undersökning av lakningspotential och kristallareafördelning av …1318484/... · 2019-05-27 ·...
TRANSCRIPT
Självständigt arbete vid Institutionen för geovetenskaper 2019: 15
Undersökning av lakningspotential och kristallareafördelning av opaka mineral i bergarter från Ekobacken,
Värmdö kommun
Andrei Rapp
INSTITUTIONEN FÖR GEOVETENSKAPER
Självständigt arbete vid Institutionen för geovetenskaper 2019: 15
Undersökning av lakningspotential och kristallareafördelning av opaka mineral i bergarter från Ekobacken,
Värmdö kommun
Andrei Rapp
INSTITUTIONEN FÖR GEOVETENSKAPER
Copyright © Andrei Rapp Publicerad av Institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet (www.geo.uu.se), Uppsala, 2019
Sammanfattning Undersökning av lakningspotential och kristallareafördelning av opaka mineral i bergarter från Ekobacken, Värmdö kommun Andrei Rapp Ekobacken, Värmdö kommun, har problem med surt yt- och grundvatten med höga metallhalter. Uppmärksamheten har riktats mot berggrunden som krossats och lagrats i deponihögar. Bildningen av sur lak styrs av flertalet geokemiska egenskaper, bland annat vilka sulfidmineral som förekommer och deras kristallstruktur. Prover från Ekobacken har undersökts utifrån sulfidhalt, kristallarea för opaka mineral och surgörande potential för att kunna utröna om ett samband finns mellan kristallareafördelning och lakningsegenskaper. Proverna har mikroskopiskt undersökts i reflekterande ljus för att skilja ur vilka opaka faser som förekommer samt har tunnslip fotograferats för att bildanalysera de opaka faserna utifrån area och form. Ett statiskt laktest utfördes på proverna för att kvantifiera dess lakningsegenskaper.
Resultatet visar att bergarterna bestod i stor del av kvarts, fältspat och biotit i olika fördelningar. Opaka faser som förekom var pyrit, grafit, kopparkis och magnetit. Bergarterna visade sig generellt ha hög sulfidhalt från ABA resultatet, där ett prov hade en halt på 0,61 vikt%, medan andra prov hade relativt hög bufferförmåga och därför ingen surgörande potential. Proverna som undersöktes visade sig vara likartade varandra i förhållande till kristallareafördelning av opaka faser och form. I den här studien gick ingen direkt korrelation mellan provens kristallareafördelning för opaka faser och lakningspotential att utröna. Nyckelord: surt lakvatten, lakningspotential, kristallareafördelning, sulfidmineral, Ekobacken Självständigt arbete i geovetenskap, 1GV029, 15 hp, 2019 Handledare: Hannes Mattsson Institutionen för geovetenskaper, Uppsala Universitet, Villavägen 16, 752 36 Uppsala (www.geo.uu.se) Hela dokumentet finns tillgängligt på www.diva-portal.org
Abstract Investigation of Drainage Potential and Crystal-area Distribution of Opaque Minerals from Rocks from Ekobacken, Värmdö Municipality Andrei Rapp Ekobacken, Värmdö municipality, have a problem with acidic surface- and groundwater with high metal content. The attention has been directed towards the bedrock which have been crushed and stored in landfills. The production of acid drainage is controlled by multiple geochemical properties inter alia which sulphide minerals are present and the structure of crystals. Samples from Ekobacken has been collected and analysed for sulphide content, crystal-area of sulphide minerals and acidic potential to investigate if there is a correlation between crystal-area distribution and leachability. The samples were examined under reflective light microscopy to determine the different opaque phases present and the thin sections were photographed for a photo analysis regarding crystal area and shape. A static leachability test was performed to be able to quantify the samples potential to produce acidic drainage.
The results show that the samples contained mostly quartz, feldspars and biotite. Opaque phases present were pyrite, graphite, chalcopyrite and magnetite. ABA results showed high sulphide content, where one sample reached 0,61 wt. % sulphide content. Other samples contained relative high ability to buffer acidic reaction and thus showed no potential to produce acidic drainage. The samples were homogenous to each other with regard of crystal-area distribution of opaque phases and aspect-ratio of individual crystals and in this study no direct correlation between the sample’s crystal-area distribution of opaque phases and potential to produce acidic drainage was apparent. Key words: Acid Mine Drainage, drainage potential, crystal-area distribution, sulphide minerals, Ekobacken Independent Project in Earth Science, 1GV029, 15 credits, 2019 Supervisor: Hannes Mattsson Department of Earth Sciences, Uppsala University, Villavägen 16, SE-752 36 Uppsala (www.geo.uu.se) The whole document is available at www.diva-portal.org
Innehållsförteckning 1. Introduktion ...................................................................................................................... 1
1.1 Problemformulering och syfte ....................................................................................... 1
1.2 Frågeställningar och hypoteser ..................................................................................... 2
2. Bakgrund .......................................................................................................................... 2
2.1 Sur lak .......................................................................................................................... 2
2.1.1 Mineralogiska faktorer ............................................................................................ 3
2.1.2 Elektrokemi ............................................................................................................ 8
2.1.3 Mikrobiologi ........................................................................................................... 8
2.2 Förutspå potentialen att bilda surt lakningsvatten ......................................................... 9
2.2.1 Geologisk bakgrund ............................................................................................. 10
2.2.2 Borrkärna och stuffundersökning ......................................................................... 10
2.2.3 Fältmetoder ......................................................................................................... 11
2.2.4 Statiska metoder .................................................................................................. 11
2.2.5 Kinetiska metoder ................................................................................................ 12
2.2.6 Mikroskopering .................................................................................................... 12
3. Metod .............................................................................................................................. 13
3.1 Mikroskopering ........................................................................................................... 14
3.1.1 Förekommande opaka faser och mineralogi ........................................................ 14
3.1.2 Kristallarea och formförhållande av opaka faser .................................................. 14
3.2 ABA-analys ................................................................................................................. 15
4. Resultat ........................................................................................................................... 16
4.1 Provbeskrivning .......................................................................................................... 16
4.2 Mikroskopering ........................................................................................................... 17
4.2.1 Förekommande opaka faser ................................................................................ 18
4.2.2 Kristallarea och formförhållande av opaka faser .................................................. 21
4.3 ABA-analys ................................................................................................................. 25
5. Diskussion ...................................................................................................................... 29
6 Slutsatser ......................................................................................................................... 32
Tackord ................................................................................................................................ 33
Referenser ........................................................................................................................... 34
Bilaga 1 Foton på prover från Ekobacken ............................................................................. 38
Bilaga 2 Trafikverkets bedömningsmall ................................................................................ 39
Bilaga 3 ABA analysrapport från ALS ................................................................................... 40
1
1. Introduktion De globala kostnaderna relaterad till efterbehandling av försurningsskador vid gruvdrift har summerats till 100 miljarder USD och de svenska kostnaderna till 300 miljoner USD (Lottermoser 2015). Försurningsskador uppstår när sulfidmineral som tidigare låg stabila i berggrunden exponeras för syre samt vatten och oxideras i samband med extraktion och krossning av bergmaterial, vilket kan bilda en sur lak med hög halt av tungmetaller (Dold 2010). En eventuell recipient av laken kan påverkas negativt i form av ekologiska förändringar som habitatförändring, biotopförlust, bioackumulation och förlust av känsliga arter (Betrie 2014). Processen har kommit att kallas Acid Mine Drainage (AMD) för sin relation till gruvdrift och sulfidförande malm, men kan potentiellt alltid ske vid närvaro av sulfidmineral och därför används även benämningen Acid Rock Drainage (ARD). Bergslagen är ett område med flera lokalt höga halter av sulfidmineral, det karaktäriseras inte minst av den historiska gruvdrift av sulfidmalm som etablerats i området (SGU u.å). Infrastrukturprojekt som väg- tunnel- och anläggningsarbeten kan likt gruvindustri resultera i ökad exponering av bergmaterial (Trafikverket 2015), sker detta i lokalt sulfidrika områden i Bergslagen riskerar man öka potentialen för bildandet av surt lakvatten eller ARD. 1.1 Problemformulering och syfte Under 2008 inledde Värmdö kommun med detaljplanerna för området “Ekobacken”, vilket möjliggjorde byggnation av företagspark och industriell verksamhet (Nilsson 2018). Området var fram till 2010 skogbeklädd naturmark. Men sedan dess har man avverkat vegetation och forslat bort jordmarklagret. Vidare har man sprängt, krossat och sorterat bergmaterial och anlagt hårdytor med byggnation av värmeverk, bussdepå och logistikcentrum (Berg 2018). 85 000–100 000 m3 dagvatten avrinner årligen från området ut i Farstaviken (Andersson & Olofsson 2008). Låga pH värden samt förhöjda metallhalter av bland annat nickel och zink har uppmätts i både yt- och grundvatten med en markant höjning under 2014/2015 (Berg 2018). Misstankar för dessa förändringar hos vattenkvalitén har riktats mot krossdeponin och berggrunden. 2018 genomförde Svensk ekologikonsult ett projekt där man försökte klassificera bergmaterialet utifrån Trafikverkets handbok för hantering av sulfidförande bergarter där man kom fram till att bergmaterial utgjorde liten försurningsrisk. Analyser som vanligen används för att karaktärisera problematiken är total halt metall, total halt svavel samt statiska metoder som ABA-tester (Acid Base Accounting). Total halt analyser beskriver inte ensamt potentialen för ett bergmaterial att producera sur lak.
Syftet med det här projektet är undersöka hur kristallstorlek och kristallform för opaka mineral hos bergarter som förekommer vid Ekobacken påverkar potentialen för bildandet av sur lak och petrografiskt bestämma vilka opaka faser som förekommer i bergarterna
2
1.2 Frågeställningar och hypoteser Arbetet har utförts efter följande frågeställningar:
• Hur ser den generella mineralogin och petrografin ut hos bergarterna vid Ekobacken? Vilka opaka faser förekommer?
• Innehar de olika bergarterna representerade vid Ekobacken någon syrabildande potential?
• Kan ett samband mellan mineralogi, petrografi och syrabildande potential utrönas?
Värmdö kommun har mätt låga pH värden och höga metallhalter i dagvatten kring Ekobacken sedan 2013, och därför bör bergarterna inneha syrabildande potential. Sulfidmineral kan finnas närvarande i bergarterna med bakgrund av resultatet av mätningarna. En högre halt sulfidmineral leder till högre syrabildande potential, tillika bör en liten area för opaka kristaller tillåta högre potential och ett samband ska kunna utrönas mellan dessa egenskaper.
