Contents of Rare Earth Elements in Acidic Waters Linked to Mining of Coal and Lignite (Upper Silesia and Muskau Bend, Southern Poland)

• Autorzy: Bauerek Arkadiusz , Bebek Małgorzata , Białecka Barbara , Mitko Krzysztof , Thomas Maciej

Warianty tytułu

PL

Zawartości pierwiastków ziem rzadkich w kwaśnych wodach związanych z górnictwem węgla kamiennego i węgla brunatnego (Górny Śląsk i Łuk Mużakowa, południowa Polska)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the research was comparison rare earth elements contents in acidic waters related to coal mining in the eastern part of the Upper Silesian Coal Basin (USCB), southern Poland, and the former lignite mining in the Polish part of the Muskau Bend. Acidic runoff waters flowing down from mine waste piles in the USCB are enriched with REEs (ΣREEs 478.5 and 1831.9 µg/l) compared to waters filling old lignite mining excavations (ΣREEs 19.7-145.3 µg/l). High concentrations of REEs in acidic waters from the USCB result from their high aggressiveness (acidity 1020 mg/l CaCO₃ and 3820 mg/l CaCO₃, pH 2.4 and 3.0) to loamy sediments being a source of REEs, and increase as the time of their contact increases. Concentrations of NASC-normalized REEs show that waters from the USCB are enriched in MREEs (Sm, Eu, Gd and Tb), while the waters from the Muskau Bend are characterized by a positive anomaly of LREEs (La and Ce) and a less marked anomaly of MREEs (Gd, Tb and Dy).

PL

Celem badań było porównanie zawartości pierwiastków ziem rzadkich w kwaśnych wodach związanych z wydobyciem węgla kamiennego, we wschodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) oraz związanych z dawnym wydobyciem węgla brunatnego w polskiej części Łuku Mużakowa. Kwaśne wody spływu powierzchniowego z hałd odpadów górniczych GZW są wzbogacone w pierwiastki ziem rzadkich (REE) (ΣREE 478,5 i 1831,9 μg/l) w porównaniu do wód wypełniających stare wyrobiska górnicze węgla brunatnego (ΣREE 19,7-145,3 μg/l). Wysokie stężenia REE w kwaśnych wodach z GZW wynikają z ich wysokiej agresywności (kwasowość 1020 mg/l CaCO₃ i 3820 mg/l CaCO₃, pH 2,4 i 3,0) względem ilastych osadów będących źródłem REE i rosną wraz z upływem czasu ich kontaktu z osadami. Stężenia pierwiastków ziem rzadkich znormalizowane do północnoamerykańskiego łupku złożonego (NASC) pokazują, że kwaśne wody z GZW są wzbogacone w pośrednie pierwiastki ziem rzadkich (MREE) (Sm, Eu, Gd i Tb), podczas gdy wody z Łuku Mużakowa charakteryzują się dodatnią anomalią stężeń lekkich pierwiastków ziem rzadkich LREE (La i Ce) i mniej wyraźnymi anomaliami pierwiastków pośrednich MREE (Gd, Tb i Dy).

Słowa kluczowe

EN

acid mine drainage; AMD; rare earth elements; REE; coal; lignite; acidity; sulfates

PL

kwaśny drenaż górniczy; pierwiastki ziem rzadkich; węgiel; węgiel brunatny; kwasowość; siarczany

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Tom 21, cz. 2
• Strony: 1040--1060
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Bauerek Arkadiusz

