<p>Mine waste from Ljusnarsbergsfältet in Kopparberg, Sweden, is considered to constitute a great risk for human health and the surrounding environment. Some of the waste rock consists of sulphide minerals. When sulphide minerals come into contact with dissolved oxygen and precipitation, oxidation may occur resulting in acid mine drainage (AMD) and the release of heavy metals. The purpose of this study has been to characterise the waste material and try to chemically stabilize the waste rock with a mixture of sewage sludge and calcium carbonate. The drawback of using organic matter is the risk that dissolved organic matter can act as a complexing agent for heavy metals and in this way increase their mobility. An additional study to examine this risk has therefore also been performed.</p><p>The project started with a pilot study in order to identify the material fraction that was suitable for the experiment. When suitable material had been chosen, a column test was carried out for the purpose of studying the slurry’s influence on the mobility of metals along with the production of acidity. To clarify the organic material’s potential for complexation a pH-stat batch test was used. Drainage water samples, from the columns, were regularly taken during the experiment. These samples were analysed for pH, electrical conductivity, alkalinity, redox potential, dissolved organic carbon (DOC), sulphate and leaching metals. The effluent from the pH-stat-test were only analysed on a few occasions and only for metal content and change in DOC concentration.</p><p>The results from the laboratory experiments showed that the waste rock from Ljusnarsberg easily leached large amounts of metals. The stabilization of the waste rock succeeded in maintaining a near neutral pH in the rock waste leachate, compared to a pH 3 leachate from untreated rock waste The average concentration of copper and zinc in the leachate from untreated waste rock exceeded 100 and 1000 mg/l respectively, while these metals were detected at concentrations around 0.1 and 1 mg/l, respectively, in the leachate from the treated wastes. Examined metals had concentrations between 40 to 4000 times lower in the leachate from treated waste rock, which implies that the stabilisation with reactive amendments succeeded. The long term effects are, however, not determined. The added sludge contributed to immobilise metals at neutral pH despite a small increase in DOC concentration. The problem with adding sludge is that if pH decreases with time there is a risk of increased metal leaching.</p> / <p>Gruvavfallet från Ljusnarsbergsfältet i Kopparberg anses utgöra en stor risk för människors hälsa och den omgivande miljön. En del av varpmaterialet, ofyndigt berg som blir över vid malmbrytning, utgörs av sulfidhaltigt mineral. Då varpen exponeras för luft och nederbörd sker en oxidation av sulfiderna, vilket kan ge upphov till surt lakvatten och läckage av tungmetaller. Syftet med arbetet har varit att karaktärisera varpen och försöka stabilisera den med en blandning bestående av mesakalk och avloppsslam, samt att undersöka risken med det lösta organiska materialets förmåga att komplexbinda metaller och på så vis öka deras rörlighet.</p><p>Efter insamling av varpmaterial utfördes först en förstudie för att avgöra vilken fraktion av varpen som var lämplig för försöket. När lämpligt material valts ut utfördes kolonntest för att studera slam/kalk-blandningens inverkan på lakning av metaller, samt pH-statiskt skaktest för att bedöma komplexbildningspotentialen hos det organiska materialet vid olika pH värden. Från kolonnerna togs lakvattenprover kontinuerligt ut under försökets gång för analys med avseende på pH, konduktivitet, alkalinitet, redoxpotential, löst organiskt kol (DOC), sulfat och utlakade metaller. Lakvattnet från pH-stat-testet provtogs vid ett fåtal tillfällen och analyserades endast med avseende på metallhalter och förändring i DOC-halt.</p><p>Resultatet från den laborativa studien visade att varpmaterialet från Ljusnarsberg lätt lakades på stora mängder metaller. Den reaktiva tillsatsen lyckades uppbringa ett neutralt pH i lakvattnet från avfallet, vilket kan jämföras med lakvattnet från den obehandlade kolonnen som låg på ett pH kring 3. Medelhalten av koppar och zink översteg under försöksperioden 100 respektive 1000 mg/l i lakvattnet från det obehandlade avfallet, medan halterna i det behandlade materialets lakvatten låg kring 0,1 respektive 1 mg/l. Av de studerade metallerna låg halterna 40-4000 gånger lägre i lakvattnet från den behandlade kolonnen, vilket innebär att slam/kalk-blandningen har haft verkan. Stabiliseringens långtidseffekt är dock okänd. Det tillsatta slammet resulterade inte i någon större ökning av DOC-halten i det pH-intervall som åstadkoms med mesakalken. Utifrån pH-stat-försöket kunde det konstateras att det tillsatta slammet bidrog till metallernas immobilisering vid neutralt pH, trots en liten ökning av DOC-halten. Om en sänkning av pH skulle ske med tidens gång föreligger dock risk för ökat metalläckage.</p>

La région des monts Apuseni, au pied de la chaîne des Carpathes en Roumanie, comporte de nombreux gisements de type porphyre (Cu-Au) et épithermal neutre (Pb-Zn et Au ± Ag) liés à un volcanisme andésitique néogène. Afin de comprendre les relations existant entre les gisements de type porphyre et épithermal neutre, le porphyre de Bolcana a été étudié car il possède la particularité d'être bordé par un ensemble de filons épithermaux low-sulfidation minéralisés à Pb-Zn ± Au exploités au niveau des mines de Troita et de Magura. Une étude structurale et une modélisation en 3D de ces différents gisements montrent que la géométrie et l'orientation des fractures et des veines minéralisées sont compatibles avec les directions d'extension régionale et la progression du NW vers le SE des différentes intrusions andésitiques de la région. Dans le but d'établir de manière précise les relations temporelles entre les différents gisements du secteur, un développement méthodologique a permis de réaliser des datations, par l'utilisation du système isotopique Re-Os, directement sur la minéralisation sulfurée la plus ubiquiste du système : la pyrite. L'application de cette méthodologie sur les pyrites des minéralisations a ainsi permis d'obtenir un âge de 10,9 ± 1,9 Ma pour le porphyre. Les âges obtenus dans les systèmes épithermaux restent approximatifs car des perturbations du système isotopique Re-Os sont observées dans ces environnements plus superficiels. Un fractionnement du rhénium avec un enrichissement important au niveau de la zone apicale du porphyre a été mis en évidence, et qui doit être sûrement relié à une zone d'ébullition maximale. Une répartition similaire des teneurs en arsenic des pyrites a pu y être observée. Une caractérisation des sources des métaux a été réalisée à l'échelle du district en utilisant de manière croisée, sur pyrite et galène, deux systèmes isotopiques (Re-Os et Pb-Pb). L'osmium montre que le gisement de Troita possède une signature similaire au porphyre de Bolcana alors que les résultats obtenus pour le gisement de Magura indiquent que le système a subi des perturbations, interprétées comme liées à un lessivage des ophiolites encaissantes et une incorporation partielle de leur signature. Le plomb commun confirme ces données d'osmium avec une signature isotopique plus mantellique que celui de Troita.

Cette thèse correspond à une étude comparative détaillée de trois gisements aurifères birimiens (~ 2 Ga) du craton ouest africain (Syama, Tabakoroni et Tellem), situés sur la ceinture de Bagoé au Mali. La minéralisation se concentre dans les roches où les structures de déformation fragile sont les plus développées (basaltes et métasédiments bréchifiés, microgranite à Tellem) et se développe préférentiellement en bordure des veines. Les sulfures majeurs (pyrite à Syama et pyrite + arsénopyrite à Tabakoroni et Tellem) sont zonés avec : i) un cœur arsénifère riche en inclusions d'albite, d'ankérite et de rutile (accessoirement pyrrhotite); ii) une bordure limpide, globalement moins arsénifère que le coeur mais présentant une fine zonation avec des alternances de zones riches en As et de zones pauvres en As. L'or se présente sous forme d'or invisible inclus dans le réseau cristallin des sulfures, de petits grains individualisés en inclusion dans les sulfures, souvent accompagnés de sulfoantimoniures, notamment la tétraédrite et la chalcostibite, et d'or libre associé au quartz. Les pyrites arsénifères et les arsénopyrites des gisements de la ceinture de Bagoé sont parmi les plus riches en or invisible de tous les gisements d'or de l'Afrique de l'Ouest et tout à fait comparables à ceux de la ceinture d'Ashanti au Ghana. / This thesis presents a comparative study of the Syama, Tabakoroni and Tellem gold deposits, located in the N-S trending Bagoé greenstone belt of Mali. Mineralization is found preferentially along the edges of millimetre- to centimetre-sized quartz, quartz-albite, quartz-ankerite, dolomite-quartz veins developed in tension gaps that formed during brittle deformation. Gold mineralization is mostly associated with pyrite in the three deposits, and also with arsenopyrite at Tabakoroni and Tellem. These sulphides are zoned with (i) an arsenic-rich core containing several albite, ankerite and rutile inclusions (less commonly, pyrrhotite) and (ii) a clear border of finely alternating As-rich and As-poor bands. Gold occurs in the form of i) invisible gold included in their crystal lattices, ii) small individual grains bound to these sulphides, frequently accompanied by sulphoantimonides, mainly tetrahedrite and chalcostibite and iii) free gold associated with quartz. The arseniferous pyrites and arsenopyrites of the Bagoé belt deposits are among the richest in invisible gold in all gold deposits in West Africa and are quite comparable to those of the Ashanti Belt in Ghana.

