Effect of carbonate ions on pyrite (FeS2) dissolution.

M. DESCOSTES1,2, C.BEAUCAIRE3, F.MERCIER4, S.SAVOYE3, J. SOW4 and P. ZUDDAS2 Actes du congrès de l'Ecole des mines de Paris , Séance spécialisée Industrie minérale et environnement -Paris, 5-6 février 2000. Bull. Soc. géol. France, 2002, t. 173, n° 3, pp. 265-270.

Abstract Neutralization by carbonate of acidification generated by pyrite (FeS2) oxidation was investigated by both solution (iron and sulfur speciation, pH and Eh) and solid (FT-IR) characterizations. Batch dissolution experiments were carried out in contact with atmospheric oxygen (20 %) in four different bicarbonated solutions ([NaHC03]=10-3,1,12.10-2, 10-1 and 1 mol/L). Five different contact duration were selected : 6 hours, 1, 3, 8 and 30 days. Ferrous carbonate complexes (FeOHC03 and Fe(C03)22-) tend to maintain iron in solution (up to, 152.2 µmol/L in [NaHC03]=1 mol/L solution) and to increase pyrite oxidation rate by preventing surface coating. Acidification is thus more intense in diluted and concentrated carbonate medium ([NaHC03 ] =10- and 1 mol/L) with respectively DpH=5.06 and DpH=1.99 at 30 days whereas pH remains buffered in [NaHC03 ] =1.12.10-2 and 0.1 mol/L solutions. Siderite appears to be the first solid precipitating, transforming into goethite, oxyhydroxy ferric sulfate incorporating sulfite and thiosulfate, and then lepidocrocite. Sulfur chemistry controls the acidification observed. Thiosulfate is the first sulfoxyanion released in solution and its oxidation into sulfite then sulfate seems to be the key of acidification production. Thus, carbonate pH buffer properties seem to be limited and effective for moderated carbonate concentrations. Résumé La neutralisation de l'acidité produite lors de l'oxydation de la pyrite (FeS2) par les carbonates a été étudiée par le couplage de l'approche des phases aqueuses (spéciations du fer et du soufre, pH et Eh) et solide (FT-IR). Des expériences de dissolution en batch ont été menées au contact de l'oxygène atmosphérique (20 %) en milieu bicarbonaté ([NaHC03)=10-3, 1,12.10-2, 10-' et 1 mol/L). Cinq durées de dissolution ont été sélectionnées : 6 heures, 1, 3, 8 et 30 jours. Les complexes carbonates ferreux (FeOHCO3 et Fe(C03)2-) semblent maintenir le fer en solution (jusqu'à 152.2 µmol/L en milieu [NaHC031=1 mol/L) et augmenter la vitesse d'oxydation de la pyrite en évitant la précipitation d'oxydes ferriques. L'acidification est ainsi plus intense en milieu carbonaté dilué et concentré ([NaHC03]=10-3 et 1 mol/L) avec respectivement DpH=5.06 et DpH=1.99 à 30 jours alors que le pH demeure tamponné en solution [NaHC03 ] =1.12.10-2 et 0.1 mol/L. La sidérite est le premier solide formé, se transformant en goethite, oxyhydroxyde ferrique sulfaté incorporant sulfites et thiosulfates, puis lépidocrocite. La chimie du soufre est à l'origine de l'acidification observée. Les thiosulfates sont les premiers sulfoxyanions relâchés en solution et leur oxydation en sulfite puis sulfate semble contrôler la production acide. La capacité tampon pH des carbonates semble être limitée pour des concentrations modérées. 1 CEA-DEN, Service de Chimie et Physique Analytique, CE Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France. Tel. : +33-1-69-08-73-60; fax : +33-1-69-08-32-42 ; e-mail : michael.descostes@cea.fr. 2 Université Paris 7, Laboratoire de Géochimie des Eaux, 75251 Paris cedex 05, France. 3 IRSN, Service d'Etudes et de Recherches sur la Géosphère et l'élimination des Déchets, 92265 Fontenay-aux-Roses, France. 4 CNRS-UMR 8587, CE Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France. Manuscrit déposé le 19 mars 2001 ; accepté après révision le 3 janvier 2002.