Membrane Spin Up in a Normal Gravity Field: Experiments and Simulations

Finite element simulations and experimental observations of the spin up in vacuum of a thin membrane loaded by gravity are presented. The numerical techniques take into account the run time of each simulation and energy convergence; it is shown that accurate results can be obtained quite quickly in a rotating reference frame, and that including stiffness-proportional material damping helps convergence of the integration. It is also found that a very fine finite element mesh around the hub of the membrane is required to obtain consistent results. The experimental setup allows spinning of the membrane in a vacuum box; a measurement technique that uses stereo Digital Image Correlation is presented. A comparison between experiments and simulations using characteristic parameters of the shape of a membrane, i.e. the number of rotational symmetric waves, the average deflection, and the elastic bending strain energy of the membrane, shows good agreement between experiments and simulations

GEOCHEMICAL MODELING OF ABANDONED SULFIDIC FLOTATION MILL TAILINGS: THE CASE OF KIRKI, NE GREECE

Το εργοστάσιο εμπλουτισμού της Κίρκης εντοπίζεται περίπου 5 km νότια του μεταλλείου του Αγίου Φιλίππου. Τα απορρίμματα της επεξεργασίας του μεταλλεύματος είναι εκτεθειμένα στις ατμοσφαιρικές συνθήκες, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση μετεωρικού νερού στην επιφάνειά τους. Τα επιφανειακά ρευστά αλληλεπιδρούν με το λεπτόκοκκο υλικό με υψηλό φορτίο βαρέων μετάλλων, με τελικό αποτέλεσμα τη δημιουργία όξινων και οξειδωτικών διαλυμάτων με υψηλό φορτίο μετάλλων στην επιφάνεια των απορριμμάτων. Τα απορρίμματα της επεξεργασίας αποτελούνται κυρίως από σύνδρομα ορυκτά της μεταλλοφορίας (χαλαζίας, δικίτης/καολινίτης, πυροφυλλίτης και άστριοι), ενώ τα κυριότερα δευτερογενή ορυκτά που εντοπίζονται αφορούν ορυκτά της ομάδας του γιαροσίτη, γύψο και αγκλεσίτη. Μοναδική πρωτογενής φάση της μεταλλοφορίας που εντοπίζεται στα απορρίμματα είναι ο σιδηροπυρίτης. Ο λεπτόκοκκος χαρακτήρας των απορριμμάτων της επεξεργασίας ευνοεί ταχύτατες αντιδράσεις μεταξύ των επιφανειακών ρευστών με το υλικό των απορριμμάτων. Το γεωχημικό πρόγραμμα PHRΕEQC, με χρήση της βάσης δεδομένων MINTEQ, εφαρμόσθηκε για τη διερεύνηση της λειτουργίας του συστήματος «επιφανειακό διάλυμα - δευτερογενή ορυκτά», με την ανάπτυξη τριών διαφορετικών μοντέλων, «Άμεση Καθίζηση», «Ανάμιξη με Μετεωρικό Νερό» και «Εξάτμιση». Σε κάθε μοντέλο εξετάζεται ο μηχανισμός με τον οποίο βαρέα μέταλλα δεσμεύονται στο πλέγμα δευτερογενών ορυκτών, αλλά και αποδεσμεύονται/διαλυτοποιούνται μετά από διαλυτοποίηση μετασταθών φάσεων.The Kirki flotation plant is located approximately 5 km south of the Agios Filippos open pit mine (Thrace, NE Greece), and unconfined mill tailings are exposed to atmospheric conditions. Rain water accumulates on the surface of the tailings and interacts with the solids, resulting in highly acidic and oxidative surface solutions with increased heavy metal content. The tailings material is dominated by gangue minerals with very low acid buffering capacity, including quartz, kaolinite/dickite, pyrophyllite and minor orthoclase. Secondary phases identified include mainly species of the jarosite group, gypsum and anglesite. No primary ore minerals besides pyrite are identified. The finegrained character of the tailings material favors fast reactions between the surface waters and the solids. The speciation/mass transfer computer code PHREEQC-2 and the MINTEQ database were employed for geochemical modeling of the acidic surface waters of the tailings dams T1 and T2. Three different scenarios were employed, “Direct Precipitation”, “Mixing with Rainwater” and “Evaporation” to check the equilibrium between the developed surface solutions and the secondary minerals identified in the tailings. The purpose of this work is to understand the way heavy metals may be locked to the lattice of secondary minerals, or dispersed/dissolved after dissolution of unstable secondary phases

