Transcript Vznik a negatívne dopady tvorby kyslých banských vôd na prostredie

Environmentálne riziká tvorby
kyslých banských vôd
Otília Lintnerová
PRIF 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 :
galenit :
millerit
greenockit
covellit
chalkopyrit
ZnS(s) + 2O2(aq) → Zn2+ + SO42PbS(s) + 2O2(aq) → Pb2+ + SO42NiS(s) + 2O2(aq) → Ni2+ + SO42CdS(s) + 2O2(aq) → Cd2+ + SO42CuS(s) + 2O2(aq) → Cu2+ + SO42CuFeS2(s) + 2O2(aq) → Cu2+ + Fe2+ + 2 SO42-
Sumárna rovnica oxidácie pyriru
Oxidačné činidlo : kyslík
FeS2(S) + (15/4)0 2 (AQ) + (7/2) H2O(L) = Fe(OH) 3(S) + 2 H2SO4(L)
Produkty : hydroxid železitý a kyselina sírová
Anorganický oxidačný mechanizmus
Rýchlosť oxidácia sulfidu anorganickou cestou je limitovaná
1. difúzia vzdušného kyslíka k povrchu sulfidu
2. kinetikou Fe3+/Fe2+ reakcie : najpomalší krok určuje rýchlosť
celej reakcie, a preto je veľmi významný pre oxidáciu pyritu
3. 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.
Thiobacillus ferrooxidans - bakteriálna katalýza
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
Produkcia tepla
1. FeS2 + 7/2O2 + H2O
 FeSO4 + H2SO4
katalyzátor Th. ferrooxidans
H = - 1440 KJ.mol-1
2. 2FeSO4 + H2SO4 + 1/2O2  Fe2(SO4)3 + H2O
3. FeS2 + Fe 2(SO4)3 + 2H2O + 3O2
H = - 102 KJ.mol-1
 3FeSO4 + 2H2SO4
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
Spotreba vznikajúcej kyslosti : množstvo a rýchlosť tvorby
Dôležité neutralizačné reakcie:
Neutralizačné rozpúšťanie karbonátov –
kalcitu, dolomitu (ale nie ankerit, siderit )
Neutralizačné rozpúšťanie oxyhydroxidov Fe
Neutralizačné rozpúšťanie silikátov
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
(SM-9)
May 4
May 30
Jun 6
August 10
pH
7.2
7.2
4.5
3.2
Fe
mg/l
0.7
1.2
2.4
17.2
SO42mg/l
35
41
50
450
Cd
μg/l
0.1
2.3
3.8
14.6
Pb
μg/l
2.9
5.5
4.1
81.1
As
μg/l
9
6
7
634
Cu
μg/l
43
50
111
2340
Zn
μg/l
41
37
57
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 podmienky
objem vody z bane –
relatívne stabilné množstvo
Transport látok - pred sútokom s Hnilcom
priemerný prietok - 1 m3/s (5 m3/s)
priemerný obsah suspenzií - 30mg/l
priemerné zloženie suspenzií - 10.79 % Fe, 0.136 % Cu
a 0.055 % Zn,
potok transportuje v dolnom toku denne
2 590 kg suspenzií
obsahujúcich 280 kg Fe, 3.54 kg Cu a 1.44 kg Zn.
a zároveň
238.5 kg Fe, 13.05 Zn a 1.99 kg Cu v rozpustenej forme
(na základe analýz vôd)
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