2. Bakgrund Syftet med följande kapitel är att presentera nuvarande relevant kunskap kring ARD processer för att bidra till ökad förståelse för metod- resultat och diskussionsdelen. 2.1 Sur lak Vittring av sulfidmineral är en oxidationsprocess där svavel oxiderar i närvaro av syrgas (O2) och trevärt järn (Fe3+) (Dold 2017; Evengelou 1999). Vittringsprocessen är komplex och kinetiken är beroende av ett flertal faktorer; bland annat syrehalt, koncentration Fe3+, temperatur, reduktionspotential (Eh) och närvaro av katalyserande mikroorganismer (Akzil & Koldas 2006, GARD 2019). Vittringsprocessen involverar alltså kemiska, elektrokemiska och biologiska processer. Vittringen av sulfidmineral i vattenlösningen leder generellt till en surare vattenlösning genom produktion av H+ där pH är kopplat till koncentrationen av H+
genom ekvation 1:
𝑝𝑝𝑝𝑝 = − log(𝑝𝑝+) (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 1) Produktionen av H+ kan visas med den kemiska ekvationen för oxidation av pyrit (ekvation 2)(Blowes et al. 2014). 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 7
2𝑂𝑂2 + 𝑝𝑝2𝑂𝑂 → 𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 2𝑆𝑆𝑂𝑂24− + 2𝑝𝑝+ (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 2)
Sulfidvittringen leder också till en högre halt lösta metalljoner av Cd, Zn, As, Cu, Pb, Fe, Mn och Al (Chotpantarat 2011, GARD 2014, Jacobs 2014). Den beskrivna sura vattenlösningen med en relativt högre koncentration metalljoner kallas i internationell litteratur för AMD (Acid Mine Drainage) för sin koppling till problematik vid gruvdrift, eller mer generellt för ARD (Acid Rock Drainage). AMD/ARD har potentialen att störa ekologi och biologi i vattendrag, sjöar och natur (Evenegelou 1999; Parkabhar-Fox 2015)
3
2.1.1 Mineralogiska faktorer Den kemiska sammansättningen av sulfidbärande mineral är avgörande om ett bergmaterial kommer producera surt lakvatten eller inte. Tillgången på sulfidmineral är essentiell för bildningen av surt lakvatten (Parbhakar-Fox 2015) medan silikater, karbonater och oxider kommer vara neutrala eller inneha potentialen att buffra reaktionen. Vidare bidrar inte alla sulfider till bildningen av surt lakvatten, utan vissa sulfider är neutrala (Dold 2016, Blowes et al. 2014). Omvandligen hos sulfidmineral kommer också ha en inverkan på förmågan till bildandet av surt lakvatten. Kraftigt, redan oxiderade sulfidmineral kommer inte att oxideras ytterligare (Parbhakar-Fox 2012). För att sulfidmineral ska kunna oxideras initialt, måste de vara exponerade för atmofärsförhållanden. Potentialen för att fler sulfidmineral är exponerade ökar vid minskande fraktion av bergmaterialet (Figur 1)(Ergueler 2014). Syftet med användandet av bergmaterialet avgör vilken fraktion bergmaterialet kommer inneha och vid sprängning skapas en stor spridning av fraktionsstorlekar som kommer påverka förmågan för bildandet av surt lakvatten (Trafikverket 2015). En mindre kristallstorlek hos sulfidmineralen ökar mineralens specifika ytarea per volym och massa jämfört en grövre kristallstorlek , vilket har visat bidra till snabbare formation av surt lakvatten (ibid.). Se figur 2.
Figur 1. Minskad fraktion för ett givet bergmaterial kommer ge ett bergmaterialmed högre syrabildande potential, då mer av eventuella syrabildande mineral exponeras. Modifierad ifrån Parbhakar-Fox (2012)
4
Figur 2. En respektive två sulfidkristaller som ger samma volym/massa, men den specifika ytarean är högre för fallet till höger och därför ökar också yta som kan vara exponerad för en oxiderande miljö Kristallmorfologin har visat sig påverka potentialen för bildandet av surt lakvatten. Morfologin kan undersökas på mesoskala och mikroskala. På mesoskala bidrar utspridda kristaller till högre vittringspotential jämfört med ådror då den relativa ytarea är högre (Parbhakar-Fox 2012). På mikroskala har framboidal, eller jordgubbsstruktur, högre vittringspotential jämfört anhedral, subhedral och euhedral struktur (ibid.)(figur 3).
Figur 3. Kristallmorfologin på meso- och mikroskala har inverkan på potential för syrabildning. Py = pyrit, Qz = kvarts. Modifierad ifrån Parbhakar-Fox (2012).
5
Pyrit är det vanligaste och mest utbredda sulfidmineralet i jordskorpan och har därför studerats väl (Dold 2010; Parbhakar-Fox 2015; Evangelou 1995). Vittring av pyrit kan beskrivas i fyra steg; Oxidation av svavel (ekvation 3), oxidation av tvåvärt järn (ekvation 4), hydrolys (ekvation 5) samt utfällning av hydroxider (ekvation 6). Balanserade kemiska ekvationer av Dold (2010): 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 7
2𝑂𝑂2 + 𝑝𝑝2𝑂𝑂 → 𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 2𝑆𝑆𝑂𝑂24− + 2𝑝𝑝+ (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 3)
𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 14𝑂𝑂2 + 𝑝𝑝+ ↔ 𝐹𝐹𝑒𝑒3+ + 12𝑝𝑝2𝑂𝑂 (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 4) 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 14𝐹𝐹𝑒𝑒3+ + 8𝑝𝑝2𝑂𝑂 → 15𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 2𝑆𝑆𝑂𝑂24− + 16𝑝𝑝+ (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 5) 𝐹𝐹𝑒𝑒3+ + 3𝑝𝑝2𝑂𝑂 ↔ 𝐹𝐹𝑒𝑒(𝑂𝑂𝑝𝑝)3 + 3𝑝𝑝+ (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 6)
Även om oxidation av pyrit primärt sker genom syre och vatten vid atmosfärsförhållande är trevärt järn den primära oxidanten efter ekvation 3 som sker upp till hundra gånger snabbare än oxidationen av syre (Ritchie 1994 se Dold 2010). Ekvation fyra är ansvarig för den större surgörningen och sker när lakvatten rik av Fe2+ och Fe3+ fullständigt oxiderar och fäller ut ferrihydrit (Fe2O3◦1,4H2O), schwertmannit (Fe16{O16|(OH)10|(SO4)3]◦10H2O), goethit (α-FeOOH) eller jarosit (KFe3(OH)6(SO4)2)(Dold 2010). Hydroxiderna kan buffra reaktionen via bildande av beläggningar som minskar reaktionshastigheten (ibid.). Fullständig oxidation av pyrit innebär 4 mol H+ per en mol pyrit vilket gör pyrit till det mest potenta surgörande mineralet, ekvation 7 av Dold (2010). 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 15
4𝑂𝑂2 + 7
2𝑝𝑝2𝑂𝑂 → 𝐹𝐹𝑒𝑒(𝑂𝑂𝑝𝑝)2 + 2𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 4𝑝𝑝+ (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 7)
Magnetkis förekommer ofta i samband med pyrit, men är relativt mindre undersökt jämfört pyrit. Den balanserade kemiska formeln för magnetkis är Fe1-xS där x kan variera från 0,125 (Fe7S8) till 0,0 (FeS, troilit) (Dold 2010), detta då magnetkis är tätpackad i en oordnat hexagonal geometri där Fe2+ laddningskompenseras av Fe3+ (Blowes et al. 2014). Oxidationen av magnetkis har beskrivits av Nicholson & Scharer (1998) enligt ekvation 8. 𝐹𝐹𝑒𝑒(1−𝑥𝑥)𝑆𝑆 + 2−𝑥𝑥
2𝑂𝑂2 + 𝑥𝑥𝑝𝑝2𝑂𝑂 → (1 − 𝑥𝑥)𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 2𝑥𝑥𝑝𝑝+ (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 8)
Om x = 0 sker ingen protonproduktion och även om pyrit är den huvudsakliga syrabildande mineralet så är magnetkis viktigt under det tidigare oxidationsstadiet då oxidationen av magnetkis är 20 till 100 gånger snabbare än pyrit under atmosfärsförhållanden (Dold 2010).
Oxidation av kopparkis i sig kan beskrivas som icke syraproducerande, där ekvation 9 presenterad av Dold (2010), men kan i kombination med järnoxidation och hydrolys av järnhydrat beskrivas som ett syrabildande sulfidmineral (ibid.), enligt ekvation 10. 2𝐶𝐶𝐶𝐶𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 4𝑂𝑂2 → 2𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 𝑆𝑆𝑂𝑂42− (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 9) 2𝐶𝐶𝐶𝐶𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 17
2𝑂𝑂2 + 5𝑝𝑝2𝑂𝑂 → 2𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 2𝐹𝐹𝑒𝑒(𝑂𝑂𝑝𝑝)3 + 4𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 4𝑝𝑝+ (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 10)
6
Hackl et. al (1995) har vidare visat att fortsatt oxidation av kopparkis under sur miljö kan bromsas på grund av bildning av ett tunt koppar polysulfidlager (CuSn, där n > 2) och föreslog ekvation 11 vid oxidation av kopparkis i närvaro av Fe3+ i sur miljö. 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 4𝐹𝐹𝑒𝑒3+ → 5𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 2𝑆𝑆𝑜𝑜 (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 11) Kitajima et al. (1997) undersökte oxidation av kopparkis och granskade syrekonsumtionen, svavelproduktionen och koncentration av Fe samt Fe2+ vid olika sura miljöer (ekvation 12). 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 4𝑝𝑝+ + 𝑂𝑂2 → 𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 2𝑆𝑆𝑜𝑜 + 2𝑝𝑝2𝑂𝑂 (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 12) Kopparkis kan anses syreförbrukande via produktion av S0 (Jasieniak et al. 2000). Oxidation av arsenikkis kan beskrivas enligt ekvation 13 (Mok & Wai 1994 se Dold 2010). Oxidationen kan också ske i kombination med järnoxidation och utfällning av järnhydrater enligt ekvation 14 (ibid.). 4𝐹𝐹𝑒𝑒𝐹𝐹𝐹𝐹𝑆𝑆 + 13𝑂𝑂2 + 6𝑝𝑝2𝑂𝑂 → 4𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 4𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 4𝑝𝑝2𝐹𝐹𝐹𝐹𝑂𝑂4− + 4𝑝𝑝+ (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 13) 𝐹𝐹𝑒𝑒𝐹𝐹𝐹𝐹𝑆𝑆 + 7
2𝑂𝑂2 + 6𝑝𝑝2𝑂𝑂 → 𝐹𝐹𝑒𝑒(𝑂𝑂𝑝𝑝)3 + 𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 3𝑝𝑝2𝐹𝐹𝐹𝐹𝑂𝑂4− + 4𝑝𝑝+ (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 14)
De beskrivna sulfidmineralen representerar syreproducerande sulfidmineral, men alla sulfidmineral innehar inte potentialen att sig självt vara syraproducerande. Zinkblände (ZnS) och blyglans (PbS) är exempel på sulfidmineral som kan vara icke syrabildande (Blowes et al. 2014). Zinkblände kan dock innehålla höga koncentrationer av kadmium och thallium och blyglans är en källa till bly som potentiellt kan laka ut vid oxidation (Dold 2010). Men Baumgartner et al. (2008) visade att upp till 15 mol% av Zn i zinkblände kan vara substituerat av Fe, vilket skulle ge zinkblände en syrabildande potential likt magnetkis. Oxidation av zinkblände och blyglans kan beskrivas enligt ekvation 15 respektive 16 (Dold 2010). 𝑍𝑍𝑒𝑒𝑆𝑆 + 2𝑂𝑂2 → 𝑍𝑍𝑒𝑒2+ + 𝑆𝑆𝑂𝑂42− (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 15) 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑆𝑆 + 2𝑂𝑂2 → 𝑃𝑃𝑃𝑃2+ + 2𝑆𝑆𝑂𝑂42− (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 16) Vidare kan dock både zinkblände och blyglans inneha syrabildande potential i sur miljö vid närvaro av Fe3+, ekvation 17 (ibid.) 2𝑀𝑀𝑒𝑒𝑆𝑆 + 4𝐹𝐹𝑒𝑒3+ + 3𝑂𝑂2 + 2𝑝𝑝2𝑂𝑂 → 2𝑀𝑀𝑒𝑒2+ + 4𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 4𝑝𝑝+ (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 17) I tabell 1 presenteras slutekvationen av de vanligaste sulfidmineralen vid fullständig oxidation och hydrolys via Fe3+ samt vid oxidation via Fe3+.