GEOCHEMICAL MODELING OF ABANDONED SULFIDIC FLOTATION MILL TAILINGS: THE CASE OF KIRKI, NE GREECE

Το εργοστάσιο εμπλουτισμού της Κίρκης εντοπίζεται περίπου 5 km νότια του μεταλλείου του Αγίου Φιλίππου. Τα απορρίμματα της επεξεργασίας του μεταλλεύματος είναι εκτεθειμένα στις ατμοσφαιρικές συνθήκες, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση μετεωρικού νερού στην επιφάνειά τους. Τα επιφανειακά ρευστά αλληλεπιδρούν με το λεπτόκοκκο υλικό με υψηλό φορτίο βαρέων μετάλλων, με τελικό αποτέλεσμα τη δημιουργία όξινων και οξειδωτικών διαλυμάτων με υψηλό φορτίο μετάλλων στην επιφάνεια των απορριμμάτων. Τα απορρίμματα της επεξεργασίας αποτελούνται κυρίως από σύνδρομα ορυκτά της μεταλλοφορίας (χαλαζίας, δικίτης/καολινίτης, πυροφυλλίτης και άστριοι), ενώ τα κυριότερα δευτερογενή ορυκτά που εντοπίζονται αφορούν ορυκτά της ομάδας του γιαροσίτη, γύψο και αγκλεσίτη. Μοναδική πρωτογενής φάση της μεταλλοφορίας που εντοπίζεται στα απορρίμματα είναι ο σιδηροπυρίτης. Ο λεπτόκοκκος χαρακτήρας των απορριμμάτων της επεξεργασίας ευνοεί ταχύτατες αντιδράσεις μεταξύ των επιφανειακών ρευστών με το υλικό των απορριμμάτων. Το γεωχημικό πρόγραμμα PHRΕEQC, με χρήση της βάσης δεδομένων MINTEQ, εφαρμόσθηκε για τη διερεύνηση της λειτουργίας του συστήματος «επιφανειακό διάλυμα - δευτερογενή ορυκτά», με την ανάπτυξη τριών διαφορετικών μοντέλων, «Άμεση Καθίζηση», «Ανάμιξη με Μετεωρικό Νερό» και «Εξάτμιση». Σε κάθε μοντέλο εξετάζεται ο μηχανισμός με τον οποίο βαρέα μέταλλα δεσμεύονται στο πλέγμα δευτερογενών ορυκτών, αλλά και αποδεσμεύονται/διαλυτοποιούνται μετά από διαλυτοποίηση μετασταθών φάσεων.The Kirki flotation plant is located approximately 5 km south of the Agios Filippos open pit mine (Thrace, NE Greece), and unconfined mill tailings are exposed to atmospheric conditions. Rain water accumulates on the surface of the tailings and interacts with the solids, resulting in highly acidic and oxidative surface solutions with increased heavy metal content. The tailings material is dominated by gangue minerals with very low acid buffering capacity, including quartz, kaolinite/dickite, pyrophyllite and minor orthoclase. Secondary phases identified include mainly species of the jarosite group, gypsum and anglesite. No primary ore minerals besides pyrite are identified. The finegrained character of the tailings material favors fast reactions between the surface waters and the solids. The speciation/mass transfer computer code PHREEQC-2 and the MINTEQ database were employed for geochemical modeling of the acidic surface waters of the tailings dams T1 and T2. Three different scenarios were employed, “Direct Precipitation”, “Mixing with Rainwater” and “Evaporation” to check the equilibrium between the developed surface solutions and the secondary minerals identified in the tailings. The purpose of this work is to understand the way heavy metals may be locked to the lattice of secondary minerals, or dispersed/dissolved after dissolution of unstable secondary phases

