Wymywalność rtęci z węgli kamiennych i odpadów wydobywczych

• Autorzy: Klojzy-Karczmarczyk Beata , Mazurek Janusz

Identyfikatory

DOI

10.24425/znigsme.2019.128671

Warianty tytułu

EN

The leaching of mercury from hard coal and extractive waste

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem badań jest określenie zawartości rtęci w węglach kamiennych, losowo pobranych z GZW oraz w produktach ubocznych wydobycia węgla (odpady wydobywcze świeże), czyli kruszywach i mułach węgla kamiennego, a także odpadach górniczych ze zwałowiska Siersza (odpady zwietrzałe). Do analizy przeznaczono 34 próbki. Określono zawartość całkowitą rtęci oraz wielkość wymywania rtęci z próbek stałych. Obliczono ponadto udział formy wymywalnej w całkowitej zawartości pierwiastka, czyli poziom uwalniania rtęci z materiału (poziom wymycia). Badania wielkości wymywania rtęci określono metodą statyczną z zastosowaniem testu wymywalności 1:10. Najwyższą możliwością wymywania rtęci charakteryzują się odpady zwietrzałe ze zwałowiska Siersza i nieco niższą analizowane węgle kamienne z Górnośląskiego Z agłębia Węglowego (GZW). Dla próbek węgla kamiennego zawartość rtęci całkowitej kształtuje się w granicach 0,0275–0,1236 mg/kg. Natomiast wielkość wymywania rtęci z próbek węgli kształtuje się na poziomie 0,0008−0,0077 mg/kg. Odpady świeże typu kruszywa charakteryzują się wyższą zawartością rtęci całkowitej we frakcji najdrobniejszej 0-6 mm w granicach 0,1377−0,6107 mg/kg i zdecydowanie niższą we frakcji 80–120 mm w granicach 0,0508−0,1274 mg/kg. Wielkość wymywania jest porównywalna w obydwu frakcjach i kształtuje się na poziomie 0,0008−0,0057 mg/kg. Muły węglowe charakteryzują się zawartością rtęci całkowitej na poziomie 0,0937−0,2047 mg/kg. Obserwuje się także niskie wartości wymywania na poziomie 0,0014−0,0074 mg/kg. Odpady górnicze zwietrzałe charakteryzują się zawartością całkowitą rtęci w granicach 0,0622−0,2987 mg/kg. Obserwuje się jednak zdecydowanie wyższe wartości wymywania z odpadów zwietrzałych niż z odpadów wydobywczych świeżych. Wielkość ta kształtuje się na poziomie 0,0058−0,0165 mg/kg. W węglach kamiennych pobranych z GZW poziom wymycia kształtuje się na średnim poziomie 4,7%. Odpady wydobywcze charakteryzują się dużą zmiennością udziału formy wymywalnej rtęci a różnice wynikają z czasu sezonowania próbek. Odpady czy materiały uboczne produkcji węgla kamiennego typu kruszywa oraz muły węglowe wykazują udział formy wymywalnej rtęci na średnim poziomie 1,7%. W odpadach zwietrzałych udział formy wymywalnej zdecydowanie wzrasta do 7,3%. Charakterystyka wymywania jest zróżnicowana dla różnych grup badanego materiału. Podstawowe znaczenie a wykazane w pracy, mają czynniki takie jak rodzaj i pochodzenie próbek, ich skład granulometryczny oraz czas sezonowania materiału.

EN

The aim of the study is to determine the mercury content in hard coal, randomly taken from the U SCB and in by-products of hard coal mining (fresh mining waste), i.e. aggregates (gangue) and hard coal sludge and mining waste from the Siersza dump (weathered waste). The 34 samples were intended for analysis. The total mercury content and the amount of mercury leaching from solid samples was determined. The percentage of the leaching form in the total element content, i.e. the level of mercury release from the material (leaching level), was also calculated. The amount of mercury leaching was determined by a static method using a batch test 1:10. The highest possibility of leaching mercury is characterized by weathered waste from the Siersza dump and slightly lower analyzed hard coal from the U pper Silesian Coal Basin (USCB). For hard coal samples, the total mercury content is between 0.0275–0.1236 mg/kg. However, the amount of mercury leaching from coal samples is 0.0008–0.0077 mg/kg. The aggregate is characterized by a higher total mercury content in the finest fraction 0–6 mm, within 0.1377–0.6107 mg/kg and much lower in the 80-120 mm fraction, within 0.0508– –0.1274 mg/kg. The amount of elution is comparable in both fractions and amounts to 0.0008–0.0057 mg/kg. Coal sludge has a total mercury content of 0.0937–0.2047 mg/kg. L ow leaching values of 0.0014–0.0074 mg/ kg are also observed. Weathered mining waste has a total mercury content of 0.0622–0.2987 mg/kg. However, leaching values from weathered waste are much higher than from fresh mining waste. This value is 0.0058– –0.0165 mg/kg. In the hard coal extracted from U SCB, the leaching level is 4.7% on average. Mining waste is characterized by a large variation in the proportion of mercury leaching form and the differences result from the seasoning time of the samples. Waste or by-products of hard coal production, such as aggregates and coal sludge, show a mercury washout form at an average level of 1.7%. The proportion of leachable form in weathered waste increased strongly to 7.3%. Elution characteristics vary for different groups of materials tested. Factors such as the type and origin of samples, their granulometric composition and the seasoning time of the material are of fundamental importance and demonstrated in the work.

Słowa kluczowe

PL

rtęć; zawartość całkowita; wymywanie; węgiel kamienny; skała płonna (kruszywa); muły węgla kamiennego

EN

mercury; total content; leaching; hard coal; gangue (aggregates); hard coal sludge

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 108
• Strony: 141--153
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Klojzy-Karczmarczyk Beata

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Mazurek Janusz

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

Bibliografia

• 1. Białecka, B. i Pyka, I., red. 2016. Rtęć w polskim węglu kamiennym do celów energetycznych i w produktach jego przeróbki. Główny Instytut Górnictwa.
• 2. Bielowicz, B. i Misiak, J. 2016. Siarczki w pokładach węgla kamiennego warstw orzeskich s.s. serii mułowcowej (westfal B) we wschodniej części GZW. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 32(3), s. 23–38.
• 3. Bojakowska, I. i Sokołowska, G. 2001. Rtęć w kopalniach wydobywanych w Polsce jako potencjalne źródło zanieczyszczenia środowiska. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 394, s. 5–54.
• 4. Boszke i in. 2003 – Boszke, L., Kowalski, A., Głosińska, G., Szarek, R. i Siepak, J. 2003. Environmental factors affecting speciation of mercury in the bottom sediments: an overview. Polish Journal of Environmental Studies 12(1), s. 5–13.
• 5. Bzowski, Z. i Dawidowski, A. 2013. Monitoring właściwości fizykochemicznych odpadów wydobywczych pochodzących z kopalni węgla kamiennego LW „Bogdanka”. Zeszyty Naukowe nr 149 Uniwersytetu Zielonogórskiego, Inżynieria środowiska nr 29, s. 87–96.
• 6. Chmielniak i in. 2012 – Chmielniak, T., Misztal, E., Kmieć, M. i Mazurek, I. 2012. Rtęć w węglach stosowanych w polskim sektorze energetycznym. Karbo nr 3, s. 154–163.
• 7. Dai i in. 2006 – Dai, S., Ren, D., Chou, C.-L., Li, S. i Jiang, Y. 2006. Mineralogy and geochemistry of the No. 6Coal (Pennsylvanian) in the Junger Coalfield, Ordos Basin, China. International Journal of Coal Geology 66, s. 253–270.
• 8. Diehl i in. 2004 – Diehl, S.F., Goldhaber, M.B. i Hatch, J.R., 2004. Modes of occurrence of mercury and other trace elements in coals from the warrior field, Black Warrior Basin, Northwestern Albabama. International Journal of Coal Geology 59, s. 193–208.
• 9. Dziok i in. 2014 – Dziok, T., Strugała, A., Rozwadowski, A., Górecki, J. i Ziomber, Z. 2014. Zmiany zawartości rtęci w węglu kamiennym w procesie jego wzbogacania. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 17(4), s. 277–288.
• 10. Dziok i in. 2015 – Dziok, T., Strugała, A., Rozwadowski, A., Macherzyński, M. i Ziomber, S. 2015. Rtęć w odpadach z procesu wzbogacania węgli kamiennych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 31(1), s. 107–122.
• 11. Głodek, A. i Pacyna, J.M. 2007. Możliwości redukcji emisji rtęci ze spalania węgla. Ochrona Powietrza i Problemy Odpadów 4(2), s. 53–63.
• 12. Klojzy-Karczmarczyk, B. i Mazurek, J. 2017. Zanieczyszczenie metalami ciężkimi przypowierzchniowych warstw gruntu w otoczeniu południowej obwodnicy Krakowa. Przegląd Geologiczny 65(11/2), s. 1296–1300.
• 13. Klojzy-Karczmarczyk i in. 2016a – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J. i Paw, K. 2016a. Możliwości zagospodarowania kruszyw i odpadów wydobywczych górnictwa węgla kamiennego ZG Janina w procesach rekultywacji wyrobisk odkrywkowych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 32(3), s. 111–134.
• 14. Klojzy-Karczmarczyk i in. 2016b – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J., Staszczak, J. 2016b. Analiza jakości odpadów z nieczynnej hałdy górnictwa węgla kamiennego w odniesieniu do wymagań stawianych odpadom wydobywczym obojętnym. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN nr 95, s. 227–242.
