Știința deșeurilor și literatura detaliată privind testarea statică și testarea cinetică, cum ar fi
rezumat
Abstract
Intrări index
Cuvinte cheie: drenaj minier acid, predicție, teste statice, teste cinetice, celule umede ASTM, mineralogie
Cuvinte cheie: drenaj minier acid, predicție, teste statice, teste cinetice, celulă de umiditate ASTM, mineralogie
Text complet
Descărcările generate de industria minieră sunt adesea o sursă de contaminare a mediului. Aceasta din urmă este legată de instabilitatea lor fizică (caz de grămezi de piatră reziduală și diguri de reținere în instalațiile de steril), dar și, mai ales, de instabilitatea lor chimică, ca urmare a interacțiunilor lor cu atmosfera, în special cu apa și apa. Într-adevăr, deșeurile miniere solide pot conține uneori cantități deloc neglijabile de minerale metalice neexploatabile, cum ar fi sulfurile de Fe. Acestea din urmă, atunci când sunt expuse în mod natural la acțiunea aerului (oxigenului) și a umidității (apei), se oxidează și generează aciditate. Acest fenomen se numește drenaj acid al minelor (AMD).
Acest articol începe prin definirea succintă a drenajului acid al minelor și a proceselor de formare și neutralizare a acestuia. Apoi, este prezentată o descriere sintetică (cu tabele) a testelor statice și a testelor cinetice pentru prezicerea DMA, cu limitările și avantajele acestora. Cititorul va găsi o literatură foarte bogată care se ocupă de DMA prin conferința internațională privind drenarea acidă a minelor (ICARD) și programul canadian MEND, precum și prin numeroase articole din reviste, inclusiv Blowes și Ptacek (1994), Evangelou (1995), Nicholson și Scharer (1994), Nordstrom și Alpers (1999).
Tabelul 1. Reacții de oxidare prin oxigen și fier feric ale principalelor minerale sulfuroase (Walder și Schuster 1998; Bussière și colab. 2005 de Rimstidt 1994)
Oxidarea mineralelor de sulf sub acțiunea oxigenului (pH neutru)
Oxidarea mineralelor sulfuroase sub acțiunea Fe 3+ (pH acid)
FeAsS + 11Fe 3+ + 7H2O 12Fe 2+ + H3AsO3 + 11H + + SO4 2-
CuFeS2 + 16Fe 3+ + 8H2O Cu 2+ + 17Fe 2+ + 2SO4 2- + 16H +
ZnS + 8Fe 3+ + 4H2O Zn 2+ + 8Fe 2+ + SO4 2- + 8H +
PbS + 8Fe 3+ + 4H2O Pb 2+ + 8Fe 2+ + SO4 2- + 8H +
Cele două minerale sulfurice întâlnite cel mai frecvent în sterilul de mină sunt pirita și pirotita. Ecuația generală pentru oxidarea piritei sub acțiunea apei și a oxigenului pentru a genera DMA este prezentată în ecuația 1 și are loc în trei etape, ale căror detalii pot fi găsite în Evangelou 1995; Blowes și colab. 1998; Mylona și colab. 2000; Nicholson și colab. 1988.
Rolul pirotitei în formarea DMA este similar cu cel al piritei, dar de o amploare mai mare. Într-adevăr, rata de oxidare a pirotitei este de 20 până la 100 de ori mai mare decât pirita în aer liber (Nicholson și Scharer 1994). În deșeurile miniere, pirita și pirotita pot fi asociate cu cantități uneori considerabile de arsenopirită, în special în depozitele de aur (unde Au este adesea asociat cu As). Calcopirita, sfalerita și galena sunt, de asemenea, susceptibile de a fi găsite în deșeurile minelor, dar în cantități reziduale mult mai mici după concentrația lor pentru metalele de bază. Tabelul 1 prezintă reacțiile lor de oxidare cu oxigen și Fe 3+. Aproape de neutralitate, calcopirita, sfalerita (neferoasă) și galena nu generează, în principiu, nicio aciditate (ecuațiile 2-6). Cu toate acestea, oxidarea lor sub acțiunea Fe 3+ generează aciditate așa cum se arată în ecuațiile 7-11.
7), este ionul bicarbonat (HCO3-) care predomină, dar când pH-ul scade (pH + (Dold 2005; MEND 2009).
CaCO3 + H + Ca 2+ + HCO3 (12)
CaCO3 + 2H + Ca 2+ + H2CO3 (13)
La nivel global, reacțiile de neutralizare a acidului sulfuric rezultate din oxidarea piritei, prin calcit și dolomit sunt ilustrate prin ecuațiile 14 și 15. Ecuația 14 arată, din punct de vedere stoichiometric, că este nevoie de doi moli de calcit pentru a neutraliza un mol de acid sulfuric, în timp ce este necesar un singur mol de dolomit pentru a neutraliza un mol de acid sulfuric (ecuația 15), ceea ce îi conferă un potențial de neutralizare mai mare.
Cu toate acestea, nu toți carbonații au aceeași cinetică de reactivitate și aceeași capacitate de a neutraliza acidul produs de oxidarea sulfurilor (Bouzahzah 2013). Blowes și Ptacek (1994) clasifică carbonații în funcție de rata lor de reactivitate în următoarea ordine descrescătoare: calcit> dolomit> Mg-ankerit> ankerit> siderit. Cinetica dizolvării calcitului este cea mai rapidă, ceea ce îi conferă cea mai bună putere de neutralizare și permite menținerea mediului în condiții de pH neutru (între 6,5 și 7,5). Mai multe studii consideră că sideritul nu are putere de neutralizare (Paktunc 1999b; Frostad și colab. 2003; Barnes și colab. 2009). De fapt, partea de acid neutralizată de siderit și anulată de aciditatea generată de hidroliza fierului său dizolvat; care va fi explicat mai târziu. Cealaltă clasă principală de minerale cu potențial de neutralizare sunt silicații, dar participarea lor rămâne destul de scăzută în comparație cu carbonații datorită cineticii lor de dizolvare redusă (Frostad et al. 2003). Cu toate acestea, silicații pot asigura uneori, pe cont propriu, toată neutralizarea acidității în steril (Pépin 2009; Plante și colab. 2010).