Geochemical study of different-aged mining dump materials in the Freiberg mining district, Germany

Environmental Earth Sciences

Volumn 68, Issue 4, 2013, Pages 1153-1168

  Stockmann, M ^a   Hirsch, D ^b   Lippmann Pipke, J ^a   Kupsch, H ^c  

^a INSTITUTE OF ION BEAM PHYSICS AND MATERIALS RESEARCH   (Germany)

^b LEIBNIZ INSTITUTE OF SURFACE ENGINEERING IOM   (Germany)

^c UNIVERSITY OF LEIPZIG   (Germany)

Author keywords

Adsorption; Heavy metals; Mobilization; Waste rock dumps; Weathering

Indexed keywords

ADSORPTION; GEOCHEMISTRY; HEAVY METALS; PYRITES; SOILS; SULFUR COMPOUNDS; ZINC SULFIDE;

ACID MINE DRAINAGE; CHALCOPHILE ELEMENTS; GEOCHEMICAL COMPOSITION; MOBILIZATION; OXIDATIVE WEATHERING; WASTE ROCK DUMPS; WEATHERING BEHAVIOR; WEATHERING INDICES;

WEATHERING;

ADSORPTION; CHEMICAL COMPOSITION; CHEMICAL WEATHERING; GEOCHEMICAL METHOD; MINERAL DEPOSIT; MINING; MOBILIZATION; ROCK; SILVER; SOIL HORIZON; SOLUBILIZATION;

FREIBERG; GERMANY; SAXONY;

EID: 84872868186     PISSN: 18666280     EISSN: 18666299     Source Type: Journal    
DOI: 10.1007/s12665-012-1817-6     Document Type: Article

References (76)

