Exempel på användning av andra restprodukter för att förhindra sulfidoxidation i gruvavfall Björn Öhlander, Lena Alakangas, Christian Maurice, Lu Jinmei, Yu Jia, Peter Nason, Maria Mäkitalo Tillämpad geologi Luleå tekniska universitet Forskningen finansieras av LTU, Boliden, FORMAS, VINNOVA, Georange, Ramböll m fl
Problemet FeS 2(s) + 15/4 O 2(g) + 7/2 H 2 O (l) => Fe(OH) 3 (s) + 2SO 4 2- + 4H + Järnsulfider oxideras och sura lakvatten med höga halter av metaller och andra ämnen kan bildas om buffringskapaciteten är för låg
Sandmagasinet vid Lavergruvan Oxiderad zon Ooxiderad zon Oxidationsfrontens rörelse 2-3 cm/år
Vanliga efterbehandlingsmetoder baseras på att lösligheten och diffusiviteten av syre är mycket lägre i vatten än i luft
Solubility at 25 C Diffusivity (g/m 3 ) (m 2 /s) In air 256 1.78 x 10-5 In water 8.6 1 x 10-9
Tailings management
Various soil covers B is common in Sweden, often with clayey as sealing layer, covered by unclassified till.
På senare tid har vi och andra börjat studera om avfall från andra industrier och aktiviteter kan användas som tätskikt eller på annat sätt i efterbehandling/behandling av gruvavfall. Exempel är rötslam, askor, slagg och avfall från pappersindustrin (grönlutslam, mesakalk, fiberslam).
Exempel 1 Grönlutslam, alkalisk restprodukt från papperindustrin
Användning av grönlutslam för efterbehandling av gruvavfall Maria Mäkitalo
Projektbeskrivning Fas I: Karaktärisering av grönlutslam (GLS) Fas II: Blanda GLS med flygaska, anrikningssand och barkslam för att förbättra barriäregenskaperna. Fas III: Åldringseffekter från fältprover (Iggesund & Rönnskärsverken).
Resultat från karaktäriseringen GLS Partikelstorlek(d50) 9,5 μm 60μm Lerig morän Densitet 2,57g/cm 3 2,19g/cm 3 Porositet 74% 22% Hydraulisk 3x10-9 m/s 3-7x10-10 m/s konduktivitet ph 10-12 4,5-5,5 Zetapotential Neg. vid alla N.A. ph-värden Spec. ytarea 17,1 m 2 /g N.A.
Vattenhållningsförmåga 1000 Morän Capillary suction (m) 100 10 1 0,1 GLS 0,01 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Volumetric water content (%)
SEM bilder
Fuktkammarförsök Minskad lakning av Cd, Cu, Ni,Co, Cr, Zn, Pb och Hg till buffertkapaciteten har förbrukats Ökad utlakning av As och Mo.
Åldrandestudier: Provborrningar på Iggesunds deponi- nov 2010
Grävning på Rönnskärsverken, okt 2011
Aska Tätskikt på Rönnskärsverken Grönlutslam
Exempel 2 Rötslam
Using Sewage Sludge as a Sealing Layer Material Gap in the research: Will SS behave differently when applied in a buried sub-surface layer? Stepping outside the laboratory from column to pilot-scale. Expanding the experimental timescale from typical 4 years 8 years. Study Aim: Can SS be employed as a sealing layer barrier material in a composite dry cover to remediate sulphide-bearing mine tailings? Objectives: Is sewage sludge an effective barrier against oxygen diffusion? Does sewage sludge in itself contribute or modify underlying tailings geochemistry? What is the life-time of this type of cover? Surface application of sludge at Impoundment 1 Kristineberg
Site Description and Materials Georange Environmental Test Cells: Pilot Cells, Kristineberg Sewage Sludge Cell Uncovered Control Cell
Findings: An effective barrier to oxygen diffusion: Physical barrier: Organic Reactive Barrier as: CH 2 O + O 2 H 2 O + CO 2 No nitrate released to oxidise pyrite Sulphate reduction occurred Modification of Tailings and Drainage Geochemistry: Sludge-borne metal accumulated due to sulphate reduction ph 7.7-8.2 <1% O 2 Anoxic environment <10µg/L Cd, Co, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn in drainage 38mg/L SO 4 2- High buffering capacity low redox Degradation of Sewage sludge Layer: 80% loss of OM in 8 years; 19.6% SS volume reduction Inert particles contributed some mass to layer
Further Research Quantification of Sewage Sludge Degradation Rates Aim: Quantify the life-time of the organic reactive barrier due to organic matter depletion Identify biodegradation of sewage sludge How will this affect long-term characteristics of a sewage sludge sealing layer? 6-month laboratory experiment It will assess aerobic and anaerobic degradation processes
Exempel 3 Fiberslam och flygaska
Evaluation of dry cover application in the test areas at Ryllshyttan tailing pond, Garpenberg
Study area Location of the tailings profile The four test areas were constructed during 2000 to 2003. We sampled in 2011, almost 10 years after the dry cover was constructed.
