мини|Рио Тинто у Шпанији представља киселу дренажу како природног тако и вештачког порекла (рударство). мини|Стене обојене талогом гвожђа из киселе рудничке дренаже на Шамокин Крику у округу Нортамберланд, Пенсилванија.

Кисела рудничка дренажа, кисела и металоносна дренажа (КМД) или кисела дренажа стена (КДС) јесте отицање киселе воде из рудника метала и рудника угља.

Кисела дренажа стена се природно јавља у неким срединама као део процеса распадања стена, али је погоршана великим поремећајима тла карактеристичним за рударство и друге велике грађевинске активности, обично унутар стена које садрже обиље сулфидних минерала. Области у којима је тло поремећено (нпр. градилишта или изградња ауто-путева) могу створити киселу дренажу стена. У многим местима, течност која се цеди из залиха угља, постројења за прераду угља, перионица угља и јаловишта може бити веома кисела и у таквим случајевима третира се као кисела дренажа стена. Ови фактори, у комбинацији са смањеном вредношћу pH, имају штетан утицај на водене екосистеме у водотоковима.

Исти тип хемијских реакција и процеса може се десити услед поремећаја киселих сулфатних земљишта насталих у приобалним или естуарским условима након последњег великог пораста нивоа мора, и представља сличан еколошки ризик.

Терминологија Историјски гледано, кисели испусти из активних или напуштених рудника називани су кисела рудничка дренажа (КРД). Израз кисела дренажа стена (КДС) уведен је осамдесетих и деведесетих година 20. века како би се указало на то да кисела дренажа може потицати и из других извора осим рудника. На пример, рад представљен 1991. године на великој међународној конференцији на ову тему био је насловљен: „Предвиђање киселе дренаже стена – поуке из базе података”.Ferguson, K.D. and Morin, K.A. The Prediction of Acid Rock Drainage - Lessons from the Database. Proceedings: Second International Conference on the Abatement of Acidic Drainage. 16—18. 9. 1991, Montreal, Quebec. И КРД и КДС се односе на воде са ниским pH вредностима или киселе воде изазване оксидацијом сулфидних минерала, иако је КДС општији назив.

У случајевима када дренажа из рудника није кисела и садржи растворене метале или металоиде, или је првобитно била кисела али је неутрализована дуж свог тока, онда се описује као „неутрална рудничка дренажа”, „вода под утицајем рударства”Gusek, J.J., Wildeman, T.R. and Conroy, K.W. 2006. Conceptual methods for recovering metal resources from passive treatment systems. Proceedings of the 7th International Conference on Acid Rock Drainage (ICARD), 26—30. 3. 2006, St. Louis MO. или слично. Ниједан од ових других назива није општеприхваћен.

Појава мини|У овом случају, пирит се растворио остављајући облик коцке и заостало злато. Ова разградња је главни покретач киселе рудничке дренаже. Подземна експлоатација често напредује испод нивоа подземних вода, па се вода мора стално испумпавати из рудника како би се спречило плављење. Када се рудник напусти, испумпавање престаје, а вода плави рудник. Ово увођење воде је почетни корак у већини ситуација киселе дренаже стена. Гомиле или баре јаловине, депоније рударског отпада, и одлагалишта угља такође су важан извор киселе рудничке дренаже.

Након излагања ваздуху и води, оксидација металних сулфида (често пирита, који је гвожђе-сулфид) унутар околне стене и откривке ствара киселост. Колоније бактерија и археја значајно убрзавају разлагање јона метала, иако се реакције одвијају и у абиотичком окружењу. Ови микроби, звани екстремофили због своје способности да преживе у суровим условима, природно се јављају у стенама, али ограничена количина воде и кисеоника обично одржава њихов број на ниском нивоу. Екстремофили познати као ацидофили посебно фаворизују ниске нивое pH у напуштеним рудницима. Конкретно, Acidithiobacillus ferrooxidans је кључни доприносилац оксидацији пирита.