1. Akoto O, Ephrain JH, Darco G (2008) Heavy metals pollution in surface soils in the vicinity of abundant railway servicing workshop in Kumasi, Ghana. Int J Environ Res 2(4): 359-364.
2. Aleksander-Kwaterczak U, Ciszewski D (2012) Groundwater hydrochemistry and soil pollution in a catchment affected by an abandoned lead-zinc mine: functioning of a diffuse pollution source. Environ Earth Sci 65: 1179-1189.
3. Anderson SP, Dietrich WE, Brimhall GH (2002) Weathering profiles, mass-balance analysis, and rates of solute loss: linkages between weathering and erosion in a small, steep catchment. Geol Soc Am Bull 114: 1143-1158.
4. Asta M, Ayora C, Román-Ross G et al (2010) Natural attenuation of arsenic in the Tinto Santa Rosa acid stream (Iberian Pyritic Belt, SW Spain): the role of iron precipitates. Chem Geol 271: 1-12.
5. Baake D (2000) Geochemisches Verhalten umweltrelevanter Elemente in stillgelegten Polysulfiderzgruben am Beispiel der Grube "Himmelfahrt" in Freiberg/Sachsen. Dissertation, TU Bergakademie Freiberg.
6. Baumann L, Kuschka E, Seifert T (2000) Lagerstätten des Erzgebirges. Enke, Stuttgart.
7. Beak Consultants GmbH (1997) Radiologische Erfassung, Untersuchung und Bewertung bergbaulicher Altlasten, Untersuchungsgebiet UG 20a/2 Freiberg. Report to GRS.
8. Beckhoff B, Kanngießer B, Langhoff N et al (2006) Handbook of practical X-ray fluorescence analysis. Springer, Berlin.
9. Benvenuti M, Mascaro I, Corsini F et al (1995) Mine waste dumps and heavy metal pollution in abandoned mining district of Boccheggiano southern Tuscany, Italy. Environ Geol 30: 238-243.
10. Bernstein KH (1985) Geologischer Lehrpfad Freiberg. VEB Geol Forschung und Erkundung Freiberg.
11. Beuge P, Dunger C, Mibus J, Starke R (1998) Untersuchungen gewässerrelevanter Einflüsse von Bergbauhalden in Abhängigkeit von der Standzeit-Teilprojekt 1. Report 02WA9366/1, TU Bergakademie Freiberg.
12. Böhmer A (1999) Ökologische Bewertung des Einflusses von Erzbergbauhalden im Freiberger Bergbaurevier auf ihre Umgebung unter Berücksichtigung der landwirtschaftlichen Nutzung. Diploma thesis, TU Dresden.
13. Boulet MP, Larocque ACL (1998) A comparative mineralogical and geochemical study of sulfide mine tailings at two sites in New Mexico, USA. Environ Geol 33: 30-142.
14. Brümmer GW, Gerth J, Herms U (1986) Heavy metal species, mobility and availability in soils. Z Pflanzenernährung-Bodenkunde 149.
15. Brüschke K (2001) Herkunft, Migrationsformen und Verbleib von Haupt- und Spurenelementen in Sicker- und Porenwässern des ehemaligen Braunkohletagebaus Zwenkau/Cospuden. Dissertation, Georg-August-University of Goettingen.
16. Cappuyns V, Swennen R, Vandamme A, Niclaes M (2006) Environmental impact of the former Pb-Zn mining and smelting in East Belgium. J Geochem Explor 88: 6-9.
17. Date AR, Gray AL (1985) Determination of trace elements in geological samples by inductively coupled plasma source mass spectrometry. Spectrochim Acta 40B: 115-122.
18. Dold B, Fontboté L (2001) Element cycling and secondary mineralogy in porphyry copper tailings as a function of climate, primary mineralogy, and mineral processing. J Geochem Explor 74: 3-55.
19. Fiedler HJ, Hofmann W (1976) Standortskundlicher Exkursionsführer "Tharandt-Grillenburger Wald". Department of Forest Sciences, TU Dresden.
20. Fiedler HJ, Thalheim K, Hofmann W et al (1990) Chemische Zusammensetzung von Böden über unterschiedlichen Grundgesteinen des Osterzgebirges. Chem Erde 50: 269-277.
21. Franke K (2003) Radioanalytische Untersuchung von geochemischen Barrieren für toxische und radiotoxische Stoffe im Bereich von Altbergbauhalden. Dissertation, University of Leipzig.
22. Franke K, Rößler D, Gottschalch U, Kupsch H (2000) Mobilization and retardation of uranium DOC species at three mine piles in Schlema/Alberoda, Saxony, Germany. Isotopes Environ Health Stud 36: 223-239.
23. Göhler Y (1999) Boden, Vegetation und Blattspiegelwerte auf Erzbergbauhalden bei Freiberg in Sachsen. Diploma thesis, FH for Forestry, Schwarzburg.
24. Goldschmidt VM (1937) The principles of distribution of chemical elements in minerals and rocks. J Chem Soc, London, pp 655-673.
