Drenajul acid al minei

Drenaj acide de mină (AMD) sau drenaj roci acide (DRA) este un fenomen de producere a unei soluții de acid mineral care curge în mod regulat, după o producție de acid sulfuric indusă de contactul cu aerisire anumite minerale (sulfuri metalice), în general , în timpul săpăturilor mari ( cariere) și lucrări miniere sau depozitarea deșeurilor miniere . Contribuie local la fenomenul global de acidificare a apei dulci observat de câteva decenii la scară largă.

Fenomenul este uneori „spontan” pe aflorimentele de minerale sulfuroase, supuse în mod natural oxidării prin contactul cu aerul și apa: încet, există producția de acid sulfuric și solubilizarea metalelor prezente (fier., Dar și metale foarte toxice, cum ar fi plumbul sau mercur ), precum și alte elemente prezente (cum ar fi arsenicul , de asemenea, foarte toxic), care pot contamina apoi apele freatice, râurile sau lacurile.
Formele severe sunt adesea antropogene , induse de lucrările miniere (săpături și pompare), echilibrul chimic al acestor aflorimente și depozitele profunde de sulfuri metalice este perturbat de condițiile bruște de oxidare; această reacție capătă o magnitudine suficientă pentru a provoca fluxuri semnificative. Fiind auto-susținută, reacția poate dura decenii, secole sau milenii atâta timp cât nu există lipsă de sulf sau oxigen.

Mecanisme de antrenament

Originea fenomenului

Naturală Mineralizarea a subsolului se datorează tiraje fluidelor care cationii metalici de transport care sunt prinse în geologically orizonturile reducătoare. Cu toate acestea, mineritul are sau va modifica brusc condițiile de oxidare-reducere la originea zăcământului prin dezbrăcarea rocilor și expunerea lor la oxigenul din aer. O mină exploatată reprezintă într-adevăr câțiva kilometri de galerii (câteva sute de km uneori câteva mii ca în El Teniente din Chile ). Toate acestea sunt conducte capabile să aducă apă și oxigen în contact cu minereul. În ceea ce privește mineritul de suprafață și materialele pentru cariere, acestea sunt, prin definiție, supuse condițiilor atmosferice. DMA-urile sunt apoi formate, fie în galerii inundate, fie prin percolarea apei pe grămezile de solide excavate care conțin sulfuri.

Aceste materiale extrase din mină sunt de diferite tipuri: uneori adăpostesc relativ bogate în sulfuri ( roci solide reziduale ), minereuri cu conținut scăzut de sulfuri ( grămezi , roci reziduale selective) sau chiar tratamentul respinge cu un conținut scăzut de metale prețioase, dar bogat în sulfuri. Cantitățile produse și depozitate pot ajunge la câteva milioane de tone. Astfel, deșeurile de flotație de la cea mai mare mină de cupru din lume, Chuquicamata din Chile, ocupă o suprafață de 48  km 2 . Aceste produse, deja depozitate ude, primesc și ploile.
Fenomenul biologic și chimic al formării AMD este apoi declanșat de scurgeri sau scurgeri la locul de depozitare.

În plus, microorganismele prezente în pământ contribuie la creșterea acestui proces prin puterea lor de oxidare a sulfului. Aceste microorganisme includ arhee și bacterii al căror genom a evoluat permițând adaptări la medii acide și ecotoxice pentru alte specii. Ei își folosesc puterea oxidativă pentru a smulge electroni din compuși reduși de sulf și folosesc acești electroni în lanțul lor respirator pentru a-și crea propria energie.

Cataliză

Principalele reacții chimice care dau naștere DMA sunt oxidarea fierului și a sulfului din pirită , cel mai frecvent mineral sulfurat. Această reacție are loc în prezența sau absența bacteriilor conform ecuației:

Aceasta este, desigur, doar o ecuație de echilibru: procesul de oxidare a piritei variază în funcție de evoluția pH-ului. Particularitatea acestei reacții este că este autocatalizată , ceea ce permite fenomenului producției de DMA să se răspândească într-un mod similar cu un incendiu: la fel cum arderea produce căldură care declanșează arderea altor materiale, oxidarea sulfurilor produce fier feric. , care are ca rezultat oxidarea altor sulfuri.

Apariția DMA este favorizată de prezența anumitor microorganisme care derivă energia necesară creșterii lor din reacțiile redox metalice. Aceste bacterii acționează și ca veritabili catalizatori pentru reacțiile chimice care au loc la suprafața mineralelor și în soluție.
Detaliile acestui fenomen sunt încă slab înțelese. Acestea fac obiectul unei discuții științifice, având ca scop determinarea reacției predominante dintre oxidarea directă și cea indirectă (adică cu contact direct sau nu al bacteriilor de pe suprafața sulfurilor).