Sampling Groundwater pipe Oxygen pipe 27
0cm Profile B Sludge Fors 70cm 30 50 Sludge Fors: 3 samples 70 Ash 50cm 15 35 Ash layer: 3 samples 50 Tailings 0-20cm: 4 samples (5cm interval) Tailings 20 40 47 Tailings 20-85cm: 5 samples 57 70 85
Surface soil 37cm 0cm 15 37 Profile F Surface Soil: 2 samples Tailings 0-20cm: 4 samples 20 27 Tailings 20-27cm: 1 samples 32 Tailings 27-37cm: 2 samples 37 Tailings 47 57 70 Tailings 37-100cm: 5 samples 85 100
Syremätningar i Bolidens regi, % 25,0 18,0 16,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 S3 ref S4 ref 2/1/2002 5/1/2002 8/1/2002 11/1/2002 2/1/2003 5/1/2003 8/1/2003 11/1/2003 2/1/2004 5/1/2004 8/1/2004 11/1/2004 2/1/2005 5/1/2005 8/1/2005 11/1/2005 2/1/2006 5/1/2006 8/1/2006 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 2/1/2002 6/1/2002 10/1/2002 2/1/2003 6/1/2003 10/1/2003 2/1/2004 6/1/2004 10/1/2004 2/1/2005 6/1/2005 10/1/2005 2/1/2006 6/1/2006 S1 A S2 A S5B S6B S7D S8D S9E S10E De olika täckningar var effektiva syrebarriärer
Slutsatser Ryllshyttemagasinet De olika täckningarna var effektiva syrebarriärer, även den där bara fiberslam användes ph var i regel mellan 7 och 9, vilket leder till effektiv fastläggning av metaller som frigörs vid vittring Om för mycket aska används och ph blir för högt (>10-11) bli många sulfidassocierade metaller mobila. Det är viktigt att studera hur fort fiberslammet bryts ner. Vi har startat labförsök på detta.
Slutsats totalt Det finns stor potential att använda avfall och restprodukter från andra industrier för efterbehandling och behandling av gruvavfall!
Till sist, pyrit och magnetkis orsakar problemen, ska vi forsätta att deponera dem som avfall även i de fall när de är krossade och malda (anrikningssand)? Bortsett från möjligheten att göras svavelsyra kan de innehålla skapliga halter av olika metaller. Det varierar mycket mellan olika fyndigheter.
Spårelement i pyrit (FeS 2 ) (från Levinson, 1974) ppm eller wt. % max common Se 300 10-50 Ni 2,5 % 10-500 Cu 6 % 10-1% Co >2,5 % 200-5000 V 1000 10-50 Pb 5000 200-500 As 5 % 500-1000 Ti 600 200-500 Mn 1 % 10-50 Ag 200 <10 Sn 400 10-50 Zn 4,5 % 1000-5000 Tl 100 50-100 Bi 100 10-50 Sb 700 100-200 Au kan förekomma