Epurarea Apelor Uzate de Mina

CUPRINS

INTRODUCERE

La nivel global, multitudinea proceselor industriale determină fenomenul numit poluare care afectează mediul înconjurător și implicit omenirea. În cadrul acestor tehnologii industriale un rol important îl reprezintă industria minieră.

Sectorul industrial minier din România reprezintă un segment deosebit de important având posibilitatea să susțină activ dezvoltarea economică a țării, prin furnizarea unei multitudini de produse minerale, utilizate ca atare sau ca materii prime.

Prin specificul ei, activitatea minieră manifestă o serie de efecte negative asupra mediului precum modificarea structurii reliefului, acoperirea și degradarea unor suprafețe mari de teren necesare pentru activitățile de exploatare, poluarea atmosferei, florei și faunei din zona respectivă, dar mai ales contaminarea apelor curgătoare de suprafață și a apelor freatice.

După a doua jumătate a secolului XX a avut loc intensificarea procesului de contaminare a apelor cu metale provenite din deșeurile miniere ca urmare a exploataților. Evacuarea directă în emisari a apelor de mină fără a fi epurate conduce la modificarea proprietăților fizico-chimice ale apei și a faunei acvatice ca urmare a prezenței acidului sulfuric aflat în stare liberă, materiilor în suspensie și a conținutului de săruri dizolvate.

În general, pentru tratarea acestor tipuri de ape uzate se execută colectarea și neutralizarea utilizând mari cantități de var sau calcar, etape care de regulă sunt foarte costisitoare. Recent, cu scopul reducerii acestor costuri s-a trecut la utilizarea unor deșeuri rezultate din arderea biomasei lemnoase pentru neutralizare, această metodă fiind favorabilă pentru toți cei implicați în acest proces.

Prezenta lucrare are ca principal obiectiv studierea posibilităților de utilizare a cenușilor obținute din biomnasă lemnoasă pentru neutralizarea apelor acide de mină provenite de la Roșia Poieni.

Lucrarea este structurată pe șapte capitole, în primul capitol fiind tratate apele acide de mină și principalele lor caracteristici. În cel de-al 2-lea capitol s-a urmărit descrierea unor metode de neutralizare, iar în al 3-lea capitol s-au reliefat procesele de epurarea apelor acide de mină. Al 4-lea capitol prezintă caracteristicile cenușilor provenite din arderea biomasei lemnoase cu scopul de a evidenția potențialul acestora de a neutraliza apele acide de mină. În al 5-lea capitol este descrisă exploatarea minieră de la Roșia Poieni și impactul acesteia asupra mediului înconjurător. Capitolul 6 centralizează rezultatele analitice obținute experimental, efectuate cu scopul evidențierii puterii de neutralizare a cenușilor lemnoase și deci a posibilității folosirii acestora neutralizarea apelor acide de mină de la Roșia Poieni. Lucrarea se încheie cu un ultim capitol în care sunt rezumate principalele rezultate obținute experimental și interpreatrea acestora, concluziile finale urmînd a fi prezentate separat.

CAPITOLUL I.

APELE ACIDE DE MINĂ

Industria minieră, una dintre ramurile de bază ale economiei noastre naționale, utilizează și restituie cantități relativ mari de apă din procesul tehnologic de preparare a minereurilor. [1]

Apele provenite de la extracția și prepararea minereurilor sunt impurificate cu suspensii minerale cât și cu substanțe chimice.

Extracția minereurilor din subteran sau de la suprafață este asociată unor modificări importante ale structurii scoarței terestre, care afectează regimul hidrologic în mod cantitativ prin amplificarea debitelor de apă de suprafață infiltrate în straturile inferioare ale litosferei cât și calitativ prin cantități importante de substanțe minerale dizolvate pe care le antrenează în acumulările de apă receptoare.

Fiecare exploatare minieră consumă ape relativ curate din zestrea solului terestru, pe care le înapoiază încărcate cu substanțe nocive care dăunează florei și faunei râurilor precum și a lacurilor, reducând resursele de apă pentru consum casnic, agricol și industrial. În acest sens, este necesar să se cunoască în detaliu regimul hidrologic al fiecărei mine și să se asigure tratarea apelor drenate din formațiunile de roci intersectate prin lucrări miniere.

Principalele surse de formare apelor de mină sunt: apele provenite din precipitațiile atmosferice și pânzele freatice ale apelor de suprafață, care se infiltrează în formațiunile litologice de profunzime, apele subterane acumulate în formațiuni acvifere deschise prin lucrări miniere de explorare, de exploatare sau lucrări speciale de desecare, apa introdusă în exploatările miniere pentru perforaj umed și combaterea prafului etc.

La minele deschise se fac observații hidrologice, în lucrările miniere importante care prezintă apariția de ape subterane sub formă de umeziri, picurări, curgeri temporare sau permanente, iar în cazul deschiderii unui acvifer sub presiune, pot apărea erupții de apă care conduc la întreruperi temporare ale activității miniere.

Evacuarea apelor de mină este realizată prin sisteme de drenaj adecvate regimului hidrologic. Pentru minele cu regim hidrologic stabil, evacuarea apei subterane se realizează prin drenaj pasiv, reliefând lucrări miniere de deschidere și exploatare obișnuite (puțuri, galerii, plane înclinate, rostogoale) iar în cazul minelor cu formațiuni acvifere importante și regim hidrologic variabil sunt prevăzute sisteme speciale de drenaj activ constând din lucrări de desecare prealabilă exploatării (puțuri de desecare, foraje, filtre, baraje etc.). [1]

1.1. Generarea apelor acide de mină

Apa acidă de mină se formează printr-o combinație de procese fizice, chimice și biologice atunci când apa de suprafață sau subterană interacționează cu compușii piritei (FeS2) într-o atmosferă care conține oxigen.

Materialul format este complex, iar caracteristicile sale sunt determinate de mineralogia compușilor piritei, de geologia mediului înconjurător, de caracteristicile solului și de climat, precum și de caracteristicile biologice și ecologice ale bazinelor hidrografice adiacente. În plus, tipul și amploarea activității miniere joacă un rol major în formarea apei acide de mină și a caracteristicilor sale chimice. [2]

Factorii generatori ai apelor de mină

Factorii generatori ai AMD-ului determină capacitatea materialului de a produce acid. Apa și oxigenul sunt necesare pentru a genera ape acide iar procesul este accelerat de anumite bacterii. Apa servește ca reactant, mediu pentru bacterii și ca mediu de transport pentru produșii de oxidare. Oxigenul atmosferic este necesar pentru desfășurarea reacției de oxidare, catalizată de bacterii la valori de pH sub 3,5. Oxidarea sulfurilor este redusă în mod semnificativ atunci când concentrația de oxigen din porii deșeurilor miniere este mai mică de 1 – 2%. [3]

Reacția generală care formează AMD-ul implică oxidarea sulfurilor minerale și ulterior hidroliza produselor de oxidare. [2]

FeS2 (s) + 3.75 O2 + 3.5 H2O → Fe(OH)3 (s) + 2 SO4 = + 4 H+ (1)

Apa acidă de mină este generată, în mod normal, în urma proceselor geochimice naturale care oxidează sulfurile metalice aflate la suprafața pământului, prin exploatare minieră.

Oxidarea sulfului și hidroliza fierului rezultate în apele acide sulfatice au fost observate în mii de locuri miniere închise sau operaționale, unde măsurile de diminuare au eșuat în împiedicarea apariției AMD-ului. pH-ul scăzut a dus la mobilizarea metalelor din materialele rezultate (deșeuri sau steril), provocând degradarea calității apei și implicit a vieții acvatice. Apele acide de mină și produsele asociate eroziunii conduc la degradarea fizică, chimică și biologică a corpurilor de apă.

Industria minieră a cheltuit mari sume de bani pentru a preveni, atenua, controla și opri apariția AMD-ului, folosind cele mai bune tehnologii disponibile, dar cu toate acestea AMD-ul a rămâne una dintre cele mai mari presiuni asupra mediului înconjurător, în mod special în locuri izolate, dar cu resurse naturale, economice și ecologice valoroase. [4]

1.2. Caracteristicile apelor de mină

Principalele proprietăți fizico-chimice ale apelor de mină sunt: debitul, turbiditatea, pH-ul, temperatura, duritatea, compoziția chimică.

Debitul apei de mină depinde de regimul pluviometric al zonei respective, de gradul de fragmentare a reliefului și de existența formațiunilor calcaroase cu manifestări carstice la suprafață, precum și de caracteristicile formațiunilor acvifere prezente în câmpul minier supus exploatării.

Turbiditatea exprimă gradul de tulburare a apei ca rezultat al suspensiilor acumulate, constând din fragmente de roci, materii organice, oxizi și hidroxizi de fier precum și de mangan etc. Reprezintă una dintre cele mai importante particularități ale apelor de mină. Apele de mină cu turbiditate mare reduc sau anulează procesele de fotosinteză, prin împiedicarea pătrunderii luminii la plante și alge.

pH-ul exprimă caracterul acid sau alcalin al apei, în funcție de concentrația ionilor de hidrogen, având valori cuprinse între 2 – 9,5.

Temperatura este reprezentată prin strânsa legătură cu adâncimea și cu procesele fizico-chimice care au avut loc. Acest parametru variază în general între limitele de temperatură de 6 – 25°C.

Duritatea este determinată de prezența în apă a sărurilor de calciu și magneziu și variază în funcție de concentrațiile acestora.

Compoziția chimică reflectă compoziția rocilor cu care apa a venit în contact. În cea mai mare parte, apele subterane provin din ape de suprafață, care conțin inițial suspensii solide (argilă, silice coloidală, materii organice), bacterii și uneori substanțe chimice dizolvate.

Elementele dizolvate în apele de mină se pot grupa în anioni (SO42−, HCO3− , PO43−, Cl-, Br- ) și cationi (Ca2+, Mg2+, Fe3+, Cu2+). Ionii dizolvați se pot grupa în sisteme care se află în echilibru termodinamic între ele, iar în cadrul unui sistem, fiecare ion se află în relații distincte cu ceilalți ioni.

Apele de mină mai conțin: As, Zn, Cd, Ni, Sr, Co, Mo, Ag, Hg, Sn, Ba etc., sub formă de microelemente, concentrațiile acestora depășind deseori limitele admise. Suma concentrațiilor de substanțe dizolvate în apa de mină reprezintă mineralizarea acesteia și se exprimă în g/l.

Apele de mină emise de la minele de minereuri cuprifere (ex. Roșia Poieni) se caracterizează prin pH neutru sau slab alcalin și au mineralizația relativ scăzută, formată în principal din calciu și magneziu. Calciul și magneziul sunt prezente aproape în toate minele cuprifere, dar în conținuturi sub limitele de 300 mg/l și respectiv 200 mg/l admise de STAS 4706-74.

La deversarea în râuri sau lacuri receptoare, apele de mină trebuie să aibă caracteristici fizico-chimice și biologice în limitele admise de legislație. [1]

1.3. Aciditatea

Aciditatea se măsoară prin cantitatea de baze capabilă să neutralizeze un anumit volum de apă. Pentru apele acide de mină, aciditatea ar trebui să fie măsurată printr-o procedură care oxidează Fe2+ și Mn2+, astfel încât caracterul lor acid să fie corect măsurat.

Aciditatea din AMD constă din aciditatea minerală (Fe, Al, Mn și alte metale, în funcție de sulfura de metal implicată) și din aciditatea dată de ionii de hidrogen. Alte metale din AMD variază într-un mod considerabil, dar apele acide de mină sunt caracterizate printr-un pH scăzut, sulfat ridicat și fer. Odată ce pâraiele contaminate se varsă în pâraie mai mari sau lacuri necontaminate are loc diluarea poluanților. De asemenea, produsele chimice naturale și reacțiile biologice cauzează o oarecare neutralizare a acidității și o precipitare a metalelor.

Aciditatea poate de asemenea să fie estimată pentru AMD prin încorporarea metalelor adiționale în ecuație și prin cunoașterea concentrațiilor, a maselor moleculare și a valențelor lor.[2]

1.4. Chimia apelor acide de mină

În general, AMD-ul este privit ca fiind asociat cu exploatarea cărbunilor, dar AMD-ul poate apărea și în condiții naturale sau unde sulfurile din materii geologice sunt implicate în exploatarea metalelor, construcția autostrăzilor și alte excavări adânci.

Sulfurile de fier întâlnite în regiunile unde predomină cărbunele sunt: piritele și marcasitele (FeS2), dar și alte metale pot fi combinate cu ionul sulfură, ajungându-se astfel la calcopirite (CuFeS2), covelite (CuS) și arsenopirite (FeAsS). [2]

Sunt acceptate în general patru reacții chimice care reprezintă degradarea piritei și generarea apelor acide de mină. Reacția globală și simplificată arată astfel:

4FeS2 + 15O2 + 14H2O → 4Fe(OH)3 + 8H2SO4 (2)

O primă reacție/etapă în alterarea piritei include oxidarea acesteia cu oxigen. Sulful este oxidat cu sulfat și ionii de fier sunt eliberați. Această reacție generează 2 molecule de acid pentru fiecare moleculă de pirită oxidată. Reacția piritei cu oxigenul și apa produce o soluție de sulfat feros și acid sulfuric. Ionul feros poate fi oxidat în continuare, mărind și mai mult aciditatea.

2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2Fe2+ + 4SO42– + 4H+ (3)

A doua reacție (12) implică conversia ionului de fier feros la fier feric. Această conversie consumă un mol de aciditate. Anumite bacterii cresc viteza oxidării de la ionul de fier feros la cel de fier feric. Viteza acestei reacții este dependentă de pH, având loc încet la aciditate ridicată (pH 2,0 – 3,0), în absența bacteriilor, și cu câteva ordine de magnitudine mai mare la valori ale pH-ului în jur de 5. Această reacție este cea determinantă de viteză, la nivel global.

4Fe2+ + O2 + 4H+ → 4Fe3+ + 2H2O (4)

A treia reacție care poate avea loc este reprezentată de hidroliza fierului, prin care se formează hidroxid feric și ioni de hidroniu. Formarea precipitatului de hidroxid de fier (solide) este dependentă de pH:

4Fe3+ + 12H2O → 4Fe(OH)3 + 12H+ (5)

A patra reacție este oxidarea piritei cu ionul de fier. Aceasta reacție se repetă de la sine și are loc cu viteză mare, continuând până în momentul în care fiecare ion de fier feric este consumat. În această reacție, fierul este agentul oxidant și nu oxigenul. [JeradLid0137 vol. 003issue001.pdf]

FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O → 15Fe2+ +2SO42– + 16H+ (6)

Bacteriile care oxidează ferul și sulful sunt cunoscute pentru catalizarea acestor reacții la un nivel scăzut al pH-ului, de aici rezultând creșterea vitezei reacțiilor cu câteva ordine de magnitudine.

În sistemele naturale intacte, acest proces de oxidare se desfășoară lent de-a lungul perioadelor geologice. Când pirita este expusă oxigenului și apei, ea se oxidează rezultând ioni de hidrogen – aciditatea, ionii sulfați și ionii metalelor solubile, așa cum este arătat în ecuația 1.

Aciditatea apei este în mod normal exprimată ca pH-ul sau logaritmul zecimal al concentrației ionilor de hidrogen (o apă cu pH-ul de 6 are de zece ori mai mulți de ioni de hidrogen decât apa cu un pH 7 – neutru).

2FeS2 (s) + 7O2 + 2H2O → 2Fe+2 + 4SO4-2 + 4H+ (7)

Mai departe, oxidarea Fe+2 (fier feros) în Fe+3 (fier feric) are loc în momentul în care în apă este oxigen suficient sau când apa este expusă la suficient oxigen atmosferic (ecuația 2).

2Fe+2 + ½ O2 + 2H+ → 2Fe+3 + H2O (8)

Fierul feric poate precipita ca Fe(OH)3, un precipitat roșu-portocaliu vizibil în ape afectate de drenajul acid al rocilor, sau poate intra într-o reacție directă cu pirita pentru a produce mai mult fier feros și aciditate, precum arată ecuațiile 3 și 4.

2Fe+3 + 6H2O ↔ 2Fe(OH)3 (s) + 6H+ (9)

14Fe+3 + FeS2 (s) + 8H2O → 2SO4-2 + 15Fe+2 + 16H+ (10)

Când fierul feros este produs (ecuația 4) și suficient oxigen este prezent, ciclul reacțiilor 2 și 3 se repetă. Fără oxigen dizolvat, ecuația 4 va continua să se desfășoare, iar apa va arăta nivele ridicate fier feros. Vitezele reacțiilor chimice (din ecuațiile 2, 3 și 4) pot fi accelerate semnificativ de bacterii, în mod special de Thiobacillus ferooxidans. Un alt microb, Ferroplasma Acidarmanus, a fost identificat în producerea acidității în apele de mină.

Reacțiile de hidroliză a mai multor metale comune formează, de asemenea, precipitate, și prin urmare generează H+. Aceste reacții, în mod normal se întâmplă când apele acide cu metale dizolvate se amestecă cu apele mai curate, astfel încât hidroxizii metalelor precipită și se depun pe fundul râului (ecuațiile 5 – 8).

Al+3 + 3H2O ↔ Al(OH)3 (s) + 3H+ (11)

Fe+3 + 3H2O ↔ Fe(OH)3 (s) + 3H+ (12)

Fe+2 + 0.25 O2 + 2.5 H2O ↔ Fe(OH)3 (s) + 2H+ (13)

Mn+2 + 0.25 O2 + 2.5 H2O ↔ Mn(OH)3 (s) + 2H+ (14)

Oxidarea și hidroliza sulfurilor minerale metalice, calcopirita (CuFeS2) și sfarelite ((Zn, Fe)S) și a altele eliberează metale cum ar fi zincul, plumbul, nichelul și cuprul în soluție, generând aciditate suplimentară și SO4-2 . [4]

CAPITOLUL II.

