L’eau de mine contaminée par le fer peut prendre plus d’une forme chimique. Il s’avère que cela peut être une propriété importante, en particulier lorsque nous concevons des stratégies de traitement pour éliminer le fer.

Le fer sera dans l’un des deux états d’oxydation : ferreux ayant une charge +2, ou ferrique ayant une charge +3. Le fer ferreux est soluble dans l’eau à n’importe quel pH. Si vous voyez de l’eau contenant uniquement du fer ferreux, le fer sera totalement dissous et l’eau apparaîtra comme limpide, sans savoir quel pH elle a. La situation est différente avec le fer ferrique. À un pH inférieur à environ 3,5, le fer ferrique est soluble. Mais si le pH est supérieur à 3,5, le fer ferrique deviendra insoluble et précipitera (formera un solide) sous la forme d’un composé orange / jaune appelé yellowboy. Cela provoque les revêtements orange familiers au fond des cours d’eau qui ont tendance à étouffer la vie aquatique. Donc, pour le dire en un mot, le fer ferrique va précipiter; le fer ferreux ne le fera pas.

Maintenant, pour continuer avec une autre partie de l’histoire. L’eau de mine peut également avoir des niveaux élevés d’acidité, une situation qui dégrade la qualité de l’eau. La propriété la plus commune que nous associons à ceci est un pH faible, inférieur à 5 ou environ. Pour traiter une telle eau, nous voulons neutraliser l’acidité en ajoutant de l’alcalinité. L’ajout d’alcalinité augmentera le pH. Pour les systèmes de traitement passifs, le calcaire est l’agent neutralisant largement préféré. Le contact de l’eau de mine avec le calcaire la dissout, tendant à la neutraliser. Comme il le fait, le pH devient plus élevé. D’accord, voici où le problème entre en jeu. Si cette eau contient également du fer, en particulier du fer ferrique, lorsque le pH dépasse 3,5, le fer ferrique précipitera sous forme de yellowboy. Ce faisant, le yellowboy peut se déposer sur le calcaire en formant une couche de yellowboy qui protège le calcaire de toute dissolution ultérieure. En d’autres termes, le calcaire est rendu inefficace pour une action de neutralisation supplémentaire en raison du revêtement, également appelé blindage. Le blindage, en fait, est un mode de défaillance de certains systèmes de traitement.

Passons à une autre partie de l’histoire: à quand la pollution par le fer est initialement formée par l’altération de la pyrite. Lorsque la pyrite réagit initialement avec l’oxygène et l’eau, un produit est le fer ferreux. (Équation 1 ci-dessous) Pour que le ferreux devienne ferrique, il faut plus d’oxygène. (Équation 2 ci-dessous) Cependant, sous terre, la quantité d’oxygène peut être très limitée, et cette conversion peut ne pas se produire dans une mesure significative dans l’environnement limité en oxygène. Souvent, lorsque la pollution minière éclate à la surface, très peu de fer est sous forme ferrique en raison d’un manque d’oxygène sous terre. Cependant, cela peut changer rapidement une fois que l’eau de la mine est exposée à l’atmosphère où beaucoup d’oxygène est disponible. Une stratégie de traitement pour l’eau de mine ayant une acidité élevée et pratiquement tout le fer à l’état ferreux consiste à empêcher l’oxygène de s’y rendre pendant qu’il traverse un canal de roche calcaire. Un drain de calcaire anoxique protège l’eau de l’oxygène pendant l’ajout d’alcalinité. Si, par contre, des quantités importantes de fer sont à l’état ferrique ou si de l’oxygène adéquat est présent, une stratégie différente peut être utilisée: éliminer l’oxygène avant d’ajouter de l’alcalinité calcaire. C’est le cas d’un SAPS (Successive Alcalinity Producing System).

Les trois réactions chimiques les plus importantes de cette discussion sont

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)

L’équation 1 décrit la réaction initiale de la pyrite avec l’eau et l’oxygène pour former des ions ferreux. L’équation 2 décrit la réaction dans laquelle le fer ferreux est converti en fer ferrique. L’équation 3 décrit l’hydrolyse et la précipitation réelles de l’hydroxyde ferrique (yellowboy).

Le moment et l’endroit où ces réactions se produisent sont souvent à l’origine de la conception de nombreux systèmes de traitement passif.