I Lovisagruvan i Bergslagen bryts zink och bly, gruvvattnet (med pH 7-8) är förorenat av framförallt dessa metaller (577 ppb Zn, 341 ppb Pb). Reningen i de sedimentationsbassänger som finns på området fungerar inte tillräckligt bra. I denna studie användes sand från Stråssa (s.k. Stråssamull) som filtermaterial för att rena vattnet. Två olika sorters filtermassor testades, obehandlad Stråssamull (SM) och järnoxyhydroxidbelagd Stråssamull (JSM). Beläggningen genomfördes genom att blanda sand med en slurry bestående av järnsulfat, filterkalk och vatten. Tanken med beläggningen var att järnoxyhydroxid skapar ytor för adsorption till filtermassan. En kolonn med varje material fick fungera som motströmsfilter och en med varje material som gravitationsfilter. Resultaten ska avgöra vilken typ av filter som ska användas i större skala i direkt anslutning till gruvan.   Resultaten visade att pH bara ändrades marginellt genom SM. I JSM-filtren ökade pH till omkring 12, beroende på att filterkalk använts vid beläggningen. Både zink och bly renades effektivt. Zinkhalten sänktes med 95-96 % i kolonnerna med SM och med 90-92 % i kolonnerna med JSM. Blyhalten sjönk med 99 % i kolonnerna med SM och med 97-99 % i kolonnerna med JSM. Uranhalten sänktes mycket (96-99 %) genom JSM. Lite uran och barium lakades ur Stråssamullen. Inga skillnader upptäcktes mellan motströms- och gravitationsfiltrens effektivitet vilket gör att gravitationsfiltret blir att föredra eftersom det har en enklare konstruktion. Alla aspekter sammantaget tycks det bästa alternativet om filtreringen ska utföras i större skala vara att använda gravitationsfilter med SM.

Tailings are a rest product from the extraction of metals and minerals, and is therefore produced in large volumes by all mining companies. One common way to store tailings material is to deposit it as a hydraulic slurry on a tailings impoundment, where the tailings are held in place by tailings dams. Deposit and discharge of tailings, often conducted along the dams, causes a particle segregation which creates different fines contents (percentage of particles smaller than 0,063 mm in the tailings) in the impoundment at various distances from the discharge. Another effect from the discharge is that different densities are created in the deposited layers. Since some tailings dams are constructed on top of old deposited tailings, and if possible with tailings as a construction material, the fines content and density effects on the tailings behaviour are important factors for dam stability. In this thesis, tailings material with different fines contents and different densities have been studied with the purpose to see how the behaviour in strength, compressibility and permeability varies. After an initial case study of sampled tailings from a specific impoundment, the fines content for the three tested materials were determined to be 10, 50 respectively 90%. The behaviour in strength was tested in both triaxial and simple shear tests. Only drained strength was studied for three consolidation stresses in both apparatuses. The result from both tests showed that the strength is increasing with decreasing fines content, and thus evaluated friction angles increases with decreasing fines content. Evaluated friction angles from the simple shear test are though significantly smaller than those from the triaxial tests. Friction angles from triaxial tests are seen as most reliable, since the principal stresses are controlled during the whole test. The difference in friction angles from simple shear and triaxial test is however not a new discovery, it has been found by others before. The results from the triaxial tests indicates that a transitional fines content must exist somewhere between 10 – 50 %, where the behaviour in strength switches from sand dominated to silt dominated. Oedometer tests were conducted to study the compressibility of the three materials. The results showed that the compressibility increased with increasing fines content and with decreased density. In agreement with that conclusion, evaluated oedometer modulus from the normal consolidation curve tended to increase with increasing density and to a smaller extent increase with decreasing