Onset of entanglement

We have developed a theory of polymer entanglement using an extended Cahn-Hilliard functional, with two extra terms. One is a nonlocal attractive term, operating over mesoscales, which is interpreted as giving rise to entanglement, and the other a local repulsive term indicative of excluded volume interactions. We show how such a functional can be derived using notions from gauge theory. We go beyond the Gaussian approximation, to the one-loop level, to show that the system exhibits a crossover to a state of entanglement as the average chain length between points of entanglement decreases. This crossover is marked by critical slowing down, as the effective diffusion constant goes to zero. We have also computed the tensile modulus of the system, and we find a corresponding crossover to a regime of high modulus.Comment: 18 pages, with 4 figure

GEOCHEMICAL INVESTIGATION AND MODELLING OF AN ACID PIT LAKE FROM A HIGH SULFIDATION ORE DEPOSIT: KIRKI, NE GREECE

Open pit mining of a high sulfidation epithermal type deposit at Kirki (Thrace, NE Greece) resulted in the formation of an acid pit lake by infilling of the open cast by rain and drainage waters after mine closure. The acidic and oxidative pit lake waters show high concentrations of trace metals largely due to the high toxic metals content of the ore, the limited buffering capacity of host rocks and the direct exposure of the ore zone to weathering. The floor of the pit lake is covered by a finegrained mineral precipitate that comprises mainly detrital minerals, originating from erosion of the rocks exposed on the walls of the open pit. Secondary anglesite, several species of the jarosite-group, rozenite, melanterite, gypsum, bukovskyite, beaverite, scorodite and minor goethite are also detected. The mineral precipitate presents significant heavy metal content indicating effective removal of metals from the acidic waters. The speciation/mass transfer computer code PHREEQC-2 and the MINTEQ database were employed for geochemical modelling of the equilibrium between the acidic pit lake waters and the secondary phases of the mineral precipitate

Supergene alteration of a refractory epithermal gold mineralization: The Perama Hill deposit, NE Greece

