Environmentálne riziká tvorby kyslých banských vôd

Otília LintnerováPRIF UK, Bratislava

Banská Bystrica 09

Ložiská s obsahom sulfidov a tvorba AMD

Vody s nízkym pH Vody s vysokým obsah sulfátov a kovov vysoká mobilizácia Fe a tvorba okrových zrazenín

Interakcia kyslej vody s prostredím/okolím : Mobilizácia ťažkých toxických prvkov - kovov,

vylúhovanie prvkov z hornín (Al) alebo živín z pôd a i. Nepriaznivé fyziologické účinky na subakvatické

organizmy, vplyv na vegetáciu a deštrukcia pôd....

Oxidácia pyritu a ostatných sulfidov oxidácia pyritu – uvoľňovanie kyselín FeS2(S) + (15/4)0 2 (AQ) + (7/2) H2O(L) = Fe(OH) 3(S) + 2 H2SO4(L) Sulfidy iných kovov ako Fe (iné ako pyrit) nemusia nevyhnutne

zvyšovať kyslosť vody počas oxidácii, ale budú uvoľňovať kovy do roztokov:

sfalerit : ZnS(s) + 2O2(aq) → Zn2+ + SO42-

galenit : PbS(s) + 2O2(aq) → Pb2+ + SO42-

millerit NiS(s) + 2O2(aq) → Ni2+ + SO42-

greenockit CdS(s) + 2O2(aq) → Cd2+ + SO42-

covellit CuS(s) + 2O2(aq) → Cu2+ + SO42-

chalkopyrit CuFeS2(s) + 2O2(aq) → Cu2+ + Fe2+ + 2 SO42-

FeS2(S) + (15/4)0 2 (AQ) + (7/2) H2O(L) = Fe(OH) 3(S) + 2 H2SO4(L)

Sumárna rovnica oxidácie pyriru

Anorganický oxidačný mechanizmus

Produkty : hydroxid železitý a kyselina sírová

Oxidačné činidlo : kyslík

Rýchlosť oxidácia sulfidu anorganickou cestou je limitovaná

1.difúzia vzdušného kyslíka k povrchu sulfidu2. kinetikou Fe3+/Fe2+ reakcie : najpomalší krok určuje rýchlosť celej reakcie, a preto je veľmi významný pre oxidáciu pyritu3. Keď pH klesne pod 4,5, Fe3+ sa stane viacej rozpustné a začne pôsobiť ako oxidačné činidlo a pod pH 3 je to jediný dôležitý oxidant pyritu.

Baktérie Thiobacillus ferrooxidans zvyšujú rýchlosť oxidácie Fe2+ na Fe3+ o 5 – 6 rádov. Tento vzrast rýchlosti je o niečo vyšší ako je rýchlosť oxidácia pyritu Fe3+iónmi.

To znamená, že bakteriálna katalýza zabezpečuje dostatok Fe3+ - oxidačného činidla, čím sa docieli rýchly priebeh celkovej oxidácia pyritu

1. FeS2 + 7/2O2 + H2O FeSO4 + H2SO4 H = - 1440 KJ.mol-1

katalyzátor Th. ferrooxidans2. 2FeSO4 + H2SO4 + 1/2O2 Fe2(SO4)3 + H2O H = - 102

KJ.mol-1 3.   FeS2 + Fe 2(SO4)3 + 2H2O + 3O2 3FeSO4 + 2H2SO4

Produkcia tepla

Thiobacillus ferrooxidans - bakteriálna katalýza

Aeróbne baktérie potrebujú kyslík pre

dýchanie, hoci niektoré baktérie sú schopné použiť alternatívny

elektrónový akceptor namiesto kyslíka:

získavajú ho z rozpustených NO3

-, NO2

-, alebo Fe3+)

Ekologické podmienky : Teplota, živiny, spoločenstvo iných baktérií

sekundárne minerály na povrchu oxidovaných kryštálov FeS(Th. ferrooxidans)

Kde sa kyslé vody tvoria ?

Neutralizácia AMD

Dôležité neutralizačné reakcie: Neutralizačné rozpúšťanie karbonátov – kalcitu, dolomitu (ale nie ankerit, siderit )Neutralizačné rozpúšťanie oxyhydroxidov FeNeutralizačné rozpúšťanie silikátov

Spotreba vznikajúcej kyslosti : množstvo a rýchlosť tvorby

Kinetika pocesov – ako rýchlo prebehne reakcia oxidácie a neutralizačného rozpúšťania

profil ložiskom Smolník

( prevzaté z Bartalský 1993)

Ťažba ložísk : faktor ktorý zásadne mení rýchlosť a intenzitu zvetrávacích – exogénnych procesov v ložisku

Cicmanová (1999) upravené

Ťažba pyritu – surovina na síru – kyselinu sírovú

B-68 pH Fe SO42- Cd Pb As Cu Zn

(SM-9) mg/l mg/l μg/l μg/l μg/l μg/l μg/lMay 4 7.2 0.7 35 0.1 2.9 9 43 41May 30 7.2 1.2 41 2.3 5.5 6 50 37Jun 6 4.5 2.4 50 3.8 4.1 7 111 57August 10 3.2 17.2 450 14.6 81.1 634 2340 1200

Štúdie : Jaško et al., 1996, 1998, Šucha et al., 1996, Rojkovič et al., 2003

Sútok Smolnícky potok–Hnilec

Stav 2002-2004

Množstvá vody : hydrologické podmienkyobjem vody z bane – relatívne stabilné množstvo

priemerný prietok - 1 m3/s (5 m3/s) priemerný obsah suspenzií - 30mg/lpriemerné zloženie suspenzií - 10.79 % Fe, 0.136 % Cu a 0.055 % Zn,

potok transportuje v dolnom toku denne 2 590 kg suspenziíobsahujúcich 280 kg Fe, 3.54 kg Cu a 1.44 kg Zn.

a zároveň238.5 kg Fe, 13.05 Zn a 1.99 kg Cu v rozpustenej forme(na základe analýz vôd)

Transport látok - pred sútokom s Hnilcom

Šobov – Banská Štiavnica: ložisko kremencov a pyritom

Šucha et al. 1995, 1996, 2000

Banská Štiavnica : Malé ložiská, nízkosulfidické odkaliská

Vysokosulfidické odkaliská – viac ako 50 % pyritu/sulfidov

AMD : kyslé banské vody