酸性鉱山排水(AMD) または「酸性岩排水」 (ARD)は、鉱山の結果として定期的に流れる酸性鉱物溶液です。
問題の現象は硫化鉱物の露頭で自発的に発生し、空気や水との接触により自然に酸化を受け、ゆっくりと硫酸が生成され、存在する金属が可溶化します。
採掘作業（掘削と汲み上げ）中、これらの露頭と金属硫化物の深部の堆積物の化学バランスは、突然の酸化条件によって破壊されます。この反応は、重大な流れを引き起こすのに十分な大きさになります。
トレーニングの仕組み
現象の起源
下層土における鉱化は、還元層に捕捉される金属陽イオンを輸送する流体の循環によるものです。しかし、採掘では、岩石を剥がして空気にさらすことにより、鉱床の起源の酸化還元条件が突然変化します。開発された鉱山は実際には数キロメートルの坑道に相当します (チリのエル テニエンテのように数百キロメートル、場合によっては数千キロメートル)。これらはすべて、水と酸素を鉱石に接触させることができる導管です。露天掘り鉱山や採石場からの材料に関しては、定義上、大気条件の影響を受けます。その後、DMA は、浸水したギャラリー内で、または硫化物を含む掘削された固体の山に水が浸透することによって形成されます。
鉱山から抽出されるこれらの物質にはさまざまな種類があります。硫化物が比較的豊富な鉱石 (遊離の廃岩)、硫化物が少ない鉱石 (山、選択性の廃岩)、または貴金属は少ないが硫化物が豊富に処理されて廃棄される場合もあります。生産および保管される量は数百万トンに達する場合があります。したがって、世界最大の銅鉱山であるチリのチュキカマタからの浮選廃棄物は、48 km²の面積を占めています。これらの製品は、すでに湿った状態で保管されており、雨にもさらされます。 AMD 形成の生物学的および化学的現象は、保管場所での浸透または流出によって始まります。
触媒作用
AMD を引き起こす主な化学反応は、最も一般的な硫化鉱物である黄鉄鉱における鉄と硫黄の酸化です。この反応は細菌の存在下でも非存在下でも次の方程式に従って起こります。
もちろん、これは単なるバランス方程式です。黄鉄鉱の酸化プロセスは、pH の変化に応じて変化します。この反応の特殊性は自己触媒作用があり、これにより、DMA 生成現象が火災と同様の方法で伝播することが可能になります。燃焼により熱が生成され、それが他の物質の燃焼を引き起こすのと同じように、硫化物の酸化により第二鉄が生成され、これが次の反応につながります。他の硫化物の酸化。
AMDの出現は、金属酸化還元反応から増殖に必要なエネルギーを得る微生物の存在によって促進されます。これらのバクテリアは、鉱物の表面や溶液中で起こる化学反応の実際の触媒として機能します。この現象の詳細はまだ十分に理解されておらず、直接酸化と間接酸化（つまり、硫化物の表面に細菌が直接接触するかどうか）の間の主な反応を決定するための論争の対象となっています。
環境および社会経済への影響
AMDによる汚染
AMD は、水生環境と帯水層に対する酸と金属の汚染源です。最も深刻な場合には、1日に数トンの有毒金属化合物が水路システムに放出される可能性があります。
酸性の鉱山廃液からの金属、特に重金属は一般に代謝毒です。複数の金属が同時に存在すると、各金属を個別に存在させる場合よりも大きな毒性を引き起こす可能性があります。たとえば、亜鉛、カドミウム、銅は低 pH では有毒であり、相乗的に作用して藻類の成長を阻害し、魚に影響を与えます。
酸性化は、魚の個体数の重大な死亡と、その成長率と繁殖の混乱の直接の原因です。酸性化の間接的な影響は、魚の生息地の悪化と捕食者と被食者の関係の変化（食物連鎖の中断）です。 pH 5 以下ではほとんど種は生存しません。
酸性土壌で構成される地域では、水の酸性度が保たれ、金属は可溶性の形で長距離輸送されます。一方、（塩基性）石灰岩土壌からなる地域では、酸性水は炭酸塩岩によってすぐに中和され、ほとんどの金属は不溶性になって沈殿します。洪水時には、金属が豊富な固体粒子（鉱石の砕片や沈殿した金属鉱物）がはるか下流まで運ばれ、水の性質が変化すると再び溶解する可能性があります。これはジロンド川産のカドミウムの場合です。デカズヴィル地区 (ロット盆地) の冶金現場から来て、河口で可溶化されて大西洋岸に輸送され、供給源から 400 km 以上離れたところでカドミウムが見つかります。
硫酸塩に関しては、高濃度に存在すると顕著な浸透圧を引き起こし、生物を脱水状態にします。
最後に、AMD は景観にも影響を与えていることに注意してください。これは、数キロメートルの水路にあるさび色の堆積物や、鉱山廃棄物のむき出しの外観による視覚的な影響です。
人間への影響
水質を悪化させることにより、AMD は採掘作業の下流での用途 (飲料水の供給、レジャー活動、漁業、灌漑) の消滅につながります。採掘中、それらは採掘インフラや設備の腐食の原因にもなります。
人間の消費を目的とした水を事前に監視することにより、AMD に由来する重金属を直接摂取するリスクが排除されます。しかし、間接的な中毒も不可能ではありません。実際、生物濃縮と生物濃縮の相互作用は、特に漁師の間で、魚を介した人体中毒につながる可能性があります。金属中毒に苦しんでいる人では、ほとんどの軟組織、特に肝臓、腎臓だけでなく骨にも有害な金属が検出されます。重金属は一度吸収されると除去することが困難なことがよくあります。それらのほとんどの人体内での半減期は長いです (カドミウムの場合は 30 年)。金属への曝露はがんを引き起こす可能性があります。
AMD汚染との戦い
歴史的
金属汚染は鉱業と同じくらい古いものです。世界最大の硫化物鉱化物を排出する小さな酸性の川、リオ・ティント河口（スペイン）で、銅時代（～2500年）のスラグや石炭を含む硫化物砂を含む汚染された地層を横断する調査が行われた。この種の汚染は、産業の発展を妨げないように長い間隠されてきましたが、認識されるようになったのはごく最近のことです。実際、この問題が世界の世論に広まるには、2 つの大きな事故が必要でした。1998 年にアスナルコジャル鉱山現場 (スペイン) では、スラグの山の崩壊により、隣接する川に 400 万立方メートルの AMD が流出しました。 2000年にバイア・マーレ（ルーマニア）でも同様の事故があり、50～100トンのシアン化物を含む10万㎥のDMAが流出し、2000km以上にわたってドナウ川を汚染した。DMAに関する研究は1970年代に始まった。カナダの MEND やスウェーデンの MiMi などの主要な国際研究プログラムの出現に伴い、1980 年代の終わりに組織されました。
技術的ソリューション
鉱山が放棄された場合、帯水層と隣接する水路の汚染を回避する最善の方法は、洪水を放棄して脱水を続けることです。これは限定的な解決策ですが、経済的コストを評価して備えを付けるのは簡単です。このオプションは、鉱山の水が儲かる用途にある場合に特に関連すると思われます。一方、酸性廃液の処理は、鉱山経営者、リハビリテーションの責任者、そして最終的には地域社会にとって、無限の経済的負担となります。それでも後者の解決策を選択する場合は、能動的な化学処理よりも安価で、導入と管理が容易で、環境への負担が少ない、自然プロセスのモデルに基づいた受動的な処理を好むでしょう。
スラグ山からの AMD の場合、いくつかの中和方法があります。まず、鉱山廃棄物のストックを水のシートの下に沈めるか、無酸素の閉鎖された湖に廃棄することができます（酸素は水に浸透するのが非常に困難です）。他の場合には、流出水を排水して分流し、プラスチックフィルム、タールまたは石灰の散布、および疎水性ポリマーなどの不浸透性のカバーで採掘廃棄物のストックを覆うことによって現場を処理することを好みます。カバーは自然のものにすることもでき、植生の回復を可能にし、侵食から保護します。つまり、粘土と土の重ねられた層、泥炭湿原の堆積物（有機物と還元剤が豊富）です。
洪水後の水質の変化
採鉱盆地における大規模な脱水は、多くの場合、鉱山の周囲に圧電盆地が形成され、地下水面レベルの全般的な低下につながります。洪水の後、採掘盆地は、乱開発から解放され、影響を受けない新しい流体力学的バランスを見つけます。このバランスは、採掘前または採掘中の（採掘によって残された空隙により）一般的であったものとは異なりますが、採掘によって下層土に引き起こされる障害が不可逆的であるという意味で決定的です。時間の経過とともに、水力回路は還元状態に戻り、新しい貯水池の水質は、最初は急速に (数か月から数年)、次にゆっくりと (数十年から数百年) 改善します。飲料水の供給に十分な水質に戻るまでに必要な時間を評価することは困難です。それは、考慮されるサイトの特殊性に大きく依存します。
参考文献
- P. COLLON、ロレーヌ鉄盆地の放棄された鉱山における水質の進化。実験室実験から現場モデリングへ、INPL論文、ナンシー、2003 年。
- P. TOULHOAT、深層水と表層水の化学的進化、Les Techniques、Vol 96、特別号「鉱山と採石場」、1996 年 12 月。