NEUTRALIZAREA APELOR ACIDE DE MINĂ

2.1. Tratarea apelor acide de mină

Eficiența și fezabilitatea tratării apei este foarte variabilă, depinzând de tratamentele utilizate și de caracteristicile unice de așezare (ale locului).

Instalațiile pentru tratarea apei pot include atât sisteme pasive cât și sisteme active. Sistemele pasive de tratare a apei acționează fără modificări chimice și fără asistență motorizată sau mecanizată. Pe de altă parte, sistemele active de tratare a apei folosesc facilități elaborate în vederea tratării apei, folosind modificările chimice a apelor acide de mină, pentru a obține o calitate corespunzătoare a apei, așa cum este menționată în autorizația de funcționare.

Calitatea efluenților din minierit trebuie să fie controlată pentru a îndeplini normele de protecție a mediului în vigoare. Deoarece AMD-ul degradează calitatea apei, tratamentul este esențial înainte de evacuarea în apele de suprafață.

O secvență ideală a tratării apelor acide de mină include:

Colectarea apei;

Egalizarea fluxului (capacitatea de depozitare/stocare și de scurgere);

Selectarea reactivilor, manevrarea și amestecarea lor pentru neutralizare cât mai eficientă;

Oxidarea și aerarea;

Separarea solid/lichid;

Colectarea și deshidratarea nămolului;

Evacuarea nămolului;

Atenția primară a cercetărilor se focalizează asupra selecției reactivilor și a neutralizării, deși colectarea solidelor și evacuarea reprezintă în mod general problemele cele mai semnificative în ceea ce privește tratamentul efectiv al reziduurilor. Oxidarea și aerarea au beneficiat, de asemenea, de o atenție sporită, fiind considerate un proces al pre-neutralizării pentru că până la jumătate din aciditatea AMD-ului rezultă din oxidarea Fe2+ în Fe3+.

Procesele de neutralizare pot fi dezvoltate în jurul multor materiale care au proprietăți potrivite, dar sunt limitate de costuri. În plus față de procesele de neutralizare, sunt folosite osmoza inversă și schimbul de ioni. Aceste procese s-au dovedit a fi foarte eficiente, dar costisitoare.

O problemă tipică a tratării AMD-ului este definită de condițiile locale, precum forma minerală a sulfatului de fier și de caracteristicile edafice ale zonei. Astfel, tratarea AMD-ului trebuie proiectată pentru a reflecta cerințele specifice locului.

Reducerea microbiană a sulfaților și tratarea biologică a AMD-ului sunt procese extrem de importante. [2]

Concepția tehnică a unui sistem de neutralizare de succes presupune mai multe etape. Proiectarea trebuie să se bazeze pe mai mulți factori, cum ar fi parametrii optimi de proces, testele de laborator și rezultatele lor, și în cele din urmă analiza costurilor. Aspectele practice, cum ar fi disponibilitatea de agent de neutralizare în imediata apropiere și costurile de transport, astfel, reduse joacă un rol important în procesul de proiectare.

Tot procesul de neutralizare, indiferent de tipul de deșeuri, împărtășesc câteva caracteristici de bază și funcționează pe principiul de reacție acido – bazic.

Proiectarea de succes a unui proces de neutralizare trebuie să ia în considerare următoarele:

• parametrii apei reziduale;

• disponibilitatea terenului;

• tipul de agent de neutralizare utilizat;

• rezultate experimentale în laborator; [5]

2.2. Sisteme active de tratare a apelor acide de mină

Aerarea este procesul introducerii aerului în apă. Oxidarea are loc în momentul în care oxigenul din aer se combină cu metalele din apă. Dacă apa este oxidată, metalele, în mod general vor precipita la valori scăzute ale pH-ului. Cu toate acestea, numai aproximativ 10 mg O2 se poate dizolva într-un litru de apă, limitând efectele de oxidare a apei direct expusă aerului. Pentru acest motiv, aerarea apei poate accelera oxidarea în multe sisteme de tratare a apei.

Dacă aerarea și oxidarea ar fi fost încorporate sau extinse în sistemul de tratare, eficiența tratamentului chimic ar crește, iar costurile ar putea fi reduse. Turbulența creată de dispozitivul folosit pentru aerație (aerator) împrăștie bule de aer și păstrează flocularea ferului în suspensie. Oxigenul este absorbit de apă și poate reacționa cu sulfatul feros și cu alte componente reduse aflate în apă. Pot fi folosite diferite tipuri de aeratoare.

Aeratoarele mecanice de suprafață sunt cele mai comune și sunt frecvent întâlnite la aparatele de tratare a apei cu var, în care sunt tratate volume mari de apă, extrem de acidulată și redusă. Aeratoarele în cascadă folosesc duze de mare viteză pentru a îmbunătăți contactul aerului cu apa.

Sistemele simple de aerare folosesc gravitatea pentru a face apa să se reverse peste pietre sau trepte; pot fi instalate, de asemenea în canale deschise sau jgheaburi.

Eficiența aerării în oxidarea Fe2+ poate depinde de pH, deoarece reacția anorganică a oxidării este lentă sub pH-ul de 5,0. Prin urmare, oxidarea este, de obicei, combinată cu adăugarea unei baze pentru a neutraliza pH-ul. Unele ape pot avea o alcalinitate netă și un pH destul de ridicat, astfel încât este necesară numai aerarea pentru a precipita Fe și pentru a produce o soluție aproape neutră. [6]

2.3. Agenți chimici de neutralizare

Pentru tratarea apelor acide de mină sunt folosite o serie de agenți chimici (chimicale). Fiecare reactiv are anumite caracteristici care îl fac mai mult sau mai puțin potrivit pentru condițiile specifice. Cea mai bună alegere depinde de ambii factori, tehnici și economici.

Factorii tehnici includ nivelele de aciditate, viteza de curgere, tipurile și concentrațiile specifice ale metalelor din apă, viteza și gradul de tratare chimică de care este nevoie și parametrii finali de calitate a apei.

Factorii economici includ prețurile reactivilor, munca, mașinăriile și echipamentul, numărul necesar de ani pentru tratare, înlăturarea deșeurilor și evacuarea lor, rata dobânzii și factorii de risc.

Substanțele alcaline trebuie să fie adăugate în cantități suficiente pentru a neutraliza acidul și pentru a ridica pH-ul apei la un nivel în care metalele dizolvate în apă vor forma hidroxizi insolubili de metal și se vor depune în apă. pH-ul necesar cerut pentru a precipita cele mai multe metale din apă variază de la pH egal cu 6,0 la 9,0.

Cu toate acestea, hidroxidul feric precipită la un pH aproximativ de 3,5, iar hidroxidul de aluminiu la un pH de 4,5. Tipurile și cantitățile de metale din apă influențează foarte mult selecția sistemului de tratare a AMD-ului. Fierul feros (Fe2+) precipită ca un hidroxid de fier verde-albăstrui la un pH de 8,5. În prezența oxigenului, fierul feros se oxidează la fier feric (Fe3+) și hidroxidul feric formează un solid galben-portocaliu, care precipită la un pH>3,5.

O cale mai eficientă de tratare a AMD-ului bogat în fier feros este, în primul rând, aerarea apei, fapt ce cauzează transformarea Fe din fier feros în fier feric și apoi adăugarea unui produs chimic neutralizator pentru a crește pH-ul la 8,0 și pentru a forma hidroxidul feric. Aerarea, după adăugarea produsului chimic este benefică deoarece transformarea ionului feros în fier feric este un dependentă de pH și este mult mai rapidă la un pH de 8,0. Aerarea înainte și după tratament reduce de obicei cantitatea de agenți de neutralizare necesară pentru a precipita Fe din AMD.

Hidroxidul de aluminiu, în mod general, precipită la un pH>5,0 dar se solubilizează din nou la un pH de 9,0. Reacția de precipitare a hidroxidului de mangan este variabilă datorită stărilor multiple de oxidare a manganului, dar precipită în general la un pH de la 9,0 la 9,5. Cu toate acestea, o soluție cu pH-ul de 10,5 este necesară câteodată pentru a înlăturarea completă a manganului, în unele cazuri înlăturarea acestuia fiind dificil de obținut. Acest pH ridicat folosit pentru înlăturarea manganului poate cauza intrarea din nou a aluminiului în soluție. Interacțiunea dintre metale influențează, de asemenea, viteza și gradul de precipitare a metalelor. [6]

2.3.1. Carbonatul de calciu (CaCO3)

Timp de decenii, piatra de var a fost folosită pentru a ridica pH-ul și pentru a precipita metalele din AMD. Are costurile materiale cele mai mici și este cel mai sigur și mai ușor de manevrat dintre chimicale. Produce, de asemenea, deșeul (nămolul) cel mai compact și ușor de manevrat.

Din păcate, aplicarea sa reușită a fost limitată din cauza solubilității mici, în special în apa rece, a tendinței de a forma o crustă de hidroxid feric când este adăugată AMD-ului, și a incapacității de a ridica pH-ul la un nivel suficient pentru a înlătura manganul. În cazul în care pH-ul este scăzut și aciditatea minerală este de asemenea relativ scăzută (concentrație scăzută de metale), piatra de var fină poate fi introdusă direct în apele curgătoare.

Piatra de var a fost, de asemenea, folosită pentru a trata apele acide de mină din mediile anaerobe și aerobe. Această tehnică este în special folositoare acolo unde limitele de descărcare (evacuare) nu sunt analizate permanent de-a lungul unui an. Metoda este utilizată de către specialiști în proiectele de remediere a minelor abandonate și de către operatori doritori să reducă costurile tratamentului cu produse chimice. [6]

Generalizat, reacțiile de neutralizare cu carbonatul de calciu, se pot scrie ca mai jos:

CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2 (15)

CaCO3 + H2CO3 = Ca2+ + 2HCO3- (16)

Se observă că crește pH-ul apei prin consumarea ionilor de hidrogen și generarea ionilor de bicarbonat. [7]

2.3.2. Oxidul de calciu

Varul nestins (CaO) a început să fie folosit recent în tratarea apelor acide de mină, folosind un sistemul de aplicare cu roată hidraulică. Cantitatea aplicată a produsului chimic este dictată de mișcarea roții hidraulice, care acționează un alimentator cu șurub care distribuie agentul de neutralizare.

Acest sistem a fost inițial folosit pentru debitele mici și/sau periodice de mare aciditate, pentru că oxidul de calciu este foarte reactiv. Recent, roțile hidraulice au fost atașate unor rezervoare de colectare.

Pentru a estima costurile potențiale ale tratamentului folosind varul stins, literatura consultată afirmă că aproximativ un kg de var stins (CaO) neutralizează aceeași aciditate ca și un galon (3,34 litri) de hidroxid de sodiu (sodă caustică) (NaOH) de 20% sau 0,5 kg de amoniac pur. [6]

2.3.3. Hidroxidul de calciu (laptele de var)

Laptele de var – Ca(OH)2 este produsul chimic cel mai comun folosit în tratarea apelor acide de mină. Este comercializat sub forma unei pudre care are tendința de a fi hidrofobă, fiind necesară amestecare mecanizată intenssă pentru a se dispersa în apă. [6]

Laptele de var se dozează la concentrație de 5 – 10%, cantitatea de CaO necesară stabilindu-se în funcție de aciditatea totală a apei și de conținuturile de metale grele dizolvate. Pentru apele acide care conțin acid clorhidric se dozează 105 – 110% lapte de var față de cantitatea necesară teoretic. Timpul de reacție pentru laptele de var este de circa 5 minute pentru apele slab mineralizate, iar la conținuturi ridicate de metale grele, timpul se mărește la 30 de minute. Se poate doza și var nestins sau pastă, dar neutralizarea decurge mai lent. [1]

Varul nestins în cantitate mare (vrac) este preferat de operatorii minieri datorită costurilor și manevrărilor avantajoase. Poate fi transportat cu barca, camionul sau trenul în multe locuri și poate fi administrat pneumatic. Depozitarea adecvată a laptelui de var este importantă pentru a-i menține caracteristicile și pentru a asigura folosirea eficientă. Volumul adecvat al buncărului depinde de solicitarea zilnică de var, dar trebuie să fie destul de mare pentru a menține cantitatea necesară de hidrați până la ultima debitare programată și să aibă un coeficient de siguranță pentru a acoperi întârzierile periodice neașteptate ale livrărilor.

Durata de timp în care sistemul va fi operant reprezintă un factor critic în determinarea costului anual a sistemului de tratare cu var datorită cheltuielii mari cu capitalul inițial, care trebuie amortizat. Topografia locului reprezintă, de asemenea, un factor important în structura costului, proiectarea și costurile structurale crescând cu creșterea pantei.

Sistemele de tratare cu var hidratat au cele mai mari costuri de instalare dintre cele cinci tehnologii, din cauza nevoii de constituire a unui aparat de tratare a varului și instalarea unui bazin folosit pentru aerație. Deoarece costul varului hidratat este mică, suma costurilor ridicate de instalare cu costurile mici ale reactanților, face ca folosirea varului stins să fie adecvată pentru tratamentele de lungă durată, la debite și/sau acidități mari. [6]

2.3.4. Oxidul de calciu și magneziu

Acest produs chimic, care reprezintă un amestec de oxid de calciu și magneziu, este distribuit de o roată hidraulică, asemenea varului ars. Viteza dizolvării pentru oxidul de calciu și magneziu este destul de înceată față de CaO singur. Depinzând de sursa materiei, achiziționarea acestui material poate fi economică și poate asigura o eficiență similară sau chiar mai bună a tratamentului pentru unele surse de ape acide de mină. Poate fi, de asemenea, folosit ca un amendament a materiilor producătoare de acid. [6]

2.3.5. Soda caustică

Soda caustică (NaOH) este adesea folosită în locațiile îndepărtate (de exemplu în locațiile unde nu există electricitate) și unde debitul este scăzut iar aciditatea este ridicată. Este produsul chimic preferat dacă concentrațiile de Mn din AMD sunt ridicate, deoarece soda caustică poate ridica pH-ul apei la 13,0.

Sistemul poate fi alimentat gravitațional prin picurarea sodei caustice direct în apele acide de mină. Soda caustică este foarte solubilă în apă, se împrăștie rapid și ridică imediat pH-ul apei.

Soda caustică trebuie aplicată la suprafața apei pentru că produsul chimic este mai dens decât apa și se scufundă. Amestecând produsul chimic cu AMD-ul se ajunge la o îmbunătățire ușoară a neutralizării. Dezavantajele majore ale folosirii sodei caustice lichide în tratarea AMD-ului sunt reprezentate de costuri foarte mari, pericole în mânuirea chimicalelor și volume mari ale deșeurilor (nămolului).

Cisternele în care este depozitată soda caustică pot atinge un volum de la 1900 la 30,000 litri. Cisternele mari sunt, de obicei, amplasate pe o platformă de ciment pentru a evita alunecarea lor în momentul în care pământul se contractă când temperatura scade. Conducta de descărcare este fixată la baza cisternei și transportă soluția de sodă caustică în canalul de scurgere sau în bazin ori lac. Debitul este controlat de o clapetă glisantă poziționată la capătul conductei de descărcare. [6]

2.3.6. Amoniacul

Amoniacul este un material ce trebuie manevrat cu atenție. Gazos la temperatura obișnuită, amoniacul poate fi comprimat și depozitat asemenea unui lichid. Se dizolvă rapid când este descărcat în apă.

Se comportă ca o bază puternică și poate ușor să ridice pH-ul apei la 9,2 când are loc tamponarea soluției, astfel încât nu are loc o creștere mai departe a pH-ului. Pomparea amoniacului în apele acide de mină este una dintre cele mai rapide modalități de a ridica pH-ul apei. Trebuie să fie pompat acolo unde apa se scurge, la intrarea în lac (bazin) pentru a asigura buna omogenizare deoarece amoniacul este mai ușor decât apa.

Cel mai promițător aspect al folosirii amoniacului pentru tratarea apelor acide de mină este reprezentat de costul său, în mod special, comparat cu soda caustică. O micșorare a costului de la 50% la 70% poate fi realizată când amoniacul este un înlocuitor al sodei caustice dacă pH-ul pentru precipitarea metalului este < 9,2. [6]

2.4. Coagulanți / Floculanți

Alte produse chimice folosite în tratarea apelor acide de mină sunt coagulanții și floculanții, care măresc eficient depunerea particulelor. Aceste materiale sunt, de obicei, limitate la cazuri în care anumite metale cer un sistem specializat de tratament, sau unde aerarea și timpul de depunere în lacuri (bazine) sunt insuficiente pentru precipitarea completă a metalelor.

Coagulanții reduc forțele de respingere electrostatice nete la suprafața particulelor, drept urmare accelerând formarea particulelor mai mari.

Flocularea agregă sau combină particulele prin crearea de punți între particule și chimicale. Legarea are loc când segmentele unui lanț polimeric absorb particulele suspendate creând particule mai mari. Cei mai comuni coagulanți / floculanți folosiși în tratarea apelor acide sunt sulfatul de aluminiu și sulfatul feric. [6]

2.5. Rășini schimbătoare de ioni

Schimbul de ioni în tratarea apei acide este definit ca o transfer reversibil de ioni dintr-un mediu solid și soluția apoasă. Rășinile schimbătoare de ioni sunt compuse dintr-o bază polimeră inertă din punct de vedere chimic, cu grupe funcționale atașate pentru schimb. Grupele funcționale pot fi anionice sau cationice.

