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Composition, formation, and leaching behaviour of supergene, polymetallic ores from the Sanyati deposit (Zimbabwe): A case study
Frei, Martina
Aus den supergene Erzen der polymetallischen Lagerstätte Sanyati (NW Zimbabwe) wird im heap leaching - solvent extraction - electrowinning (HL-SX-EW) Verfahren hochwertiges Kupfer gewonnen. Das Kupferausbringen entspricht jedoch nicht den Erwartungen. Um genauere Erkenntnis für die Gründe des geringen Ausbringens zu erlangen, wurde die Zusammensetzung, die Bildung und das Laugungsverhalten der supergenen Erze mit mineralogischen (Polarisationsmikroskopie, SEM und XRD), geochemischen (XRF, EMPA, AAS, ICP-OES und LA-ICP-MS) sowie experimentellen Methoden untersucht. Die Bildung der supergenen Erzkörper erfolgte seit dem Miozän (LISTER 1987). Rezent stehen diese Erzkörper als Inselberge in einer seit dem Pliozän gebildeten Erosionsmorphologie. Die Verwitterungsprofile der Erzkörper sind nur rudimentär zoniert. Die Mineralisation der Oxidationszone ist sehr heterogen und eine Zementationszone ist nur reliktisch als vereinzelte Erzlinsen ausgebildet. Neben physikalischen (ungünstige Korngrößenverteilung) und technischen Gründen (zu hohe Erzkompaktion auf den Laugungsbetten), führen mineralogische und texturelle Eigenschaften zu einer Fixierung von Metallen im Erz. Wertmetalle wie Cu und Zn, aber auch Pb und As sind an Limonitphasen (hauptsächlich Goethit und Hämatit) gebunden, die Hauptmineralbestandteile der supergenen Erze sind. Diese "unsichtbaren" Metallgehalte in Hämatit und Goethit sind in Sanyati deutlich höher als die in vergleichbaren Lagerstätten beschriebenen (SCOTT 1986; SCOTT 1992). Die Elementverteilungen in goethit- und hämatitreichen Abbautexturen von Sulfidmineralen enthalten keinen geochemischen "Fingerabdruck" der Ausgangssulfide. Cu, Zn und As (sowie die Spurenelemente Ga, Ge, Se, Ag, Cd und Sb) sind im allgemeinen in goethitreichen Bereichen der Abbautexturen angereichert, während Pb-Gehalte in hämatitreichen Bereichen erhöht sind. Die Buntmetallgehalte in Goethit und Hämatit sind in Roherz sowie gelaugtem Erz etwa gleich. Extraktionsexperimente mit Roherz ergeben, daß 19 % des Cu und 6 % des Zn adsorptiv an die Limonitphasen gebunden sind. Der restliche Anteil ist im Gitter der Limonitphasen fixiert. Laugungs- und Adsorptionsexperimente zeigen, daß ein Teil der Limonitphasen unter den Bedingungen der technogenen Laugung gelöst wird. Davon wird ein Teil des mobilisierten Cu und Zn durch Copräzipitation mit Goethit und Hämatit jedoch wieder fixiert. Aus diesen Gründen geht ein signifikanter Teil der Wertmetalle dem Ausbringen verloren.
From the supergene ore of the polymetallic Sanyati deposit in north-western Zimbabwe copper is won in a heap leaching - solvent extraction - electrowinning (HL-SX-EW) process. However, the copper recovery is below expectations. Therefore, the composition, formation, and leaching behaviour of the supergene ore was studied using mineralogical (optical microscopy, SEM, and XRD), geochemical (XRF, EMPA, AAS, ICP-OES, and LA-ICP-MS), and experimental methods in order to unravel the processes responsible for the unsatisfactory copper recovery. The supergene orebodies of Sanyati developed in a warm humid climate since the Miocene (LISTER 1987) and are now forming inselbergs since the Pliocene erosion cycle. The orebodies represent an immature and therefore very heterogeneous oxidation zone with rudimentarily developed secondary sulfide ore lenses developed at its base. Beside physical (unfavourable grain size distributions) and technical (a high compaction of the heap leach pad) aspects, the textural and mineralogical characteristics of the ores lead to metal retention during the heap leaching process. Significant amounts of copper (and other base metals) are retained by the formation of ironoxides and -oxyhydroxides (primarily goethite and hematite), which are ubiquitous in the supergene ore. These
