oru.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Paper mill by-products and fly ash as amendments to oxidized waste rock: neutralization and trace metal reduction in a meso-scale field study
Örebro University, School of Science and Technology. (Människa-Teknik-Miljö)ORCID iD: 0000-0001-9348-6481
Örebro University, School of Science and Technology. (Människa-Teknik-Miljö)ORCID iD: 0000-0002-2674-4994
Örebro University, School of Science and Technology. (Människa-Teknik-Miljö)
(English)Manuscript (preprint) (Other academic)
Abstract [en]

Remediation of oxidized mine waste is often hampered by the risk of reductive dissolution of ferric iron phases and the resulting release of trace elements. In order to partly avoid this problem the oxidized mine waste can be amended with an alkaline material. In this meso-scale experiment with 7 different amended systems and a control an oxidized waste rock was mixed with several alkaline by-products and leachates were collected for 44 months. Results show that pH in the amended systems increased between 1.1 and 2.2 pH units compared to the untreated reference (pH 4.4). The increase in pH resulted in a significant decrease in trace element concentrations, averaging a concentration reduction around 97 %. Sorption was probably the main reduction mechanism.

Flow rate measurements in the different systems showed a strong correlation between pH and the flow rate. It was concluded that the type of alkaline material and the number of alkaline layers were of less importance than the flow rate when it came to quality of the leachates. However, fly ashes were found in all the best performing systems. Longer residence time clearly improves the quality of the leachates. When it comes to comparison of the different systems it seems that systems containing fly ashes performed best. Least effective systems contained green liquor dregs and amendments with too little fly ash. It is clear that alkaline materials can be used in order to reduce the leaching of trace elements from historical mine waste deposits.

Keywords [en]
lime mud, green liquor dreg, fly ash
National Category
Environmental Sciences
Research subject
Enviromental Science
Identifiers
URN: urn:nbn:se:oru:diva-12012OAI: oai:DiVA.org:oru-12012DiVA, id: diva2:354860
Available from: 2010-10-05 Created: 2010-10-05 Last updated: 2019-03-26Bibliographically approved
In thesis
1. Alkaline by-products as amendments for remediation of historic mine sites
Open this publication in new window or tab >>Alkaline by-products as amendments for remediation of historic mine sites
2010 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Mining has been and still is an important industry in Sweden, it has strongly contributed to the standard of living we have today. Extraction of ore began in the 12th century, but did not come about frequently until the 16th century, which is often seen as the starting age for ore processing and metal extraction. Leaching from sulphidic mine waste deposits is a serious environmental issue. When some of the sulphide minerals come into contact with oxygen they produce acid. Low pH in the waste then promotes leaching of primarily iron and cationic trace elements like copper, zinc and lead and hence affects the surrounding environment by bringing these metals in solution. Mine waste produced today is therefore immediately treated to prevent further oxidation and metal leaching. Cost-effective solutions for the historic mine waste are though still needed, especially as legal responsibilities for the historic waste are in many cases unclear. The historic mine waste is often highly weathered due to long-time exposure to oxygen and water, and also contains higher metal concentrations than modern waste. Also, consideration has to be taken to cultural and historical interests. Covering of the waste is commonly applied for acid rock drainage (ARD) control. By minimizing the oxygen supply, the waste is controlled from further oxidation. Covers can consist of layers of highly impermeable materials or water. Reactive materials (pH-increasing or reducing) can be used as covers or amendments. ARD can also be controlled and treated with reactive barriers and filters. Generally, when neutralizing materials are used for improvement of mine waste or ARD, pure materials such as lime is used. A lot of alkaline by-products in Sweden are deposited as waste and the increasing amount of wastes is also a main environmental problem. The use of alkaline by-products to amend acidic mine waste or ARD therefore both saves natural resources and reduces costs. In the present study, various alkaline by-products have been used in laboratory- and field-scale experiments, either as amendments to historic mine waste or for treatment of ARD. They include: lime mud, green liquor dregs, fly ash, steel slag, lime kiln dust and water works granules. Differences between the alkaline source (carbonate or hydroxide) were shown to be a crucial factor, especially in ARD treatment. Slow dissolution rates for carbonate materials in combination with high iron concentrations resulted in iron precipitation and coating of neutralizing carbonate surfaces. Hydroxide materials was hence found to be superior to carbonate materials in ARD applications and also as solid amendments to oxidized mine waste, in the case where the alkaline material was added as discrete layers. The latter enabled formation of so called hard pans, which work as flow rate reducers and allowing longer contact time with the neutralizing source. Though, when alkaline materials were homogeneously mixed with oxidized mine waste, carbonate materials were able to generate a higher pH and alkalinity, followed by lower trace metal concentrations. Key Words: Oxidized mine waste, lime mud, green liquor dregs, fly ash, lime kiln dust, steel slag, water works granules

Abstract [sv]