În tehnologia curentă a schimbului de ioni, rășinile disponibile pot fi clasificate în mai multe tipuri:

cationiți puternic acizi;

cationiți slab acizi;

anioniți puternic bazicii;

anioniți slab bazici;

Combinațiile de rășini disponibile au fost folosite în sisteme pentru tratarea apelor acide de mină în scopuri specifice. [6]

2.6. Electrodializa

O unitate de electrodializă este compusă dintr-un număr de compartimente înguste, separate de membrane cu distanță mică între ele. Fiecare compartiment este separat de două membrane – cationice și anionice. Electrozii pozitivi și negativi sunt plasați la capătul opus al unității.

Canalele dintre membrane sunt umplute cu soluție (apă acidă de mină), iar când electrozii primesc energie, are loc migrarea ionilor din soluție către polii negativi sau pozitivi, fiind apoi colectați pe membrane. [6]

2.7. Zeoliți naturali

Zeoliții naturali sunt aluminosilicați hidratați care pot fi folosiți în schimbul de ioni pentru tratarea apelor acide de mină. Ionii de sodiu, care se găsesc, în mod normal în zeoliți sunt schimbați cu cationii de metal. După ce zeoliții au fost saturați cu cationii de metal schimbați, materialul trebuie să fie regenerat prin folosirea unei soluții de clorură de sodiu pentru a îndepărta cationii de metal de matricea aluminosilicată. [6]

2.8. Extracția metalelor din deșeurile apelor acide de mină

Tratarea apelor acide de mină cu chimicale conduce la formarea și precipitarea hidroxizilor metalelor în iazuri de decantare. Tratarea pasivă a AMD-ului implică de asemenea haldarea hidroxizilor metalelor în zone ferite. Aceste nămoluri conțin concentrații diferite de metale, în funcție de apa de origine.

Din moment ce apele acide de mină prezintă în compoziția lor cantități însemnate de fer, este posibilă o exploatare și utilizare a hidroxizilor de Fe, oxihidroxizilor și a oxizilor ca surse de fer pentru coloranți, straturi de protecție, catalizatori sau nisipuri de turnătorie. Alte metale, dacă se află în cantități suficiente în sursa apelor acide de mină, pot fi, de asemenea recuperate în scopul folosirii industriale și comerciale.

Pentru reducerea costului neutralizării, în cazul apelor cu aciditate totală sub 0,5% se aplică filtrarea prin strat filtrant de calcar brut sau dolomită, având granulația de 5 – 8 mm. Timpul de filtrare este de circa 5 minute la o viteză de 5 m/h, productivitatea filtrului fiind de circa 0,04 m3/m2 ∙ min.

Pentru apele cu conținut de fier și mangan nu se recomandă folosirea

filtrelor de calcar, deoarece granulele se acoperă cu precipitat de hidroxizi și filtrul se inactivează în scurt timp. De asemenea, în cazul apelor cu aciditate mare se formează sulfat de calciu sau de magneziu, dezagregându-se granulele filtratului, iar apa se încarcă cu particule foarte fine de ghips greu decantabil. [6]

2.9. Sisteme pasive de tratare a apelor acide de mină

Zone umede artificiale

Zonele umede sunt sisteme pasive și reprezintă o tehnologie relativ nouă de tratament. Zonele umede, create pe un suport de apă și sol, conțin microbi și plante capabile să îndepărteze metalele dizolvate din apele acide de mină. Zonele umede sunt, în general, mult mai eficiente în îndepărtarea fierului și manganului din AMD. Proiectarea și realizarea acestui sistem prezintă însă costuri ridicate.

Canale deschise prin calcar

Această metodă simplă de tratament pasiv folosește șanțuri deschise, umplute cu calcar. Dizolvarea calcarului adaugă alcalinitate și crește pH-ul apei, dar depunerea ferului și aluminiului pe particulele de calcar afectează performanța acestei metode de tratament.

Puțuri de deversare

Apa acidă este orientată spre un puț care conține calcar zdrobit. Formarea crustei de fier precipitat este împiedicată de turbulența curgerii apei în puț. Sistemul funcționează bine, dar necesită reaprovizionarea periodică cu calcar. [8]

CAPITOLUL III.

EPURAREA APELOR UZATE DE MINĂ

În funcție de natura și caracteristicile fizico-chimice ale substanțelor impurificatoare și de condițiile locale, epurarea apelor de mină se realizează prin procedee combinate, urmărindu-se atât efectele sociale cât și recuperarea elementelor care au valoare economică.

Dintre procedeele fizice, cel mai des utilizate sunt:

Decantarea particulelor solide disperse, urmată de limpezirea (decantarea avansată) apei în construcții adecvate pentru îndepărtarea suspensiilor foarte fine. Bazinele de decantare și limpezire se amplasează fie în subteran, fie la suprafață, în funcție de adâncimea minei și de configurația căilor de evacuare;

Centrifugarea sau hidroclorinarea apelor cu suspensii minerale, în vederea separării acestora;

Tratarea magnetică sau electrică a apei, care poate mări viteza de decantare a particulelor solide datorită proceselor de floculare electromagnetică și a modificărilor polare care intervin în masa fluidului. Prin tratarea magnetică a apei de mină cu ajutorul poliacrilamidei s-a mărit eficacitatea limpezirii cu 30-40% pentru 1 m3 de apă supusă epurării;

În cele mai multe cazuri, procedeele fizice de epurare sunt însoțite de procedee fizico-chimice, care constă dintr-o tratare prealabilă a apei cu reactivi coagulanți, urmată de decantarea suspensiilor, deshidratarea-filtrarea în filtre presă a nămolului și, eventual, limpezirea apei.

Procedeele chimice aplicate în epurarea apelor de mină se stabilesc în urma cercetării elementelor impurificatoare aflate sub formă de suspensii sau sub formă de ioni în soluție. Dintre acestea cele mai frecvent utilizate sunt următoarele: coagularea suspensiilor și a coloizilor, precipitarea cationilor și a anionilor impurificatori, extracția pe schimbători de ioni, flotația, procedee chimice compuse. [1]

3.1. Coagularea suspensiilor și a coloizilor

Coagularea se aplică pentru epurarea apelor de mină cu conținut de suspensii foarte fine și coloidale, care formează sisteme disperse stabile din punct de vedere electocinetic, foarte greu decantabile.

Reactivii utilizați pentru coagularea suspensiilor minerale prezente în apele de mină pot fi clasificați în funcție de natura lor chimică astfel:

coagulanți anorganici: sulfatul de aluminiu, sulfatul feros, clorura ferică, varul (CaO), laptele de var Ca(OH)2, silicatul de sodiu etc. Prin utilizarea acestui tip de coagulanți se obțin sedimente voluminoase, moi și care sunt ușor desfăcute prin agitare;

coagulanți organici: → naturali – amidon, dextrină, carboximetil, celuloză etc. → sintetici – polivinilamida, complecșii metalici ai acizilor grași și cei mai frecvent utilizați, derivații pe bază de poliacrilamidă nehidrolizată sau hidrolizată (anionică și cationică);

Coagulanții organici realizează o limpezire bună a apelor de mină impurificate cu suspensii fine argilo-caolinoase și feruginoase, crescând vitezele de sedimentare și filtrare și mărind stabilitatea flocoanelor (sedimentelor) comparativ cu cele obținute cu coagulanții anorganici. În alegerea coagulantului optim trebuie să se țină seama de valoarea și semnul potențialului electrocinetic ce caracterizează sistemul dispers studiat.

În unele cazuri se constată că procesul de coagulare nu este eficient numai prin utilizarea individuală a coagulanților anorganici sau organici.

Prin analogie cu activarea colectorilor de flotație cu săruri metalice, este posibil a se îmbunătăți adsorbția coagulanților pe particule minerale încărcate cu sarcini electrice de același semn, printr-o adiție controlată a sărurilor metalelor polivalente (de semn contrar). Ca și în procesul de flotație, activarea poate fi făcută numai într-un domeniu îngust de pH și concentrație.

Prezintă un deosebit interes în procesul floculării selective a unui component dintr-un amestec de minerale, prin folosirea unui floculant corespunzător și a valorii pH optime (apropiată de cea corespunzătoare punctului izoelectric). De exemplu, galena sau calcita pot fi floculate din amestecuri cu cuarțul dacă se ține seama de faptul că ele sunt selective la poliacrilamida neionică, în timp ce cuarțul, după îmbunătățire (proces accelerat de un mediu alcalin), este complet neselectiv.

Reactivii utilizați pentru intensificarea proceselor de decantare și limpezire a suspensiilor din apele de mină se prepară și se dozează în instalații special amenajate.

La instalațiile de epurare de capacitate mică (100 – 150 m3/h), dizolvarea și dozarea reactivului coagulant se pot face într-un singur rezervor prevăzut cu două compartimente.

La instalații de capacitate mare se prevede un depozit pentru coagulant în stare uscată, de unde se alimentează rezervorul de dizolvare în care se stochează soluția la concentrația ridicată. Aceasta se dirijează în rezervorul de dozare în care se alimentează apa proaspătă pentru diluarea soluției la concentrația de consum.

Rezervoarele pentru depozitarea, dizolvarea și dozarea reactivilor coagulanți se construiesc din rățini sintetice, lemn, mase plastice sau beton armat protejat anticorosiv în interior.

Pentru reactivi mai greu solubili, se pot utiliza agitatoare mecanice sau pompe de recirculare.

Sedimentarea sistemelor disperse stabile formate prin coagulare-floculare se realizează în deșlamatoare hidraulice (decantoare) sau mecanice. [1]

3.2. Precipitarea ionilor poluanți

Precipitarea ionilor poluanți constituie un alt procedeu chimic de epurare a apelor uzate de mină.

Principalii impurificatori ionici prezenți în apele de mină: Cu2+, Pb2+, Mn2+, Fe3+, Fe2+, SO42-, Cl.

La stabilirea tehnologiei de epurare adecvată se va avea în vedere (în condițiile în care compoziția chimică o permite) și recuperarea elementelor utile sub formă de produși utilizabili în diverse ramuri ale industriei.

Apele de mină care conțin cantități mici se epurează prin precipitare globală cu diverși reactivi (var, carbonat de sodiu, bicarbonat de sodiu etc.). Pentru ca procesul de epurare să fie selectiv, se urmărește ca pH-ul final al apei tratae să permită precipitarea ionilor nocivi. Agentul de precipitare se alege astfel încât produsul de solubilitate al precipitatului să fie suficient de mic pentru a nu permite eliberarea în apă a cantităților de ioni care să depășească limita admisă. Nămolurile astfel rezultate sunt prelucrate în continuare în vederea depozitării.

În cazul unor ape de mină cu conținuturi mari în diverși impurificatori ionici ce prezintă interes pentru valorificare, există trei variante tehnologice de epurare prin precipitare:

precipitarea globală, urmată de dizolvarea selectivă a elementelor utile în vederea îmbogățirii, în continuare, prin procedee chimice cunoscute, pentru a obține produse finale valorificabile industrial;

precipitarea stadială a metalelor dizolvate;

precipitarea secvențial-selectivă a fiecărui component extractabil; [1]

3.3. Decuprarea apelor de mină

Prezența cuprului în apele de mină le conferă acestora un caracter agresiv pentru construcțiile metalice și nociv pentru utilizări în agricultură și zootehnie.

În soluții apoase, cuprul împreună cu fierul formează micropile galvanice în care fierul se oxidează și trece în soluție, iar cuprul se reduce la metal și se depune (cementare) datorită faptului că are tensiune electro-chimică mai mică decât fierul.

Apele de mină impurificate cu cupru sunt foarte corosive pentru conducte, armături, pompe și construcții metalice, ca efect al reacțiilor:

2H+ + Fe → Fe + H2 (17)

Cu2+ + Fe → Fe2+ + Cu (18)

Decuprarea apelor de mină se realizează după decantarea prealabilă a particulelor disperse grobe, prin cementare sau prin extracție în coloane schimbători de ioni.

Decuprarea prin cementare se realizează practic trecând apa de mină prin vase de reacție umplute cu deșeuri de fier (șpan, cutii de conserve). Cuprul se depune sub formă de cement pe fundul vaselor dispuse în cascadă și se colectează periodic. Cementarea este un proces electrochimic în care fierul are rol de catod pe care se depune cuprul (anod) conform reacției:

CuSO4 + Fe → Cu + FeSO4 (19)

Apele de mină acide conțin, de regulă, sulfat feric și acid sulfuric liber, care dau naștere la reacții secundare consumatoare de fier, după schema:

Fe(SO4)3 + Fe → 3FeSO4 (20)

H2SO4 + Fe → FeSO4 +H2 (21)

Din această cauză, la cementare se prevede o cantitate de fier mai mare decât cantitatea stoichiometric necesară (88 kg fier / 100 kg cupru). Pentru reducerea consumului inutil de fier se recomandă creșterea pH-ului apei până la 4,5 – 5 în scopul micșorării concentrațiilor de acid sulfuric liber și Fe3+ care se reduce la Fe2+. Prin creșterea pH-ului apei se împiedică hidroliza fierului și a celorlalte metale dizolvate, evitând astfel impurificarea cementului cu hidroxizii metalelor respective.

Cementarea se poate realiza static sau prin agitare cu cu aer. În ultima variantă se activează sensibil reacția de reducere și precipitarea cuprului, crescând productivitatea instalației.

În condițiile unei agitări puternice, la un timp de reacție de 1,5 – 2 h, din ape de mină cu conținutul inițial de cupru de 80 – 130 mg/l se obține cement de cupru cu conținut de 63 – 90% Cu la un randament de extracție de 95 – 98%. Apa decuprată mai conține 3 – 5 mg/l cupru dizolvat.

Îmbogățirea apei de mină în cupru este favorizată de prezența populației bacteriene Thiobacillus-Ferrobacillus, care are capacitatea de a-și procura energia necesară metabolismului propriu prin oxidarea sulfului și a unor ioni metalici cu valențe inferioare din sulfurile metalelor grele.

Prin oxidarea sulfului se distruge rețeaua cristalină a mineralului și metalele sunt trecute în soluție sub formă de cationi liberi. [1]

3.4. Epurarea cu rășini schimbătoare de ioni

Epurarea cu rășini schimbătoare de ioni se aplică pentru îndepărtarea ionilor de fier, mangan, zinc și cupru prezenți în apele de mină în concentrații ridicate.

Decuprarea prin extracție cu schimbători de ioni se realizează trecând apa de mină (decantată în prealabil pentru eliminarea suspensiilor grobe) printr-o coloană cu rășină cationică în care sunt reținuți ionii de cupru, care apoi sunt extrași prin eluție cu acid clorhidric soluție 10%.

Se obține clorură de cupru care se prelucrează prin electroliză, rezultând cupru metalic. După terminarea eluției, masa cationică este spălată pentru îndepărtarea eluentului reținut în spațiile interstițiale ale granulelor, apoi este regenerată cu un acid ales corespunzător valorii pH a cationitului și din nou se spală pentru eliminarea excesului de agent de regenerare, după care se reia ciclul de extracție cu altă încărcătură de apă mineralizată. Apa decuprată este trecută printr-o coloană cu rășină anionit, care reține o mare parte de ioni SO42- și totodată aduce pH-ul la 6,5 – 7,0.

Nămolurile rezultate de la epurarea apelor acide se depozitează în iazuri dimensionate pentru 10 – 15 ani sau în haldă, în amestec cu steril de de mină, după deshidratare prin filtrare în filtre presă sau prin centrifugare. De regulă se prevăd trei filtre, dintre care unul se spală și altul este de rezervă. [1]

3.5. Epurarea prin procedee biologice

Apele de mină cu conținuturi ridicate de fier și sulfați se pot epura în mediu anaerob cu ajutorul bacteriilor sulfato-reducătoare. Sulfații sunt reduși la hidrogen sulfurat care intră în interacțiune cu sărurile de fier și precipită sulfura de fier sub forma FeS ∙ H2O.

Procesul decurge lent, astfel că metoda se poate avea în vedere pentru aplicarea numai pentru debite moderate de apă de mină, în cazurile în care în apropierea minelor se găsesc lacuri sau mlaștini naturale.

Flora acvatică a lacurilor naturale sau mlaștinilor favorizează epurarea apelor cu suspensii minerale, pe care le absorb formând nămol activ. Prin descompunerea rădăcinilor și frunzelor de plante (papură, rogoz, stuf) se pun în libertate oxigen, acizi organici și combinații ale acestora, care favorizează descompunerea impurităților organice din apă și saturarea apei cu oxigen.

Un rol important în aceste procese îl joacă aerul din atmosferă, razele de soare, precipitațiile atmosferice și temperatura apei. Apele de mină epurate în mlaștină sau iazuri biologice special amenajate pot fi deversate în receptori fără sterilizare ulterioară, datorită eliminării impurităților bacteriene în același timp cu suspensiile minerale. [1]

CAPITOLUL IV.

UTILIZAREA CENUȘILOR ÎN NEUTRALIZAREA APELOR ACIDE DE MINĂ

4.1. Caracteristicile cenușilor

Cenușa este produsă din arderea combustibilului solid precum cărbunele, deșeurile municipale și industriale, lemn și turbă, sub formă de praf și granule și în strat fluidizat. Volumul cenușii variază de la o țară la alta. De exemplu, mai mult de 1 milion de tone de cenușă sunt produse în fiecare an în Suedia (2005), din care jumătate rezultă din procesul incinerării deșeurilor. Cenușa poate fi împărțită în cenușă de vatră și cenușă zburătoare. Cenușa, mai ales cenușa zburătoare, poate fi folosită pentru remedierea terenurilor afectate de activitățile miniere. Proprietățile cenușilor vor fi determinate de calitatea combustibilului original, de procesul de ardere și de locația boiler-ului de incinerare de unde este achiziționată cenușa. Proprietățile cenușii care sunt importante în tratarea deșeurilor miniere sunt: capacitatea de tamponare, permeabilitatea, durificarea, durabilitatea și proprietățile reologice. Folosirea cenușilor pentru neutralizarea apelor acide de mină poate fi o alternativă puțin costisitoare.