• Central Mining Institute, Katowice, Poland

autor

Bebek Małgorzata

• Central Mining Institute, Katowice, Poland

autor

Białecka Barbara

• Central Mining Institute, Katowice, Poland

autor

Mitko Krzysztof

• Central Mining Institute, Katowice, Poland

autor

Thomas Maciej

• F.P.H.U. Chemiqua, Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. American Public Health Association – Acidity (2310)/Titration method, 20th ed. (W:) Clesceri L.S., Greenberg A.E. & Eaton A.D. (eds.). (1998). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. American Public Health Association, Washington, DC: 2.24.
• 2. Bagińska, B., Macioszczyk, A. (1986). Graficzne metody odwzorowania i klasyfikacji chemizmu wód podziemnych na podstawie trójkątów Fereta i układów trójkątnorombowych. Przegląd Geologiczny, 34 (11), 655-660.
• 3. Bau, M., Dulski, P. (1996) Distribution of yttrium and rare-earth elements in the Penge and Kuruman iron-formations, Transvaal Supergroup, South Africa. Precambrian Res, 79, 37-55.
• 4. Bauerek, A., Bebek, M., Paw, K., Kasperkiewicz, K., Frączek, R. (2017). Zmienność składu chemicznego kwaśnych wód spływu powierzchniowego z czynnej hałdy odpadów górniczych reprezentujących osady krakowskiej serii piaskowcowej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Prz. Geol., 65/7, 450-458.
• 5. Bozau, E., Leblanc, M., Seidel, J. L., Stärk, H. (2004). Light rare earth elements enrichment in an acidic mine lake (Lusatia, Germany). Applied Geochemistry, 19, 261- 271.
• 6. Cidu, R, Frau, F, Da, Pelo, S. 2011. Drainage at abandoned mine sites: natural attenuation of contaminants in different seasons. Mine Water Environ, 30, 113-126.
• 7. Cykowska, M., Bebek, M., Mitko, K., Białecka, B., Thomas, M. (2017). Oznaczanie wybranych pierwiastków ziem rzadkich w środowiskowych próbkach wody", Przemysł chemiczny, 11, 2312-2316.
• 8. Gabzdyl, W., Gorol, M. (2008). Geologia i bogactwa mineralne Górnego Śląska i obszarów przyległych. Gliwice.
• 9. Grawunder, A., Merten, D. (2012). Rare Earth Elements in Acidic Systems – Biotic and Abiotic Impacts. In: KOTHE E., VARMA A. (eds.), Bio-Geo Interactions in Metal- Contaminated Soils, Soil Biology, 31, Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
• 10. Grawunder, A., Merten, D., Büchel, G. (2014) Origin of middle rare earth element enrichment in acid mine drainage-impacted areas. Environ Sci Pollut Res 21, 6812-6823.
• 11. Gromet, L. P., Dymek, R. F., Haskin, L. A., Korotev, R. L. (1984) The North American shale composite: its compilation, major and trace element characteristics. Geochimica et Cosmochimica Acta, 48, 2469-2482.
• 12. Haracz, P., Iwlew, B., Jagiełlo, K., Koźma, J., Maciantowicz, M. (2012). Europejski Geopark Łuk Mużakowa z trzech różnych stron. Stowarzyszenie Geopark Łuku Mużakowa, Łeknica.
• 13. Haskin, L.A., Wildeman, T.R., Haskin, M.A. (1968) An accurate procedure for the determination of the rare earths by neutron activation. J. Radioanal. Nucl. Chem. 1, 337- 348.
• 14. Henderson, P. (1984). Rare earth element geochemistry. Amsterdam, Elsevier: 293.
• 15. International Union Of Pure And Applied Chemistry Nomenclature of inorganic chemistry. Issued by the Commission on the Nomenclature of Inorganic chemistry. (1970). London.
• 16. Jędrczak, A. (1997). Zbiorniki acidotroficzne. Pojezierze antropogeniczne w dorzeczu Nysy Łuzyckiej. H. Greinert. Zielona Góra, Wyd. Politechniki Zielonogórskiej. 114, 49-79.
• 17. Johannesson, K., Lyons, W. (1995). Rare-earth element geochemistry of Color Lake, an acidic fresh-water lake on Axel-Heiberg-Island, Northwest-Territories, Canada – major and trace element characteristics. Chemical Geology, 119, 209-223.
