ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ

Transcript

1 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ Ενότητα 8: Εφαρμογές Γεωχημείας στο Περιβάλλον Ρύπανση των εδαφών Χαραλαμπίδης Γεώργιος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί ενότητας 8 (1/2) Ο φοιτητής μετά το πέρας της 8 ης ενότητας θα πρέπει να γνωρίζει: Τα αίτια της ρύπανσης των εδαφών και τρόπους αποκατάστασης εξυγίανσης ρυπασμένων τοποθεσιών. 4

5 Σκοποί ενότητας 8 (2/2) Ο φοιτητής μετά το πέρας της 8 ης ενότητας θα πρέπει να γνωρίζει: (συνέχεια) Ιδιαίτερα πρέπει να κατανοεί τους μηχανισμούς δημιουργίας της όξινης βροχής και τα αποτελέσματά της στα εδάφη, όπως επίσης την περιβαλλοντική επιβάρυνση των εδαφών από τη μεταλλευστική δραστηριότητα. 5

6 Περιεχόμενα ενότητας 8 Εφαρμογές Γεωχημείας στο Περιβάλλον. Ρύπανση εδαφών και ιζημάτων. Αποκατάσταση και εξυγίανση μολυσμένων τοποθεσιών. Η όξινη βροχή στα εδάφη. Η επιβάρυνση των εδαφών από μεταλλευτική δραστηριότητα. 6

7 Ρύπανση εδαφών και ιζημάτων Έδαφος : Η χαλαρή επικάλυψη της στερεάς επιφάνειας της γης, που σχηματίζεται μέσω της φυσικής και χημικής διάβρωσης με τη βοήθεια μικροοργανισμών. Για τη δημιουργία των εδαφών, εκτός από το μητρικό πέτρωμα, σημασία έχει το κλίμα, η χημική σύσταση και το ph των διαλυμάτων καθώς επίσης η βλάστηση και η μορφολογία της περιοχής. Τις τελευταίες δεκαετίες ο σχηματισμός των εδαφών και η χημική τους σύσταση επηρεάζεται και από ανθρωπογενείς παράγοντες. 7

8 Διάκριση Ρύπων Εικόνα 1: Διάκριση Ρύπων (Διδάσκων 2015). 8

9 Το έδαφος ως υποδοχέας ρύπων Εικόνα 2: Το έδαφος ως υποδοχέας ρύπων (Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: , Σελ. 196). 9

10 Η επίδραση της συγκέντρωσης ρύπων στα εδάφη Έδαφος Άνθρωπος : Στοματική ή ρινική πρόσληψη ρύπων από παιδιά που παίζουν σε μολυσμένους κήπους. Έδαφος Φυτό Άνθρωπος : Παραγωγή φυτικών προϊόντων και ζωοτροφών σε μολυσμένα εδάφη. Έδαφος Πόσιμο νερό Άνθρωπος : Έκπλυση ρύπων προς τον υδροφόρο ορίζοντα και πρόσληψη μέσω του πόσιμου νερού. 10

11 Τρόποι επίδρασης των ρύπων των εδαφών Εικόνα 3: Τρόποι επίδρασης των ρύπων των εδαφών (Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: , Σελ. 197). 11

12 Οι επιπτώσεις των βαριών μετάλλων Εικόνα 4: Οι επιπτώσεις των βαριών μετάλλων (Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: , Σελ. 201). 12

13 Ευκινησία μερικών μετάλλων σε σχέση με το ph Εικόνα 5: Ευκινησία μερικών μετάλλων σε σχέση με το ph (Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: , Σελ. 199). 13

14 Μέτρα εξυγίανσης κα ασφάλειας μολυσμένων τοποθεσιών Εικόνα 6: Μέτρα εξυγίανσης κα ασφάλειας μολυσμένων τοποθεσιών (Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: , Σελ. 207). 14

15 Η μακροχρόνια επίδραση της όξινης βροχής στα εδάφη 1/2 Εικόνα 7: Η μακροχρόνια επίδραση της όξινης βροχής στα εδάφη (Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: , Σελ. 210). 15

16 Η μακροχρόνια επίδραση της όξινης βροχής στα εδάφη 2/2 Ούτε τα κτίρια ούτε και τα μνημεία δεν γλυτώνουν από τη μανία της όξινης βροχής, ο οποία προσβάλλει τους ανθρακικούς ψαμμίτες και τους ασβεστόλιθους. Το ανθρακικό ασβέστιο μετατρέπεται σε μαλακό γύψο:. CaCO 3 + H 2 SO 4 CO 2 + H 2 O + CaSO 4. 16

