METODY ODHADU VZNIKU AMD

ODHAD VZNIKU AMD

METODY ODHADU VZNIKU AMD

• vznik AMD v podzemních i povrchových vodách má obvykle za následek finančně nákladnou dekontaminaci a sanaci

• je důležité znát potenciál vzniku AMD sulfidického odpadu 1)geologický model 2)geologický, geochemický a mineralogický popis 3)statické a dynamické geochemické testy 4)matematické modelování transportu kyslíku a geochemických procesů

ODHAD VZNIKU AMD – 1. GEOLOGICKÝ MODEL

ODHAD VZNIKU AMD – 1. GEOLOGICKÝ MODEL

1. GEOLOGICKÝ MODEL LOŽISKA • základní přístup k odhadu potenciálu vzniku AMD • využívá klasifikace ložisek a následné dedukce vzniku AMD • metoda má velké limity: předpokládá stejné faktory ovlivňující uvolnění kyselosti pro každý typ ložiska (stejná rudní mineralogie a okolní litologie) • úspěšně může být využita zejména pro stratigraficky shodná ložiska uhlí nebo rudní ložiska vulkanosedimentárních formací

ODHAD VZNIKU AMD – 2. POPIS 2. GEOLOGICKÝ, GEOCHEMICKÝ A MINERALOGICKÝ POPIS z Î Î Î Î Î Î

již během průzkumu ložiska se získávají informace o: lithologiích na ložisku strukturách na ložisku mineralogie a textuře rudy a jaloviny zrnitosti hloubce oxidační zóny chemickém složení hornin

• spolu se statickým loužícím testem mohou být použity ke vzniku trojrozměrného blokového modelu ložiska rozlišující bloky podle různého potenciálu vzniku AMD

ODHAD VZNIKU AMD – 2. POPIS 2. GEOLOGICKÝ, GEOCHEMICKÝ A MINERALOGICKÝ POPIS z

Î

Î

Î

sulfidické odpadů se studují různými mineralogickými a geochemickými metodami za účelem zjištění: velikost a tvar zrn, velikost povrchů, krystalinita, distribuce a stupeň oxidace sulfidů, minerály jaloviny, sekundární minerály (XRD, optická mikroskopie, skenovací elektronová mikroskopie + EDS/WDS) množství kovů a metaloidů v minerálech, které mohou být potenciálně uvolněny během oxidace sulfidů (mikrosonda) vazba, bioavailabilita a potenciální mobilita kovů (jednoduché nebo sekvenční extrakce)

1

ODHAD VZNIKU AMD

z

z

z

z

ODHAD VZNIKU AMD - 3. STATICKÝ TEST

PROBLEMATIKA ODBĚRU VZORKŮ

3. STATICKÝ LOUŽÍCÍ TEST (VSÁDKOVÝ)

distribuce kyselinotvorných minerálů a minerálů pufrujících nízké pH je heterogenní v mikro- i makroměřítku

z není standardizován, existuje celá řada přístupů, doporučení a návodů :-(

problém získání reprezentativního vzorku horniny (obvykle z vrtů) pro studium stanovení potenciálu vzniku AMD: zejména polymetalické a mezotermální žilná ložiska

a. Měření pH a vodivosti v suspenzi

smíšený vzorek z vrtů vede spíše k podcenění vzniku AMD při odběru sulfidických odpadů (obvykle jen z historická těžby) pro stanovení potenciálu vzniku AMD obvykle stačí smíšený vzorek z 15-30 vzorků

z reprezentativní rozdrcený vzorek je saturovaný destilovanou vodou na 12-24 hodin z pokud je pH suspenze < 4, pak vzorek uvolňuje kyselost z pokud je EC suspenze > 20 μS/cm, pak dochází vysokému uvolnění látek do roztoku



b. Stanovení kyselin a bází (Acid Base Accounting, ABA)


1. produkce kyseliny: stanovuje maximum H2SO4 potenciálně uvolněné z haldy na základě celkového obsahu síry ve vzorku (MPA „Maximum Potential Acidity“ nebo APP „Acid Production Potential“ v kg H2SO4/t = wt.% S × 30,625 nebo AP “Acid Potential” v kg CaCO3/t = wt.% S × 31,25 )

3a. Výpočet NAPP “Net Acid Production Potential”: rozdíl mezi MPA a ANC (NAPP = MPA – ANC) => tzn. pozitivní NAPP indikuje možnost vzniku AMD a negativní NAPP vyšší pufrační potenciál

