Mercury in grain size fractions of aggregates and extractive waste from hard coal mining

• Autorzy: Klojzy-Karczmarczyk B.

Identyfikatory

DOI

10.1515/gospo-2017-0048

Warianty tytułu

PL

Rtęć we frakcjach ziarnowych kruszyw i odpadów wydobywczych górnictwa węgla kamiennego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Hard coal production is closely linked to the generation of significant quantities of extractive waste that require further use, in practice recognized as waste or as a raw material. It is therefore important to seek further or improve existing methods of waste material management. Studies conducted in earlier works have shown that it is possible to obtain a low-sulfur grain size fraction (grain class) so that it can be used in excavations requiring reclamation by filling. The purpose of the research presented in this paper is to determine the mercury content in hard coal mining by-products. The presence of mercury in the waste material is known and documented in the literature. However, the level of the content of this element in aggregates or wastes is important. This paper presents the problem of determining the minimum size of rock fractions meeting the specified limits for mercury content above which the material can be considered as safe are used to fill post-mining excavations. The total mercury content was determined using the classical atomic absorption method for all the collected and isolated samples (Altec AMA-254 analyzer). The total mercury content of the samples in the analytical state (Hg^a) was determined. Laboratory research included waste material directly from production (mining and processing of rock) from the one of the hard coal mine USCB. Coal sludge (silt) (after dewatering on filter presses) and 13 aggregates samples were analyzed, and then separated into 15 grain size fractions. The mercury determination method used in the study allowed its content in the range of 0.0568 to 0.0787 mg/kg, on an average mean of 0.0649 mg/kg (average moisture of the samples – 4.3%). On the other hand, the total mercury content of all the fractions extracted from 13 samples of aggregates showed a high variability in the content of this element, with a noticeable tendency of decreasing mercury content along with the increase in grain size. [...]

PL

Wydobycie węgla kamiennego jest ściśle związane z wytwarzaniem znaczących ilości odpadów wydobywczych, wymagających dalszego wykorzystania, uznanych w praktyce za odpad lub jako surowiec. Istotne jest zatem poszukiwanie kolejnych lub doskonalenie już istniejących metod zagospodarowywania materiału odpadowego. Badania przeprowadzone we wcześniejszych pracach wykazały, że istnieje możliwość uzyskania frakcji ziarnowej (klasy ziarnowej) o niskiej zawartości siarki, tak aby możliwe było zagospodarowanie jej w wyrobiskach wymagających rekultywacji poprzez wypełnienie. Celem badań przedstawionych w prezentowanej pracy jest natomiast określenie zawartości rtęci w produktach ubocznych wydobycia węgla kamiennego. Występowanie rtęci w materiale odpadowym jest znane i udokumentowane w literaturze. Istotny jest jednak poziom zawartości tego pierwiastka w kruszywach czy odpadach. W prezentowanej pracy określono wymiary minimalne dla frakcji materiału skalnego spełniającej określone wartości graniczne pod kątem zawartości rtęci, powyżej której materiał można uznać za bezpieczny, jako kruszywo przeznaczone do wypełnienia wyrobisk poeksploatacyjnych. Dla wszystkich pobranych i wydzielonych próbek oznaczono zawartość całkowitą rtęci z zastosowaniem klasycznej metody absorpcji atomowej (analizator AMA-254 firmy Altec). Oznaczano zawartość rtęci całkowitej w próbkach w stanie analitycznym (Hg^a). Badaniami laboratoryjnymi objęto materiał odpadowy bezpośrednio z produkcji (wydobycia i przerobu materiału skalnego) z jednej z kopalń węgla kamiennego GZW. Analizie poddano muły węglowe (po odwadnianiu na prasach filtracyjnych) oraz łącznie 13 prób kruszywa, po czym rozdzielono je na 15 frakcji ziarnowych. Zastosowana w pracy metoda oznaczania rtęci pozwoliła na wykazanie jej zawartości w mułach węglowych na poziomie od 0,0568 do 0,0787 mg/kg, średnio przyjmując wartość 0,0649 mg/kg (średnia wilgotność próbek 4,3%). Natomiast analiza zawartości całkowitej rtęci we wszystkich frakcjach wydzielonych z pobranych 13 prób kruszyw wykazała wysokie zróżnicowanie zawartości tego pierwiastka, przy czym zaobserwowano zdecydowaną tendencję zmniejszania zawartości rtęci wraz ze wzrostem wielkości ziaren. [...]

Słowa kluczowe

EN

hard coal mining; extractive waste; coal sludge; grain size fractions; total mercury

PL

górnictwo węgla kamiennego; odpady wydobywcze; kruszywa wydobywcze; muły węglowe; frakcje ziarnowe; rtęć całkowita

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 33, z. 4
• Strony: 108--123
• Opis fizyczny: Bibliogr. 53 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Klojzy-Karczmarczyk B.

• Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Aleksa et al. 2007 – Aleksa, H., Dyduch, F. and Wierzchowski, K. 2007. Chlor i rtęć w węglu i możliwości ich obniżenia metodami przeróbki mechanicznej. Górnictwo i Geoinżynieria Rok 31, z. 3/1, pp. 35–47 (in Polish).
• [2] Antoszczyszyn, T. and Michalska, A. 2016. The potential risk of environmental contamination by mercury contained in Polish coal mining waste. Journal of Sustainable Mining Vol. 15, Issue 4, pp. 191–196.
• [3] Bielowicz, B. and 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 Vol. 32, Issue 3, pp. 23–38 (in Polish).
• [4] Bojakowska, I. and Sokołowska, G. 2001. Rtęć w kopalniach wydobywanych w Polsce jako potencjalne źródło zanieczyszczenia środowiska. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego Vol. 394, pp. 5–54 (in Polish).
• [5] Bzowski, Z. and Dawidowski, A. 2013. Monitoring właściwości fizykochemicznych odpadów wydobywczych pochodzących z kopalni węgla kamiennego LW „Bogdanka”. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Zielonogórskiego No 149, Inżynieria środowiska No 29, pp. 87–96 (in Polish).
• [6] Chmielniak et al. 2012 – Chmielniak, T., Misztal, E., Kmieć, M. and Mazurek, I. 2012. Rtęć w węglach stosowanych w polskim sektorze energetycznym. Wydawnictwo Górnicze Karbo No 3, pp. 154–163 (in Polish).
• [7] Chmielniak, T. and Łukowicz, H. 2012. Wysoko sprawne „zero-emisyjne” bloki węglowe zintegrowane z wychwytem CO2 ze spalin. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 15, Issue 3, pp. 91–106 (in Polish).
• [8] Dai et al. 2006 – Dai, S., Ren, D., Chou, C.-L., Li, S. and Jiang, Y. 2006. Mineralogy and geochemistry of the No. 6 Coal (Pennsylvanian) in the Junger Coalfield, Ordos Basin, China. International Journal of Coal Geology Vol. 66, pp. 253–270.
• [9] Diehl et al. 2004 – Diehl, S.F., Goldhaber, M.B. and 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 Vol. 59, pp. 193–208.
• [10] Dubiński, J. and Turek, M. 2012. Szanse i zagrożenia rozwoju górnictwa węgla kamiennego w Polsce. Wiadomości Górnicze No 11, pp. 626–633 (in Polish).
• [11] Dziok et al. 2014 – Dziok, T., Strugała, A., Rozwadowski, A., Górecki, J. and Ziomber, Z. 2014. Zmiany zawartości rtęci w węglu kamiennym w procesie jego wzbogacania. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal, Vol. 17, Issue 4, pp. 277–288 (in Polish).
• [12] Dziok et al. 2015 – Dziok, T., Strugała, A., Rozwadowski, A., Macherzyński, M. and Ziomber, S. 2015 – Rtęć w odpadach z procesu wzbogacania węgli kamiennych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management Vol. 31, Issue 1, pp. 107–122 (in Polish).
• [13] Dziok, T. and Strugała, A. 2017. Method selection for mercury removal from hard coal. E3S Web of Conferences, 14, 02007. [Online] Available at: e3s-conferences.org [Accessed: 3.10.2017].
• [14] Feliks, J. 2012. Performance tests of waste coal sludge granulation. Polish Journal of Environmental Studies Vol. 21, No. 5A, pp. 69–72.
• [15] Galos, K. and Szlugaj, J. 2010. Skały przywęglowe w górnictwie węgla kamiennego – odpady czy kopaliny towarzyszące? Górnictwo Odkrywkowe Vol. 51, No 2, pp. 25–31 (in Polish).
• [16] Galos, K. and Szlugaj, J. 2014. Management of hard coal mining and processing wastes in Poland. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management Vol. 30, Issue 4, pp. 51–61.
• [17] Gawlik, L. red. 2013. Węgiel dla polskiej energetyki w perspektywie 2050 roku – analizy scenariuszowe. Górnicza Izba Przemysłowo-Handlowa. Katowice: Wyd. IGSMiE PAN, 300 pp. (in Polish).
• [18] Grudziński, Z. 2012. Konkurencyjność paliw w wytwarzaniu energii elektrycznej. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal, Vol. 16, Issue 4, pp. 87–105 (in Polish).
• [19] Grudziński, Z. and Stala-Szlugaj, K. 2015. Wpływ emisji CO2 na koszty produkcji energii elektrycznej z węgla kamiennego. Annual Set The Environment Protection – Rocznik Ochrona Środowiska Vol. 17, pp. 1389–1402 (in Polish).
• [20] Hławiczka et al. 2001 – Hławiczka, S., Kubica, K., Zielonka, U. and Wilkosz, K. 2001. Właściwości emisji pyłu i metali ciężkich w procesie spalania węgla w paleniskach domowych. Archiwum Ochrony Środowiska Vol. 27, No. 2, pp. 29–45 (in Polish).
