Drenaj Acid

8/14/2019 Drenaj Acid

1/41

Dr Ioan BUD Dr Simona DUMDr Ioan BUD Dr Simona DUM

DRENAJUL ACIDDRENAJUL ACID

Dr Ioan BUDDr Ioan BUD Dr Simona DUMADr Simona DUMA

BAIA MARE 2006

UNIVERSITATEA DE NORD BAIA MARE FACULTATEA DE RESURSE MINERALE SI MEDIU CATEDRA DE MINE


2/41

Dr Ioan BUD Dr Simona DUMADr Ioan BUD Dr Simona DUMA

PROVENIENA APEI DE MIN PRIVIT PRIN PRISMAPROVENIENA APEI DE MIN PRIVIT PRIN PRISMAMODELULUI NATURAL DE ALTERARE A SULFURILOR IMODELULUI NATURAL DE ALTERARE A SULFURILOR ICONSECINELE NCETRII ACTIVITII DE EXPLOATARECONSECINELE NCETRII ACTIVITII DE EXPLOATARE

Oxidarea sulfurilor i drenajul acid - una din cele maigrave probleme de mediu create de exploatarea ivalorificarea substanelor minerale utile

Drenajul acid este poluant prin aciditatea sa i prinproduii pe care-i solubilizeaz.

Capacitatea de generare acid a zcmntului, haldei desteril sau iazului de decantare o depete pe cea deneutralizare se elibereaz acizi. Fenomenul se numetedrenaj acid(n englez acid drainage, n francezdrainage acide).

Valorile limit cu risc pentru public i mediu sunt greu dedefinit. Anumite valori, periculoase ntr-un anumit caz

sunt acceptate n altele. Aciditatea potenial a sterilelor produs de pirita. Cndprezena piritei este de 0,5...1%, acidificarea datoritoxidrii ei se produce, solubilitatea metalelor grele cretei concentraia de metale grele n apele de percolaiepoate fi foarte ridicat antrennd poluarea apelor

subterane i de suprafa.


3/41


REACII DE OXIDARE

Pirita i marcasita n contact cu aerul i apa se oxideaz nsulfai i acid sulfuric.

Compoziia chimic a apelor se poate grupa n :

- ape acide cu pH < 5, Cu concentraii mari de metale isulfai;- ape neutre 5< pH < 8, coninut redus de metale

- alcaline pH > 8, coninut redus de metale, sulfaivariabili, As ridicat.

Reacia cea mai frecvent ntlnit este oxidarea piritei:FeS2+3,5O2+H2O Fe2++2SO42-+2H+ - catalizat deprezena Fe3+ i a bacteriilor

Fe2+ + O2 + Bacterii Fe3+

Fe3+ + FeS2 +3,5O2 + H2O Fe2+ +2SO42- + 2H+La oxidare hidroliz se formeaz hidroxidul feric sauocru:

Fe2++2H2O+1,5O2=Fe(OH)3+2H+

FeS2+3,5O2+8H2OFeSO47H2O+H2SO4 - mediu aerob,


4/41


FeSO4 7H2O melanterit, are culoare verde, dac sedeshidrateaz devine alb.

A doua reacie, de asemenea n mediu aerob este:4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 2Fe2 (SO4)3 + 2H2O

A treia reacie n timp mai ndelungat i condiiianaerobe, este o reacie de hidroliz:

3Fe2(SO4)3+12H2O2HFe3(SO4)2(OH)6+5H2SO4produce o cantitate mare de acid sulfuric i d un componentmetastabil n condiii oxidante.

Un alt tip de reacie este dat de oxidarea calcopiritei:CuFeS2+4O2+12H2OCuSO45H2O+FeSO47H2OCuSO4 5H2O calcantit, are culori: albastru

de Berlin, albastru deschis, se gsete sub form de stalactitepe pereii galeriilor de min.

Prin tamponare (prezena sau adugarea de mineralecarbonatice) are loc un consum de protoni. Reacia tipic estede forma:

CaCO3+H2SO4+H2O=CaSO42H2O+CO2Silicaii i hidroxizii pot intra n reacii de tamponare.