25. Graham GE, Kelley KD (2009) The Drench water deposit, Alaska: an example of a natural low pH environment resulting from weathering of an undisturbed shale-hosted Zn-Pb-Ag deposit. Appl Geochem 24: 232-245.
26. Hämmann M, Desaules A (2003) Handbuch: Probenahme und Probenvorbereitung für Schadstoffuntersuchungen in Böden. Federal Office for the Environment (BUWAL).
27. Havlova V, Laciok A, Vopálka D, Andrlík M (2006) Geochemical study of uranium mobility in tertiary argillaceous system at rupprechtov site, Czech Republic. Czechoslov J of Phys 56.
28. Jambor JL (1994) Mineralogy of sulfide-rich tailings and their oxidation products. In: Jambor JL, Blowes DW (eds) Short course handbook on environmental geochemistry of sulfide mine waste, 22. Mineralogical Association of Canada, Nepean, pp 59-102.
29. Järup L (2003) Hazards of heavy metal contamination. Br Med Bull 68: 167-182.
30. Kardel K, Rank G, Pälchen W (1996) Geochemischer Atlas des Freistaates Sachsen, Teil 1: Spurenelement-gehalte in Gesteinen. Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie.
31. Keskin T, Toptas S (2012) Heavy metal pollution in the surrounding ore deposits and mining activity: a case study from Koyulhisar (Sivas-Turkey). Environ Earth Sci (online). doi: 10. 1007/s12665-012-1541-2.
32. Klinger T (1995) Mengen- und Spurenelemente in Waldböden über unterschiedlichen Grundgesteinen des Osterzgebirges. Dissertation, TU Dresden.
33. Kördel W, Dassenakis M, Lintelmann J, Padberg S (1997) The importance of natural organic material for environmental processes in water and soils. Pure Appl Chem 69: 1571-1600.
34. Kupsch H, Scheinert M, Franke K, Schreck P (2004) Verwitterungsverhalten von Bergbaurückständen in einer mittelalterlichen Schlackehalde im Erzgebirge. Z Angew Geol 51(2): 61-65.
35. LABO (Bund-Länder-Arbeitsgemeinschaft Bodenschutz) (2003) Hintergrund- und Referenzwerte für Böden-Sachsen. http://www. labo-deutschland. de/documents//LABO-HGW-Anhang_340. pdf.
36. Lewandowski J, Leitschuh S, Koß V (1997) Schadstoffe im Boden-Eine Einführung in Analytik und Bewertung. Springer, Berlin.
37. Lide D (1992) CRC handbook of chemistry and physics, 73rd edn. CRC Press, Boca Raton, FL.
38. Liu J, Yu JW, Neretnieks I (1996) Transport modeling in the natural analogue study of the Cigar Lake uranium deposit (Saskatchewan, Canada). J Contam Hydrol 21: 19-34.
39. Manning TJ, Grow WR (1997) Inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry. The chemical educator 2/1. Springer, New York.
40. Marescotti P, Azzali E, Servida D et al (2010) Mineralogical and geochemical spatial analyses of a waste-rock dump at the Libiola Fe-Cu sulphide mine (Eastern Liguria, Italy). Environ Earth Sci 61: 187-199.
41. Martin M, Beuge P, Kluge A, Hoppe T (1994) Grubenwässer des Erzgebirges-Quellen von Schwermetallen in der Elbe. Spektrum der Wiss pp 102-107.
42. Mason B, Moore CB (1985) Grundzüge der Geochemie. Enke, Stuttgart.
43. Matschullat J, Tobschall HJ, Voigt HJ (eds) (1997) Geochemie und Umwelt-Relevante Prozesse in Atmo-, Pedo- und Hydrosphäre. Springer, Berlin.
44. Merkel BJ (2006) Long term fate of uranium tailings in mountain areas. In: Merkel BJ, Hasche-Berger A (eds) Uranium in the environment: mining impact and consequences. Springer, Berlin.
45. Möller D, Horváth L (1988) Estimation of natural acidity of precipitation water on global scale. Idöjaras 93: 324-335.
46. Müller G (1969) Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River. GeoJournal 2(3): 108-118.
47. Müller G (1981) Die Schwermetallbelastung der Sedimente des Neckars und seiner Nebenflüsse-Eine Be-standsaufnahme. Chem Ztg 105: 157-164.
48. Müller C (1999) Stoffbestand des Bodens-Einträge, Austräge auf landwirtschaftlichen Flächen am Beispiel Schwermetalle, In: Bodenschutz und Altlastensanierung, Marktredwitzer Bodenschutztage, 27-29 Oct 1999, Marktredwitz.
49. Müller N (2008) Georadiochemische Untersuchungen zur Wechselwirkung und Verteilung von Tracerelementen zwischen Mineralien und NOM-Spezies im Kupferschiefer. Dissertation, University of Leipzig.
50. Müller N, Franke K, Schreck P et al (2008) Georadiochemical evidence to weathering of mining residues of the Mansfeld mining district, Germany. Environ Geol 54: 869-877.
51. Munendra S, Muller G, Singh B (2002) Heavy metals in freshly deposited stream sediments of rivers associated with urbanization of the Ganga plain, India. Water Air Soil Poll 141: 35-54.