Impactul asupra mediului și socio-economic

Poluarea indusă de AMD

DMA sunt o sursă majoră de poluare cu acizi și metale pentru mediul înconjurător și în special pentru zonele umede, mediile acvatice (chiar și în aval), precum și pentru acvifere dacă sunt în contact cu aceste levigate acide.
Ele sunt capabile, în cele mai grave cazuri, să elibereze zilnic câteva tone de compuși metalici toxici în sistemul hidrografic.

Metalele solubilizate în efluenții mineri acizi sunt nedegradabile, bioacumulabile și aproape toate otrăvurile violente ale metabolismului pentru toate speciile de animale, omul și majoritatea plantelor ( arsenic în special).
Prezența simultană a mai multor metale poate provoca o toxicitate mai mare decât cea a fiecărui metal separat. De exemplu, zincul , cadmiul și cuprul sunt toxice la pH scăzut și acționează sinergic pentru a inhiba creșterea algelor și a afecta peștii.

Singura acidificare este cauza directă a mortalității semnificative la populația de pești și microcrustacee , a perturbării ritmului de creștere și a reproducerii acestora. Efectele indirecte ale acidificării sunt degradarea habitatelor speciilor și schimbări în relațiile prădător-pradă (întreruperea sau chiar întreruperea lanțului alimentar ). Aproape nici o specie nu supraviețuiește sub pH 5.

În regiunile formate din soluri acide, aciditatea apei este păstrată, iar metalele sunt apoi transportate (sub formă ionică, dizolvate) la distanțe mari. În regiunile formate din soluri calcaroase (bazice), pe de altă parte, apele acide sunt rapid neutralizate de roci carbonatate, iar majoritatea metalelor precipită în forme insolubile, limitând contaminarea rețelelor alimentare . În timpul inundațiilor, particulele solide bogate în metale (fragmente detritice de minereu sau minerale metalice precipitate) vor fi transportate foarte departe în aval și uneori pot deveni din nou solubile dacă se schimbă caracteristicile apei. Acesta este cazul cadmiului din Gironda  : provenind dintr-un sit metalurgic din districtul Decazeville (bazinul Lot ), este dizolvat în estuar și poate fi transportat pe coasta Atlanticului și ajunge în stridii la mai mult de 400  km de sursă.

În ceea ce privește sulfații, prezenți în conținut ridicat, aceștia induc o presiune osmotică semnificativă, care va deshidrata ființele vii.

În cele din urmă, DMA au, de asemenea, un impact vizual asupra peisajelor  : depuneri gălbui, ocru până ruginit, pe mai mulți kilometri de căi navigabile sau aspectul gol al stocurilor de deșeuri miniere sunt notabile.

Consecințe pentru oameni

Prin degradarea calității apei, DMA duce la dispariția utilizărilor sale în aval de operațiunile miniere (aprovizionare cu apă potabilă, bază de agrement , pescuit , irigații ), care pot pune probleme grave de sănătate a mediului, în special în țările sărace.
În timpul funcționării, aceștia sunt responsabili și de coroziunea infrastructurii și echipamentelor miniere.

Monitorizarea apei pentru alimentarea cu om exclude a priori posibilitatea de ingestie directă a metalelor grele din DMA.
Cu toate acestea, intoxicația indirectă nu este imposibilă. Într-adevăr, interacțiunea dintre bioacumulări și biomagrări poate duce la intoxicația umană prin pește, în special în rândul pescarilor obișnuiți sau al consumatorilor obișnuiți de pește din zonele în cauză.

La persoanele care suferă de otrăvire cu metale, metalele toxice se găsesc în majoritatea țesuturilor moi, în special în ficat, rinichi, dar și în oase. Odată absorbite, metalele grele sunt adesea dificil de îndepărtat. Timpul de înjumătățire al celor mai mulți dintre ei în corpul uman este lung (30 de ani pentru cadmiu ). Expunerea la multe metale ar putea provoca, de asemenea, cancer .

