Gold transport through the epithermal system in the Reykjanes peninsula

Abstract

Significant quantities of gold have been found in scale deposits along geothermal production pipes in the Reykjanes Peninsula. Gold concentrating effects found in the Trans-Atlantic Geo-traverse seem to have a similar mechanism as Reykjanes system; porphyries begin the initial concentration and gold is carried closer to the surface through sulfur compounds. This study aims to better define and understand the chemical reactions that influence the transportation and deposition of gold in epithermal systems. Specifically, to understand the chemical path of the fluid as it travels through a porous media. The chemistryof gold in epithermal systems is much researched. This study is an initial investigation into phyiscochemical modeling of epithermal gold transport and deposition. As such, this project investigates the path of gold in a wellbore and through porous media.To test the hypothesis that gold is carried and deposited by sulfur complexes in this epithermal system, three programs are used to model the evolution of the chemistry.The initial step is to understand the thermodynamics of the wellbore by coding a simulation based on HOLA. The next problem is to understand the reservoir equilibrium chemistry based on the measured element concentrations through simulations in PHREEQC. In addition to this, PHREEQC was planned to be used to simulate the deposition of minerals and gold in the wellbore, however, the degassing of CO2 could not be simulated. Finally, the reservoir chemistry is used in the program TOUGHReact. Flow through a porous media is simulated as it travels to the surface from depth. The results of these simulations confirm the mechanism of gold transportation and gives estimates for when gold will start to deposit from a steady state. In this case the gold is deposited from hydrosulfidogold, Au(HS)2 - , as boiling causes increased concentrations and a rise in pH. Epithermal systems are typically in the upper kilometer of hydrothermal systems which are the main areas of gold deposits due to a reduced pressure that causes both boiling and interaction with meteoric water.The results confirm the mechanism for gold deposition and transportation in the Reykjanes system. Furthermore, this research gives insight into what mechanisms play a role in the deposition of gold. Through hydrosulfidogold reactions gold deposition was successfully simulated in the program. Geothermal projects can benefit from added revenue streams,and some geothermal projects can utilize the high concentrations lithium in the geothermal brine for profit. This research could prove useful to find natural gold deposits or help develop methods to extract gold from the geothermal solution during production.

Gull hefur fundist í umtalsverðu magni í útfellingum í lögnum Reykjanesvirkjunar.Það virðast vera svipaðir ferlar sem magna upp styrk gulls í jarðhitakerfinu á Reykjanesi og eru að verki í jarðhitakerfum Mið Atlantshafshryggsins. Í grunninn myndar jarðhitavökvinn jafnvægi við djúpberg, og ber svo uppleyst efni ofar í kerfið í formi brennisteinssambanda.Þetta verkefni miðar að því að öðlast betri skilning á efnahvörfum sem koma við sögu við flutning og útfellingu gulls í jarðhitakerfum.Sérstaklega er áhugavert að fá skilning á ferlumsem eiga sér stað þegar jarðhitavökvinn fer um lekt berg. Töluvert liggur fyrir af rannsóknum á efnfræði og útfellingu gulls í jarðhitakerfum. Þessi ritgerð fjallar um fyrstu skrefin í að herma eðlisefnafræði gullflutnings og útfellingar, og skoðar bæði ferli sem eiga sér stað í jarðhitaborholum og á ferð vökvans um lekt berg.Til að sannreyna þá tilgátu að það séu brennisteinssambönd sem eru ráðandi við flutning og útfellingu á gulli í þessu kerfi, voru þrenns konar hugbúnaður notaður til að herma efnafræðilega þróun vökvans. Fyrsta skrefið var að forrita borholuhermi í Python, sem byggir á HOLA til að fá fram rétta varmafræðilega eiginleika jarðhitavökvans sem fall af dýpt í holunni. Næst var að öðlast skilning á jafnvægisefnafræði jarðhitavökvans miðað við mælda samsetningu djúpt í holunni, með hermun í PHREEQC. Ætlunin var að nota, PHREEQC til að herma útfellingar gulls og annarra efnasambanda í borholunni, en ekki tókst að herma jafnvægi CO2 og brennisteins við gufufasa og því var horfið frá því. Að lokum var efnarfræði vökvans þar sem hann streymir um lekt berg hermuð í TOUGHReact. Flæði jarðhitavökvans um bergið var hermað þar sem það stígur upp frá rótum jarðhitakerfisins. Niðurstöður þessara hermana staðfesta helstu ferla gullflutnings og gefur mat á staðsetningu og hraða útfellingar miðað við stöðugt streymi. Í því tilfelli fellur gullið út frá hydrosulfidogold, Au(HS)2 - , eftir því sem suða jarðhitavökvans veldur auknum styrk uppleystra efna í fljótandi fasa og sýrustig eykst með afgösum koltvísýrlings. Útfellingarnar eru fyrst og fremst i efst kílómeter kerfisins, og þar er slíkar útfellingar helst að finna vegna lækkaðs þrýstings sem veldur suðu og vegna vixlverkana við úrkomuvatn.Þessar niðurstöður staðfesta hvaða ferli eru að verki við gullflutning og útfellingar í jarðhitakerfinu á Reykjanesi. Þessutan veita þær almenna innsýn í ferli sem hafa áhrif á útfellingu gulls, en útfelling gulls frá hydrosulfidogold var hermuð með þessari nálgun. Jarðhitaverkefni geta notið góðs af auknum tekjum frá verðmætum efnum í útfellingu, á borð við lithium jarðhita skiljuvatni. Þetta verkefni gæti nýst við leit að náttúrulegum gullútfellingum, eða nýst við að þróa leiðir til að vinna gull frá skiljuvatni jarðhitavirkjana.