Το κοίτασμα χρυσού του λόφου του Περάματος βρίσκεται περίπου 30 χλμ δυτικά-βορειοδυτικά της πόλης της Αλεξανδρούπολης και εντοπίζεται κατά μήκος μιας ΒΒΑ διεύθυνσης ρηξιγενούς ζώνης που καθορίζει το βορειοανατολικό όριο της τάφρου των Πετρωτών και η οποία φέρνει σε επαφή τους Καινοζωικούς ηφαιστειο-ιζηματογενείς σχηματισμούς της λεκάνης της Μαρώνειας με Μεσοζωικής ηλικίας μεταμορφωμένα πετρώματα της Περιροδοπικής. Το κοίτασμα φιλοξενείται σε ψαμμίτες που υπέρκεινται μιας ακολουθίας ανδεσιτικών λατυποπαγών, έχει σχήμα μανιταριού και εκτείνεται σε μήκος 750 m σε διεύθυνση Β-Ν και 300 m σε διεύθυνση Α-Δ. Το πάχος του κοιτάσματος κυμαίνεται από 15 έως 20 m στα άκρα, ενώ στο κέντρο φθάνει σε πάχος τα 125 m. Η μεταλλοφορία που φιλοξενείται στα ανδεσιτικά λατυποπαγή βρίσκεται υπό τεκτονικό έλεγχο, ενώ στον υπερκείμενο ψαμμίτη είναι κυρίως διάσπαρτη. Σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η μελέτη της επίδρασης των φαινομένων υπεργενετικής αλλοίωσης στην επιθερμική μεταλλοφορία και η αναγνώριση των φυσικοχημικών συνθηκών που επικράτησαν κατά την οξείδωσή της και τελικά στο σχηματισμό κόκκων ελεύθερου χρυσού. Συλλέχθηκαν δείγματα πυρήνων από 15 γεωτρήσεις κατά μήκος του άξονα Β-Ν του κοιτάσματος, μέχρι βάθους 262 m από την επιφάνεια. Τα δείγματα μελετήθηκαν με Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ανιχνευτή Διασποράς Ενέργειας, με Περιθλασιμετρία Ακτίνων-Χ και Οπτική Μικροσκοπία, για την αναγνώριση των υπογενετικών και υπεργενετικών ορυκτολογικών φάσεων. Ταυτόχρονα, γειτονικά του κοιτάσματος συλλέχθηκαν δείγματα επιφανειακών (ρέμματα) και υπεδαφικών υδάτων (πηγάδια) για μελέτη πιθανής επίδρασης σύγχρονων φαινομένων υπεργενετικής αλλοίωσης και υποβάθμισης της ποιότητας των απορρεόντων υδάτων. Τα αποτελέσματα των ορυκτολογικών και ιστολογικών μελετών έδειξαν ότι η ζώνη οξείδωσης του κοιτάσματος του λόφου του Περάματος ακολουθεί περίπου το όριο μεταξύ των υποκείμενων ανδεσιτικών λατυποπαγών και του υπερκείμενου ψαμμίτη. Στο κέντρο φθάνει σε βάθος περίπου 100 m από την επιφάνεια, ενώ στα άκρα κυμαίνεται μεταξύ 20 και 25 m. Η μελέτη δειγμάτων πυρήνων γεωτρήσεων από τον υπερκείμενο ψαμμίτη απέδειξε την παρουσία κόκκων ελεύθερου χρυσού με κυμαινόμενο περιεχόμενο σε άργυρο (1 έως και 3% κ.β.) και μέγεθος μεταξύ 1 και 10 μm. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις κόκκων χρυσού εντοπίζονται στο ανώτερο τμήμα του ψαμμίτη κοντά στην επιφάνεια και στο κατώτερο κοντά στη ζώνη μετάβασης με τα υποκείμενα ανδεσιτικά λατυποπαγή. Στο ανώτερο τμήμα της ζώνης οξείδωσης τα φαινόμενα υπεργενετικής αλλοίωσης είναι ιδιαίτερα έντονα. Τα μεταλλικά ορυκτά σιδηροπυρίτης και τενναντίτης είναι έντονα οξειδωμένα με κυριότερα τελικά προϊόντα τις δυσδιάλυτες φάσεις του Fe(III) γκαιτίτη και αιματίτη. Επίσης, το ανώτερο τμήμα της ζώνης οξείδωσης εμφανίζει έντονη έκπλυση βαρέων μετάλλων, όπως χαλκός και ψευδάργυρος. Ζώνες liesegang, ίχνη σιδηροπυρίτη και τενναντίτη, υψηλό φορτίο σε γκαιτίτη και αιματίτη ως εμποτισμοί με λεπτόκοκκο καολινίτη μεταξύ κλαστών χαλαζία και κόκκοι ελεύθερου χρυσού συνδεόμενοι με μάζες καολινίτη±γκαιτίτη αποτελούν τα  πιο κοινά ιστολογικά χαρακτηριστικά του ανώτερου τμήματος της ζώνης οξείδωσης, το οποίο στο κέντρο του κοιτάσματος φθάνει σε βάθη μέχρι και 45 m από την επιφάνεια. Κάτω από το ανώτερο, έντονα οξειδωμένο τμήμα, τα φαινόμενα οξείδωσης είναι σχετικά περιορισμένα. Κατά θέσεις, τα πρωτογενή μεταλλικά ορυκτά παραμένουν υγιή. Γκαιτίτης και αιματίτης εντοπίζονται κατά μήκος ρωγμών