Miljörisker kopplade till alunskifferns

• Polymetallisk bergart med ovanligt komplex och varierad samman- sättning av metaller och mineral

• Innehåller sulfidmineral samt svavelföreningar • Innehåller organiskt material

• Stora utbredda malmkroppar, ofta flacka eller horisontella, med relativt låga halter malmmineral

• Lagrad sedimentär berggrund med relativt låg hållfasthet • Innehåller uran och dotter-isotoper till uran.

Flera av dessa egenskaper finns även hos andra bergarter, men sam- mantaget är alunskifferns sammansättning ovanligt komplex. Det som definierar alunskiffern i förhållande till Proteroziska svarta skiffrar är dess ålder och höga andel organiskt material.

Polymetallisk bergart med ovanligt komplex och varierad sammansättning

Fördelningen av metaller i alunskiffer liknar ingen annan bergart. Däremot finns vissa likheter med Proterozoiska svarta skiffrar (i till exempel norra Norrbotten), men även med så kallade sura sulfat- jordar som har bildats på liknande sätt som alunskiffer. Det går också att se vissa likheter med de grafit och sulfidrika partier (rostzoner) som ofta dyker upp i gnejser av sedimentärt ursprung och som orsa- kar problem i ballastmaterial.

Alunskiffer utmärks för sitt innehåll av metaller såsom molybden och vanadin, vilkas mobilitet skiljer sig från basmetaller såsom koppar, bly och zink. Det finns betydligt mer kunskap om basmetallers mobilitet och geokemiska beteende i miljön, jämfört med exempel- vis molybden och vanadin.

Alunskiffern skiljer sig från andra bergarter som till exempel massiva sulfidmalmer. De senare har ett mer förutsägbart metallinnehåll med koppar, zink, bly associerat med bland annat arsenik, guld, silver, sva- vel, selen och tellur. Alunskiffer har en helt annan metallsamman-

sättning som är mer komplext och innehåller mer av ett axplock ur periodiska systemet vilket innebär en okänd miljörisk för det avfall och lakvatten som uppkommer.

I sitt zink- och svavelinnehåll liknar alunskiffer sulfidmalmer, men vanadin- och uraninnehållet liknar det som förekommer i oxidmalmer.

Innehåller sulfidmineral samt svavelföreningar

Sulfider består av en metall och reducerat svavel exempelvis koppar- kis (CuFeS2) och zinkblände (ZnS). Ur dessa kan värdefulla metaller extraheras, till exempel koppar och zink. Mindre värdefulla sulfider som till exempel pyrit (FeS2), magnetkis (FeS), och arsenikkis (FeAsS) riskerar att hamna i avfallet tillsammans med resthalter av värdefulla mineral som inte har kunnat extraheras.

Kvarvarande sulfider i avfallet vittrar när de exponeras för syre, det vill säga när avfallet deponeras på markytan eller när grundvatten- ytan i en deponi sänks. Detsamma gäller när grundvattenytan sänks i alunskiffern utanför gruvan. Då frigörs metallerna från sulfiden. När järnsulfider oxiderar kan syra genereras (lågt pH) och metallerna som tidigare var bundna i sulfiderna blir ofta mer lakbara, vilket resulterar i att toxiska ämnen kan frigöras. Syran vittrar också silikatmineral, vilket är det vanligast förekommande mineralet i svensk berggrund. Den kan bland annat frigöra aluminium. Huruvida lakvattnet blir surt, och halten lösta metaller hög, beror på flera faktorer. Det beror till exempel på:

• vilka sulfider och andra mineral som förekommer, • halterna av dessa,

• minerals reaktionskinetik,

• i vilken fraktion (specifik ytarea) massorna förekommer,

• yttre faktorer såsom syretillgänglighet, fukt och förekomst av bakterier, samt

Flertalet metaller är mobila vid låga pH-förhållanden som till exem- pel aluminium och koppar. Om syran bildats kan den neutraliseras av buffrande mineral (såsom kalcit) i avfallet, vilket medför neutralt lakvatten, men även neutrala lakvatten kan innehålla metaller som frigjorts vid sulfidoxidation som exempelvis arsenik, kadmium och zink. Halten sulfider och ovan nämnda faktorer är avgörande om surt lakvatten uppstår, alla sulfidförande avfall genererar inte surt lakvatten. Karbonater finns ofta associerade till alunskiffer, vilket gör att tillgängliga neutraliserande mineral kan finns. Det finns också i dag metoder för att hindra sulfidoxidation, både under drift och vid gru- vans stängning. Under drift renas och neutraliseras lakvattnet, det slam som bildas vid extraheringen deponeras tillsammans med gruv- avfall från hela anrikningsprocessen.

Sulfider förekommer även i silt- och lerjordar i områden som genom landhöjningen stigit ur havet och bildats från sediment med organiskt material. När grundvattenytan sänks i dessa områden oxide- rar sulfidmineralen på samma sätt och bildar sura sulfatjordar med sjunkande pH-värde och mobilisering av metaller som följd.

Järn och svavel, som i den forntida vattenmiljön förelåg i oxiderad form (järn sannolikt i kolloidal fas och svavel som sulfat) föreligger i reducerade former i alunskiffern, huvudsakligen som järnsulfid (pyrit) och en mindre fraktion i vissa skiffrar som gips (sulfat). Ett flertal av spårmetallerna är associerade/medfällda med pyritfasen utan att bilda egna diskreta mineralfaser. I många alunskiffrar finns kalcit, som har en syraneutraliserande förmåga vilket kan leda till en ökning av pH till intervallet 6–8. Exempel finns vid svenska alunskifferlokaler med exponerad vittrande alunskiffer, där lakvatten och avrinning har pH i hela skalan från 3 till 8 till följd av de pH-reglerande processerna pyritoxidation respektive kalcit/karbonatneutralisation. Förekoms- ten av järnsulfider såsom pyrit i skiffern har en avgörande betydelse för frigörelsen av övriga metaller i tekniska såväl som naturliga vitt- rings- och lakningsprocesser. Det är därför av betydelse att både före och efter brytning och metallutvinning följa upp förekomsten av sul- fider. Vid reglering av pH i skiffer/vattensystem till nära neutralt kom- mer det frigjorda järnet att falla ut som en fast hydroxidfas, vilken kan leda till medfällning av några av spårmetallerna vars mobilitet där- med kraftigt reduceras. Neutraliserat lakvatten kommer därför att generera ett slam innehållande järn och andra metaller.

Syraneutralisation genom fasta karbonatmineral (kalcit) kan leda till pH över 7–8 och påtagliga halter av karbonat i lösning. Detta med- för ökad löslighet och mobilitet av spårmetallen uran.

Miljöeffekterna vid hantering av sulfidhaltiga mineral och vid av- sänkning av grundvatten i avlagringar med sulfidhaltiga mineral är väl kända. Metoder för att förhindra och minimera dessa miljörisker vid hanteringen av utvinningsavfallet är också väl kända. Redan upp- kommet surt och metallhaltigt gruvvatten och grundvatten behöver hållas under kontroll eller behandlas innan det släpps ut till motta- gande yt- eller grundvatten. Sådan kontroll och behandling kan be- höva pågå under lång tid.

Innehåller organiskt material

Förekomsten av organiskt material kan öka oxidation av sulfider eftersom organiskt material är en kol-källa för bakterier som fram- kallar oxidation. Andra indikationer finns om att organiskt material snarare kan hämma sulfidoxidation. Det beror på i vilken form orga- niskt material föreligger.

De höga halterna av organiskt kol (kolväten, ej humusämnen) kan påverka de mikrobiella processerna i mark och vatten kring skiffer- kroppar och deponier med skifferrester. Effekten kan vara både att mobiliteten hos några av spårelementen ökar, men även det motsatta, en bioackumulering. Förekomsten av organiskt kol i skiffern kan sannolikt även påverka sulfidoxidationen, indirekt genom interaktio- ner med mikroorganismer. I skiffern förekommer, om än ovanligt, linser med mycket höga kolhalter (kolm) och med uranhalter upp till tio gånger högre än i skiffern i övrigt.

