to a field test. In addition to weathering zones with high levels of pollutants in the presence of carbonates, buffering processes and sulfate reduction with precipitation of problematic substances in secondary mineral phases can be detected. Blending the research results of geological and geochemical data, an important, in principle selectively recoverable, buffer potential already exists. The determined mixing ratio from 80-60 mass-% acidic sediments to 20-40 mass-% buffering sediment from the buffering experiments can be realized in tilting. In the open pit “Schleenhain” the missing buffering material can be compensated by mass offset from the open pit “Peres”. With the use of the already existing equipment, it is possible to establish a laminar, alternately tipping body with good geochemical and geotechnical conditions.:Versicherung 3 Zusammenfassung 8 1 Aktualität und Bedeutung der gesteuerten Abraumverkippung 10 2 Theoretische Grundlagen, Ziele, Aufgaben und Technik 15 2.1 Das System Kippe mit Verwitterungsstufen und Stufen der Gegenmaßnahmen 16 2.1.1 Phasen der Tagebauentwicklung in Bezug auf die Sauerwasserbildung 16 2.1.2 Systematik der Gegenmaßnahmen 18 2.2 Pyritbildung, Verwitterung, Pufferung und Wiederfestlegung 22 2.2.1 Pyritbildung 22 2.2.2 Pyritverwitterung 22 2.2.3 Pufferreaktionen 24 2.2.4 Wiederfestlegung durch autochthone mikrobielle Sulfatreduktion 26 2.2.5 Wiederfestlegung durch technisch- biologisch forcierte Sulfatreduktion 28 2.3 Geochemische Verhältnisse der Kippen Zwenkau und Witznitz 30 2.4 Geräteeinsatz im Tagebau des Untersuchungsgebietes 33 3 Ableitung einer Untersuchungsmethodik 35 3.1 Bearbeitungsziel und Ableitung der notwendigen Methoden 35 3.1.1 Geologisches Modell 36 3.1.2 Geochemisches Modell 38 3.1.3 Gewinnungstechnologisches Modell 39 3.2 Vorfeldbohrungen, Korngrößenbestimmung, stoffliche Charakterisierung und RFA 41 3.2.1 Vorfeldbohrungen 41 3.2.2 Lagerung und Probenahme 42 3.2.3 Körnungsanalyse und Wassergehaltsbestimmung 43 3.2.4 Feststoffcharakterisierung Kohlenstoff / Schwefel mittels CS-Mat 44 3.2.5 Röntgenfluoreszenzanalytik 44 3.3 Feldeluate, HCl-Test und organoleptische Ansprache 46 3.3.1 Feldelution 46 3.3.2 Salzsäure-Test (HCl-Test) 47 3.3.3 Organoleptische Ansprache 47 3.3.4 Hydrolytische Acidität 48 3.4 Verwitterungsversuche 49 3.5 Stoßbeprobung 51 3.6 Pufferungsversuche 52 3.7 Kippengrundwassermonitoring 54 3.7.1 Grundwassermessstellen und Probenahmeequipment 54 3.7.2 Feldanalytik 55 3.7.3 Laboranalytik 56 3.7.4 Hydrogeochemische Modellierung 56 4 Grundlagen und geologische Beschreibung des Untersuchungsgebietes 58 4.1 Untersuchungsgebiet 58 4.2 Tertiäre Einheiten 59 4.3 Quartäre Einheiten 61 4.4 Abgrenzung und Festlegung der Auswerteeinheiten 61 4.5 Vorfeldbohrungen 62 5 Anwendung der Methodik für den Tagebau Vereinigtes Schleenhain 65 5.1 Baufeld Schleenhain 65 5.1.1 Vorfeldbohrungen und Feldeluate 65 5.1.2 Stoffliche C/S-Charakterisierung 69 5.1.3 Verwitterungsversuche 72 5.1.4 Stoßbeprobung 85 5.1.5 Pufferungsversuche 90 5.1.6 Körnungsanalyse und Verwitterungszugänglichkeit 99 5.2 Baufeld Peres 103 5.2.1 Feldeluate 103 5.2.2 Vorfeldbohrungen und stoffliche Charakterisierung 105 5.2.3 Verwitterungsversuche 107 5.2.4 Pufferungsversuche 113 5.3 Beschaffenheit der Kippengrundwässer 114 5.3.1 Grundlegende hydrogeochemische Charakterisierung 115 5.3.2 Verwitterungszonen 117 5.3.3 Spurenmetallgehalte 118 5.3.4 Wirksamkeit der geogenen Puffer 119 5.3.5 Kennzeichnung der Sulfatreduktion als natürlicher Rückhalteprozess 121 5.3.6 Hydrochemische Modellierung 124 5.4 Fehlerdiskussion 126 6 Übertragung der Ergebnisse, Bewertung und Schlussfolgerung 127 6.1 Geologisches Modell und technische Verschnittmöglichkeiten 127 6.1.1 Geologisch-genetische Charakteristik der Auswerteeinheiten 127 6.1.2 Verbreitung und Mächtigkeit wesentlicher Auswerteeinheiten im Tagebau „Vereinigtes Schleenhain“ 128 6.1.3 Tagebautechnologische Verschnittmöglichkeiten 130 6.2 Geochemische Möglichkeiten bei der Umstellung der Tagebautechnologie – Massenversatz und Mischung 132 6.2.1 Gewinnungsscheiben 132 6.2.2 Regelkippenaufbau 134 6.2.3 „Schnelle Fahrweise“ und (Zwischen-) Abdeckung 134 6.2.4 Einmischung der Sedimente 135 6.3 RFA-Analytik und Bewertung von Sedimenteigenschaften 137 7 Zusammenfassung und weiterer Handlungsbedarf 139 7.1 Zusammenfassung - Ergebnisse Vorfeldbohrungen 139 7.2 Zusammenfassung – Verwitterungsversuche Labor und Feld 139 7.3 Zusammenfassung – Pufferungsversuche Schleenhain und Peres 141 7.4 Zusammenfassung – Gütemonitoring Kippengrundwässer 141 7.5 Zusammenfassung – Geologisches Modell/ Verschnitt/Technologie 142 7.6 Nachweis der Anwendbarkeit der Methode 144 7.7 Ausblick und weiterer Handlungsbedarf 145 Literatur und Quellen 146 Tabellenverzeichnis 151 Abbildungsverzeichnis 151 Abkürzungsverzeichnis 157 Anlagen 159