Mineralogical Characterization of Old Harz Mountain Slags

Abstract

Process mineralogical studies were carried out on metallurgical slags dumped around the Harz Mountains (Germany) since the thirteenth century. According to the Niggli values they may be classified as slags of lead metallurgy. These slags consist of metal-bearing silicates (71–85%; Ø ≥ 80 μm) such as fayalite-willemite, melilite, monticellite, pyroxene; sulphide minerals like wurtzite (sphalerite)-pyrrhotite solid solutions (4–11 %; Ø≤ 60 μm) with subordinate chalcopyrite, galena and bornite (2–2.2%; 2–15 μm), and oxide minerals, mainly represented by magnetite and other spinels (9.6–15.4% ; 8–40 μm) that often show solid solutions of gahnite-hercynite and magnetite-franklinite. The average Zn-content varies between 3.76 and 11.39% ZnO, whereas that of Cu and Pb lies between 0.39 and 0.92 CuO and 0.76–1.89% PbO. The high Ba-content of the slags is indicative of the Ba-rich flux used in the earlier zinc and lead metallurgy. The melting temperatures of the slag lay between 1150 and 1400°C whereas their viscosities varied between 2 and 40 η. Résumé Des études minéralogiques ont été entreprises sur des scories métallurgiques provenant des alentours des montagnes Harz (Allemagne) et datant du 13ième siècle. Selon les valeurs de Niggli, elles sont classées comme des scories de la métallurgie du plomb. Elles sont constituées de silicates métalliques (71–85%; Ø ≥ 80 μm) telles la fayalite-willemite, mélilite, monticellite, pyroxène; de minéraux sulfurés comme la wurtzite (sphalerite) en solution solide de pyrrhotite (4–11%; Ø ≤ 60 μm) avec la chalcopyrite, la galène et la bornite (2–2.2%; Ø = 2–15 μm) et des oxydes minéraux, principalement représentés par la magnétite et d'autres spinelles (9.6–15.4%; Ø = 8–40 μm) qui apparaissent comme des solutions solides de gahnite-hercynite et de magnétite-franklinite. La teneur moyenne en Zn varie de 3.76 à 11.39% ZnO, alors que celle en Cu et Pb se situe entre 0.39–0.92 CuO et 0.76–1.89% PbO. Le fort contenu en Ba des scories indique que le laitier utilisé dans l'ancienne métallurgie du zinc et du plomb était riche en Ba. La température de fusion des scories varie entre 1150 et 1400°C alors que la viscosité se situe dans l'intervalle 2–40 η.

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