Geochemical Modelling of the Effects of a Proposed Uranium Tailings Pond on Groundwater Quality

Abstract

The impact of a proposed uranium tailings pond on groundwater quality was assessed by geochemical modelling. Groundwater samples were collected from six dug wells in the Nalgonda district, Andhra Pradesh, in southern India, once every 2 months from March 2008 to January 2010, and analysed for calcium, magnesium, sodium, potassium, chloride, sulphate, carbonate, bicarbonate, and uranium. Prediction of groundwater quality was carried out for 100 years using PHREEQC to assess the effects of infiltration of water from the proposed tailings pond. The sensitivity of the model for variations in porosity, hydraulic gradient, hydraulic conductivity, and concentration of uranium in the tailings was evaluated. Geochemical modelling predicts that if the chemical composition of the tailings water is maintained at about the expected mean concentrations, and an appropriate liner is installed with an infiltration rate ≤1.0 × 10⁻⁹ m/s, the concentration of solutes in the groundwater will be increased from present background levels for a down-gradient distance of up to 500 m for the anticipated life of the mine, i.e. 16 years. The concentration of ions in groundwater would exceed background concentrations for up to 100 m at the end of 100 years. This study was used to predict the optimum chemical composition for the tailings and the extent, in terms of time and distance, that the groundwater concentration of various ions would be increased by infiltration of wastes from the tailings pond.

Zusammenfassung

Der Einfluss einer geplanten Absetzanlage für Urantailings auf die Grundwasserbeschaffenheit wurde mittels geochemischer Modellierung beurteilt. Im Zeitraum von März 2008 bis Januar 2010 wurden Grundwasserproben jeweils zweimonatlich aus sechs Schachtbrunnen im Nalgonda Distrikt, Andhra Pradesh, Südindien, entnommen und bezüglich Ca, Mg, Na, K, Chlorid, Sulfat, Karbonat, Bikarbonat und Uran analysiert. Um den Einfluss von aus dem geplanten Schlammteich zusitzenden Sickerwässern zu bewerten, wurde mittels PHREEQC eine Grundwasserbeschaffenheitsprognose für einen Zeitraum von 100 Jahren erstellt. Die Modellsensitivität wurde hinsichtlich Schwankungen von Porosität, hydraulischem Gradienten, hydraulischer Leitfähigkeit sowie der Urankonzentration der Tailings bewertet. Im Ergebnis der geochemischen Modellierung wird vorhergesagt, dass es unter Annahme einer weitgehend konstanten chemischen Zusammensetzung der Tailings im Bereich des mittleren Erwartungswertes sowie des Einbaus einer geeigneten Basisabdichtung mit einer Durchlässigkeit von ≤1.0 × 10⁻⁹ m/s zur Konzentrationserhöhung von im Grundwasser gelösten Stoffen im Vergleich zu den derzeit gemessenen Hintergrundwerten kommen wird, und zwar in einer Entfernung von bis zu 500 m im Abstrom der Anlage bezogen auf das Jahr 16, welches der erwarteten Lebensdauer der Grube entspricht. Für das Jahr 100 prognostiziert das Modell noch Überschreitungen der Grundwasserhintergrundkonzentrationen in einem Abstand von bis zu 100 m. Die Untersuchung diente der Bestimmung der optimalen chemischen Tailingszusammensetzung sowie der räumlichen und zeitlichen Prognose desjenigen Bereichs, in dem die Grundwasserkonzentrationen verschiedener Ionen infolge Infiltration von Abwasser des Schlammteichs erhöht werden.

Resumen

El impacto de un dique de colas de uranio sobre la calidad del agua subterránea fue estudiado por modelado geoquímico. Se tomaron muestras de agua subterránea desde seis pozos en el distrito Nalgonda, Andhra Pradesh, en el sur de India, una vez cada dos meses desde Marzo 2008 a Enero 2010 y analizadas para determinar Ca, Mg, Na, K, cloruro, sulfato, carbonato, bicarbonato y uranio. La predicción de la calidad del agua subterránea fue realizada para 100 años usando PHREEQC para determinar los efectos de infiltración desde el dique de colas propuesto. Se evaluó la sensibilidad del modelo ante variaciones en porosidad, gradiente hidráulico, conductividad hidráulica y concentración de uranio en las colas. Los modelos geoquímicos predicen que si la composición química del agua de las colas es mantenida en las concentraciones promedio esperadas y un revestimiento apropiado es instalado con una velocidad de infiltración ≤1,0 × 10⁻⁹ m/s, la concentración de solutos en el agua subterránea se incrementaría desde los presentes valores, en un gradiente descendente, hasta una distancia de 500 m durante la vida esperada de la mina, i.e. 16 años. El modelo predice que la concentración de iones en las aguas subterráneas excedería las concentraciones hasta un máximo de 100 m luego de 100 años. Este estudio fue usado para predecir la composición química óptima para las colas y la extensión, en términos de tiempo y distancia, a la que la concentración de varios iones en las aguas subterráneas sería incrementada por la infiltración de aguas desde los diques de cola.

抽象

通过地球化学模拟方法评价了拟建铀矿尾矿库对地下水水质影响。从2008年3月到2010年1月,从印度南部安得拉省纳尔贡达区(Nalgonda district, Andhra Pradesh)的6口管井每两个月一次集取地下水样,分析水样的钙、镁、钠、钾、氯化物、硫酸盐、碳酸盐、重碳酸盐和铀含量。利用PHREEQC预测了100年时间里拟建尾矿库水下渗对地下水质的影响。分析了尾矿库孔隙度、水力坡度、渗透系数和铀浓度变化对模型灵敏度的影响。本地球化学模型预测结果显示,如果尾矿库水的化学成分能够维持预期平均浓度、尾矿库也能够铺设渗透系数 ≤1.0 × 10⁻⁹ m/s的底衬,地下水溶质浓度将在16年铀矿生产期内、至下游500 m范围内高于背景值。在100年之后,地下水中离子浓度将仅在100 m范围内超过背景值。研究可用于预测尾矿化学成分,预测尾矿库水入渗引起的地下水离子浓度增长的程度(时间和距离范围)。