4.1.1. Capacitatea de tamponare

Cenușile au o alcalinitate ridicată și pot, prin urmare, să ridice pH-ul deșeurilor miniere, fie prin amestecarea lor cu reziduurile miniere sau prin crearea unui strat de izolare deasupra depozitului de deșeuri. Capacitatea de tamponare este cu 30 – 50% mai mică decât cea a hidroxidului de calciu, dar cenușile au avantajul, din punct de vedere ecologic, de a fi deja arse, ceea ce înseamnă că ele nu generează efecte climatice negative, ca varul stins (care necesită o cantitate mare de energie pentru producere). La cantități mai mici de reziduuri, capacitatea de neutralizare a cenușilor poate depăși aciditatea deșeurilor. Pentru deșeurile vechi oxidate, pH-ul ridicat poate stabiliza ionii Fe3+ în faza solidă și, prin urmare, să prevină oxidarea secundară a sulfurilor. Pentru depozitele moderne foarte mari, cenușile se folosesc doar pentru acoperirea și neutralizarea de suprafață. Umplerea minelor de sulfuri cu cenușă poate reduce emisia metalelor grele în apele deversate. Cenușa va tampona apa și în același timp îi va reduce cantitatea datorită percolării scăzute prin cenușă.

4.1.2. Permeabilitatea și durificarea

Cenușile pot fi folosite în combinație cu un strat vegetativ pentru a reduce difuzia oxigenului în deșeurile miniere. Când se amestecă cu apa, cenușile se solidifică pentru foarte mult timp. Aceasta generează într-un strat cu permeabilitate scăzută, care nu permite rădăcinilor sa îl penetreze. Înainte să se ajungă la un grad ridicat de compactare, pătrunderea rădăcinilor este împiedicată de pH-ul ridicat și de conținutul de sare din pori. Cenușa zburătoare amestecată cu cenușa de vatră pot, genera o structură monolitică, fără fisuri. Rezultatele cercetărilor au arătat că suspensia de cenușă și apa se întăresc, formând un monolit impermeabil, cu apa imobilizată în pori.

4.1.3. Durabilitatea

Percolarea scăzută a apei prin straturile compacte de cenușă zburătoare are ca rezultat o viteză scăzută de percolare, care face ca timpul până când pH-ul și concentrația de săruri vor fi reduse să fie mai îndelungat. Cenușile trebuie să fie dure și să își „vindece” propriile lor fisuri, dar nu se știe durata capacității de auto-sigilare. Există unele indicații conform cărora cenușile se vor transforma în minerale argiloase, precum ilitul dacă pH-ul este ridicat, sau este posibil să se formeze montmorilonitul la un pH scăzut. Cu toate acestea, pătrunderea rădăcinilor și penetrarea oxigenului nu trebuie să fie mai rapide decât la alte straturi de izolare cu grosimi similare.

4.1.4. Solubilizarea cenușii

Cenușile au un pH ridicat și conțin metale, săruri și elemente nutritive, iar concentrațiile acestor constituenți variază în funcție de originea cenușii. Solubilizarea diferitelor substanțe este moderată în cenușile proaspete, inclusiv în testele de laborator, dar experiențele de pe teren demonstrează, în general, viteze scăzute ale solubilizării. Solubilizarea variază în funcție de originea și tipul de cenușă. Evaluarea impactului natural al folosirii cenușii trebuie să fie efectuată în fiecare din cazurile specifice. Un studiu în curs de desfășurare arată că cenușa zburătoare incinerată este potrivită pentru remedierea deșeurilor miniere și a minelor vechi, chiar dacă ele sunt clasificate ca deșeuri periculoase. [9]

4.2. Cenușa provenită din arderea lemnului

Deși folosit încă din cele mai vechi timpuri pentru construcția locuințelor, lemnul este în continuare utilizat în acest scop, mai ales în zona montană, unde se găsește din abundență.

Lemnul este un sistem de celule foarte diferite. Compoziția lui chimică este variabilă, de la specie la specie, cele mai frecvente substanțe fiind celuloza, lignina, proteinele, rășinile și ceara precum și substanțe minerale, care la ardere dau cenușa. Din punctul de vedere al elementelor constitutive, compoziția lemnului este aproape constantă, indiferent de specie, fiind de cca. 50% C, 6,1% H și restul aproape exclusiv oxigen (O).

Densitatea lemnului în stare uscată variază de la 0,08 la 1,4 kg/dm3. Deoarece densitatea lemnului variază în funcție de umiditatea sa, trebuie menționată totdeauna și valoarea acesteia.

Umiditatea lemnului se calculează în funcție de greutatea în stare uscată. Umiditatea naturală a lemnului proaspăt doborât este de 40 – 17% la conifere și de 35 – 130% la foioase.

La confecționarea și utilizarea obiectelor de lemn trebuie luat în considerare conținutul de umiditate prescris, care pentru mobilă, parchet, uși folosite la încăperi dotate cu încălzire centrală este de 6 – 8% iar pentru aceleași obiecte folosite în încăperi dotate cu sobe este de 10 – 12%.

Uscarea lemnului poate fi făcută fie natural, fiind ieftină dar de lungă durată, fie artificial, o metodă rapidă dar mai scumpă și care poate duce, dacă nu se respectă parametrii tehnologici specifici fiecărei specii, la degradarea lemnului.

Fiind un material biologic, lemnul poate avea o serie de paraziți vegetali și animali, pentru combaterea cărora trebuie luate măsuri din timp.

De o deosebită importanță în economia oricărei ferme montane care se ocupă și de exploatarea lemnului este folosirea rumegușului, produs secundar care rezultă la tăierea (debitarea) lemnului, respectiv la fabricarea cherestelei. Păstrarea lui în grămezi sau, mai grav, deversarea în râuri poate avea consecințe dăunătoare asupra ecosistemelor, de aceea se recomandă fie vinderea rumegușului către fabricile producătoare de PAL sau PFL, fie brichetarea lui în vederea folosirii drept combustibil, fie compostarea, alături de alte resturi din gospodărie, rezultând astfel un îngrășământ natural deosebit de valoros și practic necostisitor. [10]

Cenușa provenită din lemn este reziduul anorganic și organic care rămâne după arderea lemnului sau fibrelor lemnoase neînălbite. Proprietățile fizice și chimice ale cenușii provenite din lemn variază în mod semnificativ, depinzând de mai mulți factori. Lemnul cu esență tare produce, de obicei, mai multă cenușă decât lemnul de esență moale, iar coaja și frunzele produc, în general, mai multă cenușă decât partea interioară a lemnului. În medie, din arderea lemnului rezultă de la 6 la 10 % cenușă. Când cenușa este produsă în sistemele de ardere industrială, temperatura arderii, puritatea lemnului de foc, locul de colectare și tehnologia pot să aibă efecte puternice asupra compoziției și caracteristicilor cenușii. De aceea, testarea cenușii este extrem de importantă.

Cenușa este compusă din mai multe elemente majore și minore de care copacii au nevoie pentru a crește. Din moment ce majoritatea acestor elemente sunt extrase din sol și din atmosferă de-a lungul creșterii copacilor, ele sunt comune în mediul nostru și sunt, de asemenea, esențiale în producerea cerealelor și a furajelor. Calciul este elementul cel mai frecvent întâlnit în cenușa provenită din lemn, conferindu-i acesteia proprietăți similare cu agrocalcarul. Cenușa este, de asemenea, o bună sursă de potasiu, fosfor și magneziu. Respectând notația pentru îngrășămintele comerciale, o cenușă provenită din lemn are în medie compoziția 0 – 1 – 3 (N – P – K). Pe lângă aceste macroelemente, cenușa provenită din lemn este o sursă bună de microelemente necesare în cantități foarte mici pentru creșterea adecvată a plantelor. Cenușa provenită din lemn conține totodată câteva elemente care ridică anumite probleme din punct de vedere al mediului. Concentrațiile de metale grele sunt de obicei scăzute. [11]

Componentele dominante ale biomasei cenușii provenite din arderea lemnului sunt: CaO, SiO2, K2O, Al2O3, P2O5, MgO, MnO, Na2O, Fe2O3, SO3 și TiO2. [12]

Experimentele desfășurate în seră și pe teren au confirmat siguranța și fezabilitatea folosirii cenușii provenită din lemn pe terenuri agricole. Cenușa provenită din lemn are un efect de neutralizare care variază între 8 – 90% din totalul puterii de neutralizare a varului, și poate îmbunătăți creșterea plantelor cu până la 45% în plus față de tradiționala piatră de var. Constrângerile majore ale folosirii cenușii sunt costurile de transport și manipulare, precum și concentrația scăzută de elemente nutritive. Dacă costurile de eliminare/haldare vor crește în continuare, aplicarea pe terenuri agricole a cenușii va deveni viabilă în viitor, o oportunitate pentru agricultură și conservarea resurselor naturale. [11]

4.3. Tipuri de cenuși rezultate din industria lemnului

4.3.1. MDF

MDF (Medium Density Fibreboard) sau cum este cunoscut în limba română PFL (plăci fibro-lemnose) este un material pe bază de lemn care folosește cu precădere fibre lemnoase, și nu particule fine. În mod tipic se prezintă sub formă de plăci, deși folosirea sa în cofraje și folosirea crescândă ca element de structură (grinzi) a dus la o creștere a gamei sortimentale. Înlocuiește folosirea plăcilor aglomerate lemnoase (PAL) în industria mobilei, tâmplărie și pentru parchete. Avantajele sale se bazează pe rezistența mecanică și elasticitate ridicate, prelucrabilitate bună, rezistență la alterare și versatilitate.

MDF își are numele de la locul său istoric în producerea plăcilor din fibre. Folosind un proces tehnologic uscat se pot obține de obicei plăci cu la o densitate de 750 kg/m3, dar și plăci cu densități de la 600 (LDF – Low Density Fiberboard) la 1200 (HDF – High Density Fiberboard) kg/m3 . [13]

Procesul de fabricare a MDF-ului. Componentul primar este lemnul de esență moale care a fost măcinat în fibre de lemn, care sunt entități mai mici decât cele folosite în PAL. Alte materiale folosite cu succes au fost hârtia reciclată, deșeuri de lemn colectate și bambus. Amestecarea lemnului cu alte materiale non-lemnoase precum fibrele de sticlă, oțel și carbon au condus la obținerea unor noi produse tip MDF.

Decojirea – reprezintă prima etapă a procesării buștenilor. Buștenii pot fi folosiți cu scoarță, așa cum pot fi folosite și alte materiale fibroase, dar pentru optimizarea produsului final, scoarța este îndepărtată, pentru a reduce deteriorarea echipamentelor datorată abraziunii, a permite curgerea rapidă a apei în timpul formării pastei, a reduce cantitatea de deșeuri organice cu 10-15%, a stabiliza nivelele pH-ului (reducerea coroziunii echipamentelor) și a crește gradul de finisare a suprafeței.

În unele unități de producție, procesul decojirii nu este important dacă în fabrică se obțin așchii, din alte procese de producție. Așchiile provin din deșeurile altor activități sau din buștenii ciopliți în pădure.

Un decojitor inelar poate opera până la o viteză de o tonă pe minut, buștenii având de la 2 la 2,5 în lungime. Capetele de lucru, fixate pneumatic sau cu arcuri, se rotesc în jurul bușteanului, decojindu-l aproape în totalitate, fără a vătăma lemnul. Coaja de deșeuri poate fi vândută, pentru amenajări peisagere sau pentru instalații de ardere.

Obținerea așchiilor – deși unele unități acceptă așchiile provenite din alte operațiuni, cioplirea este făcută la fabrica MDF. Se folosesc tocătoare de așchii, cu 4 sau 6 lame. Lamele sunt aranjate radial pe o placă rotativă, așezată perpendicular pe mecanismul de avansare a bușteanului. Viteza de alimentare cu bușteni, viteza radială a cuțitelor de pe placă, distanța de pătrundere a cuțitelor și unghiul cuțitelor determină mărimea așchiei.

Așchiile sunt apoi sortate dimensional, iar cele care sunt mai mari față de standard pot fi tocate, iar cele de mai mici pot fi folosite ca și combustibil. Pentru îmbunătățirea unor caracteristici se pot amesteca așchii provenite de la diferite surse sau specii de cherestea. De exemplu, plăcile rezistente la o umiditate extrem de înaltă obținute de unii producători prin folosirea unui conținut de eucalipt de 10%. Așchiile sunt spălate, iar un magnet sau un alt scanner trece peste ele pentru a detecta impuritățile.

Obținerea fibrelor – MDF are multe din caracteristicile sale deoarece folosește mai multe celule lemnoase decât particule. Materialul tocat este compactat cu ajutorul unui alimentator cu melc în prize mici, care sunt încălzite de la 30 la 120 de secunde (înmuind lemnul), apoi este introdus în defibrilator. Defibrilatorul este alcătuit din două plăci care se rotesc în sens invers, fiecare fiind prevăzută cu caneluri radiale care devin mai mici pe măsură de se apropie de marginea. Materialul este introdus în centru, fragmentându-se în momentul în care forțele centrifuge o împing în afara plăcilor, unde șanțurile sunt mai fine. Alimentatoarele de la intrarea și ieșirea defibrilatorului mențin presiunea mare și temperatura (cam de 150°C).

Temperaturile mari scad energia cerută pentru defibrilarea lemnului, prin înmuierea ligninei care facilitează separarea fibrelor de-a lungul lamelei mijlocii. Aburul este apoi separat de pulpă, timpul total de staționare în defibrilator fiind de un minut. Pulpa poate fi trecută printr-un rafinor secundar pentru asigurarea gradului dorit de libertate a fibrelor.

Pulpa rezultată este curată, fină, pufoasă și deschisă la culoare.

Linia de uscare – după defibrare, fibrelor intră pe linia de uscare. Capul de uscare are doar 44 mm în diametru, iar fibrele trec cu viteză mare. Adăugarea de ceară îmbunătățește rezistența la umiditate a plăcii finisate, iar rășinile sunt adăugate pe flux în timp ce fibrele sunt încă umede, deoarece fibrele uscate formează fascicule, datorită lipirii, ceea ce ar diminua consistența materialului. Diametrul de trecere crește la 1500 mm, iar fibrele sunt uscate prin cilindri de încălzire, la o temperatură de aproximativ 280oC. Agitarea fibrelor în uscător contribuie la dispersarea rășinii în mod constant. Temperatura la ieșire este de aproximativ 80oC. Fibrele pot fi stocate în coșuri pentru o perioadă nedeterminată de timp, dar de obicei are loc prelucrarea lor imediată. Conținutul de umiditate a fibrelor este de doar 12%.

Procesul de uscare și amestecare și folosirea fibrelor uscate sunt caracteristice distinctive ale MDF-ului.

Formarea plăcii – pentru a forma o placă consistentă, următoarele probleme trebuie depășite: trebuie menținută o viteză mare a aerului pentru a menține fibrele suspendate, suspensia de fibre în aer nu trebuie să se deplaseze lateral, iar fibrele să nu formeze aglomerări.

Presarea – placa poate fi tăiată fie lateral la mărimea lăsată de dispozitivul de formare, fie la mijloc cu ajutorul unui ferăstrău sincronizat. Profilul densității panoului este critic în obținerea unor proprietăți satisfăcătoare de rezistență. Prin presare crește rezistența mecanică a plăcii, astfel că se obține o rezistență maximă la o greutate minimă. Presarea are loc diferențiat, timpii de presare fiind din ce în ce mai mari: pentru o placă de 16 mm: 20 secunde pentru a aduce placa la 28 mm, 28 secunde la 26 mm, 23 secunde la 25 mm, 330 secunde sunt necesare pentru a aduce placa la 16 mm, iar apoi se așteaptă pentru decompresie.

Presiunea poate atinge 3500 MPa și placa poate fi încălzită la peste 200°C. Plăcile mai subțiri pot necesita până la 750 MPa. Dimensiunile plăcilor presate pot fi până la 1,5 – 2 m lățime și 5 – 20 m lungime.

Finisarea – după presare, plăcile sunt răcite într-un uscător, iar apoi sunt șlefuite. Câteva zile sunt depozitate în vederea permiterii maturare, respectiv întărirea rășinii. Plăcilor le sunt aplicate straturi melaminate, colorate sau natur.

Utilizările MDF-ului. MDF-ul a fost dezvoltat în exclusivitate pentru mobilă, dar rezistența sa specifică mare și calitățile sale estetice au dus la extinderea utilizărilor. Este folosit pe scară largă în bucătării și în băi. Folosirea sa ca placaj exterior pentru locuințe a fost testată cu succes, iar aplicațiile structurale sunt în creștere.

MDF a depășit materialele tradiționale folosite (în special PAL) în domeniile menționate anterior pentru că:

densitatea moderată globală și profilul adecvat de densitate conferă caracteristici excelente de prelucrare;

are o mai mare toleranță la umiditate decât PAL-ul;

are rezistență foarte mare, cu un modul de elasticitate de la 2500 MPa pentru panouri standard, până la peste 5000 MPa pentru tipurile cu densitate mai mare. Modulul de rupere este de la 28 la 80 MPa, în funcție de grosime și tipuri;

produsele din MDF sunt considerate atrăgătoare;

Deoarece este din nou la modă pentru mobilă să fie bogat ornamentală, prelucrabilitatea, proprietățile de lăcuire, rezistența mecanică și capacitatea de a-și menține forma fac ca MDF să fie din ce în ce mai căutat, inclusiv pentru fețe de uși și pervazuri.