• 18. Kabata-Pendias, A., Szteke, B. (2012). Pierwiastki śladowe w geo- i biosferze. IUNG, Puławy.
• 19. Kokowska-Popławska, M. (2016). Pierwiastki. ziem rzadkich (REE) w iłowcach z wybranychpokładów węgla kamiennego serii mułowcowej i piaskowcowej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management, 32(3), 39-66.
• 20. Lattermoser, B. G. (2010). Mine Wastes. Characterization, treatment and environmental impacts. Berlin, Springer-Verlag.
• 21. Lutyńska, S., Labus, L. (2015). Identification of processes controlling chemical composition of pit lakes waters located in the eastern part of Muskau Arch (Polish- German borderland). Archives of Environmental Protection, 41(3), 60-69.
• 22. Miekeley, N., Coutinho De, Jesus, H., Porto, Da, Silveira, C., Linsalata, P., Morse, R. (1992). Rare-earth elements in groundwaters from the Osamu Utsumi mine and Morri do Ferro analogue study sites, Pocos de Caldas, Brazil. J Geochem Explor. 45, 365-387.
• 23. Migaszewski Z., Gałuszka A., Migaszewski A. (2014). The study of rare earth elements in farmer's well waters of the Podwiśniówka acid mine drainage area (south-central Poland). Environ Monit Assess. 186(3), 1609-1622.
• 24. Migaszewski, Z., Gałuszka, A., Dołęgowska, S. (2016). Rare earth and trace element signatures for assessing an impact of rock mining and processing on the environment: Wiśniówka case study, south-central Poland. Environ. Sci. Pollut. Res., 23(24), 24943-24959.
• 25. Migaszewski, Z., Gałuszka, A., Dołęgowska, S. (2019) Extreme enrichment of arsenic and rare earth elements in acid mine drainage: Case study of Wiśniówka mining area (south-central Poland). Environ. Pollut., 244, 898-906.
• 26. Migaszewski, Z., Gałuszka, A. (2019) Pierwiastki ziem rzadkich w kwaśnych wodach kopalnianych – zarys problematyki. Przegląd Geologiczny, 2, 105-114.
• 27. Minarik, L., Zigova, A., Bendl, J., Skrivan, P. (1998). Stastny M. The behavior of rare-earth elements and Y during the rock weathering and soil formation in the Ricany granitemassif, Central Bohemia. Sci. Total Environ., 215(1-2), 101-111.
• 28. Olias, M, Ceron, Jc, Fernandez, I, De La Rosa, J. (2005). Distribution of rare earth elements in an alluvial aquifer affected by acid mine drainage: the Guadiamar aquifer (SW Spain). Environ Pollut. 135, 1733-1749.
• 29. Polański, A., Smulikowski, K. (1969) Geochemia. Wydaw. Geolog. Warszawa.
• 30. Ryka, W., Maliszewska, A. (1991). Słownik Petrograficzny. Wydaw. Geol., Warszawa.
• 31. Skoczyńska-Gajda, S., Labus, L. (2011). Zagadnienie drenażu kwaśnych wód na terenach po eksploatacji węgla brunatnego – Łuk Mużakowa. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego. 445, 643-650.
• 32. Sun, H., Zhao, F., Tang, Y., Wu, S. (2007). Origin and behavior of Rare Earth Elements in Acid Mine Drainage. Water-Rock Interaction – Proceedings of the 12th International Symposium on Water-Rock Interaction, WRI-12. (1), 783-796.
• 33. Varekamp, Jc., Ouimette, Ap., Herman, Sw., Flynn, Ks., Bermudez, A., Delpino, D. (2009). Naturally acidic waters from Copahue volcano, Argentina. Appl Geochem 24, 208-220.
• 34. Verplanck P., Nordstrom D, Taylor H., Kimball B. (2004). Rare earth element partitioning between hydrous ferric oxides and acid mine water during iron oxidation. Appl Geochem, 19(8), 1339-1354.
• 35. Zhao, F., Cong, Z., Sun, H., Ren, D. (2007). The geochemistry of rare earth elements (REE) in acid mine drainage from the Sitai coal mine, Shanxi Province, North China. International Journal of Coal Geology, 70, 184-192.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).