2. spotřeba kyseliny: určuje pufrační kapacitu pomocí titrace okyseleného vzorku (ANC “Acid Neutralizing Capacity“ nebo AC „Acid Consumption“ v kg H2SO4/t nebo NP “Neutralization Potential” v kg CaCO3/t)

3b.Výpočet NNP “Net Neutralization Potential”: rozdíl mezi NP a AP (NNP = NP - AP); odpady s NNP > 0 kg CaCO3/t teoreticky nemají potenciál ke vzniku AMD, prakticky to platí pro materiály s NNP > +20 nebo +30 kg CaCO3/t




c. Celková produkce kyselin (Net Acid Generation, NAG)

3c. Výpočet NPR “Neutralization Potential Ratio”: poměr mezi NP a AP nebo MPA (NP/AP nebo NP/MPA) => tzn. teoreticky při NPR > 1 nebude vznikat AMD, při NPR < 1 indikuje vznik AMD; prakticky však bezpečná hodnota poměru je vyšší než 2, 3 ,4

z přímo stanovuje množství vzniklé H2SO4 ve vzorku odpadu z do vzorku se přidává silné oxidační činidlo (peroxid vodíku), které urychluje oxidaci sulfidů a po 24 hodinách následuje měření pH a obsahu S z pokud je výsledné NAG pH > 4,5, vzorek není kyselinotvorný z při NAG pH < 4,5 vzorek uvolňuje přemíru kyselosti

2


ODHAD VZNIKU AMD - 3. STATICKÝ TEST 3. STATICKÝ LOUŽÍCÍ TEST (VSÁDKOVÝ) • výhodou statického testu je jednoduchost, rychlost, malé finanční náklady • nevýhodou je nepřesnost (mnoho předpokladů):

a: vzorky s odlišnými NAG a NAPP výsledky musí být charakterizovány mineralogickým studiem a dynamickým testem

¾ vzorky jsou drcené a mleté což vede ke zvětšení povrchu ¾ měřený celkový obsah síry obvykle nereprezentuje AP nebo MPA, protože kromě sulfidické síry jsou obsaženy sírany a elementární síra ¾ předpokládá že všechny minerály produkující a neutralizující kyselost budou reagovat; nepředpokládá vznik povlaků sekundárních minerálů ¾ oxidace organické hmoty během NAG testu může ovlivnit pH

ODHAD VZNIKU AMD - 4. DYNAMICKÝ TEST


4. DYNAMICKÝ LOUŽÍCÍ TEST (KOLONOVÝ) z

z

z

z

simulace zvětrávání a oxidace v sulfidickém odpadu interakce materiálu se vzduchem a vodou po několik měsíců až 3 roky (urychluje se vstupem většího množství vody) experiment probíhá s dobře charakterizovaným materiálem o navážce od 1 kg po několik tun, průběžně se měří pH, EC, rozpuštěné sírany, kovy a metaloidy hlavní výhoda je ve zjišťování časové posloupnosti procesů (začátek oxidace, zpomalení oxidace, etc.), měření výstupu kovů a metaloidů


metodika není standardizovaná (laboratorní testy vs. testy v terénu)

z

testy v terénu jsou výhodnější, neboť zaručují stejné klimatické podmínky, a obvykle i možnost testování většího množství materiálu

z


3


ODHAD VZNIKU AMD - 5. MODELOVÁNÍ 5. MATEMATICKÉ MODELOVÁNÍ OXIDACE z

z

z

jednoduché modely, které nepředpokládají vliv mnoha faktorů; využívá jen malého množství proměnných složitější geochemické modely (software); kvantifikuje se fyzikální mechanismus, který nejvíce ovlivňuje oxidaci; využívá parametrů pH, teploty, Fe3+ koncentrace, zrnitostní distribuce, velikosti povrchu, bakteriální populace, složení sulfidů, krystalinity sulfidů, etc. modely jsou obvykle stále zatím více efektní nežli efektivní…

MONITORING SULFIDICKÝCH ODPADŮ


TERÉNNÍ INDIKÁTORY SULFIDICKÉ OXIDACE → charakteristické zbarvení horniny a sraženin ve vodě vlivem vzniku sekundárních Fe oxidů a hydroxidů → pach po síře → neúspěšná vegetace na důlních odpadech → časté výkvěty sekundárních minerálů uvnitř odpadů a na jejich povrchu → zvýšená magnetická susceptibilita způsobená vysokým množstvím magnetických Fe oxidů a karbonátů



