Spectral induced polarization investigations in presence of metal sulphide minerals: implications for monitoring the generation of acid mine drainage

Julkaisun otsikon käännös: Indusoidun polarisaation spektritutkimukset metallisten sulfidimineraalien läsnäollessa: mahdollinen sovellus happamien kaivosvesien muodostumisen seurantaan

Edmundo Roguer Placencia-Gómez

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Metallipitoisten partikkelien, erityisesti sulfidimineraalien hapettuminen konsolidoitumattomissa maa-aineksissa tuottaa veteen liuonneita haitallisia ioneja, jotka voivat johtaa pohja- ja pintavesien pilaantumiseen. Kaivosjätteissä, kuten rikastushiekkassa, muodostuu happamia suotovesiä, mikä on keskeinen ongelma kaivostoiminnan ympäristövaikutusten kannalta. Siksi kaivosjätteiden stabiilisuuden arviointiin sekä happamien kaivosvesiin liittyvien pilaantumisriskien seurantaan tarvitaan yleisesti uusia menetelmiä. Tässä työssä osoitetaan, että tasavirtavastusmittauksella voidaan kuvata ja mallintaa Haverin Au-Cu-kaivoksen rikastushiekka-alueen rakenne. Yhdistämällä maavastusmittauksen tulokset rikastushiekkanäytteiden geokemiallisiin ja mineralogisiin tutkimuksiin voidaan karakterisoida alueet, joissa happamia suotovesiä voi muodostua, ja rajata alueet, joissa rikastushiekan huokosvesi on pilaantunutta. Happamia suotovesiä syntyy mineraalin ja elektrolyytin rajapinnoilla hapetus-pelkistysreaktiossa, joiden mekanismeja tutkittiin indusoidun polarisaation spektrimittauksilla (engl. spectral induced polarisation, SIP). Huokosveteen liuenneen hapen ja huokosilman vaikutuksesta hapettuvien sulfidimineraalien (rikkikiisu, magneettikiisu) SIP-vastetta tutkittiin synteettisessä kvartsihiekkaseoksessa. Liuenneen ferriraudan (Fe3+) vaikutuksesta tapahtuvaa hapettumista tutkittiin pyriitti-hiekka-seosten ohella myös käyttäen todellisia rikastushiekkanäytteitä. Tutkimuksissa selvitettiin myös hapetuspelkistysreaktioihin osallistumattomien ionien ja pH:n vaikutusta SIP-vasteeseen. SIP-menetelmä osoittautui olevan erityisen herkkä arvioitaessa sulfidien hapettumista, jossa metallipitoisten mineraalirakeiden pinnan kapasitiivisuusominaisuudet kuten varautuvuus laskevat. SIP-menetelmään perustuvaa hapetusolosuhteiden diagnostiikkaa tukee myös Wongin esittämä elektrokemiallinen malli, jossa indusoitu polarisaatio esitetään mineraalin ja elektrolyytin rajapinnalla tapahtuvien hapetus-pelkistysreaktioiden ja niiden yhteydessä tapahtuvien faradisten varaussiirtymien avulla. Vastaavalla tavalla SIP-metodilla voidaan havainnoida in-situ veden kyllästämien rikastushiekkojen hapettumiseen liittyviä tekstuurin muutoksia. Sulfidimineraalipitoisessa rikastushiekan kaltaisessa huokoisessa väliaineessa vallitsevat fysikaalis-kemialliset olosuhteet muuttuvat happamien suotovesien kehittyessä emäksisistä (pelkistävistä) happamiin (hapettaviin). Muutos on nähtävissä indusoidun polarisaation spektrissä selvänä maksimirelaksaation siirtymisenä kohti korkeampia taajuuksia, mikä merkittävästi vaikuttaa relaksaation aikaan.
    Julkaisun otsikon käännösIndusoidun polarisaation spektritutkimukset metallisten sulfidimineraalien läsnäollessa: mahdollinen sovellus happamien kaivosvesien muodostumisen seurantaan
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Leveinen, Jussi, Vastuuprofessori
    • Slater, Lee, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-6303-4
    Sähköinen ISBN978-952-60-6304-1
    TilaJulkaistu - 2015
    OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

    Tutkimusalat

    • metallisulfidit
    • kaivosten happamat suotovedet
    • polarisoituvuus
    • varautuvuus
    • imaginaarijohtavuus
    • spektri-IP
    • rikastushiekka
    • hapetus-pelkistys

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Indusoidun polarisaation spektritutkimukset metallisten sulfidimineraalien läsnäollessa: mahdollinen sovellus happamien kaivosvesien muodostumisen seurantaan'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä