Uranbergbau in Mitteldeutschland E-Book

Robin Hermann

• Herausgeber: Verlag Robin Hermann
• Kategorie: Geisteswissenschaft
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 274

Veröffentlichungsjahr: 2016

Beschreibung

1947–1990 betrieb die SAG/ SDAG Wismut in Sachsen und Thüringen Uranbergbau. Dessen Umfang, seine Intensität und die Folgen stellten alle vorangegangenen Bergbauepochen in den Schatten. Dieses Buch bietet einen kompakten Überblick über jene Ära. Angefangen bei der Entstehung von Uran bis hin zu den technischen Grundlagen des Uranbergbaus liefert der Band eine verständliche Einführung in die Thematik. Im Hauptteil wird die Geschichte der zahlreichen Wismut-Bergbauobjekte im Einzelnen beleuchtet. Alle Informationen werden in übersichtlicher Form präsentiert und durch zahlreiche Abbildungen ergänzt.

Leseprobe

Robin Hermann

Uranbergbau in Mitteldeutschland

Schauplätze, Technik und Geschichte der Wismut-Ära

Verlag Robin Hermann

Impressum

Alle Rechte vorbehalten

© 2016 Verlag Robin Hermann, Chemnitz

2. Auflage 2017

Layout: Robin Hermann

Lektorat: Francy Ballmann; Thomas Uhlig

ISBN 978-3-940860-25-5

www.verlag-rh.de

Vorwort

Der Uranbergbau in Sachsen und Thüringen ist nach der politischen Wende zum Gegenstand zahlreicher Publikationen geworden. In deren Mittelpunkt stehen vor allem die Erzförderung der SAG/ SDAG Wismut, ihr Bezug zum sowjetischen Atomprogramm sowie die Auswirkungen des jahrzehntelangen Abbaus auf Mensch und Umwelt.

Wenngleich die Geschichte des im Erzgebirge einst »Pechblende« genannten Uranerzes viel älter ist, setzen die meisten Publikationen thematisch erst im 20. Jahrhundert ein. Zudem werden die technischen und naturwissenschaftlichen Zusammenhänge für den Laien darin nicht immer in verständlicher Form dargestellt.

Das vorliegende Buch versucht nun, diese Lücke zu schließen. Es soll dem interessierten Laien die spannende Geschichte der Uranerze von der ersten Beschreibung bis hin zur Entdeckung ihrer kernphysikalischen Eigenschaften näher bringen. Außerdem klärt es die Frage nach der Entstehung und Beschaffenheit der Erze und führt den Leser in die technischen Grundlagen des Uranbergbaus der Wismut ein. In diese zweite Auflage sind zudem viele Hinweise ehemaliger Wismut-Angehöriger eingeflossen, die zum besseren Verständnis der technischen Zusammenhänge beitragen sollen. Wie alle Bücher dieser Reihe versteht sich die vorliegende Publikation in erster Linie als Beitrag zur Technikgeschichte des Bergbaus. Die politische und gesellschaftliche Einordnung der Wismut-Ära steht ganz bewusst nicht im Fokus.

Um einen kompakten Überblick über den Bergbau der Wismut zu gewährleisten, musste natürlich eine Auswahl getroffen werden. Der Hauptteil beschäftigt sich deshalb mit den Gewinnungsobjekten des Unternehmens, also jenen Betrieben, in denen tatsächlich Uranerz abgebaut wurde. Daneben gehörten natürlich auch noch zahlreiche Erkundungsobjekte, Verarbeitungs- sowie Hilfs- und Zulieferbetriebe zum Unternehmen. Sie können nicht im Detail behandelt werden, finden aber in einigen kleinen Exkursen Erwähnung.

Herzliches Glück Auf!

1. Uran – Ein außergewöhnliches Element

1.1 Herkunft, Beschaffenheit und Eigenarten

1.1.1 Was ist Uran?

Zunächst einmal soll die Frage geklärt werden, worum es sich bei dem chemischen Element Uran eigentlich handelt.

Aus chemischer Sicht wird Uran (U) den Metallen zugerechnet. Seine Dichte von 19,16 g/cm3 liegt deutlich über der von Blei (11,34 g/cm3).1 Uran ist sogar das schwerste in größeren Mengen natürlich vorkommende Element auf Erden.2 Es wird daher auch zu den Schwermetallen gerechnet, wenngleich es sich hierbei nicht um einen einheitlich definierten chemischen Begriff handelt. In reiner Form weist das Element eine silberweiße, metallische Farbe auf. Im Vergleich zu anderen Metallen verfügt es über eine relativ geringe thermische und elektrische Leitfähigkeit.

In den bislang genannten Eigenschaften unterscheidet sich Uran also nur wenig von den »klassischen« Metallen. Die fundamentale Abgrenzung ergibt sich erst aus einer ganz besonderen Eigenart: Uran ist radioaktiv, sendet also ionisierende Strahlung aus.

Abb. 1. Hochangereichertes Uran hat ein typisch metallisches Aussehen.

Reaktiv:Uran ist nicht nur radioaktiv, sondern auch sehr reaktionsfreudig. Deshalb kommt es in der Natur nicht mehr in elementarem Zustand vor. Man findet es vor allem in Form von Oxiden, also Sauerstoffverbindungen.

1.1.2 Weshalb strahlt Uran?

Diese besondere Eigenschaft liegt in seinem atomaren Aufbau begründet. Wie bei anderen Elementen bestehen auch die Uranatome aus dem Atomkern und der Atomhülle. Der Atomkern macht fast die gesamte Masse eines Atoms aus. Er besteht aus den sogenannten Nukleonen (Kernteilchen) – also den Protonen (elektrisch positiv geladen) und Neutronen (elektrisch neutral) – die eng miteinander verbunden sind. Die Atomhülle enthält elektrisch negativ geladene Teilchen, die Elektronen. Im Normalzustand stimmt die Anzahl der Protonen mit der Anzahl der Elektronen überein.

Ein Uranatom verfügt über 92 Protonen im Kern und damit auch über 92 Elektronen in der Atomhülle. Entscheidend ist hier jedoch die Anzahl der ebenfalls im Kern befindlichen Neutronen. Diese ist bei Uranatomen im Vergleich zu anderen natürlich vorkommenden Elementen sehr hoch. Das in der Natur am häufigsten vorkommende Uran-Isotop – das sogenannte 238U – hat 238 Kernteilchen. 92 davon sind Protonen, die restlichen 146 Teilchen sind Neutronen.

Abb. 2. Wasserstoffatomkern (1 Proton) und 238Uran-Kern (92 Protonen+146 Neutronen) – Die 2-dimensionale Darstellung kann die wirklichen Größenverhältnisse nicht wiedergeben.

Die hohe Kernteilchenzahl (Massenzahl) macht den Atomkern von Uran nicht nur sehr schwer und groß, sondern vor allem sehr instabil. Um dies besser verstehen zu können, sollte man sich kurz die Kräfte vor Augen führen, die in einem Atomkern wirken:

Normalerweise würden die im Kern vorhandenen Protonen einander abstoßen, da sie alle die gleiche Ladung tragen. Wir kennen das Phänomen aus unserem Alltag in der fast schon sprichwörtlichen Aussage »gleiche Pole stoßen sich ab«. Physiker sprechen dabei von der sogenannten Coulombkraft. Gäbe es nur diese Kraft, würde der Atomkern sofort auseinanderbrechen. Glücklicherweise existieren aber noch weitere Kräfte: Eine ganz Entscheidende ist die sogenannte Starke Kernkraft, auch als Starke Wechselwirkung bezeichnet. Der Name wurde nicht ohne Grund gewählt. Tatsächlich handelt es sich um die mit Abstand stärkste der vier Grundkräfte des Universums. Sie wirkt vor allem auf Protonen und Neutronen und verhindert, dass sich die positiv geladenen Protonen im Kern gegenseitig abstoßen. Die Starke Wechselwirkung hält alle Kernteilchen und damit den Atomkern fest zusammen. Allerdings gibt es eine ganz entscheidende Einschränkung: Die Starke Wechselwirkung weist nur eine extrem geringe Reichweite auf und wirkt damit nur zwischen unmittelbar benachbarten Nukleonen im Atomkern. Die deutlich schwächere Coulombkraft hingegen besitzt eine wesentlich größere Reichweite, sodass jedes Proton im Kern mit allen anderen Protonen interagieren kann.

Bei kleineren Atomkernen ist dies kein Problem. Hier reicht die Starke Kernkraft mühelos aus, um die wenigen Nukleonen beisammen zu halten. Allerdings nimmt die Coulombkraft im Quadrat zur Anzahl der vorhandenen Protonen zu, da sich ja zwischen allen Protonen eine Wechselwirkung entwickelt. Die Starke Kraft hingegen wächst aufgrund ihrer geringen Reichweite nur linear zur Zahl der Protonen.

Bis zu einer Anzahl von 82 Protonen im Atomkern – was dem Element Blei entspricht3 – behält die Starke Kraft in natürlicher Umgebung die Oberhand und der Kern bleibt stabil.

Bei allen Elementen mit mehr als 82 Protonen macht sich die Abstoßungskraft zwischen ihnen aber allmählich bemerkbar. Der Kern wird instabiler.

Der Kern eines Uranatoms mit seinen 92 Protonen und meist 146 Neutronen (238U) ist der größte und schwerste seiner Art, zumindest unter natürlichen Bedingungen. Seine Größe macht ihn so instabil, dass er regelrecht zu »brodeln« beginnt und schließlich einzelne Kernbestandteile »abstößt«. Man spricht dabei von radioaktivem Zerfall oder auch einfach von Radioaktivität. Solche instabilen Atome bezeichnet man als Radionuklide. Bei diesem Zerfallsprozess wird Energie in Form von ionisierender Strahlung freigesetzt.

Über zahlreiche Zwischenstufen und durch verschiedene Umwandlungsarten zerfällt das ursprüngliche Uranatom (238U) in andere Elemente: Vereinfacht ausgedrückt zunächst zu Thorium (Th), dann zu Protactinium (Pa), Radium (Ra), Radon (Rn) und so weiter. Am Ende dieses Prozesses steht die Umwandlung zum stabilen Blei-Atom (206Pb). Hier erst endet die Aussendung ionisierender Strahlung, das entstandene Element ist nicht mehr radioaktiv. Man bezeichnet diesen gesamten Umwandlungsprozess als Zerfallsreihe.

Wie lange dieser gesamte Prozess dauert, lässt sich nicht exakt vorhersagen, da sich der Zerfallszeitpunkt eines Atomkerns nicht bestimmen lässt. Allerdings hat man einen statistischen Näherungswert ermittelt – die sogenannte Halbwertszeit. Sie gibt an, nach welcher Zeit sich die Ausgangsmenge und damit die Aktivität eines Radionuklids wie Uran durchschnittlich halbiert hat. Das Isotop 238U beispielsweise besitzt mit rund 4,468 Milliarden Jahren eine enorm lange Halbwertzeit. Bei dem in der Zerfallsreihe von Uran ebenfalls vorkommenden Polonium-Isotop 214Po liegt sie hingegen nur bei 164 µs!

Abb. 3. Erste Stufe der Zerfallsreihe des Uranisotops 238U: Es schleudert ein α-Teilchen in Form eines Helium-4-Atomkerns mit bis zu 20.000 km/s aus. Die verbleibenden Kernteilchen bilden das Thorium-Isotop 234Th – ein anderes Element. Man bezeichnet den Prozess auch als α-Zerfall.4

Isotope: Die Anzahl der Protonen bestimmt das Element. So besitzt Uran immer 92 Protonen. Die Anzahl der Neutronen hingegen kann variieren. Weisen Atome gleich viele Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen auf, spricht man von Isotopen eines Elementes.

1.1.3 Wie entstand das Element Uran?

Fast noch spannender als das Phänomen der Radioaktivität ist die Frage nach der Herkunft des Urans. Wie entstand dieses seltsame Element, dass sich in so vielen Punkten grundlegend von den meisten anderen Elementen unterscheidet? Woher kommt die enorme Energie, die darin gespeichert ist?

