Koncepční model hydrogeochemických procesů v důlních odvalech

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Koncepční model hydrogeochemických procesů v důlních odvalech"

Vladimíra Kolářová
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Koncepční model hydrogeochemických procesů v důlních odvalech workshop Environmentální dopady důlní činnosti projekt TESEUS Liberec Zbyněk Vencelides vencelides.z@opv.cz

2 Koncepční model hydrogeochemických procesů v důlních odvalech Zbyněk Vencelides vencelides.z@opv.cz

3 Obsah Úvod do problematiky Koncepční model Výsledky numerických modelů reaktivního transportu 1D model 3D model Interpretace výsledků Závěry TESEUS Liberec 3

4 Úložná místa těžebních odpadů Zdroj: mapy.geology.cz (ČGS) TESEUS Liberec 4

5 Úložné místo těžebních odpadů Ložisko nerostné suroviny = ekonomicky využitelná akumulace nerostu Většinou (v případě rud prakticky vždy) se jedná o geochemickou anomálii Užitkový nerost je zpravidla doprovázen celou řadou dalších složek v anomálních koncentracích Přemístění hlušiny na povrch zásadní změna geochemických podmínek Intenzívní (hydro)geochemické interakce Mobilizace potenciálně rizikových složek TESEUS Liberec 5

6 Příklad Kuntery (Kaňk) Úložné místo odpadů po středověké těžbě stříbrných rud ( století) Vysoký obsah minerálů s obsahem arsenu TESEUS Liberec 6

7 Vybrané výsledky průzkumů Parametr 0017-HJ1-3,88v 0017-HJ2-1,71v 0017-HJ3-5,78v Parametr 0017-HJ1-3,88v 0017-HJ2-1,71v 0017-HJ3-5,78v (mg/l) (mg/l) Ag <0,0010 0,0068 0,0484 V <0,0010 <0,0010 0,468 As 0,0053 0, Zn 23,0 9, Ba 0,0162 0, ,0636 Ca Be 0, , ,0188 Fe 0,273 2, Cd 0,236 0,0669 4,77 K 4,87 0,851 43,8 Co 0,0376 0,0173 0,969 Mg 79,4 9, Cr <0,0010 0,0026 0,468 Mn 1,88 0,621 14,0 Cu 3,59 1, Na 13,4 28,1 16,5 Hg <0, ,336 0,071 ph 6,50 3,10 1,43 Ni 0,179 0,0598 1,64 Amonné ionty 0,202 0, Pb <0,0050 <0,0050 1,25 Chloridy 18,5 14,9 19,8 Sb <0,010 0,012 0,953 Dusičnany 32,4 8,78 42,7 Se <0,010 <0,010 0,054 Fluoridy 0,346 0,279 11,2 Sn <0,010 <0,010 15,9 Sírany Te <0,010 <0,010 1,20 HCO Tl <0,010 <0,010 <0,010 RL suš. (105 C) TESEUS Liberec 7

8 Koncepční model Zjednodušený popis dané lokality (geochemického systému), zaměřený na identifikaci hlavních faktorů a procesů určujících chování celého systému, zahrnující: Fyzikální (transportní) procesy Advekce, disperze, difúze Chemické procesy Oxidace/redukce Acidobazické procesy Srážení/rozpouštění fází TESEUS Liberec 8

9 Koncepční model Fyzikální a chemické procesy: I. Infiltrace srážek II. Oxidace sulfidů, rozpouštění karbonátů, tvorba výluhů I. III. Transport a interakce v saturované zóně II. HPV III. Směr proudění podzemní vody TESEUS Liberec 9

10 Přístup k řešení Syntéza mineralogických a hydrogeochemických dat Využití nástrojů hydrogeochemického modelování Interpretace probíhajících dějů Inverzní modelování Modelování scénářů Kombinace modelů reaktivního transportu v nesaturované a saturované zóně 1D model nesaturované zóny 3D model saturované zóny TESEUS Liberec 10

11 Hlavní proces - oxidace pyritu Úplná oxidace FeS O H 2O Fe OH 3 (s) + 2 SO H + Částečná oxidace FeS O 2 + H 2 O Fe 2+ (aq) + 2 SO H + Oxidace při ph <2,5 Recyklace Fe FeS Fe H 2 O 15 Fe SO H + Fe O 2 + H + Fe H 2O TESEUS Liberec 11

12 Kinetika oxidace Pyrit kyslíkem Pyrit železitým iontem za přítomnosti kyslíku Pyrit železitým iontem bez přítomnosti kyslíku Arsenopyrit r O2 = m O m H+ r Fe,O2 = m 0.92 Fe3+ (1 + m Fe ) 0.43 r Fe3+ = m Fe m Fe r = m O2 TESEUS Liberec m H m H+

13 Oxidace pyritu - kinetika TESEUS Liberec 13

14 Hlavní faktory Určujícími faktory jsou: Množství pyritu v hlušině Množství karbonátů (kalcitu) jako pufru ph Dostupnost kyslíku pro oxidaci pyritu Dotace pouze rozpuštěného kyslíku v prosakující vodě je nedostačuje pro nastartování rychlé kinetiky oxidace -> v saturované zóně rychlá kinetika nepravděpodobná Nutný přísun kyslíku v plynné fázi Další faktory Intenzita promývání vodou Odstraňování reakčních produktů Tvorba sekundárních minerálů TESEUS Liberec 14