• [21] Jabłońska-Czapla et al. 2014 – Jabłońska-Czapla, M., Szopa, S. and Rosik-Dulewska, C. 2014. Impact of mining dump on the accumulation and mobility of metals in the Bytomka River sediments. Archives of Environmental Protection Vol. 40, Issue 2, pp. 3–19.
• [22] Jabłońska-Czapla et al. 2015 – Jabłońska-Czapla, M., Rosik-Dulewska, C., Szopa, S. and Zerzucha, P. 2015. Research into the metal/metalloid movements in soil and groundwater in the areas surrounding the coal waste dump Hałda Ruda (Upper Silesia, Poland). Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection), Vol. 17, pp. 367–395.
• [23] Journal of Laws of 2002, No. 165, item 1359. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 roku w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi (in Polish).
• [24] Journal of Laws of 2011, No 175, item 1048. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 15 lipca 2011r. w sprawie kryteriów zaliczania odpadów wydobywczych do odpadów obojętnych (in Polish).
• [25] Journal of Laws of 2016, item 1395. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 września 2016 r. w sprawie sposobu prowadzenia oceny zanieczyszczenia powierzchni ziemi (in Polish).
• [26] Kaliski et al. 2014 – Kaliski, M., Sikora, A.P. and Szurlej, A. 2014. Węgiel kamienny w polityce energetycznej Polski. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 17, Issue 3, pp. 7–18 (in Polish).
• [27] Kicińska, A. 2017. Health risk assessment related to an effect of sample size fractions – methodological remarks. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. DOI: 10.1007/s00477-017-1496-7.
• [28] Klojzy-Karczmarczyk, B. 2014. Zmienność zawartości rtęci w poszczególnych frakcjach gruntów z otoczenia odcinka obwodnicy Krakowa. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection) Vol. 16, pp. 363–375 (in Polish).
• [29] Klojzy-Karczmarczyk, B. and Mazurek, J. 2013. Studies of mercury content in selected coal seams of the Upper Silesian Coal Basin. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management Vol. 29, Issue 4, pp. 95–106.
• [30] Klojzy-Karczmarczyk, B. and Mazurek, J. 2014. Badania zawartości rtęci i siarki w odpadach z obszaru nieczynnej hałdy odpadów górnictwa węgla kamiennego. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 17, Issue 4, pp. 289–302 (in Polish).
• [31] Klojzy-Karczmarczyk et al. 2016a – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J. and Paw, K. 2016. Możliwości zagospodarowania kruszyw i odpadów wydobywczych górnictwa węgla kamiennego ZG Janina w procesach rekultywacji wyrobisk odkrywkowych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management Vol. 32, Issue 3, pp. 111–134 (in Polish).
• [32] Klojzy-Karczmarczyk et al. 2016b – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J., Staszczak, J., Mucha, J. and Paw, K. 2016. Ocena możliwości rekultywacji odkrywkowych wyrobisk poeksploatacyjnych z wykorzystaniem kruszyw ze skał towarzyszących pokładom węgla kamiennego na przykładzie ZG Janina. Górnictwo Odkrywkowe No. 5, pp. 23–33 (in Polish).
• [33] Klojzy-Karczmarczyk et al. 2016c – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J. and Mucha, J. 2016. Sulfur as a parameter in the suitability assessment of gangue from coal mining for reclamation of opencast excavation, taking into the requirements regarding protection of the soil. E3S Web of Conferences 10, 00036. [Online] Available at: e3s-conferences.org [Accessed: 3.10.2017].
• [34] Klojzy-Karczmarczyk et al. 2016d – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J. and Staszczak, J. 2016. Analiza jakości odpadów z nieczynnej hałdy górnictwa węgla kamiennego w odniesieniu do wymagań stawianych odpadom wydobywczym obojętnym. Zeszyty Naukowe – Bulletin of the Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences Issue 95, pp. 227–242 (in Polish).
• [35] Kosa, B. and Kicińska, A. 2016. Coal from the waste disposal site of the Siersza mine (Trzebinia, Poland) and its properties as a possible alternative fuel. E3S Web of Conferences 10, 00039. [Online] Available at: e3s-conferences. org [Accessed: 3.10.2017].