fines content. Determination of characteristics in permeability were done by evaluating the hydraulic conductivity from constant head tests. Results from this showed that the hydraulic conductivity increases with decreasing fines content. Furthermore, with increasing density the hydraulic conductivity decreases. Results of both the compressibility and the hydraulic conductivity are of course expected. To develop the relations in compressibility and permeability is considered as hard, since the behaviours are both dependent of fines content and density. However, the results indicate that with different combinations of fines contents and densities similar behaviour in compressibility and permeability can be obtained for different materials. / Anrikningssand (eng. tailings) är en restprodukt från utvinningen av metaller och mineraler. Alla gruvföretag producerar varje år stora volymer anrikningssand som måste förvaras på något sätt. Detta görs ofta genom att anrikningssanden deponeras som en slurry med processvatten på magasin. Anrikningssanden hålls sedan på plats av dammar och ibland i kombination med naturlig topografi. Deponeringen sker ofta från utsläppspunkter längs dammen, vilket resulterar i en sortering av kornstorlekar i magasinet som i sin tur skapar olika finjordshalter (procent av partiklar mindre än 0,063mm) på olika avstånd från utsläppspunkten. Deponeringen skapar också olika lager, som också får olika densiteter. Eftersom en del typer av gruvdammar byggs inåt och grundläggs på tidigare deponerad anrikningssand, samt eftersom anrikningssand ibland används som byggmaterial vid höjningar, är finjordshalten och densitetens effekt på materialbeteendet intressant ur stabilitetssynpunkt för dammarna. I det här arbetet har anrikningssand med olika finjordshalter och densiteter undersökts i laboratorieförsök för att bestämma hållfasthets-, kompressions- och permeabilitetsegenskaper. Först gjordes en case study, med provtagning och klassificering av anrikningssand från en specifik anläggning. Därefter bestämdes att tre stycken material med finjordshalter på 10, 50 och 90 % skulle undersökas. Hållfasthetsegenskaper har undersökts i både triaxial och direkta skjuvförsök. Endast dränerad hållfasthet har studerats för tre stycken konsolideringsspänningar för varje material i både triaxial och direkta skjuvförsök. Resultaten från både triaxialförsök och direkta skjuvförsök visar att hållfastheten ökar med minskad finjordshalt och därför ökar även värdet på utvärderade friktionsvinklar med minskad finjordshalt. Utvärderade friktionsvinklar från direkta skjuvförsök är dock betydligt lägre än friktionsvinklar från triaxialförsök. Friktionsvinklarna från triaxialförsöken är mer trovärdiga eftersom man under hela testet har koll på huvudspänningsriktningarna. Skillnaden i resultatet mellan direkta skjuvförsök och triaxialförsök är inte en ny upptäckt, utan har hittats av andra tidigare. Från resultatet av triaxialförsöken i det här arbetet kan man antyda att det finns ett ”transitional fines content” (TFC) mellan 10 och 50 %, där materialet övergår från sand dominerat beteende till silt dominerat beteende under skjuvning. Ödometerförsök utfördes för att studera kompressionen hos de tre materialen. Resultaten visar att kompressibiliteten ökar med ökad finjordshalt och med lägre densitet. Utvärderade ödometer moduler från normalkonsolideringskurvorna visar att styvheten ökar med ökad densitet, samt en aning till tendens mellan ökad styvhet och minskad finjordshalt. Permeabilitetsegenskaper har studerats genom utvärdering av hydraulisk konduktivitet från constant head test. Det observerades att den hydrauliska konduktiviteten ökar med minskad finjordshalt. Gällande densitetens effekt visar resultaten att med ökad densitet så minskar den hydrauliska konduktiviteten. Både resultat i kompressionsegenskaper och hydraulisk konduktivitet är förstås väntade. Att utveckla sambanden kring kompressions- och permeabilitetsegenskaper anses svårt, eftersom det är beroende av både finjordshalt och densitet. Resultaten indikerar att det med olika kombinationer av finjordshalt och densitet går att uppnå liknande beteende för olika material i både kompression och permeabilitet.