Reaciile de precipitare sunt:

Fe2(SO4)3+3Ca(OH)

2Fe(OH)3+3CaSO4Al2(SO4)3+3Ca(OH) 2Al(OH)3+3CaSO4


5/41

Dr Ioan BUD Dr Simona DUMA

Zona de oxidaie

Nivel hidrostatic inaintede exploatare

Zona de stabilitate asulfurilor

Limita zonei de oxidaieZona de stabilitate acarbonatilor de plumb

Plria de fier zona de stabilitate a

hidroxizilor de Fe a carbonatilor de

Pb, Au

Zona de cimentaie, precipitarea, precipitarea

sulfurilor, oxizilor de Cu i Au nativ

MODELUL NATURAL AL ALTERRII SULFURILOR

alterarea sulfurilor idrenajul acid, n urma

activitii miniere, serealizeaz prinsimilitudine cu modelulnatural al zcmintelorfiloniene. Acestea sunt,din punct de vedere

compoziional i aldezvoltrii spaiale,reprezentative i uneledin cele mai importantezcminte exploatabiledin ara noastr.

compoziia mineralogic a unui minereu filonian degenez hidrotermal cuprinde: pirit, calcopirit,blend, galen, tetraedrit, pirotin; esteprezent marcasita, ca fiind sulfura de fier cureactivitatea cea mai ridicat.

n zona de oxidaie se formeaz solveni puternici ca sulfatul feric(puternic oxidant) i acidul sulfuric.

Zonele dealterare n raportcu nivelulhidrostaticnainte deexploatare


6/41


Palaria defier


7/41


8/41


Zona dealterare


9/41


Zona dealterare


10/41

Dr Ioan BUD Dr Simona DUM

Reaciile chimice sunt:

FeS2+3,5O2+H2O=FeSO4+H2SO4Sulfatul feros se oxideaz i trece n sulfat feric n dou moduri:

6FeSO4+1,5O2+3H2O=2Fe2(SO4)3+2Fe(OH)3 (hidroxid feric)

4FeSO4+2H2SO4+O2=2Fe2(SO4)3+2H2O

Sulfatul feric este instabil n soluii neutre sau slab acide, n astfel de

condiii se hidrolizeaz n hidroxid feric i acid sulfuric:

Fe2(SO4)3+6H2O=2Fe(OH)3+3H2SO4

Sulfatul feric format atac pirita i alte sulfuri producnd sulfat feros:

Fe2(SO4)3+FeS2=3FeSO4+2S


11/41


Sulful se oxideaz i trece n SO2sau H2SO4. n soluii acide

sulfaii de fier rmn n soluie sau formeaz sulfai hidratai

simpli sau compleci. Sulfatul feric rmas n soluie este un

oxidant puternic care atac pirita i celelalte sulfuri.

2Fe2(SO4)3+CuFeS2=5FeSO4+CuSO4+2S

Fe2(SO4)3+PbS+H2O+1,5O2=PbSO4+2FeSO4+H2SO4

4Fe(SO4)3+ZnS+4H2O=ZnSO4+8FeSO4+4H2SO4Calcopirita, galena, blenda, etc pot forma sulfai n condiii oxidante,

chiar i n absena sulfurilor de fier (cu viteze de reacie mai mici):

CuFeS2+4O2=CuSO4+FeSO4;

PbS+2O2=PbSO4;

ZnS+2O2=ZnSO4;


12/41


Se concluzioneaz din acest model natural c:

- sulfurile pot fi stabile ntr-un timp indefinit n ap lipsit

de oxigen liber i cu circulaie lent (pnze freatice

profunde)- alterarea sulfurilor se produce n contact cu apa de

ploaie ncrcat n oxigen;

- sub nivelul freatic, reziduurile de materie organic

antrenat de apa de ploaie sunt suficiente pentru a crea

sulfurile de fier dau culori galben, rou; manganul d

culoare neagr; cuprul d culoare verde sau albastr

(azurit, malachit); cobaltul d culoare roz; nichelul dculoare verde etc.

Partea superioar a zonei de oxidaie este numitplria de fier

i este important n descoperirea zcmintelor i prognoza

asupra zonei nealterate.


13/41


MODIFICRI IMPUSE DE PREZENA LUCRRILOR MINIERE ICONSECINELE N CAZUL NCETRII ACTIVITII DEEXPLOATARE

galerie transversal deaccesla pu

pu de extracie a substaneimineraleutile

galerie transversal de acces la

zcmnt

zcmnt - acumulare de substanmineral util

Nivelul hidrostatic n timpul

exploatrii

Executarea lucrrilor miniere ntr-un filon vor modifica

permeabilitatea acestuia i a rocilor nconjurtoare. n timpul

existenei minei va scdea provizoriu a pnza freatic datoritevacurii apelor de min


14/41


Fisurarea i microfisurarea minereurilor i rocilor nconjurtoare

se datoreaz lucrrilor de mpucare i deformarea masivului n

urma golurilor create, care permite o suprafa mai mare de

contact ntre sulfuri i aer.

n timpul lucrrilor de explorare i exploatare, sulfurile, puse n contact

cu aerul umed din min vor genera o familie de sruri care sunt sulfai

hidratai. Aceti sulfai au dimensiuni mari i prin fora de cristalizare fac

s se fisureze minereul, amplificnd fisuraia existent sau formnd noi

fisuri.

