Geochemistry of Mine Tailings from Processing of Siderite–Cu Ores and Mobility of Selected Metals and Metalloids Evaluated by a Pot Leaching Experiment at the Slovinky Impoundment, Eastern Slovakia

Abstract

This work describes the geochemistry, mineralogy, and mobility of selected metals (Cu, Pb, Zn) and metalloids (As, Sb) in a tailings impoundment in the village of Slovinky (eastern Slovakia). The tailings were covered unevenly by slag from processing of Cu wastes. The tailings and slag both have negligible potential for acid mine drainage formation, thus neutral to alkaline conditions predominate, as shown by high paste pH values of the tailings (7.66–8.83) and neutral drainage, with pH values above 7.50. Weathering of the most abundant primary sulfides (chalcopyrite, pyrite, and arsenopyrite) releases low concentrations of As, Cu, Pb, Sb, and Zn from the tailings impoundment and in leachates from a 150 days pot leaching experiment. This is explained mostly by formation of secondary ferric oxyhydroxides (as weathering rims on the surfaces of primary sulfides or individual grains),which incorporate 4.09 wt% of As, 17.2 wt% of Cu, 1.20 wt% of Pb, 15.0 wt% of Sb, and 1.59 wt% of Zn. Elevated contents of metals and metalloids in weathering rims formed on slag components like glasses, metallic grains, and residues of blast-furnace lining indicate that secondary solid phases are controlling the mobility of the potentially toxic elements. Generally, with the exception of Cu, no separate secondary compounds of the metals or metalloids were found. The potentially toxic elements are mainly immobilized by ferric oxyhydroxides and other iron mineral phases in the tailings impoundment.

Zusammenfassung

Diese Arbeit beschreibt die Geochemie, Mineralogie und Mobilität ausgewählter Metalle (Cu, Pb, Zn) und Halbmetalle (As, Sb) in einer Aufstauung im Dorf Slovinky (Ostslowakei). Die Halden wurden ungleichmäßig von Schlacke aus der Verarbeitung von Kupfer aufgeschüttet. Die Aufbereitungsrückstände und die Schlacke haben beide vernachlässigbare Potentiale für die Bildung saurer Wässer. Die neutralen bis alkalischen Bedingungen überwiegen, wie durch pH-Werte im Abraum (7,66 bis 8,83) und neutralen Sickerwässern mit pH-Werten oberhalb von 7,50 gezeigt wurde. Verwitterung der häufigsten primären Sulfide (Kupferkies, Pyrit, Arsenopyrit, usw.) zeigte niedrige Konzentrationen an As, Cu, Pb, Sb und Zn aus der Haldenaufstauung und der Sickerwässer aus dem 150 d Batch-Auslaugung-Versuche. Dies ist vor allem durch die Bildung von Sekundärferrioxyhydroxide (als Witterungs Ränder auf den Oberflächen der primären Sulfide oder einzelner Körner), die 4,09 Gewichts- % As, 17,2 Gew- % Cu, 1,20 Gew- % Pb, 15,0 Gew- % Sb und 1,59 Gewichts- % Zn zurück zuführen. Erhöhte Gehalte an Metallen und Metalloiden an Verwitterungsrändern der Schlackenkomponenten wie Gläser, metallischen Körnchen und Reste von Hochofenauskleidungen zeigen, dass sekundäre Festphasen zur Steuerung der Mobilität der potentiell toxischen Elementen verantwortlich sind. Im Allgemeinen (mit der Ausnahme von Cu) sind keine separaten Nebenverbindungen der Metalle oder Metalloide gefunden worden. Die potentiell toxischen Elemente werden vor allem von Eisen-III-Oxyhydroxiden und anderen Eisenmineralphasen in der Haldenaufstauung immobilisiert.

Resumen

Este trabajo describe la geoquímica, la mineralogía y la movilidad de metales seleccionados (Cu, Pb, Zn) y metaloides (As, Sb) en un embalse de colas en la localidad de Slovinky (al este de Eslovaquia). Las colas fueron cubiertas en forma no uniforme con escoria proveniente del procesamiento de deshechos de Cu. Las colas y la escoria tienen escaso potencial de generación de drenaje ácido, ya que predominan condiciones neutras y alcalinas tal cual muestran los altos valores del pH pasta de las colas (7,66-8,83) y el drenaje neutro con valores de pH arriba de 7,50. La degradación de los sulfuros primarios más abundantes (calcopirita, pirita y arsenopirita) libera bajas concentraciones de As, Cu, Pb, Sb y Zn desde los embalses de cola y en los lixiviados, desde los 150 días en los experimentos de lixiviación en maceta. Esto se explica principalmente por la formación de oxohidróxidos secundarios de hierro(III) (como anillos de corrosión sobre las superficies de los sulfuros primarios o granos individuales), que incorporan 4,09 % en peso de As, 17,2 % en peso de Cu, 1,20 % en peso de Pb, 15,0 % en peso de Sb y 1,59 % en peso de Zn. Los contenidos elevados de metales y metaloides en anillos de corrosión formados sobre los componentes de la escoria como vidrios, granos metálicos y residuos de revestimiento de altos hornos, indican que fases sólidas secundarias están controlando la movilidad de elementos potencialmente tóxicos. Generalmente, con la excepción de Cu, no se encontraron compuestos secundarios separados de los metales y metaloides. Los elementos potencialmente tóxicos son principalmente inmovilizados por oxohidroxos férricos y otras fases de minerales de hierro en los embalses de colas.

摘要

文章研究了斯洛伐克东部Slovinky村尾矿库某些金属(铜、铅、锌)和类金属(砷、锑)的地球化学、矿物学和迁移特征。尾矿为铜矿提炼矿渣不均匀覆盖。尾矿和矿渣几乎不产生酸性矿山废水,尾矿的糊状pH值为7.66 ~ 8.83,排放废水呈中性,因此尾矿库为pH值大于7.50的中性和碱性环境。大量原生硫化物(黄铜矿、黄铁矿和毒砂)的风化使尾矿库和150天室内淋溶液含有低浓度的砷、铜、铅、锑和锌。主要原因是原生硫化矿物或颗粒边缘风化形成三价铁氢氧化物所致,它们能够分别吸收1.59 %、17.2 %、1.20 %、15.0 %和1.59 %的砷、铜、铅、锑和锌。矿渣主要由玻璃、金属颗粒和高炉内衬残渣组成,矿渣颗粒风化边缘金属和类金属含量的升高表明次生固相矿物控制着尾矿库内潜在有毒元素的运移。除铜以外,未发现其它独立的金属及类金属次生矿物。潜在有毒元素主要为三价铁氢氧化物和其它状态铁化学物所束缚。