Zur Beantwortung dieser Frage sollten wir uns zunächst einmal anschauen, wie die Entstehung einer Vielzahl von »einfachen« Elementen vermutlich von statten ging. Dafür ist eine kleine Zeitreise zur Geburtsstunde unseres Universums nötig – dem viel zitierten Urknall:

Einer heute akzeptierten Theorie zufolge hatte sich das expandierende Universum eine Minute nach dem Urknall so weit abgekühlt, dass sich die ersten Atomkerne und damit die ersten Elemente bilden konnten. Zunächst entstand Deuterium, ein auch als Schwerer Wasserstoff bezeichnetes Isotop mit einem Proton und einem Neutron im Atomkern.

In den darauf folgenden zwei Minuten kam es zur Entstehung von Helium sowie geringster Spuren von Lithium und Beryllium. Bereits nach fünf Minuten war die Teilchendichte im Universum aber soweit gesunken, dass es nicht mehr zur Bildung weiterer Elemente kommen konnte. Damit war die erste Phase der Bildung von Elementen – die sogenannte primordiale Nukleosynthese – abgeschlossen.

Man geht davon aus, dass sich die nach dem Urknall entstandenen Elemente zu etwa 75% auf Wasserstoff (1H) und zu 25% auf Helium (4He) verteilten.

Alle schwereren Elemente entstanden erst nach der Bildung von Sternen beziehungsweise Galaxien. Diese setzte etwa vierhundert Millionen Jahre nach dem Urknall ein.

Aufgrund der Gravitation verdichteten sich die vorhandenen Wasserstoff- und Heliumgaswolken an einigen Punkten immer weiter. Es kam zur Bildung sogenannter Protosterne. Hatte deren Dichte einen gewissen Wert überschritten, setzte aufgrund der enormen Druck- und Temperaturverhältnisse im Zentrum (≈ 10 Millionen Kelvin) die Kernfusion ein.

Diese Kernfusion ist bis heute die Basis aller im Inneren eines Sterns ablaufenden Prozesse. Bei Kerntemperaturen von 10 Millionen Kelvin verschmelzen die Wasserstoffatome unter Aussendung von Strahlungsenergie zu Heliumatomen.

Ist aller Wasserstoff zu Helium »verbrannt«, bricht der durch die Kernfusion erzeugte Strahlungsdruck (der »Gegendruck« zur Gravitation) ab und der Kern zieht sich wieder zusammen. Besitzt der Stern eine genügend große Masse (>30% unserer Sonnenmasse), steigen Dichte und Temperatur bei der folgenden Kontraktion wiederum derart an, dass es zur Fusion von Heliumkernen kommt. Das sogenannte Heliumbrennen setzt ein und läuft bei Temperaturen von mehr als 100 Millionen Kelvin ab.

Im Zuge dieser zweiten Fusion entstehen schwerere Elemente wie Kohlenstoff und Sauerstoff.

Je größer die Ausgangsmasse des Sternes ist, desto mehr Fusionsprozesse kann er durchlaufen. Massereiche Sterne mit mehr als drei Sonnenmassen können noch das Kohlenstoffbrennen, das Neonbrennen, das Sauerstoffbrennen und das Siliciumbrennen durchlaufen. Mit jeder Stufe steigen Dichte und Temperatur weiter. Durch verschiedene Kernfusionsprozesse werden dabei immer schwerere Elemente »erbrütet«.

Das schwerste Element, das in diesen Fusionsprozessen entstehen kann, ist Eisen mit 26 Protonen im Kern. Hier läuft die Fusion bereits bei unvorstellbaren 10 Milliarden Kelvin ab. Aus Eisen kann dann weder durch Fusion noch durch Kernspaltung Energie gewonnen werden. Eisen wird deshalb oft auch als »Sternenasche« bezeichnet.

Wie entstand nun aber das viel schwerere Uran mit 92 Protonen? Um ein derart komplexes Element zu erzeugen, sind unvorstellbare Energiemengen und Temperaturen notwendig. Solche extremen Rahmenbedingungen entstehen nur beim Kollaps und der anschließenden Explosion eines massereichen Sterns – in einer sogenannten Supernova.

Kurz vor dem endgültigen »Tod« eines solchen massereichen Sterns – wenn dessen Kern nur noch aus Eisen besteht und die Fusionsreaktionen damit aufhören – kommt es zum vollständigen Kollaps durch die Gravitationskräfte.

Erst die dabei entstehenden gigantischen Dichte-, Druck- und Temperaturverhältnisse machen die Prozesse möglich, die zur Bildung schwerer Elemente jenseits des Eisens führen. Neben zahlreichen anderen schweren Elementen wird im sterbenden Stern dabei auch Uran »erbrütet«.

In der unmittelbar darauffolgenden Explosion des Sternes wird ein Großteil seiner Materie – unter anderem auch das Uran – in die Weiten des Weltalls geschleudert. Dieses Material bildet wiederum den Grundbaustein für die Entstehung neuer Sonnensysteme. Das heute auf unserem Planeten vorhandene Uran entstand also vor Milliarden von Jahren in einem der Vorläufer unserer heutigen Sonne.

Abb. 4. Eine Supernova liefert die extremen Rahmenbedingungen für die Entstehung schwerer Elemente wie Uran. – Der »Krebsnebel« ist der Überrest einer Supernova aus dem Jahr 1054. Die dabei ausgeschleuderte Materie enthält u.a. auch Uran.

1.1.4 Wie kommt Uran auf der Erde vor?

Zum Abschluss dieses Kapitels soll noch geklärt werden, wie sich das auf der Erde vorkommende Uran zusammensetzt. Wie bereits angedeutet, kommt elementares Uran aufgrund seiner Reaktivität hier nicht mehr vor, sondern muss erst wieder aus seinen verschiedenen Verbindungen isoliert werden. Hat man es isoliert, stellt es sich als eine Mischung aus vier verschiedenen instabilen Isotopen dar:

Rund 99,27% davon entfallen auf das mehrfach erwähnte 238U. Weitere 0,72% des Urans liegen als 235U vor, dem einzigen natürlich vorkommenden Nuklid, das zu einer Kernspaltungs-Kettenreaktion fähig ist. Es ist für die heutige wirtschaftliche Bedeutung des Urans verantwortlich, da erst dieses Isotop den Betrieb von Atomkraftwerken aber auch den Bau von Kernwaffen möglich macht.

