산광 배수

Acid mine drainage
스페인의 리오 틴토
샤모킨 하천의 산성 광산 배수로 얼룩진 바위

산성 광산 배수, 산성 및 금속 배수(AMD) 또는 산성 암석 배수(ARD)는 금속 광산 또는 탄광에서 산성 물이 유출되는 것입니다.

산성 암석 배수는 암석 풍화 과정의 일부로 일부 환경에서 자연적으로 발생하지만, 광업 및 기타 대규모 건설 활동(일반적으로 황화물 광물이 풍부한 암석 내)의 특징인 대규모 토양 교란으로 인해 악화된다.지반이 교란된 지역(예: 건설 현장, 구획 및 운송 통로)은 산성 암석 배수를 발생시킬 수 있다.많은 지역에서 석탄재고, 석탄처리시설, 석탄세탁기, 석탄폐기물 끝부분에서 배출되는 액체는 고산성이 될 수 있으며, 이러한 경우 산암배수로 처리된다.이 액체에는 종종 구리나 철과 같은 독성 금속이 들어 있습니다.이것들은 pH의 감소와 결합되어 하천의 수중 환경에 해로운 영향을 미친다.

마지막 주요 해수면 상승 후 해안 또는 하구 조건 하에서 형성된 산성 황산 토양의 교란으로 동일한 유형의 화학 반응과 과정이 발생할 수 있으며, 이는 유사한 환경적 위험을 구성한다.

품목 분류 표

역사적으로 활성광산이나 폐광산에서의 산성유출은 산성광산배출(AMD)이라고 불렸다.산성암 배수(ADD)라는 용어는 1980년대와 1990년대에 도입되어 산성 배수가 [1]광산이 아닌 다른 광원에서 발생할 수 있음을 나타냈습니다.예를 들어, 1991년에 이 주제에 관한 주요 국제 회의에서 발표된 논문의 제목은 "산암 배수 예측 - 데이터베이스에서 [2]얻은 교훈"이었습니다. AMD와 ARD는 모두 황화물 광물의 산화로 인해 발생하는 낮은 pH 또는 산성수를 가리킵니다. 그러나 ARD는 더 일반적인 이름이지만, AMD와 ARD는 모두 황화물 광물의 산화로 인한 낮은 pH 또는 산성수를 가리킵니다.

광산으로부터의 배수가 산성이 아니고, 금속이나 금속이 용해되어 있거나, 원래 산성이었지만, 그 유로를 따라 중화되어 있는 경우에는, 「중립 광산 배수」,[3] 「광산의 영향을 받는 물」,[4] 또는 그 외의 방법으로 기술한다.다른 이름들은 널리 받아들여지지 않았다.

발생.

이 경우 황철광은 용해되어 입방체 모양과 잔류 금을 생성한다.이 고장은 산성 광산 배수의 주요 동인이다.

지하 채광은 종종 수면 아래로 진행되기 때문에 홍수를 막기 위해 광산에서 끊임없이 물을 퍼내야 한다.광산이 버려지면 펌핑이 중단되고 광산이 물에 잠깁니다.이러한 물의 도입은 대부분의 산성 암석 배수 상황에서 초기 단계입니다.미행 말뚝이나 연못, 광산 폐암 처리장,[3] 석탄 전리품도 산성 광산 배수의 중요한 원천이다.

공기와 물에 노출된 후 주변 암석 및 오버부하 내에서 금속 황화물(종 철-황화물인 황산황산염)의 산화가 산도를 생성합니다.박테리아 군체와 고세균은 비생물적 환경에서도 반응이 일어나지만 금속 이온의 분해를 크게 가속화한다.혹독한 조건에서 생존할 수 있는 능력 때문에 극친동물로 불리는 이 미생물들은 암반에서 자연적으로 발생하지만, 제한된 물과 산소 공급은 보통 그들의 숫자를 낮게 유지해요.산성애자로 알려진 특수 극친성애자들은 특히 폐광의 낮은 pH 수치를 선호한다.특히, Acidithiobacillus Ferrooxidans는 황철광 [5]산화의 주요 원인이다.

금속 광산이 광석은 황화 광물 또는 pyrite과 관련된 높은 산성의 방전이 발생할 수 있다.이 경우에 지배적인 금속 이온이 아닐 수도 있지만 철 아니라 아연, 구리 또는 니켈입니다.구리의 가장 일반적으로 채굴 광석, chalcopyrite 그 자신이 copper-iron-sulfide과 다른 황화물의 범위에 일어난다는 점이다.산성 광산 배수의, 구리 광산은 종종 주된 범인.

