Abstract

Various potentially toxic trace elements such as As, Cu, Pb and Zn have been remobilized by the weathering of a sulfide orebody that was only partially mined at Leona Heights, California. As a result, this body has both natural and anthropogenically modified weathering profiles only 500 m apart. The orebody is located in a heavily urbanized area in suburban Oakland, and directly affects water quality in at least one stream by producing acidic conditions and relatively high concentrations of dissolved elements (e.g., ~500 μg/L Cu, ~3700 μg/L Zn). Micrometric-scale mineralogical investigations were performed on the authigenic metal-bearing phases (less than 10 μm in size) using electron-probe micro-analysis (EPMA), micro-Raman, micro X-ray absorption spectroscopy (μXAS), scanning X-ray diffraction (μSXRD) and scanning X-ray fluorescence (μSXRF) mapping techniques. Those measurements were coupled with classical mineralogical laboratory techniques, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Authigenic metal-bearing phases identified are mainly sulfates (jarosite, epsomite, schwertmannite), Fe (oxy-)hydroxides (goethite, hematite and poorly crystalline Fe products) and poorly crystalline Mn (hydr-)oxides. Sulfates and Fe (oxy-)hydroxides are the two main secondary products at both sites, whereas Mn (hydr-) oxides were only observed in the samples from the non-mining site. In these samples, the various trace elements show different affinities for Fe or Mn compounds. Lead is preferentially associated with Mn (hydr-)oxides and As with Fe (oxy-)hydroxides or sulfates. Copper association with Mn and Fe phases is questionable, and the results obtained rather indicate that Cu is present as individual Cu-rich grains (Cu hydroxides). Some ochreous precipitates were found at both sites and correspond to a mixture of schwertmannite, goethite and jarosite containing some potentially toxic trace elements such as Cu, Pb and Zn. According to the trace element distribution and relative abundance of the unweathered sulfides, this orebody still represents a significant reservoir of potential contaminants for the watershed, especially at the non-mining site, as a much greater proportion of sulfides is left to react and because of the lower porosity at this site.

Abstract

Plusieurs éléments traces potentiellement toxiques, tels que As, Cu, Pb et Zn, ont été remobilisés lors de l’altération d’un amas sulfuré partiellement exploité à Leona Heights, en Californie. De ce fait, cet amas présente deux profils d’altération différents, séparés de seulement 500 m, ayant subi une action anthropique ou non. Ce site, dans une zone fortement urbanisée, sur les collines de Oakland, affecte directement la qualité des eaux pour au moins un cours d’eau, générant des conditions acides et présentant des concentrations élevées en éléments dissous (e.g., Cu ~ 500 μg/L and Zn ~ 3700 μg/L). Des investigations à l’échelle micrométrique ont été réalisées sur les phases porteuses authigéniques (de taille inférieure à 10 μm) par microsonde électronique, micro-Raman, micro-spectroscopie à absorption de rayons X (μXAS) et cartographie par micro-diffraction de rayons X (μSXRD) et micro-fluorescence X (μSXRF). Ces mesures ont été couplées à d’autres effectuées avec des outils classiques de minéralogie comme la diffraction des rayons X (XRD) et la microscopie électronique à balayage (MEB). Les phases authigéniques porteuses en métaux ou métalloïdes identifiées correspondent principalement à des sulfates (jarosite, epsomite, schwertmannite), des (oxy-) hydroxydes de Fe (goethite, hématite et produits de fer mal ou peu cristallisés) et des (hydr-)oxydes de Mn mal cristallisés. Les sulfates et les (oxy-)hydroxydes de Fe sont les deux principaux produits secondaires d’altération au niveau des deux profils, alors que les (hydr-)oxydes de Mn ont été uniquement observés sur le site n’ayant pas été exploité. Dans ces échantillons, les divers éléments en trace montrent des affinités différentes pour Fe et Mn. Le plomb est préférentiellement associé aux (hydr-)oxydes de Mn et As aux (oxy-)hydroxydes de Fe ou aux sulfates. L’association de Cu avec les phases manganifères ou ferrifères restent discutables, et les résultats obtenus tendent à montrer que Cu est plutôt présent sous forme de grains riches en Cu (hydroxydes de Cu). Des précipités ocre ont été observés au niveau des deux sites; ceux-ci correspondent à un mélange de schwertmannite, goethite et jarosite pouvant contenir des éléments potentiellement toxiques tels que Cu, Pb et Zn. D’après la distribution des éléments traces détectés et l’abondance de sulfures sains restants, cet amas sulfuré représente toujours un réservoir important de contaminants potentiels pour le bassin versant étudié, particulièrement en ce qui concerne le site non exploité contenant plus de sulfures non altérés et une porosité plus faible.

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