Rates and controls of acid production in commercial-scale sulphur blocks

T.K. Birkham, M.J. Hendry, S.L. Barbour, T. Cheema

In the proceedings of: GEO2010 Calgary: 63rd Canadian Geotechnical Conference & 6th Canadian Permafrost Conference

Session: T3-C

ABSTRACT: Acidic drainage (pH 0.4 - 1.0) from oxidizing sulphur (S0) blocks is an environmental concern in regions where S0 is stockpiled. In this study, the locations, controls and rates of H2SO4 production in commercial-scale S0 blocks (~1-2 x 106 m3) in northern Alberta, Canada were estimated. The presence of oxygen (O2) in the S0 blocks is a primary control on S0 oxidation; therefore, rates of atmospheric O2 flux into S0 blocks can be used to quantify S0 oxidation rates. Analyses of multiple gas species (O2, N2, and CO2) were required to quantify atmospheric O2 influx. In situ modelling of O2 concentrations ([O2]) suggested 70 to >97% of the annual H2SO4 production occurred in the upper 1 m of the blocks where temperatures increase to >15°C during the summer. Advection, created by O2 consumption within the block, accounted for 20% of the total O2 influx and considerably increased H2SO4 production in the block above that attributed to O2 diffusion. S0 oxidation was limited by water availability to fracture faces and zones of friable S0. A conceptual model of acid transport from the blocks was developed in which fresh infiltrating water mixes with acidic pore-water (mean pH = -2.1) to produce drainage water with pH 0.4 Œ 1.0. Implications of this research are relevant globally as construction methods and physical properties of S0 blocks are similar worldwide.

RÉSUMÉ: Le drainage d'acidic (pH 0.4 - 1.0) d'oxyder le soufre (S0) bloque est une inquiétude de l'environnement dans les régions où S0 est stocké. Dans cette étude, les endroits, commandes et taux de production H2SO4 dans l'échelle commerciale les blocs de S0 (~1-2 x 106 m3) dans Alberta du Nord, le Canada a été estimé. La présence d'oxygène (O2) dans les blocs de S0 est un contrôle primaire sur l'oxydation S0; donc, les taux de flux d'O2 atmosphérique dans les blocs de S0 peuvent être utilisés pour quantifier des taux d'oxydation S0. Les analyses d'espèces multiples du gaz (O2, N2 et CO2) ont été tenues de quantifier l'afflux O2 atmosphérique. Dans situ posant de concentrations O2 ([O2]) a suggéré 70 à > 97 % de la production H2SO4 annuelle s'est produit à 1 m supérieur des blocs où les températures augmentent à> 15°C en été. L'advection, créée par la consommation O2 dans le bloc, a représenté 20 % du total O2 afflux et production de H2SO4 considérablement augmentée dans le bloc au-dessus de cela attribué à la diffusion O2. L'oxydation de S0 a été limitée par la disponibilité d'eau de fracturer des visages et des zones de S0 friable. Un modèle conceptuel de transport acide des blocs a été développé dans lequel les mélanges d'eau s'infiltrant frais avec acidic étudient soigneusement - l'eau (voulez dire pH =-2.1) produire l'eau de drainage avec pH 0.4 Œ 1.0. Les implications de cette recherche sont pertinentes à l'échelle mondiale comme les méthodes de construction et les propriétés physiques de blocs de S0 sont semblables dans le monde entier. 1 INTRODUCTION

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