Grubenwasser mit Eisenverunreinigung kann mehr als eine chemische Form annehmen. Wie sich herausstellt, kann dies eine bedeutende Eigenschaft sein, insbesondere wenn wir Behandlungsstrategien zur Entfernung des Eisens entwickeln.

Das Eisen befindet sich in einer von zwei Oxidationsstufen: Eisen mit einer Ladung von +2 oder Eisen mit einer Ladung von +3. Eisen ist in Wasser bei jedem pH-Wert löslich. Wenn Sie Wasser sehen, das nur Eisen enthält, wird das Eisen vollständig aufgelöst und das Wasser erscheint kristallklar, egal welchen pH-Wert es hat. Bei Eisen (III) ist die Situation anders. Bei einem pH-Wert von weniger als etwa 3,5 ist Eisen (III) löslich. Wenn der pH-Wert jedoch höher als 3,5 ist, wird das Eisen (III) unlöslich und fällt als orange / gelbe Verbindung namens Yellowboy aus (bildet einen Feststoff). Dies verursacht die bekannten orangefarbenen Beschichtungen auf Bachböden, die dazu neigen, Wasserlebewesen zu ersticken. Also, um es auf den Punkt zu bringen, Eisen (III) wird ausfallen; Eisen (III) wird nicht.

Um nun mit einem anderen Teil der Geschichte fortzufahren. Grubenwasser kann auch einen hohen Säuregehalt aufweisen, was die Wasserqualität verschlechtert. Die häufigste Eigenschaft, die wir damit assoziieren, ist ein niedriger pH-Wert von weniger als 5 oder so. Um solches Wasser zu behandeln, möchten wir den Säuregehalt durch Zugabe von Alkalität neutralisieren. Die Zugabe von Alkalität erhöht den pH-Wert. Für passive Behandlungssysteme ist Kalkstein das weithin bevorzugte Neutralisationsmittel. Wenn Grubenwasser mit Kalkstein in Kontakt kommt, löst es sich auf und neigt dazu, es zu neutralisieren. Dadurch wird der pH-Wert höher. Okay, hier kommt das Problem ins Spiel. Wenn dieses Wasser auch Eisen enthält, insbesondere Eisen (Iii) -Eisen, wenn der pH-Wert über 3,5 steigt, fällt das Eisen (III) -Eisen als gelbes Pulver aus. Dabei kann sich der Yellowboy auf dem Kalkstein ablagern und eine Schicht Yellowboy bilden, die den Kalkstein vor weiterer Auflösung schützt. Mit anderen Worten, der Kalkstein wird wegen der Beschichtung, auch Panzerung genannt, in der weiteren Neutralisationswirkung unwirksam gemacht. Die Panzerung ist in der Tat ein Fehlermodus einiger Behandlungssysteme.

Gehen wir zu einem weiteren Teil der Geschichte: zu dem Zeitpunkt, zu dem die Eisenverschmutzung anfänglich durch Pyritverwitterung gebildet wird. Wenn Pyrit anfänglich mit Sauerstoff und Wasser reagiert, ist ein Produkt Eisen. (Gleichung 1 unten) Damit Eisen Eisen wird, wird mehr Sauerstoff benötigt. (Gleichung 2 unten) Unter Tage kann die Sauerstoffmenge jedoch sehr begrenzt sein, und diese Umwandlung kann in der sauerstoffbegrenzten Umgebung in keinem signifikanten Ausmaß stattfinden. Oft, wenn Minenverschmutzung an der Oberfläche ausbricht, ist sehr wenig des Eisens in der Eisenform wegen eines Sauerstoffmangels unter Tage. Dies kann sich jedoch schnell ändern, sobald das Grubenwasser der Atmosphäre ausgesetzt ist, in der viel Sauerstoff verfügbar ist. Eine Behandlungsstrategie für Grubenwasser mit hohem Säuregehalt und praktisch dem gesamten Eisen im Eisenzustand besteht darin, zu verhindern, dass Sauerstoff dorthin gelangt, während er durch einen Kanal aus Kalkstein geleitet wird. Ein anoxischer Kalksteinabfluss schützt das Wasser vor Sauerstoff, während Alkalität hinzugefügt wird. Wenn andererseits erhebliche Mengen Eisen im eisenhaltigen Zustand vorliegen oder ausreichend Sauerstoff vorhanden ist, kann eine andere Strategie angewendet werden: Entfernen des Sauerstoffs vor Zugabe von Kalksteinalkalität. Dies ist bei einem SAPS (Successive Alkalinity Producing System) der Fall.

Die drei chemischen Reaktionen, die für diese Diskussion im Vordergrund stehen, sind

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)

Gleichung 1 beschreibt die anfängliche Reaktion von Pyrit mit Wasser und Sauerstoff unter Bildung von Eisenionen. Gleichung 2 beschreibt die Reaktion, bei der Eisen (II) in Eisen (III) umgewandelt wird. Gleichung 3 beschreibt die eigentliche Hydrolyse und Fällung von Eisenhydroxid (Yellowboy).

Wann und wo diese Reaktionen auftreten, bestimmen oft das Design vieler passiver Behandlungssysteme.