7
Tabell 1. Oxidation och hydrolys av sulfidmineral. Sulfidmineral Formel Antal
mol H+
frisläppt Oxidation via O2 ↔hydrolys via Fe3+
Pyrit 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 3.75𝑂𝑂2 + 3.5𝑝𝑝2𝑂𝑂 ↔ 𝐹𝐹𝑒𝑒(𝑂𝑂𝑝𝑝)3 + 2𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 4𝑝𝑝+ 4 Arsenikkis 𝐹𝐹𝑒𝑒𝐹𝐹𝐹𝐹𝑆𝑆 + 2𝑂𝑂2 + 3𝑝𝑝2𝑂𝑂 ↔ 𝐹𝐹𝑒𝑒(𝑂𝑂𝑝𝑝)3 + 𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 𝑝𝑝𝐹𝐹𝐹𝐹𝑂𝑂42− + 3𝑝𝑝+ 3 Kopparkis 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 4𝑂𝑂2 + 3𝑝𝑝2𝑂𝑂 ↔ 𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 𝐹𝐹𝑒𝑒(𝑂𝑂𝑝𝑝)3 + 2𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 2𝑝𝑝+ 2 Magnetkis 𝑥𝑥 = 0.1;𝐹𝐹𝑒𝑒(0.9)𝑆𝑆 + 2.175𝑂𝑂2 + 2.35𝑝𝑝2𝑂𝑂
↔ 0.9𝐹𝐹𝑒𝑒(𝑂𝑂𝑝𝑝)3 + 𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 2𝑝𝑝+ 2
Enargit 𝐶𝐶𝐶𝐶3𝐹𝐹𝐹𝐹𝑆𝑆4 + 8.75𝑂𝑂2 + 2.5𝑝𝑝2𝑂𝑂 ↔ 3𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 𝑝𝑝𝐹𝐹𝐹𝐹𝑂𝑂42− + 4𝑝𝑝+ 4 Zinkblände 𝑍𝑍𝑒𝑒𝑆𝑆 + 2𝑂𝑂2 ↔ 𝑍𝑍𝑒𝑒2+ + 2𝑆𝑆𝑂𝑂42− 0 Blyglans 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑆𝑆 + 2𝑂𝑂2 ↔ 𝑃𝑃𝑃𝑃2+ + 2𝑆𝑆𝑂𝑂42− 0 Kopparindigo 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 + 2𝑂𝑂2 ↔ 𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 2𝑆𝑆𝑂𝑂42− 0
Oxidation via Fe3+ Pyrit 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 14𝐹𝐹𝑒𝑒3+ + 8𝑝𝑝2𝑂𝑂 ↔ 15𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 2𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 16𝑝𝑝+ 16/2a Arsenikkis 𝐹𝐹𝑒𝑒𝐹𝐹𝐹𝐹𝑆𝑆 + 13𝐹𝐹𝑒𝑒3+ + 8𝑝𝑝2𝑂𝑂
↔ 14𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 𝑝𝑝𝐹𝐹𝐹𝐹𝑂𝑂42− + 16𝑝𝑝+ 15/2a
Kopparkis 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 16𝐹𝐹𝑒𝑒3+ + 8𝑝𝑝2𝑂𝑂↔ 𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 17𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 2𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 16𝑝𝑝+
16/0a
Magnetkis 𝑥𝑥 = 0.1;𝐹𝐹𝑒𝑒(0.9)𝑆𝑆 + 7,8𝐹𝐹𝑒𝑒3+ + 4𝑝𝑝2𝑂𝑂↔ 8.7𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 8𝑝𝑝+
8/0.2a
Enargit 𝐶𝐶𝐶𝐶3𝐹𝐹𝐹𝐹𝑆𝑆4 + 35𝐹𝐹𝑒𝑒3+ + 20𝑝𝑝2𝑂𝑂↔ 3𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 𝑝𝑝𝐹𝐹𝐹𝐹𝑂𝑂42− + 35𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 4𝑆𝑆𝑂𝑂32−+ 39𝑝𝑝+
39/4a
Zinkblände 𝑍𝑍𝑒𝑒𝑆𝑆 + 8𝐹𝐹𝑒𝑒3+ + 4𝑝𝑝2𝑂𝑂 ↔ 8𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 8𝑝𝑝+ 8/0a Blyglans 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑆𝑆 + 8𝐹𝐹𝑒𝑒3+ + 4𝑝𝑝2𝑂𝑂 ↔ 8𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 8𝑝𝑝+ 8/0a Kopparindigo 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑆𝑆 + 8𝐹𝐹𝑒𝑒3+ + 4𝑝𝑝2𝑂𝑂 ↔ 8𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 8𝑝𝑝+ 8/0a
a är beroende av hur många mol Fe3+ som finns i systemet. Källa: Dold 2016 De syraproducerande processerna kan resultera i ett pH 1.5–4.0, men eventuella omkringliggande karbonatmineral som kalcit (CaCO3), dolomit (CaMg(CO3)2), ankerit (Ca(Fe,Mg(CO3)2) och järnspat (FeCO3) kan lösas upp av lakvattnet och ge en buffrande effekt (Blowes et al. 2014). Karbonaterna har generellt en hög reaktivitet (Tabell 2). Upplösning av kalcit kommer att buffra vid neutralt pH och kan beskrivas enligt ekvation 18 (Dold 2010) 𝐶𝐶𝑒𝑒𝐶𝐶𝑂𝑂3 + 𝑝𝑝+ ↔ 𝐶𝐶𝑒𝑒2+ + 𝑝𝑝𝐶𝐶𝑂𝑂3− (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 18) Ett mol kalcit buffrar därför en mol protoner, medan under surare miljöer kan upplösningen beskrivas enligt ekvation 19 där ett mol kalcit neutraliserar två mol protoner (ibid.) 𝐶𝐶𝑒𝑒𝐶𝐶𝑂𝑂3 + 2𝑝𝑝+ ↔ 𝐶𝐶𝑒𝑒2+ + 𝑝𝑝2𝐶𝐶𝑂𝑂3 (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 19) Allt eftersom neutraliseringen fortgår och pH ökar så kan kalcit fällas ut sekundärt. Upplösningen av karbonater leder till en ökad koncentration av katjoner av Ca, Mg,
8
Fe och Mn som i sin tur kan leda till bildningen av hydroxider och oxider som ytterligare kan bidra till syra neutraliseringen (ibid.).
Vittring av de flesta silikatmineralen ger en buffrande effekt (Dold 2010). Dock är upplösningen betydligt långsammare för silikaterna jämfört med karbonaterna, där kvarts närmast kan ses som inert (Tabell 2). Upplösning av fältspater kan ge en neutraliserande effekt, enligt ekvation 20 och 21 (ibid.) 2𝐾𝐾𝑒𝑒𝐹𝐹𝐾𝐾𝑆𝑆𝑒𝑒𝑂𝑂3𝑂𝑂8 + 9𝑝𝑝2𝑂𝑂 + 𝑝𝑝+ → 𝐹𝐹𝐾𝐾2𝑆𝑆𝑒𝑒2𝑂𝑂5(𝑂𝑂𝑝𝑝)4 + 2𝐾𝐾+ + 4𝑝𝑝4𝑆𝑆𝑒𝑒𝑂𝑂4 (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 20) 𝑒𝑒𝑒𝑒𝐾𝐾𝑒𝑒𝑘𝑘ä𝐾𝐾𝑒𝑒𝐹𝐹𝑝𝑝𝑒𝑒𝑒𝑒 → 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝐾𝐾𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 21) Tabell 2. Relativ reaktivitet för typiska mineral Grupp Typiska mineral Relativ reaktivitet (pH = 5) 1 Uppösning kalcit, dolomit och
aragonit 1,0
2 Snabbvittrade olivin, anortit, granater 0,6 3 Mellansnabb vittring hornblände och enstatit 0,4 4 Långsam vittring plagioklas och kaolinit 0,02 5 Väldigt långsam vittring kalifältspat och muskovit 0,01 6 Inert Kvarts, rutil och zircon 0,004
Källa: Dold 2016 2.1.2 Elektrokemi Hur mineral förhåller sig till varandra i rummet kan påverka lakningspotentialen. Kontakten mellan två sulfidmineral kan fungera som en galvanisk cell, där det ena mineralet agerar katod och det andra anod (Evangelou 1995). Det här resulterar i en elektrokemisk upplösning av anodmineralet. Mineralet med lägst elektrokemisk potential kommer agera anod och bli upplöst medan katoden blir galvaniskt skyddad (ibid.). Exempelvis kan kopparkis och pyrit förhålla sig som en galvanisk cell där pyrit agerar katod medan kopparkis agerar anod. Evangelou (1995) presenterade ekvation 22–23. Där oxidation på kopparkisytan sker enligt: 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 → 𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 2𝑆𝑆𝑜𝑜 + 4𝑒𝑒− (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 22) Och reduktion på pyritytan: 𝑂𝑂2 + 4𝑝𝑝+ + 4𝑒𝑒− → 2𝑝𝑝2𝑂𝑂 (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 23) Vilket ger den totala reaktionen: 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 𝑂𝑂2 + 4𝑝𝑝+ → 𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 2𝑆𝑆0 + 𝑝𝑝2𝑂𝑂 (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 23) 2.1.3 Mikrobiologi Mikrobiologisk aktivitet kan katalysera oxidation av Fe2+ till Fe3+ (Dold 2010). Bakterien T. ferrooxidans är väl studerad, där den har noterats kunna oxidera Fe2+ till Fe3+, medan T. Thiooxidans har noterats kunna oxidera svavel respektive sulfid till svavelsyra (Blowes et al. 2014). Två mekanismer av bakteriell pyrit oxidation har lagts fram: direkta reaktioner och indirekta reaktioner. De direkta reaktionerna kräver
9
fysisk kontakt mellan bakterierna och sulfiderna medan de indirekta inte kräver fysisk kontakt (Evangelou 1995). Ekvation 24 för bakteriell katalyserande pyrit oxidation (Evangelou 1995 se Torma 1988) 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 4𝑂𝑂2 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵
�⎯⎯⎯⎯⎯⎯� 2𝐹𝐹𝑒𝑒2+ + 2𝑆𝑆𝑂𝑂42− + 𝑝𝑝+ (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 24) Torma (1988) la också fram hur indirekt oxidation sker när bakteriell oxidation sker av Fe2+ till Fe3+ som sedan kemiskt oxiderar pyrit enligt ekvation 25 och 26. 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆2 + 𝐹𝐹𝑒𝑒2(𝑆𝑆𝑂𝑂4)3 + 8𝑝𝑝2𝑂𝑂 → 12𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆𝑂𝑂4 + 8𝑝𝑝2𝑆𝑆𝑂𝑂4 (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 25) 2𝑆𝑆0 + 6𝐹𝐹𝑒𝑒2(𝑆𝑆𝑂𝑂4)3 + 8𝑝𝑝2𝑂𝑂 → 12𝐹𝐹𝑒𝑒𝑆𝑆𝑂𝑂4 + 8𝑝𝑝2𝑆𝑆𝑂𝑂4 (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 26) Fe2+och S0 som blir produkt ovan oxideras av T. ferrooxidans och genererar därför Fe3+ och syra. Mikrobiologisk aktivitet kan accelerera oxidationsprocessen av pyrit på en faktor av >106 (Singer & Stum 1970 se Parbhakar-Fox 2015) medan Morin & Hutt (2010) rapporterade en accelerering på 10–50 gånger. 2.2 Förutspå potentialen att bilda surt lakningsvatten Att kunna förutspå huruvida en bergmassa i samband med gruvdrift eller infrakonstruktionsprojekt kommer leda till bildandet av surt lakningsvatten är idag erkänt viktigt för att minimera framtida miljöproblem och kostnader relaterat till rening. Detta speglas inte minst av de manualer som uppkommit, exempelvis Mine Environment Neutral Drainage (MEND) program (2009) och Global Acid Rock Drainage Guide (GARD-guide 2009). Även från Sverige har manualer skrivits, exempelvis “Trafikverkets handbok för hantering av sulfidförande bergarter” (2015). Vidare har flertalet revideringar skrivits av bland annat Lottermosser & Parbhakar-Fox (2015) och Dold (2016) inom ämnesområdet. Manualerna påminner om Morin & Hutts “hjuldiagram” från 1988 där olika geokemiska egenskaper undersöks för att skapa en bild över om ett givet bergmaterial innehar potentialen att bilda surt lakningsvatten.
