Leachbility of heavy metals (Fe, Zn and Ni) from coal mine rocks

• Autorzy: Stępniewska Z. , Pytlak A. , Buk J. , Bojarczuk G.

Warianty tytułu

PL

Wypłukiwanie metali ciężkich (Fe, Zn i Ni) ze skał przywęglowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The majority of heat and energy delivered to Polish houses derive from coal combustion. The exploitation of underground resources is connected with excavation of huge quantities of metal-rich waste rocks. These metals may be released to the environment and contribute to the pollution of water and soil systems which is dangerous for biota and human health. The mobility and bioavailability of metals depend on their chemical form. In present work, we determined geochemical speciation of Fe, Ni and Zn in samples of waste rocks from five coal mines from both USCB and LCB. The most abundant metal in easily-extractable phases (water-soluble, exchangeable, acid-soluble) was Zn (MFZn = 24.4÷53.4) followed by Ni (MFNi = 5.1÷19.2) and Fe (MFFe = 0.2÷3.6). The mobility of Fe was similar in rocks originating from both coal basins (K-W, p = 0.2253), Ni was higher in LCB whereas Zn in USCB rocks (K-W, p < 0.05). It was also found that during first years of storage and exposure to natural weathering, only a small portion of metals was released to the environment as the total concentrations and fractionation of Fe, Ni and Zn were similar in fresh and weathered coal waste rocks from Wesola and Murcki coal mines, up to 3 and 15 years of weathering, respectively.

PL

Większość ciepła i energii dostarczanej do polskich domostw pochodzi ze spalania węgla kamiennego. Podziemna eksploatacja tego surowca związana jest z wydobyciem na powierzchnię dużych ilości bogatych w metale skał przywęglowych. Metale te mogą zostać uwolnione do środowiska, przyczyniając się tym samym do zanieczyszczenia gleby i wody, które jest niebezpieczne dla organizmów żywych i zdrowia ludzi. Mobilność i biodostępność metali zależy od ich chemicznej postaci. W bieżącej pracy przedstawiono wyniki geochemicznej specjacji Fe, Ni oraz Zn w próbkach odpadowych skał przywęglowych z pięciu kopalni GZW i LZW. Wykazano, że w łatwo wypłukiwanej formie (wodno-rozpuszczalnej, wymiennej, kwaso-rozpuszczalnej) największe stężenia osiągał Zn (MFZn = 24,4÷53,4), następnie Ni (MFNi = 5,1÷19,2) i Fe (MFFe = 0,2÷3,6). Mobilność Fe była porównywalna w skałach pochodzących z obu Zagłębi (K-W, p = 0,2253), Ni większa z LCB, natomiast Zn z USCB (K-W, p < 0,05). Przeprowadzone badania wskazują, że przez pierwsze lata składowania jedynie niewielka część metali zostaje uwolniona do środowiska, ponieważ zarówno stężenia całkowite, jak i specjacja Fe, Ni i Zn były podobne w świeżych i zwietrzałych skałach kopalni Wesoła i Murcki (odpowiednio do 3 i 15 lat wietrzenia).

Słowa kluczowe

EN

waste rocks; heavy metal; geochemical speciation

PL

skały odpadowe; metale ciężkie; geochemiczna specjacja

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 4, No. 2
• Strony: 279--284
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stępniewska Z.

• The John Paul II Catholic University of Lublin, al. Kraśnicka 102, 20-718 Lublin, tel. [phone]

autor

Pytlak A.

• The John Paul II Catholic University of Lublin, al. Kraśnicka 102, 20-718 Lublin, tel. [phone]

autor

Buk J.

• The John Paul II Catholic University of Lublin, al. Kraśnicka 102, 20-718 Lublin, tel. [phone]

autor

Bojarczuk G.

