Characterisation of Pb/Zn Tailings and Drainage Waters to Inform Post-Closure Water Treatment Strategies

Abstract

Both the tailings and associated leachates should be characterised to predict contaminant levels and identify suitable remediation strategies for appropriate closure planning of tailings management facilities (TMFs). Tailings and associated drainage waters from a modern Pb/Zn site were characterised to determine contaminants of possible concern for discharge. The potential for constructed wetlands to provide suitable treatment of tailings waters was assessed over a 10 month period. Tailings were slightly alkaline (pH 8.3), with high net neutralising capacity (578 kg CaCO₃/t), very high level of neutralising carbonate minerals (ca. 60%), and low sulphide content (< 5%). Metal content was Zn (2430 mg/kg), Pb (1900 mg/kg), As (620 mg/kg), Sb (80 mg/kg), Ni (50 mg/kg), and Cr (30 mg/kg). The pH dependent leaching demonstrated the potential for higher amounts of metals to be released under acidic conditions (pH < 5), although this would be most unlikely given the very high NP/AP ratio. Drainage waters were net neutral (pH 7.7) but exceedance of surface water directive levels was observed for sulphate, Sb, and Zn. Constructed wetland treatment demonstrated effective Zn and Sb to achieve limit values. Sulphate levels remained high and exceeded the 250 mg/L limit values. Mn values in the wetland effluent exceeded influent levels. Further evaluation of the constructed wetland treatment option is warranted to achieve sufficient treatment of the neutral pH discharge to levels suitable for discharge.

Resumen

Tanto los relaves como los lixiviados asociados deben ser caracterizados para predecir los niveles de contaminantes e identificar las estrategias de remediación adecuadas para la planificación del cierre apropiado de las instalaciones de gestión de relaves (TMF). Se caracterizaron los relaves y las aguas de drenaje asociadas de un emplazamiento moderno de Pb/Zn para determinar los contaminantes de posible interés para el vertido. Se evaluó el potencial de los humedales construidos para proporcionar un tratamiento adecuado de las aguas de los relaves durante un período de 10 meses. Los estériles eran ligeramente alcalinos (pH 8,3), con una elevada capacidad neta de neutralización (578 kg CaCO3/t), un nivel muy alto de minerales carbonatados neutralizantes (aprox. 60%) y un bajo contenido en sulfuros (< 5%). El contenido en metales fue de Zn (2430 mg/kg), Pb (1.900 mg/kg), As (620 mg/kg), Sb (80 mg/kg), Ni (50 mg/kg) y Cr (30 mg/kg). La lixiviación dependiente del pH demostró la posibilidad de que se liberen mayores cantidades de metales en condiciones ácidas (pH < 5), aunque esto sería muy poco probable dada la altísima relación NP/AP muy alta. Las aguas de drenaje eran neutras (pH 7,7), pero se observó la superación de los niveles de la directiva de aguas superficiales para sulfato, Sb y Zn. El tratamiento en humedales construidos demostró ser eficaz para que Zn y Sb alcancen los valores límite. Los niveles de sulfato siguieron siendo elevados y superaron los valores límite de 250 mg/L. Los valores de Mn en el efluente del humedal superaron los niveles del afluente. Se justifica una evaluación adicional de la opción de tratamiento en el humedal construido para lograr un tratamiento suficiente de la descarga de pH neutro a niveles adecuados para la descarga.

抽象

描述尾矿及其浸出物的特征，有助于预测污染物水平，能够为尾矿管理设施（TMF）的闭坑规划选择适当的修复方案。分析了一座现代化铅/锌矿尾矿及其排放废水的特征，以识别排放废水的需要关注污染物。评估了运行10个月的人工湿地的尾矿水处理潜力。尾矿弱碱性（pH值8.3），具有较强净中和能力（578 kg CaCO₃/t）、很高碳酸盐矿物中和水平（ca. 60%）和较低硫化物含量（<5%）。尾矿的金属含量为Zn（2430 mg/kg）、Pb（1900 mg/kg）、As（620 mg/kg）、Sb（80 mg/kg）、Ni（50 mg/kg）和Cr（30 mg/kg）。变pH值的滤出试验表明，虽然尾矿内金属在高NP/AP条件下难以释放，但是它们在酸性环境下（pH值<5）具有释放大量金属的潜力。排放废水呈中性（pH=7.7），硫酸盐、锑(Sb)和锌(Zn)含量已超出地表水指令标准。所建人工湿地的处理试验表明，人工湿地可以有效地将锌(Zn)和锑(Sb)降到界限值。硫酸盐水平仍然较高，超过250 mg/L界限值。流经人工湿地，出流水的锰浓度超过了进水。还需要进一步评价所建人工湿地处理方案，以充分处理中性排放废水，达到合理排放水平。

Zusammenfassung

Sowohl die Bergehalden als auch die zugehörigen Sickerwässer sind zu charakterisieren, um den Gehalt an Schadstoffen vorherzusagen und geeignete Sanierungsstrategien für eine angemessene Schließungsplanung für Bergehalden (TMFs) zu ermitteln. Die Bergehalden und die damit verbundenen Drainagewässer eines aktuellen Pb/Zn-Standorts wurden charakterisiert, um mögliche relevante Schadstoffe für die Einleitung zu bestimmen. Über einen Zeitraum von 10 Monaten wurde das Potenzial von Pflanzenkläranlagen für eine geeignete Behandlung der Abwässer bewertet. Die Bergehalden waren leicht alkalisch (pH 8,3), hatten eine hohe Netto-Neutralisierungskapazität (578 kg CaCO3/t), einen sehr hohen Anteil an neutralisierenden Karbonatmineralien (ca. 60 %) und einen geringen Sulfidgehalt (< 5 %). Der Metallgehalt betrug 2430 mg/kg Zn, 1.900 mg/kg Pb, 620 mg/kg As, 80 mg/kg Sb, 50 mg/kg Ni und 30 mg/kg Cr. Die pH-Wert-abhängige Auslaugung zeigte, dass unter sauren Bedingungen (pH < 5) größere Mengen an Metallen freigesetzt werden können, obwohl dies angesichts des sehr hohen Neutralisierungspotentialverhältnisses sehr unwahrscheinlich ist. Die Abwässer waren im Großen und Ganzen neutral (pH 7,7), doch wurden für Sulfat, Sb und Zn Überschreitungen der Grenzwerte der Oberflächenwasserrichtlinie festgestellt. Die Behandlung in Pflanzenkläranlagen erwies sich als wirksam, um die Grenzwerte für Zn und Sb zu erreichen. Die Sulfatwerte blieben hoch und überschritten die Grenzwerte von 250 mg/l. Die Mn-Werte im Ablauf der Pflanzenkläranlage überstiegen die Werte im Zulauf. Eine weitere Evaluierung von Pflanzenkläranlagen als Option zur Behandlung der Abwässern mit neutralem pH-Wert, um ein für die Einleitung geeignetes Niveau zu erreichen, ist gerechtfertigt.