10
Figur 4. “Hjuldiagram” för att förutspå bildandet av sur lak, samtliga delar runtom hjulet är viktiga att ta hänsyn till för att förstå till vilken grad ett givet bergmaterial kommer bilda surt lakningsvatten, inspirerad av Hutt & Morin (1999) 2.2.1 Geologisk bakgrund En bergmassa med ett visst mineralinnehåll har sitt ursprung ur en viss geologisk miljö och därför kan två bergmassor med samma geologiska historia dela vissa egenskaper såsom mineralogi och struktur. Kwong (1993) föreslog hur man kan dela in olika malmförekomster i Kanada baserat på deras potential att producera surt lakvatten, där exempelvis sedimentära exhalativa sulfider (SEDEX) rankas högst medan skarn förekomster rankas lägre. Likväl går det att hypotisera att två skilda bergmassor med liknande struktur och geologisk bakgrund samt sammansättning kommer uppföra sig liknande vid lakning. 2.2.2 Borrkärna och stuffundersökning Att undersöka utbredningen och de spatiala egenskaperna för sulfid- och karbonatmineral på en borrkärna är en effektiv primär metod för att undersöka potentialen för bildningen av sur lak (Lottermosser & Parbhakar-Fox 2015). Med hjälp av lupp, saltsyra och porslinsskrapa listade GARD Guide (2015) visuella parametrar av vikt att undersöka: bergart, geologisk variation, mineralassociationer, mineralomvandlig, vittring, förekomst av karbonater, organiskt kol och svavel. För att utvärdera dessa egenskaper utvecklade Parbhakar-Fox (2012) det så kallade Acid Rock Drainage Index (ARDI), där fem nyckelparametrar som kontrollerar potentialen att bilda sur lak poängsätts:
1. sulfid- och karbonatmineralogi 2. silikatmineralogi 3. omvandlingsgrad 4. modal mineralogi 5. rumslig fördelning av mineralkorn
11
2.2.3 Fältmetoder Fältmetoder är metoder som med relativ enkelhet kan utföras ute i fält. “Paste pH”-metoden innebär att tillsätta vatten till ett pulveriserat prov och därefter mäta pH i lakvattnet som bildas (Lottermosser & Parbhakar-Fox 2015). Hur applicerbar metoden är diskutabel då den endast mäter materialets dåvarande egenskaper, utan hänsyn till kinetik och sekundära reaktioner, så kallad “first-flush”-vittring (första spolning). Vidare kommer tiden då vattnet låts laka genom provet avgöra resultatet, det krävs därför en standard med kontinuerligt gällande tid (.ibid). Relaterad till Paste pH-metoden finns även USGS field leach-test där man likt Paste pH lakar ett pulveriserat prov, men undersöker istället efter mängden lösta metaller. En svaghet med metoden, likt Paste pH, är att endast primära reaktioner kan mätas (.ibid). Vidare utvecklade MEND (1995) MINEWALL metoden som går ut på att laka ur en bergvägg med avjoniserat vatten för att sedan analysera laken som bildas. 2.2.4 Statiska metoder
Statiska metoder är en relativt snabb laborativ metod som innebär att utvärdera balansen mellan surgörande mineral och neutraliserande mineral. Antagandet för samtliga statiska metoder är omedelbar syraproduktion parallellt med produktion av neutraliserande processer, testerna förutspår inte hastigheten för de båda processerna (Chotpantarat 2011). Karbonatmineral kommer spela en viktig roll i den förbrukningen av protoner i statiska metoder, medan det är mindre undersökt hur silikater reagerar, även om det är känt att silikater under ett långt tidsspann kommer bidra till neutralisering (Lottermosser & Parbhakar-Fox 2015). Typ typer av statiska metoder omskrivs generellt: ABA (Acid Base Accounting) och NAG (Net Acid Generation). Båda testerna undersöker potentialen hos ett prov att bilda en sur miljö. ABA test är vanligast globalt, medan NAG tester används mest i Oceanien (GARD 2015)
Acid base accounting är en statisk metod, där man bestämmer maximal potentiell surhet (MPA) samt neutraliserande kapacitet (ANC) för att räkna en total surgörande potential (NAPP), där värdet kan anges i kg H2SO4/t eller kg CaCO3/t.
𝑁𝑁𝐹𝐹𝑃𝑃𝑃𝑃 = 𝑀𝑀𝑃𝑃𝐹𝐹 − 𝐹𝐹𝑁𝑁𝐶𝐶 Samt netto neutraliserande potential (NNP):
𝑁𝑁𝑁𝑁𝑃𝑃 = 𝐹𝐹𝑁𝑁𝐶𝐶 −𝑀𝑀𝑃𝑃𝐹𝐹 Den neutraliserande potentiella ration (NPR) erhålles med:
𝑁𝑁𝑃𝑃𝑁𝑁 =𝐹𝐹𝑁𝑁𝐶𝐶𝑀𝑀𝑃𝑃𝐹𝐹
MPA räknas ut från att multiplicera totalhalt svavel (STotal) eller svavel som sulfid (SSulfid) med en stökiometrisk faktor på 62,5 (pH >6,3) och 30,6 (för MPA i kg H2SO4/t) eller 31,25 (pH <6,3) för MPA i kg CaCO3/t(Parbhakar-Fox 2012). Metod för att erhålla svavelhalten skiljer olika metoder åt, men karaktäriseras av att hetta upp
12
provet i ugn för att sedan mäta mängden svaveldioxid som bildas med hjälp av infraröd spektrometri. ANC är ett mått på provets kapacitet att neutralisera ett prov och för att erhålla ANC används olika titrationsmtoder som Ströhlein CS 702 eller LECO CV-analys (Lottermosser & Parbhakar-Fox 2015) NAG tester utvärderar potential att skapa en sur miljö utan tidigare beräkning av MPA och ANC, och därför inte heller STotal/SSulfid (Parbhakar-Fox 2012). Metoden går ut på att tillsätta väteperoxid till provet som snabbt oxiderar eventuella sulfidmineral, produkten reagerar därefter med eventuella närvarande neutraliserande mineral (ibid.). Ett NAG värde erhålles i kg H2SO4/t). 2.2.5 Kinetiska metoder Kinetiska metoder undersöker till skillnad från statiska metoder kinetiken i bildandet av surlak. Metoderna försöker efterlikna den verkliga miljö som föreligger med alternering av vätning, torka och spolningar (Lottermosser & Parbhakar-Fox 2015). Kinetiska metoder används när ABA resultatet är otydligt, eller om ABA testet visat att ett prov innehar surgöra potential och vidare undersökning av kinetiken är nödvändig (Maest & Nordstrom 2017). Testerna kan pågå i veckor eller år med successiv analys lakvattnet med bakgrund av pH och metallhalt. Resultatet kan därför uttryckas i koncentration material som lakas ur per tid (GARD 2018). Dom två vanligaste kinetiska metoderna är humidity cell tests (HCT) och kolumn test. För HCT finns standarder utarbetade som innebär ett visst atmosfärsförhållande med periodvisa spolningar. Inga standarder finns utarbetade för kolumn test (GARD 2019) 2.2.6 Mikroskopering Polarisationsmikroskopet har använts för att undersöka mineral och bergarter i över hundra år och även om nya analysmetoder som röntgendiffraktion och elektronmikroskopi har uppkommit så agerar dessa som komplement snarare än att ersätta polarisationsmikroskopet (Zimmerman 1989). De grundläggande fysikaliska lagarna för polarisationsmikroskopet är geometrisk optik och vågoptik, där ljus breder sig ut i vågor i alla riktningar (“vitt ljus”) och träffar en kristall i ett mineral och kristallstrukturen ger då upphov till olika interaktioner som interferens, polarisering och böjningar av ljuset (ibid.). Det är dessa reflekterande egenskaper som sedan undersöks. Provberedningen består av att skapa tunnslip av provet. Tunnslipen bör representera provet i sin helhet. Mikroskoperingsstudier går att dela upp i studier i genomfallande ljus samt reflekterande ljus. Tidigare har det krävts två separata mikroskop för de båda metoderna, men idag finns kombinationsmikroskop med både genomfallande ljus och reflekterande ljus. Gribble & Hall (1985) beskrev hur det genomfallande ljusmikroskopet fungerar; inledande med en ljuskälla, oftast en glödlampa med tungstenstråd vars gula ljus kan korrigeras med ett blått filter. Med hjälp av speglar korrigeras ljuset mot tunnslipen. Ljuset passerar genom en polarisator där ljuset polariseras vilket leder till ljuset endast vibrerar i en riktning, detta kallas planpolariserat ljus (PPL). Därefter interagerar det planpolariserade ljuset med tunnslipen som är placerat på ett roterande steg. Ljuset som går genom tunnslipen fångas upp av objektivet (med förstoring på exempelvis x5, x30 och till och med x100) för att gå genom analysatorn, som kan beskrivas som en till polarisator. Om ingen tunnslip ligger på steget och polarisatorn är roterad N-S medan
13
analysatorn är roterad V-Ö släpps inget ljus genom, men är en tunnslip placerad på steget kommer kristallerna interagera med ljuset och tillåta ljusgenomsläpp genom analysatorn. I planpolariserat ljus undersöks färg, pleokroism (färgförändring vid rotation), form (ett mineral kan exempelvis beskrivas som euhedral, anhedral, prismatisk, fibrös) och relief. När analysatorn används kallas upplägget för korspolariserat ljus, där man kan undersöka isotropism, reflektans, utsläckningsvinkel, tvillingbildning, zonering och dispersion (ibid.) Reflektionsmikroskopering, eller malmmikroskopering, används för att undersöka opaka mineral. Metoden uppkom för att undersöka viktiga malmmineral men även pyrit är opakt och kan undersökas med reflektionsmikroskopering. Skillnaden mellan genomfallande ljus och reflektionsmikroskopering är att vid reflektionsmikroskopi skickar man ljuset på provet ovanifrån och undersöker reflektionsljuset jämfört med att undersöka det ljuset som går genom provet som i fallet vid genomfallande ljusmikroskopering (Zimmerman 1989).
3. Metod Metoden i den här rapporten karaktäriseras av tre delar: ABA-analys, mikroskopering och bildanalys. Sju prov hämtades från området Ekobacken, Värmdö kommun (Figur 5). Prov 1–3 plockades direkt från deponin medan prov 4–7 var in-situ prov och hackades loss ifrån krossvägg med slägga. Proven valdes ut med en bakomliggande tanke att få med de olika bergarterna som fanns representerade i deponin och berggrunden. Proven fördelades sedan i mindre bitar där vittrade bitar avlägsnades med hjälp av hammare samt diamantsåg och undersöktes därefter mineralogiskt okulärt.
Figur 5. Karta över Ekobacken, Värmdö kommun. Röd punkt markerar provtagningsplats för in-situ prover 4–7, medan blå punkt markerar provtagningsplats för prov 1–3 direkt ifrån deponihögar. Karta ifrån Lantmäteriet.
14
3.1 Mikroskopering Från insamlade prov förbereddes representiva bitar för tunnslipsframtagning. 3.1.1 Förekommande opaka faser och mineralogi Tunnslipen undersöktes i genomfallande ljus för att karaktärisera mineralogin. För att undersöka vilka opaka faser som fanns i varje prov användes reflekterande ljus och en kvantitativ undersökning av de olika faserna i respektive prov genomfördes.
