Sous sa forme pure, le soufre est un solide jaune vif à température ambiante. Le soufre est essentiel à la vie humaine - il entre dans la composition de deux acides aminés essentiels.
Le corps humain a besoin de 20 acides aminés différents pour rester en bonne santé et fonctionner. Nous pouvons synthétiser 11 de ces acides, mais nous devons obtenir les 9 autres à partir de la nourriture. Les acides que nous ne synthétisons pas nous-mêmes sont appelés acides aminés essentiels.
Mais lorsque les composés sulfurés sont exposés par l'exploitation minière, ils peuvent nuire à la vie humaine. L'exposition à l'air et à l'eau entraîne la production d' acide sulfurique, un liquide dangereux et corrosif. Dans cet article, nous allons voir comment l'acide sulfurique est produit par l'exploitation minière et les effets qu'il peut avoir.
Qu'est-ce que le drainage minier acide ?
Tout d'abord, rappelons ce qu'est l'exploitation minière.
L'exploitation minière est l'extraction de minéraux et d'autres dépôts géologiques de la Terre.
L'exploitation minière existe depuis l'ère préhistorique, les hommes préhistoriques ayant été les premiers à extraire le silex, car il se divise en tessons aux bords tranchants, ce qui le rend parfait pour les outils et les armes. De nos jours, le charbon, le fer et la bauxite sont parmi les matériaux les plus exploités.
Les minéraux sont le nom donné à ces matières précieuses qui sont extraites du sol. Souvent, la forme pure du minéral est mélangée à d'autres roches et minéraux indésirables dans le sol, de sorte que le minéral désiré doit être isolé de ce mélange par traitement et raffinement après avoir été extrait de la mine.
L'exploitation minière à ciel ouvert et l'exploitation minière souterraine sont les deux principales sous-catégories de l'exploitation minière contemporaine.
Dans l'exploitation minière à ciel ouvert, le sol est dynamité pour permettre de prélever les minerais qui se trouvent près de la surface de la Terre. Ceux-ci sont ensuite acheminés vers des raffineries où les minéraux peuvent être extraits. Les minerais sont obtenus dans les profondeurs de la terre par l'exploitation minière souterraine. Pour atteindre les gisements de minéraux, les mineurs creusent des tunnels dans la roche.
L'exploitation minière nuit à l'environnement. Elle provoque l'érosion des sols, des dolines, la perte de la biodiversité et la pollution (en particulier la pollution de l'eau).
Figure 1 - L'extraction de ressources comme le charbon génère de grandes quantités de stériles. Unsplash
Il existe trois principaux types de pollution de l'eau causés par l'exploitation minière.
Ledrainage minier alcalin, qui se produit en présence de calcite ou de dolomite.
Le drainage miniermétallique, qui se produit lorsque du plomb et d'autres métaux lourds s'écoulent dans les cours d'eau.
Le drainage minieracide, qui se produit en présence de soufre.
Le dernier type, le drainage minier acide, est de loin le plus répandu. C'est donc sur lui que nous allons nous concentrer maintenant.
Le drainageminier acide est la formation et le déplacement d'eau acide riche en métaux lourds.
Causes du drainage minier acide
Le drainage minier acide se produit lorsque la pyrite (disulfure de fer) est exposée au cours du processus d'exploitation minière. La pyrite réagit avec l'air et l'eau pour former de l' acide sulfurique et du fer dissous. Le fer précipite pour former des sédiments rouges, orange ou jaunes. Ces sédiments colorés sont les signes révélateurs d'un cours d'eau pollué.
Figure 2 - Drainage minier acide polluant un lac en Bolivie. Unsplash
Si tu es féru de chimie, tu seras peut-être intéressé de connaître l'équation chimique de la décomposition de la pyrite en acide sulfurique et en fer dissous. Mais si tu ne l'es pas, ne t'inquiète pas, tu n'auras pas besoin de la connaître pour tes examens.
2FeS2 + 7O2 + 2H2O→ 2FeSO4 + 2H2SO4
disulfure de fer + oxygène + eau → sulfate de fer + acide sulfurique
Le ruissellement minier acide
L'acide sulfurique et le fer dissous agissent comme un lixiviat.