MDF are caracteristici mai bune de absorbție a umidității decât lemnul. Rezistența la foc a MDF-ului este, de asemenea, mai bună decât cea a lemnului.

Deși destul de atractiv în forma sa brută, MDF este de obicei acoperit cu o folie de melamină, care poate oferi o paletă completă de culori și furnire de lemn artificial, dar MDF poate fi acoperit și cu furnire veritabil din lemn, materiale plastice, vopsele și aluminiu care aderă foarte bine.

Adezivi folosiți în producerea MDF-ului. Tendința este de a folosi rășini pe bază de formaldehidă pentru MDF, o practică preluată din tehnologia PAL-ului. Deși rășinile epoxidice au proprietăți superioare, costul lor le face impracticabile. Ureea formaldehidică a fost înlocuită din cauza îngrijorării pentru riscurile de sănătate și predispoziția pentru creșterea umidității.

Rășinile formaldehidice termoreactive sunt cel mai folosite ca adezivi în fabricarea MDF-ului și într-o oarecare măsură, acționează ca matrice în compozitul de fibre de lemn – polimer. Față de rășinile epoxidice, acestea au avantajul de a fi mult mai ieftine, cu proprietăți similare și prelucrabilitate mai ușoară.

Tehnologia cu adezivi utilizată în MDF este preluată de la PAL, trecându-se treptat de la utilizarea aproape exclusivă a adezivilor din uree formaldehidică la utilizarea de melamin – formaldehidă (MF), fenol formaldehidă (PF), melamină – uree – formaldehidă (MUF) și fenol – uree – formaladehidă (PUF). Rășinile MF și PF s-au dovedit a avea proprietăți adezive superioare, în special în ceea ce privește expunerea la umiditate în comparație cu rășinile UF.

Rășinile UF, MF și PF sunt produse de condensare ale reacțiilor de uree, melamină și fenol, respectiv cu formaldehidă. Ele sunt solubile în apă, ceea ce este foarte important pentru amestecarea adezivului și fibrelor în timpul fabricării MDF. Specificațiile rășinilor variază foarte mult în funcție de domeniul de aplicare a lor. De exemplu, rășinile utilizate la fabricarea MDF-ului au un grad scăzut de polimerizare pentru a le împiedica să se întărească în timp ce fibrele sunt uscate.

Probleme de mediu în ceea ce privește MDF-ul. La ora actuală MDF-ul este considerat un produs „prietenos cu mediul”. Deși materialul preferat este pinul, se poate folosi pentru fabricarea lui aproape orice lemn. În fabricarea sa au fost utilizate cu succes: hârtia reciclată, resturi de lemn reciclat, bambus și materiale precum fibre de carbon, polimeri, oțel și sticlă.

MDF-ul este capabil să folosească arbori tineri, din răririle forestiere și resturile de cherestea, care au utilizări reduse.

Utilizarea MDF-ului în locul lemnului de esență tare este preferat din cauza lipsei acestuia la nivel mondial, zonele în care lemnul de esență tare există fiind considerate zone de conservare.

O problemă controversată în prezent este utilizarea rășinilor formaldehidice la fabricarea MDF-ului, precum și riscurile de sănătate. Aceasta este depășită prin utilizarea de adezivi pe bază de lignină. În prezent, standardele solicită ca emisiile de formaldehidă, care pot provoca iritații ale ochilor sau gâtului, de la produse finite care conțin formaldehidă să fie mai mici de o parte pe milion. Acest standard este respectat de către majoritatea producătorilor majori. [13]

4.3.2. PAL Melaminat (plăci aglomerate din lemn)

Plăcile aglomerate din lemn – PAL (Melamine Clipboard) sunt produse din lemn care conțin melamină, un compus chimic, care are o mulțime de utilizări. Melamina este utilizată ca material pentru obținerea de furnire și laminate. Problemele de sănătate legate de melamină au făcut ca unii oameni să fie împotriva produselor care conțin această substanță chimică, dar în cazul PAL-ului melaminat, este privită, în general, ca fiind sigură deoarece aceasta este încorporată în interiorul materialului, limitând astfel expunerea.

Plăcile aglomerate din lemn, cunoscute de asemenea sub numele de PAL sunt realizate dintr-o varietate de resturi din materiale lemnoase, inclusiv rumeguș și hârtie. Aceste materiale sunt lipite cu rășină pe bază de melamină, de fapt un amestec de melamină și formaldehidă, care ajută PAL-ul să-și mențină forma. Produsul rezultat este foarte dens și extrem de rezistent și poate fi superior lemnului în anumite utilizări, cum ar fi parchetul, unde este de dorit o înaltă rezistență. De asemenea, este utilizat în produsele de mobilier pentru a mări robustețea și a micșora costurile.

Melamina, este de asemenea, utilizată ca un material de acoperire. PAL-ul melaminat include un strat de laminat, care este proiectat în vederea îmbunătățirii aspectului sau a performanței. Deoarece PAL-ul melaminat este, uneori, ascuns vederii, nu este necesară totdeauna fațetarea, dar poate fi utilizat și în situații în care ar putea fi vizibil sau în care sunt necesare proprietăți cum ar fi rezistența la apă, de exemplu pentru anumite tipuri de construcții. [14]

4.4. Utilizarea cenușii în tratarea apelor acide de mină

Dată fiind compoziția chimică a cenușii provenite din arderea lemnului, se poate afirma faptul că acest tip de cenușă include substanțe eficiente, potrivite pentru remedierea AMD-ului precum:

componente pe bază de calciu pentru a ajusta valorile pH-ului și a favoriza precipitarea;

reziduuri carbonizate și nearse ale substanțelor organice și compuși de siliciu cu efecte de sorbție;

compuși ionici de aluminiu și fier, din care aceștia sunt eliberați în contact cu AMD-ul, producând astfel oxizi hidratați de aluminiu și fier cu un efect de coagulare;

compuși insolubile de alumino-silicați și silicați care favorizează limpezirea; [15]

Principalele obiective ale acestei lucrări au constat în testarea în laborator ale efectelor cenușii provenite din arderea lemnului în tratamentul AMD-ului și compararea efectelor cenușii provenite din arderea lemnului cu ale carbonatului de calciu în neutralizarea apelor acide de mină.

CAPITOLUL V.

IMPACTUL EXPLOATĂRII ROȘIA POIENI ASUPRA MEDIULUI

Prin activitățile de extracție și prelucrare a substanțelor minerale utile, spații aflate într-un echilibru relativ, își schimbă dinamica printr-o accelerare regresivă, generând alte peisaje ce funcționează într-un grad avansat de entropie.

Se modifică elementele geomorfologice, se creează noi formațiuni superficiale și se accelerează alterarea fizico-chimică a învelișului solului.

Microclimatele subterane se constituie în entități specifice acestui mediu, poluate cu pulberi silicogene și gaze de mină, iar topoclimatele aferente spațiilor de la suprafață (cariere, platforme uzinale) suportă transformări ale dinamicii atmosferice și infestarea cu pulberi, gaze de eșapament și aerosoli ai reactivilor de flotație.

Rețeaua hidrografică este afectată prin dezorganizare spațială generată de excavații, surpări, iar calitatea apelor este transformată uneori substanțial. Apele de mină și cele uzinale devin purtătoare de poluanți ce produc adevărate catastrofe ecologice.

Învelișului de sol i se produc perturbări prin îndepărtare (excavare), prin acoperire cu deșeuri miniere (haldare) și prin infestare cu depuneri de steril și nocivare cu ioni metalici.

Vegetația suportă modificări prin defrișare, excavare, acoperire, depuneri de pulberi pe frunze și prin preluarea din sol a unor elemente de noxă. Fauna este de regulă alungată din aceste zone, iar cea acvatică este agresată până la dispariție.

Peisagistic, spațiile perimetrate cu activități de extracție și prelucrare a substanțelor minerale utile, cu un grad avansat de dezorganizare, produc disconfort fizico-psihic. [16]

5.1. Exploatarea minieră Roșia Poieni

Roșia Poieni este cea mai mare unitate de exploatare a substanțelor minerale utile din țară și una din cele mai mari din Europa. Obiectivul are ca profil de activitate extracția în carieră și prelucrarea minereurilor cuprifere. [16]

Zăcământul de tip „porphyry-copper” Roșia Poieni reprezintă cea mai mare rezervă de cupru din România, aproximativ 64,5% din rezerva totală a țării, fiind estimat la peste 1 miliard de tone de minereu de cupru, cu un conținut de 0,38% Cu și 1,8% S. [17]

Temeiul înființării exploatării miniere de la Roșia Poieni a fost reprezentat de extragerea cuprului (dar și a altor metale rare), de la nivelul zăcământului. Astfel, întreg spectrul de activități ce se desfășoară în jurul prezentului proiect sunt legate de activitățile de extragere și valorificare (prin obținerea de concentrat cuprifer) a minereurilor utile.

Activitatea desfășurată are două faze importante în procesul de valorificare a minereului cuprifer și anume: exploatarea minereului de cupru în carieră și prepararea minereului extras din carieră în uzina de preparare. [18 ]

Pentru valorificarea acestui zăcământ, obiectivul minier dispune de o exploatare în carieră și o uzină de preparare a minereului extras, la care se adaugă instalațiile de concasare primară, transport minereu concasat, alimentare cu apă și energie electrică, iazuri de decantare pentru depozitarea sterilului de flotație și halde de steril.

Activitatea de exploatare, procesare și valorificare a zăcământului de minereu de cupru de la Roșia Poieni este realizată de Societatea Comercială Cupru Min S.A. Abrud județul Alba.

Principalele probleme de la Roșia Poieni constă în scurgerile de ape acide din haldele de steril, care solubilizează metale grele.

Pentru ameliorarea acestei situații se impune: valorificarea minereului sărac de cupru care se poate realiza printr-o instalație de recuperare a cuprului din apele acide colectate la baza haldelor de steril și neutralizarea ulterioară a apelor acide care rezultă din respectiva instalație. [19]

5.1.1. Localizare și topografie

Geografic, zăcământul de minereuri cuprifere sărace de la Roșia Poieni este situat la 23°10’ longitudine estică și 46°20’ latitudine nordică, în zona Munților Apuseni, în extremitatea sudică a Munților Metaliferi, la cca. 7 km de râul Arieș.

Zăcământul de minereuri cuprifere este situat în partea centrală a României, aparținând geografic sectorului Carpaților Occidentali – Munții Apuseni, în cadrul sub-sectorului geografic al Munților Metaliferi. Hidrografic, zona aparține bazinului râului Arieș. [18 ]

Exploatația minieră Roșia Poieni este situată în unitatea structurală Munții Metalferi, în zona vârfurilor Poieni, Vârși, Curmătură și a versantului sudic al văii Arieșului. Administrativ se situează pe teritoriul comunei Lupșa, județul Alba. [19]

Zona înconjurătoare a zăcământului este muntoasă, cu cote cuprinse între 600 m și 1250 m și este brăzdată de văi adânci, care sunt în general orientate:

– dinspre zăcământ spre nord în valea Arieșului;

– dinspre zăcământ spre sud, oprindu-se în Valea Abrudului.

Morfologia zonei se caracterizează printr-un relief accidentat cu văi adânci și platforme suspendate specifice zonelor vulcanice. [18 ]

Accesele principale la obiectivul din perimetrul minier sunt:

din localitatea Mușca aflată pe DN75 Turda – Câmpeni;

din Abrud (DN74) pe valea Cornei; [19]

5.1.2. Caracteristici climatice și hidrologice ale zonei

Perimetrul minier Roșia Poieni este situat într-o zonă de dealuri caracterizată printr-o climă continental moderată în care se disting veri calde, cu precipitații nu prea bogate și ierni reci. În acest areal apar diferențieri ale regimului climatic legate de expunerea versanților. Astfel, versanții estici ai Munților Apuseni sunt adăpostiți față de circulația vestică predominantă, ceea ce determină încălzirea

aerului și reducerea cantităților de precipitații. [18 ]

Alături de altitudine și monografia generală a reliefului, expunerea și înclinarea reliefului joacă un rol important în repartiția teritorială a caracteristicilor climei, în primul rând asupra regimului termic. În valea Arieșului, diferențele termice sunt cu atât mai accentuate cu cât altitudinea este mai mare. Rezultă că la altitudinea cuprinsă între 700 și 1200 m, numărul zilelor de iarnă este de cca. 37 – 54 zile, iar numărul zilelor de îngheț cu temperaturi de sub 0ºC este de 146 – 150 zile. Cantitatea medie de precipitații crește cu altitudinea, de la 767 mm la 893 mm.

Vânturile sunt influențate de relief, atât în ceea ce privește direcția cât și viteza. Vânturile din S-V sunt cele mai frecvente, însă la altitudini înalte predomină vânturile de vest. [19]

Temperatura aerului prezintă diferențe teritoriale ca urmare a diferențelor de altitudine și de expunere față de vânturile vestice. Temperatura medie multianuală este de 6ºC, cu oscilații sezoniere. Iarna, valorile medii sunt de -5,5º C, iar în sezonul cald de 16 – 17ºC. Primele înghețuri se produc în jurul datei de 1 octombrie, iar dezghețul la data de 1 mai. Stratul de zăpadă măsoară 35 – 40 cm, iar în zonele troienite peste 1,5 m.

Principala sursă de apă ce colectează apele din zonă este râul Arieș, ce are ca afluenți de dreapta Pârâul Șesei, Pârâul Mușca, Pârâul Ruginoasa și Pârâul Ștefancei. [18 ]

Bazinele hidrografice din zona Roșia Poieni se caracterizează prin valori medii de scurgere specifică de 10 – 12 l/s și km2 la bazine cu altitudini medii de 800-900 m, scurgere care crește la 18 l/s și km2 la bazinele cu altitudine de 1250 m.

Depozitele sedimentare cretacice, dispuse în jurul ariei corpurilor andezitice au un grad redus de permeabilitate și de aceea nu permit circulația și acumularea apei în masa lor. În andezitele din zona zăcământului de minereu cuprifer, singurele căi de pătrundere și circulație a apei sun sistemele de fisuri și zonele de fractură ce afectează structura eruptivă.

Zonele de contact dintre cele două tipuri de andezite (andezitul de Poieni și andezitul de Fundoaia) și zona dintre andezite și rocile sedimentare sunt zone puternice, constituind și acestea căi de circulație a apei. [19]

5.1.3. Geologia zăcământului de cupru

Din punct de vedere geologic, zăcământul aparține zonei Bucium-Roșia Montană din fosa Bucium, în care se întâlnesc formațiuni cretacice (senoniene) și terțiare (pliocene) dispuse pe un fundament cristalin cunoscut sub denumirea de „pintenul cristalin de Baia de Arieș” și străbătute de produsele vulcanice ale magmatismului neogen. [18 ]

Zăcământul se prezintă sub forma unui corp vertical cu înălțimea de cca. 1200 m (de la cota + 1030 m la – 150 m) și cu secțiunea eliptică, cu dimensiunile cuprinse între 600 și 800 m, constituit din minerale de cupru și fier, înglobând peste 1 miliard de tone. [20]

Metalogenetic, zăcământul aparține ciclului alpin și este încadrat în provincia concentrațiilor asociate vulcanismului neogen, subprovincia Munților Apuseni, zona patrulaterului aurifer, districtul Bucium Roșia Montană.

Ținând cont de conținutul mediu de cupru și de volumul rezervelor, zăcământul se încadrează în grupa zăcămintelor sărace foarte mari. [18 ]

Mineralizația cupriferă este constituită din sulfuri de cupru: calcopirită, bornit, tetraedrit, covelină, calcozină, cărora li se asociază pirită, magnetit, molibdenit, aur, argint, blendă, galenă însoțite de o mare varietate de minerale: cuarț, feldspat, biotit, anhidrit, baritină, clorit, etc.

Până în prezent au fost excavați peste 75 milioane m3 de masă minieră, din care aproximativ 56 milioane m3 de steril începând cu anul 1979 și peste 19 milioane m3 minereu începând cu anul 1983 la faza de semiindustrială și cu anul 1985 la faza industrială.

Tehnologia de lucru este exploatare la zi în carieră, descendent cu trepte de 15 m înălțime realizate prin forare – împușcare – încărcare – transport.

Minereul este transportat auto până la o stație de concasare primară aflată la baza carierei, sfărâmarea minereului se realizează la dimensiunea de 0÷300 mm, urmând transportul minereului sfărâmat la depozitul de minereu sfărâmat al Uzinei de Preparare – Dealul Piciorului. [19]

Materialul geologic (minereu de cupru) a fost clasificat in mai multe categorii, după cum urmează:

– Categoria A = 20,087 cu conținut mediu de 0,0284% Cu;

– Categoria B = 77,683 cu conținut mediu de 0,203% Cu;

– Categoria C1 = 263,403 cu conținut mediu de 0,392% Cu;

– Categoria C2 = 57,744 cu conținut de 0,267% Cu. [18 ]

5.2. Organizarea exploatării Roșia Poieni

Activitatea minieră este de dată relativ recentă. În anul 1977 a fost înființat Combinatul Minier al Cuprului Roșia Poieni, Abrud, iar în anul următor a fost finalizat proiectul de execuție, demarându-se lucrările de descopertă. Începând cu anul 1983 s-au excavat primele volume de minereu, moment la care s-a dat în funcțiune și uzina de preparare cu o capacitate de 1000 t/zi. Sterilele rezultate din procesele tehnologice au început a fi depozitate în iazul Valea Ștefancei I.

Capacitățile de producție sunt proiectate la 9 milioane t/an, până în prezent însă, exploatarea a fost semnificativ mai modestă, capacitatea maximă de exploatare nefiind atinsă. Un maxim de activitate s-a înregistrat în perioada 1988-1989, când au fost exploatate aproximativ 3 milioane tone minereu.

Ansamblul obiectivelor se regăsește într-un perimetru cuprins între Valea Șesei ca limită estică, Culmea Muntari, ca limită sudică și Valea Ștefancei ca

limită vestică. La nord, perimetrul este limitat de zonele de locuire ce se desfășoară de-a lungul Văii Arieșului (localitățile Bistra, Lazuri-Mușca, Hădărău și Lupșa).

Suprafața totală a obiectivelor industriale este de 11.210.910 m2 (1121,09 ha), după cum urmează:

– carieră: 3.505.994 m2;

– halde de steril: 2.892.591 m2;

– iazuri de decantare: 4.087.434 m2;

– incinte: 33.7488 m2;

– instalație de sfărâmare: 5.871 m2;

– drumuri: 29.2348 m2;

– conducte: 75.168 m2;

– stații de pompare: 13.740 m2; [18 ]

5.2.1. Procese tehnologice

Exploatarea minereului cuprifer, presupune derocarea materialului geologic de la nivelul Carierei Roșia Poieni, prin metoda cu trepte descendente la zi, materialul excavat este transportat la uzina de preparare, unde are loc măcinarea și tratarea mecanică în vederea obținerii concentratului cuprifer. Sterilul rezultat din descopertă este depus în halde, iar cel rezultat din uzină este depus în iaz.

Principalele faze de exploatare a minereului cuprifer presupun:

– exploatarea în carieră în vederea derocării minereurilor bogate în metale;

– obținerea concentratului cuprifer;

– depozitarea sterilelor;

La nivelul amplasamentului – perimetrul proiectului minier Roșia Poieni – procesele de extragere a utilelor presupun doar procedee mecanice și fizice (flotație) fiind excluse orice fel de procedee metalurgice, chimice sau electrolitice. [18 ]

5.2.1.1. Extracția în carieră

Exploatarea carierei de la Roșia Poieni, presupune o tehnologie clasică, cu trepte descendente, la un unghi general de taluz de 70º.

La ora actuală, cariera este profilată sub forma unui amfiteatru, cu deschiderea spre NV. Un nou fond de lucru a fost deschis spre SV. Morfologia finală a carierei va păstra o formă semicirculară, cu deschidere spre NV.

Tehnologia de exploatare presupune următoarele faze:

– decopertarea zonelor ce urmează a fi exploatate;

– realizarea tranșeelor de deschidere;

– realizarea găurilor de foreză, încărcarea acestora și detonarea;

– încărcarea materialului derocat cu excavatoare și transportul cu camioane de mare tonaj spre stațiile de concasare/sfăramare/măcinare;

Exploatarea în carieră a fost prevăzută să se facă între cota superioară a zăcământului 1030 m și nivelul inferior al rezervelor geologice confirmate la 551 m, pe o adâncime de circa 500 m.

Ținând seama de înălțimile care înconjoară cuveta carierei, care ating 1250 m, activitatea de exploatare se desfășoară pe o adâncime de circa 700 m.

Între cota 551 m și 154 m exploatarea minereului urmează să se facă în subteran.

Studiile ulterioare de fezabilitate și studiile de condiții industriale au fundamentat cota 760 m ca fiind limita optimă pentru trecerea de la exploatarea în carieră la cea în subteran. Exploatarea în carieră până la cota 760 m este proiectată să se facă în cadrul unui model de carieră final numit Z2 extins.

În prezent activitatea de exploatare în carieră este condusă în cadrul acestui model final de carieră care include și două etape intermediare cu ampriza mai restrânsă, Z1 și Z2.

Exploatarea în subteran, urmărind filoanele mai bogate în conținut de cupru, ar conduce la o creștere semnificativă a costurilor de exploatare în condițiile menținerii unei producții comparative de (concentrat de) cupru. Tehnologia de exploatare în carieră se poate realiza în condiții de eficiență economică doar făcând apel la echipamente și utilaje de mare capacitate, prin derocarea cu material explozibil, măcinare, concentrare și apoi extragere electrolitică. [18]

5.2.1.2. Procese tehnologice la nivelul uzinei de preparare

Uzina de preparare Dealul Piciorului ocupă o suprafață de 23 ha și a fost prevăzută cu 4 linii de măcinare-flotare, din care, la ora actuală sunt funcționale doar 2. Capacitatea de prelucrare zilnică a unei linii tehnologice s-a situat in ultima perioadă la 5640 t pe zi, capacitatea anuală fiind de aproximativ 2.000.000 t. [18 ]

Principalele faze tehnologice ale procesului de preparare sunt:

• măcinarea umedă a minereului în două trepte;

• flotația selectivă a minereului cuprifer în celule de 17 m3;

• îngroșarea concentratului în îngroșătoare mecanice;

• desecarea concentratului;

• îngroșarea sterilului în îngroșătoare;

• transportul gravitațional al hidromasei sterile îngroșate la iazul de decantare Valea Șesei sau în caz de avarie la iazul de decantare Valea Ștefancei II. [19]

5.2.2. Procese tehnologice de haldare și depozitare a sterilelor de flotație

Din procesele tehnologice rezultă cantități importante de sterile. Sterilele sunt depozitate în iazuri (sterile de flotație) sau halde (clase de rocă cu conținut foarte scăzut de Cu < 0,2%, descopertă, etc.).

Circa 95 – 97 % din minereurile prelucrate în uzina de preparare o reprezintă sterilul, care părăsește instalația sub formă de tulbureală, cu un raport lichid/solid de 4,5 l/s pH = 10-12. [18]

5.2.2.1. Iazurile de decantare

Sterilul rezultat în urma procesului de preparare se depozitează în iazuri de decantare. Natura și proveniența deșeurilor ce urmează a fi depozitate este: steril de flotație rezultat din procesul de preparare a minereului cuprifer și deșeuri de la procesarea fizică și chimică a minereurilor metalifere. [18 ]

Relieful a fost deformat prin depozitarea deșeurilor uzinale (steril de flotație). S-au construit astfel trei iazuri de decantare: Valea Șesei, Valea Ștefancei I și Valea Ștefancei II. [16]

Iazul de Decantare Valea Șesei

Iazul de decantare Valea Șesei este amplasat pe teritoriul comunei Lupșa, sat Geamăna, pe firul Văii Șesei. Barajul construit din anrocamente calcaroase este amplasat la cca. 6 km de punctul confluență dintre Valea Șesei și râul Arieș. Cantitatea depozitată până în prezent în iaz este de cca. 48 milioane tone steril, iar suprafața ocupată la cota 695 m este de 153 ha.

Este un iaz de vale, pe un pârâu de recepție de 25 km2, ale cărui ape intră în iaz pe mai multe pâraie: Vința, Geamăna, Holhorii, Steregoi, Cărbunari. Barajul iazului de decantare este construit între cotele 610 ÷ 695 din anrocamente calcaroase cu mască filtrantă pe versantul amonte, care constituie elementele de rezistență ale iazului. Cota finală prevăzută a iazului de decantare este de 710 m, iar capacitatea evaluată la această cotă este de cca. 100 milioane tone de steril.

Evacuarea apelor limpezite se face prin două sisteme de sonde inverse racordate la canalul deversor și galeria de evacuare ape mari. Descărcarea hidromasei sterile se face în mai multe puncte atât pe baraj cât și în alte locuri special amenajate. [19]

Iazul de decantare Valea Ștefancei I

Iazul de decantare Valea Ștefancei I este amplasat pe teritoriul satului

Ștefanca, pe firul văii Ștefanca. Barajul este construit din anrocament și este situat la aproximativ 3 km de confluența Văii Ștefancei cu râul Arieș. Iazul a funcționat experimental până în anul 1986 și are o suprafață de 26 ha. [16]

Iazul de decantare Valea Ștefancei II

Iazul de decantare Valea Ștefancei II este amplasat în aval de iazul Valea Ștefancei I și este un iaz de vale, având o capacitate de înmagazinare de cca. 12 milioane tone de steril.

Apa limpezită se evacuează prin intermediul unui canal deversor de coastă amplasat pe versantul drept al văii, fiind alcătuit din două compartimente, care se acoperă succesiv cu dale de beton armat odată cu înălțarea iazului. Cota actuală a iazului este de 638 m. [19]

5.2.2.2. Haldele de steril

Tehnologia de haldare constă în descărcarea materialului din autobasculante pe platforma de haldare la o distanță de 6 – 12 m de muchia taluzului în funcție de stabilitatea acestuia, împingerea materialului depus pe platforma treptei de haldă spre taluz cu ajutorul buldozerului, operații urmate de nivelarea și compactarea platformelor de haldare pentru asigurarea condițiilor corespunzătoare de circulație. Aceste halde de steril sunt amplasate în exteriorul carierei, în apropierea sa.

Sterilul rezultat din activitatea de decopertare este depus pe haldele Valea Cuibarului și halda Geamăna. Halda Obarșia Muntari este inactivă și va fi utilizată numai în cazul extinderii capacității de producție, cu reînceperea extracției de masă minieră de la treptele superioare ale carierei.

Conform documentațiilor tehnice existente, conținutul fizico-chimic al haldelor de steril nu deține atributele unor deșeuri periculoase. [18 Bilanț de Mediu Roșia Poieni – nivel I și II]

Halda Obârșia Muntari

Halda Obârșia Muntari ocupă 27 ha și are proiectată o suprafață de 46 ha.

Înmagazinează cca. 5.3 milioane m3 de steril. Platforma de depozitare este la cota 1170 m, are o înălțime de 120 m și un unghi de taluz de 37 – 42º, fiind o haldă cu un grad relativ scăzut de stabilitate. [16]

Halda Valea Cuibarului

Suprafața proiectată a Haldei Valea Cuibarului este de 149 ha, fiind pregătită a primi un volum total de 85,6 milioane m3. În prezent halda ocupă 67 ha și deține un volum total de 45 milioane m3, capacitatea de stocare fiind de 52,1%.

Este amplasată pe versanții estici ai masivelor Curmătura și Ruginiș, de o parte și de alta a tranșeei Șeaua care separă aceste masive. Halda cuprinde un număr de 9 trepte de haldare în masivul Curmătura și alte trei trepte de haldare în masivul Ruginiș.

Înălțimea haldelor capăt de treaptă variază între 100 – 250 m, iar unghiul de taluz format este cuprins între 30 – 50 grade. Halda Valea Cuibarului mai are pentru amplasament o suprafață disponibilă de aproximativ 64 ha. [18 Bilanț de Mediu Roșia Poieni – nivel I și II]

Halda Geamăna

Halda Geamăna este situată pe versantul estic al dealului Jgheabului, are o

suprafață ocupată de 18 ha, suprafața totală a amplasamentului fiind de 67 ha. Înmagazinează cca. 5.5 milioane m3 de steril. Halda are o singură platformă de depozitare situată la cota 1020 m și o înălțime de 150 m, unghiul de taluz fiind de 38 – 40 º. [16]

5.3. Depozitarea deșeurilor miniere (sterilul)

Deșeurile solide miniere reclamă suprafețe mari de terenuri pentru depozitare, care sunt sustrase utilizării pentru silvicultură sau agricultură. Aceasta impune o gestionare cat mai judicioasă a depozitării deșeurilor pentru limitarea ocupării și poluării terenurilor prin construirea haldelor de steril și a iazurilor de decantare.

Surse de deșeuri sunt activitatea de descopertă din carieră, procesul tehnologic de preparare din Uzina de preparare Dealul Piciorului, activitatea de întreținere, reparații echipamente tehnice, instalații, mijloace de transport.

Una dintre cele mai importante categorii de deșeuri miniere o reprezintă sterilul.

Sterilul de flotație se prezintă ca un solid fin măcinat, cu particule nisipoase, cu densitatea de 2,3 – 2,5 kg/dm3, insolubile în apă, stabile din punct de vedere fizic și chimic în condiții normale de depozitare. Finețea de măcinare este de maxim 0,074 mm.

Analizele geotehnice de laborator executate pe sterilul depozitat în iazurile de decantare pun în evidență următoarele caracteristici fizico-mecanice ale sterilului depozitat: din punct de vedere granulometric sunt reprezentate în majoritate de nisipuri fine (90%) și nisipuri prăfoase (cu următoarea alcătuire: nisip 30 – 82%, praf 29 – 42%, argilă 6 – 16%), cu treceri spre prafuri nisipoase sau argiloase (5 – 10%).

Sterilul depozitat este alcătuit mineralogic din fragmente de cuarț (30 – 35%), feldspați potasici (25 – 30%), clorit (7 – 8%), illit, sericit (20 – 25%), biotit (2 – 3%), și minerale opace 1 – 4% (pirită, calcopirită,magnetit).

Sterilul de flotație este depozitat în iazurile de decantare, care reprezintă depozite cu rol de decantare a sterilului și epurare mecanică a apei limpezite evacuate.

Sumarul sistemelor de depozitare al deșeurilor miniere:

Ca urmare a proceselor tehnologice specifice de obținere a concentratului cuprifer, de la nivelul platformei industriale și al carierei, rezultă sterile, după cum urmează:

– Sterilul de carieră, în haldele de steril: Cuibarului, Geamăna, iar în caz de extindere capacitate și în Halda Obarșia Muntari;

– Steril de flotație, în iazurile de decantare: Valea Șesei și Valea Ștefancei II (doar în caz de avarii la iazul în exploatare sau la sistemul de transport hidromasă sterilă)

Obiectivul minier Roșia Poieni, respectiv SC CUPRU MIN SA deține cele 6 depozite de steril dintre care:

• 3 iazuri de decantare pentru depozitarea sterilului de flotație, și anume:

– iazul Valea Șesei – iaz în exploatare;

– iazul Valea Ștefancei nr. I – iaz în așteptare;

– iazul Valea Ștefancei nr. II – iaz de avarii.

• 3 halde de steril pentru depozitarea sterilelor de carieră:

– halda Cuibarului – în funcțiune;

– halda Geamăna – în funcțiune;

– halda Obârșia Muntari – inactivă;

– exploatarea de la treptele superioare ale carierei.

Din datele prezentate mai sus, se pot desprinde următoarele concluzii:

• deșeurile rezultate prin desfășurarea activităților de extracție și preparare a minereului cuprifer din zăcământul Roșia Poieni sunt deșeuri nepericuloase;

• atât haldele de steril descopertă cât și iazurile de decantare sunt depozite de deșeuri nepericuloase.

Conform „Metodologiei privind stabilirea categoriei de importanță a depozitelor de deșeuri industriale depuse ca hidromasă” respectiv a Planului de implementare pentru Directiva 1999/31/CE privind depozitarea deșeurilor, iazurile de decantare Valea Șesei și Valea Ștefancei au fost încadrate la „depozite de deșeuri nepericuloase – clasa b”. [21]

5.4. Impactul exploatării miniere Roșia Poieni asupra factorilor de mediu

Impactul negativ al activităților miniere asupra mediului este unul direct, care ține strict de activitatea de prelucrare a zăcămintelor de substanțe minerale utile, și unul indirect, legat de activitatea de prelucrare a produselor miniere (preparare, prelucrare metalurgică). De obicei aceste activități sunt concentrate în anumite perimetre geografice, aceeași zonă fiind influențată de activitatea minieră atât în mod direct, cât și indirect.

Activitatea extractivă, prin natura ei, afectează mediul înconjurător datorită formării unor depozite de deșeuri, generării de ape contaminate și în unele cazuri de emisii de pulberi nocive pentru sănătatea populației sau care pot produce efecte adverse asupra mediului.

Având în vedere că exploatarea minereului la Roșia Poieni se realizează la scară mare (cca. 2.000.000 tone masă minieră/an), manipularea, depozitarea și gestionarea cantităților de deșeuri generate este una din provocările cele mai mari cu care se confruntă societatea, pentru a diminua influențele negative asupra mediului care se manifestă în urma depozitării materiei sterile extrase din zăcământ odată cu utilul. [18 ]

Aerul din carieră este poluat cu pulberi rezultate din activitatea de derocare, încărcare și transport a minereului, gaze de pușcare și gaze rezultate din arderea combustibililor lichizi în motoarele cu ardere internă. Deși din măsurătorile efectuate de către instituțiile specializate nu se consemnează depășiri la nici unul din noxele menționate, din observațiile din teren se poate afirma cu certitudine că există perioade când acestea depășesc limitele admise.

Conținutul de pulberi în aer crește alarmant în perioadele secetoase, când în zilele de calm atmosferic, peste carieră se instalează o pâclă densă. În zilele secetoase de vară cu vânt puternic sunt antrenate pulberile și particulele grosiere de pe taluzele și platformele treptelor superioare.

În incinta uzinei de preparare și în zona iazurilor de decantare se simte în permanență mirosul specific al reactivilor de flotație, care odată cu învechirea lor, devin toxici.

Rețeaua hidrografică locală ce colectează apele din zona carierei și a haldelor de steril au fost afectate de lucrările din carieră, prin devierea canalelor de scurgere sau prin rambleerea lor. În timpul ploilor abundente, pâraiele se constituie în adevărate scurgeri de noroi, datorită eroziunilor de suprafață și de adâncime foarte active de pe taluzele treptelor carierei și a haldelor de steril.

Produsele petroliere sunt un alt factor de poluare al apelor de suprafață, efectele lor regăsindu-se pe Valea Mușca, în al cărei bazin de recepție este amplasată coloana auto.