후에 채굴 시작한다 다머지 대부분 광산에서 수십년 동안 발견되지 않습니다 일부 탄광에서, 산성 배수 2–5년 안에 탐지된다.[표창 필요한]후에 첫 발견이 산성 배수 수십년 혹은 수세기 동안 생성할 수 있다.이런 이유로, 산성 광산 배수 심각한 장기적인 환경 문제 광산 관련된 것으로 간주된다.[표창 필요한]

화학

상세 정보:산성 광산 배수에 Acidophiles.

황철광, 제1철 이온의 생산과 나중에 제2철 이온, 산화의 화학 작용은 매우, 이 복잡성을 상당히 효과적인 치료 선택 사항의 디자인이 억제됬다 복잡하다.[6]

지금까지 화학 과정에서 호스트 acid 광산 배수에 기여한, 황철석 산화 가장 큰 기여를 했다.이 과정에 대한 일반적인 방정식: 있다.

O2O2FeS 2(s)+7(g)+2H2(나는)⟶ 2Fe2+(aq)+4 그러니깐 4명은 2−(aq)+4H+(aq){\displaystyle{\ce{2FeS2{\scriptstyle(s)}+7O2{\scriptstyle(g)}+2H2O{\scriptstyle(나는)}->, 2Fe^{2}+{\scriptstyle(aq)}+4.SO4^{2}{\scriptstyle(aq)}+4H+{\scriptstyle(aq)}}}}.[7]

황화물이 황산염으로 산화되면 철(II)이 가용화되고, 철(II)은 철(II)로 산화됩니다.

Fe2+ ( ) + 2 () + + ( 4 3+ ( ) + O () ( style { Fe ^ { } + { \ style ( ) + { \ style ( ) + 4 H + fe - 4>）

이러한 반응 중 하나는 자발적으로 발생할 수도 있고 산화 반응에서 에너지를 얻는 미생물에 의해 촉매될 수도 있다.생성된 철 양이온은 추가적인 황철산염을 산화시켜 철 이온으로 환원할 수도 있습니다.

이러한 반응의 순효과는 pH를 낮추고 철 이온의 용해성을 유지하는 H를 방출하는+ 것이다.

영향들

pH에 대한 영향

노천 탄광에서 산성 배수를 받는 노란 소년.

철산 광산의 지하에서 47°C(117°F)[8]의 높은 수온이 측정되었으며, pH는 -3.[9]6까지 낮을 수 있습니다.

산성 광산 배수를 일으키는 유기체는 pH가 0에 가까운 물에서 번성할 수 있다.음의 pH는[10] 물이 이미 산성 풀에서 증발하여 수소 이온의 농도를 높일 때 발생합니다.

펜실베니아에서 배출되는 탄광의 절반 가량은 pH가 [11]5 미만이다.그러나 펜실베니아 역청 지역과 무연탄 지역 모두에서 광산 배수의 일부는 알칼리성이며, 이는 과도한 부담의 석회석이 [citation needed]배수가 발생하기 전에 산을 중화시키기 때문입니다.

산성 암석 배수는 펜실베니아 주 스테이트 칼리지 근처에 99번 주간 고속도로 건설을 완료하는 데 걸림돌이 되었다.그러나 이 산성암 배수는 광산에서 나온 것이 아니라 도로를 절단할 때 발굴된 황철암이 산화되어 [citation needed]I-99 공사에서 충전재로 사용되었습니다.캐나다 [12]핼리팩스 스탠필드 국제 공항에서 황철암 슬레이트 관련 유사한 문제가 발생했다.이러한 현상이 채굴 이외의 토사 이동 작업의 결과일 경우 "산성 암반 배수"[citation needed]라고 불리기도 합니다.

옐로보이

산성 광산 배출의 pH가 민물 또는 중화광물과의 접촉을 통해 3을 초과하여 상승하면 이전에 용해된 철(II) 이온은 수산화철(II)로 침전되며, 황색-주황색 고체인 황색 [13]소년으로 알려져 있습니다.산화철, 옥시드록시드 및 황산염(자라이트 등)을 포함한 다른 유형의 철 침전이 가능하다.이 모든 침전물은 물을 변색시키고 하천의 생태계를 교란시키면서 하천의 식물과 동물의 생명을 질식시킬 수 있다.또한 이 과정에서 추가적인 수소 이온이 생성되어 pH를 더욱 낮출 수 있습니다.경우에 따라서는 옐로우 보이의 수산화철 농도가 너무 높아서 침전물을 회수하여 [14]색소에 상업적으로 사용할 수 있습니다.