Un lixiviat est un liquide qui a percolé à travers un solide et qui a lessivé certains de ses constituants.
Lorsque le ruissellement acide traverse les roches, il dissout les métaux lourds tels que le cuivre, le plomb et le mercure.
Les ions de métaux lourds sont déplacés vers les eaux souterraines ou de surface, où ils provoquent une pollution supplémentaire.
Résidus miniers acides
Les bassins de décantation sont une source majeure de drainage minier acide.
Lesrésidus sont des déchets miniers, qui restent après que le minéral cible a été extrait du minerai.
De quoi sont faits les résidus ?
Roches concassées
L'eau
Traces de métal
Additifs utilisés dans le processus d'exploitation minière
Les résidus se présentent sous la forme d'une boue humide. Ils sont généralement stockés dans des bassins de décantation, c'est-à-dire des barrages et des digues aménagés. Ce type de stockage permet à l'eau de se séparer des matières solides. En laissant l'eau s'écouler, les composés sulfurés sont exposés aux éléments naturels.
Effets du drainage minier acide
Les effets du drainage minier acide sont durables. Ils peuvent se produire pendant des décennies après la fin de l'activité minière.
Les mines européennes exploitées par les Romains il y a plus de 1500 ans présentent encore des traces de drainage minier acide.
pH réduit
Lorsque la pyrite est exposée à l'air, elle forme de l'acide sulfurique, un produit chimique au pH faible.
LepH est l'expression de la concentration d'ions hydrogène dans une solution.
Le pH du drainage minier acide varie d'un niveau relativement neutre de 6 à un niveau très acide de 2.
Les cours d'eau pollués par le drainage minier acide auront un pH plus bas que d'habitude, ce qui affectera les processus chimiques et biologiques dans l'eau. Le drainage minier acide peut être jusqu 'à 300 fois plus acide que les pluies acides, ce qui tue les poissons et les organismes aquatiques :
L'eau acide provoque l' épaississement du mucus des branchies, ce qui limite la quantité d'oxygène que les poissons peuvent absorber
Un pH faible perturbe le frai et la reproduction des animaux.
La peau spéciale des amphibiens, adaptée à l'échange de gaz, ne peut pas tolérer les conditions acides.
L'eau acide dissout les nutriments dont les plantes aquatiques ont besoin pour survivre.
L'écosystème n'est pas le seul à être touché. Le drainage minier acide érode les structures artificielles, comme les ponts.
L'eau la plus acide jamais enregistrée a été trouvée dans la mine de Richmond, en Californie. Elle était si acide que son pH était de -3,6, bien plus acide que l'acide d'une batterie, et qu'elle pouvait s'enflammer ! Les bactéries et les archées qui vivent dans la mine présentent un intérêt scientifique car elles peuvent survivre dans un environnement aussi extrême et hostile. Trois nouvelles espèces d'archées ont été découvertes dans la mine en 2006, elles ne se trouvent nulle part ailleurs sur Terre !
Solubilité et mobilisation des métaux toxiques
Le ruissellement minier acide lixivie les métaux toxiques (et les métalloïdes) du minerai et des stériles, ce qui aggrave la pollution de l'eau et nuit à la vie. Quels sont les métaux toxiques généralement lessivés et quels sont les problèmes qu'ils causent ?