L'objectif de cette étude est d'évaluer la réactivité abiotique de l'hydrogène dans un site de stockage géologique de déchets radioactifs en formation argileuse. Nous montrons que l'hydrogène est un agent réducteur pouvant être impliqué dans des réactions d'oxydoréductions sous contrôle cinétique avec certaines espèces oxydées de la formation hôte du stockage. Le système soufre apparait tout particulièrement réactif vis-à-vis de la perturbation redox induite par la présence d'hydrogène, sa déstabilisation se traduit notamment par une importante production de sulfure. Notre étude expérimentale sur la réduction des sulfates par l'hydrogène montre que cette réaction ne peut pas être à l'origine de cette production de sulfure. En effet les temps de demi-vie pour les sulfates sont de l'ordre de 200.000 ans à 90°C et l'énergie d'activation de la réaction est très élevée (131 kJ/mol). Par contre, la pyrite est un oxydant potentiel pour l'hydrogène. Nous montrons que cette dernière réaction est possible sur de courtes périodes de temps dés 90°C. A des pH légèrement alcalins tels que ceux de l'eau porale d'une formation argileuse formation et des températures comprises entre 90 et 180°C, cette réaction conduit à la précipitation de pyrrhotite et à la production d'H2S. Nous proposons une loi de vitesse pour cette réaction pouvant être intégrée dans des simulations numériques évaluant la sûreté du stockage à long terme.

In the last decades, nitrate pollution has become a major threat to groundwater quality. The consequences include health concerns and environmental impacts. Nitrate contamination is mainly derived from agricultural practices, such as the application of manure as fertilizer. The Osona area (NE Spain) is one of the areas vulnerable to nitrate pollution from agricultural sources. Nitrate is derived from intensive farming activities and the high nitrate content results in a loss of water availability for domestic uses. The most important natural nitrate attenuation process is denitrification. Denitrifying bacteria are generally heterotrophic and use carbon compounds as the electron donor. Nevertheless, a limited number of bacteria are able to carry out chemolithotrophic denitrification, and to utilize inorganic compounds. Several field studies have suggested by means of geochemical and/or isotopic data that denitrification in some aquifers is controlled by pyrite oxidation. However, the feasibility of pyrite-driven denitrification has been questioned several times in laboratory studies. This thesis is concerned with the role of pyrite in denitrification and its potential use as a bioremediation strategy. Earlier studies showed the occurrence of denitrification processes in a small area located in the northern part of the Osona region and suggested that sulfide oxidation had an important role in natural attenuation. Therefore, the first part of this thesis deals with the characterization of the denitrification processes occurring in the Osona aquifer and their spatial and temporal variations. Denitrification processes linked to pyrite oxidation were identified in some zones of the studied area by means of multi-isotopic methods integrated with classical hydrogeological methods. Nitrate removal from groundwater can be accomplished by the enhancement of in situ biological denitrification. One such bioremediation strategy is biostimulation, which involves the addition of suitable electron donors and/or energy sources to stimulate indigenous denitrifying microorganisms. The second part of this thesis is devoted to clarify the role of pyrite as electron donor for denitrification and to evaluate the feasibility of a bioremediation strategy based on pyrite addition to stimulate native denitrifying bacteria. Nitrate consumption in experiments amended with pyrite and inoculated with “Thiobacillus denitrificans” demonstrated that this bacterium is able to reduce nitrate using pyrite as the electron donor. The efficiency in nitrate removal and the nitrate reduction rate depended on the initial nitrate concentration, pH and pyrite grain size. High nitrate removal efficiency was attained in long-term flow-through experiments