Efter det dammbrott som skedde vid Brumadinho i Brasilien under januari 2019, där hundratals människor miste sina liv, har frågor kring statisk liquefaction hos anrikningssand fått stort fokus inom gruvdammsindustrin.  Statisk liquefaction kan modelleras med den konstitutiva modellen NorSand, där NorSand-parametrarna kan utvärderas från triaxialförsök. I det här arbetet har ett laboratorieprogram bestående av siktning, sedimentationsanalys, korndensitet, ödometerförsök och triaxialförsök utförts och NorSand-parametrar utvärderats. Fokus ligger på genomförande av laboratorieförsök samt utvärdering av parametrar. Målet är att redogöra för olika osäkerheter som kan påverka resultatet för att på så sätt reda ut vilka de känsligaste faktorerna är, och identifiera vilka moment under utförandet som är särskilt kritiska. Totalt har fyra dränerade och sex odränerade triaxialförsök utförts. Baserat på dessa har NorSand-parametrar utvärderats grafiskt samt genom att matchning av modellerade triaxialförsök i PLAXIS Soiltest mot de utförda försöken. Samtliga utvärderade parametrar ligger inom förväntat spann baserat på litteratur. Flertalet kritiska moment har identifierats avseende genomförandet av triaxialförsök. Vid utvärdering av NorSand-parametrar är bestämningen av portal det klart mest kritiska. Nästan samtliga NorSand-parametrar relateras till de utvärderade portalen. Portalen kan i sin tur bestämmas på olika sätt med olika osäkerheter. För att kunna värdera resultatet är det viktigt att veta vilken metod som använts och hur de känsliga momenten hanterats. På grund av hur kritiskt det är med korrekta portal så kan det vara en bra idé att använda två metoder och sedan jämföra resultaten med hänsyn till deras osäkerheter.  Samtliga NorSand-parametrar förutom Poissons tal bygger på subjektiv tolkning. Antingen utvärderas parametrarna grafiskt baserat på linjer anpassade av individen, eller så matchas modellerade försök till de utförda och då är det upp till individen att balansera försöken mot varandra. För att minimera utrymmet för individuell tolkning är det viktigt att tillräckligt många försök utförs så att potentiella uteliggare kan identifieras. Det är också viktigt att kommande försök planeras för att täcka in de spänningar och portal där det saknas information. / After the tragic failure of the Brumadinho tailings facility in Brazil during January 2019, where hundreds of people lost their life, the question of static liquefaction has received a lot of focus in the tailings industry.  Static liquefaction can be modelled using the constitutive model NorSand, where the parameters are evaluated from triaxial tests. The focus of this work has been on laboratory work and evaluation of NorSand-parameters. The laboratory work consisted of sieving, sedimentation analysis, particle density, oedometer tests, and triaxial tests from which the NorSand-parameters were evaluated. The aim is to identify uncertainties during triaxial testing and evaluation of NorSand-parameters, from which critical factors can be determined. In total, six undrained and four drained triaxial tests have been performed.  Multiple critical factors have been identified during the execution of triaxial tests. In relation to the evaluation of NorSand-parameters, the determination of void ratios is the most significant. For the resulting values to be assessable, it is important to know which method was used and how uncertainties were managed. Because of how critical correct void ratios are, it might be a good idea for them to be determined and compared using different methods. All NorSand-parameters except one are based on a certain amount of subjective interpretation. The person conducting the evaluation either manually fits lines to the test data or tries to match modelled triaxial tests to the ones performed by balancing the tests against each other. To minimize the impact of the individual it is important to carry out enough tests for potential outliers to be identified. It is also of importance to plan upcoming tests to cover stresses and void ratios with lacking data.