15 Validace koncepčního modelu Fáze Složení Typ Reakce M0 [mol/l PP*] Goethit FeOOH p/s eq Skorodit FeAsO4.2 H2O s eq 0 Jarosit K KFe3(SO4).2(OH)6 s eq 0 Sádrovec CaSO4.2 H2O S eq 0 SiO2(am) SiO2 p/s eq 1 Pyrit FeS2 p kin 2,8 Arsenopyrit FeAsS p kin 0,8 Kaolinit Al2Si2O5(OH)4 p/s kin 1.27 K-živec KAlSi3O8 p kin 1.44 Ca-živec CaAl2Si2O8 p kin 1.58 TESEUS Liberec 15

16 Výsledky 1D modelu Přítok a odtok vody do/z nesaturované zóny haldy (mocnost 5 m) Actual Surface Flux Povrch profilu Bottom Flux Báze profilu odpar průsak průsak Time [days] Time [days] TESEUS Liberec 16

17 Výsledky 1D modelu ph TESEUS Liberec 17

18 Výsledky 1D modelu Sírany TESEUS Liberec 18

19 Výsledky 1D modelu Železo TESEUS Liberec 19

20 Výsledky 1D modelu Pyrit TESEUS Liberec 20

21 Výsledky 1D modelu Goethit TESEUS Liberec 21

22 Výsledky 1D modelu Arsen TESEUS Liberec 22

23 Výsledky 1D modelu Skorodit TESEUS Liberec 23

24 Výsledky 1D modelu V případě dostatečné neutralizační kapacity, nebo omezeného přísunu kyslíku, je rychlejší oxidaci arsenopyritu Možné srážení skoroditu, sekundárních amorfních sulfidů železa, nebo mackinawitu Při dostatečném sycení reakčního systému kyslíkem a naopak nízké neutralizační kapacitě materiálu UM dojde k uplatnění rychlé reakční cesty oxidace pyritu. Kyslík preferenčně spotřebován na recyklaci železa a oxidace arsenopyritu pomalá Na srážení sekundárních minerálů v tělese UM má významný vliv intenzita promývání tělesa srážkovou vodou a periodické zakoncentrování pórových roztoků v přípovrchové zóně evaporací vody v letních obdobích. TESEUS Liberec 24

25 3D model Sestaven pro oblast mělkého kvartérního kolektoru, od haldy Kuntery ve směru proudění podzemní vody k severozápadu Simulovaná doba 400 let TESEUS Liberec 25

26 Výsledky 3D modelu ph (100 a 400 let) TESEUS Liberec 26

27 Výsledky 3D modelu Sírany (100 a 400 let) TESEUS Liberec 27

28 Výsledky 3D modelu Železo (100 a 400 let) TESEUS Liberec 28

29 Výsledky 3D modelu Goethit (100 a 400 let) TESEUS Liberec 29

30 Výsledky 3D modelu Arsen (100 a 400 let) TESEUS Liberec 30

31 Výsledky 3D modelu Arsen(V) HfO komplex (100 a 400 let) TESEUS Liberec 31

32 Výsledky 3D modelu Sádrovec (100 a 400 let) TESEUS Liberec 32

33 Výsledky 3D modelu V saturované zóně dochází k uplatnění procesů přirozené atenuace: Neutralizace průsaků inkongruentním rozpouštěním silikátů Srážení sekundárních jílových minerálů Pravděpodobné srážení sádrovce Mísení s oxidovanou pozaďovou vodou Oxidace Fe(II) a srážení HFO potenciál pro imobilizaci TK TESEUS Liberec 33

34 Interpretace výsledků Hlavním faktorem, řídícím geochemické procesy, je obsah sulfidických minerálů (pyritu) ve vztahu k obsah karbonátů v uloženém materiálu a dostupnost kyslíku V nesaturované zóně je dostupný plynný kyslík předpoklad pro uplatnění rychlé cesty oxidace pyritu, intenzívní tvorbu AMD a mobilizaci těžkých kovů V saturované zóně pouze rozpuštěný kyslík pravděpodobná pomalá oxidace pyritu, případně preferenční oxidace dalších sulfidů TESEUS Liberec 34

35 Interpretace výsledků Dostupnost kyslíku je závislá například i na propustnosti a stupni saturace povrchové krycí vrstvy OUM vodou. Za přítomnosti materiálů s vysokým zastoupením jemných kapilárních pórů může být transport kyslíku do tělesa OUM významným způsobem omezen. I v případě dostatečné neutralizační kapacity odpadů (nadbytek karbonátů) je možná mobilizace některých rizikových složek (uran) TESEUS Liberec 35

36 Závěry Pro úložná místa těžebních odpadů lze sestavit koncepční model, popisující hlavní procesy a faktory, které jsou určující z hlediska probíhajících procesů a rizika uvolňování potenciálně nebezpečných složek do okolního prostředí Schopnost identifikovat a kvantifikovat tyto procesy a faktory je klíčová pro posuzování rizik, která OÚM může představovat pro svoje okolí TESEUS Liberec 36

37 Děkuji za pozornost TESEUS Liberec 37

Podobné dokumenty

Reakčně transportní modelování podmínek v horninovém prostředí. Die reaktive Transportmodellierung in Bedingungen des Grundgesteins

Reakčně transportní modelování podmínek v horninovém prostředí. Die reaktive Transportmodellierung in Bedingungen des Grundgesteins podmínek v horninovém prostředí (současný stav, problémy a perspektiva) Die reaktive Transportmodellierung in Bedingungen des Grundgesteins (gegenwärtiger Stand, Probleme und Perspektive) Josef Zeman Technická