• [36] Kowalik M. and Zajemska M. 2013. Spalanie węgla kamiennego w powietrzu wzbogaconym tlenem a zanieczyszczenia. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal, Vol. 16, Issue 2, pp. 85–101 (in Polish).
• [37] Lorenz, U. 2005. Skutki spalania węgla kamiennego dla środowiska przyrodniczego i możliwości ich ograniczania. Szkoła Eksploatacji Podziemnej. Sympozja i Konferencje No. 64, publisher MEERI PAS, pp. 97–112 (in Polish).
• [38] Malczyk, P. and Długosz, L. 2009. Zmienność przestrzenna całkowitej zawartości rtęci w poziomie powierzchniowym gleb wybranego obszaru Równiny Sępopolskiej. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych No. 40, pp. 39–48 (in Polish).
• [39] Mazur et al. 2004 – Mazur, M., Szczygłowski, P., Oleniacz, R. and Dańko, J. 2004. Emisja rtęci z energetycznego spalania węgla. Emisje – Zagrożenie – Ochrona powietrza, pp. 195–202. [Online] Available at: https://works.bepress.com/robert_oleniacz/79/) (in Polish).
• [40] Michalska, A. and Białecka, B. 2012. Zawartość rtęci w węglach i odpadach górniczych. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko Vol. 3, pp.73–87 (in Polish).
• [41] Mucha et al. 2016 – Mucha, J., Klojzy-Karczmarczyk, B. and Mazurek, J. 2016. Methodology of statistical study of the chemical composition of by-products of coal mining to assess their suitability as materials for reclamation. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management Vol. 32, Issue 4, pp. 73–90.
• [42] Okońska et al. 2013 – Okońska A., Uruski, Ł., Górecki, J and Gołaś, J. 2013. Metodyka oznaczania zawartości rtęci całkowitej w węglach energetycznych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management Vol. 29, Issue 2, pp. 39–49 (in Polish).
• [43] Olkuski et al. 2010 – Olkuski, T., Ozga-Blaschke, U. and Stala-Szlugaj, K. 2010. Występowanie fosforu w węglu kamiennym. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management Vol. 26, Issue 1, pp. 23–35 (in Polish).
• [44] Różycka, K. and Rolka, G. 2015. Zastosowanie techniki ASA do oznaczania rtęci na przykładzie badań surowców używanych w przemyśle materiałów budowlanych. Prace ICiMB No. 21, pp. 58–66 (in Polish).
• [45] Smoliński ,A. 2007. Energetyczne wykorzystanie węgla źródłem emisji rtęci – porównanie zawartości tego pierwiastka w węglach. Ochrona powietrza i problemy odpadów No. 2 (238), pp. 45–53, (in Polish).
• [46] Stala-Szlugaj, K. 2011. Spalanie węgla kamiennego w sektorze komunalno-bytowym – wpływ na wielkość „niskiej emisji”. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection) Vol. 13, pp. 1877–1889 (in Polish).
• [47] Szczerbowski, R. and Ceran, B. 2017. Development perspectives of the Polish power generation sector according to the climate preservation conference COP21 policies. E3S Web of Conferences 14, 01003. [Online] Available at: e3s-conferences.org [Accessed: 3.10.2017].
• [48] Wichliński et al. 2011 – Wichliński, M., Kobyłecki, R. and Bis, Z. 2011. Emisja rtęci podczas termicznej obróbki paliw. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 14, Issue 2, pp. 191–203 (in Polish).
• [49] Wichliński et al. 2012. Wichliński, M., Kobyłecki, R., Bis, Z. 2012 – Przegląd metod ograniczenia emisji rtęci w elektrowniach podczas spalania paliw stałych. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 15, Issue 4, pp. 151–160 (in Polish).
• [50] Wichliński et al. 2013a – Wichliński, M. Kobyłecki, R. and Bis, Z. 2013. The investigation of mercury contents in polish coal samples. Archives of Environmental Protection Vol. 39, No. 2, pp. 141–150.
• [51] Wichliński et al. 2013b – Wichliński, M., Kobyłecki, R. and Bis, Z. 2013. Wybrane metody oznaczania zawartości rtęci w węglach i popiołach lotnych. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 16, Issue 3, pp. 287–299 (in Polish).
• [52] Wichliński et al. 2016 – Wichliński, M., Kobyłecki, R. and Bis, Z. 2016. Badania zawartości rtęci w mułach węglowych. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 19, Issue 4, pp. 115–124 (in Polish).
• [53] Zajusz-Zubek, E. and Konieczyński, J. 2014. Coal cleaning versus the reduction of mercury and other trace elements’ emissions from coal combustion processes. Archives of Environmental Protection Vol. 40, Issue 1, pp. 115–127.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).