17 Όξινη απορροή μεταλλείων 1/2 Αποτελεί ένα βασικό πρόβλημα περιβαλλοντικής επιβάρυνσης, η οποία προκαλείται από τη μεταλλευτική δραστηριότητα και εντοπίζεται τόσο σε επιφανειακές τόσο και σε υπόγειες εξορύξεις, καθώς και στους χώρους αποθέσης των στείρων και των τελμάτων επίπλευσης. Τα τελικά προϊόντα που παράγονται από τη χημική ή τη βακτηριακή οξείδωση κυρίως των θειούχων, αλλά και των σύνδρομων ορυκτών είναι η θειική ρίζα (SO4) 2-, το υδρόνιο (Η + ) και τα κατιόντα βαριών μετάλλων που περιέχονται στα ορυκτά. 17

18 Όξινη απορροή μεταλλείων 2/2 (SO 4 ) 2- + Η 2 Ο H 2 SO 4 + ½O 2. 18

19 Aντιμετώπιση της όξινης απορροής μεταλλείων 1/2 Περιοδικές δειγματοληψίες και αναλύσεις των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των νερών, των εδαφών και των πετρωμάτων της περιοχής των εκμεταλλεύσεων. Προληπτική στεγανοποίηση των εξοφλημένων μεταλλείων και των χώρων κάθε είδους αποθέσεων, ώστε να αποκλείεται αφενός μεν η οξειδωτική δράση, αφετέρου δε να αποτρέπεται η διαστάλαξη των υδατικών διαλυμάτων. 19

20 Aντιμετώπιση της όξινης απορροής μεταλλείων 2/2 Δειγματοληψία και ορυκτοχημική ανάλυση στο χώρο της εκμετάλλευσης και των αποθέσεων, με στόχο τον καθορισμό του βαθμού οξείδωσης των ορυκτών και του ph του εδάφους. Σε περίπτωση διαπίστωσης όξινου ph, προσθήκη αλκαλικών ουσιών για εξουδετέρωσή του. 20

21 Εμπλουτισμός και Ανάκτηση του Χρυσού 1/8 Ειδική περίπτωση πιθανούς περιβαλλοντικής μόλυνσης αποτελεί ο εμπλουτισμός και η ανάκτηση του χρυσού. Ο χρυσός μπορεί να βρίσκεται είτε ελεύθερος σε μορφή ψηγμάτων σε πρωτογενή φλεβικά κοιτάσματα και δευτερογενενείς αποθέσεις, είτε δεσμευμένος στο πλέγμα των θειούχων ορυκτών σιδηροπυρίτη (FeS 2 ) και αρσενοπυρίτη (FeAsS). Η ανάκτηση των ψηγμάτων του χρυσού γίνεται κατά κανόνα με τη μέθοδο της αμαλγάμωσης με Hg, ή τη μέθοδο της κυάνωσης (εκχύλιση με κυανίδια). 21

22 Εμπλουτισμός και Ανάκτηση του Χρυσού 2/8 Η εξαγωγή του χρυσού από το πλέγμα του σιδηροπυρίτη (FeS 2 ) και του αρσενοπυρίτη (FeAsS) επιτυγχάνεται μόνο μετά από τη διάσπαση του πλέγματός τους. Η διάσπαση του πλέγματος αυτών των χρυσοφόρων θειούχων ορυκτών γίνεται βιομηχανικά κυρίως με τη φρύξη. Ο άργυρος που υπάρχει αντίστοιχα στο πλέγμα του γαληνίτη (PbS) ανακτάται μέσω άμεσης τήξης. 22

23 Εμπλουτισμός και Ανάκτηση του Χρυσού 3/8 Δυστυχώς όλες οι παραπάνω μέθοδοι παραγωγής χρυσού αποτελούν σημαντικές πηγές ρύπανσης του περιβάλλοντος. Η αμαλγάμωση είναι μια μεταλλουργική κατεργασία διάλυσης ή προσκόλλησης του χρυσού σε Hg, προς σχηματισμό αμαλγάματος ή κράματος Au-Hg. Το σχηματιζόμενο αμάλγαμα είναι ένα ασημόχρωμο μίγμα πολλών χρυσοϋδραργυρικών ενώσεων (Au 2 Hg, AuHg 2 κτλ). Ο διαχωρισμός του χρυσού από τον Hg γίνεται στη συνέχεια με θερμότητα, αφού ο Hg θερμαινόμενος εξαερώνεται σε χαμηλές θερμοκρασίες διαχωριζόμενος έτσι από τον καθαρό χρυσό. Περαιτέρω καθαρισμός του χρυσού γίνεται στη συνέχεια ηλεκτρολυτικά. 23