3.1.2 Kristallarea och formförhållande av opaka faser Samtliga tunnslipsprov fotades i planpolariserat genomfallande ljus (Figur 6). Ett tunnslip representerad av cirka 40 foton beroende på provets storlek. Fotona öppnades upp i programvara ImageJ version 1,52a och omvandlades till 32 bitars binär fil. I genomfallande ljus är opaka mineral utan färg (väsentligt mörkare än övrigt material) och kan därför kontrasteras ut med hjälp av ImageJ’s treshhold funktion så att endas opaka mineral finns kvar som metadata i bilden under binärt förhållande (Figur 6)
Figur 6. Till vänster syns tunnslipsfoto tagit i genomfallande planpolariserat ljus och till höger syns samma foto som 32 bitars binär bild efter behandling i ImageJ Därefter kan metadata analyseras utifrån area och geometri på de opaka faserna. Metadata extraherad från ImageJ behandlades i Excell. En avgränsning av data gjordes, där kristallareor på <40 µm2 valdes bort på grund av bildartefakter samt svårigheten att identifiera mineral under den storleken med hjälp av mikroskop med förstoring på x2,5. Arean av opaka mineral i en tunnslip kan beräknas utifrån: 𝐹𝐹𝐴𝐴𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒𝑒𝑝𝑝𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑚𝑚𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝐴𝐴𝑒𝑒𝐾𝐾 𝑒𝑒 % 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒𝑒𝐶𝐶𝑒𝑒𝑒𝑒𝐹𝐹𝐾𝐾𝑒𝑒𝑝𝑝 = 𝑇𝑇𝑜𝑜𝐵𝐵𝐵𝐵𝑇𝑇 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 𝐵𝐵𝑎𝑎 𝑠𝑠𝐵𝐵𝑠𝑠𝐵𝐵𝑇𝑇𝐵𝐵𝑠𝑠𝐵𝐵 𝑓𝑓𝑜𝑜𝐵𝐵𝑜𝑜𝑓𝑓 𝐵𝐵 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 𝐵𝐵𝑡𝑡𝑓𝑓𝑓𝑓𝑠𝑠𝑇𝑇𝐵𝐵𝑡𝑡 (𝜇𝜇𝑠𝑠2)
𝑇𝑇𝑜𝑜𝐵𝐵𝐵𝐵𝑇𝑇 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 𝐵𝐵𝑎𝑎 𝑜𝑜𝑡𝑡𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝑠𝑠𝐵𝐵𝐵𝐵𝑇𝑇𝑇𝑇𝐵𝐵𝐵𝐵 𝐵𝐵 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 𝐵𝐵𝑡𝑡𝑓𝑓𝑓𝑓𝑠𝑠𝑇𝑇𝐵𝐵𝑡𝑡 (𝜇𝜇𝑠𝑠2)∗ 100
Kornareor från 40 µm2 till 1000 µm2 behandlas separat medan kornareor större än 1000 µm2 behandlades för sig för att kunna jämföra mellan prov. Kornarean från olika prov normaliserades utifrån sin förekommande frekvens till 0–1 och presenteras som stapeldiagram. Formförhållandet (AR) hämtas ifrån metadata ur ImageJ. AR av ett korn illustreras av figur 6.
15
Figur 7. Formförhållandet beräknas genom att dividera den långa axeln genom den korta. I figuren illustreras detta av ett opakt mineral Ekvation 27 beskriver hur AR beräknas med data från figur 6. Ett AR på 1 innebär alltså ett symmetriskt korn medan ett värde på 10 innebär att den längre axeln är 10 gånger längre än den andra. Fördelningen av AR i samtliga prov plottades som ett punktdiagram med utjämnade linjer där fördelningen normaliserats från 1–0.
𝐹𝐹𝑒𝑒𝐴𝐴𝑚𝑚𝑘𝑘ö𝐴𝐴ℎå𝐾𝐾𝐾𝐾𝑒𝑒𝑒𝑒𝑙𝑙𝑒𝑒 = 𝐹𝐹𝑁𝑁 =𝐿𝐿å𝑒𝑒𝑛𝑛 𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒𝐾𝐾 (µm)𝐾𝐾𝑒𝑒𝐴𝐴𝑒𝑒 𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒𝐾𝐾 (µm)
=64065
= 9,8 (𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 27)
3.2 ABA-analys Samtliga prov förberedes genom att välja ut representativa bitar på cirka 1000 gram från proverna som plockades ute i fält utifrån mineralogi och struktur. Vittrade ytor sågades bort med hjälp av diamantsåg. Proverna packades individuellt i plastpåsar och skickades till ALS Mineralogy i Piteå för genomförande av Acid Base accounting-analys (ABA-PKG06E). Den neutraliserande potentialen (NAC) hos provet återges av titreringsförsök (metod EN 15875, ALS metod OA-VOL08EU). Metoden karaktäriseras av att 2 gram av provet blandas med 90 ml avjoniserat vatten för att skakas i 22 timmar. Därefter adderas saltsyra (HCl) tills pH hamnar mellan 2,0–2,5. Provet skakas ytterligare i två timmar, sedan adderas avjoniserat vatten till 125 ml och provet titreras med natriumhydroxid (NaOH) till pH = 8,3. För total svavelhalt används ALS metod S-IR08. Metoden i kort innebär att värma upp 0,1 gram av provet till 1350°C för att sedan låta syrgas strömma genom provet. Svavlet i provet bildar då svaveldioxid (SO2) och mängden svaveldioxid mäts med hjälp av infraröd strålning. Total sulfat halt bestäms av ALS metod S-ICP19 som använder atomemissionsspektroskopi med induktivt kopplad plasma (ICP-AES) för att bestämma sulfathalten. Sulfidhalten av provet är beräknad utifrån total svavel och total sulfat enligt ALS metod S-CAL19:
𝑇𝑇𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝐾𝐾 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝐾𝐾 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑚𝑚 𝐹𝐹𝐶𝐶𝐾𝐾𝑘𝑘𝑒𝑒𝑙𝑙 = 𝑇𝑇𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝐾𝐾 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝐾𝐾 − 𝑇𝑇𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝐾𝐾 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝐾𝐾 𝐹𝐹𝑒𝑒𝑚𝑚 𝐹𝐹𝐶𝐶𝐾𝐾𝑘𝑘𝑒𝑒𝑒𝑒
Maximal surgörande potential (MPA) är direkt härledd ur total sulfidhalt, där total sulfidsvavel multipliceras med en faktor på 31,25.
16
4. Resultat Resultatet från genomförd metod har delats in i tre huvuddelar: En generell provbeskrivning, mikroskoperingsresultat samt resultat från ABA-analys.
4.1 Provbeskrivning Proven var generellt kraftigt oxiderade med en brunrostig-orange beläggning som omslöt proverna (Tabell 3 Bilaga 1). Prov 01 och 02 var två prover som var mindre oxiderade med sporadiska oxiderade punkter (cirka 30 x 30 mm). Prov 04–07 var in-situ prov, men även dessa prov var oxiderade runtom hela provet. Det som karaktäriserade prov 01, 03, 04, 05 och var ett högt innehåll av biotit med en folierad struktur. Den folierade strukturen bestod av alternerade ljusa och mörka band med en mäktighet på 15 mm. Kornstorleken i banden var 5–10 mm. De ljusa banden bestod av kalifältspat och plagioklas medan de mörka banden bestod av glimmer, främst biotit. Prov 07 liknade tidigare beskrivna prov mineralogiskt men bestod av tydligare, foliation med mindre mäktighet, cirka 5–10 mm. I prov 2 och 6 kunde inte någon foliation urskiljas på samma sett som övriga prov, kornstorleken i prov 6 och 7 var också finare (< 5 mm) jämfört övriga prov. Prov 01, 03, 04, 05 och 07 som uppvisade foliation beskrivs som gnejs medan prov 02 och 06 som beskrivs med en mer massiv struktur, utan foliation namngavs till granit-granodiorit.
17
Tabell 3. Yttre okulär besiktning av proven hämtade från Ekobacken, foton i bilaga 1 Prov Yttre besiktning Färsk yta beskrivning Typ bergart 01 Relativt låg oxidering. Några,
små (30x30 mm) sporadiska oxidationspunkter på ytan.
Folierad struktur med alternerande ljusa och mörka band med en mäktighet på cirka 10 mm. Ljusa banden är rosa-brun-beigeaktiga i färgen och kornstorlek på cirka 5 mm, fältspat. Mörka banden är gråaktig i färg och kornstorlek på 5 mm, biotit.
Gnejs
02 Sporadisk oxidering på ytan över hela provet, punkter på 10x10 mm
Ljus gråaktig, massiv kristallin, kornstorlek på cirka 5 mm, Kvarts, fältspat och glimmer
Granit-Granodiorit
03 Måttlig oxidation på ytan över hela provet
Något folierad struktur med ljusa band (5–15 mm) i annars mörk massa. Mörka massan är mer finkornig jämfört de ljusa banden. Ljusa band i huvuddel fältspat medan mörka delen består av glimmer. Sporadiska mörkbruna gula korn (1 mm), kanske sulfid
Gnejs
04 Kraftig oxidation på ytan över hela provet.
Kornstorlek på cirka 5 mm, eventuell någon tendens till foliation. Biotit, muskovit, kvarts och plagioklas noterat
Gnejs
05 Kraftig oxidation på ytan över hela provet.
Kornstorlek på cirka 10 mm. Svag foliation. Glimmerrik.
Gnejs
06 Måttlig oxidation på ytan över hela provet
Finkorning (< 5 mm) , ljusgrå. Biotit och plagiolas noterat
Granit-granodiorit
07 Måttlig oxidation på ytan över hela provet
Finkorning (< 5 mm) med tydlig folierad struktur. Alternerande smala, ljusa och mörka band (5 mm), plagioklas och biotit noterat
Gnejs
4.2 Mikroskopering Kvarts, plagioklas, kalifältspat och biotit förekom i olika andelar i samtliga prov. Halterna varierade något mellan proverna, där prov 01, 03 och 04 karaktäriserades av högt innehåll biotit och fältspat (Figur 8a, 8b, 8c). Silikaterna förekom i en tydlig folierad struktur där biotit kristallerna orienterat sig längs med foliationen (Figur 8a, 8b, 8c). Muskovit identifierades i prov 03 på grund av avsaknad av färg i planpolariserat ljus men höga interferensfärger i korspolariserat (Figur 8d) och i prov 02, 05 och 06 förekom en typ av omvandlad plagioklas (Figur 8e). I prov 01 noterades ett mineral med mycket hög relief jämfört med omkringliggande mineral. Mineralet var opakt i genomfallande korspolariserat ljus men icke opakt och färglöst i planpolariserat ljus; mineralet identifierades till granat (Figur 8f).
18
Figur 8a-f. a) från prov 01, genomfallande ljus, korspolariserat x2,5 b) från prov 04, genomfallande ljus, korspolariserat x2,5 c) från prov 03, genomfallande ljus, korspolariserat x2,5 d) från prov 03, t.h. genomfallande ljus planpolariserat och t.v. korspolariserat x5 e) från prov 05, genomfallande ljus korspolariserat x5 f) från prov 01, t.v. genomfallande ljus planpolariserat och t.v. korspolariserat x2,5
4.2.1 Förekommande opaka faser Grafit (C), pyrit, kopparkis och magnetit (Fe3O4) var de opaka mineral som förekom i proven (Tabell 4). Grafit kunde identifieras i samtliga prov förutom prov 06. I de prov grafit förekom var det alltid det mest förekomna opaka mineralet. Grafit karaktäriseras av elongerade kristaller som antingen ligger utspritt (Figur 9a) eller i en aggregerat struktur (Figur 9b). Färgen på grafitkristallerna var ljusbrun och urskildes enkelt från silikatmassan på grund av sin höga reflektion (Figur 9c) .
19
Texturen och hos grafitkristallerna är något som inte återfinns hos övriga opaka mineral som förekom; kan beskrivas som veckade flagor lagrade ovanpå varandra (Figur 9d). I prov 02 förekom grafitkristallerna i en aggregatstruktur (Figur 9e). Efter grafit var pyrit med mest förekomna opaka mineralet i samtliga prov, men förekom endast i mycket små mängder i prov 06. Pyrit identifierades av sina ljusa reflektion, nästan gul-vit i färgen. Pyrit förekom dels som små, runda utspridda korn (Figur 10a) men även som större, subhedrala kristaller (Figur 10b). Magnetit kunde identifieras i prov 02, 06 och 07. Det fanns svårigheter att skilja mellan magnetit och pyrit då båda är kubiska och grå-beige-silvriga till färgen. Något som skiljer dem åt är deras reflektion, pyrit har högre reflektans och upplevs därför ljusare jämfört magnetit (Figur 10c). Kopparkis förekom i små halter jämfört pyrit, i prov 01, 05 och 07. Kopparkis identifierades främst av sin gula färg som syns tydligt jämfört med pyrit (Figur 10d).
