Gruvmiljöforskning vid Umeå universitet Lars Lövgren Kemiska institutionen

Transkript

1 Gruvmiljöforskning vid Umeå universitet Lars Lövgren Kemiska institutionen Metaller som frisläpps vid sulfidoxidation kan fastläggas/bromsas: I den vittrade anrikningssanden I den ovittrade anrikningssanden Underlaget Utströmningsområdet Mindre vattendrag inom gruvområdet Recipienten nära gruvan Recipienten nedströms, inkl. våtmarker och sjöar 1

2 Projekt Metallfastläggning i anrikningssand Tomas Hedlund, Torbjörn Karlsson, Andrey Shchukarev, Lars Lövgren Sekundära järnutfällningar som metallfälla Malin Lindegren, Lars Lövgren Metallfastläggning i anrikningssand Syfte Att identifiera de mineral/processer i gruvavfall som kan bidra till fastläggning av metaller på kort och lng sikt Att ta fram underlag för en bedömning av anrikningssandens metallbindande förmåga utifrån kunskap om mineralinnehåll. 2

3 Metallfastläggning i anrikningssand Metod Provtagning Proppar inneslutna i plaströr Kemisk analys av anrikningssand och porvatten Fysisk karakterisering av anrikningssand BET ytarea, porositet Mineralogisk karakterisering XRD Rietveld analysis Kvantifiering av fastläggingskapacitet kolonnförsök och adsorptionsförsök vid 25ºC Strukturundersökningar - EXAFS/XANES på MAX lab, Lund Provtagning Aitik : Efterbehandlat 1996; Hög sulfidhalt. Zinkgruvan: Lågt sulfidinnehåll; icke nettosyrabildande. Aitik: Lågt sulfidinnehåll; men netto-syrabildande. Boliden: Färsk anrikningssand från anrikningsverket; högt sulfidinnehåll. Boliden Zinkgruvan 3

4 Kopparfastläggning vid olika ph % Cu re emoved from solution 100% 80% 60% 40% 20% 0% aitik batch1 aitik batch2 Zinkgruvan Boliden Löslighetskurva för Cu(OH)2(s) 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 ph ph i porvatten ph i porvatten Aitik Zinkgruvan Exempel på resultat från upptagsförsök Olika metaller binds i olika grad 4

5 Bland slutsatserna Adsorption till mineralkorn i anrikningssanden inte nog för att förklara fastläggningen av metalljoner (Cu(II), Cd(II)) vid nära neutrala ph. Fastläggning av arsenik relaterar till sulfidinnehåll. Den ooxiderade anrikningssanden har ofta(-st) neutralt/basiskt ph och hög syraneutraliserande kapacitet och därmed även hög metallbindande förmåga. Modell för metallfastläggning - I Fastläggningsprocesser: Utfällning av metallinnehållande fasta faser/mineral Metallhydroxider och karbonater p g a högt ph och hög halt koldioxid/karbonat Metallsulfider svårlösligare sulfider bildas på bekostnad av lättlösligare Adsorption till - anrikningssandens ursprungliga mineral, t.ex. silikatmineral, sulfider - hydroxider, karbonater - ev. fast organiskt material 5

6 Modell för metallfastläggning -II Parametrar: Por-/grundvattnets sammansättning (ph, halt lösta ämnen) Mineralsammansättning Partikelstorlek/ytarea Transport och fastläggning av metaller i sura lakvatten Sudbury, Canada, juni 2011 Prag, Tjeckien, augusti 2011 Mining and the Environment International Goldschmidt 2011 Conference V 6

7 Bakgrund Flera olika järn(iii)mineral Jarosit (K,Na,H 3 O)Fe 3 (OH) 6 (SO 4 ) 2 Schwertmannit Fe 8 O 8 (OH) 6 SO 4 Ferrihydrit Fe 2 O H 2 O Götit α FeOOH Amorfa Kristallina ph Mål Kartlägga hur om, och hur, järnutfällningarna omvandlas i fält och hur dessa omvandlingsprocesser påverkar och påverkas av metallbindning Fasomvandlingar av järnmineralen Fastläggning av metaller Avstånd Avstånd Djup ph 7

8 (m) SWEDEN FINLAND NORWAY SWEDEN NORWAY FINLAND Western impoundment (m) 930 Eastern impoundment

9 Relativa tidsskalor Deponi Bäckens startpunkt Bäck Distans (m) Sekundära järnutfällningar Underliggande sediment Analysmetoder Pulverröntgen diffraktion (XRD) Kristallina material Fourier transformerad infraröd spektroskopi (ATR FTIR) Kristallina och amorfa material Induktiv kopplad plasma atomemmisions spektrometri (ICP AES) Kvantitativa analyser Atomabsorbansspektrometri (AAS) Kvantitativa analyser Jonkromatografi (IC) Kvantitativa analyser (SO 2 4 ) 9

10 Olika metaller fastläggs i olika grad Fastläggning/Mobilitet As Ca Cd Cr Cu Fe Hg Mg Na Pb S Zn Fasomvandlingar i sedimenten Fe O 8 (OH) 8 2x (SO 4 ) x (s) + 2x H 2 O (l) 8 FeOOH (s) + 2x H + x SO 4 Amorf fas Kristallin fas av Fe(tot) % Amorft Fe (mol/kg) Sulfat ( 10

11 Cu och Pb ökar med ökat djup i sedimenten Cu Cu (mmol/kg) ,8 0,6 0,4 0,2 Pb Pb (mmol/kg) 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Cu (mmol/kg) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, Pb (mmol/kg) 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0, Depth (cm) 0,1 0, Slutsatser Sekundära järnutfällningar Fasomvandling över tid Schwertmannit Götit Jarosit Pb/Cu förändrar inte fasomvandlingen Cu och Pb ackumuleras med djup Cu Pb Ytkatalyserade oxidations- och utfällningsreaktioner 11