under laboratory conditions similar to those found in slow-moving, nitrate-contaminated groundwater. In addition, biostimulation experiments performed with sediments and groundwater from the Osona aquifer showed that the addition pyrite stimulated the activity of the indigenous microbial community and enhanced the nitrate removal. Furthermore, the long-term efficiency of the process was demonstrated. Hence, biostimulation with pyrite could be considered to remediate nitrate contamination in groundwater in future water management strategies, although further research is needed, especially at field scale. It is critical for the success of the bioremediation strategy that not only the processes but also the microbial populations and their changes induced by the bioremediation treatment be well understood. The addition of pyrite resulted in an increase in the proportion of denitrifying bacteria and both autotrophic and heterotrophic denitrifiers were stimulated. Bacterial populations closely related to the “Xanthomonadaceae” might probably be the dominant autotrophic denitrifiers that used pyrite as the electron donor in the biostimulated experiments. The N and O isotopic enrichment factors associated with the pyrite‐driven denitrification were computed and used to recalculate the extent of the natural nitrate attenuation in the Osona aquifer. This refinement becomes useful to predict the evolution of the contaminant in the aquifer, and it should be taken into account for potential implementation of induced remediation techniques. The isotopic approach was proved to be an excellent tool to identify and quantify natural denitrification processes in the field, and to monitor the efficacy of bioremediation strategies in the laboratory. In order to improve the long-term performance of potential bioremediation strategies based on pyrite-driven denitrification, it is necessary to know the contribution of attached and free-phase denitrifying bacteria to this process in aquifers. The last part of this thesis addresses the ability of “T. denitrificans” to grow and colonize pyrite surfaces. In the colonization experiments, attachment onto pyrite surface was required for at lest a small number of the cells in order to accomplish pyrite-driven denitrification. Nevertheless, both attached and planktonic cells probably contributed to the overall denitrification. However, the details of the relative roles of the two phases and the specific mechanisms remain to be addressed. / A les darreres dècades, la contaminació de nitrat de l’aigua subterrània ha esdevingut un dels principals problemes que afecten la qualitat dels recursos hídrics subterranis. La presència de nitrat a l’aigua subterrània està relacionada, principalment, amb pràctiques agrícoles, com per exemple, l’ús intensiu de purins com a fertilitzant orgànic. La comarca d’Osona (Catalunya) és una de les àrees declarades vulnerables a la contaminació per nitrat d’origen agrícola. El nitrat procedeix principalment de la intensa activitat agrícola i ramadera. El principal procés d’atenuació natural del nitrat és la desnitrificació. La majoria dels bacteris desnitrificants són heteròtrofs i usen compostos orgànics com a font d’electrons. Tanmateix, també existeixen bacteris desnitrificants autòtrofs que són capaços d’usar compostos inorgànics, com a donants d’electrons. Estudis de camp previs han demostrat a partir de dades geoquímiques i/o isotòpiques que en alguns aqüífers la desnitrificació està controlada per l’oxidació de pirita. Tot i així, hi ha estudis de laboratori que qüestionen la viabilitat de la desnitrificació lligada a l’oxidació de pirita (compost inorgànic donant d’electrons). En aquesta tesi s’estudia el paper de la pirita en la desnitrificació i la seva possible aplicació com a estratègia de bioremediació d’aigües contaminades amb nitrat. Estudis previs demostraren l’ocurrència de processos de desnitrificació a Osona, en una petita àrea situada en el sector nord de la zona d’estudi. Els resultats d’aquests estudis suggereixen que l’oxidació de sulfurs hi juga un paper molt important en l’atenuació natural. A la primera part de la tesi s’exposa la caracterització dels processos de desnitrificació que tenen lloc en l’aqüífer d’Osona, així com de les seves variacions temporals i espacials. S’han usat mètodes multi-isotòpics integrats amb mètodes hidrogeològics clàssics, que han servit per identificar l’existència de processos de desnitrificació lligats a l’oxidació de pirita en algunes zones de l’àrea d’estudi. L’eliminació del nitrat de l’aigua subterrània pot aconseguir-se mitjançant estratègies que incentiven la desnitrificació biològica in situ. Una de les estratègies de bioremediació in situ és la bioestimulació, que consisteix en afegir donants d’electrons o fonts d’energia apropiades per tal d’estimular l’activitat de bacteris desnitrificants existents en el medi. En la segona part de la tesi s’esbrina el paper de la pirita com a potencial donant d’electrons en els procés de desnitrificació i s’avalua la viabilitat d’una estratègia de bioremediació, basada en l’addició de pirita per estimular l’activitat de bacteris desnitrificants autòctons. Experiments amb pirita i inoculats amb “Thiobacillus denitrificans” han demostrat que aquest bacteri és capaç de reduir el nitrat utilitzant la pirita com a donant d’electrons. A més a més, s’ha determinat que l’eficiència i la velocitat de reducció del nitrat depèn de la seva concentració inicial, del pH i de la mida de gra de la pirita. En experiments de flux continu, de llarga durada que simulen el flux d’aigües subterrànies contaminades amb nitrat, s’han aconseguit altes eficiències en l’eliminació del nitrat. A més a més, s’han realitzat experiments de bioestimulación amb pirita usant aigua subterrània i sediments de l’aqüífer d’Osona. Aquests experiments han demostrat que afegint pirita s’aconsegueix d’estimular l’activitat dels bacteris desnitrificants autòctons i, per tant, induir i/o augmentar la desnitrificació. També, s’ha provat l’alta eficiència d’aquest procés a llarg termini. Per tant, l’ús de la pirita podria tenir-se en compte com a estratègia per a l’eliminació de nitrat en properes mesures de gestió dels recursos hídrics. Tanmateix, cal més investigació, i especialment, a escala de camp. Per aconseguir l’èxit amb la bioremediació cal conèixer amb detall els processos i les poblacions microbiològiques que intervenen en els canvis poblacionals associats al tractament de bioremediació. Els resultats dels experiments de bioestimulació han demostrat que els bacteris desnitrificants autòtrofs dominants en el sistema són probablement poblacions relacionades amb Xanthomonadaceae. L’addició de pirita puposa un increment en la proporció de bacteris desnitrificants i produeix l’estimulació tant dels desnitrificants autòtrofs com dels heteròtrofs. A més a més, s’han calculat els factors d’enriquiment isotòpic de N i O associats al procés de desnitrificació per oxidació de pirita. Aquests factors d’enriquiment s’han usat per recalcular el grau d’atenuació natural del nitrat que té lloc en l’aqüífer d’Osona. Aquest recàlcul pot ser d’utilitat a l’hora de predir l’evolució de la contaminació en l’aqüífer i cal tenir-lo en compte a l’hora d’implementar possibles tècniques de remediació induïda. Per tant, la metodologia isotòpica ha demostrat ser una eina excel∙lent per identificar i quantificar processos de desnitrificació natural i per monitoritzar l’eficàcia d’estratègies de bioremediació en el laboratori. Per millorar el rendiment i la durabilitat de potencials estratègies de bioremediació basades en la desnitrificació i oxidació de pirita és necessari conèixer la contribució relativa dels bacteris desnitrificants planctònics i dels bacteris adherits als sediments. Així, a l’última part de la tesi l’interès s’enfoca en l’avaluació de l’habilitat de “T. denitrificans” en colonitzar i créixer sobre la superfície de la pirita. Els resultats experimentals de colonització suggereixen que per aconseguir la desnitrificació amb pirita com a donant d’electrons, cal que una part dels bacteris s’adhereixi a la superfície de la pirita. No obstant, sembla que ambdós bacteris, adherits i planctònics, contribueixen al procés global. Tanmateix, queda pendent d’examinar el paper específic de cada tipus en la desnitrificació.