Weitere natürliche Uranisotope, die in der Natur jedoch nur in äußerst geringen Mengen auftreten, sind 234U und 236U.

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1 vgl. Hollemann u.a. (2007): S. 2149.

2 vgl. Welsch u. a. (2013): S. 274.

3 Einige Blei-Isotope sind ebenfalls radioaktiv (210Pb, 211Pb, 212Pb, 214Pb). Sie treten in der Natur jedoch nur in geringsten Spuren auf.

4 Weitere Zerfallsarten sind der β–-Zerfall (Atom stößt ein Elektron und eine Antineutrino aus), der β+-Zerfall (Ausstoßen eines Positrons und eines Neutrinos) und der γ-Zerfall (elektromagnetische Strahlung in Form ungeladener Photonen und Quanten); γ-Strahlung hat das größte Durchdringungsvermögen.

1.2 Bildung und Vorkommen von Uranerzen

Auf unserer Erde sind derzeit mehr als 100 verschiedene Uranminerale – also Uran enthaltende Minerale – nachgewiesen. Das Uran tritt in diesem Zusammenhang aber nie in elementarem Zustand, sondern stets in Form verschiedener Verbindungen (Oxide, Phosphate, Carbonate u.v.m.) auf. Dies ist der bereits erwähnten hohen Reaktionsfreudigkeit des Elementes zuzuschreiben.

Als wirtschaftlich bedeutendste Uranerze gelten die Oxide, ganz besonders das auch als Pechblende bezeichnete Uraninit (UO2).1 Diesem Erzmineral verdankte der erzgebirgische Uranbergbau hauptsächlich seine einstige Bedeutung. Zudem spielte es in der frühen Forschungsgeschichte der Kernchemie und Kernphysik eine tragende Rolle. Deshalb soll uns dieses Erz im folgenden Kapitel besonders interessieren.

1.2.1 Was ist »Pechblende«?

Als Pechblende oder Uraninit bezeichnet man ein Mineral aus der Mineralklasse der Oxide und Hydroxide. Es handelt sich um das mit Abstand wichtigste primäre Uranmineral zur industriellen Gewinnung von Uran.2 Anders als man es vielleicht vermuten mag, tritt es recht häufig in der Erdkruste auf – allerdings meist fein verteilt und nur selten als bauwürdige Lagerstätte. Relativ gesehen liegt die Häufigkeit des Elementes Uran in der Erdkruste aber sogar noch vor der von Zinn, wie das unten abgebildete Diagramm 1 zeigt.

Diagramm. 1. Uran ist in der Erdkruste statistisch gesehen sogar häufiger zu finden als Zinn. Echte Uran-Lagerstätten, deren Abbau lohnt, sind jedoch seltener.

Seinen seit dem 16. Jahrhundert belegten Namen erhielt das Mineral Pechblende aufgrund seines pechartigen, mitunter leicht metallischen Glanzes in frischen Bruchstücken. Der Wortbestandteil »Blende« rührte von der Tatsache, dass es zwar metallisch anmutet, sich für den damaligen Bergmann aber als unbrauchbar erwies. Das vermeintliche Erz »blendete«, betrog den Bergmann also nur.

Aufgrund seines hohen Urangehaltes (bis zu 88,15%) stellt Uraninit eine der stärksten natürlichen Quellen radioaktiver Strahlung dar. Wie andere Erze enthält die geförderte Pechblende natürlich nicht nur Uranoxid, sondern auch zahlreiche weitere Bestandteile. Sehen wir uns dazu beispielsweise einmal die Analysen zweier späterer Nobelpreisträger an:

Der Atomphysiker Ernest Rutherford beispielsweise druckte in seiner 1907 auf deutsch erschienenen Publikation »Die Radioaktivität« eine chemische Analyse von Pechblende ab. Die aus dem Johanngeorgenstädter Revier stammende Probe enthielt neben rund 82% Uranoxid auch Bleioxid (6,39%), Arsen(III)-oxid (2,34%), Calciumoxid (1%) sowie in kleineren Anteilen zahlreiche weitere Metalloxide und seltene Erden.3

Auch Marie Curie publizierte in ihrem erstmals 1912 auf deutsch erschienenen Buch »Die Radioaktivität« eine chemische Analyse von Pechblende. Bei ihr stammten die Proben aus Abfallprodukten der Joachimsthaler Uranfarbenfabrikation. Dabei kam sie auf eine ähnliche Zusammensetzung wie die bei Rutherford dargestellte Analyse. Neben Uranoxid (75%) fand auch Sie Calciumoxid, Siliciumoxid sowie eine ganze Reihe weiterer Metalloxide und seltener Erden. Anstelle von Bleioxid stellte Curie jedoch Bleisulfid (5%) fest.4

Es wird also deutlich, dass es von Lagerstätte zu Lagerstätte leichte Unterschiede in der spezifischen Zusammensetzung von Uraninit gibt. Allen Proben gleich ist der hohe Anteil an Uranoxid sowie das Vorhandensein weiterer Metalloxide und Bleiverbindungen.

