Is dolomite efficient in Acid Mine Drainage passive remediation?

Transcripción

1 Is dolomite efficient in Acid Mine Drainage passive remediation? Francesco Offeddu Barcelona Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua IDAEA-CSIC

2 Aguas Ácidas de Mina (Acid Mine Drainage AMD) Bajos valores de ph Altas concentraciones de SO 4, Fe, Al y otros metales asociados (i.e. Zn, Cu, Pb, Ni, Co, Cd) Persistentes durante años, décadas..siglos Transportables Oxidación de pirita 2FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O 2Fe SO H + 4Fe 2+ + O 2 + 4H + 4Fe H 2 O 4Fe H 2 O 4Fe(OH) H + FeS Fe H 2 O 15Fe 2+ +2SO H + Final ph~2 La intervención requiere que la acidez sea neutralizada y los metales retenidos

3 Anoxic Limestone Drainage (ALD) (Turner and McCoy, 1990; Hedin et al. 1994; Skousen et al. 1995; Gazea et al., 1996; Cravotta et al, 1999; Cravotta, 2003) Los ALD son volúmenes rellenados con gravas. Como el AMD fluye a través de ellas, la caliza se disuelve aumentando e ph y reteniendo los metales como hidróxidos CaCO 3 + 2H + Ca HCO 3 Me OH Me(OH) 3 Ca 2+ + SO H 2 O CaSO 4 2H 2 O

4 Experimentos de columna Eficiencia Soluciones sintéticas de Fe/Al SO4 ph2 2.0e-2/1.5e-3 mol/l (100/1000 ppm) Tamaño de grano 1-2 mm Mecanismo de Pasivación Microtomografía (X-ray mct) Microscopio Fuerza Atómica(AFM)

5 t/tau mol/l 1.6E-02 Ca Al 6 Mg x 2.6 cmso4 Al Al 2 x 2.6 ph cm Fe 1.2x1.2 cm Fe 2.6 x 2.6 cm 1.4E E E E E E E E E E E E E E E mol/l (Fe or Al) T (h) ph

6 Al 6 x 2.6 cm Fe 1.2x1.2 cm Al 2 x 2.6 cm Fe 2.6 x 2.6 cm t/tau t/tau E E E E E E E-02 mol/l (Fe or Al) t/tau 2.6x6 cm 2.6 x 2.6 cm 2.6 x 2.6 ph3 1.2 x x 2.6 cm 1.2 x 1.2 cm 6e x 1.2 cm 1.8 x 2.6 cm 2.6 x 6 cm Calcite Fe(III) E E E E E E E E E E E E-02 Fe mol/l (III) Al mol/l

7 MICROTOMOGRAFIA de rayos X Diámetro 1.2 cm

8 Mecanismo de Pasivación

9 Microscopio fuerza Atomic Observaciones in situ Ca 2+ SO 4 2- Mg 2+ H + Ca 2+ CO 3 yeso CaMg(CO 3 ) 2 - ph 2,3,4 H 2 SO 4 Eq. con yeso SO 4 2.5e 2 mol/l Ca 1.6e 2 mol/l Na 2 SO 4 SO 4 6.0e 3 3.0e 2 Na 2.2e 2 5.0e 2

10 AFM (nanoescala) esquema y funcionamiento

11 Punta (Si3N4) para experimentos in situ (C.V. Putnis, comunicación personal)

12 Celda para fluidos observaciones in situ fluid out O-ring fluid in Sample 4x3x1 mm cup mount cantilever scanner (J.M. Astilleros)

13 Dolomite ph eq gypsum ai r H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O After 1 acid 10 min 17 min 38 min 56 min 90 min 150 min 186 min 248 min 312 min

14 1.0µm Dolomite - ph (H 2 SO 4 ) eq con yeso 1º imagen in air buscando tanto superficies planas como terrazas X[µm] Z[nm]

15 1.0µm MiliQ 1.5 minutos 1.0µm MiliQ 3 minutos

16 1.0µm MiliQ 7 minutos 1.0µm MiliQ 15 minutos

17 1.0µm MiliQ 19 minutos Velocidad de disolución calculado en este experimento ~ nm/s que equivale a ~ 3e-12 mol cm -2 seg -1 Nota que con ph neutros la velocidad de disolución de la calcita en literatura -11 mol cm -2 seg -1

18 H 2 O In Air Calcita en MiliQ H 2 O 3 min H 2 O 1.5 min 4.5 min Veloc. de dis. 2 nm/s

19 Mecanismo de Pasivación CaCO 3 + 2H + Ca HCO - 3 Me OH - Me(OH) 3 Ca 2+ + SO H 2 O CaSO 4 2H 2 O

20 air H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O Velocidad de disolución nm/s 10 min 17 min 38 min 56 min 90 min 150 min

21 186 min 248 min 312 min 374 min Calcite ph eq gypsum

22 Resumen Los experimentos de columna demuestran que la dolomita neutraliza la acidez y retiene Fe y Al El tiempo de eficiencia disminuye al aumentar la concentración de la solución inicial El tiempo de passivación es coherente con los experimentos de calcita y Al pero no con los de calcita y Fe (efecto del flujo preferencial mas relevante de la velocidad de disolución) En los experimentos de AFM la disolución de dolomita es un orden de magnitud menos de la de la dolomita La pasivación del de la dolomita por el yeso es mucho mas lenta que la de la calcita (aprox 1 orden de magnitud)