Analiza jakości odpadów z nieczynnej hałdy górnictwa węgla kamiennego w odniesieniu do wymagań stawianych odpadom wydobywczym obojętnym

• Autorzy: Klojzy-Karczmarczyk B. , Mazurek J. , Staszczak J.

Warianty tytułu

EN

Analysis of the quality of waste from coal mining in relation to the requirements for inert mining waste

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wytwarzanie odpadów wydobywczych jest nieodłącznym elementem wydobycia i wzbogacania surowców, w tym węgla kamiennego. Wydobycie węgla kamiennego przez lata pozostawiło wiele obiektów, w postaci różnych pod względem strukturalnym i wiekowym, do składowania odpadów pogórniczych (hałd, zwałowisk). Obiekty te charakteryzują się zmiennym składem i uziarnieniem materiału, a warunki panujące w bryle zmieniają się w czasie, w wyniku procesów wietrzenia fizycznego i chemicznego. W ostatnich latach znaczenie gospodarcze skał płonnych towarzyszących wydobyciu węgla uległo zmianie i obecnie coraz częściej traktowane są one nie jako odpady, ale jako źródło surowców mineralnych do wykorzystania gospodarczego. W pracy przedstawiono analizę dostępnych danych literaturowych w zakresie jakości odpadów wydobywczych, zarówno tych przeznaczonych do gospodarczego wykorzystania, jak też zgromadzonych na hałdach. Przeprowadzono rozpoznanie jakości odpadów górniczych w profilu hałdy górniczej, jaka pozostała po zamkniętej kopalni węgla kamiennego Siersza w Trzebini. Wiek składowanych odpadów przekracza w tym miejscu 15 lat. Powierzchnia hałdy w większości jest już zrekultywowana, a ponadto obszar ten częściowo zdążył się już wkomponować w krajobraz na drodze naturalnej sukcesji. Materiał przeznaczony do analiz pobierano w przypowierzchniowym odcinku profilu hałdy, z dwóch przedziałów głębokości: od 0,2 do 0,3 m p.p.t. oraz od 0,4 do 0,7 m p.p.t. Analizie poddano materiał w odniesieniu do parametrów i ich wartości granicznych stawianych dla odpadów wydobywczych zaliczanych do odpadów obojętnych. Próbki przebadano zatem na obecność siarki oraz arsenu, kadmu, kobaltu, chromu, miedzi, rtęci, molibdenu, niklu, ołowiu, wanadu oraz cynku. Analizie poddano zawartość składników w formie całkowitej oraz wymywalnej. Badania wielkości wymywania składników z poszczególnych próbek określono metodą statyczną z zastosowaniem testu podstawowego 1:10. Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdza się, że w badanych odpadach z warstwy przypowierzchniowej hałdy górniczej całkowita zawartość poszczególnych pierwiastków jest zdecydowanie zróżnicowana w punktach poboru. Całkowita zawartość siarki w odpadach zdeponowanych na hałdzie przed kilkunastoma laty kształtuje się w szerokich granicach, osiągając uśrednioną wartość na poziomie 1,67 oraz 4,35% w zależności od głębokości poboru. zasadniczo obserwuje się niższe zawartości siarki w próbkach pobranych bliżej powierzchni niż w próbkach pobranych głębiej w profilu hałdy. Całkowita zawartość arsenu w odpadach deponowanych na hałdzie kształtuje się na uśrednionym poziomie 6,39 mg/kg, kadmu 1,90 mg/kg, kobaltu 7,18 mg/kg, chromu 116,19 mg/kg, miedzi 41,6 mg/kg rtęci 0,15 mg/kg, molibdenu 1,02 mg/kg, niklu 30,9 mg/kg, ołowiu 138,9 mg/kg, wanadu 86,9 mg/kg oraz cynku 477,4 mg/kg. Na podstawie przeprowadzonych badań nie można jednak sformułować wniosków o prawidłowości współwystępowania siarki i pozostałych pierwiastków w materiale badawczym. Otrzymane wyniki nie pozwalają na zaliczenie badanych odpadów do odpadów wydobywczych obojętnych, przede wszystkim ze względu na częste przekroczenia siarki oraz ołowiu i cynku w materiale oraz (w odniesieniu do wielkości wymywania) dodatkowo kadmu, chromu, miedzi, rtęci i niklu.

