Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Leaching of Glass Waste – Structure and Humidity Cell Tests
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences.
2019 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Lakning av glasavfall – Struktur och fuktkammarförsök (Swedish)
Abstract [en]

Glass production has historically occurred at around 50 glassworks in Sweden, in a region known as the Kingdom of Crystals (Glasriket). Today, most of these sites are no longer active and left behind is glass waste of different forms (both as fragments of finished glass as well as unrefined glass melts). Consequently, increased concentrations of different metals, especially arsenic, lead and cadmium, have been found around the sites, both in soil as well as in ground and surface water. Between 2016 and 2019, the Geological Survey of Sweden (SGU) assigned Golder Associates AB (Golder) to evaluate the environmental risks at three different glassworks: Flerohopp, Åryd and Alsterbro. The results, based on humidity cell tests (HCT) conducted on glass samples from each site, showed that glass itself leached to a surprisingly high extent. Based on this, the aim of this master thesis has been to explain trends in glass leaching by a thorough literature review and through the analysis of HCT data of glass samples. Additionally, the speciation of different metals in the leachate was investigated based on geochemical modelling using PHREEQC.

Results from the literature review show that one of the possible mechanisms for the leaching of glass in contact with water is ion exchange, which occurs at the surface of the glass, namely between glass components and H+ ions in water. Additionally, the literature also argues that glass with higher silica content form a more resilient structure, in contrast to glass which contains a large amount of modifiers, such as Na and Ca. Researchers speculate that adding such modifiers to the glass mass opens up the structure, making it more vulnerable upon contact with water. Looking at the total concentration of elements from the three glassworks, the results show a variation in silica content in relation to other elements. In line with this hypothesis, the sample from Åryd, which contained a higher proportion of modifiers, showed a high leaching rate of both Na and Si.

Furthermore, the result shows that the leaching of Na and As follows the same pattern over the HCT period for all glassworks. This is, to some extent, also the case for Pb although the correlation is not as significant. This could be explained by the result from geochemical modelling, showing that As tends to dissolve into the leachate while Pb is more prone to forming secondary minerals. Hence explaining their differences in leaching behavior. The result from this study showed no clear correlation between Ca and either As or Pb which could potentially be explained by the formation of precipitates. However, another approach to describe the difference in the behavior between Na and Ca is based on the glass structure itself as well as the hypothesis that Na+ participate in ion exchange to a larger extent than Ca2+. Consequently, the leaching of Na+ makes the surface structure more vulnerable, thereby promoting the leaching of other components such as As and Pb.

Abstract [sv]

Produktion av glas har historiskt skett på cirka 50 glasbruk i Sverige i ett område som kallas Glasriket. I dag är produktionen vid majoriteten av dessa glasbruk avvecklad och kvar på platserna finns glasavfall i olika former, både som skärvor av färdigt glas och som ej färdigställd glasmassa. Som en konsekvens av detta har förhöjda halter av olika metaller, särskilt arsenik, bly och kadmium, påträffats i jorden såväl som i grund- och ytvattnet kring glasbruken. Mellan åren 2016 och 2019 gav Sveriges geologiska undersökning (SGU) i uppdrag till Golder Associates AB (Golder) att uträtta huvudstudier och bedömma risker vid tre olika glasbruk, Flerohopp, Åryd och Alsterbro. Resultaten, baserade på fuktkammarförsök på glassavfall, påvisade att glas lakade till en överraskande hög utsträckning. Detta resultat lade grunden till detta examensarbete med frågeställningar i syfte att förklara lakning av glas baserat på en genomgående litteraturstudie samt analys av resultat från fuktkammarförsöken. Vidare har även geokemisk modellering med programmet PHREEQC gjorts för att identifiera olika specifieringar av metaller som kan förväntas påträffas i lakvätskan.

Resultat från litteraturstudien visar att en möjlig process som kan förklara lakning av glas vid kontakt med vatten är jonbyte mellan glasets beståndsdelar och H+-jonerna i vattnet. Tidigare studier påvisar att ett högre kiselinnehåll i glaset skapar en mer motståndskraftig struktur än glas som innehåller en förhållandevis hög andel modifierare, såom Na och Ca. Forskare spekularar kring huruvida tillsatsen av modifierare till glasmassan bidrar till att öppna upp glasstrukturen och som en konsekvens av detta göra strukturen mer sårbar. Vid analys av prover tagna vid de tre olika glasbruken påvisade resultaten ett varierat kiselinnehåll i förhållande till övriga ämnen. I linje med denna hypotes påvisade provet från Åryd den högsta andelen modifierare och samtidigt även den högsta lakningen av Na såväl som Si.

Vidare påvisar resultatet att lakningen av Na och As följer samma mönster över hela fuktkammarförsöket. Detta kan delvis ses för Pb men korrelationen är inte lika signifikant som för As. En förklaring till detta baseras på resultat från geokemisk modellering, där As tenderar att gå i lösning medan Pb kan förväntas forma sekundära mineral vilket därmed kan antas kontrollera lakningen. Resultatet från denna studie visade ingen korrelation mellan varken Ca och As eller Ca och Pb vilket också skulle kunna förklaras av utfällningar i form av Ca-mineral i lakvätskan. En annan utgångspunkt för att beskriva den skillnad som kan ses mellan Na och Ca baseras på själva glasstrukturen och hur Na+ deltar i jonbyte till en högre grad än vad Ca2+ gör. Som en konsekvens av detta bidrar lakningen av Na+ till att ytan på glaset blir mer sårbar och på så sätt gör att ämnen som As och Pb blir mer lättåtkomliga. Detta resulterar i en större möjlighet för dessa att delta i reaktioner på ytan och därmed laka ut från strukturen.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 61
Series
UPTEC W, ISSN 1401-5765 ; 19037
Keywords [en]
Glass structure, glass leaching, glass modifiers, humidity cell test, saturation index, arsenic, lead.
Keywords [sv]
Glasstruktur, lakning av glas, glasmodifierare, fuktkammarförsök, mättnadsindex, arsenik, bly.
National Category
Engineering and Technology Environmental Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-388059OAI: oai:DiVA.org:uu-388059DiVA, id: diva2:1331420
External cooperation
Golder Associates AB
Educational program
Master Programme in Environmental and Water Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-06-27 Created: 2019-06-26 Last updated: 2019-06-27Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1618 kB)13 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1618 kBChecksum SHA-512
e2be5dd6a25e4fe034889be246a299e9a8fdf2e25ecbd80683e84c9f4de3b17727a03b3e233be3bf4c319d8c45425076581f2b4906ad028368726b6556ef83e2
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Earth Sciences
Engineering and TechnologyEnvironmental Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 13 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 66 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf