Minvatten med järnförorening kan ta mer än en kemisk form. Som det visar sig kan detta vara en betydande egenskap, särskilt när vi utformar behandlingsstrategier för att ta bort järnet.

järnet kommer att vara i ett av två oxidationstillstånd: järn med en +2 laddning eller järn med en +3 laddning. Järnjärn är lösligt i vatten vid vilket pH som helst. om du ser vatten som bara innehåller järnjärn, kommer järnet att vara helt upplöst och vattnet kommer att framstå som kristallklart, ingen mater vad pH det har. Situationen är annorlunda med järnjärn. Vid ett pH mindre än ca 3,5 järn är lösligt. Men om pH är högre än 3,5 blir järnjärnet olösligt och fälls ut (bildar ett fast ämne) som en orange/gul förening som kallas yellowboy. Detta orsakar de välbekanta orange beläggningarna på strömbottnar som tenderar att kväva vattenlevande liv. Så, för att uttrycka det i ett nötskal, kommer järnjärn att fälla ut; järnjärn kommer inte.

nu för att fortsätta med en annan del av berättelsen. Gruvvatten kan också ha höga surhetsnivåer, en situation som försämrar vattenkvaliteten. Den vanligaste egenskapen vi associerar med detta är ett lågt pH, mindre än 5 eller däromkring. För att behandla sådant vatten vill vi neutralisera surheten genom att tillsätta alkalinitet. Tillsats av alkalinitet kommer att höja pH. för passiva behandlingssystem är kalksten det allmänt föredragna neutraliseringsmedlet. Att ha mittvatten i kontakt med kalksten löser upp det och tenderar att neutralisera det. Som det gör blir pH högre. Okej, här kommer problemet in. Om detta vatten också har järn i det, särskilt järnjärn, när pH stiger över 3,5, kommer järnjärnet att fällas ut som yellowboy. På så sätt kan yellowboy deponera på kalkstenen och bilda ett lager yellowboy som skyddar kalkstenen från ytterligare upplösning. Med andra ord görs kalkstenen ineffektiv vid ytterligare neutraliseringsåtgärder på grund av beläggningen, även känd som pansar. Armoring är faktiskt ett felläge för vissa behandlingssystem.

Låt oss gå till ännu en del av berättelsen: till när järnföroreningen ursprungligen bildas av pyritvädring. När pyrit initialt reagerar med syre och vatten är en produkt järnjärn. (Ekvation 1 nedan) för att järn ska bli järn behövs mer syre. (Ekvation 2 nedan) under jord kan emellertid mängden syre vara mycket begränsad, och den omvandlingen får inte ske i någon signifikant utsträckning i den syrebegränsade miljön. Ofta när minföroreningar bryter ut vid ytan är mycket lite av järnet i järnform på grund av brist på syre under jord. Detta kan dock ändras snabbt när gruvvattnet utsätts för atmosfären där mycket syre finns tillgängligt. En behandlingsstrategi för gruvvatten med hög surhet och praktiskt taget allt järn i järntillståndet är att hålla syre från att komma till det medan det passerar genom en kanal av kalkstensten. En anoxisk kalksten avlopp skyddar vattnet från syre medan alkalinitet tillsätts. Om å andra sidan betydande mängder järn är i järn eller tillräckligt med syre är närvarande, kan en annan strategi användas: avlägsnande av syre innan tillsats av kalksten alkalinitet. Detta är fallet med ett SAPS (successivt Alkalitetsproducerande System).

de tre kemiska reaktionerna som är framträdande för denna diskussion är

4FeS2(s) + 14O2(g) + 4H2O(l) —> 4Fe2+(aq) + 8SO42-(aq) + 8H+(aq) (1)

4Fe2+(aq) + O2(g) + 4h+(aq) —> 4FE3+(aq) + 2H2O(L) (2)

4fe3+(aq) + 12 H2o(l) —> 4FE(Oh)3(s) + 12h+(aq) (3)

ekvation 1 beskriver den initiala reaktionen av pyrit med vatten och syre för att bilda järnjoner. Ekvation 2 beskriver reaktionen i vilken järnjärn omvandlas till järnjärn. Ekvation 3 beskriver den faktiska hydrolysen och utfällningen av järnhydroxid (yellowboy).

När och var dessa reaktioner inträffar driver ofta utformningen av många passiva behandlingssystem.