Abstract

We have investigated the mineralogy and geochemistry of efflorescent sulfates precipitated in the banks of streams polluted by acid mine-drainage in the abandoned mine-site Peña del Hierro, in the Iberian Pyrite Belt. Several streams emerging from the waste dumps of the mine were sampled for water and efflorescences at the same stations. Stream water is characterized by low values of pH (0.7–3.5) and very high concentrations of Fetot (up to 30 g/L) and trace elements (72 mg/L As, 0.85 mg/L Cd, 26 mg/L Co, 160 mg/L Cu, 140 mg/L Zn). The precipitates consist of Fe, Mg and Al sulfates, rich in trace elements (e.g., >1000 ppm Cu and Zn, >500 ppm As and Co, up to 28 ppm Cd). The mineralogy is dominated by coquimbite, magnesiocopiapite and pickeringite, and occasionally, rhomboclase, alpersite, epsomite, hexahydrite and starkeyite. Concerning the storage of trace elements, coquimbite is the most important phase retaining As. Alpersite and epsomite can store up to 1–2 wt.% of Zn and Cd. Magnesiocopiapite and pickeringite may be important in the retention of Ni, Co and Zn. Some unidentified accessory minerals play an important role as scavengers of trace elements like Cd, Zn and Cu, and the accumulation of REE, such as Ce, La and Nd. The mineralogy of the efflorescences is strongly influenced by the geochemistry of the water. Epsomite, hexahydrite and starkeyite, which form a dehydration sequence, are associated with Mg-rich waters. The occurrence of alpersite, magnesiocopiapite and pickeringite instead of melanterite, copiapite and halotrichite reflects Fe2+-poor waters. Coquimbite and rhomboclase are associated with the low-pH and Fe3+-rich waters. Chemical data on the water in spring and summer times are consistent with the sulfate minerals observed along the edge of the streams.

Abstract

Nous avons étudié la minéralogie et la géochimie des sulfates efflorescents precipités sur les rives des cours d’eau pollués par les effluents acides issus des déchêts miniers au site anciennement exploité de Peña del Hierro, dans la Ceinture de Pyrite Ibérique. Plusieurs cours d’eau drainant les haldes de la mine abandonnée ont été échantillonnés pour l’eau et les efflorescences aux mêmes endroits. L’eau possède un faible pH (0.7–3.5) et de très fortes concentrations de Fetot (jusqu’à 30 g/L) et d’éléments traces (72 mg/L As, 0.85 mg/L Cd, 26 mg/L Co, 160 mg/L Cu, 140 mg/L Zn). Les précipités contiennent des sulfates de Fe, Mg et Al, riches en éléments traces (e.g., >1000 ppm Cu et Zn, >500 ppm As etd Co, et jusqu’à 28 ppm Cd). Les minéraux importants sont la coquimbite, la magnésiocopiapite et la pickeringite, et plus rarement, le rhomboclase, l’alpersite, l’epsomite, la hexahydrite et la starkeyite. Du point de vue de stockage des éléments traces, la coquimbite serait la phase la plus importante pour accommoder l’arsenic. L’alpersite et l’epsomite peuvent accommoder jusqu’à 1–2% (poids) de Zn et de Cd. La magnésiocopiapite et la pickeringite peuvent renfermer des quantités importantes de Ni, Co et Zn. Certains minéraux accessoires non identifiés peuvent jouer un rôle important comme hôtes d’éléments traces comme Cd, Zn et Cu, et peuvent contenir des accumulations de terres rares comme Ce, La et Nd. La minéralogie des efflorescences est fortement régie par la géochimie de l’eau. L’epsomite, la hexahydrite et la starkeyite, qui définissent une séquence de déshydratation, sont associées à des eaux magnésiennes. La présence de l’alpersite, la magnésiocopiapite et la pickeringite à la place de la mélanterite, la copiapite et la halotrichite témoigne de la pauvreté des eaux en Fe2+. La coquimbite et le rhomboclase apparaissent où les eaux sont acides et riches en Fe3+. Les compositions chimiques de l’eau au printemps et à l’été concordent avec l’éventail des minéraux sulfatés observés le long des berges de ces cours d’eau.

(Traduit par la Rédaction)

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