και σπασιμάτων του πυριτιωμένου ψαμμίτη. Τοπικά παρατηρούνται ψευδομορφώσεις γκαιτίτη κατά σιδηροπυρίτη, ενώ σε άλλες περιπτώσεις ο σιδηροπυρίτης αντικαθίσταται περιφερειακά από αλλοτριόμορφο γιαροσίτη. Ορυκτολογική μελέτη δειγμάτων πυρήνων γεωτρήσεων κοντά στη ζώνη μετάβασης μεταξύ του υπερκείμενου ψαμμίτη και των υποκείμενων ανδεσιτικών λατυποπαγών αποκάλυψε την παρουσία κόκκων ελεύθερου χρυσού μεταξύ κλαστών χαλαζία. Από την άλλη πλευρά, φαινόμενα υπεργενετικής αλλοίωσης δεν παρατηρήθηκαν στη δυσκατέργαστη μεταλλοφορία που φιλοξενείται στα υποκείμενα ανδεσιτικά λατυποπαγή, ενώ επίσης δεν εντοπίζονται κόκκοι ελεύθερου χρυσού. Τα επιφανειακά και υποεπιφανειακά ύδατα που συλλέχθηκαν γειτονικά του κοιτάσματος χαρακτηρίζονται ως όξινα με υψηλό φορτίο βαρέων μετάλλων. Η χαμηλή ποιότητα των υδάτων είναι αποτέλεσμα των συνεχιζόμενων φαινομένων υπεργενετικής αλλοίωσης που δρουν ακόμη και σήμερα στη διάσπαρτη μεταλλοφορία που φιλοξενείται στον ψαμμίτη. Ελαφρά όξινα και οξειδωτικά ρευστά κατεισδύουν μεταξύ των πόρων του ψαμμίτη και προσβάλλουν τη διάσπαρτη μεταλλοφορία, με τελικό αποτέλεσμα την πτώση της ποιότητας των υδάτων που αποστραγγίζουν τον ψαμμίτη του λόφου του Περάματος. Supergene alteration phenomena have affected the upper part of the Perama Hill epithermal mineralization hosted in the felsic sandstone (oxide sector). The very low acid buffering capacity of the porous sandstone combined with the disseminated character of pyrite and sulfosalts, resulted in extensive weathering. Goethite and hematite predominate in the upper part of the mineralized sandstone revealing pervasive oxidation and leaching of heavy metals. A transitional zone to the refractory sulfide mineralization is detected close to the underlying andesitic breccia. Free Au grains are identified in the upper, oxide sector of the deposit, with the highest Au grades being observed at the upper and lower part of the sandstone, the latter located close to the transition zone with the underlying andesitic breccia. Acid rock drainage identified in both surface and ground water samples in the vicinity of the Perama Hill epithermal deposit indicates active oxidation of the sulfide sector of the deposit

GEOCHEMICAL INVESTIGATION AND MODELLING OF AN ACID PIT LAKE FROM A HIGH SULFIDATION ORE DEPOSIT: KIRKI, NE GREECE

Open pit mining of a high sulfidation epithermal type deposit at Kirki (Thrace, NE Greece) resulted in the formation of an acid pit lake by infilling of the open cast by rain and drainage waters after mine closure. The acidic and oxidative pit lake waters show high concentrations of trace metals largely due to the high toxic metals content of the ore, the limited buffering capacity of host rocks and the direct exposure of the ore zone to weathering. The floor of the pit lake is covered by a finegrained mineral precipitate that comprises mainly detrital minerals, originating from erosion of the rocks exposed on the walls of the open pit. Secondary anglesite, several species of the jarosite-group, rozenite, melanterite, gypsum, bukovskyite, beaverite, scorodite and minor goethite are also detected. The mineral precipitate presents significant heavy metal content indicating effective removal of metals from the acidic waters. The speciation/mass transfer computer code PHREEQC-2 and the MINTEQ database were employed for geochemical modelling of the equilibrium between the acidic pit lake waters and the secondary phases of the mineral precipitate