Tabell 4. Förekommande opaka faser i respektive prov Prov Förekommande opaka faser 01 Grafit, pyrit, kopparkis 02 Grafit, pyrit, magnetit 03 Grafit, pyrit, 04 Grafit, pyrit 05 Grafit, pyrit, kopparkis 06 Magnetit, pyrit 07 Grafit, pyrit, magnetit och kopparkis
20
Figur 9a-e. a) Elongerade grafitkristaller från prov 03, genomfallande ljus planpolariserat x2,5 b) Elongerade grafitkristaller i en aggregatstruktur från prov 02, genomfallande korspolariserat ljus x2,5 c) Elongerad grafitkristall från prov 01, reflekterande ljus planpolariserat x5 d) Grafitkristall med flagig lagrad struktur från prov 01 reflekterande ljus planpolariserat x50 e) Grafitaggregat från prov 02, reflekterande ljus planpolariserat x10
21
Figur 10a-d. a) från prov 04, reflekterande ljus planpolariserat x5 b) från prov 01, reflekterande ljus planpolariserat x50 c) från prov 07, reflekterande ljus planpolariserat x10, gul pil pekar på pyrit och blå pil pekar på magnetit d) från prov 01, reflekterande ljus planpolariserat x50, gul pil pekar på pyrit och rosa pil pekar på kopparkis 4.2.2 Kristallarea och formförhållande av opaka faser Kristallarea fördelningen delades upp i kristaller ≥40<1000 µm2 och ≥1000 µm2 då andelen kristaller i första facket vara övergripande (tabell 5). Prov 06 hade högst innehåll kristaller med area <1000 um2 medan prov 07 hade högst innehåll kristaller med area ≥1000 µm2, dock var proven var förhållandevis lika varandra i detta anseendet (Tabell 5).
Tabell 5. Kristallarea fördelning, procentsats ≥40 µm2<1000 µm2 samt ≥1000 µm2 01 02 03 04 05 06 07 Totalt antal kristaller (≥40 µm2)
2308 2587 2734 1548 3920 2036 3498
Kristaller <1000 µm2
(%)
89,6 86,6 89,9 86,0 87,4 91,7 81,4
Kristaller ≥1000 µm2
(%)
10,4 13,4 10,1 14,0 12,6 8,3 18,6
22
De två definierade kristallarea facken plottades separat i två olika fördelningshistogram. Ingen stor skillnad mellan proverna kan utläsas i kristallareafördelning för första fördelningshistogramet (≥40<1000 µm2) (figur 11).
Figur 11. Kristallarea fördelning av fraktioner >40<1000 µm2 ifrån bildanalys. På x-axeln syns kristallarean och på y-axeln fördelningen, normaliserad 0–1
I kristallarea fördelningshistogrammet av fraktioner >1000 µm2 går det att utläsa att prov 2 och 6 har högst andel kristaller med area 1000–1999 µm2 jämfört övriga prov medan prov 1, 3, 4, 5 och 7 hade en viss andel kristaller med area på större än 17999 µm2 (figur 12).
Figur 12. Kristallarea fördelning av fraktioner ≥1000 µm2 (av andelen korn ≥1000 µm2) från bildanalys. På x-axeln syns kristallarean och på y-axeln fördelningen, normaliserad 0–1
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
Nor
mal
iser
ad fö
rdel
ning
Kristallarea (µm2)
Kristallarea fördelning av fraktioner >40<1000 µm2
1 2 3 4 5 6 7
00,050,1
0,150,2
0,250,3
0,350,4
0,450,5
0,550,6
Nor
mal
iser
ad fö
rdel
ning
Kristallarea (µm2)
Kristallarea fördelning av fraktioner >1000 µm2
1
2
3
4
5
6
7
23
I figur 13 visas den normaliserade fördelningen av AR mellan proven. Ingen markant skillnad mellan proven kan utläsas. I extremerna syns prov 2 som har högst fördelning AR = 1, medan i andra änden syns prov 1 med lägst fördelning AR = 1 (Figur 14). Fördelningen av AR 2–9 är väldigt homogen mellan proven (Figur 13).
Figur 13. Fördelning av AR 1–9,9 för proven från bildanalys. AR på x-axeln och fördelning på y-axeln, normaliserad 0–1 Medelvärdet av kristallarea för individuella kristaller låg mellan 964,1–2015,9 µm2 med en standardavvikelse från 740,0–13529,6. Prov 06 hade lägst kristallarea medelvärde (397,3 µm2) och prov 04 hade störst kristallarea medelvärde (2015,9 µm2)(Tabell 6). De höga standardavvikelserna jämfört medelvärdena visar på höga utstickare i data. Medelvärdet av AR gick från 2,2–3,3 med en standardavvikelse från 1,3–3,5. Prov 01 hade högst medelvärde av AR medan prov 03 hade lägst medelvärde (Tabell 6). Medelvärdet för kristallarea korrelerar inte med medelvärde för AR (Figur 14). Tabell 6. Medelvärde och standardavvikelse för kristallarea-värden samt AR-värden Prov 01 02 03 04 05 06 07 n 2308 2587 2734 1548 3920 2036 3498 Kristallarea
Medelvärde 964,1 863,5 1155,2 2015,9 1321,7 397,3 1248,8
Standardavvikelse 5150,4
5655,7
7135,0 13529,6 740,0 894,7 4400,1
AR Medelvärde 3,3 2,2 3,1 2,5 2,8 2,4 2,7 Standardavvikelse 3,5 1,2 2,4 2,4 1,3 1,3 2,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Nor
mal
iser
ad fö
rdel
ning
AR
Normaliserad fördelning av AR
1
2
3
4
5
6
7
24
I figur 14 plottas medelvärdet av AR mot medelvärdet av kristallarea. Prov 06 och 02 kan utläsas som extremer av lågt medelvärde i båda parametrarna, vilket stämmer överens med kristallareafördelningen (Figur 13), medan prov 04 har högt medelvärde av kristallarea jämfört AR. Prov 01, 03, 05 och 07 har liknande värden i förhållande till varandra.
Figur 14. Medelvärdet av kristallareor plottade mot medelvärdet av AR för prov 1–7 med standardavvikelser infogade.
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Med
elvä
rde
av s
amtli
ga A
R-v
ärde
n
Medelvärde av samtliga kristallareor(µm2)
Medelvärde av AR och kristallareor
1234567
25
4.3 ABA-analys Resultatet ifrån ABA analysen sammanställs i Tabell 7. Av svavelhalten utgjordes minst 75 % av sulfidform i samtliga prov, oftast högre, exempelvis för prov 02 där 100 % av svavelhalten var i sulfidform. Prov 05 hade högst svavelhalt (0,65 vikt %) och 93 % utgjordes av sulfidform. Prov 06 hade lägst svavelhalt (0,01 vikt %) där sulfidhalten var under uppskattbar halt. För prov 01, 02, 03, 04 och 07 varierade den beräknade sulfidhalten från 0,08 (prov 01) till 0,23 (prov 03) vikt%. Eftersom MPA (maximalt surgörande potential) är direkt kopplat till sulfidhalten via en faktor på 31,25 resulterar det i att det prov med högst sulfidhalt även har högst MPA. Den neutraliserande kapaciteten (ANC), som kommer från laborativt försök enligt metod, var högst för prov 02 och 07 (9 tCaCO3/1Kt). ANC var även högt (8 tCaCO3/1Kt) för prov 05 som hade högst MPA. ANC var lägst för prov 01 (2 tCaCO3/1Kt). NNP (netto surgörande potential = MPA – ANC) var negativt för prov 01 (-1 tCaCO3/Kt), 04 (-2 tCaCO3/Kt) och 05 ( -11 tCaCO3/Kt), negativt innebär att provet innehar en surgörande potential. För prov 03 var ANC och MPA lika (7 tCaCO3/1Kt efter avrundning) vilket gav ett NNP på 0 tCaCO3/Kt. Prov 02, 06 och 07 var positiv vilket innebär att proven inte har någon surgörande potential enligt ABA-analys. Av den totala kolhalten utgjordes en stor del av oorganiskt kol, som minst 67,5 % (prov 05) och som mest 83,3 % (prov 03). Prov 05 hade högst halt oorganiskt kol (0,15 vikt %) medan prov 02 hade lägst kolhalt (0,01 vikt %), organisk kolhalt (< 0,01 vikt %) samt oorganisk kolhalt (0,01 vikt %). Utifrån svavelhalt i vikt % kan en svavelhalt i mg/kg beräknas och klassificeras utifrån Trafikverkets system. Samtliga prover hade förhöjda halter svavel, där prov 05 med högst halt (6500 mg/kg) klassificeras som hög halt. Prov 01 och 06 som hade lägst svavelhalt (900 respektive 1000 mg/kg) klassificerades fortfarande som något förhöjd halt.
26
Tabell 7. Resultat från ALS ABA-analys (bilaga 3) samt beräknad svavelhalt utifrån total svavel (vikt %) med karaktärisering enligt trafikverket (bilaga 2)
Analyt Vikt Tot. Svavel
Tot. Sulfat
Tot. Sulfid
ANC MPA NNP Tot. kol
Tot. Organiskt kol
Tot. Oorganiskt kol
Enhet Kg Vikt % Vikt % Vikt % tCaCO3/1Kt tCaCO3/1Kt tCaCO3/Kt Vikt % Vikt % Vikt % Provnamn 01 1,69 0,09 0,01 0,08 2 2,5 -1 0,27 0,19 0,08 02 1,59 0,11 0,01 0,11 9 3,4 6 0,01 <0,01 0,01 03 1,17 0,25 0,02 0,23 7 7,2 0 0,48 0,40 0,08 04 1,23 0,18 0,01 0,17 4 5,3 -2 0,30 0,22 0,08 05 1,51 0,65 0,04 0,61 8 19,1 -11 0,42 0,27 0,15 06 1,11 0,01 0,02 <0,01 6 <0,3 6 0,02 <0,01 0,02 07 1,05 0,28 0,07 0,21 9 6,6 2 0,09 0,07 0,02 Provnamn ANC/MPA Svavelhalt
(mg/kg) Karaktärisering enligt
Trafikverket
01 0,8 900 Något förhöjd halt 02 2,6 1100 Förhöjd halt 03 1,0 2500 Förhöjd halt 04 0,8 1800 Förhöjd halt 05 0,4 6500 Hög halt 06 20 1000 Något förhöjd halt 07 1,3 2800 Förhöjd halt
27
I Figur 15 undersöks förhållandet mellan oorganisk halt i proven och den neutraliserande kapaciteten. Mineral som bidrar till den oorganiska kolhalten men inte ANC kan finnas närvarande, och, eller, mineral som inte består av oorganiskt kol men som bidrar till ANC.
Figur 15. ANC i blåa kolumner mot oorganisk halt i svarta punkter (sekundär y-axel) för samtliga prover En korrelation mellan MPA och andelen opaka mineral (area %) går att utläsa i Figur 16, där exempelvis prov 05 hade både högst andel opaka mineral från bildanalys samt högst MPA i ABA-analys.
Figur 16. MPA (blå kolumner) plottad mot andelen opaka mineral i area % (svarta punkter, sekundär y-axel) I Figur 17 undersöks MPA och eventuellt samband med medelvärdet av kristallareor från proverna. Prov 06 hade lägst MPA samt medelvärde av kristallareor, medan prov 04 hade högst medelvärde av kristallareor men endast 3:e högst MPA. Samtliga
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0123456789
10
1 2 3 4 5 6 7 Oor
gani
sk k
olha
lt (V
ikt %
)
ANC
(tC
aCO
3/1Kt
)
ANC Oorganisk halt
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
1 2 3 4 5 6 70
5
10
15
20
25
Ande
l oap
ak m
iner
al (a
rea
%)
Prov
MPA
(tC
aCO
3/1Kt
)
MPA Andel opaka mineral (area %)
28
prov karaktäriseras av höga standardavvikelser jämfört medelvärdena, upp till och med 13529,6 (prov 4).
