Stability of Coatings on Sulfide Minerals in Acidic and Low-Temperature Environments

Abstract

The effectiveness of silicate- and phosphate-based surface coating agents (Na₂SiO₃, CaSiO₃, and KH₂PO₄) in inhibiting the oxidation of sulfide minerals in acidic and low temperature conditions was studied. Rock samples were coated using two oxidation methods: H₂O₂ was mixed with the coating agents in one, whereas in the second, H₂O₂ was applied to the rock surface prior to the coating agent. The second approach was ineffective, but with Method 1, the pH (5) was above the pH (3.6) of the uncoated control sample. Oxidation, calculated after 14 weeks, had been suppressed by up to 96 and 65%, as indicated by the release of Fe²⁺ and SO₄ ²⁻, respectively. All three coating agents (at concentrations of 0.1 and 0.3 M) suppressed the release of Fe²⁺ (<3 mg L^− 1). Na₂SiO₃ inhibited Fe²⁺ and SO₄ ²⁻ release by 94 and 65%, respectively. Surface protection (or oxidation inhibition) efficiencies of KH₂PO₄ (in terms of Fe²⁺ release) were 67, 94, and 96% with 0.05, 0.1, and 0.3 M, respectively. The Na₂SiO₃ and CaSiO₃ coatings, irrespective of their concentrations, reduced iron oxidation by 94 and 84%, respectively. Fourier transform infrared spectroscopy analysis of the Na₂SiO₃ treated samples showed the presence of iron silicate coatings. Based on this work, coating of rock samples with silicate or phosphate can reduce the oxidation rate of sulfide minerals in acidic and low temperature conditions.

Zusammenfassung

Untersucht wurde die Wirksamkeit von Oberflächenpassivierungschemikalien auf Silikat- und Phosphatbasis (Na2SiO3, CaSiO3, and KH2PO4) in Bezug auf die Hemmung der Oxidation von Sulfidmineralen unter sauren und Niedrigtemperaturbedingungen. Gesteinsproben wurden unter Verwendung zweier Oxidationsmethoden beschichtet: Bei der ersten Methode wurde H2O2 mit den Passivierungschemikalien gemischt, während bei der zweiten Methode die H2O2-Anwendung zeitlich vor der Zugabe des Beschichtungsmittels erfolgte. Während sich die zweite Methode als ineffizient erwies, führte Methode 1 zu einer Anhebung des pH-Wertes (pH=5) im Vergleich zur unbehandelten Probe (pH=3,6). Die nach einem Zeitraum von 14 Wochen berechnete Oxidation wurde um bis zu 96 bzw. 65% verringert, jeweils bezogen auf die Freisetzung von Fe2+ und SO42-. Alle drei Beschichtungsmittel führten in Konzentrationen von 0,1 M und 0,3 M zu einer Unterdrückung der Freisetzung von Fe2+ (<3 mg L-1). Na2SiO3 verringerte die Freisetzung von Fe2+ und SO42- um 94 bzw. 65%. Die Effektivität von KH2PO4 zum Oberflächenschutz bzw. zur Oxidationshemmung betrug unter Heranziehung der Fe2+-Freisetzung 67, 94 und 96%, jeweils bezogen auf die Anwendung von 0,05 M, 0,1 M bzw. 0,3 M Lösungen. Oberflächenbeschichtungen durch Na2SiO3 und CaSiO3 verringerten die Eisenoxidation um 94 bzw. 84%, unabhängig von den verwendeten Konzentrationen. Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie-Untersuchungen der mit Na2SiO3 behandelten Proben wiesen das Vorhandensein von Eisensilikat-Überzügen nach. Die Untersuchungen führen zu der Schlussfolgerung, dass die Beschichtung von Gesteinsproben mit Silikat oder Phosphat unter sauren und Niedrigtemperaturbedingungen zu einer Verringerung der Oxidationsrate von Sulfidmineralen führen kann.

Resumen

Se estudió la efectividad de agentes cobertores superficiales basados en fosfato y silicato (Na2SiO3, CaSiO3 y KH2PO4) para inhibir la oxidación de minerales sulfurados en condiciones ácidas y de baja temperatura. Las muestras de roca fueron cubiertas usando dos métodos de oxidación: en el primero, H2O2 fue mezclado con los agentes cobertores y en el segundo, H2O2 fue aplicado sobre la superficie de la roca antes que el agente cobertor. La segunda metodología no fue efectiva, pero con la primera, el pH (5) fue mayor al pH (3.6) de la muestra control sin cubrir. La oxidación, calculada después de 14 semanas, fue reducida en 96 y 65%, indicada por la liberación de Fe2+ y SO42-, respectivamente. Los tres agentes cobertores (a concentraciones de 0,1 y 0,3 M) redujeron la liberación de Fe2+ (<3 mg L-1). Na2SiO3 inhibió la liberación de Fe2+ y SO42- en 94 y 65%, respectivamente. La efectividad de la protección superficial (o la inhibición de la oxidación) de KH2PO4 (en términos de la liberación de Fe2+) fue 67, 94 y 96% para las concentraciones 0,05 M, 0,1 M y 0,3 M, respectivamente. Las coberturas con Na2SiO3 y CaSiO3, independientemente de sus concentraciones, redujeron la oxidación de hierro en 94 y 84%, respectivamente. El análisis por espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier de las muestras tratadas con Na2SiO3 mostró la presencia de coberturas de silicatos de hierro. Basados en este trabajo, las coberturas de las muestras de roca con fosfatos y silicatos pueden reducir la velocidad de oxidación de minerales sulfurados en condiciones ácidas y de baja temperatura.

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