Lupta împotriva poluării AMD

Istoric

Poluarea cu metale este la fel de vechi ca minerit. În estuarul Rio Tinto ( Spania ), un mic râu acid care drenează cea mai mare mineralizare sulfuroasă din lume, un foraj a intersectat un orizont contaminat conținând nisipuri sulfuroase cu zguri și cărbuni datate din epoca cuprului (-2500 ani). Acest tip de poluare a fost mult timp trecut cu vederea pentru a nu împiedica dezvoltarea industrială: conștientizarea este destul de recentă. De fapt, a fost nevoie de două accidente majore pentru ca această problemă să afecteze opinia mondială: pe locul minei Aznalcóllar (Spania), în 1998 , prăbușirea unei grămezi de zgură a dus la vărsarea a 4.000.000. M 3 de DMA într-o zonă  adiacentă râu; în Baia Mare ( România ), în 2000 , un incident similar a dus la deversarea a 100.000  m 3 de DMA conținând între 50 și 100 de tone de cianură , care a contaminat Dunărea pe mai mult de 2.000  km . Cercetările privind AMD, care au început în anii 1970, au fost organizate la sfârșitul anilor 1980 cu apariția unor programe internaționale majore de cercetare, precum MEND în Canada sau MiMi în Suedia .

Soluții tehnice

La abandonarea unei mine, cel mai bun mod de a evita poluarea apelor subterane și a cursurilor de apă învecinate este să renunțați la inundații și să continuați cu deshidratarea  : este o soluție restrictivă, dar este necesară. Această opțiune pare deosebit de relevantă atunci când apa din mină găsește o utilizare profitabilă. Tratarea efluenților acizi, pe de altă parte, este o povară financiară pe durată nedeterminată pentru operatorii minieri, cei responsabili de reabilitare și, în cele din urmă, pentru comunitate. Dacă alegem totuși ultima soluție, vom favoriza tratamente pasive, pe modelul proceselor naturale, care sunt mai puțin costisitoare, mai ușor de instalat și de gestionat și mai puțin agresive pentru mediu decât tratamentele chimice active.

În cazul DMA din grămezi de zgură, există mai multe metode de neutralizare. Stocurile de deșeuri miniere pot fi mai întâi înecate sub o foaie de apă sau pot fi aruncate în lacuri anoxice și închise ( oxigenul pătrunde cu greu în apă). În alte cazuri, este de preferat tratarea amplasamentului prin drenarea și devierea apei de scurgere și prin acoperirea stocurilor de deșeuri miniere cu o acoperire impermeabilă: folie de plastic, împrăștiere de gudron sau var și polimer hidrofob. Învelișul poate fi, de asemenea, natural, permițând revegetarea și, prin urmare, protecția împotriva eroziunii  : straturi suprapuse de argilă și pământ, depozite de turbării (bogate în materie organică și agenți reducători).

Evoluția calității apei după inundații

Drenajul masiv în bazinele miniere duce adesea la o coborâre generală a stratului freatic cu formarea bazinelor piezometrice în jurul minelor. După inundații, bazinele miniere redobândesc un nou echilibru hidrodinamic neinfluențat, liber de orice supraexploatare. Acest echilibru este diferit de cel care a prevalat înainte sau în timpul exploatării (datorită golurilor lăsate de exploatare), dar este definitiv în sensul că tulburările cauzate de exploatarea în subsol sunt ireversibile. În timp, circuitul hidraulic revine la condiții de reducere și calitatea apei din noul rezervor se îmbunătățește la început rapid (câteva luni până la câțiva ani) apoi mai lent (câteva zeci până la câteva sute de ani). Este dificil de evaluat timpul necesar pentru a reveni la o calitate suficientă pentru alimentarea cu apă potabilă: depinde foarte mult de particularitățile sitului luat în considerare.

Note și referințe

  1. Petit Stéphane (2006) Sursa și soarta mercurului în lacurile din regiunea minieră Chibougamau . Teză de master în științe ale mediului; Universitatea din Quebec, Montreal, august 2006, 62 de pagini
  2. Halter D (2011) Genomică funcțională a microindicatorilor micro-eucariote ale mediilor expuse la drenajul acid al minelor (Disertație de doctorat, Universitatea din Strasbourg), PDF, 239 de pagini
  3. Un studiu XANES, XRD și SEM. Morin G, Juillot F, Casiot C, Bruneel O, personne JC, Elbaz-Poulichet F, Leblanc M, Ildefonse P, Calas G. (2003), formarea bacteriană a tooeleite și arsenic mixt (III) sau arsenic (V) -Fier (III) geluri în canalizarea minelor acide Carnoulès, Franța  ; Despre Sci Technol. 2003 1 mai; 37 (9): 1705-12 ( rezumat ).
  4. Luis FO Silva, Marcus Wollenschlager și Marcos LS Oliveira; Un studiu preliminar privind drenajul minier de cărbune și sănătatea mediului în regiunea Santa Catarina, Brazilia ; Geochimie și sănătate a mediului; DOI: 10.1007 / s10653-010-9322-x

Vezi și tu

Bibliografie

Articole similare

linkuri externe