Cei mai cunoscui sulfai sunt:

ZnSO47H2O goslarit (Fe,Cu)(SO4)7H2O

pisanit

FeSO4 7H2O melanterit MgSO47H2O epsomit

CuSO45H2O calcantit NiSO47H2O


15/41



16/41



17/41



18/41



19/41



20/41



21/41



22/41



23/41



24/41



25/41



26/41



27/41



28/41



29/41



30/41



31/41



32/41


Dup nchidere, apele de origine superficial ncrcate cu oxigen dizolvat


33/41


Dup nchidere, apele de origine superficial ncrcate cu oxigen dizolvaturc progresiv pentru a atinge nivelul freatic din zon. Sulfaii suntsolubilizai i ionizai. Ionii de Zn2+, Fe3+ Mg2+, SO42- vor scdea pH-ul pnla 3 i vor da reacii de oxidare ulterioare.

Activitatea bacteriilor ajut aceast degradarerapid:FeS2+3,5O2+H2O=Fe2++2SO42-+2H+

Reacia este catalizat de prezena Fe3+ i a bacteriilor. Aceste

reacii se opresc doar atunci cnd toate sulfurile n contact cu

apa vor fi degradate sau cnd condiiile de oxido-reducere a

prii profunde a pnzei freatice nu mai permite oxidarea Fe2+

i Fe3+. n acest caz, numai partea superficial a pnzei freatice

va putea permite oxidarea i va rmne activ. Inundarea unei

mine va fi urmat de o foarte intens activitate de generare de

sulfai, activitate care se va elimina foarte lent. Experienele nacest domeniu arat c activitatea maxim are loc n primii 10

ani i c regimul mediu este atins dup 25 ani. Dispariia total

a polurii poate fi atins dup 250...400 ani.

Care sunt remediile?


34/41


REMEDII PENTRU CONTROLUL REACIILOR DE OXIDARESe pot combina doi factori:1). factorul pH, care este un regulator a vitezei de degradare2). factorul oxido - reductor, care este regulator al activitii

Fe2+

/Fe3+

pH-ul - Cu ct pH-ul este mai ridicat cu att reactivitatea piritei i a altorsulfuri este mai mic. Se poate rambleia mina cu calcar care va conservaapa de min la un pH n jur de 6,5...8.

Factorul oxido reducere - Cu ct este mai puin oxigen liber n ap

care este n contact cu sulfurile cu att este mai mic activitatea Fe3+fa de pirit. Se poate rambleia mina cu o anumit cantitate dematerie organic care se va descompune consumnd oxigenul liber ide a mpiedica formarea de sulfai..Pentru ca reacia s debuteze mai rapid, o parte a materiei organiceva fi solubil (zaharoas), i compus esenial din celuloz. Riscurile

sunt:- generarea unei mari cantiti de CO2 datorat fermentaiei aerobicecare apare la nceput i consum oxigen;- generarea de metan CH4 care poate crea o atmosfer exploziv ngaleriile superioare i n locurile conectate cu mina;- apa care iese din min va fi srcit n oxigen i este duntoare

cursurilor de ap n care se revars.


35/41


Poluarea cu sulfat de Cu este prezent i azi de la exploatrile din

America de Sud din perioada descoperirii acesteia (1500). Singura

diferen este c n aceea epoc exploatarea se fcea la scar mici c o hald depea rar cteva sute de mii de tone. Azi sunt mine

care produc mai mult de 50 000 t de steril pe zi, care conin cteva

procente de sulfuri reziduale. Alterarea acestora genereaz cantiti

foarte mari de sulfai care se vor disemina n reeaua hidrografic i

sol.

O2-liber

n ap activitate Fe3+

redus

rambleu

materie organicsolubil

consumatoare de Oliber

RISCURI

formare CH4

apa srcit n O2


36/41


REACII CHIMICE N HALDE DE STERIL I IAZURI DEDECANTARE

Sulfurile diseminate vor primi periodic ap de precipitaiii sunt n contact cu aerul. Reactivitatea lor este extremi se va opri la dispariia total a sulfurilor.