Neben den bislang genannten Bestandteilen enthält Pechblende aber auch Isotope, die in der bereits erwähnten Zerfallsreihe von Uran vorkommen. Abgesehen vom Endprodukt der Reihe – dem Blei – sind diese Anteile jedoch so gering, dass sie nur mit aufwendigen Methoden ermittelt werden können. Beispielsweise enthielt eine Tonne Joachimsthaler Pechblende nur bis zu 320 mg Radium.5

1.2.2 Pechblende – Das »Chamäleon« der Erze

Als Erz ist Uraninit einzigartig, denn es ist – anders als »herkömmliche« Erze – zwei Umwandlungsprozessen ausgesetzt:

Zum einen unterliegt es der allgegenwärtigen chemischen Umwandlung, also dem klassischen Verwitterungsprozess, einer Folge der hohen Reaktivität des Urans. Hierbei entstehen neue chemische Verbindungen, es kommt zur Anreicherung bestimmter Stoffe. Aus dem primären Uranmineral Pechblende bilden sich dann die sogenannten sekundären Uranminerale. Sie zeichnen sich vor allem durch ihre auffallend grellbunte Farbgebung aus. Diesen Umstand machte man sich bei der späteren Uranfarbenherstellung zunutze, die für Joachimsthal ab dem späten 19. Jahrhundert wirtschaftliche Bedeutung hatte. Bekannte sekundäre Uranminerale sind beispielsweise die meisten Uranglimmer.

Abb. 5. Pechblende (Uraninit) – Handstück – Die typische schwarze Farbe war einst namensgebend. Die hervortretenden kugeligen Aggregate werden auch als »Mausaugen« bezeichnet.6

Bei der Verwitterung und chemischen Umwandlung der Pechblende entstehen jedoch keine neuen Elemente. Diese bilden sich erst durch den zweiten Umwandlungsprozess – den radioaktiven Zerfall: Das in der Pechblende enthaltene Uran zerfällt zu verschiedenen, ebenfalls radioaktiven Isotopen wie Polonium, Radium oder dem Gas Radon. Bemerkenswert ist, dass diese Zerfallsprodukte noch instabiler als das Uran selbst sind. Sie senden also auch eine wesentlich höhere Strahlung aus als dieses.

Es war Marie Curie, die entdeckte, dass Pechblende deutlich mehr Strahlung aussendet, als das darin enthaltene Uran es eigentlich vermag. Nicht das Uran allein macht die Pechblende zu einem der stärksten natürlichen Strahler, sondern vor allem die wesentlich intensiver strahlenden Zerfallsprodukte wie Polonium oder Radium. Reines Radium beispielsweise strahlt 900 mal mehr als die gleiche Menge Uran!7

All diese Eigenschaften machen Pechblende zu einer Art Chamäleon unter den Erzen.

1.2.3 Lagerstättentypen im Betrachtungsgebiet

Schauen wir uns nun die Entstehungsgeschichte der Uranlagerstätten im Zentrum des sogenannten »Saxothuringikums« an [Abb. 6]. Dieser Begriff beschreibt eine geotektonische Einheit, die sich in einem schmalen Streifen von den Vogesen im Westen über das Thüringer Schiefergebirge, das Vogtland und das Erzgebirge bis zu den Sudeten erstreckt.

Abb. 6. Verlauf der »Saxothuringikum« genannten Störungszone innerhalb der deutschen Grenzen vom Nordschwarzwald bis Ostsachsen – Im Norden grenzt das »Rhenoherzynikum« und im Süden das »Moldanubikum« an.

In diesem Buch konzentrieren wir uns auf einen kleinen Ausschnitt, der dem Saxothuringikum jedoch seinen Namen gab. Betrachtet werden sollen die Uranlagerstätten im Bereich von Sachsen und Thüringen. Hinzukommen noch die einst bedeutenden Lagerstätten im böhmischen Teil des Erzgebirges. Diese Lagerstätten liegen allesamt auf der sogenannten Gera-Jáchymov-Störungszone.

Aber was genau bezeichnet der Begriff Lagerstätte eigentlich? Als Uranlagerstätten werden natürliche Anreicherungen von Uranerzen in der Erdkruste bezeichnet, deren Abbau sich wirtschaftlich lohnt. Man unterscheidet sie von den Uranvorkommen, also lokalen Urananreicherungen, deren Abbau aufgrund des zu großen Aufwandes unwirtschaftlich ist.8

Es gibt viele verschiedene Lagerstättentypen. Weltweit unterscheidet die IAEO (Internationale Atomenergie-Organisation) derzeit 14 Stück. Sie alle entstanden durch sehr unterschiedliche geologische Prozesse. Für den Betrachtungsbereich Sachsen und Thüringen kommen vier Lagerstättentypen in Frage, deren Entstehung im Folgenden kurz umrissen werden soll.

Die Uranlagerstätten des Erzgebirges liegen als sogenannte Ganglagerstätten vor. Das heißt, die Uranvererzung tritt in sehr schmalen, dafür langgestreckten Erzkörpern auf. Die einst weltberühmten Silbererze wurden dort ebenfalls aus solchen Ganglagerstätten gefördert. Es waren vor allem zwei geochemische Eigenschaften, die entscheidend zur Bildung dieser Uranlagerstätte beigetragen haben:

Erstens reichert sich Uran bevorzugt in silikatreichen Schmelzen ab. Man bezeichnet diese Eigenschaft als lithophil. Es sammelte sich also weder im metallischen Erdkern noch im Erdmantel, sondern in den sauren Magmatiten der Erdkruste. Hier trat es zunächst relativ gleichmäßig verteilt auf. Aufgrund der eingangs geschilderten Reaktionsfreudigkeit neigt Uran bei Gegenwart von Sauerstoff sehr stark zur Oxidation. Dabei tritt es in zwei unterschiedlichen Oxidationsstufen auf. Urandioxid (UO2) löst sich sehr schlecht in Wasser. Wird es jedoch zu Urantrioxid (UO3) weiteroxidiert, ist es sehr gut wasserlöslich und damit sehr mobil.

Diese beiden Prinzipien führten zur sogenannten hydrothermalen Entstehung der erzgebirgischen Lagerstätten. Das uranreiche Magmagestein wurde von oxidierenden wässrigen Lösungen durchdrungen. Dabei ging das entstandene Urantrioxid in Lösung und reicherte sich allmählich in der Lösung an.

Im Zuge tektonischer Prozesse vor etwa 270 Millionen Jahren kam es zur Dehnung (Extension) des Granitgesteins. Dabei entstanden im Inneren größere Klüfte, in welche die hydrothermale Lösung eindringen konnte. Durch Reduktionsprozesse wurde Urantrioxid dort wieder zu wasserunlöslichem Urandioxid ausgefällt – der Erzgang bildete sich.