• 15. Klojzy-Karczmarczyk, B. 2016. Szacowanie opóźnienia migracji rtęci w gruntach piaszczystych z okolic Krakowa na podstawie testów statycznych. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection) 18, s. 743–758.
• 16. Klojzy-Karczmarczyk, B. 2017. Mercury in grain size fractions of aggregates and extractive waste from hard coal mining. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 33, Issue 4, s. 107–124.
• 17. Klojzy-Karczmarczyk, B. i Mazurek, J. 2005. Rtęć w strefie aeracji otoczenia drogi krajowej 79 na odcinku Chrzanów – Kraków. Współczesne Problemy Hydrogeologii T. XII, s. 337–344.
• 18. Klojzy-Karczmarczyk, B. i Mazurek, J. 2013. Studies of mercury content in selected coal seamsof the Upper Silesian Coal Basin. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 29(4), s. 95–106.
• 19. Klojzy-Karczmarczyk, B. i Mazurek, J. 2014. Badania zawartości rtęci i siarki w odpadach z obszaru nieczynnej hałdy odpadów górnictwa węgla kamiennego. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 17(4), s. 289–302.
• 20. Klojzy-Karczmarczyk, B. i Mazurek, J. 2015. Zawartość rtęci w osadach dennych rzek Rudawa i Prądnik. Przegląd Geologiczny 63(10/1), s. 820–824.
• 21. Klojzy-Karczmarczyk, B. i Mazurek, J. 2019. Wielkość wymywania rtęci z próbek gruntów i odpadów różnego pochodzenia. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego nr 475 (w druku).
• 22. Król, A. 2011. Problems of assessment of heavy metals leaching from construction materials to the environment. Architecture Civil Engineering Environment 3, s. 71–76.
• 23. Macioszczyk, A. i Dobrzyński, D. 2002. Hydrogeochemia aktywnej wymiany wód podziemnych. Warszawa: Wyd. Nauk. PWN.
• 24. Michalska, A. i Białecka, B., 2012. Zawartość rtęci w węglu i odpadach górniczych. Prace Naukowe GIG – Górnictwo i Środowisko Nr 3/12, s. 73–87.
• 25. Mizerna K. i Król, A., 2015. Wpływ wybranych czynników na wymywalność metali ciężkich z odpadu hutniczego. Inżynieria Ekologiczna 43, s. 1–6.
• 26. Okońska i in. 2013 – Okońska, A., Uruski, Ł., Górecki, J. i Gołaś, J. 2013. Metodyka oznaczania zawartości rtęci całkowitej w węglach energetycznych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 29(2), s. 39–50.
• 27. Polska Norma PN-EN 12457-2:2006 – Charakteryzowanie odpadów. Wymywanie. Badanie zgodności w odniesieniu do wymywania ziarnistych materiałów odpadowych i osadów. Część 2: Jednostopniowe badanie porcjowe przy stosunku cieczy do fazy stałej 10 l/kg w przypadku materiałów o wielkości cząstek poniżej 4 mm (bez redukcji lub z redukcją wielkości).
• 28. Rosik-Dulewska, C. i Karwaczyńska, U. 2008. Metody ługowania zanieczyszczeń z odpadów mineralnych w aspekcie ich zastosowania w budownictwie hydrotechnicznym. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection) T. 10, s. 205–219.
• 29. Rozporządzenie 2011 – Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie kryteriów zaliczania odpadów wydobywczych do odpadów obojętnych (Dz.U. z 2011r. Nr175, poz. 1048).
• 30. Rozporządzenie 2015 – Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach (Dz.U. z 2015 r. 1277).
• 31. Vitková i in. 2009 – Vitková, M., Ettler, V., Šebek, O., Mihaljevič, M., Grygar, T. i Rohovec, J. 2009 . The pH-dependent leaching of inorganic contaminants from secondary lead smelter fly ash. Journal of Hazardous Materials 167, s. 427–433.
• 32. Wichliński i in. 2016 – Wichliński, M., Kobyłecki, R. i Bis, Z. 2016. Badania zawartości rtęci w mułach węglowych. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 19(4), s. 115–124.
• 33. Witczak, S. i Adamczyk, A.F. 1995. Katalog wybranych fizycznych i chemicznych wskaźników zanieczyszczeń wód podziemnych i metod ich oznaczania, t. II. Warszawa: Biblioteka Monitoringu Środowiska.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).