• The John Paul II Catholic University of Lublin, al. Kraśnicka 102, 20-718 Lublin, tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Żmijewski K. and Kassenberg A.: The energy sector in Poland in context of EU Energy Policy. Institute for Sustainable Development. A Paper Prepared for the Friedrich-Ebert-Stiftung (Fes), Warsaw 2007. http://www.feswar.org.pl/pdf_doc/ENERGY_SECTOR_IN_POLAND.pdf (accessed on 24.05.2008).
• [2] Raport o stanie środowiska województwa śląskiego w 2007 roku. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Katowice 2008.
• [3] Raport o stanie środowiska województwa lubelskiego w 2007 roku. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Lublin 2008.
• [4] Singer P. and Stumm W.: Acidic mine drainage: the rate-determining step. Science, 1970, 167, 1121-1123.
• [5] Ledin M. and Pedersen K.: The environmental impact of mine wastes - Roles of microorganisms and their significance in treatment of mine wastes. Earth Sci. Rev., 1996, 41, 67-108.
• [6] Dang Z., Liu C. and Haigh M.: Mobility of heavy metals associated with the natural weathering of coal mine soils. Environ. Pollut., 2002, 118, 419-426.
• [7] Szczepańska J. and Twardowska I.: Distribution and environmental impact of coal-mining wastes in Upper Silesia, Poland. Int. J. Geosci., 1999, 38, 249-258.
• [8] Razo I., Carrizales L., Castro J., Díaz-Barriga F. and Monroy M.: Arsenic and heavy metal pollution of soil, water and sediment in a semi-arid climate mining area in Mexico. Water, Air Soil Pollut., 2004, 152, 129-152.
• [9] El-Khalil H., El-Hamiani O., Bitton G., Ouazzani N. and Boularbah A.: Heavy metal contamination from mining sites in South Morocco: Monitoring metal content and toxicity of soil runoff and groundwater. Environ. Monit. Assess., 2008, 136, 147-160.
• [10] Tan X., Kagiampakis I., Surovtsev I., Demeler B. and Lindahl P.: Nickel-dependent oligomerization of the alpha subunit of acetyl-coenzyme a synthase/carbon monoxide dehydrogenase. Biochemistry, 2007, 46(41), 11606-11613.
• [11] Luo Y., Jiang X., Wu L., Song J., Wu J., Lu R. and Christie P.: Accumulation and chemical fractionation of Cu in a paddy soil irrigated with Cu-rich wastewater. Geoderma, 2003, 115, 113-120.
• [12] Alva A., Huang B. and Paramasivam S.: Soil pH affects copper fractionation and phytotoxicity. Soil Sci. Soc. Amer. J., 2000, 64, 955-962.
• [13] Tessier A., Campbell P. and Bisson M.: Sequential extraction procedure for the speciation of particulate tracemetals. Anal. Chem., 1979, 51, 851-884.
• [14] Iyenger S., Martens D.C. and Miller W.P.: Distribution and plant availability of soil zinc. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1981, 45, 735-739.
• [15] Prasad M., Ramanathan A., Shrivastav S., Saxena A. and Saxena R.: Metal fractionation studies in surfacial and core sediments in the Achankovil River Basin in India. Environ. Monit. Assess., 2006, 121(1-3), 77-102.
• [16] Yu S., He Z., Huang C., Chen G. and Calvert D.: Copper fractionation and extractabilityin two contaminated variable charge soils. Geoderma, 2004, 123, 163-175.
• [17] Salbu B., Krekling T. and Oughton D.: Characterisation of radioactive particles in the environment. Analyst, 1998, 123, 843-849.
• [18] Narwal R., Singh B. and Salbu B.: Association of cadmium, zinc, copper, and nickel with components in naturally metal rich soils studied by parallel and sequential extractions. Commun. Soil Sci. Plant Anal., 1999, 30, 1209-1230.
• [19] Kabala C. and Singh B.: Fractionation and mobility of copper, lead, and zinc in soil profiles in the vicinity of a copper smelter. J. Environ. Qual., 2001, 30, 485-492.