The cut-off grade determines what rock mass are economic to mine. At the Dannemora mine, in eastern Bergslagen, Sweden, previously processed ore generated tailings (enrichment sand) with an iron content of 21-22 % that was backfilled into large open bodies (stopes) in the mine between 2013-2015. However, the tailings are now considered as ore reserves due to an upgraded processing plant that lowered the cut-off from 30 % Fe to 15 % Fe. Further, with the current lowered cut-off, Grängesberg Exploration Holding AB intends to restart production of iron ore in the Dannemora mine in new ore bodies. However, before starting full operation of excavating the ore bodies and extracting the large ore reserve of tailings, several challenges related to the rock stability need to be well assessed. The main goal of this project is therefore to investigate what would be the safest and most economical technique to extract the tailings that currently act as a stabilising rock mass against the side walls. Investigation of borehole data, drill cores, and geometric calculations, were conducted to characterise the stope host rocks in terms of risk for rock failure and leads to several statements. The results reveal that the host rock has a high strength (70-80 % RQD) and there is a low risk of spalling deformation at the extracted depths when the tailings will be removed. However, deformation as wedge failure could potentially occur when the stabilising tailings will be removed. Further, it is shown that the amount of tailings that can be extracted represent approximately more than one year of iron ore production in the mine. Analysis of the host rock shows that dilution of the tailings can be favourable if the caved wall rocks contain marble or skarn, with ore sections > 15 % Fe. The workflow demonstrates that extraction of low diluted tailings should be done at sublevel 350 meters, before extraction of high diluted tailings at sublevel 442-446 meters. Backfilling must be done simultaneously in order to preserve the stability against the side walls as the tailings are removed. This project demonstrates that tailing extraction is possible, while maintaining the stability of the host rock. The workflow presented in this thesis could be used as an approach for similar mining operations aiming to extract backfilled material and once again process it. / En cut-off halt bestämmer vid vilken halt som en bergmassa innehållandes värdefulla metaller, blir ekonomiskt brytningsbar (malm). Vid Dannemoragruvan i östra Bergslagen, Sverige, har tidigare bearbetad malm bildat en icke värdefull restprodukt (anrikningssand), innehållandes en järnhalt om 21-22 %, som återfylldes i stora brytningsrum inuti gruvan mellan 2013-2015. Anrikningssanden har nu blivit ansett som malm igen då ett uppgraderat anrikningsverk sänkt cut-off halten från 30 % Fe, till 15 % Fe. Med den sänkta cut-off halten, undersöker Grängesberg Exploration Holding AB vidare hur en återstart av Dannemoragruvan, och utbrytning av ännu inte utbrutna malmkroppar, och uttag av den stora malmreserven av anrikningssanden, ska ske. Däremot måste flera utmaningar i form av bergstabilitet undersökas, innan uttaget av malmkropparna och den återfyllda anrikningssanden kan ske. Detta arbete siktar till att undersöka vilket tillvägagångsätt som skulle vara det säkraste och lönsammaste att extrahera anrikningssanden ifrån, då de agerar stabiliserande mot sidoväggarna i de stora brytningsrummen. Undersökning av borrhålsdata, borrkärnor, och geometriska beräkningar, utfördas för att karakterisera sidoberget till brytningsrummen för att förstå risken för bergdeformation. Resultaten visar på en stabil bergmassa (70-80 % RQD) med en liten risk för spjälkning (uppsprickning) vid de undersökta djupen. Risk för bergdeformation inträffar i stället som kilutfall när den stabiliserande anrikningssanden extraheras. Vidare beräknas det att ungefär mer än en årsproduktion av järnmalm kan extraheras i form av anrikningssand från de återfyllda brytningsrummen. Analys av sidoberget visar dessutom att utspädning av anrikningssanden genom blockutfall och uppsprickning, kan bli fördelaktigt om sidoberget innehåller marmor eller skarn med malmsektioner > 15 % järn. Tillvägagångssättet för extrahering av anrikningssanden bör ske från djup 350 meter, innan den högre halten av utspädd anrikningssand extraheras från djup 442-446 meter. Återfyllning måste ske samtidigt för att bevara bergsstabiliteten mot sidoväggarna. Detta arbete visar att extrahering av anrikningssanden är möjligt, samtidigt som bergstabiliteten bevaras. Arbetsflödet skulle kunna användas som ett tillvägagångssätt för framtida gruvoperationer som söker att extrahera återfyllt material och åter anrika det.