Einen zweiten Lagerstättentyp im Saxothuringikum stellen die Uranvorkommen in Schwarzschiefern dar. Sie bildeten die Basis des Uranbergbaus im Bereich Ronneburg.

Bei Schwarzschiefer handelt es sich um ein Sedimentgestein, welches sich einst aus zum Teil organischen Ablagerungen am Meeresgrund gebildet hat. Das kohlenstoffreiche Material war in der Lage, das im Meerwasser gelöste Uran zu reduzieren und anzureichern.

Der Urangehalt des aus den Ablagerungen entstandenen Schiefers liegt zwar vergleichsweise niedrig, allerdings ist die Gesamtmenge des Urans in einer solchen Lagerstätte sehr hoch. Der großräumige und kostspielige Abbau lohnt sich nur bei entsprechenden Weltmarktpreisen.

Die Ronneburger Lagerstätte stellt jedoch einen Sonderfall dar. Da auch sie innerhalb der Gera-Jáchymov-Störungszone liegt, kam es im Zuge tektonischer Prozesse ebenfalls zum Aufstieg hydrothermaler Lösungen. Diese uranreichen Lösungen drangen in Bereiche des Schwarzschiefers ein und reicherten ihn weiter mit Uran an. Es handelt sich also um eine Kombination aus Schwarzschiefer- und Ganglagerstätte, deren Abbau sich auch bei niedrigeren Uran-Weltmarktpreisen lohnt.

Ebenfalls sedimentär-hydrothermalen Ursprungs ist die Uranlagerstätte bei Königstein in der Sächsischen Schweiz. Sie basiert allerdings nicht auf Schwarzschiefer, sondern auf Sandstein, der ebenfalls marinen Ursprungs ist. Genau genommen handelt es sich um eine Sandsteinlagerstätte mit Zwischenschichtoxidation. Sie wird auch als Roll Front Lagerstätte bezeichnet.

Der letzte Lagerstättentyp im Betrachtungsraum ist gleichfalls sedimentären Ursprungs. Es handelt sich um die Steinkohlelagerstätte im Bereich von Freital Gittersee. Auch hier spielt die Fähigkeit von Kohlenstoff eine Rolle, in Lösung befindliches Uran zu reduzieren und anzureichern. Der Urangehalt in der Steinkohle belief sich auf etwa 0,1%.

Uranbergbau in der BRD vor 1990:Auch in der BRD wurden vor 1990 einige kleine Uranvorkommen aufgesucht und erkundet. Sie befinden sich im Schwarzwald, im Bayerischen Wald und im Fichtelgebirge. Uranabbau fand in Ellweiler, Menzenschwand und Mähring statt.9 Die Vorkommen waren jedoch vergleichsweise gering.

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1 Die neuere Forschung unterscheidet Pechblende von Uraninit. Beide haben die gleiche Zusammensetzung, Uraninit entstand jedoch bei höheren Temperaturen. Pechblende bildet optisch sichtbare nierenförmige Ausbildungen. In dieser Publikation werden beide Minerale aufgrund ihrer gleichen Zusammensetzung in alter Form synonym gebraucht.

2 Matthes (1990): S. 67.

3 Rutherford (1907): S. 570.

4 Curie (2012): S. 145.

5 vgl. Doelter (1918): S. 245.

6 Laschkow (2013): S. 2.

7vgl. Brandt (2011): S. 23.

8vgl. Wirtschaftsvereinigung Bergbau (1994): S. 31.

9 vgl. Wirtschaftsvereinigung Bergbau (1994): S. 217.

2. Einführung in den Uranerz-Bergbau

Das folgende Kapitel soll eine verständliche Einleitung in die technischen Grundlagen des von der Wismut betriebenen Uranerzbergbaus geben.

Viele Technologien entwickelte sich aus den jahrhundertealten Traditionen des sächsischen Erzbergbaus heraus. Natürlich war eine Vielzahl von Modifikationen notwendig, um den gestiegenen Anforderungen des modernen Bergbaus Rechnung zu tragen. Dessen Ausmaße erreichten völlig andere Dimensionen als der Silberbergbau vorangegangener Epochen. Aus Gesprächen mit ehemaligen Wismut-Angehörigen wurde zudem klar, dass zwischen den offiziellen technologischen Abläufen und den dann im Arbeitsalltag praktizierten Methoden mitunter große Diskrepanzen bestanden, wobei vor allem der Faktor Zeit eine große Rolle spielte.

Zunächst schauen wir uns die verschiedenen Arten von Grubenbauen an. Anschließend werfen wir einen Blick auf die Techniken zum Abteufen von Schächten, zum Vortrieb horizontaler Grubenbaue und zum Erzabbau an sich. Dann werden die Möglichkeiten des Ausbaus, also der Absicherung der untertägigen Räume vorgestellt.

Die letzten drei Unterkapitel beschäftigen sich dann mit der Förderung des Erzes, der Bewetterung – also der »Belüftung« – des Grubengebäudes und der Beleuchtung unter Tage.

2.1 Grubenbaue im Uranbergbau

Der Begriff »Grubenbau« bezeichnet zunächst einmal alle Arten von bergmännisch geschaffenen Hohlräumen. Sie können ganz unterschiedliche Zwecke erfüllen. So dienen sie beispielsweise dem Abbau und der Förderung von Erzen, der Ableitung von Grubenwässern, der Zuführung von Frischluft, der Erschließung neuer Lagerstätten, der Beförderung von Personen oder sogar einfach nur der Unterbringung von Maschinen.

Der Einfachheit und besseren Übersicht wegen untergliedern wir die Grubenbaue nach ihrem Verlauf und den Abmessungen in drei Gruppen, nämlich in vertikale und horizontale Grubenbaue sowie untertägige Räume.

2.1.1 Vertikale Grubenbaue

Vertikale Grubenbaue werden senkrecht (saiger) oder stark geneigt (tonnlägig) in das Gestein getrieben. Der Bergmann spricht bei diesem Prozess vom Abteufen.