52. Nava-Martínez EC, Flores-García E, Espinoza-Gomez H, Wakida FT (2012) Heavy metals pollution in the soil of an irregular urban settlement built on a former dumpsite in the city of Tijuana, Mexico. Environ Earth Sci 66: 1239-1245.
53. Oberfranken (2001) Probenahme bei Bauschutt und Erdaushub (Haufwerksbeprobung). Instructional material supplied by the Government of Upper Franconia, Bayreuth.
54. Ossenkopf P, Pälchen W, Barth N, Rank G, Kardel K (1993) Geogene Belastung der Böden im Raum Freiberg mit Schwermetallen und Arsen. Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie, Freiberg.
55. Pälchen W, Rank G, Lange H, Tischendorf G (1987) Regionale Clarkewerte-Möglichkeiten und Grenzen ihrer Anwendung am Beispiel des Erzgebirges (DDR). Chem Erde 47: 1-17.
56. Reimer L (1985) Scanning electron microscopy: physics of image formation and microanalysis. Springer, Berlin.
57. Salminen R, Batista MJ, Bidovec M et al (2005) Geochemical Atlas of Europe. Part 1. Background information, methodology and maps. Geological Survey of Finland, Espoo.
58. Scheffer F, Schachtschabel P (2010) Lehrbuch der Bodenkunde. Springer, Heidelberg.
59. Scheinert M (2007) Georadiochemische Untersuchungen zur Wechselwirkung und Verteilung von NOM-Spezies der Lanthaniden und chalkophilen Schwermetalle im Bereich historischer Bergbauhalden. Dissertation, University of Leipzig.
60. Scheinert M, Kupsch H, Bletz B (2009) Geochemical investigations of slags from the historical smelting in Freiberg, Erzgebirge (Germany). Chem Erde 69(1): 81-90.
61. Scherchan O (1980) Methodische Untersuchungen zur geochemischen Bilanz zwischen Muttergestein, Böden und Umweltbelastung in der Umgebung Freiberg. Dissertation, TU Bergakademie Freiberg.
62. Singer PC, Stumm W (1970) Acidic mine drainage: the rate-determining step. Science 167: 1121-1123.
63. Smuda J, Dold B, Friese K, Morgenstern P, Glaesser W (2007) Mineralogical and geochemical study of element mobility at the sulfide-rich Excelsior waste rock dump from the polymetallic Zn-Pb-(Ag-Bi-Cu) deposit, Cerro de Pasco, Peru. J Geochem Explor 92: 97-110.
64. Steuer H (1993) Bergbau auf Silber und Kupfer im Mittelalter. In: Steuer H, Zimmermann U (eds) Alter Bergbau in Deutschland, Stuttgart, pp 75-91.
65. Strosnider WHJ, López FSL, Nairn RW (2011) Acid mine drainage at Cerro Rico de Potosí I: unabated high-strength discharges reflect a five century legacy of mining. Environ Earth Sci 64: 899-910.
66. Taylor MP, Mackay AK, Hudson-Edwards KA, Holz E (2010) Soil Cd, Cu, Pb and Zn contaminants around Mount Isa city, Queensland, Australia: potential sources and risks to human health. Appl Geochem 25: 841-855.
67. Tichomirowa M, Heidel C, Junghans M et al (2010) Sulfate and strontium water source identification by O, S and Sr isotopes and their temporal changes (1997-2008) in the region of Freiberg, central-eastern Germany. Chem Geol 276: 104-118.
68. TK10 (2010) Topographic map 1: 10, 000, sheet 5046-SW Freiberg, © Staatsbetrieb Geobasisinformation und Vermessung Sachsen.
69. Ullrich SM, Ramsey MH, Helios-Rybicka E (2000) Total and exchangeable of heavy metals in soils near Bytom, an area of Pb/Zn mining and smelting in Upper Silesia, Poland. App Geochem 14: 187-196.
70. Vaughan BJ, Craig JR (1978) Mineral chemistry of metal sulfides. Cambridge University Press, Cambridge.
71. Wagenbreth O, Wächtler E (1986) Der Freiberger Bergbau: Technische Denkmale und Geschichte. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1 edn, Leipzig.
72. Wakida FT, Lara D, Temores-Pená J et al (2008) Heavy metals in sediments of the Tecate River. Environ Geol 54: 637-642.
73. Wedepohl KH (1995) The composition of the continental crust. Geochim Cosmochim Acta 59: 1217-1232.
74. Wolf BM (1999) Mobilisierung und Migration von anthropogen eingetragenem Uran und Thorium in ehemaligen Bergbaugebieten in Thüringen und Sachsen. Dissertation, University of Mainz.
75. Schmidt-Hammel T (undated) Übersicht über die Bodentypen des Ost-Erzgebirges. http://www. vychodnikrusnohori. org/uploads/media/17_Boden_farbig. pdf.
76. Ziechmann W, Müller-Wegener U (1990) Bodenchemie. BI Wissenschafts, Mannheim.