24 Εμπλουτισμός και Ανάκτηση του Χρυσού 4/8 Οι ατμοί του υδραργύρου που προκύπτουν από την παραπάνω διαδικασία αποτελούν προφανώς μια σοβαρότατη επιβάρυνση για το περιβάλλον. Έτσι στόχος των επιστημόνων και των τεχνικών είναι η δέσμευση και επαναχρησιμοποίηση αυτού του μετάλλου. Αυτό επιτυγχάνεται με μεγάλη επιτυχία μέσω της απόσταξης. Οι ατμοί του υδραργύρου οδηγούνται σε ένα σύστημα ψύξης, όπου πραγματοποιείται η συμπύκνωση τους προς υγρό μέταλλο. Ιδιαίτερα ελπιδοφόρα για μια φιλική προς το περιβάλλον ανάκτηση χρυσού είναι η μέθοδος «Oro Verde» που χρησιμοποιείται πρόσφατα στην Κολομβία. 24

25 Εμπλουτισμός και Ανάκτηση του Χρυσού 5/8 Η κυάνωση είναι μία μέθοδος υδρομεταλλουργικής κατεργασίας μεγάλων αλλά φτωχών κοιτασμάτων χρυσού, κατά την οποία ο χρυσός υφίσταται διάλυση σε κυανιούχα αλκάλια (KCN, NaCN). Το μετάλλευμα λειοτριβείται εν υγρώ εντός σφαιρόμυλων όπου ταυτοχρόνως προστίθεται και το κυανιούχο διάλυμα. Η αντίδραση διάλυσης είναι η εξής: 25

26 Εμπλουτισμός και Ανάκτηση του Χρυσού 6/8 Σημαντικό ρόλο παίζει η παρουσία οξυγόνου στο περιβάλλον, το οποίο επιταχύνει την ταχύτητα διάλυσης του χρυσού. Η αντίδραση γίνεται σε αλκαλικό ph για να αποφεύγεται ο σχηματισμός δηλητηριώδους υδροκυανίου (ΗCN). Το ευγενές μέταλλο βρίσκεται χημικά δεσμευμένο στο εξαιρετικά δηλητηριώδες εκχύλισμα. Μετά από διήθηση και αναγωγική καθίζηση με σκόνη ψευδαργύρου προκύπτει ένα καστανόχρωμο ίζημα, από το οποίο παράγεται καθαρός χρυσός μέσω πλύσης και αποξήρανσης. 26

27 Εμπλουτισμός και Ανάκτηση του Χρυσού 7/8 Τα κυανιούχα διαλύματα ανακυκλώνονται και χρησιμοποιούνται πάλι. Ωστόσο διαφεύγουν προς το περιβάλλον υδροκυάνιο και διάφορα κυανιούχα άλατα, εν μέρει σε τεράστιες ποσότητες (π.χ. σε ατυχήματα, πλημμύρες και λανθασμένους χειρισμούς). Ευτυχώς οι παραπάνω δηλητηριώδεις ενώσεις διασπώνται στην ατμόσφαιρα σχετικά γρήγορα μέσω οξείδωσης ή υδρόλυσης. 27

28 Εμπλουτισμός και Ανάκτηση του Χρυσού 8/8 Κατά τη διαδικασία της φρύξης εκτός από τον καθαρό χρυσό παράγονται και μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του θείου (φρύξη σιδηροπυρίτη), και As 2 O 3 και SO 2 (φρύξη αρσενοπυρίτη). Η αδρανοποίηση αυτών των παραπροϊόντων γίνεται με τη δέσμευσή τους στο πλέγμα νεοσχηματιζόμενων ορυκτών. Είναι προφανές ότι οι παραπάνω μέθοδοι ανάκτησης χρυσού δημιουργούν τεράστιες αποθέσεις τελμάτων και σκόνης με ίχνη κυανιδίων. Η μεταφορά αυτών των υλικών με τον αέρα ή η διείσδυσή τους στα νερά προκαλούν τεράστια οικολογικά προβλήματα, αλλά και έντονες διενέξεις της τοπικής κοινωνίας με τις επιχειρήσεις εκμετάλλευσης. 28

29 Τέλος Ενότητας