- Perioade fr precipitaii - sulfurile in contact cu aerul -

generatoare de eflorescene de sulfai

- Perioadele ploioase - sulfaii vor fi lesivai - formnd ape

acide ncrcate n ioni ai metalelor grele iSO42-

- Perioadele secicu o puternic evaporare - are loc o

ascensiune capilar a apei care depune n partea superficial

sruri solubile ce vor antrena distrugerea plantelor prin

salinitatea lor.

FACTORII AGRAVANI


37/41


FACTORII AGRAVANI

Granulometria fin a materialului - factor agravant pnla un diametru de64m.- Peste 64mmaterialul se comport ca un nisip, apa de

precipitaii poate circula iar aerul poate penetra.

Natura sulfurilorn cazul piritei, tipul de cristalizare i starea cristalelor d o

mare varietate n reactivitate.FeS2 pirita (cristalizare cubic)marcasita (cristalizare rombic).

ntre o pirit masiv i o marcasit, suprafaa de contactpoate fi de 100...500 ori mai mare.Scara de reactivitate pentru aceeai granulometrie poate fi

exprimat lund reativitatea piritei masive ca unitate:- pirita masiv 1- pirita tectonizat 10...100- marcasit 100...500- pirit framboidal 1000...3000- melnicovit 49000...147000

- Sub 64mmaterialul se comport ca un nmol cu omic permeabilitate iar reactivitatea va fi ntrziat.

FACTORII CARE NTRZIE REACTIVITATEA


38/41


FACTORII CARE NTRZIE REACTIVITATEA

Etaneitatea iazului sau haldeiVectorul degradrii este aerul i apa, dac se diminueazaportul lor se ncetinete viteza de reacie. Etaneitatea

se realizeaz cu:

argil compact i/sau geomembran

pietri

sol vegetal


39/41


Adugarea de produi care ncetinesc reactivitateaAceti produi trebuie adugai pe msur ce se

construiete depozitul de steril. Este vorba devar ifosfai.Varul

- pH apelor bazic

- diminueaz reactivitatea sulfurilor.

Fosfaiise vor combina cu fierul n partea superficial a

granulelor pentru a forma un strat impermeabil de fosfat

de fier.Natura rocilor gazd ( ganga)

Calcarul sau dolomitul vor reaciona cu sulfaii metalici pentru

a precipita sub form de hidroxizi i a genera sulfai de calciu i

magneziu - produi sunt mai puin problematici pentru mediu i

cu tendina de a auto-etana depozitul, ocupnd progresiv

toate golurile i captnd apa prezent.


40/41


DURATA REACIILOR

Durata total a reaciilor va fi foarte variabil, n

funcie de natura piritei, permeabilitatea depozitului i

de clim.

Studiile fcute n Australia, Suedia, Africa de Sud, Frana, etc au

artat c aceast reactivitate poate atinge 400...500 ani, iar

activitatea maxim de oxidare a sulfurilor este n primii 25 ani.

Dup 250 ani reactivitatea rmne la aproximativ 20% dinreactivitatea iniial.

n primii 25 de ani, reaciile principale se situeaz ntre 6 i 8 m

adncime n iaz sau n hald (oxidarea piritei este exotermic, iar

msurarea temperaturii este un mijloc de a pune n eviden

reactivitatea).

Se poate concluziona c dac se las ntr-o stare simpl sau doar

vegetalizare, iazurile de decantare sau haldele de steril cu

coninut de sulfuri vor avea o durat de poluare lung (mai multe

sute de ani) i practic nu poate fi controlat.

EXEMPLU DE REACTIVITATE CENTENAR


41/41

EXEMPLU DE REACTIVITATE CENTENAR

Poluarea cu sulfat de cupru este prezent i azi de la

exploatrile din America de Sud din perioada descoperirii

acesteia (1500).

Azi sunt mine care produc zeci de mii de tone de steril pe zi,

care conin cteva procente de sulfuri reziduale, iar cantitile

de substan mineral procesat i depozitat n iazuri de

decantare ajung la milioane de tone anual pentru multe mine.

Alterarea acestora genereaz cantiti foarte mari de sulfai

care se vor disemina n reeaua hidrografic i sol.

Singura diferen este c n aceea epoc exploatarea se

fcea la scar mic i c o hald depea rar sute de mii de

tone.

Documents

Drenaj Acid