Trapping and mobilisation of arsenic and lead in former mine tailings: - Environmental conditions effects

• Autores: Alexandra Courtin-Nomade, Catherine Neel, Hubert Bril, Mélanie Davranche
• Localización: Bulletin de la Société Géologique de France, ISSN 0037-9409, Vol. 173, Nº. 5, 2002, págs. 479-485
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Piégeage et relargage de l'arsenic et du plomb dans d'anciennes haldes de mines: Effets des conditions de milieu
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• Resumen
  • English

    Tailings of two former mines located in the French Massif Central (La Petite Faye in Creuse Dpt. and Enguialès in Aveyron Dpt.) were studied in order to forecast the mobility of arsenic and others metallic trace elements (MTE) resulting from sulphides oxidation. Arsenic and MTE could potentially be toxic as a contamination in the sediments, soils, waters... The formation of new products resulting from the alteration processes is especially interesting because of the abilities of these products to trap these metals or metalloids. We have focussed our study on the alteration products in order to determine their role in the immobilisation of arsenic and others MTE. The two selected sites present closed Eh-pH conditions (acidic and oxidant). Nevertheless La Petite Faye site display less leaching than in the site of Enguialès due to its layout: the tailings in the former site are disposed in a settling basin whereas in the latter one, they are spread out on a steep slope. After a chemical and mineralogical characterisation of the tailings, we have estimated according to the Eh-pH conditions the solubilities of the various secondary products. In both sites, the hydrochemical study (for la Petite Faye) and laboratory experiments (for Enguialès) highlight the presence of mineralogical products with low solubility in the current geochemical conditions. At la Petite Faye, scorodite and beudantite mainly ensure an efficient trapping of As and Pb. These two minerals are stable for acidic and oxidant conditions, even if scorodite is more sensitive to pH variations and could transform into goethite. The low As (< 0,1 mg.L-1) and Pb (under detection limit) concentrations measured in the water table along the six-months hydrological study confirm this previous result. In Enguialès, high quantities of As are trapped in amorphous products (Fe/As ~ 1.7). Subsequently As is more easily remobilised and is trapped secondarily by goethite, hematite or jarosite but in few quantities in comparison with those observed in amorphous products (1.4 wt.% < As < 3.5 wt.%). This releasing is highlighted by the leaching experiments, which indicate a significant remobilisation of As issued from amorphous products. However, in current conditions, the properties of the iron oxyhydroxides or of the iron sulphate ensure an efficient As trapping.

    The different behaviours of the trapping of As and Pb in the two sites are mainly explained by the hydrological context, the tailings layout, their granulometry and the cristallinity of the secondary products.

  • français

    L'extraction minière engendre une pollution multiforme due à l'oxydation des sulfures contenus dans les stériles: drainages acides miniers (AMD) [Ritchie, 1994], remobilisation et piégeage plus ou moins stable des éléments toxiques (As, S, Pb...) [Webster et al., 1994 ; Hudson Edwards et al., 1999]. La formation de nouvelles phases plus stables thermodynamiquement dans des conditions oxydantes est un des aspects crucial dans l'immobilisation de ces éléments [Webster et al., 1994].

    Dans le Massif central, l'exploitation minière a été très développée au 20e siècle, générant d'abondants résidus miniers disposés en haldes généralement sans réhabilitation. Deux sites de cette région ont été étudiés (La Petite Faye - Creuse et Enguialès - Aveyron). La répartition et la distribution de As, et d'autres ETM, au sein des produits d'altération et la stabilité de leur piégeage dans les conditions actuelles ont été étudiés. Le but est de connaître le devenir de As au sein de ces haldes en observant la formation de nouveaux minéraux et leur incidence sur la pollution du milieu environnant.

    Conclusion. L'oxydation des sulfures implique la remobilisation immédiate de As, et des ETM, dont une partie se recombine sous diverses formes. En conditions supergènes, l'efficacité de ce re-piégeage est très variable et dépend de deux paramètres principaux: (1) la stabilité thermodynamique intrinsèque des produits secondaires et (2) la stabilité des conditions Eh-pH du milieu. A la Petite Faye, As et Pb sont efficacement piégés soit par des minéraux bien cristallisés (beudantite, scorodite) soit plus accessoirement au sein de produits amorphes (oxyhydroxydes de fer). A Enguialès les produits néoformés sont continuellement lixiviés et les possibilités de re-mobilisation de As plus élevées. Cependant la configuration "ouverte" du système n'empêche pas celui-ci d'évoluer vers un re-piégegage de As de plus en plus stable (goethite, jarosite, hématite). L'étude couplée de ces deux systèmes différents montre qu'ils tendent vers un piégeage plus efficace de As et Pb. Les différences observées dans le piégeage de ces deux éléments résultent prin-cipalement des spécificités propres à chacun des sites (contexte hydrologique, configuration des haldes, granulométrie et cristallinité des produits secondaires).