Figur 17. MPA (blå kolumner) plottades mot medelvärdet av kristallareor (svarta punkter, sekundär y-axel) med standardavvikelser infogade. I Figur 18 plottas MPA mot medelvärden av AR för samtliga prover. Proverna karaktäriseras av höga standardavvikelser jämfört deras medelvärde. Något samband mellan MPA och AR är svårt att utröna.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
1 2 3 4 5 6 7M
edel
värd
e av
kris
talla
reor
(um
2)
MPA
(tC
aCO
3/1Kt
)
MPA Medelvärde av kristallareor
29
Figur 18. MPA (blå kolumner) plottade mot medelvärdet av AR (svart punkter, sekunder y-axel), med standardavvikelser infogade. 5. Diskussion Diskussionen delas upp i arbetets ursprungliga frågeställningar och hypoteser.
Hur ser den generella mineralogin och petrografi ut hos bergarterna vid Ekobacken? Vilka opaka faser förekommer?
Proverna som hämtades från Ekobacken inför den här rapporten var generellt väldigt lika varandra i mineralogi och petrografi, med undantag för prov 02 och 06 som inte hade samma typ av foliation/gnejs-struktur som övriga prov (Tabell 3, Figur 8a-c). Att proven var lika varandra är ett resultat av att bergmassan vid provtagningsplatsen (deponin och krossväggen) var kraftigt oxiderad vilket gjorde det svårt att göra en okulär bedömning på plats om vilka bergarter som fanns närvarande. Kvarts, plagioklas, kalifältspat och biotit var huvudkomponenterna för mineralogin i samtliga prov (Tabell 3, Figur 8a-e), men andelarna varierade mellan proven. För att kunna säga exakt hur andelarna varierade mellan proven samt kunna dra slutsatser för hur dessa silikater påverkar lakningspotentialen krävs det att mineralogin måste kvantifieras, med exempelvis punkträkning. Noterbart var det höga innehållet glimmer, framförallt biotit, i prov 01, 03, 04, 05 och 07 (Tabell 3, Figur 8a-d) vars påverkan diskuteras i följande avsnitt. Förekommande opaka faser identifierades med reflekterande ljus mot tunnslip, idealt bör polerprov användas för det här ändamålet då det tillåter en tydligare bild av förekommande opaka faser. Det som stod ut var den höga andelen grafit som förekom i samtliga prov förutom prov 05 (Tabell 4, Figur 7a-e). Grafits påverkan på resultatet diskuteras i följande avsnitt. Pyrit, magnetit och kopparkis var opaka mineral som kunde identifieras i proven. För att kvantifiera i vilka andelar de opaka faserna förekommer krävs som diskuterat tidigare utförande av punkträkning och för att tydliggöra skillnaderna mellan faserna bör eventuella kvantifieringsförsök utföras på polerprov. Det krävs erfarenhet för att
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
1 2 3 4 5 6 7
Med
elvä
rde
AR
MPA
(tC
aCO
3/1Kt
)
Prov
MPA Medelvärde AR
30
kunna särskilja de opaka faserna från varandra, vars egenskaper ofta kan upplevas identiska (figur 10a-d), därför måste det studeras vidare vilka opaka faser som förekommer i bergarterna vid Ekobacken. Metoden för bildanalysen var att analysera bilderna i genomfallande planpolasierat ljus där opaka mineral är utan färg och generellt är den övriga mineralmassan ljusare och därför går det enkelt att kontrastera bort övriga mineral, men det höga glimmer innehållet i proverna gav svårigheter till processen då, glimmer, framförallt biotit, kan upplevas väldigt mörkt i genomfallande planpolariserat ljus och kan anses ge upp upphov till bildartefakter i samband med kontrasteringen vilket gör att biotit kan ge utslag som opakt mineral, vilket kan ha påverkat kristallareafördelningen (Figur 13 och 14) och därför kristallareamedelvärdet (Tabell 6). Bildbehandlingen genomfördes manuellt och en övervägning var tvunget att göras vid varje bild var kontrastgränsen ska dras för att få med samtliga opaka mineral men samtidigt utelämna biotitgränserna. Ett förslag till metoden skulle vara att istället analysera proverna i reflekterande planpolariserat ljus där opaka mineral istället ger ifrån sig ett ljusare sken och kan kontrasteras bort ifrån den mörkare silikatmassan,
Innehar de olika bergarterna representerade vid Ekobacken någon
surgörande potential? Samtliga prov förutom prov 6 innehöll en väsentlig mängd svavel (Tabell 7). Av
svavelhalten utgjordes en mindre del av sulfat, men huvuddelen utgjordes av sulfid. Eftersom ABA-metoden beskriver all sulfid som pyrit via omvandlingsfaktorn 31,25 korrelerar den beräknade sulfidhalten med den maximala surgöringspotentialen (Tabell 7). I mikroskopering identifierades förutom pyrit även kopparkis som inte är ett lika potent surgörande mineral som pyrit (Tabell 1), alltså resulterar omvandlingsfaktorn 31,25 i en överskattning av maximal surgöringspotential i de prov där kopparkis, eller andra icke identifierade sulfider, förekommer. Eftersom den surgörande potentialen är differensen mellan ett provs neutraliserande kapacitet och maximalt surgörande potential måste den neutraliserande kapacitet tas i bejakande, då ett prov teoretiskt kan ha hög halt sulfidmineral men samtidigt hög halt neutraliserande mineral som kalcit, dolomit eller silikater och måste därför inte inneha någon surgörande potential. För prov 02, 03, 06 och 07 var den neutraliserande kapacitet högre än den maximalt surgörande potentialen vilket resulterar i en positiv netto surgörande potential, eller icke surgörande (Tabell 7).
Det är ovisst vad 100 % av den neutraliserande kapaciteten är en effekt av, primärt bör det röra sig om karbonatermineral, som har relativt hög reaktivitet (Tabell 2) och därför kan reagerar tidigt med de surgörande processerna. Men ABA-analysen visar ingen direkt korrelation mellan oorganisk kolhalt och neutraliserande kapacitet (Figur 14). Det kan tyda på att en del av det oorganiska kolet utgörs av mineral som inte bidrar till den neutraliserande kapaciteten, exempelvis identifierades grafit i samtliga prov (Tabell 4). Samtidigt kan det tyda på att silikatmineralogin bidrar till den neutraliserande kapaciteten. Exempelvis innehöll proverna en stor andel biotit (Figur 8a-d), en mol biotit kan konsumera mellan 7 till 10 protoner (Blowes et al. 2014).
För att undersöka huruvida silikatmineralen påverkar lakegenskaperna krävs kinetiska undersökningar. ABA resultatet visade vidare på en negativ netto surgörande potential för prov 01, 04 och 05 (Tabell 7), det vill säga för dessa prov var
31
MPA större än ANC och därför innehar proven surgörande potential. En netto surgörande potential mellan -20 och 20 beskrivs som osäkerhetszon huruvida provet i praktiken kommer inneha surgörande potential eller inte (U.S Environmental Protection Agency 1994). Alla prov i den här undersökningen hamnade inom osäkerhetszonen (Tabell 7). diPretoro och Rauch (1988) beskrev istället hur ration mellan ANC och MPA bättre kan korrelera med verkliga förhållandet, där ANC/MPA < 2,4 generellt resulterade i en sur miljö och >2,4 resulterade i en basisk miljö. Det utgångsläget skulle resultera att samtliga prov förutom 06 innehar surgörande potential i verkliga förhållanden (Tabell 7).
Det är dock viktigt att hålla i åtanke att ABA-analyser inte simulerar verkliga förhållanden, flera antaganden görs; bland annat att samtliga sulfider kommer oxideras och att samtliga närvarande buffrande mineral kommer reagera med den sura produkten i ett slutet system. Kinetiska studier på förekommande bergarter vid Ekobacken bör utföras för att ytterligare undersöka surgöringspotentialen.
Kan ett samband mellan mineralogi, petrografi och syrabildande potential
utrönas? Idealt önskar frågeställningen bergarter med tydliga skillnader i mineralogi och
petrografi för att kunna diskutera skillnader och korrelationer. I bildanalysen analyseras samtliga opaka mineral (Figur 6), ingen hänsyn togs till att flertalet opaka mineral inte bidrar till någon surgörings potential. Magnetit är exempelvis ett opakt mineral som identifierades i prov 3 och 7 som inte bidrar till någon surgöringspotential i ABA-analys (Tabell 4, Figur 10c).
Proverna var generellt lika varandra i förhållande till kristallareafördelning och AR-fördelning (Figur 13 och 14). En korrelation mellan andelen opaka mineral och MPA går att se i Figur 15, det vill säga det, prov som generellt hade hög andel opaka mineral hade även hög andel sulfidmineral och därför hög MPA. I Figur 17 plottas MPA mot medelvärdet av kristallareorna för proverna, en viss trend för samtliga prov går att utläsa; där större medelvärde av kristallareorna gav högre MPA. Undantaget är bland annat prov 04 vars höga standardavvikelse kan förklara det höga medelvärdet av kristallareorna jämfört med MPA. MPA är som beskrivet tidigare härled direkt från den beräknades halten (vikt %) sulfidmineral, så det Figur 17 egentligen beskriver är att med högre halt sulfidmineral, ökar medelvärdet för arean hos de opaka kristallerna. Ett intressant undantag är för prov 01 och 02, där prov 02 hade högre MPA (3,4 tCaCO3/1Kt) jämfört 01 (2,5 tCaCO3/1Kt)(Tabell 7) men mindre areamedelvärde (863,5 µm2) jämfört 01 (964,1 µm2)(Tabell 6), vilket stämmer överens med den ursprungliga tesen att ett prov som består av mindre kristaller har högre ytexponering och därför högre vittringspotential.
AR ter sig slumpmässigt mellan proven utan korrelation till MPA eller sulfidhalt (Figur 18). AR var ett resultat av bildanalysen där samtliga opaka faser blir medräknade och förändrar AR-värdet utan att bidra till någon surgörande potential, exempelvis är grafit av intresse som ofta förekom som elongerade kristaller (Figur 10a, 10c, 10d) som kan har förvrängt AR-värdet. Det är vidare ovisst huruvida AR påverkar exponeringen av de olika sulfidbärande mineralen, vid krossning av bergmaterial till mindre fraktioner bör rimligtvis sannolikheten att elongerade mineral blir exponerade för en oxiderande miljö vara högre jämfört ett symmetriskt mineral med samma volym. Mer relevant för potentialen bör omkretsen, eller snarare ytarean
32
för kornen vara, där två korn med samma volym men där ett korn är mer oregelbundet och därför högre yrarea vilket leder till högre surgörande potential.
Vid ABA-analys krossas och mals proven ner till en kornstorlek på 88 % <75 μm3, det går då att resonera att egenskaper som kristallarea blir utav mindre vikt. Man skulle till och med kunna argumentera att ett prov med högre andel stora kristaller får högre surgöringspotential, då sannolikheten att en liten pyritkristall fortfarande är innesluten i ett inert material som kvarts efter malning är högre jämfört en stor pyritkristall som blir till många små pyritkristaller med hela sin ytarea exponerad i samband med malning, vilket prov 02, 03, 05 och 06 visar en styrkan på i Figur 17.
6. Slutsatser Proverna från Ekobacken var förhållandevis lika varandra i mineralogi och struktur, där prov 01, 03–05 och 07 var av gnejsig karaktär med högt biotit innehåll medan prov 02 och 06 hade en mer granitisk struktur med lägre biotit innehåll. Samtliga prover innehöll en svavelhalt som trafikverket minst klassificerar som förhöjd halt, där prov 05 fick klassificeringen hög halt. ABA och -bildanalysen visar att:
• Prov 01, 04 och 05 innehar negativt NNP och därför kan proven ha surgörande potential.
