Thermal Impact on Heavy Metal Bioavailability in Burnt Rocks of Waste Heap of Chervonohradska Coal-preparation Plant (Lviv Region, Ukraine)

• Autorzy: Kochmar Iryna , Karabyn Vasyl , Stepova Kateryna , Stadnik Vitalii , Sozanskyi Martyn

Identyfikatory

DOI

10.7494/geom.2024.18.1.117

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For effective waste management of mining industries is important to investigate their physical and mineralogical changes. For this purpose, X-raydiffraction (XRD), thermogravimetry (TG), derivative thermogravimetry (DTG), and differential thermal analysis (DTA) methods were used. Changes in the contents of mobile forms of heavy metals in rocks were investigated using an acetate-ammonium buffer solution with a pH of 4.8 after burning rocks at a temperature of 800–850°C. The obtained data indicated the significant role of the mineral composition in the thermal behavior of the rock samples and the subsequent influence of the thermal processes on the changes in the bioavailability of heavy metals.

Słowa kluczowe

EN

environmental safety; coal mining; slagheap; waste rock; heavy metals; thermogravimetry; XRD

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Geomatics and Environmental Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 18, no. 1
• Strony: 117--133
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kochmar Iryna

• Lviv State University of Life Safety, Department of Environmental Safety, Lviv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-1461-089X

autor

Karabyn Vasyl

• Lviv State University of Life Safety, Department of Сivil Protection and Сomputer Modeling Ecology-Geophysical Processes, Lviv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-8337-5355

autor

Stepova Kateryna

• Lviv State University of Life Safety, Department of Environmental Safety, Lviv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-2082-9524

autor

Stadnik Vitalii

• Lviv Polytechnic National University, Physical, Analytical and General Chemistry Department, Institute of Chemistry and Chemical Technology, Lviv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-0235-5641

autor

Sozanskyi Martyn

• Lviv Polytechnic National University, Physical, Analytical and General Chemistry Department, Institute of Chemistry and Chemical Technology, Lviv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-1057-9928

