Long-term zinc contamination and transport at the abandoned Ore Chimney mine

Mine waste-rock piles can release low quality drainage that is harmful to the surrounding environment. Many studies have investigated recently placed waste rock, but fewer have examined geochemical processes within, and downgradient of, old waste rock, even though these processes may be expected to persist for many decades. The Ore Chimney property, in Ontario, Canada, was the site of gold exploration activities that produced a small waste-rock pile; it was abandoned in 1934. Elevated concentrations of Zn are restricted to within 50 m of the waste rock, and pH remains neutral across the site. Water and sediment analyses and geochemical modeling indicate that several processes are involved in pH buffering and contaminant control. Water samples taken at the edge of the waste rock were not acidic, indicating that mechanisms within the waste rock, including carbonate buffering and preferential oxidation of sphalerite over pyrite, are preventing acid mine drainage (AMD). Natural attenuation mechanisms are operating within wetlands at Ore Chimney with the most likely controls for Zn transport in ground and surface water being carbonate mineral precipitation, co-precipitation with Fe and Mn oxides and oxyhydroxide minerals and Al sulphate minerals, and adsorption onto calcite and organic matter. This investigation shows that, after long time frames, natural attenuation mechanisms may act to effectively immobilize metal contaminants. Key words: zinc, contaminant attenuation, contaminant transport, mine waste, neutral pH, wetlands. Les amas de steriles des mines peuvent liberer un drainage de mauvaise qualite qui est nuisible a l'environnement. De nombreuses etudes ont porte sur des steriles recemment places, mais peu d'entre elles ont examine les processus geochimiques a l'interieur et en aval de vieux steriles, meme si l'on peut s'attendre a ce que ces processus persistent pendant de nombreuses decennies. La propriete Ore Chimney en Ontario, Canada, a ete le site d'activites d'exploration aurifere qui ont produit un petit amas de steriles; elle a ete abandonnee en 1934. Les concentrations elevees de Zn sont limitees a moins de 50 m des steriles, et le pH reste neutre sur l'ensemble du site. Les analyses de l'eau et des sediments ainsi que la modelisation geochimique indiquent que plusieurs processus interviennent dans le tamponnage du pH et le controle des contaminants. Les echantillons d'eau preleves au bord des steriles n'etaient pas acides, ce qui indique que les mecanismes a l'interieur des steriles, notamment l'effet tampon des carbonates et l'oxydation preferentielle de la sphalerite par rapport a la pyrite, empechent le drainage minier acide (DMA). Les mecanismes d'attenuation naturels fonctionnent dans les zones humides de Ore Chimney, les controles les plus probables pour le transport du Zn dans les eaux souterraines et de surface etant les precipitations de mineraux carbonates, la coprecipitation avec des oxydes de Fe et de Mn et des mineraux d'oxyhydroxyde et de sulfate d'aluminium, et l'adsorption sur la calcite et la matiere organique. Cette enquete montre qu'apres de longues periodes, les mecanismes d'attenuation naturels peuvent agir pour immobiliser efficacement les contaminants metalliques. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: zinc, attenuation des contaminants, transport des contaminants, dechets miniers, pH neutre, zones humides.
Introduction During metal mining activities, large volumes of waste rock are generated and stored in piles near the mine (Amos et al. 2015). These waste materials often contain highly mineralized [...]