미량 금속 및 세미 금속 오염

많은 산성 암석 방출에는 특히 미량 범위와 납, 비소, 알루미늄 및 망간과 같은 반금속 이온이 낮은 니켈과 구리 등 잠재적으로 독성이 있는 금속도 많이 포함되어 있습니다.황철산화에 의해 생성된 산성물에서 발견되는 것과 같이 높은 수준의 중금속은 낮은 pH를 가진 물에서만 용해될 수 있다.영국의 사우스웨일스 계곡 주변의 석탄 벨트에서 석탄 저장소에서 나오는 산성 니켈이 풍부한 배출은 특히 [citation needed]골칫거리임이 입증되었다.

수생 야생동물에 미치는 영향

산성 광산 배수 또한 영향을 받는 수역 내에 사는 야생 동물들에게 영향을 미친다.산성 광산 배수의 영향을 받는 하천이나 하천의 일부에 사는 수생 대식충동물은 개체수가 적고 다양성이 낮으며 바이오매스도 낮다.많은 종류의 물고기들도 [15]오염을 견디지 못한다.대식세포 중에서 특정 종은 특정 수준의 오염에서만 발견될 수 있는 반면, 다른 종은 광범위한 [16]범위에서 발견될 수 있다.

식별 및 예측

광산 환경에서는 프로젝트 초기 단계에서 광산 자재의 지구화학적 평가를 수행하여 AMD의 가능성을 확인하는 것이 가장 중요합니다.지구화학적 평가는 주요 지구화학적 매개변수의 분포와 가변성, 산 생성 [17]및 원소 침출 특성을 매핑하는 것을 목표로 한다.

평가에는 다음이 포함됩니다.[17]

  1. 샘플링
  2. 정적 지구 화학적 시험(예: 산염기 계산, 황 사양)
  3. Kinetic Gechemical Testwork - 산도 발생률[18] 정량화를 위한 OxCon 등 산소 소비량 시험 실시
  4. 산화, 오염물질 생성 및 방출 모델링
  5. 재료 조성의 모델링.

치료

감시

영국에서는 폐광에서 배출되는 많은 것들이 규제에서 면제된다.이러한 경우 석탄청 등의 파트너와 협력하는 환경청은 포트 탈봇 근처의 아판 강 계곡의 펠레나 강이나 Ynysarwed의 니스 강 옆에 건설된 습지 등 몇 가지 혁신적인 해결책을 제공했다.

폐광된 지하 갱도가 대부분의 산성 갱도 배수를 발생시키지만, 최근 채굴 및 매립된 일부 지표 갱도에서는 ARD가 생성되어 지역 지하수 및 지표수 자원이 저하되고 있습니다.광산 현장에서 하천으로의 방류가 허용되기 전에 활성 광산에서 생성된 산성수는 pH 6-9에 도달하기 위해 중화되어야 한다.

캐나다에서는 광산 환경 중립 배수(MEND) 프로그램에 따라 산성 광산 배수 효과를 줄이기 위한 작업이 집중되어 있습니다.산성 암석 배수로 인한 총 부채는 [19]20억에서 50억 CAD 사이인 것으로 추정됩니다.MEND는 8년 동안 1,750만 [20]CAD의 투자에서 최대 4억 CAD의 ARD 부채를 줄였다고 주장하고 있습니다.

방법들

석회 중화

지금까지 산성 광산 배수 처리에 가장 일반적으로 사용되는 상용 공정은 고밀도 슬러지(HDS) 공정에서의 석회(CaO) 침전이다.본 발명은 산광배수 및 재활용 슬러지를 포함한 탱크에 석회 슬러리를 분산시켜 물 pH를 약 9로 높인다.이 pH에서 대부분의 독성 금속은 재활용 슬러지의 존재로 인해 불용성 및 침전된다.선택적으로, 철과 망간을 산화시키고 침전을 돕기 위해 이 탱크에 공기를 도입할 수 있습니다.생성된 슬러리는 정화제와 같은 진흙 침전 용기로 보내집니다.이 용기에서는 깨끗한 물이 넘쳐서 방출되는 반면 침전된 금속 침전물(슬러지)은 진흙을 빨아들이는 측류와 함께 산성 광산 배수 처리조로 재활용됩니다.ARD의 화학 작용, 부피 및 기타 [21]요인에 의해 지시된 바와 같이 이 과정의 많은 변형이 존재합니다.일반적으로 HDS 공정의 제품에는 석고(CaSO4)와 미반응 석회도 포함되어 있어 침하성과 재산화와 금속 이동에 대한 내성을 모두 향상시킵니다.이 과정에 대한 일반적인 방정식: 있다.