EN

Production of mining waste is inherent to the mining and enrichment of raw materials, including hard coal. Hard coal production over the years has left a number of objects in the form of variable, in terms of structure and age, mining waste storage facilities (heaps, dumps). These objects are characterized by varying composition and particle size distribution of the material and the conditions prevailing in the solid change over time as a result of physical and chemical weathering processes. In recent years, the economic importance of gangue accompanying coal production has changed and now more and more often it is treated not as waste but as a source of mineral resources for economic use. The paper presents an analysis of the available literature data on the quality of mining waste, both those intended for economic use and accumulated in dumps and heaps. Identification of the quality of mining waste was conducted in the profile of the dump, which remained after the closed Siersza hard coal mine in Trzebinia. the age of stored waste in this location is over 15 years. A majority of the dump’s surface is already reclaimed, and in addition the area has partly already managed to integrate into the landscape through natural reclamation. The material intended for the analyses was collected at the near-surface section of the heap’s profile, from two depth intervals: from 0.2 to 0.3 m below ground level and from 0.4 to 0.7 m below ground level. The material was analyzed in relation to the parameters and limits set for mining waste classified as inert waste. therefore, the samples were examined for the presence of sulfur and arsenic, cadmium, cobalt, chromium, copper, mercury, molybdenum, nickel, lead, vanadium, and zinc. The contents of the components in the total and leachable form was analyzed. The testing of elements leaching from each sample was determined using the static method with the basic 1:10 test. Based on the conducted analyses, it is concluded that the tested waste from the near-surface layer of the mining dump has a strongly variable total content of individual elements, depending on the sampling sites location. The total sulfur content in the waste deposited in the dump more than a dozen years ago reaches a wide range of values, with an average at 1.67% and 4.35%, depending on the depth of the collection. In general, a lower sulfur content is observed in the samples closer to the surface than in the samples collected somewhat deeper in dump. The total arsenic content in the waste deposited in the heap is at an average level of 6.39 mg/kg, cadmium 1.90 mg/kg, cobalt 7.18 mg/kg, chromium 116.19 mg/kg, copper 41.6 mg/kg, mercury 0.15 mg/kg, molybdenum 1.02 mg/kg, nickel 30.9 mg/kg, lead 138.9 mg/kg, vanadium 86.9 mg/kg and zinc 477.4 mg/kg. Based on the conducted studies, one cannot make conclusions about the accuracy of the coexistence of sulfur and other elements in the tested material. The obtained results do not allow for the inclusion of the tested waste into the category of inert mining waste, mainly due to the exceedance of sulfur, lead and zinc content in the material and (in relation to the leaching) also cadmium, chromium, copper, mercury and nickel.

Słowa kluczowe

PL

górnictwo węgla kamiennego; odpady wydobywcze; hałda górnicza kopalni Siersza; metale; zawartość całkowita; wymywalność

EN

hard coal mining; mining waste; Siersza mining dump; metals; total content; leaching

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 95
• Strony: 227--241
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Klojzy-Karczmarczyk B.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Pracownia Badań Środowiskowych i Gospodarki Odpadami, Kraków

autor

Mazurek J.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Pracownia Badań Środowiskowych i Gospodarki Odpadami, Kraków

autor

Staszczak J.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Pracownia Badań Środowiskowych i Gospodarki Odpadami, Kraków