Der bekannteste Grubenbau dieser Art ist der Schacht. Er erschließt eine Lagerstätte von oben her. Hat er am oberen Ende Kontakt mit der Erdoberfläche – dem Tageslicht – bezeichnet man ihn auch als Tagschacht. Tritt er nicht an die Oberfläche, sondern stellt nur eine Verbindung zwischen verschiedenen Ebenen (Sohlen) unter Tage her, bezeichnet man ihn als Blindschacht.

Anders als im historischen Erzbergbau besaßen Schächte bei der Erschließung der Uranlagerstätte eine wesentlich größere Bedeutung. Der Begriff Schacht steht im Wismutsprachgebrauch deshalb sogar synonym für den im Altbergbau üblichen Begriff »Bergwerk«. Alle Wismut-Schächte waren fortlaufend durchnummeriert und meist trug ein Grubenkomplex den Namen seines wichtigsten Schachtes.1

Gemäß ihres Nutzungszweckes unterscheidet man verschiedene Arten von Schächten. Der wohl bekannteste Vertreter ist der Förderschacht, der seinen Standort meist weithin sichtbar durch ein Fördergerüst mit Seilscheiben ausweist. Hier werden die abgebauten Erze aus der Grube gefördert.

Einen ähnlichen Aufbau besitzen die der Personenbeförderung dienenden Seilfahrtschächte. Auch sie werden von einem Fördergerüst bekrönt.

Viele Schächte im Wismut-Bergbau erfüllten beide Aufgaben gleichzeitig, dienten also der Personen- und Erzförderung. Hierzu hatte man den Schachtquerschnitt entsprechend groß gewählt und in mehrere Segmente (Trümer) abgeteilt.

Ein sogenannter Wetterschacht dient der Heranführung von Frischluft bzw. der Abführung verbrauchter Luft aus dem Grubenbau. Im bergmännischen Sprachgebrauch bezeichnet man diesen Vorgang als »Bewetterung«.

Den bedeutendsten Schacht eines Bergwerks, der zumeist alle der oben genannten Aufgaben gleichzeitig erfüllt, nennt man Hauptschacht. Wie erwähnt, diente seine Nummer als Bezeichnung für den entsprechenden Grubenkomplex.

Es gibt verschiedene Querschnittsformen für Schächte (sogenannte Schachtscheiben). Bis Mitte der 1950er Jahre besaßen Wismutschächte einen rechteckigen Querschnitt. Erst die Einführung neuer Techniken nach sowjetischem Vorbild machte ab 1955 das Abteufen von Rundschächten möglich.2 Schächte mit rundem Querschnitt sind weniger anfällig für die auf die Schachtwand wirkenden Druckkräfte.

Im engeren Sinne keine Grubenbaue, aber eine wichtige Form vertikaler Erschließung und Erkundung von Lagerstätten bilden die Bohrungen.

Sie weisen einen runden Querschnitt und einen wesentlich geringeren Durchmesser als Schächte auf (meist kleiner als 25 cm). Bohrungen können in vergleichsweise kurzer Zeit in größere Tiefen vordringen.

Im Uranerzbergbau wurden überwiegend Erkundungsbohrungen durchgeführt. Sie dienten dem Auffinden und Erforschen potentieller Lagerstätten. Dabei wurden Kernbohrungen vorgenommen, mit denen man Proben aus dem Querschnitt des vorhandenen Gesteins gewann.

Darüber hinaus fanden auch sogenannte technische Bohrungen statt. Hierzu gehören beispielsweise Versatzbohrungen, Gefrierbohrungen oder der Bewetterung dienende Bohrungen.

Bei der Erdgas- und Ölförderung stellt die sogenannte Förderbohrung die wichtigste Gewinnungsmethode dar. Sie spielte beim Wismut-Bergbau jedoch keine Rolle.

Abb. 7. Bohrkrone

Mit besonders großen Bohrgeräten konnten auch Großlochbohrungen, beispielsweise zu Bewetterungszwecken, erzeugt werden. Die dabei entstehenden Hohlräume zählen aber aufgrund ihrer Größe schon fast zu den Schächten. Zumindest stellt sich der Übergang zwischen Bohrung und Schacht in diesem Bereich als fließend dar.

Ein Bohrungstyp, der bei der Wismut glücklicherweise nur als Übung durchgeführt werden musste, war die Rettungsbohrung. Sie konnte im Unglücksfall binnen kürzester Zeit auf eine maximale Teufe von 150 m niedergebracht und verrohrt werden. Ziel war es, die eingeschlossenen Bergmänner über diese 146 mm breite Bohrung vorübergehend mit allem Lebensnotwendigen zu versorgen.

2.1.2 Horizontale Grubenbaue

Horizontale Grubenbaue werden annähernd waagerecht (söhlig) oder mit geringer Neigung in das Gestein getrieben. Der Bergmann spricht bei diesem Vorgang auch vom Vortrieb. Wenden wir uns zunächst den beiden größten Gruppen, den Stolln und den Strecken zu.

Stolln (auch Stollen) besitzen stets eine Verbindung zur Erdoberfläche, das sogenannte Mundloch. Sie werden söhlig oder mit einer leichten Steigung in den Berg getrieben. Die Stolln der Wismutepoche weisen meist einen wesentlich größeren Querschnitt auf als die historischen Erzbergbaustolln. Zum Teil wurden alte Stolln auch aufgewältigt und im Querschnitt erweitert. Alles in allem spielten Stolln im Wismut-Bergbau im Vergleich zum historischen Erzbergbau aber eine eher untergeordnete Rolle. Hier stand dank leistungsfähiger Technik eher die Schachtförderung im Mittelpunkt.

Je nach Funktion unterteilt man verschiedene Typen von Stolln. Wird er zur Förderung von Erzen, Gestein, Personen oder Material genutzt, spricht man vom Förderstolln.

Dient er primär der Abführung von in der Grube anfallendem Grundwasser – den sogenannten Grubenwässern – bezeichnet man ihn als Wasserlösungsstolln.