Alunskiffer med kolhalter på nivån 15–20 procent kan antändas och kolhaltig skiffer i deponier kan brinna under lång tid.14

14 _{Ett exempel i Sverige där det har inträffat är i Kvarntorpdeponin. En oväntad konsekvens av}

brand i en skifferdeponi är att kalcit (kalksten), som kan finnas tillsammans med skiffern, omvandlas till kalciumoxid, som vid reaktion med vatten genererar ett pH över 12. I Kvarntorp finns lokalt grund-vatten med pH i hela skalan från 3 till 12. Vid pH över 10 ökar löslighet och mobilitet för några av spårelementen, bland annat molybden, vanadin och arsenik.

Innehåller uran och dotterisotoper till uran

Uran innebär en särskild risk i samband med utvinning ur alunskiffer eftersom den och dess dotterisotoper är radioaktiva.

Uran i alunskiffer kan förekomma tillsammans med till exempel organiskt material, eller i uranmineral eller i apatit. Beroende på ura- nets källa och uppkommen kemisk miljö varierar uranets löslighet och mobilitet där oxidationstillståndet och komplexbildning har bety- delse. Uran är mobilt i sura pH förhållanden men kan bilda komplex med bland annat karbonater. Det medför att uran kan vara mobilt även under mer neutrala och alkaliska kemiska förhållanden. Även om låga koncentrationer av uran förekommer kan höga halter av uran förekomma i vattenlösning beroende på upplösningshastighet. Uranet är problematiskt men även dess radioaktiva döttrar såsom radium, radium och radon.

Uran i avfallet riskerar att oxidera och laka ut, och kan medföra att miljökvalitetsnormen i recipienten inte kan följas. Det är oklart vilka metoder som finns för att rena uranhaltigt vatten och sedan hantera avfallet. Erfarenheter från anrikning av svenska alunskiffrar visar på svårigheter att sekventiellt/samtidigt fastlägga uran och andra metaller från lakvattnet.

Uranhalter på 100–300 ppm (mg/kg) (det vill säga halter om 100– 300 gram uran per ton, eller 0,01–0,03 procent) är inte ovanligt i alun- skiffer, speciellt i delar av alunskifferlagerföljden i Västergötland, Närke och i förekomsterna i Jämtland och Tåsjöområdet i Väster- botten.15 _{Uranhalterna är generellt lägre i Skåne, Östergötland och} på Öland. I en eventuell process för utvinning av metaller och mine- ral ur alunskiffer kan halterna bli högre i avfallet beroende på hur an- rikningsprocessen utformas.

Stora utbredda malmkroppar, ofta flacka eller horisontella, med relativt låga halter malmmineral

Alunskiffer är en relativt ung bergart som inte har utsatts för så om- fattande omvandling och deformation. Det medför att den ligger i huvudsak i sin ursprungliga position, det vill säga horisontellt.

Brytning i alunskiffer innebär att stora mängder berg bryts. Efter- som förekomster av metaller och mineraler i alunskiffer ligger ytligt 15 _{Hessland & Armands (1978).}

kan brytningen förväntas ske i dagbrott, men det kan också komma att ske genom underjordsbrytning. Till skillnad mot underjordsbryt- ning medför brytning i dagbrott att stora markområden tas i anspråk.

En eventuell risk kan vara att grundvattensänkningar inom in- fluensområdet skapar vittring och förorenar grundvattnet. Erfaren- heterna från utvinningen av uran i Ranstad på 1960-talet visar att det föreligger en risk för att grundvattensänkning i dagbrott och in- fluensområdet i anslutning till dagbrottet kan leda till exponering av sulfidhaltiga material i dessa områden. Det innebär en risk för oxider- ing och utlakning av vittringsprodukter efter stängning och återställ- ning av grundvattennivån. Under de 30 år som dagbrottet i Ranstad pumpades torrt bildades ett influensområde på cirka tre kvadratkilo- meter. I detta område var skiffern utsatt för vittring och när grund- vattenytan höjdes tvättades dessa vittringsprodukter ut. Bottenvatt- net i det vattenfyllda dagbrottet anges därför ha innehållit relativt höga halter av metaller sommartid när sjön är skiktad.16

Lagrad sedimentär berggrund med relativt låg hållfasthet

Den låga hållfastheten hos alunskiffer (framför allt i södra och mellersta Sverige) leder till en förhållandevis hög andel finmaterial vid bryt- ning och krossning. Det kan skapa ökad lakbarhet av förekommande metaller i ett finkornigt avfall/restmaterial.

5.4.2 Miljörisker kopplade till utvinningens olika steg