5.1 Insamling av material och provberedning
7.6.1 Tiosulfat- och sulfatanalys
Vid analysen av tiosulfater och sulfater under sänkningen av pH-värdet går det att se en ökad sulfatkoncentration vid tillsättning av HCl, därav topparna i diagrammen. Det är en ganska hög koncentration av sulfater i början trots ett högt pH-värde, vilket kan bero på flera saker. Om det finns tillgång till syre och vatten kan en oxidationsprocess starta utan att pH-värdet sänks. Detta sker genom att vätejonerna (H+) konsumeras av karbonaterna vilket gör att pH-värdet inte ändras och därmed kan sulfater bildas trots ett högt pH-värde. En sak att beakta är att sulfater även kan ha bildats från tiosulfater under lagringstiden av proverna och därmed bidragit till en ökad koncentration av sulfater i början av lakningsförsöken.
Resultaten från tiosulfater anses vara något opålitlig eftersom den tillsatta syran gav oväntade reaktioner i proverna vilket resulterade i ett färgat lakvatten. Detta medförde att titreringen blev svår att utföra och osäkra resultat erhölls. Det är även svårt att se något tydligt mönster utifrån resultaten från tiosulfatanalysen.
Tiden för syran att reagera med materialet var endast 3 timmar, om denna tid hade varit längre kanske de kemiska förhållandena i proverna hade stabiliserats och analyserna vid lakningsförsöken blivit bättre.
7.6.2 Metallanalys
Ett syfte med studien var att undersöka om de två restprodukterna grönlutslam (GLS) och anrikningssand (A.sand) kan samverka och ge ett fungerande tätskikt. Det är då av intresse att undersöka vad som händer när materialen blandas med varandra. Ett sätt att titta på denna fråga är att undersöka lakningen av metaller och jämföra blandningen (GLS/A.sand) med när materialen verkar var och en för sig
Det är också av intresse att undersöka hur lakningen av metaller förändras med tiden, det vill säga när pH-värdet sjunker. Därför lämnades lakvattenprover in för metallanalys vid utvalda tillfällen när syra tillsattes i proverna, men eftersom den tillsatta syran inte kunde reagera fullständigt med materialet under 3 timmar blev resultaten svårtolkad.
Vid tolkning av pH-diagrammen ses kraftiga sänkningar av pH-värdet vid syratillsättning, denna sänkning kan sedan ses återhämta sig vid nästkommande lakning utan syratillsättning. Detta gäller även konduktiviteten fast med omvända förhållanden, en ökning av konduktiviteten vid syratillsättning. Detta indikerar att vid syratillsättning är det förmodligen också förhöjda värden av metaller vid lakningen, vilket medför att metallkoncentrationerna blir svårtolkad vid syratillsättning.
Metallkoncentrationerna som erhölls vid syratillsättning blev mer beroende av hur mycket syra som hade tillsatts istället för det verkliga pH-värdet i materialet. Detta på grund av att den tillsatta syran i lakvattnet (lågt pH) frigör metaller som sitter löst på ytan av materialpartiklarna och därmed behöver materialet i sig inte ha ett lågt pH-värde för att frigöra metaller. Detta kan förklara den höga lakningen av metaller vid syratillsättning.
Eftersom resultaten från metallanalysen vid syratillsättningen gav förhöjda metallvärden är det svårt att tolka vad som händer under pågående sänkning av pH-värdet rörande lakning av metaller. Detta på grund av att det finns en yttre påverkan som i detta fall är en viss tillsatt mängd syra som också påverkar lakningen av metaller, det är fler än en variabel (pH-värdet i materialet, tillsatt mängd syra) som styr lakningen av metaller. För att analysera detta utfördes en multivariat dataanalys, vilket kan behandla flera variabler och sammankoppla dem till mönster. Dessa resultat får därmed en viss förklaringsgrad, vilket måste beaktas och kan begränsa dataanalysen.
Enligt diagrammen erhållna från den multivariata dataanalysen (förklaringsgrad 46%) i Bilaga 10 kan det ses i samverkansdiagrammet att till exempel vissa metaller (Co, Zn, Al, Ni, Cr) är i motsatt hörn i jämförelse med pH. Det betyder att dessa metaller och pH-värdet inte verkar i samma riktning, vilket tyder på att högre metallkoncentrationer frigörs vid låga pH-värden. Konduktivitet ligger till exempel på motsatt sida av pH vilket tyder på att konduktiviteten är högre när pH-värdet minskar, vilket stämmer enligt avsnitt 6.6.1. Det kan även ses att HCl och konduktiviteten verkar i samma riktning vilket tyder på att konduktiviteten är högre vid ökad mängd HCl.
Proverna kan också återfinnas i diagrammen vilket kan härledas till vilka metaller som de frigör. Anrikningssanden (Prov 1 och 2) är i motsatt hörn i jämförelse med metallerna Ca, Mn, Na och Mg, detta tyder på att dessa inte verkar i samma riktning. Det kan då tolkas som att dessa metaller istället har sitt största ursprung från grönlutslammet. Grönlutslammet, i jämförelse med
anrikningssand, har i sin tur en mindre samverkan med metallerna - Co, Zn, Al, Ni - som enligt tolkning även frigörs vid låga pH-värden.