Flertalet stora produktionsbolag inom förädlingsprocessen av råvaror har som mål att så mycket som möjligt av materialet i produktiosprocessen kommer till användning. Detta kan ske genom att effektivisera produktionen, men även genom att de restprodukter som uppkommer återanvänds tillbaka i processen alternativt komma till användning i nya områden, hela tiden i åtanke att bibehålla samma kvalitet på ursprungsprodukten. Detta arbete har valt att fokusera på restprodukter från de två områdena skogs- och pappersindustrin samt gruvoch stålindustrin. I gruv- och stålindustrin kommer stora kvantiteter av restprodukter upp under produktionsprocesserna i form av bland annat sidoberg, anrikningssand och slagger. Ofta gör de stora mängderna restprodukter att det blir logistiska problem när nya områden för produkterna ska analyseras, även att det finns svårigheter att få lönsamhet i de nya områdena. Ur perspektivet skogsindustrin kommer detta arbete att fokusera på den del av branschen som producerar för pappersindustrin. I arbetet har undersökningar gjorts på vilka produkter respektive industrier i nuläget producerar genom sina restprodukter och avfall, samt vilka i framtiden som har potential att produceras. Detta har gjorts genom att intervjua centrala personer för området på företag som är stora aktörer inom respektive industri samt litteraturstudier inom dessa områden. Det som erhölls genom arbetet var att skogs- och pappersindustrin redan i dagsläget har ett välfungerande system och får generellt lite restprodukter som är svåra att komma till ny använding alternativt läggs på deponi. De små mängder som uppkommer bedrivs det samtidigt utveckling på för att även de ska kunna tas tillvara på, exempel på detta är biodrivmedel där företag som SCA har planer att utvidga sin verksamhet. Gruv- och stålindustrin hade även de utveckling för att minska och förädla de restprodukter som uppkommer, bland annat försöker LKAB utveckla gödsel ur den fosfor som finns i anrikningssand och sidoberg, samt att SSAB exempelvis kan använda sina slagger i asfalt och cementproduktionen / Several of the big production companies aim to use as much of their products as possible in the manufacturing of raw materials. This can be done by streamlining or reusing the residual products from the production process for new products, while still ensuring the quality of the product. This article focuses on the products from the wood and paper industry and the mining and steel industry. In the mining and steel industry, large quantities of residual products come up during the production processes in the form of, for example, country rock, enrichment sand and slag. Often, the large quantities of residual products cause logistical problems when analyzing new areas for the products, also that there are difficulties in obtaining profitability in the new areas. In the perspective of wood industry will this work focus on the areas which produces for the paper industry.In this area, studies have been done on which products each respective industry produces today with their residuals and waste. The study relied on interviews with key people in every area of each big company. They found that the wood and paper industry already has a system that works well and generally has only a few residuals that are hard to get rid of in landfills, and the small amounts of residuals that do exist are being developed so that they can also be utilized (biofuel companies like SCA are expanding their operations to do this). The mining and steel industry has also made progress toward minimizing and refining their residuals. For example, LKAB is trying to develop fertilizers from the phosphorus found in tailings and country rock, and SSAB is using its slag in asphalt and cement production.