Gruvindustrin är sedan länge av stor ekonomisk vikt för Sverige och gruvorna harhaft stor betydelse för vår välfärd även historiskt sett. Av den malm som bryts ärca en fjärdedel järnmalm och tre fjärdedelar sulfidmalm. Vid malmbrytning bildasstora mängder avfall, vilket tas om hand av verksamhetsutövaren som bäransvaret för miljöpåverkan. Läckage från deponier för sulfidhaltigt material kange upphov till omfattande påverkan på den omgivande miljön genom försurningoch spridning av (tung)metaller. För att förhindra försurning täcks vanligtvisavfallet med jord eller vatten. Detta gör man för att förhindra sulfidoxidationsom kan leda till att surt och metallrikt lakvatten transporteras ut från en deponi.I Bergslagen finns ett stort antal historiska gruvområden i behov av åtgärd, dåde kan utgöra ett hot mot både människors hälsa och miljö. Uppskattningsvisfinns gruvavfallsmaterial i storleksordningen varp 3 miljoner m3, sand 14miljoner m3 respektive slagg 1,5 miljoner m3 som är aktuellt för efterbehandling iDalarnas, Västmanlands och Örebros län. Kostnaderna för efterbehandling avdessa områden beräknas uppgå till mellan två och tre miljarder svenska kronor.Äldre avfall skiljer sig i regel från nyproducerat avfall med avseende på avfalletsmetallinnehåll och vittringsgrad samt problem med ansvarsfrågor och frågorrörande kulturhistoriska värden.Vid historisk gruvbrytning (före 1900) fanns inte lika effektiva sorteringsmetoderoch anrikningsprocesser som idag. Således innehåller historisktgruvavfall generellt sett högre metallhalter. Avfall från historiskt gruvavfall harockså varit exponerat för luftens syre, nederbörd och erosion under lång tid.Detta har medfört att en stor andel av det järn som finns närvarande är trevärt(dess oxiderade form), vilket gör att oxidation kan fortgå även om man täckeravfallet.Alkaliska restprodukter från fyra olika branscher, representerade av kalkindustrin,stålindustrin, pappersmassaindustrin samt energiproducentindustrin,har under fyra år studerats för att bestämma deras lämplighet för olika typer avefterbehandlingar av vittrat, surt gruvavfall. Försök har gjorts i labskala, samtstörre pilotskaleförsök, hädanefter benämnda mesoskala. Laboratorie-försökenhar syftat till att utreda neutraliseringspotential, lämpliga inblandningsproportioneroch eventuella metalläckage från de alkaliska materialen. Försökensom gjorts i mesoskala har dels syftat till att studera effekter av att blanda vittrat,sulfidrikt gruvavfall med alkaliska material, så kallade stabiliseringsförsök.Därutöver har försök gjorts med syfte att rena lakvatten från gruvavfall. I detsenare försöket har de alkaliska materialen placerats i 0,4 m3-behållare och surt,metallrikt lakvatten har låtits passera, med pH-ökning och metallfastläggningsom följd.Utifrån resultaten kan vissa av materialen anses ha god förmåga attneutralisera gruvavfallet eller lakvatten från gruvavfallet samt minska utläckageav tungmetaller såsom koppar, zink, kadmium och bly. För dessa materialplaneras i nuläget för fortsatta försök i fullskala. För de material som intefungerat tillfredställande nog för att fortsätta i fullskala kommer ytterligarestudier samt modifikationer av metodiken att utföras, t ex kommer merreducerande förhållanden att försöka uppnås genom att försöksbehållarna täcksmed syreförbrukande material, t ex rötslam.

Place, publisher, year, edition, pages
Örebro: Örebro universitet, 2010. p. 108
Series
Örebro Studies in Environmental Science, ISSN 1650-6278 ; 15
Keywords
Oxidized mine waste, lime mud, green liquor dregs, fly ash, lime kiln dust, steel slag, water works granules, Oxiderat gruvavfall, mesakalk, grönlut, flygaska, filterkalk, stålslagg, vattenverksgranuler
National Category
Natural Sciences Environmental Sciences
Research subject
Enviromental Science
Identifiers
urn:nbn:se:oru:diva-11659 (URN)978-91-7668-750-5 (ISBN)
Public defence
2010-10-08, Örebro universitet, Hörsal Bio, Fakultetsgatan 1, Örebro, 10:15 (English)
Opponent
Supervisors
Projects
Forskningsprojekt: Efterbehandling av gamla gruvavfallsdeponier med hjälp av alkaliska restprodukter. I samarbete med EU-projektet Bergskraft Bergslagen
Available from: 2010-08-30 Created: 2010-08-30 Last updated: 2019-03-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Authority records BETA

Sartz, LottaBäckström, MattiasKarlsson, Stefan

Search in DiVA

By author/editor
Sartz, LottaBäckström, MattiasKarlsson, Stefan
By organisation
School of Science and Technology
Environmental Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 362 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf