Abstract

Geochemical zoning of the high-sulfide (40–45 wt.% sulfides) and low-carbonate (3 wt.% dolomite) waste at the Berikul gold mine, Kemerovo region, Russia, was studied in order to understand the processes controlling As, Cd, Cu, Pb and Zn migration from the waste. The following zones were distinguished from bottom to top: (1) slightly altered waste, (2) cemented hardpan zone, (3) melanterite zone, (4) intermediate zone and (5) jarosite zone. A sequential scheme of extraction was used to separate (a) water-soluble, (b) exchangeable, (c) carbonate, (d) phases bound with Fe3+, and (e) residual fractions of Fe, As, Zn, Cu and Cd. The two basal zones reflect an early stage of weathering, where acid generated by sulfide oxidation is neutralized by carbonate. Neutralization processes promote coprecipitation of As, Cd, Cu, Pb and Zn in Fe3+ phases, such as amorphous Fe sulfo-arsenate and jarosite. An intermediate stage, recorded in the melanterite and intermediate zones, is identified by the disappearance of the carbonates and a decrease in the pH of pore solutions. At low pH, sulfides are oxidized by Fe3+, producing Fe2+, SO4 2−, and liberating As, Zn, Cu and Cd, which accumulate in the pore water. This step results in the precipitation of Zn-, Cu- and Cd-bearing melanterite. The intermediate stage of weathering continues until most of the sulfide fraction has been oxidized. Then, as shown in the upper jarosite zone, the concentration of Fe3+ again increases in the pore waters because it is not being utilized in sulfide oxidation, and Fe3+ phases, such as jarosite, precipitate. By this stage, significant amounts of As, Zn, Cu and Cd have been leached from the weathered residue, but Pb precipitates in the jarosite.

Abstract

Nous avons étudié la zonation géochimique des déchets à concentration élevée de sulfures (40–45%, poids) et à faible teneur en carbonate (3%) de la mine d’or de Berikul, région de Kemerovo, en Russie, afin de mieux comprendre les processus régissant la migration de As, Cd, Cu, Pb et Zn à partir des déchets. On distingue les zones suivantes du bas vers le haut: (1) déchets légèrement altérés, (2) zone durcie et cimentée, (3) zone à mélanterite, (4) zone intermédiaire, et (5) zone à jarosite. Un schéma d’extraction séquentielle a été utilisé pour séparer (a) composants solubles dans l’eau, (b) composants échangeables, (c) fraction carbonatée, (d) phases liées au Fe3+, et (e) fractions résiduelles de Fe, As, Zn, Cu et Cd. Les deux zones à la base résultent d’un stade précoce de lessivage, dans lequel l’acide généré par l’oxydation de sulfures est neutralisé par le carbonate. Les processus de neutralisation favorisent la coprécipitation de As, Cd, Cu, Pb et Zn dans des phases riches en Fe3+, par exemple une phase amorphe sulfo-arsenatée de fer et la jarosite. Un stade intermédiaire, enregistré dans les zones à mélantérite et intermédiaire, est identifié par la disparition de carbonates et une diminution du pH des solutions interstitielles. A faible pH, les sulfures sont oxydés par le Fe3+, produisant Fe2+, SO4 2−, et libérant As, Zn, Cu et Cd, qui s’accumulent dans les solutions interstitielles. Cette étape mène à la précipitation de mélantérite contenant Zn, Cu et Cd. Le stade intermédiaire du lessivage continue jusqu’au point où la plupart de la fraction sulfurée a été oxydée. A ce point, comme le démontre la zone supérieure à jarosite, la concentration du Fe3+ augmente de nouveau dans les solutions interstitielles parce qu’il n’est plus utilisé dans l’oxydation des sulfures, et les phases riches en Fe3+ se forment, comme la jarosite. A ce point, des quantités importantes de As, Zn, Cu et Cd sont mobilisées du résidu lessivé, mais le Pb est accommodé dans la jarosite.

(Traduit par la Rédaction)

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