آزمایشهای استاتیکی؛ روشی سریع و مقرون به صرفه در برآورد میزان اسیدی بودن پسماندهای معدنی

آزمایش‌های استاتیکی، مجموعه آنالیزهای آزمایشگاهی هستند که جهت پیش‌بینی پتانسیل یک نمونه‌ی پسماند معدنی برای تولید اسید به‌کار می‌روند. اینها روش‌هایی تجربی هستند و شامل مجموعه‌ای از آزمایش‌های گوناگون برای اندازه‌گیری و نیز تفسیر تولید اسید و خنثی‌سازی آن می‌شوند. علاوه بر آن، آزمایش‌های استاتیکی و نحوه‌ی گزارش آن‌ها در کشورهای مختلف متفاوت است (آمریکای شمالی: AP، NP، NNP، NPR؛ استرالیا و حوزه‌ی آسیا- اقیانوسیه: MPA، ANC، NAPP). در اینجا روش مورد استفاده در آمریکای شمالی بصورت اجمالی بیان می گردد.

آزمایش‌های استاتیکی، مجموعه آنالیزهای آزمایشگاهی هستند که جهت پیش‌بینی پتانسیل یک نمونه‌ی پسماند معدنی برای تولید اسید به‌کار می‌روند. اینها روش‌هایی تجربی هستند و شامل مجموعه‌ای از آزمایش‌های گوناگون برای اندازه‌گیری و نیز تفسیر تولید اسید و خنثی‌سازی آن می‌شوند. علاوه بر آن، آزمایش‌های استاتیکی و نحوه‌ی گزارش آن‌ها در کشورهای مختلف متفاوت است (آمریکای شمالی: AP، NP، NNP، NPR؛ استرالیا و حوزه‌ی آسیا- اقیانوسیه: MPA، ANC، NAPP). در اینجا روش مورد استفاده در آمریکای شمالی بصورت اجمالی بیان می گردد. آزمایش‌های استاتیکی شامل سه گروه آزمایش می‌شود:

• pH و هدایت الکتریکی گِل اشباع: یک نمونه ماده‌ی زائد ریزدانه یا خردایش‌شده، توسط آب مقطر اشباع می‌شود تا به شکل گل درآید. pH و هدایت الکتریکی (EC) می‌تواند در صحرا یا بعد از دوره‌ی تعادل (12 تا 24 ساعت) اندازه‌گیری شود. pH گل اشباعی که در صحرا اندازه‌گیری می‌شود به ما در تشخیص سریع سنگ‌های اسیدزا از سنگ‌هایی که اسید را خنثی می‌کنند، کمک می‌کند. به‌طور کلی مقدار pH کم‌تر از 4 نشانه‌ی اسیدزایی نمونه و مقدار EC بیش از µScm^-120 نشان‌دهنده‌ی مقادیر بالایی از مواد جامد محلول کل در شیرابه‌ی ماده‌ی زائد معدنی می‌باشد.

 

• آزمایش برآورد اسید- باز (Acid-Base Accounting) یا (ABA): آزمایش برآورد اسید و باز به داده‌هایی عددی گفته می‌شود که جهت پیش‌بینی تولید اسید به‌کار می‌روند. 3 مؤلفه‌ی ABA شامل: (1) اندازه‌گیری تولید اسید،
  (2) اندازه‌گیری مصرف اسید؛ و (3) محاسبه تولید خالص اسید یا مصرف آن با استفاده از داده‌های (1) و (2) هستند:

1. اندازه‌گیری تولید اسید: در آزمایش‌های پتانسیل اسیدی (AP)، حداکثر مقدار اسید سولفوریک تولیدشده از مواد زائد سولفیدی اندازه‌گیری می‌شود. این آزمایش‌ها با تجزیه‌ی نمونه برای مقدار سولفور آن انجام می‌شود. سپس برای AP، درصد وزنی سولفور به کیلوگرم کربنات کلسیم بر تن ماده‌ی زائد که برای خنثی کردن اسیدیته لازم است تبدیل می‌شود (مقدار AP در واحد Kg CaCO₃t^-1 = درصد وزنی سولفور × 25/31)؛

