Abstract

We provide a comprehensive review of research conducted on the dissolution–oxidation of As-bearing sulfides including arsenopyrite, orpiment, realgar, tennantite, and the amorphous forms of As2S3 and AsS. In general, a rise in pH and the presence of Fe3+ or bacteria (or both) cause the oxidation rates of As-bearing sulfides to increase, except for arsenopyrite. Whereas oxidation of arsenopyrite by dissolved oxygen (DO) does not have significant dependence on pH, it appears to be accelerated with increasing DO. At the surface of arsenopyrite, reaction with oxygen even in ultra-high vacuum results in the formation of As species from As0 to As5+. The reaction of tennantite in aqueous solution at basic pH (pH 10–11) results in the formation of copper oxide–hydroxide and arsenic hydroxide, whereas in acidic solutions, the formation of elemental sulfur or arsenic oxide is observed. At high concentrations of bicarbonate and carbonate, As can be released from Fe oxyhydroxide surfaces back to the solution because of surface charge, or may also act as a competitor for both As5+ and As3+ during sorption reactions. Overgrowths of Fe3+ oxyhydroxide, scorodite, and FeAsO3 are observed as a result of oxidation in air and aqueous medium. In an acidic solution, an overgrowth of elemental sulfur is reported, in both abiotic and biotic conditions. The reaction of arsenopyrite and Acidithiobacillus ferrooxidans in the acidic medium salt solution results in a FePO4 overgrowth of 0.2 μm thick, which is promoted by bacterial production of Fe3+. In natural and mining environments, conditions of high pH may result in increasing acidity and rate of release of As and S. The formation of secondary mineral phases on the surfaces of As-bearing sulfides may retard the mobility of As and potentially decrease the acidity. Therefore, passivation of mineral surfaces with a mineral coating may be a reasonable strategy to minimize the affects of surface mining. In general, interactions with bacteria enhance the oxidation rates of As-bearing sulfide minerals, but at rates lower than those measured in the laboratory under optimum conditions. Continuing work on As-bearing sulfides is recommended to better understand the impacts of these minerals on the environment.

Abstract

Nous passons sous revue de façon approfondie la recherche menée sur les aspects de solution et d’oxydation des sulfures arsenifères, y inclus l’arsénopyite, l’orpiment, le réalgar, la tennantite, et les formes amorphes de As2S3 et AsS. En général, une augmentation du pH et la présence de Fe3+ ou de bactéries (ou des deux facteurs) causent une augmentation du taux d’oxydation des sulfures arsenifères, sauf pour l’arsénopyrite. Quoique le taux d’oxydation par l’oxygène dissoute ne semble pas dépendre de façon importante du pH, ce taux s’accélère à mesure qu’augmente la quantité d’oxygène dissoute. A la surface de l’arsénopyrite, la réaction avec l’oxygène, même sous vide, mène à la formation d’espèces arsenifères allant de As0 à As5+. La réaction de la tennantite avec une solution aqueuse basique (pH entre 10 et 11) mène à la formation d’un oxyde–hydroxyde de cuivre et de l’hydroxyde d’arsenic, tandis que dans un milieu acide, ce sont le soufre élémentaire et un oxyde d’arsenic qui apparaissent. A concentrations élevées de bicarbonate et de carbonate, il est possible de mobiliser l’arsenic à partir des surfaces de l’oxyhydroxyde de fer pour le réintroduire dans la solution à cause du bilan des charges à sa surface; cet oxyhydroxyde peut bien aussi capter à la fois As5+ et As3+ lors de réactions de sorption. Des surcroissances de l’oxyhydroxyde de Fe3+, de scorodite, et de FeAsO3 résultent de l’oxydation en présence d’air ou dans un milieu aqueux. En milieu acide, on voit une surcroissance de soufre élémentaire, sous conditions abiotiques ou biotiques. La réaction de l’arsénopyrite avec Acidithiobacillus ferrooxidans en milieu acide mène à une gaine de FePO4 atteignant 0.2 μm en épaisseur à cause de la production accrue de Fe3+ par les bactéries. Dans la nature et près des milieux en exploitation minière, des conditions de pH élevé pourraient mener à la production accrue d’acide et causer la mobilisation de l’arsenic et du soufre. La formation de minéraux secondaires à la surface de sulfures arsenifères pourrait bien retarder cette mobilisation et en fait diminuer l’acidité. La passivation de surfaces de minéraux par déposition d’une surcroissance pourrait donc s’avérer une stratégie raisonnable pour minimiser les effects de l’exploitation en surface. En général, les interactions avec les bactéries favorisent les taux d’oxydation des minéraux sulfurés arsenifères, mais à des taux inférieurs à ceux qui sont mesurés en laboratoire à des conditions optimales. Nous recommendons toutefois que ces travaux de laboratoire continuent, afin de mieux comprendre l’impact de ces minéraux en matière de l’environnement.

(Traduit par la Rédaction)

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