Thermal behaviour of selected arsenic minerals/phases and its environmental implications

Abstract

iii ABSTRACT This bachelor's thesis focuses on the thermal behaviour of the following arsenic-bearing minerals: enargite (Cu3AsS4), realgar (As4S4), orpiment (As2S3), mimetite [Pb5(AsO4)3Cl] and conichalcite [CaCu(AsO4)(OH)]. Additionally, the behaviour of a synthetic analogue of realgar and an organoarsenic compound (cacodylic acid) was investigated. The experiments were conducted in an argon atmosphere and the temperature range 20-800 řC, with a linear temperature increase. Emissions of arsenic and other elements (S and Pb) were detected using ICP-OES. The thermal behaviour was further analysed by simultaneous DSC and TGA, and the mineralogical composition of the residues was determined by X-ray diffraction analyses. The least stable minerals were realgar and orpiment, melting at 300-320 řC and subsequently releasing arsenic and sulphur (with the highest release at 400-450 řC). Enargite decomposed in the studied temperature range with a 40 % mass loss, emitting the most arsenic and sulphur around 600 řC. Conichalcite also underwent decomposition, losing ca. 3 % of mass and releasing arsenic especially around 700 řC. Mimetite proved the most stable, losing almost no mass and starting to emit arsenic, simultaneously with lead, near the upper limit of the temperature range. The results align with previously...

iv ABSTRAKT Tato bakalářská práce se zabývá teplotním chováním vybraných minerálů arsenu: enargitu (Cu3AsS4), realgaru (As4S4), auripigmentu (As2S3), mimetitu [Pb5(AsO4)3Cl] a konichalcitu [CaCu(AsO4)(OH)]. Dále bylo studováno chování syntetického analogu realgaru a zástupce organických sloučenin arsenu (kyseliny kakodylové). Experimenty probíhaly v argonové atmosféře v teplotním rozpětí 20-800 řC, při lineárním nárůstu teploty. Emise arsenu a dalších prvků (S a Pb) ze vzorků byly detekovány pomocí ICP-OES. Teplotní chování bylo dále charakterizováno pomocí simultánního DSC a TGA a mineralogické složení výpražků bylo analyzováno rentgenovou difrakční analýzou. Nejméně stabilními minerály byly realgar a auripigment, které se roztavily mezi 300 řC a 320 řC a následně z nich vytěkal arsen i síra (nejvíce při teplotách 400-450 řC). Enargit ve studovaném teplotním rozmezí prošel dekompozicí a ztratil přibližně 40 % hmotnosti, přičemž nejvíce arsenu a síry uvolnil při teplotách okolo 600 řC. Došlo též k dekompozici konichalcitu za emise arsenu zejména okolo 700 řC a úbytku hmotnosti (cca 3 hm. %). Nejstabilnějším minerálem byl mimetit, který neztratil téměř žádnou hmotnost a začal uvolňovat arsen, společně s olovem, až při horní hranici teploty experimentu. Výsledky se shodují s poznatky z dosavadní literatury....