Arsenic speciation and concentrations in mining-impacted waters in Finland

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201911153931
Title: Arsenic speciation and concentrations in mining-impacted waters in Finland
Author: Hekkala, Toni
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201911153931
http://hdl.handle.net/10138/307317
Thesis level: master's thesis
Degree program: Geologian ja geofysiikan maisteriohjelma
Master's Programme in Geology and Geophysics
Magisterprogrammet i geologi och geofysik
Specialisation: Hydrogeologia ja ympäristögeologia
Hydrogeology and Environmental Geology
Hydrogeologi och miljögeologi
Discipline: none
Abstract: Arseeni (As) on elinympäristössämme luonnostaan esiintyvä puolimetalli. Useilla arseenin yhdisteillä, kuten epäorgaanisilla arseniittiyhdisteillä [As(III), HnAsO3(3–n)], on myrkyllisiä ja karsinogeenisia ominaisuuksia. Sulfidimalmeja hyödyntävä kaivostoiminta voi nostaa arseenin pitoisuuksia kaivosalueen pinta- ja pohjavedessä. Tässä tutkielmassa kerättiin yhteensä 18 pohjavesinäytettä, 45 pintavesinäytettä ja yhdeksän suotoveden keräysojan vesinäytettä 20:stä kaivosvaikutteisesta näytepisteestä, jotka sijaitsivat Ylöjärven suljetun Cu–W–As-kaivoksen tutkimusalueella, Haverin suljetun Au–Cu-kaivoksen tutkimusalueella, sekä Pyhäsalmen Zn–Cu-kaivoksen tutkimusalueella. Vesinäytteistä analysoitiin liukoinen arseenin spesiaatio HPLC-ICP-MS-tekniikalla ja geokemiallinen koostumus ICP-MS:llä, pääionit ionikromatografialla ja alkaliteetti titraamalla. HPLC-ICP-MS:ää käytetään yleisesti nestemäisten arseenia sisältävien näytteiden spesiaatiotutkimuksessa. Mitatut liukoisen arseenin pitoisuudet vaihtelivat Ylöjärven tutkimusalueen vesinäytteissä välillä 14,2–6649 µg L-1, Haverin tutkimusalueen vesinäytteissä välillä 0,5–6,2 µg L-1, ja Pyhäsalmen tutkimusalueen vesinäytteissä välillä 0,2–9,4 µg L-1. Mitatut liukoisen arseenin pitoisuudet pienenivät kaikilla tutkimusalueilla etäisyyden kasvaessa rikastushiekka-alueelta pois päin. Arseenin spesiaatioanalyysi osoitti, että Ylöjärven tutkimusalueella kahdessa vesinäytteessä arseniitti [As(III)] oli vallitseva liukoisen epäorgaanisen arseenin (iAs) spesies, kolmessa näytteessä arsenaatti [As(V)] oli vallitseva iAs-spesies, ja neljässä näytteessä oli sekoitus molempia. Haverin ja Pyhäsalmen tutkimusalueiden vesinäytteissä liukoiset arseenin spesiekset eivät ylittäneet määritysrajoja. Kaikissa vesinäytteissä eri tutkimusalueilta liukoiset MMA- ja DMA-pitoisuudet olivat alle määritysrajojen. Tarkempi liukoisten arseenin spesiesten tunnistaminen Pyhäsalmen ja Haverin tutkimusalueilla tutkituista vesistä, sekä MMA:n ja DMA:n pitoisuuksien tunnistaminen kaikista tutkituista vesistä vaatii uusia tutkimuksia. Liukoisen arseenin ja molybdeenin (Mo) pitoisuuksien merkitsevä korrelaatiokerroin oli 0,80** (n=20), ja lisäksi liukoisen arseenin ja kaliumin (K) pitoisuuksien merkitsevä korrelaatiokerroin oli 0,68** (n=19), mistä päätellen liukoisen arseenin ja Mo:n, sekä liukoisen arseenin ja K:n pitoisuudet tutkituilla alueilla voivat määräytyä samojen ympäristön muuttujien perusteella. Poikkeavan korkeita liukoisen Al:n, Ca:n, Co:n, Cu:n, Fe:n, Ni:n ja SO4:n maksimipitoisuuksia mitattiin pintavesinäytteistä Ylöjärven ja Haverin tutkimusalueilla, sekä rikastushiekan suotoveden keräysojan vesinäytteestä Pyhäsalmen tutkimusalueella.Arsenic (As) is a metalloid naturally present in the environment. Arsenic species vary in toxicity. Metal mining has contributed to the anthropogenic input of arsenic to groundwaters and surface waters. In this study, water samples were collected from 20 sample points in three mining-impacted study areas in Finland: the former Ylöjärvi Cu–W–As and Haveri Au–Cu mines, and the active Pyhäsalmi Zn–Cu mine. Six groundwater well samples, eleven surface water samples and three tailings seepage collection ditch samples were analyzed for dissolved arsenic speciation by HPLC-ICP-MS and for geochemical composition by ICP-MS, titration, and ion chromatography. Dissolved arsenic concentrations ranged from 14.2 to 6649 µg L-1 in samples collected at the Ylöjärvi study area, from 0.5 to 6.2 µg L-1 in samples collected at the Haveri study area, and from 0.2 to 9.4 µg L-1 in samples collected at the Pyhäsalmi study area. In all study areas, measured dissolved arsenic concentrations showed a general decrease from the tailings to the surroundings. Speciation analysis showed that two of the samples collected at the Ylöjärvi study area had arsenite [As(III)] as the dominant form of dissolved inorganic arsenic (iAs), three had arsenate [As(V)] as the dominant form of dissolved iAs, and four had a mixture of both. In the water samples collected at the Haveri and Pyhäsalmi study areas, all concentrations of dissolved arsenic species were below method detection limits. Also, none of the 22 water samples analyzed for arsenic speciation had dissolved MMA or DMA concentrations above method detection limits. Identification of dissolved arsenic species in the sampled waters in Haveri and Pyhäsalmi, and of MMA and DMA in all sampled waters requires more detailed study. A significant 2-tailed Pearson correlation between dissolved arsenic and dissolved molybdenum (Mo) (r=0.80**, n=20), and dissolved arsenic and dissolved potassium (K) (0.68**, n=19) suggests that in these three study areas the distributions of dissolved arsenic and Mo, as well as dissolved arsenic and K may be controlled by the same environmental variables. Anomalously high maximum concentrations of dissolved Al, Ca, Co, Cu, Fe, Ni, and SO4 were measured in surface water samples collected at the Ylöjärvi and Haveri study areas, and in a seepage collection ditch sample collected at the Pyhäsalmi study area.
Subject: Arsenic
dissolved
speciation
species
geochemical
geochemistry
mine
mining
tailings
Arseeni
spesiaatio
geokemia
kaivosteollisuus
ympäristövaikutukset
As(III)
As(V)


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Hekkala_Toni_Pro_gradu_2019.pdf 5.642Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record