Mine waste from Ljusnarsbergsfältet in Kopparberg, Sweden, is considered to constitute a great risk for human health and the surrounding environment. Some of the waste rock consists of sulphide minerals. When sulphide minerals come into contact with dissolved oxygen and precipitation, oxidation may occur resulting in acid mine drainage (AMD) and the release of heavy metals. The purpose of this study has been to characterise the waste material and try to chemically stabilize the waste rock with a mixture of sewage sludge and calcium carbonate. The drawback of using organic matter is the risk that dissolved organic matter can act as a complexing agent for heavy metals and in this way increase their mobility. An additional study to examine this risk has therefore also been performed. The project started with a pilot study in order to identify the material fraction that was suitable for the experiment. When suitable material had been chosen, a column test was carried out for the purpose of studying the slurry’s influence on the mobility of metals along with the production of acidity. To clarify the organic material’s potential for complexation a pH-stat batch test was used. Drainage water samples, from the columns, were regularly taken during the experiment. These samples were analysed for pH, electrical conductivity, alkalinity, redox potential, dissolved organic carbon (DOC), sulphate and leaching metals. The effluent from the pH-stat-test were only analysed on a few occasions and only for metal content and change in DOC concentration. The results from the laboratory experiments showed that the waste rock from Ljusnarsberg easily leached large amounts of metals. The stabilization of the waste rock succeeded in maintaining a near neutral pH in the rock waste leachate, compared to a pH 3 leachate from untreated rock waste The average concentration of copper and zinc in the leachate from untreated waste rock exceeded 100 and 1000 mg/l respectively, while these metals were detected at concentrations around 0.1 and 1 mg/l, respectively, in the leachate from the treated wastes. Examined metals had concentrations between 40 to 4000 times lower in the leachate from treated waste rock, which implies that the stabilisation with reactive amendments succeeded. The long term effects are, however, not determined. The added sludge contributed to immobilise metals at neutral pH despite a small increase in DOC concentration. The problem with adding sludge is that if pH decreases with time there is a risk of increased metal leaching. / Gruvavfallet från Ljusnarsbergsfältet i Kopparberg anses utgöra en stor risk för människors hälsa och den omgivande miljön. En del av varpmaterialet, ofyndigt berg som blir över vid malmbrytning, utgörs av sulfidhaltigt mineral. Då varpen exponeras för luft och nederbörd sker en oxidation av sulfiderna, vilket kan ge upphov till surt lakvatten och läckage av tungmetaller. Syftet med arbetet har varit att karaktärisera varpen och försöka stabilisera den med en blandning bestående av mesakalk och avloppsslam, samt att undersöka risken med det lösta organiska materialets förmåga att komplexbinda metaller och på så vis öka deras rörlighet. Efter insamling av varpmaterial utfördes först en förstudie för att avgöra vilken fraktion av varpen som var lämplig för försöket. När lämpligt material valts ut utfördes kolonntest för att studera slam/kalk-blandningens inverkan på lakning av metaller, samt pH-statiskt skaktest för att bedöma komplexbildningspotentialen hos det organiska materialet vid olika pH värden. Från kolonnerna togs lakvattenprover kontinuerligt ut under försökets gång för analys med avseende på pH, konduktivitet, alkalinitet, redoxpotential, löst organiskt kol (DOC), sulfat och utlakade metaller. Lakvattnet från pH-stat-testet provtogs vid ett fåtal tillfällen och analyserades endast med avseende på metallhalter och förändring i DOC-halt. Resultatet från den laborativa studien visade att varpmaterialet från Ljusnarsberg lätt lakades på stora mängder metaller. Den reaktiva tillsatsen lyckades uppbringa ett neutralt pH i lakvattnet från avfallet, vilket kan jämföras med lakvattnet från den obehandlade kolonnen som låg på ett pH kring 3. Medelhalten av koppar och zink översteg under försöksperioden 100 respektive 1000 mg/l i lakvattnet från det obehandlade avfallet, medan halterna i det behandlade materialets lakvatten låg kring 0,1 respektive 1 mg/l. Av de studerade metallerna låg halterna 40-4000 gånger lägre i lakvattnet från den behandlade kolonnen, vilket innebär att slam/kalk-blandningen har haft verkan. Stabiliseringens långtidseffekt är dock okänd. Det tillsatta slammet resulterade inte i någon större ökning av DOC-halten i det pH-intervall som åstadkoms med mesakalken. Utifrån pH-stat-försöket kunde det konstateras att det tillsatta slammet bidrog till metallernas immobilisering vid neutralt pH, trots en liten ökning av DOC-halten. Om en sänkning av pH skulle ske med tidens gång föreligger dock risk för ökat metalläckage.

No description available.

No description available.