Einen Stolln, dessen Hauptfunktion das Heranführen von Frischluft ins Grubengebäude ist, nennt man Wetterstolln. Die meisten Stolln erfüllen jedoch mehrere Funktionen gleichzeitig, viele dienen sogar allen drei Hauptaufgaben.

Die zweite und im Wismut-Bergbau wichtigere Gruppe horizontaler Grubenbaue stellen die Strecken dar. Sie verfügen im Unterschied zum Stolln über keinen direkten Zugang zur Erdoberfläche.3 Wie Letztere verlaufen aber auch sie söhlig oder allenfalls leicht geneigt und behalten ihren Querschnitt über den gesamten Verlauf bei.

Zunächst lassen sich Strecken anhand ihrer Verlaufsrichtung unterscheiden. Folgen sie dem Verlauf der Lagerstätte in horizontaler Richtung (Streichen), bezeichnet man sie als streichende Strecken. Folgen sie dem Verlauf aufwärts (Fallen), spricht man von schwebenden Strecken. Eine Strecke, die zwischen Fallen und Streichen verläuft, nennt man Diagonalstrecke. Strecken, die parallel zum Streichen der Lagerstätte liegen und diese damit quasi in voller Länge erschließen (»ausrichten«), nennt man Feldstrecken. Wird eine Strecke quer zum Streichen der Lagerstätte aufgefahren (meist im Winkel von 90°), spricht man von einem Querschlag. Mittels sogenannter Gangstrecken wird der Verlauf und die Erzführung eines Ganges erkundet und aufgeschlossen.

Neben dem Verlauf dient auch die Funktion einer Strecke zur Untergliederung. Wie bei Stolln und Schächten können sie beispielsweise der Förderung (Förderstrecken) oder Wetterführung (Wetterstrecken) dienen. Abbaustrecken werden hauptsächlich direkt zum Abbau des jeweiligen Blocks aufgefahren.

Zum Zwecke der Wasserhaltung errichtet man sogenannte Sumpfstrecken, in denen das Grubenwasser gesammelt und dann abgepumpt werden kann.

Die unterste Strecke beziehungsweise die untere Begrenzung eines Abbaublocks bezeichnet man als Grundstrecke, die als obere Begrenzung dienende Strecke trägt den Namen Kopfstrecke.

Es existieren noch eine Reihe weiterer Strecken, die aber jeweils sehr speziellen Anwendungen dienen. Sie werden im Verlauf des Buches bei Bedarf an entsprechender Stelle vorgestellt.

Abb. 8. Schematischer Schnitt durch eine Gangerzlagerstätte mit Firstenstoßbau und einige der gebräuchlichsten Streckentypen

Abb. 8a. Schematische Darstellung der Aus- und Vorrichtung einer Gangerzlagerstätte in der Sohlenebene.

2.1.3 Untertägige Räume

Die dritte und letzte Gruppe der Grubenbaue im Uranerzbergbau bilden die untertägigen Räume. Unter diesem Begriff fassen wir jene künstlichen Hohlräume im Bergbau zusammen, die sich aufgrund ihrer begrenzten Ausmaße beziehungsweise ihres uneinheitlichen Verlaufes nicht den vertikalen oder horizontalen Grubenbauen zuordnen lassen.

Man unterscheidet dabei zwischen Großräumen und sonstigen Räumen.

Zu den Großräumen gehören vor allem sämtliche Räume und Kammern, die für die Aufstellung und den Betrieb großer technischer Anlagen geschaffen wurden (Maschinenkammern). Oft befinden sie sich in der sogenannten Hauptkammer, direkt an der Schachtröhre.

Weiterhin zählt auch das Füllort zu den Großräumen. Es handelt sich um den »untertägigen« Umschlagplatz des abgebauten Erzes, das hier von der Streckenförderung in den Förderschacht geladen wird.

Unter sonstigen Räumen versteht man die von ihren Dimensionen her kleineren Räume wie Gezähe- oder Sprengmittelkammern. Dazu zählen auch unterirdische Räume, die zur Verwaltung der Grube, zur Untersuchung der Erze, zur Erstversorgung von Verletzten etc. eingerichtet wurden.

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1 vgl. Wismut GmbH (2011): 2.2.1 S. 10.

2 vgl. Wismut GmbH (2011): 1.4.2 S. 6.

3 Eine Ausnahme stellen die seltenen Tagstrecken dar. Sie besitzen zwar einen übertägigen Ausgang, weisen im Gegensatz zum Stolln aber ein Gefälle in den Berg hinein auf, sodass auch Wasser in den Berg fließen kann.

2.2 Abteuf-, Vortriebs- und Abbauverfahren

2.2.1 Abteufen von Schächten

Im historischen Erzbergbau gehörte das Abteufen von Schächten zu den schwierigsten Aufgaben. Bis ins 17. Jahrhundert hinein war es lediglich mit einfachsten Mitteln wie Schlägel, Eisen, Keilhaue oder Kratze möglich, das Gestein manuell zu zerkleinern. Dies war nicht nur mit enormem Aufwand verbunden, sondern ließ auch nur Teufen von wenigen Dezimetern zu.

Erst mit der Einführung von Sprengmitteln wie dem Schwarzpulver vereinfachte sich das Abteufen etwas, wenngleich die Bohrlöcher noch immer von Hand geschlagen werden mussten. Nun lagen auch Schachttiefen über 100 m im Bereich des Möglichen. Das Abteufen konnte aber – je nach Nutzungsart, geplanter Teufe und Beschaffenheit des Gesteins – noch immer mehrere Jahrzehnte in Anspruch nehmen. Beispielsweise benötigte das Abteufen des 1791 begonnenen Drei-Brüder-Schachtes nahe Freiberg 27 Jahre, bis man in 143 m Teufe auf den Moritzstolln traf.

Vergleicht man diese Teufleistung einmal mit dem DDR-Rekord von 1955 (Schacht 364 in Zobes/ 70 m pro Monat)1, so wird klar, welchen Fortschritt die Technologie des Abteufens innerhalb von rund 150 Jahren erfahren hatte. Wie ging die Wismut nun genau vor?