HSO24 + CaO → CaSO4 + HO2

또는 보다 정확하게 수용액에서:

SO2−
4 + 2+ H + CaO2+2−(aq) → Ca2+ + SO2−
4(aq) + 2 H+ + O2−(aq)

단순 석회 중화 등 덜 복잡한 이 공정의 변형에는 석회 사일로, 혼합 탱크 및 침전지가 포함될 수 있습니다.이러한 시스템은 구축 비용이 훨씬 적게 들 뿐만 아니라 효율도 떨어집니다(반응 시간이 길어져야 하며, 존재하는 경우 미량 금속 농도가 더 높은 방전이 발생합니다).그것들은 비교적 작은 흐름이나 덜 복잡한 산 광산 [22]배수에 적합할 것이다.

규산칼슘 중화

가공된 강철 슬래그로 만들어진 규산칼슘 공급원료는 벌크 용액에서 유리수소 이온을 제거하여 pH를 증가시킴으로써 AMD 시스템의 활성 산도를 중화시키는 데도 사용할 수 있다.규산 음이온은 H이온을 포착+(pH 상승)하면서 중성용질인 모노실산(HSIO44)을 형성한다.모노실산은 산성 조건의 부작용을 교정하는 데 많은 역할을 하기 위해 벌크 용액에 남아 있다.벌크용액에서 규산 음이온은 토양용액 [23]중 H 양이온 중화에+ 매우 활성적이다.작용 모드는 석회석과 상당히 다르지만, 규산칼슘의 산성 용액 중화 능력은 CCE 값이 90-100%이고 상대 중화 값이 98%[24]인 것으로 입증된다.

중금속이 존재할 때 규산칼슘은 석회암과 다른 방식으로 반응한다.석회암이 부피 용액의 pH를 높이고 중금속이 존재할 경우 금속 수산화물(용해성이 극히 낮은 것)의 침전이 일반적으로 가속화되며 석회암 입자의 무장 잠재력이 [25]크게 증가한다.규산칼슘 골재는 규산종이 금속표면에 흡수됨에 따라 실리카층(단층 및 이중층)의 발달로 중성 또는 부표면전하를 가진 콜로이드 복합체가 형성된다.이러한 음전하 콜로이드는 (음전하된 규산칼슘 과립과 함께) 서로 정전기적 반발을 일으키며, 격리된 금속 콜로이드는 안정화되어 분산된 상태로 유지되어 금속 침전을 효과적으로 차단하고 재료가 [23]무장되기 쉬운 상태를 감소시킨다.

탄산염 중화

일반적으로 산을 중화시킬 수 있는 석회암 또는 기타 석회질 지층은 산성 암석 배수를 생성하는 현장에서 부족하거나 부족하다.중화 효과를 내기 위해 석회암 칩을 사이트에 도입할 수 있습니다.웨일즈 중부의 Cwm Leidol과 같이 석회석이 사용된 곳에서는 석회암 칩에 불용성 황산칼슘 층이 생성되어 재료가 결합되어 추가적인 중화 작용을 방해하기 때문에 긍정적인 영향이 예상보다 훨씬 적었습니다.

이온 교환

캐티온 교환 프로세스는 이전에 산성 광산 배수의 잠재적 처리로 조사되었습니다.이온 교환 수지는 광산에서 [26]잠재적인 독성 금속(카티온성 수지) 또는 염화물, 황산염 및 황산우라닐 복합체(음이온성 수지)를 제거할 수 있는 원리다.오염물질이 흡착되면 레진의 교환 부위를 재생해야 합니다. 이 교환 부위는 일반적으로 산성 및 염기성 시약이 필요하며 오염 물질을 농축된 형태로 포함하는 염수를 생성합니다.2013 ICheme(ww.icheme.org) 물 관리 및 공급 부문에서 상을 수상한 남아프리카 공화국의 한 회사가 광산 유출물(및 AMD)을 경제적으로 처리하는 특허 받은 이온 교환 프로세스를 개발했습니다.