[Truncated abstract] The influence of environmental conditions and properties of pyritic shale in the mining waste from Mt. Whaleback in Western Australia, in particular the inclusions and encapsulation of pyrite on the oxidation of pyritic shale and its subsequent acid mine drainage, was studied by employing an isothermal batch reactor system and QEMSCAN technique. The experimental technique was validated by comparing the experimental results obtained in this study with the literature data. It was found that the presence of water significantly accelerates the rate of shale oxidation. Weathering of the shale samples was found to influence the O2 consumption rate. It was also found that shale properties have a major effect on the oxidation rate and thereby affect the acid generation. Static test methods (Sobek and Lawrence) were employed to test the Neutralisation Potential (NP) of more than 100 actual and composite samples including pyritic shale samples, rock samples, mineral samples, various pyrite-mineral, pyrite-shale, and pseudo-shale blends. The influence of sample properties (bulk elemental composition, and mineralogy), test technique (Sobek and Lawrence) and associated variables (acid strength and volume) on the acid neutralisation potential of the samples was studied. It was found that the Sobek method produced consistently higher NP results under comparable acid conditions to those obtained with the Lawrence method. The theoretical NP values of individual minerals were calculated based on the mineral composition combined with the acid neutralising equations and ideal chemical formula. ... To experimentally model the major mineral phases, 11 minerals were used to produce pyrite-mineral blends and pseudo-shales, whose compositions mimic those of the actual shales studied. Mineral blends were employed to evaluate and contrast their individual acid generation or neutralisation behaviour with binary and higher order interactions. Blends of pyrite with some selected shales were also employed in this study. It was found that interactions can occur between the multiple mineral components which can enhance the rate of acid generation beyond that of the individual behaviour. It was found that the products from the pre-oxidation of shales, the properties and morphology of a sample such as the surface area, encapsulation, the mineralogy and pH all play a significant role in the acid generation and neutralisation rates. However, the absolute rate of acid generation appears to be most sensitive to the components such as Fe3+, which contribute to its reaction mechanisms. This investigation has provided a scientific insight into the acid generation and neutralisation behaviour of pyritic shale in relation to its mineralogy. It was found that the relative instantaneous rates of acid generation and consumption for individual minerals can be significantly different to that of their total potentials for acid generation and neutralisation. The significantly different behaviour of the actual and pseudo shales suggests that at low pH, there may be other mechanisms underlying the net capacity and rates of shales to generate or consume acid than bulk mineralogy. These findings have significant implications to the mining industry operating in reactive grounds.

Australia has the largest economical lignite resources in the world. However, the utilisation of lignite is faced with a number of technical, economical and environmental problems due to its high moisture content and some of the deposits containing high sulphur and high inorganic matter. During pyrolysis, the first step of any thermochemical conversion processes of coal, some of the sulphur in lignite evolves as sulphur-bearing volatiles while others are retained in the solid phase of the lignite char. The present research aims to study the sulphur transformation during pyrolysis of Australian lignite. The specific objectives of this research include a study on the transformation of pyrite, sulphate and organic sulphur during lignite pyrolysis as well as an investigation of the effect of inorganic matter on the sulphur transformation during lignite pyrolysis. To help the interpretation of sulphur transformation, the lignite samples were characterised using a combination of analytical techniques, i.e. X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescent (XRF), ion chromatography (IC), Scanning electron microscope equipped with an energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS), Fourier transform infra red (FTIR), solid state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) and petrographic analysis. Pyrolysis was carried out in a thermogravimetric analyser (TGA) and fixed bed reactor. The lignites and their chars were analysed for sulphur forms using a carbon sulphur (CS) analyser. To study the volatiles released during pyrolysis, experiments were also performed using a TGA coupled to a mass spectrometer (TGA-MS). Eleven (11) Australian lignite samples, denoted as L1 to L11, respectively, from the same lignite deposit but with different sulphur and inorganic matter concentrations were employed in this study. They are categorised as of low quality since they contain high Executive Summary Sulphur Transformation during Pyrolysis of an Australian Lignite v moisture, very high ash, low fixed carbon and thus they have low calorific value, except for L1. The lignites contain considerable amount of total sulphur, except for L1. Mineralogy of the lignites showed that the lignites contain extremely high sodium and chlorine. FTIR and solid state 13C NMR spectroscopy confirmed that oxygenated functional structures are significantly present in the lignites.