Efectul deversării apelor industriale uzate în rețeaua fluviatilă zonală se manifestă, cu impact imediat asupra biosului acvatic, care practic a dispărut în totalitate. În râul Arieș apar primele forme de viațî acvatică abia după pragul de aerare a apelor de la Moldovenești.

Învelișul de sol din perimetrul minier Roșia Poieni este reprezentat cu preponderență prin soluri neevoluate pe versanții cu înclinări mai mari și prin soluri brune acide și andosoluri, de regulă erodate. Folosința predominantă este pășunea de mică productivitate și mai rar fânețele, culturile agricole găsindu-se doar în lunca Arieșului.

Prin activitatea de extracție a minereului, solul a fost îndepărtat odată cu descoperta, sau a fost acoperit prin haldare. Odată cu defrișarea executată pentru extinderea activității carierei s-au instalat procesele erozionale de suprafață care au îndepărtat solurile până la dezvelire totală. Astfel, la suprafață apare materialul parental sau roca mamă.

În solurile aluviale din lunca Arieșului s-a consemnat prezența cuprului într-un conținut de 300 – 500 mg/kg, fapt ce explică producțiile scăzute la culturile agricole. Cuprul este preluat în solurile aluviale din apele freatice de mică adâncime sau prin depunere odată cu aluviunile la viituri. Reținerea cuprului în învelișul de sol a fost favorizată și de pH-ul acid al solurilor care a facilitat solubilizarea rapidă a acestuia. Prezența cuprului în sol produce o diminuare a activității biologice a microfaunei. Cum, solurile aluviale din lunca Arieșului sunt folosite ca teren arabil, se înțelege că elementele de noxă au pătruns în profunzime și datorită lucrărilor agricole, pătrunderea fiind favorizată și de textura ușoară a solului.

Solurile din apropierea iazului de decantare Valea Șesei sunt afectate de fenomene de înmlăștinare, iar cele de pe conturul iazului Valea Ștefancei au fost sărăturate.

În zona platformei industriale aferentă uzinei de preparare Dealul Piciorului, solul a fost îndepărtat prin nivelare și acoperit prin betonare.

Vegetația din zonă a fost reprezentată prin păduri de fag, păduri de amestec, fag și conifere, și prin pajiști secundare pe locul acestora. Pe văi și luncile înguste apare vegetația hidrofilă și higrofilă. În întreg perimetrul minier vegetația forestieră a fost defrișată înainte de începerea activității de exploatare. În locul ei s-a dezvoltat o vegetație de pajiște secundară și o vegetație de arbuști și subarbuști.

Depunerile de pulberi fine pe frunzele plantelor, au condus la opturarea stomatelor, împiedicând pătrunderea CO2 și a vaporilor de apă, diminuându-se astfel procesul de fotosinteză și de evapotranspirație. Aceasta a condus la scăderea ritmului de dezvoltare a plantelor, la îmbătrânirea lor în talie mică și nu de puține ori la uscarea lor.

Cuprul din sol este preluat de plante producându-se o reducere a intensității respirației și o încetinire a procesului de formare a clorofilei precum și frânarea activității unor microorganisme. Aceasta justifică prezența unei vegetații sărăcăcioase în imediata apropiere a uzinei de preparare, a iazurilor de decantare și-n luncile înguste ale pâraielor, inclusiv în lunca Arieșului, unde și producțiile agricole sun foarte scăzute.

Fauna a fost efectiv alungată, datorită defrișărilor, dar mai ales din cauza zgomotelor și împușcărilor din carieră.

Peisagistic, se înregistrează specificul extractiv în spațiul carierei și cel tehnogen în zona platformei uzinei de prelucrare a minereurilor. [16]

Măsurile pentru prevenirea impactului asupra mediului sunt concretizate prin Programul de măsuri. Acesta stabilește:

– urmărirea stabilității și evacuarea permanentă a apelor de pe haldele de steril, în vederea asigurării stabilității haldelor;

– captarea apelor de la baza haldelor de steril, în vederea asigurării stabilității haldelor;

– neutralizarea apelor acide prin dozare var, în instalația realizată la uzina de preparare;

– realizarea instalației de recuperare a metalelor din apele acide provenite de pe haldele de steril. [18 ]

PARTEA PRACTICĂ

CAPITOLUL VI.

TESTAREA POSIBILITĂȚII DE FOLOSIRE A CENUȘII LEMNOASE

LA NEUTRALIZAREA APELOR ACIDE

Având în vedere că haldele de steril de la Roșia Poieni conțin în prezent material cu conținut de sulfuri care au intrat într-un proces intens de acidifiere, ce nu mai poate fi stopat, apele care se scurg de pe acestea capătă un caracter puternic acid și concentrații ridicate de Cu și Fe, ducând astfel la degradarea tuturor apelor de suprafață din zona lor de influență și la dispariția vegetației din zonă (Fig. nr. 6).

Partea practică a prezentei lucrări propune testarea unor metode de neutralizare și de demineralizare a apelor acide scurse de pe haldele de steril, folosind în acest sens mai multe tipuri de cenuși alcaline rezultate în urma arderii materialelor lemnoase provenite de la Kronospan Sebes SA, județul Alba.

Principalele analize fizico-chimice efectuate pentru evidențierea posibilității de neutralizare a apelor acide de mină provenite de la Roșia Poieni (Iazul de decantare Valea Șesei) folosind cenuși lemnoase sunt reprezentate schematic în Fig. nr. 7.

Fig. nr. 7. Reprezentarea schematică a principalelor analize fizico-chimice.

Toate analizele fizico-chimice efectuate pe apa acidă de mină, respectiv pe cenuși, au fost efectuate în laboratorul de Chimia Mediului din cadrul Facultății de Științe Agricole, Industrie Alimentară și Protecția Mediului din Sibiu.

6.1. Analize fizico-chimice pentru caracterizarea apei acide de mină

Pentru evidențierea posibilității de neutralizare a apelor acide de mină s-a folosit apă prelevată din iazul de decantare Valea Șesei, care alături de cariera de exploatare Roșia Poieni, reprezintă poate obiectivul cu cea mai mare amprentă ecologică.

6.1.1. Determinarea pH-ului

pH-ul și capacitatea de tamponare a acestuia constituie una din proprietățile esențiale ale apelor de suprafață, dând indicații asupra poluării cu compuși anorganici. Această capacitate de tamponare a pH–ului este deosebit de importantă, nu numai pentru echilibrele din faza apoasă, dar și pentru cele de la interfața cu materiile în suspensie, respectiv cu sedimentele. Concentrația ionilor de hidrogen din apă, reprezintă un factor important care determină capacitatea de reactivitate a apei, agresivitatea acesteia, capacitatea apei de a constitui medii pentru dezvoltarea diferitelor organisme [22].

Pentru determinarea pH-ului am folosit metoda electrometrică utilizând pH-metrul Hanna Instruments, cu o precizie de ± 0,01 unități pH (SR ISO 10523/1997).

Tabel nr. 1. Valoarea medie a pH-ului apei acide de mină (n=5)

6.1.2. Determinarea reziduului filtrabil

Reziduul fix reprezintă totalitatea substanțelor solide minerale și organice aflate în apă și se obține prin încălzirea apei până la 105°C, când se realizează evaporarea completă.

Reziduul mineral sau cenușa reprezintă cantitatea de săruri minerale, exprimate în mg/l din apă.

Determinarea reziduului fix s-a realizat prin uscarea vaselor cu proba de apă de analizat în etuvă 105°C. Calcinarea probei la 550 ˚C a servit la determinarea reziduului mineral. În aceste condiții substanțele de natură organică se descompun și reziduul va conține numai substanțe anorganice nevolatile. Diferența dintre reziduul mineral și reziduul fix este dată de materia organică volatilizată în timpul calcinării.

Fotografii personale

Tabel nr. 2. Valorile medii ale reziduului fix, mineral și materiei organice din apa de mină (n=3)

6.1.3. Determinarea gravimetrică a fierului

Analiza gravimetrică a Fe din apa de mină s-a efectuat prin aducerea acestuia în prezență de amoniac sub forma de Fe(OH)3, un produs practic insolubil  (precipitat), care s-a separat prin filtrare de restul componenților din soluție (Fig. nr. 11.).

Reacțiile chimice care are au avut loc la determinarea gravimetrică a Fe sunt:

FeCl3 + 3NH3 →Fe(OH)3 + NH4Cl (22)

2Fe(OH)3→ Fe2O3 + 3H2O↑ (23)

Precipitatul purificat prin spălare cu soluție fierbinte de NH4NO3 1%, după o tratare termică adecvată (calcinare la 850 ºC), s-a cântărit, iar din masa de Fe2O3 găsită s-a calculat cantitatea de Fe, folosind regula de trei simplă după modelul de mai jos:

M Fe2O3…………………………….2 A Fe (g)

a g Fe2O3……………………………x g Fe

Raportul 2Fe/Fe2O3 se numește factor gravimetric de transformare a Fe2O3 în Fe, iar a este cantitatea de oxid de fier cântărit.

 Principalele etape care au stat la baza determinării gravimetrice a fierului au fost: precipitarea, filtrarea, spălarea, uscarea și calcinarea, cântărirea, calcularea rezultatelor. 

Tabel nr. 3. Valoarea medie a conținutului de Fe3+ determinat gravimetric (n=3)

6.1.4. Determinarea Cu și Zn folosind fotomultiparametrul Hanna C205

Analiza chimică fotocolorimetrică se bazează pe posibilitatea dezvoltării unui compus absorbant într-o relație chimică specifică între soluția de testat și reactivi. Datorită faptului că absorbția unui compus depinde strict de lungimea de undă a razei incidente, trebuie selectată pentru analiză o bandă spectrală îngustă, precum și o lungime de undă corespunzătoare pentru optimizarea măsurătorilor [23].

Sistemul optic Hanna C205 are la bază lămpi miniaturale cu tungsten și filtre de interferență cu bandă îngustă, care garantează obținerea de rezultate de mare precizie. O lampă cu tungsten controlată de un microprocesor, emite radiații care sunt mai întâi formate optic și apoi trimise sub formă de fascicol la soluția din cuvă. Calea optică este fixată de diametrul celulei. Apoi lumina este filtrată spectral la o bandă îngustă, pentru a obține o rază de lumina de intensitate I. Celulele fotoelectrice colectează radiația I care nu este absorbită de soluția de testat și o transformă în curent electric, producând un potențial în mV. Microprocesorul utilizează acest potențial pentru a transforma valoarea care este înregistrată în unitatea de măsură dorită și o afișează pe LCD [24].

Procesul de măsurare a Cu, respectiv Zn s-a desfășurat în două etape: mai întâi setarea aparatul la zero (calibrarea) și apoi efectuatuarea măsurătorii propriu-zis, după ce în prealabil s-a dezvoltat un complex colorat în prezența reactivului de culoare.

Etapele aplicării metodei au fost următoarele:

am introdus un volum de 10 ml apă acidă de mină (obținută prin diluție de 1:1000-100µl/100ml cu apă distilată) în cuva aparatului;

am introdus cuva în soclul aparatului, asigurându-mă că aceasta este curat și nu prezintă zgârieturi;

am apăsat tasta zero, iar displayul aparatului a indicat „SIP –Sampling in progress” timp de câteva secunde;

în momentul în care pe displayul a apărut „-0.0-”, aparatul era gata pentru măsurătoare;

am adăugat reactivii, conform indicațiilor manualului de folosire al fotomultiparametrului [23];

după trecerea timpului de dezvoltare a culorii, pe dislayul aparatului a apărut direct concentrația analitului (Cu, respectiv Zn) în mg/l. Rezultatul obținut a fost apoi multiplicat cu factorul de diluție. Pentru fiecare analit s-au efectuat un număr de 5 determinări iar apoi s-a caculat valoarea medie.

Tabel nr. 4. Valoriile medii ale conținutului de Cu, respectiv Zn (mg/l) dina apa acidă de mină de la Roșia Poieni (n=5)

6.2. Analize fizico-chimice pentru caracterizarea cenușilor

Biomasa lemnoasă folosită pentru cercetările privind neutralizarea apelor acide de mină a fost procurată de la Kronospan Sebeș SA.

Kronospan este unul dintre cei mai mari producători de plăci pe bază de lemn din România, care deține 2 fabrici la Brașov și Sebeș și un centru logistic la Constanța.

Pentru cercetările experimentale s-au folosit următoarele tipuri de cenușă, denumite în funcție de proveniență și notate după cum urmează:

MDF vatră – cenușă de vatră, provenită de la centrala pe bază de rumeguș de MDF;

MDF h.c. – cenușă zburătoare provenită de la centrala pe bază de rumeguș de MDF, colectată în hidrociclon;

PAL vatră – cenușă de vatră, provenită de la centrala pe bază de rumeguș de PAL;

PAL h.c. – cenușă zburătoare provenită de la centrala pe bază de rumeguș de PAL, colectată în hidrociclon;

De asemenea, pentru a urmări eficacitatea acestor cenuși s-au folosit și câteva variante de amestecuri ale acestora, ca de exemplu:

Amestec I, notat AM I (75% MDFh.c. + 25% MDFvatră)

Amestec II, notat AM II (75% PALh.c. + 25% PALvatră

Amestec III, notat AM III (50% AM I + 50% AM II)

6.2.1. Determinarea umidității higroscopice a cenușii

Umiditatea higroscopică este unul dintre cei mai importanți parametrii datorită faptului că volumul de apă din probe poate influența greutatea transportată și calculele stoichiometrice. Umiditatea se determină prin uscare la etuvă.

Determinarea umidității higroscopice a cenușii se bazează pe pierderea apei higroscopice care se realizează prin introducerea cenușii într-o etuvă electrică la temperatura de 105°C, unde se ține până la greutate constantă.

Modul de lucru

Pentru determinarea umidității higroscopice s-au cântărit la balanța analitică mai multe fiole de cântărire, care au fost păstrate în etuvă la temperatura de 105°C un interval de timp de 1-2 ore, pentru a fi aduse la greutate constantă. Apoi scoase din etuvă și răcite într-un exicator. Vasele s-au cântărit la balanța analitică.

În fiecare vas am adaugat 5 g de cenușă cântărită la balanța analitică, după le-am introdus în etuva electrică la temperatura de 105°C, unde s-au ținut până la masă constantă (verificată prin cântăriri succesive, după răcire în exicator).

Rezultatul obținut se exprimă în grame umiditate higroscopică. Se aplică formula:

,

unde:

a = mvas gol, uscat și adus la greutate constantă, (g);

b = mcenușă (g);

a+b = mvas + mcenușă (g);

a+b-u = mvas + mcenușă – u (g);

u = cantitatea de apă eliberată în timpul uscării la t = 105°C, (g);

Tabel nr. 5. Valorile medii ale umidității higroscopice, determinate pentru cele 4 tipuri de cenuși. Valorile din tabel reprezintă media a 3 determinări (n=3).

6.2.2. Determinarea pH-ului cenușilor prin metoda electrometrică

pH-ul unei soluții se referă la logaritmul zecimal cu semn schimbat al concentrației ionilor de hidrogen [H+], numit și exponent de hidrogen.

Metodele de stabilire a pH-ului pe cale electrometrică se bazează pe determinarea potențialului de electrod al indicatorului introdus în soluția de analizat.

Determinarea pH-ului în soluției apoase (Fig. nr. 14.) s-a făcut conform SR EN 13037, în raport de 1:5, o parte cenușă și cinci părți apă distilată.

Tabel nr. 6. Valorile medii ale pH-ului cenușilor (n=3)

6.2.3. Determinarea conținutului de CaCO3 din cenușă

Pentru determinarea conținutului de carbonați din cenușă s-a utilizat un dispozitiv, numit calcimetru (Fig. nr. 16.), folosind metoda Scheibler, conform standardului ISPO 10693.

Metoda Scheibler implică determinarea conținutului de carbonat dintr-un material solid (sol, cenușă, amendament etc.), pe baza unei metode gaz-volumetrice. Astfel, carbonații prezenți în probă sunt convertiți în CO2 prin adăugare de acid clorhidric (7 ml HCl) pentru fiecare probă în parte. Ca urmare a eliberării de CO2, în coloana de apă se exercită o presiune care face ca nivelul apei să descrească, diferența de nivel măsurată reprezentând o indicație pentru volumul de CO2 degajat în urma reacției, pe baza acestuia putându-se calcula conținutul de carbonat, exprimat ca echivalent al conținutului de carbonat de calciu

Conținutul de carbonat de calciu a fost calculat folosind formula:

unde:

φ (CaCO3)= conținutul de carbonat exprimat ca și conținut de carbonat de calciu, în g/Kg;

m1= masa probei în g;

m2= masa medie a cantității de carbonat de calciu folosită pentru calibrare în g;

V1= volumul de CO2 dezvoltat de către proba de analizat;

V2 = volumul mediu de CO2 dezvoltat din determinările de calibrare cu CaCO3

V3 = modificarea medie de volum a determinărilor goale în ml (aceasta poate fi o valoare negativă);

w = procentul de umiditate al probei originale (%);

Tabel nr. 7. Valorile medii ale conținutului de CaCO3 determinat pentru toate tipurile de cenușă folosite la neutralizare (n=3)

6.2.4. Determinarea reziduului fix al cenușilor în soluție apoasă la 105°C

Reziduul fix din extractul apos (1:5) de cenușă este dat de totalitatea componentelor organice și a sărurilor minerale solubile în apă.

Extractul apos al unei probe de cenușă se trece într-o capsulă de porțelan și se pune în etuvă la 105°C. Reziduul rămas în capsulă, după evaporarea și uscarea în etuvă reprezintă reziduul fix.

Din extractul apos, obținut prin filtrarea a 10 g cenușă + 50 ml apă distilată, am luat cu o pipetă cu bulă 25 ml și am trecut în porțiuni mici într-o capsulă de porțelan în vederea evaporării.