습지 조성

1980년대에 동부 [27]애팔래치아에 있는 폐탄광에서 발생하는 산광의 배수를 처리하기 위해 건설된 습지 시스템이 제안되었다.일반적으로 습지는 석회암 기반 처리 과정에 [28]의해 중화되고 나면 거의 중성적인 물을 공급받는다.금속 침전은 거의 중성 pH에서의 산화, 유기물과의 착화, 탄산염 또는 황화물로서의 침전으로부터 발생합니다.후자는 황산 이온을 황화 이온으로 되돌릴 수 있는 침전물 매개 혐기성 박테리아에서 발생한다.이러한 황화물 이온은 중금속 이온과 결합하여 중금속을 용액 밖으로 침전시키고 전체 [citation needed]과정을 효과적으로 역전시킬 수 있습니다.

건설된 습지 솔루션의 매력은 상대적으로 비용이 저렴하다는 데 있다.현재 실무자들은 대량의 처리(캠벨 광산 건설 습지 설명 참조) 및/또는 고산성 물(적절한 전처리)을 처리하는 건설 습지 개발에 성공했지만, 이러한 습지는 처리할 수 있는 금속 부하에 의해 제한된다.일반적으로 중성 가까운 물을 받는 건설된 습지의 유출물은 6.5~7.0의 완충이 잘 되고 쉽게 배출될 수 있다.퇴적물에 남아 있는 금속 침전물 중 일부는 산소(예: 황화구리 또는 원소 셀레늄)에 노출될 때 불안정하며 습지 침전물이 대부분 또는 영구적으로 물에 잠기는 것이 매우 중요하다.

효과적으로 건설된 습지의 예는 포트 탈봇 위의 아판 강 계곡에 있는 아폰 펠레나로, 휘트워스 광산의 매우 강력한 방류가 성공적으로 처리되었습니다.

금속 황화물 침전

산성 용액에 있는 대부분의 비금속은 예를 들어 HS 또는 NaHS로부터 유리2 황화물과 접촉하면 침전된다.반응 후 고액 분리는 황산염을 감소시키기 위해 배출 또는 추가 처리가 가능한 비금속 무배출물과 가능한 경제적 가치를 지닌 황화금속 농축액을 생성한다.

그 대안으로, 몇몇 연구자들은 생물 황화물을 이용한 금속의 침전을 조사했다.이 과정에서 황산염 환원균은 산소 대신 황산염을 이용해 유기물을 산화시킨다.그들의 대사 산물은 물의 산도를 중화시킬 수 있는 중탄산염과 많은 독성 금속과 함께 매우 불용성 침전물을 형성하는 황화수소를 포함한다.이 프로세스는 유망하지만 다양한 기술적 [29]이유로 채택이 더디다.

테크놀로지

AMD의 처리에는 기존의 고비용 수처리 플랜트에서 간단한 현장수처리 시약 투여 방법에 이르기까지 많은 기술이 존재합니다.

메타제노믹스 연구

대규모 염기서열분석 전략의 진전에 따라 산광배수계 미생물의 게놈을 환경으로부터 직접 염기서열분석한다.거의 완전한 게놈 구조는 지역사회에 대한 새로운 이해를 가능하게 하고 그들의 신진대사 경로를 [30]재구성할 수 있게 한다.산광의 배수에 관한 친산성에 대한 우리의 지식은 아직 기초적이다: 우리는 역할과 [31]기능을 확립할 수 있는 것보다 더 많은 ARD와 관련된 종에 대해 알고 있다.

미생물 및 약물 발견

과학자들은 최근 새로운 의약품 납을 생산할 수 있는 독특한 토양 박테리아를 위한 산성 광산 배수 및 광산 매립지를 탐사하기 시작했다.토양 미생물은 오랫동안 효과적인[32] 약물의 원천이었고, 제약 연구 혁신 센터에서 수행된 것과 같은 새로운 연구는 이러한 극단적인 환경이 새로운 [33][34]발견을 위한 미개발 원천이 될 수 있음을 시사한다.

전 세계 선정된 산광 배출지 목록

이 목록에는 산성 광산 배수를 생산하는 광산과 그러한 배수의 영향을 크게 받는 하천 시스템이 모두 포함된다.전 세계적으로 수천 개의 그러한 사이트가 존재하기 때문에 결코 완전한 것은 아니다.

아프리카

유럽

북미

오세아니아

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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