TERÉNNÍ INDIKÁTORY SULFIDICKÉ OXIDACE

OBVYKLÉ PARAMETRY MONITORINGU

→ zvýšená teplota v odpadu vlivem oxidace sulfidů

→ rozpuštěné koncentrace kontaminantů a jejich toky ve vodě

→ snížený obsah kyslíku v pórovém plynu

→ teplotní profily sulfidickými odpady: (a) dálkové snímkovaní teploty teplotní infraredovou spektrometrií je vhodné pro určování oxidace na povrchu (lomy), (b) in situ, uvnitř těles důlních odpadů umístěním termistorů nebo termočlánků

→ snížené pH, zvýšené EC, sírany, kovy (Cu, Zn, etc.) a hlavní kationty (Na, K, Ca, Mg) v interagujících vodách • poslední tři zmíněné indikátory se obvykle využívají k monitoringu sulfidických odpadů, abychom (1) znali začátek vzniku AMD, vývoj v produkci AMD případně (2) určili efektivitu sanace / rekultivace

→ koncentrace kyslíku v pórovém plynu: profil koncentrace kyslíku důlním odpadem obvykle ukazuje pokles koncentrace s hloubkou; oblasti s aktivní oxidací se projevují ostrým gradientem parciálního tlaku kyslíku v profilu

4

DOPADY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ


→ eroze důlních odpadů → chudá nebo žádná vegetace

• vysoký obsah solí, kyselost, nízký obsah půdních živin (N, P) a organické hmoty zamezuje rozšíření vegetace • nedostatek vegetačního pokryvu vede ke zvýšení eroze • nerekultivovaná tělesa důlních odpadů se velmi pomalu postupně zatravňují a zalesňují sama adaptovanou flórou



Eolická eroze jemnozrnného materiálu Ni-Cu odkaliště

Výkvěty Ni, Cu a Fe síranů na povrchu odkaliště vlivem intenzivní evaporace



5



PREVENCE OXIDACE SULFIDŮ


• cílem je minimalizovat interakci sulfidického odpadu s reaktanty oxidace: ¾ voda ¾ kyslík ¾ úprava pH ¾ zamezení vzniku Fe3+ ¾ zamezení bakteriální činnosti ¾ odstranění nebo izolace sulfidů • tvorba bariéry (mokré nebo suché), selektivní nakládání a izolace sulfidických odpadů, mísení s jinými anorganickými materiály a organickými odpady, bakteriální inhibice, vznik krust



MOKRÉ BARIÉRY • principem je zatopení sulfidického odpadu a snížení koncentrace a transportu kyslíku • navíc se tím snižuje míra eroze a podporuje růst bakterií redukující síran (fixace kovů do novotvořených sulfidů) • vhodné jen pro důlní odpady s vysokým obsahem sulfidů (oxidační produkty se mohou ve vodě rozpouštět) • musí být trvale zachováno stagnující anoxické prostředí: hloubka vodního sloupce musí být dostatečná, aby nedocházelo ke zvýšenému přísunu kyslíku vlnami ¾ srážky převažují nad evaporací (nikoli semi-aridní oblasti) ¾

6


PREVENCE OXIDACE SULFIDŮ SUCHÉ BARIÉRY • principem je překrytí sulfidického odpadu vrstvou pevného materiálu a snížit transport kyslíku a vody • pro překryv se používá materiál s nízkou hydraulickou konduktivitou: nesulfidické důlní odpady, oxidované odpady, jílové půdy, půdy, organické odpady a neutralizační materiál (vápenec, vápno, dolomit, brucit) • nejjednodušeji se používá jílu zhutnělého na cca 1 m tlustou vrstvu • často se používá i komplexní, kombinované bariéry



SUCHÉ BARIÉRY • kombinovaná suchá bariéra může vypadat takto (od povrchu směrem dolů): ¾ vrstva půdy a horniny- zadržuje vlhkost, je substrátem pro vegetaci a zabraňuje erozi ¾ vrstva hrubozrnného materiálu- odvádí infiltrovanou vodu ¾ vrstva stlačeného jílu (> 30 cm)- malé vzdušné póry, snižuje propustnost bariéry a snižuje rychlost difůze kyslíku ¾ vrstva hrubozrnného materiálu- zabraňuje kontaktu salinních důlních vod s vrstvou jílu ¾ vrstva stlačeného neutralizačního materiálů- snižuje reaktivitu důlního odpadu a iniciuje vznik chemické zátky (krusty)