| Métaux | Problèmes |
| L'arsenic | La contamination des eaux souterraines par l'arsenic peut polluer l'eau potable et entraîner des maladies cardiovasculaires en cas d'ingestion. Une exposition à long terme peut provoquer des cancers et des lésions cutanées. On estime que la contamination de l'eau par l'arsenic touche 500 millions de personnes dans le monde. |
| Cadmium | L'exposition au cadmium toxique affecte les systèmes organiques et provoque des cancers. Il peut également interagir avec le calcium, entraînant l'ostéoporose et d'autres affections osseuses. |
| Cuivre | L'ingestion de grandes quantités de cuivre, généralement par le biais de l'eau potable, entraîne des nausées, des vomissements et des douleurs abdominales. Une exposition continue peut causer des dommages au foie et aux reins. |
| Le chrome | Le chrome affecte les plantes ; il réduit la croissance, le rendement et la qualité des récoltes. Une exposition continue chez l'homme entraîne des affections des voies respiratoires. |
| Fer | Les symptômes légers de la toxicité du fer comprennent des nausées, des vomissements et de la somnolence. Les symptômes graves comprennent la tachypnée (respiration rapide et superficielle), les convulsions et le coma. |
| Plomb | La pollution au plomb perturbe la croissance des plantes et les communautés du sol. Chez l'homme, elle peut provoquer des lésions organiques. Les jeunes enfants sont particulièrement exposés et souffrent souvent de déficiences intellectuelles à la suite d'un empoisonnement au plomb. |
| Le manganèse | Des niveaux élevés de manganèse dans le sol ont un impact sur la santé des plantes. Chez l'homme, l'empoisonnement peut entraîner un trouble neurologique permanent appelé manganisme. Les symptômes comprennent des tremblements, des difficultés motrices et des hallucinations. |
| Le zinc | Lorsqu'il est ingéré en excès, le zinc peut causer divers problèmes de santé, notamment des lésions organiques, des problèmes neurologiques et une septicémie fongique. |
Figure 3 - Une des principales causes d'empoisonnement aux métaux lourds est la consommation d'eau contaminée par le drainage minier acide. Unsplash
Contrôler le drainage minier acide
Une fois que le drainage minier acide a pollué les cours d'eau, il n'y a plus grand-chose à faire. C'est pourquoi la plupart des techniques de contrôle visent à arrêter le drainage minier acide à la source.
- Minimise la surface des stériles qui est exposée à l'air.
- Stocke les tas de déchets sur des surfaces peu perméables, comme les sols riches en argile. Compacte-les autant que possible pour réduire l'exposition à l'oxygène et minimiser les infiltrations d'eau de pluie.
- Recouvre les tas de déchets finis avec des matériaux imperméables pour réduire le lessivage de l'eau de pluie.
- Recueille et traite les eaux de ruissellement de la mine dans des bassins de décantation revêtus. Utiliser un alcali, tel que des copeaux de calcaire, pour neutraliser les matières acides.
J'espère que cet article t'a expliqué ce qu'est le drainage minier acide. Rappelle-toi que l'exploitation minière met à nu le disulfure de fer, qui réagit avec l'air et l'eau pour former de l'acide sulfurique. Ce liquide très acide lixivie les métaux toxiques présents dans le minerai et les stériles, aggravant ainsi la pollution de l'eau.
Mines acides - Principaux enseignements
- L'exploitation minière nuit à l'environnement en provoquant la pollution de l'eau. Le type de pollution de l'eau le plus répandu est le drainage minier acide, c'est-à-dire la formation et le déplacement d'eau acide riche en métaux lourds.
- Le drainage minier acide se produit lorsque la pyrite est exposée à l'eau et à l'air, où elle forme de l'acide sulfurique et du fer dissous. Le fer précipite pour former des sédiments colorés. Le drainage minier acide agit comme un lixiviat, dissolvant les métaux lourds.
- Les bassins de décantation sont une source importante de drainage minier acide.
- Le drainage minier acide entraîne une réduction du pH dans les plans d'eau, ce qui nuit à la vie aquatique. Il provoque également la solubilisation et la mobilisation des métaux toxiques, qui peuvent nuire aux plantes et aux humains.
- Les techniques de contrôle du drainage minier acide comprennent la minimisation de la surface des stériles, la prévention de la perméation dans le sol, le compactage des déchets, la couverture des tas de déchets finis et le traitement des eaux de ruissellement avec de la chaux pour neutraliser un matériau acide.
1. Alaskans for Responsible Mining, Mining : Environmental Impacts, 2004
2. Brett Baker, Lineages of Acidophilic Archaea Revealed by Community Genomic Analysis, Science, 2006.
3. E. Shaji, Arsenic contamination of groundwater : A global synopsis with focus on the Indian Peninsula, Geoscience Frontiers, 2021.
4. Jerry M. Bigham, Encyclopédie de la science des sols, troisième édition, 2016.
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