Löslighet och transport av sällsynta jordartsmetaller i Källfallsfältets gruvsandsmagasin Hugo de Campos Pereira Syftet med detta arbete har varit att kartlägga vilka mekanismer som styr lösligheten av sällsynta jordartsmetaller (eng. rare earth elements, REE) i sulfidhaltig anrikningssand vid den föredetta gruvan Källfallsfältet i Västmanland. För syftet har markvatten- och grundvattenprovtagning utförts, tillsammans med laktester och geokemisk modellering med Visual MINTEQ ver. 3.0. Resultaten visade att sulfidvittring är den främsta processen som styr pH i anrikningssanden, och därmed också indirekt REEs löslighet. Däremot är sulfidvittring ingen källa till REE i sig då ämnena inte föreligger sulfidbundna, något som oxiderat tillgänglighetstest NT ENVIR 006 visade. Istället går REE ut i lösning i anrikningssanden genom vittring av lättvittrade silikatmineral. Vanligtvis betraktas metall bunden i silikatform inte som geokemiskt aktiv. Jämförelser mellan laktester med olika jämviktstid visade att en kinetisk (tidsberoende) faktor föreligger, kopplad till nämnda silikatvittring, som påverkar pH och således också metallöslighet vid laktester på anrikningssanden. Vid jämförelse mellan laktester och halter i anrikningssandens mark- och grundvatten bör denna därmed vägas in. Det pH-statiska laktestet SIS-CEN/TS 14997 visade begränsad möjlighet att undersöka kinetik med anledning av att det utförs under förhållandevis kort tid, 48 timmar. REE- och Cu-halter vid syratitrering (de behandlingar med lägst syratillsatser) och enstegslakning (SIS-CEN ISO/TS 21268-2:2010) visade god, respektive förhållandevis god, överensstämmelse med uppmätta markvattenhalter. Detta visade att syratitrering och enstegslakning är laktest som är tillämpbara, respektive förhållandevis väl tillämpbara, för att uppskatta markvattenhalter i anrikningssanden. Specieringsmodellering med Visual MINTEQ ver. 3.0 visade att pH och DOC är de viktigaste parametrarna som styr REEs speciering i anrikningssandens mark-, grund och ytvatten. Samtliga REE bildar starka komplex med löst organiskt material, men koncentrationerna av DOC var generellt sett låga. I sura sulfatrika mark-, grund och ytvatten domineras specieringen av lösta sulfatkomplex, huvudsakligen (REE)SO4+, följt av fria hydratiserade joner som näst vanligaste förekomstform. Dessa resultat överensstämmer väl med tidigare modelleringsstudier av REEs speciering i sura sulfatrika vatten resulterande från gruvavfall. Med bakgrund av detta och av att REEs ekotoxicitet verkar överensstämma med den fria jon-modellen (eng. free ion model) förväntas REE uppvisa högre toxicitet vid låga pH-värden. / Solubility and transport of rare earth elements in the mine tailings of Källfallsfältet Hugo de Campos Pereira The mechanisms which govern the solubility of rare earth elements (REEs) in sulfide-containing tailings at the former mine site of Källfallsfältet (Västmanland, Sweden) were studied by the means of soil water and ground water sampling, leaching tests and geochemical modeling using Visual MINTEQ ver. 3.0. The results showed that weathering of sulfides is the primary process governing pH in the tailings, and thus also REE solubility. However, weathering of sulfides is no source for REE in itself since the elements are not bound in sulfides, which the oxidized availability test NT ENVIR 006 showed. Instead REE are released into solution by weathering of easily weathered silicates. Usually, metal bound in silicate form is not considered geochemically active. A kinetic (time dependent) factor, associated with the weathering of silicates, was found to affect pH and thus also metal solubility in leaching tests performed on the tailings. The standardized pH static leaching test (SIS-CEN/TS 14997) showed limitations in observing kinetic effects because of its relatively short equilibration time (48 h). Thus, in future studies with similar materials, leaching test kinetics should be taken into account when comparing leached concentrations with field measured concentrations. Acid titration and one step batch test (SIS-CEN ISO/TS 21268-2:2010) proved to be applicable and relatively well applicable to the tailings, respectively, in order to estimate soil solution concentrations. Speciation calculations using Visual MINTEQ ver. 3.0 showed that pH and DOC concentration are the most important factors which affect REE speciation in soil solution, ground water and surface water associated with the tailings. In acid sulfate rich solutions, low in DOC, speciation is dominated by sulfate complexes, mainly (REE)SO4+, followed by free dissolved ions as the second most common form. These results are in accordance with previous modeling studies of REE speciation in acid sulfate rich waters resulting from tailings. This, together with previous results showing that REE ecotoxicity seems to follow the free ion model, implies that the toxicity of the elements is expected to increase with decreasing pH value.