Bibliografia

• [1] Baic, I. i Witkowska-Kita, B. 2011. Technologie zagospodarowania odpadów z górnictwa węgla kamiennego – diagnoza stanu aktualnego, ocena innowacyjności i analiza SWOT. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection) t. 13, s. 1315–1326.
• [2] 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.
• [3] Bojarska, K. i Bzowski, Z. 2012. Wyniki badań wyciągów wodnych odpadów wydobywczych z kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego w aspekcie wpływu na środowisko. Górnictwo i Geologia 7(2), s. 101–113.
• [4] 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.
• [5] Chmielniak i in. 2012 – Chmielniak, T., Misztal, E., Kmieć, M. i Mazurek, I. 2012. Rtęć w węglach stosowanych w polskim sektorze energetycznym. Wydawnictwo Górnicze, Karbo nr 3, s. 154–163.
• [6] Dz.U. z 2002 r. Nr 165, poz. 1359 – Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi.
• [7] Dz.U. z 2011 r. Nr 175, poz. 1048 – Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 15 lipca 2011 r. w sprawie kryteriów zaliczania odpadów wydobywczych do odpadów obojętnych.
• [8] Dz.U. z 2014 r. poz. 1800 – Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego.
• [9] Dz.U. z 2015 r., poz. 1277 – Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach.
• [10] Dziok i in. 2015 – Dziok, T., Strugała, S., Rozwadowski, A., Macherzyński, M. i Ziomber, S. 2015. Rtęć w odpadach z procesu wzbogacania węgli kamiennych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 31, z. 1, s. 107–122.
• [11] Góralczyk, S. red. 2011. Gospodarka surowcami odpadowymi z węgla kamiennego. IMBiGS, Warszawa, 327 s.
• [12] Gruchot i in. 2015 – Gruchot, A., Zając, E. i Zarzycki, J. 2015. Analiza możliwości zagospodarowania osadów z wód dołowych kopalni węgla kamiennego. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection) t. 17, s. 998–1016.
• [13] Jabłońska-Czapla i in. 2015a – Jabłońska-Czapla, M., Rosik-Dulewska, C. i Szopa, S. 2015. Mobility of heavy metals in areas surrounding mine waste dumps. LAP Lambert Academic Publishing, 164 s.
• [14] Jabłońska-Czapla i in. 2015b – Jabłońska-Czapla, M., Rosik-Dulewska, C., Szopa, S. i 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)t. 17, s. 367–395.
• [15] Kicińska, A. i Kosa, B. 2016. Ocena testu wymywalności wybranych metali z odpadów wydobywczych węgla kamiennego zlikwidowanej kopalni „Siersza” w Trzebini (Polska S). Ochrona środowiska i zasobów naturalnych vol. 27, nr 2(68), s. 32–37. Warszawa: Wyd. IOŚ-PIB.
• [16] Klojzy-Karczmarczyk, B. 2003. Zastosowanie odpadów energetycznych w ograniczaniu transportu zanieczyszczeń ze składowisk odpadów górniczych. Studia, Rozprawy, Monografie Nr 117, Wyd. IGSMiE PAN, 113 s.
• [17] Klojzy-Karczmarczyk, B. i Mazurek, J. 2010. Rtęć w gruntach w otoczeniu wybranych składowisk odpadów górnictwa węglowego. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 13, z. 2, s. 245–251.
• [18] Klojzy-Karczmarczyk, B. i Mazurek, J. 2013. Studies of mercury content in selected coal seams of the Upper Silesian Coal Basin. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 29, z. 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 t. 17, z. 4, s. 289–302.
• [20] Klojzy-Karczmarczyk i in. 2016a – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J. i 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 t. 32, z. 3, s. 111–134.
• [21] Klojzy-Karczmarczyk i in. 2016b – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J. i Mucha, J. 2016. Sulfur as a parameter in the suitability assessment of gangue from coal mining for reclamation of opencast excavation, taking into account the requirements regarding protection of the soil and water environment (w przygotowaniu; dostępne online: e3s-conferences.org).
• [22] Korban, Z. 2011. Problem odpadów wydobywczych i oddziaływania ich na środowisko, na przykładzie zwałowiska nr 5A/W-1 KWK X. Górnictwo i Geologia T. 6, s. 109–120.
• [23] 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.
• [24] 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 t. 29, z. 2, s. 39–50.
• [25] PN-EN 12457-4. Polska Norma 2006. Charakteryzowanie odpadów – Wymywanie – Badanie zgodności w odniesieniu do wymywania ziarnistych materiałów odpadowych i osadów.
• [26] Strzyszcz i in. 2009 – Strzyszcz, Z., Magiera, T. i Łukasik, A. 2009. Prewencja i ograniczanie zanieczyszczeń powodowanych przez odpady w przemyśle górniczym [W:] Inżynieria Środowiska pięć lat po wstąpieniu do Unii Europejskiej. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, Ozonek J., Pawłowska (red.), Lublin, vol. 58, s. 305–312.
• [27] Szczepańska, J. i Krawczyk, J. 1994. Ocena warunków migracji jonu Cl– w strefie aeracji składowiska odpadów górniczych GZW. Badania w obiekcie modelowym. Mat. Konf. Ekologia w górnictwie a geofizyka, s. 243–251, Ustroń.
• [28] Twardowska i in. 1988 – Twardowska, I., Szczepańska, J. i Witczak, S. 1988. Wpływ odpadów górnictwa węgla kamiennego na środowisko wodne. Ocena zagrożenia, prognozowanie, zapobieganie. Prace i Studia 35, PAN, Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska.
• [29] Ustawa Prawo wodne z dnia 18 lipca 2001 r., tekst jednolity Dz.U. z 2015 r. poz. 469 ze zmianami.
• [30] Witczak, S. i Postawa, A. 1993. Ocena szybkości ługowania siarczków z płonnych skał karbońskich deponowanych na składowiskach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, na podstawie badań lizymetrycznych. Komisja Nauk Mineralogicznych PAN, Prace Mineralogiczne nr 84, Kraków.

Uwagi

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