منشا تشکيل زهاب

اسيد در معادن و باطله‌هاي معدني در نتيجه اکسيداسيون كانيهاي سولفيد فلزي توليد مي ‌شود. كانيهاي سولفيد فلزي در سنگ ميزبان بسياري از كانه‌هاي فلزي و زغال ‌سنگ وجود دارد. قبل از عمليات معدنكاري، اكسيداسيون اين كانيها و نرخ تشكيل اسيد، تابعي از فرآيندهاي هوازدگي طبيعي مي ‌باشد. اكسيداسيون در توده كانساري كه تحت عمليات معدنكاري و فرآيندهاي فرآوري قرار نگرفته باشد بسيار كند است و در نتيجه توليد اسيد نيز آهسته است. تخليه حاصل از اينگونه كانسارها خطر بسيار كمي براي اكوسيستم طبيعي دارد.
عمليات استخراج و فرآوري سبب افزايش نرخ واكنشهاي شيميايي اكسيداسيون مي‌ شوند. اين افزايش بدليل بالا رفتن سطح تماس كانه با هوا و آب مي‌باشد.
اكسيداسيون كانيهاي سولفيدي فلزي شامل واكنشهاي مختلفي مي ‌شود. كاني‌هاي سولفيدي داراي نرخ اكسيداسيون متفاوتي هستند. به عنوان مثال ماركاسيت و پيريت فريم بويدال به سرعت اكسيد مي‌ شوند درصورتيكه اسفالريت داراي نرخ اكسيداسيون بسيار كمتري است. از ميان كانيهاي سولفيد فلزي پيريت، ماركاسيت و پيروتيت داراي بالاترين نرخ اكسيداسيون مي‌باشند. جدول زير ليست كانيهاي سولفيد فلزي را نشان مي‌دهد.

انحلال كانيهاي سولفيد آهن از قبيل پيريت و پيروتيت بزرگترين منبع توليد اسيد در باطله‌هاي معدني مي‌باشد . روابط 1 و 2 واكنشهايي هستند كه عموماً براي نمايش هوازدگي پيريت و پيروتيت و تشكيل محصولات هوازدگي آنها بكار مي‌روند.

  (1)                                       
 

  (2)                                               

 

اين واكنشهاي هوازدگي سبب توليد خاصيت اسيدي، آبهاي غني از سولفات و آهن مي‌ شود كه خود آنها مي ‌توانند :
1- در تماس با كانيهاي سولفيدي باشند و نرخ اكسيداسيون آنها را تسريع كنند.
2- تا اندازه‌اي تبخير شوند و سبب رسوب سولفات آهن هيدراته يا ديگر كانيها شوند(ذخيره شدن اسيد).
3- در تماس با سنگهاي ميزبان قرار بگيرند و مقداري از اسيد يا كل اسيد آنها خنثي شود.
كانيهاي سولفات آهن هيدراته در خلال تبخير آب غني از اسيد، آهن و سولفات، در باطله‌هاي معدني رسوب مي‌كنند و اسيد توليد شده به وسيله اكسيداسيون كانيهاي سولفيدي را در خود ذخيره مي‌كنند. كانيهاي سولفات آهن هيدراته كه اغلب در سطح پيريت هوازده بصورت نمكهاي شوره‌اي ديده مي‌شود شامل ملا نژيت، رزنيت، اسزومولنوكيت، رومريت، كوپانيت مي‌ باشد.
اين نمكهاي سولفاته داراي حلاليت بسيار بالايي هستند و يك منبع آني براي توليد آبهاي اسيدي در اثر انحلال و هيدروليز مي ‌باشند. اين نمكها بطور خاص مسئول افزايش خاصيت اسيدي و بار فلزي در آبهاي جاري و زيرزميني در خلال وقوع بارانهاي سيل‌آسا مي ‌باشند.
به عنوان مثال معادلات 3 و 4 و 5 بطور خلاصه انحلال ملا نژيت را نشان مي‌دهند :

  (3)                                                                         

  (4)                                                                 

  (5)                                                                   

معادلات 3 تا 5 در معادله 6 خلاصه شده است و نشان مي ‌دهد كه به ازاي انحلال هر مول ملانژيت، دو مول اسيد توليد مي گردد.

  (6)         

منابع خنثي سازي:

تعادل بين نرخ اسيد توليد شده بوسيله اكسيداسيون كانيهاي سولفيد آهن و سنگ ميزبان خنثي كننده، مقدار خاصيت اسيدي توليد شده از باطله معادن را مشخص خواهد كرد. مؤثرترين كانيهاي خنثي‌كننده اسيد، كربنات كلسيم و كربنات منيزيم مي ‌باشد. از اين كانيها مي ‌توان به كلسيت، دولوميت، منيزيت و آنكريت اشاره كرد. معادله 8  واكنش انحلال كلسيت را با اسيد توليد شده  از سولفيد آهن در pH بيشتر از 4/6 را نشان مي‌دهد و معادله 9 واكنش اصلي انحلال را در pH كمتر از 4/6 نشان مي‌دهد.

  (7)                                 

  (8)

نرخ انحلال كلسيت در واكنشهاي 7 و8  نسبتاً سريع است. اما به هر حال نرخ انحلال براي همه كربناتها يكي نيست: به عنوان مثال نرخ انحلال كربنات منيزيم و دولوميت اساساً كمتر از نرخ انحلال كربنات كلسيم مي ‌باشد. به علاوه كربناتهاي آهن سبب خنثي‌ سازي اسيد نمي ‌شوند وتحت شرايط اكسيدي به واسطه اكسيداسيون، آهن فرو آزاد مي‌كنند و در مرحله بعد رسوب هيدرواكسيد فريك تشكيل مي‌دهند که در نهايت سبب توليد اسيد(واكنشهاي 4 و 5) مي ‌شوند.

انحلال سيليكاتهايي از قبيل پلاژيوكلاز فلدسپاتها(مثل آنورتيت در واكنش9) و كانيهاي اوليوين(مثل فرستريت در معادله  10) نيز مي‌تواند سبب خنثي شدن اسيد در شرايط اسيدي شود، اما نرخ انحلال آنها نسبت به كانيهاي كربناته كندتر است.

  (9)

  (10)