Studienreise

Im Radionuklid-Labor der Eurofins IAF-Radioökologie GmbH, einem weiteren RENO-TITAN-Partner, wurden NORM-Rückstände aus dem vietnamesischen Titanbergbau in Portlandzement und Geopolymer-Mörtel eingebunden. Zentrale Fragen waren unter anderem: Können beide Bindemittel Radionuklide der Uran- und Thorium-Zerfallsreihen gegenüber Laugungsvorgängen zurückhalten? Welche Rezepturen bieten eine zuverlässige Immobilisierung der Radionuklide? Welche Vor- und Nachteile zeigen sich?

Portlandzement ist weltweit verfügbar, kostengünstig und bildet eine dichte, alkalische Matrix. Geopolymere hingegen bieten hohe chemische Beständigkeit und Temperaturfestigkeit, erfordern aber teurere Ausgangsmaterialien, strengeren Arbeitsschutz und eine präzisere Prozessführung.

Als Demonstrationsmaterial diente ein Schwermineralsand-Konzentrat aus der vietnamesischen Küstenregion, überwiegend bestehend aus Ilmenit und Zirkon. Die radiologische Charakterisierung ergab ein Gleichgewicht jeweils innerhalb der Zerfallsreihen von Uran-238 und Thorium-232, die spezifische Aktivität der Nuklide beider Zerfallsreihen betrug dabei jeweils etwa 1.500 Bq/kg. Dem Bindemittel wurden zwischen 9 und 20 Prozent dieses Konzentrats beigemischt und zu Würfeln geformt, um den Rückstand in einer stabilen Matrix zu immobilisieren.

Um die Langzeitstabilität zu prüfen, lagerten die Proben zwölf Wochen unter verschiedenen Bedingungen: in Wasser bei Raumtemperatur und bei 60 °C, in schwach saurer Umgebung (pH 4) sowie in Feucht-Trocken- und Frost-Tau-Zyklen. Anschließende Elutionstests zeigten, dass beide Proben robust blieben, keine Masseverluste oder Schäden aufwiesen und die Radionuklidfreisetzung in allen Fällen unter den empfohlenen Richtwerten der WHO und den Parameterwerten der deutschen Trinkwasserverordnung lag. Das nicht immobiliserte Konzentrat gab dagegen deutlich mehr Radionuklide ab – teilweise über den genannten Richt- und Parameterwerten, insbesondere Radium-228, Polonium-210 und Blei-210. Die Einbindung in Bindemittel reduzierte die Freisetzung somit erheblich.

Die Rezepturen mit bis zu 20 Masseprozent Rückstand funktionierten zuverlässig. Portlandzement erreicht eine gute Rückhaltewirkung bei geringeren Kosten und einfacherer Beschaffung. Geopolymere bewähren sich vor allem bei besonderen Anforderungen an chemische Beständigkeit oder Temperaturfestigkeit. Beide Verfahren eignen sich als sichere Vorbehandlung vor der Deponierung und könnten nach weiteren Prüfungen eine stoffliche Verwertung in Bauprodukten ermöglichen. Für Vietnam ist dies doppelt interessant: Es bietet eine kontrollierte Bindung von NORM-Rückständen und die Option, knappen Bausand durch alternative Zuschlagstoffe zu ersetzen.