• Prov 02, 03 , 06 och 07 innehar positivt NNP och det kan innebära att proven inte har surgörande potential.
• Används diPretero och Rauch (1988) metoden (ANC/MPA) skulle samtliga prov förutom 06 resultera i en sur miljö.
• Högre medelvärde för kristallarea hos de opaka mineralen resulterade i högre MPA - de prover som hade högt medelvärde för kristallarea var också de prover som hade högst sulfidinnehåll.
33
Tackord Jag vill tacka Bjerking för presentation av frågeställning samt för sponsring till projektet och Fitsum Girum med kollegor vid MRM väg- och geolabb för hjälp och handledning med det praktiska. Även tack till handledare Hannes Mattsson för stöd och inspiration under skrivande processen.
34
Referenser Andersson, J. & Olofsson, R. (2008). Dagvattenutredning för planområdet
Ekobacken etapp 1 och II, Värmdö kommun. Uppsala: WRS Uppsala AB (WRS rapport 2008- 03-26) Baumgartner, R. & Fontbotê, L., Vennemann, T. (2008). Mineral zoning and geochemistry of epithermal polymetallic Zn-Pb-Ag-Cu-Bi mineralization at Cerro de Pasco, Peru. Economic Geology, vol. 103, ss. 493-537. Tillgänglig: https://archive-ouverte.unige.ch/unige:21616 [2019-04-22]
Berg, S. (2018). Bergutredning – Källspårning, Ekobacken. Stockholm: Tyréns (Tyréns rapport 273 075, Teknikstöd Miljö) Betrie, G.D., (2014). Risk management of acid rock drainage under uncertainty. Diss. The university of British Columbia. Betriea, G.D., Morinc, K.A., Nichol, C., Sadiqa, R. & Tesfamariama S. (2016). Environmental risk assessment of acid rock drainage under uncertainty: The probability bounds and PHREEQC approach. Journal of Hazardous Materials, vol. 301, ss. 187-196. Tillgänglig: https://ac.els-cdn.com/S0304389415005518/1- s2.0-S0304389415005518-main.pdf?_tid=21db7252-3d8d-4f7d-badc- c1a1e4c5b56a&acdnat=1551611036_ea6bab4f204cc65f7d008de213dd8f67 [2019-04-31] Blowes, D.W., Gould, W.D., Jambor, J.L., Johnson, D.B., Paktunc, D., Ptacek, C.J. & Weisener, C.G. (2014). The Geochemistry of Acid Mine Drainage. Treatise on Geochemistry, vol. 2., ss. 131-179. Tillgänglig: https://ac.els- cdn.com/B9780080959757009050/3-s2.0-B9780080959757009050- main.pdf?_tid=2b5e965f-aaa4-430a-bb8b- 94a47357c4f2&acdnat=1551884203_72726e805f7c7f3ceae8f3e46131a8d8 [2019-04-15] Chotpantarat, S. (2011). A review of static tests and recent studies. American Journal of Applied Sciences, vol. 8, ss. 400-406. Tillgänglig: https://thescipub.com/pdf/10.3844/ajassp.2011.400.406 [2019-04-27]
diPretoro, R.S. & H.W. Rauch, 1988. Use of acid-base accounts in premining prediction of acid drainage potential: a new approach from Northern West Virginia. I: Proceedings: Mine Drainage and Surface Mine Reclamation, Vol. 1, U.S. Bureau of Mines IC 9183, Pittsburgh, PA
Dold, B. (2010). Basic Concepts in Environmental Geochemistry of Sulfidic Mine- Waste Management. I: Kumar, E.S. (red). Waste Management. Kroatien: INTECH, ss. 173–192. Tillgänglig: http://cdn.intechweb.org/pdfs/9675.pdf [2019- 04-02] Dold, B (2016). Acid rock drainage prediction: A critical review. Journal of Geochemical Exploration, vol. 172, ss. 120-132. Tillgänglig: https://ac-els-cdn- com.ezproxy.its.uu.se/S0375674216302333/1-s2.0-S0375674216302333- main.pdf?_tid=77432c14-f18d-420a-946b- add4b37e526f&acdnat=1549552679_c93adcbf688f5b29140f06664fd71fb5 [2019- 04-15] Dreisinger, D.B., Hackl, R.P., King, J.A. & Peters, E. (1995). Passivation of chalcopyrite during oxidative leaching in sulfate media. Hydrometallurgy, vol. 39, ss. 25–48. Tillgänglig: https://ac.els-cdn.com/0304386X9500023A/1-
35
s2.0- 0304386X9500023A-main.pdf?_tid=15f7dda7-df1a-4a7f-87e2- ecf421a3f53b&acdnat=1552924633_0c7bea7ec0f80ac3eb437918b3c4101b [2019-04-10] Ergule G.K. & Erguler Z.A. (2015). The effect of particle size on acid mine drainage generation: Kinetic column tests. Minerals Engineering, vol. 76, ss. 154-167. Tillgänglig: https://ac.els-cdn.com/S0892687514003306/1-s2.0- S0892687514003306-main.pdf?_tid=620d1552-a018-4002-9cd2- 1939aeda3f0b&acdnat=1552127238_f2ec04c2bca3252a5263c1f2e79942a9 [2019-03-28] Evangelou, V.P.B. (1995). Pyrite oxidation and its control. Florida: CRC press Hutt, N.M. & Morin, K.A. (1999). Kinetic tests and risk assessment for ARD. Tillgänglig: http://www.mdag.com/MDAG%20Paper%20Database/M0003%20- %20Morin%20and%20Hutt%201998%20- %20ARD%20Risk%20%26%20Kinetic%20Tests.pdf [2019-04-05] Hutt, N.M. & Morin, K.A. (2010). Microbial effects on Minesite-drainage chemistry. Tillgänglig: http://www.mdag.com/case_studies/MDAG- com%20Case%20Study%2036%20- %20Microbial%20Effects%20on%20Minesite-Drainage%20Chemistry.pdf [2019- 03-15] Jacobs, J.A., Lehr, J.H., & Testa, S.M. (2014). Acid Mine Drainage, Rock Drainage, and Acid Sulfate Soils: Causes, Assessment, Prediction, Prevention, and Remediation, John Wiley & Sons, Incorporated, Somerset. Tillgänglig: https://ebookcentral.proquest.com/lib/uu/reader.action?docID=1672809 [2019-03- 03] Jasieniak, M., Prince, K.E., Skinner, W.M. & Smart, R.St.C. (2000). SIMS studies of oxidation mechanisms and polysulfide formation in reacted sulfide surfaces. Minerals Engineering. vol. 13, ss. 857-870. Tillgänglig: https://ac.els- cdn.com/S0892687500000741/1-s2.0-S0892687500000741- main.pdf?_tid=56d55202-98b9-44c9-bc72- 1cbd7f9150dc&acdnat=1552924949_82bf891ec5d94b31a54826937ed23ff9 [2019-03-28] Kitajima, T., Hirota, M,. Hiroyoshi, N., Tsunekawa, M. (1997). A case of ferrous sulfate addition enhancing chalcopyrite leaching. Hydrometallurgy, vol. 47, ss. 37–45. Tillgänglig: https://ac.els-cdn.com/S0304386X97000327/1-s2.0- S0304386X97000327-main.pdf?_tid=5d30b17c-1061-4b93-b953- bc805378e504&acdnat=1552924817_19e3a3be99b3617d1cdaf005ebe9be60 https://books.google.se/books?id=ypdYDwAAQBAJ&pg=PP5&lpg=PP5&dq=V.+P .+(Bill)+Evangelou&source=bl&ots=KtMAcJyuY9&sig=ACfU3U1OLdft9rxs5zVqIm OLc1YmsxZAKA&hl=sv&sa=X&ved=2ahUKEwiBpKXh_urgAhWL1aYKHfTGC_Q Q6AEwAHoECAEQAQ#v=onepage&q=V.%20P.%20(Bill)%20Evangelou&f=false [2019-03-28] Kwong, Y.T.J. (1993). Prediction and prevention of acid rock drainage from a geological and mineralogical perspective. Saskatoon: National Hydrology
36
Research Institute (MEND Project 1.32.1) Tillgänglig: http://mend-nedem.org/wp- content/uploads/1.32.1.pdf [2019-03-20] Lottermoser, B.G., Parbhakar-Fox, A. (2015). A critical review of acid rock drainage prediction methods and practices. Minerals engineering, vol 82, ss. 107- 124. Tillgänglig: https://ac.els-cdn.com/S0892687515001053/1-s2.0- S0892687515001053- main.pdf?_tid=92aa3fe9-5f80-4fa8-91a2- 1a62894ae04c&acdnat=1551610790_4bc13e70146f0a78704962b4f2b74a24 [2019-04-05] Lottermoser, B (2015). Predicting Acid Mine Drainage: Past, Present, Future. Mining Report 151, vol 151. Tillgänglig: https://mining-report.de/wp- content/uploads/2015/11/MiRe_1506_AcidMineDrainage_151124.pdf [2019-05- 09] MEND (1995). Minewall 2,0: User’s Manual. (MEND project 1.15.2a). Tillgänglig: http://mend-nedem.org/wp-content/uploads/1152A.pdf [2019-04-15] Meast, A.S., Nordstrom, D.K. (2016). A geochemical examination of humidity cell tests. Applied Geochemistry. vol. 81, ss. 109-131. Tillgänglig: https://reader.elsevier.com/reader/sd/pii/S088329271730197X?token=7749DDB2 07677ADAFB14E4E58A85E8E18FEDE5755D5F64D270D76012961D038EDA8B FEC36E99F68F0926F20A5F7F06DF [2019-03-20] Natural Resources Canada (1991). Acid rock drainage prediction manual. North Vancouver: Coastech research INC. (MEND project 1.16.1b). Tillgänglig: http://mend-nedem.org/wp-content/uploads/2013/01/1.16.1b.pdf. [2019-03-20] Nilsson, Ö (2018). Miljöteknisk undersökning av lak-, dag-, yt- och grundvatten. Stockholm: Bjerking. (Bjerking rapport, 18U1472) Nicholson, R.V., Scharer, J.M. (1998). Laboratory studies of pyrrhotite oxidation. Waterloo: University of Waterloo. (MEND Project 1.21.2). Tillgänglig: http://mend- nedem.org/wp-content/uploads/1212-LabStudies-Pyrrohitite-Oxid.pdf. [2019-04- 02] Parbhakar Fox, A. (2012). Establishing the value of an integrated geochemistrymineralogy-texture approach for acid rock drainage prediction. Diss. University of Tasmania. Tillgänglig: https://eprints.utas.edu.au/16310/2/whole- parbhakar-fox-thesis-2012.pdf [2019-03-15] Trafikverket (2015). Trafikverkets handbok för hantering av sulfidförande bergarter. Stockholm: Trafikverket (2015:057). Tillgänglig: https://trafikverket.ineko.se/Files/sv- SE/11741/RelatedFiles/2015_057_Trafikverkets_handbok_for_sulfidforande_b er garter.pdf [2019-04-18]
U.S. Enviromental Protection Agency (1994) Acid Mine Drainage Prediction. Washington DC. (EPA 530-R-94-036) Tillgänglig: https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-09/documents/amd.pdf [2019- 04-15]
37
Internetkällor
SGU (u.å). Historiska gruvor. Tillgänglig: https://www.sgu.se/mineralnaring/svensk- gruvnaring/historiska-gruvor/ [2019-04-01]
GARD Guide (2014). The Global Acid Rock Drainage Guide. Tillgänglig: http://www.gardguide.com/index.php?title=Chapter_1 [2019-04-20)
38
Bilaga 1 Foton på prover från Ekobacken
Foton på samtliga prover undersökta i studien från Ekobacken, Värmdö kommun.
39
Bilaga 2 Trafikverkets bedömningsmall
Trafikverkets bedömningsmall av bergarter utifrån halt sulfidmineral.
40
Bilaga 3 ABA analysrapport från ALS
Analys rapport från ALS med metodkoder och resultat
