Наука за отпадъците и подробна литература за статични изпитвания и кинетични изпитвания като
обобщение
Резюме
Записи в индекса
Ключови думи: дренаж на киселинни мини, прогнозиране, статични тестове, кинетични тестове, ASTM влажни клетки, минералогия
Ключови думи: киселинен дренаж на мина, прогнозиране, статични тестове, кинетични тестове, влажност на клетка ASTM, минералогия
Пълен текст
Заустванията, генерирани от минната индустрия, често са източник на замърсяване на околната среда. Последното е свързано с тяхната физическа нестабилност (случай на купчини отпадъчни скали и задържащи диги в хвостохранилища), но също така и преди всичко с тяхната химическа нестабилност след взаимодействието им с атмосферата, по-специално с водата и водния въздух. Всъщност твърдите минни отпадъци могат понякога да съдържат незначителни количества неизползваеми метални минерали, като Fe сулфиди, които, когато са естествено изложени на действието на въздух (кислород) и влага (вода), се окисляват и генерират киселинност. Това явление се нарича дренаж на киселинни мини (AMD).
Тази статия започва с лаконично дефиниране на отводняването на киселинни мини и процесите на неговото образуване и неутрализация. След това е представено синтетично описание (с таблици) на статични тестове и кинетични тестове за прогнозиране на DMA с техните ограничения и предимства. Читателят ще намери много богата литература, занимаваща се с DMA, чрез международната конференция по отводняване на киселинни мини (ICARD) и канадската програма MEND, както и чрез многобройни статии в списания, включително Blowes and Ptacek (1994), Evangelou (1995), Nicholson и Scharer (1994), Nordstrom и Alpers (1999).
Таблица 1. Реакции на окисление с кислород и железно желязо на основните сулфидни минерали (Walder and Schuster 1998; Bussière et al. 2005 de Rimstidt 1994)
Окисление на сярните минерали под действието на кислород (неутрално рН)
Окисление на сулфидни минерали под действието на Fe 3+ (киселинно рН)
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 +
Двата сулфидни минерала, които най-често се срещат в минните отпадъци, са пирит и пиротин. Общото уравнение за окисляване на пирит под действието на вода и кислород за генериране на DMA е представено в уравнение 1 и се провежда на три етапа, подробности за които могат да бъдат намерени в Evangelou 1995; Blowes et al. 1998; Mylona и сътр. 2000; Nicholson et al. 1988 г.
Ролята на пиротина в образуването на DMA е подобна на тази на пирита, но с по-голям мащаб. Всъщност скоростта на окисление на пиротина е 20 до 100 пъти по-голяма от пирита на открито (Nicholson and Scharer 1994). В отпадъците от мина, пиритът и пиротитът могат да бъдат свързани понякога със значителни количества арсенопирит, особено в златни находища (където Au често се свързва с As). Халкопирит, сфалерит и галенит също вероятно ще бъдат открити в отпадъците от мини, но в много по-ниски остатъчни количества след концентрацията им за неблагородни метали. Таблица 1 показва техните реакции на окисление с кислород и Fe 3+. Почти неутрални, халкопиритът, сфалеритът (цветни метали) и галенът по принцип не генерират никаква киселинност (уравнения 2 до 6). Окисляването им под действието на Fe 3+ обаче генерира киселинност, както е показано в уравнения 7 до 11.
7), именно бикарбонатният йон (HCO3-) преобладава, но когато рН намалява (pH + (Dold 2005; MEND 2009).
CaCO3 + H + Ca 2+ + HCO3 (12)
CaCO3 + 2H + Ca 2+ + H2CO3 (13)
В световен мащаб реакциите на неутрализация на сярна киселина в резултат на окислението на пирит, от калцит и доломит са илюстрирани с уравнения 14 и 15. Уравнение 14 показва, от стехиометрична гледна точка, че са необходими два мола калцит, за да се неутрализира един мол сярна киселина, докато е необходим само един мол доломит за неутрализиране на един мол сярна киселина (уравнение 15), което му дава по-голям потенциал за неутрализация.
Не всички карбонати обаче имат еднаква кинетика на реактивност и еднаква способност да неутрализират киселината, получена от окисляването на сулфидите (Bouzahzah 2013). Blowes и Ptacek (1994) класифицират карбонатите според тяхната степен на реактивност в следния низходящ ред: калцит> доломит> Mg-анкерит> анкерит> сидерит. Кинетиката на разтваряне на калцита е най-бърза, което му дава най-добрата неутрализираща сила и позволява средата да се поддържа при неутрални условия на pH (между 6,5 и 7,5). Няколко проучвания считат, че сидеритът няма неутрализираща сила (Paktunc 1999b; Frostad et al. 2003; Barnes et al. 2009). Всъщност, частта от киселината, неутрализирана от сидерит и отменена от киселинността, генерирана от хидролизата на разтвореното й желязо; което ще бъде обяснено по-късно. Другият основен клас минерали с потенциал за неутрализация са силикатите, но тяхното участие остава доста ниско в сравнение с карбонатите поради ниската им кинетика на разтваряне (Frostad et al. 2003). Въпреки това, силикатите понякога могат сами да осигурят неутрализирането на киселинността в хвостохранилищата (Pépin 2009; Plante et al. 2010).