Grain Size Effects on Mine Water Quality and Acid/Neutral Rock Drainage Production in Kinetic Testing Using Recsk Porphyry Skarn Cu–Zn Deposit Rocks

Abstract

The quality of mine drainage from sulphide-containing waste rock dumps is controlled by several factors. To characterize the effects of grain size on acid/neutral rock drainage production, kinetic tests were performed on samples from the Recsk porphyry skarn Cu–Zn deposit in Hungary, an area known to generate ARD. Five columns were used, each containing specific grain size ranges (1–2, 2–4, 4–8, 8–16, and 16–32 mm). Prior to the kinetic tests, a static test was performed for each grain size range to obtain total and available neutralizing potential (NP) and acid potential (AP). Total NP and AP values were roughly similar for all grain size ranges, while available NP increased as grain size decreased. The neutralization potential ratio for all grain size ranges was <1, which suggests a potentially acid-producing material. The kinetic tests, however, had contrasting results; a grain size of 1–4 mm produced a circumneutral pH, while grain size groups >4 mm produced pHs from 5.1 down to 3.6. Higher alkalinity values in the leach water were linked to the finer grain samples, primarily producing circumneutral pH. Grain size correlated with the sulphate release rate during the stable release period: the sulphate release rate was less at larger grain sizes. In contrast, sulphide oxidation calculated from oxygen consumption was highest for the intermediate grain size range, followed by the coarser and then the finer grains. The leaching of metals established an increasing concentration with increasing acidity without a very clear relationship to grain size. The established concept of increased metal mobility with decreasing pH applies, regardless of grain size.

Zusammenfassung

Die Qualität des Abflusses von sulfidhaltigen Halden wird durch einen Reihe von Faktoren bestimmt. Um den Einfluss der Korngröße auf die Bildung saurer/neutraler Sickerwässer zu bestimmen, wurden kinetische Tests durchgeführt mit Proben von der pyritischen Cu-Zn-Skarnerzlagerstätte Recsk in Ungarn, einem Gebiet, das für die Bildung sauer Sickerwässer bekannt ist. Fünf Säulen wurden benutzt, von denen jede Material eines bestimmten Korngrößenbereiches enthielt (1-2, 2-4, 4-8, 8-16 und 16-32 mm). Vor dem kinetischen Test wurde für jeden Korngrößenbereich ein statischer Test durchgeführt, um das gesamte und das verfügbare Neutralisationspotential (NP) und Versauerungspotential (VP) zu bestimmen. Die Gesamt-NP- und –AP-Werte waren für alle Korngrößenbereiche. Das verfügbare NP hingegen stieg mit kleiner werdender Korngröße an. Das Verhältnis NP/AP war für alle Korngrößen kleiner als eins. D.h., es handelte sich um potentiell Säure-produzierendes Material. Die kinetischen Tests hatten davon abweichende Ergebnisse. Bei Korngröße von 1 bis 4 mm war der pH-Wert etwa neutral während bei Korngrößen über 4 mm zu pH-Werten von 5,1 bis 3,6 führten. Höhere Alkalinität war an kleinere Korngrößen gebunden, die vorwiegend neutrale pH-Werte lieferten. Die Korngröße korrelierte mit der Freisetzungsrate von Sulfat während stabiler Freisetzungsperioden: Die Freisetzungsrate von Sulfat war kleiner bei großen Korngrößen. Im Gegensatz dazu war die Sulfidoxidation, die aus dem Sauerstoffverbrauch berechnet wurde, bei mittleren Korngrößen am höchsten, gefolgt von grßen und dann kleinen Korngrößen. Die Auswaschung von Metallen bewirkte höhere Konzentrationen mit steigender Azidität, aber ohne eine eindeutige Beziehung zur Korngröße. Das bekannte Konzept steigender Metallmobilität mit fallendem pH-Wert galt unabhängig von der Korngröße.

Resumen

La calidad del drenaje de mina producido por residuos de roca con sulfuros es controlada por varios factores. Para caracterizar los efectos del tamaño de grano sobre la producción de drenaje ácido/neutro (ARD), se realizaron ensayos cinéticos con muestras de un depósito de rocas porfiríticas skarn en Recsk, Hungría, que es un área reconocida como generadora de ARD. Se usaron cinco columnas, cada una conteniendo un rango específico de tamaño de grano (1-2, 2-4, 4-8, 8-16 y 16-32 mm). Antes de los ensayos cinéticos, se realizó un ensayo estático para cada rango de tamaño de grano para obtener las capacidades totales y disponibles de neutralización (NP) y el potencial de generación de ácido (AP). Los valores de NP total y AP fueron similares para todos los tamaños de grano mientras que NP disponible se incrementó a medida que el tamaño decrecía. La capacidad de neutralización para todos los rangos utilizados fue menor que 1, lo que sugiere que es un material potencialmente productor de ácido. Sin embargo, los ensayos cinéticos mostraron resultados contrastantes; un tamaño entre 1 y 4 mm produjo un pH cercano a la neutralidad mientras que para los rangos mayores a 4 mm se produjeron pHs desde 5,1 a 3,6. Los mayores valores de alcalinidad en el lixiviado fueron asociados a los menores tamaños de grano, produciendo pH casi neutro. El tamaño de grano correlacionó con la velocidad de sulfato liberada durante el período estable de liberación: esta velocidad fue menor a mayores tamaños de grano. En contraste, la oxidación de sulfuros calculada por el consumo de oxígeno fue máxima para el rango intermedio de tamaño de grano, seguida por el más grueso y finalmente por el más fino. La lixiviación de metales mostró un aumento en la concentración correlacionado con la acidez pero sin relación clara con el tamaño de grano. En conclusión, se observe un crecimiento de la movilidad de los metales a menores valores de pHs, independientemente del tamaño de grano.

抽象

含硫化物矸石堆产生的矿山废水水质受多种因素控制。为了分析粒度对矸石产酸与中和潜力的影响,选取Recsk(匈牙利)斑岩-矽卡型铜-锌矿石进行动态试验研究。五个淋溶柱内样品的粒度分别为1~2 mm、2~4 mm、4~8 mm、 8~16 mm和16~32 mm。在动态淋溶试验之前,首先通过每种粒度样品的静态试验测试它们的中和潜力 (NP)和产酸潜力(AP)。各粒度样品的中和潜力(NP)和产酸潜力(AP)大致相等,但中和潜力(NP)随粒度变小而增强;各粒度样品的中和潜力比都小于1,意味着所有样品都为潜在产酸矿石。各粒度样品的动态试验结果存在差异:粒径1~4 mm的样品溶滤水近中性,粒度大于4 mm样品的溶滤水pH值由5.1降至3.6,而细颗粒样品溶滤水的碱度增大而呈近中性。在稳定的离子溶滤释放阶段,硫酸盐的释放率与粒度相关,随颗粒增大而减小;相反,中等粒度样品的硫化物氧化率(依据氧气消耗量计算)最大,粗粒和细粒次之。金属离子的溶滤随酸度增大而增多,与样品粒度关系不明显,验证了金属离子活性随pH降低而增强的规律。