2. اندازه‌گیری مصرف اسید: در آزمایش‌های پتانسیل خنثی‌سازی (NP)، مصرف اسید (AC)، مقدار اسیدیته‌ی یک نمونه در اسید (HCl یا H₂SO₄) اندازه‌گیری می‌شود؛ در نتیجه، با استفاده از این‌گونه آزمایش‌ها، ظرفیت بافری یک نمونه به دلیل انحلال و هوازدگی کانی‌های باطله یا به عبارت دیگر، توانایی یک نمونه در خنثی کردن اسید تولیدشده از اکسیداسیون تعیین می‌شود. مقدار NP به‌وسیله‌ی افزودن اسید به نمونه و سپس تیتر کردن معکوس محلول با هیدروکسید جهت تعیین مقدار اسیدی که نمونه مصرف کرده به‌دست می‌آید. مقدار NP به‌صورت کیلوگرم کربنات کلسیم بر تن ماده‌ی زائد (Kg CaCO₃t^-1) محاسبه و گزارش می‌شود؛

3. محاسبه‌ی تولید اسید: پتانسیل خنثی‌سازی خالص (NNP) عبارت است از ظرفیت ماده‌ی زائد برای خنثی کردن هر اسید تولیدی؛

محاسبه‌ی NNP بر اساس پتانسیل خنثی‌سازی خالص موجود در نمونه‌ها بیان می‌گردد (CaCO₃ کیلوگرم بر تن ماده‌ی زائد [75، 78]. NNP یا ABA عبارت است از تفاوت بین پتانسیل اسیدی (AP) و پتانسیل خنثی‌سازی (NP). به‌صورت نظری، مقدار NNP مقدار سنگ آهک موجود می‌باشد که دقیقاً برای خنثی‌سازی سنگ اسیدزا مورد نیاز است:

 

از نظر تئوری، سنگ‌های با NNP مثبت پتانسیل اسیدی کردن را ندارند، در حالی که سنگ‌های با NNP منفی قادر به آن هستند. در عمل، یک ضریب اطمینان نیز در نظر گرفته می‌شود و سنگ‌هایی با NNP مثبت بالا به‌عنوان غیر اسیدزا معرفی می‌گردند (<20+ یا 30+ Kg CaCO₃t^-1). سنگ‌های با مقدار NNP منفی بالا (>20- یا 30- Kg CaCO₃t^-1) به‌طور بالقوه اسیدزا هستند. مواد با NNP حدّ واسط، پتانسیل اسیدزایی نامشخصی دارند (20- یا 30- Kg CaCO3t^-1 < NNP < 20+ یا 30+ Kg CaCO3t^-1).

پارامتر دیگری که در این ارتباط وجود دارد نسبت NP/AP تحت عنوان پتانسیل خنثی‌سازی مطرح است که به‌عنوان معیاری برای ارزیابی ماده‌ برای تولید زهاب اسیدی به‌کار می‌رود (شکل 1). به‌صورت نظری، نسبت NP/AP کم‌تر از یک نشان‌دهنده‌ی این است که نمونه در نهایت به حالت اسیدی درمی‌آید. نسبت بزرگ‌تر از یک نشان‌دهنده‌ی این است که نمونه در اثر هوازدگی اسید تولید نخواهد کرد. در عمل یک ضریب اطمینان نیز در این‌جا به‌کار می‌رود و سنگ‌های با نسبت NP/AP بزرگ‌تر از 2، 3 یا 4 غیر اسیدزا هستند و نمونه‌های با نسبت NP/AP کم‌تر از یک احتمالاً پتانسیل اسیدسازی را دارا هستند.

 

تشکیل اسید خالص (Net Acid Generation) (NAG): آزمایش NAG به‌طور مستقیم تشکیل اسید سولفوریک را در پسماندهای سولفیدی ارزیابی می‌کند. اساس این روش بر این مبناست که یک عامل اکساینده‌ی قوی اکسیداسیون سولفیدها را تسریع می‌کند. به‌طور ساده، آزمایش شامل افزودن پری‌اکسید هیدروژن به یک نمونه‌ی پودرشده و اندازه‌گیری pH محلول بعد از 24 ساعت است، هنگامی که تصور می‌شود واکنش اکسیداسیون به اتمام رسیده است (NAGpH نهایی). اگر NAGpH پایین‌تر از حد بحرانی باشد، نمونه‌ی پتانسیل تولید اسید در شرایط صحرایی را دارد. NAGpH نهایی بیش‌تر یا برابر با 5/4 به‌عنوان غیر اسیدزا طبقه‌بندی می‌گردد. NAGpH نهایی کم‌تر از 5/4 تأئید می‌کند که اکسیداسیون سولفید اسیدیته‌ی زیادی تولید و نمونه را به‌عنوان ریسک بالا طبقه‌بندی می