Рудници метала могу стварати веома киселе испусте тамо где је руда сулфидни минерал или је повезана са пиритом. У тим случајевима преовлађујући јон метала можда није гвожђе већ цинк, бакар или никл. Најчешће експлоатисана руда бакра, халкопирит, и сама је бакар-гвожђе-сулфид и јавља се са низом других сулфида. Стога су рудници бакра често главни узрочници киселе рудничке дренаже.

У неким рудницима, кисела дренажа се открива у року од 2 до 5 година након почетка експлоатације, док се у другим рудницима не открива деценијама. Поред тога, кисела дренажа може настати деценијама или вековима након што је први пут откривена. Из тог разлога, кисела рудничка дренажа се сматра озбиљним дугорочним еколошким проблемом повезаним са рударством.

Хемија

Хемија оксидације пирита, производња јона гвожђа(II) и касније јона гвожђа(III), веома је сложена, а та сложеност је знатно отежала пројектовање ефикасних опција за третман.

Иако низ хемијских процеса доприноси киселој рудничкој дренажи, оксидација пирита је далеко највећи узрочник. Општа једначина за овај процес је:

Оксидација сулфида у сулфат раствара гвожђе(II), које се затим оксидује у гвожђе(III):

Било која од ових реакција може се десити спонтано или може бити катализована микроорганизмима који добијају енергију из реакције оксидације. Настали катјони гвожђа(III) такође могу оксидовати додатни пирит и редуковати се у јоне гвожђа(II):

Нето ефекат ових реакција је ослобађање H+, што снижава pH и одржава растворљивост јона гвожђа(III).

Последице

Утицај на pH вредност мини|десно|„Жути дечак” у потоку који прима киселу дренажу од површинске експлоатације угља Температуре воде до 47 °CNordstrom, D.K. & Alpers, C. N.: Negative pH, efflorescent mineralogy, and consequences for environmental restoration at the Iron Mountain Superfund site, California PNAS, vol. 96 no. 7, pp 3455–3462, 30. 3. 1999. Приступљено 4. 2. 2016. измерене су под земљом у руднику Ајрон Маунтин, а pH може бити чак и -3,6.

Организми који изазивају киселу рудничку дренажу могу успевати у водама са pH вредношћу веома близу нуле. Негативан pH настаје када вода испарава из већ киселих бара, чиме се повећава концентрација јона водоника.

Око половине испуста из рудника угља у Пенсилванији има pH испод 5.USGS > Pennsylvania Water Science Center > Coal-Mine-Drainage Projects in Pennsylvania Приступљено 17. 4. 2012. Међутим, део рудничке дренаже у регионима производње битуменског и антрацитног угља у Пенсилванији је алкалан, јер кречњак у откривци неутралише киселину пре него што дренажа истече.

Жути дечак (окер талог) Када се pH киселе рудничке дренаже подигне изнад 3, било контактом са свежом водом или неутралишућим минералима, претходно растворљиви јони гвожђа(III) таложе се као гвожђе(III)-хидроксид, жуто-наранџаста чврста супстанца колоквијално позната као жути дечак (окер талог). Могуће су и друге врсте талога гвожђа, укључујући оксиде и оксихидроксиде гвожђа, као и сулфате попут јарозита. Сви ови талози могу променити боју воде и угушити биљни и животињски свет на кориту реке, нарушавајући екосистеме водотокова. Процес такође производи додатне јоне водоника, што може додатно смањити pH. У неким случајевима, концентрације хидроксида гвожђа у окер талогу су толико високе да се талог може обновити за комерцијалну употребу у пигментима.

Контаминација металом у траговима и полуметалима Многи испусти киселих стена такође садрже повишене нивое потенцијално токсичних метала, посебно никла и бакра, уз ниже нивое низа јона метала у траговима и полуметала као што су олово, арсен, алуминијум и манган. Повишени нивои тешких метала могу се растворити само у водама са ниским pH, као што се налази у киселим водама насталим оксидацијом пирита. У појасу угља око долина јужног Велса у Уједињеном Краљевству, високо кисели испусти богати никлом са депонија угља показали су се посебно проблематичним.