Capsula s-a introdus în etuva electrică termoreglabilă la temperatura de 105°C, unde s-a ținut până aceasta ajunge la greutate constantă (7-8 ore), apoi s-a scos și s-a introdus într-un exicator unde s-a lăsat să se răcească și s-a cântărit la balanța analitică.

Calculul și exprimarea rezultatelor

Se aplică formula:

unde:

X % = reziduul fix exprimat în grame la 100 g cenușă;

a = greutatea capsulei calcinate goală;

a + b = greutatea capsulei plus greutatea reziduului;

50 = ml de extract obținuți din 10 g cenușă;

25 = ml de extract luați pentru evaporat.

Determinarea reziduului mineral al cenușilor

Reziduul mineral este dat de totalitatea substanțelor minerale solubile în apă (fără substanțele organice care se volatilizează)

Capsula cu reziduul fix de la determinarea anterioară, care conține substanțele organice și minerale solubile în apă, s-a calcinat în cuptor electric la temperatura de 550°C, timp de 30 de minute. În acest mod s-au îndepărtat prin calcinare substanțele organice solubile, rămânând în capsulă numai substanțele minerale solubile, care constituie reziduul mineral. După calcinare, capsula a fost scoasă și introdusă într-un exicator unde s-a lăsat să se răcească și apoi s-a cântărit la balanța analitică.

Calculul și exprimarea rezultatelor

Se aplică formula:

unde:

X % = reziduul exprimat în grame la 100 g cenușă;

a = greutatea capsulei calcinată, goală;

a + c = greutatea capsulei cu reziduul mineral;

50 = ml de extract obținuți din 10 g cenușă;

25 = ml de extract luați pentru evaporat;

Determinarea substanțelor organice solubile în apă

Cantitatea substanțelor organice solubile în apă, se poate determina făcând diferența dintre reziduul fix și cel mineral.

Se poate aplica și formula:

unde:

X % = reziduul exprimat în grame la 100 g cenușă;

a = greutatea capsulei calcinată, goală;

a + c = greutatea capsulei cu reziduul mineral;

a + b = greutatea capsulei plus greutatea reziduului fix;

50 = ml de extract obținuți din 10 g cenușă;

25 = ml de extract luați pentru evaporat;

Tabel nr. 8. Cantitatea medie de reziduu (fix, mineral) și de materie organică determinată din 100 g cenușă (n=3).

6.2.5. Determinarea puterii de neutralizare a cenușilor (PNC%)

Determinarea puterii de neutralizare a cenușii (PNC%) s-a efectuat prin solubilizarea probelor cu HCl 1,5 N și titrarea excesului de HCl cu soluție NaOH 0,2 N față de fenolftaleină (Fig. nr. 17.).

Calculul rezultatelor

Puterea de neutralizare a amendamentului (cenușii) exprimată în % carbonat de calciu, se determină cu ajutorul formulei:

PNC (% CaCO3) = (7,5 • FHCl) – (V • N •F)NaOH • 25

în care:

FHCl – factorul soluției 1,5 N de HCl;

(V, N și F)NaOH – volumul în ml, normalitatea și factorul soluției de

NaOH folosită la titrare;

7,5 și 25 – constante pentru condițiile de lucru descrise;

Tabel nr. 9. Valorile medii ale puterii de neutralizare a cenușilor, exprimate ca echivalent al conținutului de CaCO3 (n=3)

6.3. Neutralizarea apei acide de mină folosind cenuși lemnoase

6.3.1. Stabilirea cantităților de cenușă necesare pentru neutralizarea apei acide de mină și trasarea curbelor de neutralizare

După caracterizarea fizico-chimică a apei de mină și respectiv a tututor tipurilor de cenușă, s-a trecut la omogenizarea acestora cu scopul de a crește valoarea pH-ului apei de mină (pH mediu inițial 2.27) la un pH neutru. Pentru aceasta s-au folosit 50 ml de apă acidă de mină și diverse cantități de cenușă (în funcție de caracteristicile fiecăreia), valorile acestora fiind centralizate în tabelul de mai jos. Determinarea pH-ului s-a efectuat folosind pH-metrul Hanna, valorile acestuia fiind înregistrate treptat, cu o succesiune de aproximatv 0,2 unități de pH. Pentru omogenizarea amestecului apă acidă de mină: cenușă s-a folosit un agitator magnetic (Fig. nr. 22.)

Fig. nr. 19. Pregătirea amestecurilor apă de mină – cenușă pentru neutralizare. Fotografie originală

Pentru trasarea curbelor de neutralizare s-au folosit toate valorile de pH înregistrate și respectiv toate cantitățile de cenușă aferente. Cantiatea medie la care s-a obținut valoarea de neutralizare a apei acide de mină pentru fiecare tip de cenușă în parte este înregistrată în tabelul de mai jos. Trasarea curbelor s-a efectuat folosind Microsoft Excel 2010.

Tabel nr. 10. Centralizarea valorilor medii ale cantităților de cenușă necesare neutralizării a 50 ml apă acidă de mină (n=3)

Având în vedere comportamentul asemănător la neutralizare al cenușilor, în funcție de caracteristicile lor specifice (dimensiunea particulelor, umiditatea, pH etc.), s-au trasat curbele de neutralizare reprezentând în același grafic cenușile cu putere de neutralizare apropiate.

Pentru neutralizarea a 50 ml apă acidă de mină s-au folosit 4,3 g MDF vatră (pH=12,87) și 3,5 g PAL vatră (pH=13,11).

Pentru neutralizarea a 50 ml apă acidă de mină s-au folosit 51,4 g MDF h.c. (pH=10,80) și 73,1 g PAL h.c. (pH=9,59).

Pentru neutralizarea a 50 ml apă acidă de mină s-au folosit 12,2 g AM I (pH=12,58), 12,5 g AM II (pH=12.85) și 8,1 g AM III (pH=12,74)

6.3.2. Sedimentarea cenușilor folosind conul Imhoff

Pentru determinarea gradului de sedimentare a cenușilor s-a folosit un cilindru gradat cu ajutorul căruia s-a măsurat un volum de 100 ml apă de mină care s-a introdus într-un con Imhoff împreună cu cantitatea de cenușă necesară neutralizării apei de mină (determinată experimental), cântărită în prealabil la balanța analitică. Pentru omogenizarea amestecului apă de mină: cenușă s-a agitat conul Imhoff (Fig. nr. 24. ) și apoi s-a lăsat în repaus timp de 45 de minute pentru ca cenușa să sedimenteze.

În urma determinării gradului de sedimentare folosind conul Imhoff s-a constatat că cenușile de vatră, provenite de la centrala pe bază de rumeguș de MDF/PAL (notate în partea experimentală cu MDF/PAL vatră) au un grad de sedimentare mai mare comparativ cu cenușile zburătoare provenite de la centrala pe bază de rumeguș de MDF/PAL (notate în partea experimentală cu MDF/PAL h.c.), acest lucru datorându-se în principal structurii granulometrice diferite a cenușilor și gradului de precipitare cu apa acidă de mină. În urma sedimentării se poate constata o pierdere a culorii apei acide de mină și respectiv o limpezire a acesteia. Acest detaliu fiind vizibil în figurile de mai jos.

Fotografii originale

6.3.3. Determinarea conținutului de Cu și Zn din apa de mină după utilizarea cenușilor pentru neutralizare

Deoarece s-a constatat un efect pozitiv al cenușilor asupra caracteristicilor fizico-chimice ale apei acide de mină s-a efectuat suplimentar și determinarea conținutului de metale grele (Cu, respectiv Zn) din apa de mină după cele două etape: omogenizarea pentru neutralizare și sedimentarea cenușilor. Determinarea conținutului de metale grele s-a efectuat folosind același fotomultiparametru de la punctul 6.1.5. Determinarea Cu și Zn folosind fotomultiparametrul Hanna C205.

Tabel nr. 11. Valorile medii ale conținutului de Cu și Zn din apa acidă de mină, înainte și după neutralizare cu biomasă lemoasă (n=3)

Capitolul VII.

INTERPRETAREA REZULTATELOR

În vederea studierii posibilității de neutralizare a apelor acide de mină cu cenuși alcaline provenite din arderea biomasei lemnoase s-au efectuate mai multe seturi de analize fizico-chimice atât pe probe de apă prelevate din iazul de decantare valea Șesei cât și pe probe de cenușă procurate de la Kronospan Sebeș SA, județul Alba. Printre parametrii fizico-chimici analizați, cei mai importanți sunt: pH-ul, conținutul de carbonat de calciu, respectiv puterea de neutralizare a cenușilor cât și conținutul de metale grele (Fe, Cu și Zn) din apa acidă de mină, analizat înainte și după neutralizare.

Având în vedere că orice discuție privind calitatea apelor de suprafață trebuie să aibă la bază prevederile legale, reultatele obținute experimental au fost comparate cu valorile impuse la ora actuală în România prin două acte normative, cu putere de lege în domeniu, care se aplică și la Exploatarea Roșia Poieni:

Ordinul nr. 161 din 16 februarie 2006 pentru aprobarea Normativului privind clasificarea calității apelor de suprafață în vederea stabilirii stării ecologice a corpurilor de apă [25].

Normativ din 28 februarie 2002 privind stabilirea limitelor de incarcare cu poluanti a apelor uzate industriale si orasenesti la evacuarea în receptorii naturali, NTPA-001/2002, Publicat in Monitorul Oficial, Partea I nr. 187 din 20 martie 2002 [26].

Tabel nr. 12. Valori limita de încărcare cu poluanți a apelor uzate

industriale și orășenești evacuate în receptori naturali (mg/l)

Rezultatele analitice obținute experimental sunt prezentate în Tabelul nr.13.

Tabel nr. 13. Parametrii de calitate ai apelor studiate

După cum se poate observa, apele râului Valea Șesei, în ciuda neutralizării efectuate în cadrul Exploatării Miniere Roșia Poieni, sunt încă acide, contribuind la acidifierea Arieșului în aval de punctul de confluență. Din punct de vedere al, reziduului Valea Șesei corespunde normelor românești în vigoare, fiind sub limita superioară. Cantitățile de cupru, fier și zinc deversate sunt de zeci de ori mai mari decât limitele admise, ceea ce implică luarea de măsuri tehnologice suplimentare necesare pentru remedierea acestei situații care pune în pericol mediul acvatic cu consecințe dramatice pe termen lung.

În urma cercetărilor efectuate în laborator cu scopul identificării unor noi metode de neutralizare a apelor acide de mină folosind biomasa lemnoasă provenită din arderea lemnului, s-a constat că, atât cenușa rezultată din arderea MDF-ului, cât și cenușa obținută din arderea plăcilor aglomerate din lemn (PAL), au un puternic caracter alcalin și o capacitate ridicată de precipitare a substanțelor minerale dizolvate în apa acidă de mină, ceea ce face ca aceste tipuri de cenușă să poată fi folosite cu succes în acest scop.

Din rezultatele analitice obținute experimental se poate concluziona că cenușile lemnoase MDF/PAL și amestecurile acestora pot fi folosite la creșterea pH-ului apei acide de mină, cantitatea medie de cenușă necesară neutralizării fiind cuprinsă între:

70-90 kg/m3 MDF/PAL vatră;

1030-1500 kg/m3 MDF/PAL h.c.;

160-250 kg/m3 pentru cele 3 tipuri de amestecuri.

Astfel, folosirea acestor tipuri de cenușă (deșeuri provenite din industria lemnului) pentru neutralizarea apelor acide de mină reprezintă o metodă relativ nouă care poate fi pusă în practică. Efectele acestei metode de tratare a apelor poluate necesită un studiu mai aprofundat în ceea ce privește compoziția chimică a apei (în special conținutul de metale grele) și variația pH-ului în timp.

CONCLUZII

Exploatarea Minieră Roșia Poieni este una dintre cele mai mari exploatări la zi din lume ce conține rezerve de cupru exploatabile încă mulți ani de acum înainte. Haldele de steril, pe lângă faptul că scot din circulație terenul agricol, constituie un real pericol pentru mediu, prin generarea de ape acide, ca urmare a alterării rocilor din care sunt compuse.

Principalele probleme de la Roșia Poieni constau în:

scurgerile de ape acide din haldele de steril, care solubilizează metale grele

distrugerea faunei și florei ecosistemelor acvatice

reducerea resurselor de apă pentru consum casnic, agricol și industrial.

Iazul de decantare Valea Șesei, deși deversează în Arieș ape acide, dar cu conținut de metale apropiat de normele admise, reprezintă un tampon între activitățile din mină și mediul înconjurător.

În viitor sunt necesare măsuri energice de reducere a cantităților de ape acide generate de haldele de steril precum și pentru neutralizarea adecvată a apelor din Valea Șesei.

Pentru ameliorarea acestei situații se impune: valorificarea minereului sărac de cupru care se poate realiza printr-o instalație de recuperare a cuprului din apele acide colectate la baza haldelor de steril și neutralizarea ulterioară a apelor acide care rezultă din respectiva instalație.

Deși pe plan mondial, există mai multe posibilități de neutralizare a apelor acide de mină, cum ar fi în prinicpal tratarea acestora cu amendamete calcaroare (var, calcar, dolomită etc.), studiile recente ilustrează o tendință de înlocuire a acestor materiale cu reziduuri rezultate din arederea biomasei lemnoase.

La nivel național, valorificarea cenușii lemoase este de abia la început, utilizarea acesteia în neutralizarea apelor acide de mină reprezentând o metodă nouă, relativ ieftină, care merită a fi pusă în practică.

BIBLIOGRAFIE

[1] Negulescu Mircea, Epurarea Apelor Uzate Industriale (vol. II), Editura Tehnică București – 1989.

[2] Edwin E. Herricks, Biological Treatment Of Acid Mine Drainage – http://web.extension.illinois.edu/iwrc/pdf/173.pdf

[3] Abandoned Mine Site Characterization And Cleanup Handbook – http://www.epa.gov/superfund/policy/remedy/pdfs/amscch.pdf

[4] Acid Mine Drainage and Effects on Fish Health and Ecology: A Review – http://www.pebblescience.org/pdfs/Final_Lit_Review_AMD.pdf

[5] Ramesh K. Goel, Joseph R.V. Flora, and J. Paul Chen, Flow Equalization and Neutralization – 9781588291653-c2.pdf

[6] J. Skousen, A. Rose, G. Geidel, J. Foreman, R. Evans, W. Hellier,

and members of the Avoidance and Remediation Working Group, Handbook Of Technologies For Avoidance And Remediation Of Acid Mine Drainage – http://wvwri.org/wp-content/uploads/2012/05/adti_handbook.pdf

[7] Christine Costello, Acid Mine Drainage: Innovative Treatment Technologies – http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/cd51/acidmine.pdf

[8] Simo O. Pehkonen, Ph.D.Research Director,  Cewic, Overview of Acid Mine Drainage Treatment  with Chemicals – http://www.cewic.fi/cewic/materiaalit/pehkonen_270509.pdf

[9] Compendium of Mining and Processing Waste Management Technologies – http://www.minnovation.eu/uploads/Compendium of Mining and Processing Waste Management Technologies.pdf

[10] Barbu Horia, Chimie Generală, Editura Alma Mater – Sibiu, 1999.

[11] Mark Risse, Best Management Practices for Wood Ash as Agricultural Soil Amendment http://www.caes.uga.edu/publications/pubDetail.cfm?pk_ID=6246

[12] Paul Tanger,1 John L. Field,2,3 Courtney E. Jahn,1 Morgan W. DeFoort,2 and Jan E. Leach1,, Biomass for thermochemical conversion: targets and challenges – http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3697057/

[13] http://fennerschool-associated.anu.edu.au/fpt/mdf/intro.html

[14] MaryMcMahon, What is Melamine Chipboard? -http://www.wisegeek.com/what-is-melamine-chipboard.htm

[15] V. Václavík1, J. Daxner4, J. Valíček1,2, V. Dombek1*, T. Dvorský1, M. Kušnerová, B. Václavíková3 , Utilization Of Sludge From Mine Water Treatment Plant In The Segment Of Thermal Insulation Mortars https://dspace.vsb.cz/bitstream/handle/10084/101873/aep-2014-0004-vaclavik.pdf?sequence=1

[16] Duma Sigismund – Studiul Ecologic al Exploatărilor Miniere din zona sudică a Munților Apuseni, Munții Poiana Ruscă și Munții Sebeșului, Editura Dacia – Cluj-Napoca 1998.

[17] Bădescu Gabriel, Hreniuc N. Petru – Efectele Poluării în Perimetrul Valea Șesei – Roșia Poieni articol.

[18] Bilanț de Mediu Roșia Poieni – nivel I și II.

[19] Fișă de prezentare a S.C. Cupru Min S.A. Abrud.

[20] Milu Viorica – Depozitul de Cupru Roșia Poieni, Munții Apuseni articol.

[21] Planul de Gestionare a Deșeurilor la SC Cupru Min SA Abrud, 2013, intocmit de Societatea Ipromin SA.

[22] Gavrilescu E., „Poluarea mediului acvatic”, Editura Sitech, Craiova, 2006.

[23] Instruction Manul for Multiparameter Bench Photometers C200 Series.

[24] Barbu H.C., Pavel P.B., „Hidrochimie-Indrumar de laborator”, Editura Alma Mater, Sibiu, 2010.

[25] Ordinul nr. 161/16 februarie 2006 pentru aprobarea Normativului privind clasificarea calității apelor de suprafață în vederea stabilirii stării ecologice a corpurilor de apă.

[26] NTPA-001/2002 Publicat in Monitorul Oficial, Partea I nr. 187 din 20 martie 2002.