Abstract

Pyrometallurgical slag, produced 100–150 years ago from lead–zinc ores in the smelting region of Příbram, Czech Republic, contains elevated amounts of Zn and Pb. Knowledge of the distribution of these elements in the main phases and an investigation of natural weathering features represent the first step in the environmental assessment related to dumping of metallurgical slag. Optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM/EDS), X-ray diffraction (XRD) and electron-beam microanalysis (EMPA) were used to identify the silicate, oxide, sulfide and metallic phases. The study focused on silicates and oxides, and the major constituents of the slag proved to be clinopyroxene, melilite, olivine, spinel and glass. A substantial amount of zinc, initially dissolved in the silicate melt, is held by zinc-rich end-members of the spinel (gahnite, up to 19.9 wt% ZnO) and silicates (e.g., hardystonite, up to 10.5 wt% ZnO). Lead, in contrast, behaves as an “incompatible element” and is likely to be concentrated in the residual matrix glass. Two distinct glasses were identified: (i) transparent (surface) glass from the quenched borders of slag fragments, and (ii) opaque (matrix) glass, which forms a black matrix in the center of the fragments. These glasses contain important amounts of lead and zinc, up to 3.72 wt% PbO and 9.80 wt% ZnO, partly in the form of droplets (generally <1 μm) composed of galena, metallic lead, ZnS and other sulfide and metallic phases and alloys. Two features attributed to natural weathering, found mainly on the surface of chilled-glass borders, were identified in the slag: (i) deposition of a Fe- and Pb-rich veneer, and (ii) selective leaching of superficial glass revealing, with respect to unaltered glass, the mobilization of Ca, Fe, Na, K, and Zn.

Abstract

Les scories métallurgiques, déchets de la métallurgie du plomb, provenant du site de Příbram en République tchèque, offrent l’opportunité d’étudier des milieux riches en Pb et Zn et de localiser ces éléments dans les phases majeures (silicates, oxydes, sulfures et phases métalliques). Cette étude représente une approche préliminaire à l’évaluation du risque environnemental lié au stockage de ce type de déchet. La microscopie optique et électronique (MEB/EDS), la diffraction des rayons X (DRX), ainsi que la microanalyse électronique (ME) ont été mises en oeuvre. L’étude, focalisée sur les silicates et les oxydes, a révélé la présence de clinopyroxène, de mélilite, de phases de type olivine, de spinelle et d’une phase vitreuse. Le Zn paraît piégé dans des solutions solides, qu’il s’agisse de spinelle (jusqu’à 19.9% ZnO en poids) ou des silicates (jusqu’à 10.5% ZnO dans la mélilite). Pb, élement à comportement “incompatible”, est plutôt concentré dans le verre résiduel. Dans les scories étudiées, le verre est de deux types: (i) un verre transparent formant une mince couche à la bordure figée des blocs moulés de scorie, et (ii) un verre opaque formant une matrice au cœur des blocs. Ces verres renferment jusqu’à 3.7% PbO, et 9.8% ZnO, en partie sous forme de gouttelettes métallifères d’un diamètre parfois inférieur à 1 μm. Elles sont composées soit de galène, de plomb natif, de ZnS, d’autres sulfures ou de phases métalliques éventuellement sous forme d’alliages complexes. Deux manifestations d’altération naturelle ont été identifiées sur et dans le verre de bordure figée des scories étudiées. Il s’agit (i) de précipitation des phases secondaires riches en Fe et Pb, et (ii) d’un lessivage sélectif du verre montrant la mobilisation de Ca, Fe, Na, K et Zn.

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