PROBLÉMY • eroze, subsidence, degradace na svazích


SUCHÉ BARIÉRY

SUCHÉ BARIÉRY

•

•

konstrukce efektivní suché bariéry souvisí na klimatu oblasti

1. Nesaturovaná bariéra: • používá se v (semi)-aridních oblastech, kde převažuje evaporace nad srážkami • musí rychle odvádět srážkovou vodu po povrchu a zabraňovat infiltraci a difůzi kyslíku • tenká svrchní vrstva půdy zabraňuje zakořenění stromů


2. Saturovaná bariéra: • používá se v humidních oblastech • vrstvy zůstávají po celý rok saturované vodou (pomalá difůze kyslíku) • kvalitní saturovaná bariéra odvádí srážkovou vodu a zároveň je vrstva písčitých jílovců nasycená vodou • při vysušení mohou vzniknout trhliny v jílové vrstvě – odtok AMD

7


PREVENCE OXIDACE SULFIDŮ SUCHÉ BARIÉRY •

3. Sací „sponge“ bariéra: • používá se v oblastech s výraznými sezónními dešti • vrchní propustná vrstva se během dešťů nasytí vodou, která zabraňuje přístupu kyslíku • vstup vody do sulfidických vrstev je limitován silnou evapotranspirací • vliv vegetace je významný

Rum Jungle uranium mine: trhliny v jílové vrstvě vedly k odtékání AMD

PREVENCE OXIDACE SULFIDŮ ZAPOUZDŘENÍ SULF. ODPADŮ, UKLÁDÁNÍ DO LOMŮ •


principem je obklopení sulfidických odpadů s vysokým potenciálem vzniku AMD benigním odpadem (oxidační odpady, neutralizační látky)

PREVENCE OXIDACE SULFIDŮ SPOLUUKLÁDÁNÍ ODPADŮ S RŮZNOU ZRNITOSTÍ • principem je míšení a ukládání hrubozrnné hlušiny s jemnozrnným úpravárenským odpadem • mění se hydraulické vlastnosti, které vedou k větší saturaci a zadržení vody → transport kyslíku je pomalý

¾ zapouzdření na haldách „encapsulation method“ ¾ ukládání do vytěžených prostor lomu „in-pit disposal method“



MÍŠENÍ S NEUTRALIZAČNÍMI MATERIÁLEM

MÍŠENÍ S ORGANICKÝMI MATERIÁLEM

• přidává se alkalický materiál, který zvyšuje neutralizační potenciál (vápenec, vápno)

• je buď podpovrchovou součástí suchých bariér nebo tvoří reaktivní, málo propustnou povrchovou vrstvu

• cílem je (a) minimalizovat vznik AMD a (b) fixovat potenciálně rozpustné kovy a metaloidy (oxidy, hydroxidy, karbonáty, sírany)

• používá se splaškový kal, štěpka, piliny, mrva, rašelina, papírenské odpady, komunální odpady

• míšení musí probíhat před ukládáním odpadů; povrchová aplikace alkalického materiálu není úspěšná • nevýhodou je probíhající oxidace sulfidů; dochází k fixaci Fe, Al, Cu, a Pb, nicméně As, Cd, Mo a Zn mohou být mobilní

• mechanismy inhibice oxidace sulfidů jsou: ¾ pufruje pH a tvoří redukční podmínky, které vedou k redukci síranu na sulfid a fixaci kovů do sulfidů ¾ rozpuštěné organické látky tvoří se železem stabilní organické komplexy nebo i sekundární fáze ¾ organické látky se sorbují na povrchy sulfidů a zpomalují tak jejich oxidaci

8

PREVENCE OXIDACE SULFIDŮ POUŽITÍ ANTIBAKTERIÁLNÍCH LÁTEK „BAKTERICIDŮ“ • některé anionogenní detergenty, organické kyseliny a potravinářské konzervanty se chovají jako selektivní baktericidy (laurylsíran sodný, alkylbenzensulfonát) • nevýhody baktericidů jsou v možných dopadech na životní prostředí: ¾ toxicita na jiná společenstva organismů ¾ vznik rezistivity vůči baktericidům ¾ komplikace při zajištění homogenní aplikace baktericidu v důlním odpadu ¾ jsou rozpustné ve vodě → mohou odtéct → musí se opakovaně aplikovat při vzniku nových populací bakterií

9

METODY ODHADU VZNIKU AMD

Recommend Documents