Environmentlne rizik tvorby kyslch banskch vd Otlia Lintnerov

Environmentálne riziká tvorby kyslých banských vôd Otília Lintnerová PRIF UK, Bratislava Banská Bystrica 09

Ložiská s obsahom sulfidov a tvorba AMD n n n Vody s nízkym p. H 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 n n n n n oxidácia pyritu – uvoľňovanie kyselín Fe. S 2(S) + (15/4)0 2 (AQ) + (7/2) H 2 O(L) = Fe(OH) 3(S) + 2 H 2 SO 4(L) Sulfidy iných kovov ako Fe (iné ako pyrit) nemusia nevyhnutne zvyšovať kyslosť vody počas oxidácii, ale budú uvoľňovať kovy do roztokov: sfalerit : Zn. S(s) + 2 O 2(aq) → Zn 2+ + SO 42 galenit : Pb. S(s) + 2 O 2(aq) → Pb 2+ + SO 42 millerit Ni. S(s) + 2 O 2(aq) → Ni 2+ + SO 42 greenockit Cd. S(s) + 2 O 2(aq) → Cd 2+ + SO 42 covellit Cu. S(s) + 2 O 2(aq) → Cu 2+ + SO 42 chalkopyrit Cu. Fe. S 2(s) + 2 O 2(aq) → Cu 2+ + Fe 2+ + 2 SO 42 -

Sumárna rovnica oxidácie pyriru Oxidačné činidlo : kyslík Fe. S 2(S) + (15/4)0 2 (AQ) + (7/2) H 2 O(L) = Fe(OH) 3(S) + 2 H 2 SO 4(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 Fe 3+/Fe 2+ reakcie : najpomalší krok určuje rýchlosť celej reakcie, a preto je veľmi významný pre oxidáciu pyritu 3. Keď p. H klesne pod 4, 5, Fe 3+ sa stane viacej rozpustné a začne pôsobiť ako oxidačné činidlo a pod p. H 3 je to jediný dôležitý oxidant pyritu.

Thiobacillus ferrooxidans - bakteriálna katalýza Baktérie Thiobacillus ferrooxidans zvyšujú rýchlosť oxidácie Fe 2+ na Fe 3+ o 5 – 6 rádov. Tento vzrast rýchlosti je o niečo vyšší ako je rýchlosť oxidácia pyritu Fe 3+iónmi. To znamená, že bakteriálna katalýza zabezpečuje dostatok Fe 3+ - oxidačného činidla, čím sa docieli rýchly priebeh celkovej oxidácia pyritu Produkcia tepla 1. Fe. S 2 + 7/2 O 2 + H 2 O Fe. SO 4 + H 2 SO 4 H = - 1440 KJ. mol-1 katalyzátor Th. ferrooxidans 2. 2 Fe. SO 4 + H 2 SO 4 + 1/2 O 2 Fe 2(SO 4)3 + H 2 O H = - 102 KJ. mol-1 3. Fe. S 2 + Fe 2(SO 4)3 + 2 H 2 O + 3 O 2 3 Fe. SO 4 + 2 H 2 SO 4

Aeróbne baktérie potrebujú kyslík pre dýchanie, hoci niektoré baktérie sú schopné použiť alternatívny elektrónový akceptor namiesto kyslíka: získavajú ho z rozpustených NO 3 -, NO 2, alebo Fe 3+) Ekologické podmienky : Teplota, živiny, spoločenstvo iných baktérií

sekundárne minerály na povrchu oxidovaných kryštálov Fe. S (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 : faktorý zásadne mení rýchlosť a intenzitu zvetrávacích – exogénnych procesov v ložisku Cicmanová (1999) upravené

Ťažba pyritu – surovina na síru – kyselinu sírovú

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 m 3/s (5 m 3/s) priemerný obsah suspenzií - 30 mg/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