Утицај на водени животињски свет Кисела рудничка дренажа такође утиче на дивље животиње које живе унутар погођеног водног тела. Водени макроинвертебрати који живе у потоцима или деловима потока погођеним киселом рудничком дренажом показују мањи број јединки, мању разноврсност и мању биомасу. Многе врсте риба такође не могу толерисати ово загађење. Међу макроинвертебратима, одређене врсте се могу наћи само на одређеним нивоима загађења, док се друге врсте могу наћи у ширем распону.

Идентификација и предвиђање У рударском окружењу водећа је пракса спровести геохемијску процену рудничких материјала током раних фаза пројекта како би се утврдио потенцијал за КМД. Геохемијска процена има за циљ мапирање дистрибуције и варијабилности кључних геохемијских параметара, стварања киселине и карактеристика лужења елемената.

Процена може укључивати: Узорковање; Статичко геохемијско испитивање (нпр. киселинско-базно рачунање, специјација сумпора); Кинетичко геохемијско испитивање - Спровођење тестова потрошње кисеоника, као што је OxCon, ради квантификације стопе стварања киселости;P.J. Schmieder, J.R. Taylor and N. Bourgeot (2012), Oxygen Consumption Techniques to Quantify Acidity Generation Rates, 1st International Acid and Metalliferous Drainage Workshop in China – Beijing 2012, http://earthsystems.com.au/wp-content/uploads/2013/05/Schmieder-et-al-2012_OxCon.pdf Моделирање оксидације, стварања и ослобађања загађивача; и Моделирање састава материјала.

Третман

Надзор У Уједињеном Краљевству, многи испусти из напуштених рудника изузети су од регулаторне контроле. У таквим случајевима, Агенција за животну средину и Природни ресурси Велса, радећи са партнерима као што је Управа за угаљ, обезбедили су нека иновативна решења, укључујући решења вештачких влажних станишта, као на реци Пелена у долини реке Афан близу Порт Талбота и вештачко влажно станиште поред реке Нит у Инисарведу.

Иако напуштени подземни рудници производе већину киселе рудничке дренаже, неки недавно експлоатисани и рекултивисани површински копни су произвели КДС и деградирали локалне ресурсе подземних и површинских вода. Кисела вода произведена у активним рудницима мора се неутрализовати да би се постигао pH од 6 до 9 пре него што се дозволи испуштање са локације рудника у водоток.

У Канади, рад на смањењу ефеката киселе рудничке дренаже концентрисан је у оквиру програма за неутралну дренажу рудничке средине (MEND). Укупне обавезе у вези са киселом дренажом стена процењују се између 2 и 5 милијарди канадских долара. Током периода од осам година, MEND тврди да је смањио обавезе за КДС за чак 400 милиона долара, уз инвестицију од 17,5 милиона долара.

Методе

Неутрализација калцијум-карбонатом Често, кречњачке стене или одговарајући кречњачки слојеви који би могли допринети неутрализацији киселих отпадних вода недостају, или су недовољно доступни (прекратко време контакта са киселим водама које теку пребрзо, премала специфична површина, недовољан контакт...), на локацијама погођеним киселом дренажом стена. У таквим случајевима, здробљени кречњак се може бацити на локацију као агенс за неутрализацију.

Међутим, иако је кречњак непрерађена сировина доступна у великим количинама и најјефтинији агенс за неутрализацију, може имати низ недостатака који евентуално ограничавају његову примену. Наиме, мала зрна калцијум-карбоната у здробљеном кречњаку могу бити склона формирању превлаке од гипса () окружене танким непропусним и заштитним филмом мање растворљивог Fe-Al хидроксисулфата. Ова превлака се понекад у литератури назива оклопом (штит, инкрустација, обод, кора...). Када је присутна, она пасивизира површину кречњака, спречавајући растварање калцита и даље ослобађање бикарбоната у раствор.

Неутрализација кречом