Geokemisk karakterisering av anrikningssand och gråberg från Kringelgruvan
Examensarbetet är det avslutande momentet i civilingenjörsutbildningen Naturresursteknik inriktning Miljö och vatten, vid Luleå tekniska universitet. Examensarbetet omfattar 30 högskolepoäng och har genomförts vid institutionen för Samhällsbyggnad och naturresurser på avdelningen för Geovetenskap och miljöteknik, samt i samarbete med Golder Associates AB och Kringelgruvan AB. I detta examensarbete har sulfidhaltigt gruvavfall från Kringelgruvan undersökts. Kringelgruvan är i dagsläget inte i produktion, men som en följd av ett ökat råvarupris på grafit i kombination med en hög efterfrågan arbetar Flinders Resources Ltd. (Kringelgruvan AB) med att återuppta grafitproduktionen i gruvan. För att få tillstånd att återuppta produktionen måste den gamla gruvan rustas upp och en ny avfallshanteringsplan tas fram. Examensarbetet omfattar därför en geokemisk karakterisering av det gamla gruvavfallet i Kringelgruvan, där resultaten ska ingå i avfallshanteringsplanen. Med en bättre kunskap om gruvavfallens geokemiska egenskaper, kan dessutom en bättre design planeras för omhändertagandet av äldre deponerat gruvavfall samt nytt gruvavfall vid nyproduktion.Examensarbetet omfattar en geokemisk karakterisering av anrikningssand, gråberg och lakvatten från Kringelgruvan. Studien omfattar platsbesök, provtagning, laborationer, samt tolkning av data. I studien undersöks två utgrävda profiler i anrikningssandmagasinet. Profilerna undersöks med kemisk analys, pH, XRF, XRD, SEM, mikroskopering och partikelanalys. I studien undersöks även tre samlingsprov bestående av; vittrad anrikningssand, ovittrad anrikningssand samt gråberg i form av makadam. Samlingsproven undersöks med fuktkammarförsök (under 17 veckor), kemisk analys och ABA-test. Eftersom både anrikningssanden och gråberget är deponerat utan behandling i Kringelgruvan har materialet utsatts för vittring. Denna studie har undersökt med vilken hastighet anrikningssanden och gråberget vittrar, vilka vittringsprodukter som följer med vid utlakningen, om materialet är syraproducerande och om hur syraproduktionen kommer att utvecklas på kort och lång sikt. Det dominerande sulfidmineralet i Kringelgruvan utgörs av magnetkis (FeS), och det finns inslag av pyrit (FeS2) och zinkblände (ZnS). Svavelkoncentrationen i den ovittrade anrikningssanden är 3,88 %, vilket omräknat till magnetkis motsvarar 10,6 vikt%. I gråberget är svavelkoncentrationen 1,7 %, vilket omräknat till magnetkis motsvarar 4,66 vikt%. Anrikningssandens vittringsfront har uppskattats till ca 40cm i fält. Detta motsvarar en oxidationshastighet på ca 3,6 cm/år i fält. Mängden anrikningssand i sandmagasinet som utsätts för oxidation varje år motsvarar ca 6 288 ton anrikningssand. Baserat på skillnader i elementkoncentrationer i de två profilerna i anrikningssanden kan ca 51 028 kg svavel oxidera per år. Den effektiva diffusionskoefficienten för Kringelgruvans anrikningssand, beräknades till 1,18*10-7 m2/s. Den effektiva diffusionskoefficienten bestämdes även med en s.k. PYROX-modellering, som beräknade en högre diffusionskoefficient; 0,21*10-5 m2/s. De båda diffusionskoefficienterna ligger dock inom intervallet för diffusionskoefficienten i vatten (2,2*10-9 m2/s) och diffusionskoefficienten i luft (1,87*10-5 m2/s) (Elberling, 1996). Om den beräknade effektiva diffusionskoefficienten (1,18 * 10-7 m2/s), hålls konstant kommer vittringsfronten med tiden att förflyttas nedåt i anrikningssanden tills den når grundvattenytan. Kringelgruvans sandmagasin uppskattas vara ca 5 m djupt, vilket skulle innebära att det tar ca 1 712 år tills vittringsfronten når ?botten? på sandmagasinet. Att anrikningssanden är syraproducerande påvisades tydligt redan av pasta-pH testet som visade pH<4, vilket enligt Lottermoser (2003), indikerar att materialet är syraproducerande. Även ABA-analysen visade på att både anrikningssanden och gråberget är syraproducerande. Testet mäter dock endast kapaciteten för syraproduktion och neutralisation och inte tillgången på syraproducerande och syraneutraliserande mineral. Det vore därför intressant att undersöka koncentrationen svavel som är tillgänglig för oxidation. Förekomsten av beläggningar på ytan av sulfidpartikeln kan hindra syret från att nå sulfiden och därmed påverka sulfidoxidationen (Lapakko, 2002). Organiskt svavel har liten, eller ingen effekt på syrabildningen i ett gruvavfall, enligt Casagrande et al. (1989) (INAP, 2012). För att studera gruvavfallets vittring i ett längre tidsperspektiv, gjordes ett s.k. fuktkammarförsök på samlingsprov av oxiderad anrikningssand, ooxiderad anrikningssand och gråberg. Fuktkammarförsöket visar materialets vittring under aerobiska förhållanden, och visar vilka element som frigörs från oxidationen och transporteras ut ur gruvavfallet, dvs. utlakningen av element. Fuktkammarförsöken bör pågå tills lakvattnet visar ett konstant utsläpp av metaller och aciditet. I denna studie har endast resultaten från fuktkammarförsökets första 17 veckor analyserats. Resultaten är relativt stabila för den ooxiderade anrikningssanden samt för gråberget, men inte för den oxiderade anrikningssanden. Resultaten ger ändå en indikation om hur utlakningen av element förändras med tiden. Den oxiderade anrikningssanden kommer troligen fortsätta producera syra och metallrikt lakvatten med tiden. Analysen av fuktkammarförsöken kommer att fortgå ytterligare några veckor, men det ligger utanför ramarna för denna studie.