Enligt diagram i Bilaga 11 kan uteliggande mätpunkter ses, dessa utomstående punkter kommer från första tillsättningen av syra (punkt 49, 75, 93, 119, 137, 163, 181, 207). Vid punkterna 49 (prov 3), 75 (prov 4), 93 (prov 5), 119 (prov 6) var tillsättningen av syra 53 ml och vid punkterna 137 (prov 7), 163 (prov 8), 181 (prov 9), 207 (prov 10) var tillsättningen av syra 24 ml. Den första syratillsättningen var ganska stor och därmed blev mätvärdena väldigt utstickande. Mätpunkterna som är väldigt koncentrerade till varandra kommer från lakning utan tillsatt syra. Utifrån detta diagram kan det ses att den stora tillsättningen av syra påverkade resultaten väldigt mycket vilket medför att resultaten blir svåra att tolka. Tillsättning av syra bör ske i små mängder om lakvattnet ska analyseras under samma tillfälle. Numrering av punkterna är nummer för att kunna återfinna vilket prov det är och när lakningsförsöket utfördes.
Det kan göras en bra jämförelse rörande lakningen av metaller innan syratillsättningen och efter sänkningen av pH-värdet var klart. Detta görs genom att undersöka lakning av metaller från prov bestående av grönlutslam och anrikningssand, i fasen när försurning är ett faktum (GLS buffringsförmåga är slut). Tanken är att undersöka vilken metallkoncentration varje material lakar var för sig, samt vilken koncentration det skulle bli om materialen läggs ihop (matematisk beräkning). Den ”beräknade koncentrationen (GLS/A.sand)” jämförs sedan med den verkliga uppmätta GLS/A.sand som är blandad 50/50 (prov 7 och 8).
Under lakningsförsökens gång minskade materialvikten i proverna och vid sista lakningen konstaterades det att det generellt återstår 94 viktprocent A.sand samt 42 viktprocent GLS i proverna. Resterande material har lakats bort eller har försvunnit på grund av reaktionsprocessen med HCl. I Tabell 7.2 redovisas materialvikt före och efter samtliga lakningsförsök samt den kvarvarande materialvikten i procent. Prov 7 och 8 är en blandning av samma material som finns i proverna 1 och 2 (A.sand) samt proverna 5 och 6 (GLS). Vid en beräkning av kvarvarande materialvikt (A.sand/GLS) utifrån kvarvarande material (%) från proverna 1 och 2 samt proverna 5 och 6 fås följande: 5 , 0 Prov 5 , 0 Prov
A.sand/GLS 1&2 5&6
68 , 0 5 , 0 42 , 0 5 , 0 94 , 0 A.sand/GLS
Denna beräkning (A.sand/GLS) stämmer väldigt bra överens med den verkliga kvarvarande materialvikten för prov 7 och 8, Tabell 7.2. Detta påverkar då inte en jämförelse av lakning av metaller före och efter lakningsförsöken, eftersom det antas att det procentuellt försvinner lika mycket material i alla prover. Tabell 7.2 Jämförelse över provernas materialförlust.
Datum: 2011-01-18 2011-05-03
Prov Vikt material Vikt material Kvarvarande material (%) Medel kvar. m. (%)
1 140,61 134,23 0,95 2 143,13 132,01 0,92 0,94 5 170,65 70,88 0,42 6 171,49 73,23 0,43 0,42 7 154,15 105,23 0,68 8 156,73 106,34 0,68 0,68
Torrsubstansen (67 g) är känd från början, så innan vittringsprocessen startar går det att jämföra hur mycket som lakas med hjälp av resultat från ALS (Bilaga 5) enligt följande exempel:
67 g GLS 33,5 g GLS l mg cCa 1,1 / Linjärt samband cCa 0,55mg/l 67 g A.sand 33,5 g A.sand l mg cCa 50,8 / Linjärt samband cCa 25,4mg/l
Beräknad koncentration för 33,5 g GLS + 33,5 g A.sand (summa TS 67 g) blir:
l mg l mg l mg cCa 0,55 25,4 25,95
Förenklas ekvation blir:
l mg l mg l mg cCa 1,1 0,5 50,8 0,5 25,95
Denna beräknad koncentration på 25,95 mg/l kan jämföras med den uppmätta koncentrationen för prov 7 & 8 (Bilaga 5), vilket är:
l mg cCa 23,3 /
Det intressanta är sedan att undersöka lakningen av metaller när försurningen är ett faktum. Denna beräknade koncentration när försurning är ett faktum (ca pH=4) beräknas nedan. Ca Ca Ca c 0,5*GLS 0,5*A.sand l mg cCa 0,5*25,6 0,5*10,2 17,19 /
En beräknad koncentration på 17,19 mg/l jämförs med den uppmätta på 139-195 mg/l (Bilaga 12). Ca kan därmed konstateras laka mer om materialen är tillsammans men för övriga metaller är det generellt tvärtom, Bilaga 12. Det kan ses att Fe, Al, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Zn och S ger lägre koncentrationer om materialen är blandade med varandra jämfört med om materialen är skilda från varandra. Endast Ca, Ba, Mg, Mn och Pb uppvisar högre koncentration om materialen är blandade med varandra. K, Na, As, Hg, Mo har ungefär samma koncentration i båda fallen.
Varför materialen lakar mindre metaller om de är blandade med varandra kan bero på att grönlutslammet partiklar har en stor specifik yta. Vid en stor specifik yta med negativ laddning kan metaller binda sig med partiklarna, och därmed blir lakningen av metaller mindre. Detta är dock inte hela sanningen i detta fall eftersom den tillsatta syran (HCl) har delvis löst upp partiklarna vilket har medfört att den specifika ytan har blivit mindre. Det kan därmed vara något annat i grönlutslammet som motverkar lakningen av metaller, detta lämnas till vidare studier.