Bibliografia

• Bosak P., Popovych V., Stepova K., Dudyn R.: Environmental impact and toxicological properties of mine dumps of the Lviv-Volyn coal basin. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of Geology and Technical Sciences, vol. 2(440), 2020, pp. 48–54. https://doi.org/10.32014/2020.2518-170X.30.
• Popovych V., Stepova K., Voloshchyshyn A., Bosak P.: Physico-chemical properties of soils in Lviv Volyn coal basin area. E3S Web of Conferences, vol. 105, 2019, 02002. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910502002.
• Kochmar I., Karabyn V.: Water extracts from waste rocks of the coal industry of Chernvonograd Mining Area (Ukraine): Problems of environmental safety and civil protection. Ecological Engineering & Environmental Technology, vol. 24(1), 2023, pp. 247–255. https://doi.org/10.12912/27197050/155209.
• Popovych V., Bosak P., Petlovanyi M., Telak O., Karabyn V., Pinder V.: Environmental safety of phytogenic fields formation on coal mines tailings. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of Geology and Technical Sciences, vol. 2(446), 2021, pp. 129–136. https://doi.org/10.32014/2021.2518-170X.44.
• Knysh I., Karabyn V.: Heavy metals distribution in the waste pile rocks of Chervonogradska mine of the Lviv-Volyn coal basin (Ukraine). Pollution Research Journal Papers, vol. 33(4), 2014, рр. 663–670.
• Odnorih Z., Manko R., Malovanyy M., Soloviy K.: Results of surface water quality monitoring of the Western Bug River basin in Lviv Region. Journal of Ecological Engineering, vol. 21(3), 2020, рр. 18–26. https://doi.org/10.12911/22998993/118303.
• Bosak P.V., Popovych V.V., Pinder V.F., Stokalyuk O.V.: Temperatura zaymannya ta samozaymannya nayposhyrenishykh derevnykh porid terykoniv [Ignition and spontaneous ignition temperature of widespread woody species on the waste heaps]. Naukovyi visnyk NLTU Ukrainy, t. 30(5), 2020, рр. 53–58 [Босак П.В., Попович В.В., Піндер В.Ф., Стокалюк О.В.: Температура займання та самозаймання найпоширеніших деревних порід териконів. Науковий вісник НЛТУ України, т. 30(5), 2020, c. 53–58]. https://doi.org/10.36930/40300509.
• Starodub Y., Karabyn V., Havrys A., Shainoga I., Samberg A.: Flood risk assessment of Chervonograd mining-industrial district. Proceedings of the SPIE, vol. 10783, 2018, 107830P. https://doi.org/10.1117/12.2501928.
• Karabyn V., Shtain B., Popovych V.: Thermal regimes of spontaneous firing coal washing waste sites. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of Geology and Technical Sciences, vol. 3(429), 2018, рр. 64–74.
• Malyk Yu.O., Holets N.Yu.: Analiz vplyvu polihonu tverdykh promyslovykh vidkhodiv Chervonohrads’koyi TsZF na dovkillya [Analysis of the impact of the solid industrial waste landfill of the Chervonohrad CZF on the environment]. Visnyk Natsional’noho universytetu “L’vivs’ka politekhnika”, no. 17(609), 2008, рр. 253–256 [Малик Ю.О., Голець Н.Ю.: Аналіз впливу полігону твердих промислових відходів Червоноградської ЦЗФ на довкілля. Вісник Національного університету «Львівська політехніка», № 17(609), 2008, c. 253–256].
• Drenda J., Różański Z., Słota K, Wrona P.: Zagrożenie pożarowe na zwałowiskach odpadów powęglowych [Fire hazard on coal waste heaps]. Górnictwo i Geoinżynieria, r. 31(3/1), 2007, pp. 149–157.
• Nowak J.: Wpływ stopnia przeobrażeń termicznych odpadów powęglowych na ługowanie substancji do środowiska [Influence of the degree of thermal transformation of coal waste on the leaching of substances into the environment]. Górnictwo i Geologia, t. 6(4), 2011, рр. 59–70.
• Vyborov G., Proskurnya Yu.A., Silin A.A.: Ekologicheskiye posledstviya strukturno-veshchestvennykh preobrazovaniy otval’nykh porod terrikonov [Ecological consequences of structural and material transformations of waste heaps]. Naukovi pratsi Donets’koho natsional’noho tekhnichnoho universytetu. Seriya hirnycho-heolohichna, vyp. 11(161), 2010, pp. 155–160 [Выборов Г., Проскурня Ю.А., Силин А.А.: Экологические последствия структурно вещественных преобразований отвальных пород терриконов. Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія гірничогеологічна, вип. 11(161), 2010, c. 155–160].
• Finkelman R.B., Wolfe A., Hendryx M.S.: The future environmental and health impacts of coal. Energy Geoscience, vol. 2(2), 2021, рр. 99–112. https://doi.org/10.1016/j.engeos.2020.11.001.
• Guo W., Chen B., Li G., Liu M., Liu X., Chen Q., Zhang X., Li S., Chen S., Feng W., Zhang R., Chen M., Shi M., Shi T.: Ambient PM2.5 and related health impacts of spontaneous combustion of coal and coal gangue. Environmental Science & Technology, vol. 55(9), 2021, рр. 5763–5771. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c00150.
• Bzowski Z., Dawidowski A.: Monitoring właściwości fizykochemicznych odpadów wydobywczych pochodzących z Kopalni Węgla Kamiennego LW „Bogdanka” [Monitoring of the physicochemical composition of the mine wastes from the LW “Bogdanka” Hard Coal Mine]. Zeszyty Naukowe. Inżynieria Środowiska / Uniwersytet Zielonogórski, nr 149(29), 2013, pp. 87–96.
• Knysh I.B., Kharkevych V.V.: Rozpodil vmistu khemichnykh elementiv u porodakh terykoniv Chervonohrads’koho hirnycho-promyslovoho raionu [Distribution of the content of chemical elements in terricone rocks of the Chervonohrad mining district]. Visnyk L’vivs’koho universytetu. Seriya heolohichna, vyp. 17, 2003, pp. 148–158 [Книш І.Б., Харкевич В.В.: Розподіл вмісту хемічних елементів у породах териконів Червоноградського гірничо‑промислового району. Вісник Львівського університету. Серія геологічна, вип. 17, 2003, c. 148–158].
• Kroyik H., Mel’nyk O.: Zakonomirnosti rozpodilu tekhnofil’nykh ta toksychnykh elementiv u vidkhodakh dobuvanniata pererobky vuhillia Zakhidnoho Donbasu [Regularitis of distribution techno and toxic elements in the waste from the extraction and processing of coal Western Donbas]. Visnyk Dnipropetrovs’koho universytetu. Heolohiya. Heohrafiya, vyp. 14(20), 2012, pp. 93–96 [Кроїк Г.А., Мельник О.В.: Закономірності розподілу технофільних та токсичних елементів у відходах добування та переробки вугілля Західного Донбасу. Вісник Дніпропетровського університету. Геологія. Географія, вип. 14(20), 2012, c. 93–96].
• Yatsechko N.Y., Hatsenko O.V., Kurylenko A.M.: Otsinka heokhimichnoyi rukhomosti spoluk vazhkykh metaliv u vidval’nykh shakhtnykh porodakh Zakhidnoho Donbasu [Evaluation of geochemical mobility of heavy metals in the dump mine rocks Western Donbass]. Visnyk Dnipropetrovs’koho universytetu. Heolohiya. Heohrafiya, vyp. 16(22), 2014, pp. 218–224 [Яцечко Н.Є., Гаценко О.В., Куриленко А.М.: Оцінка геохімічної рухомості сполук важких металів у відвальних шахтних породах Західного Донбасу. Вісник Дніпропетровського університету. Геологія. Географія, вип. 16(22), 2014, c. 218–224]. https://doi.org/10.15421/111428.
• Klojzy-Karczmarczyk B., Mazurek J., Staszczak J.: Analiza jakości odpadów z nieczynnej hałdy górnictwa węgla kamiennego w odniesieniu do wymagań stawianych odpadom wydobywczym obojętnym [Analysis of the quality of waste from coal mining in relation to the requirements for inert mining waste]. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, t. 95, 2016, pp. 227–241.
• Malovanyy M., Petrushka K., Petrushka I.: Improvement of adsorption-ionexchange processes for waste and mine water purification. Chemistry & Chemical Technology, vol. 13(3), 2019, pp. 372–376. https://doi.org/10.23939/chcht13.03.372.
• Tymchuk I., Malovanyy M., Shkvirko O., Chornomaz N., Popovych O., Grechanik R., Symak D.: Review of the global experience in reclamation of disturbed lands. Ecological Engineering & Environmental Technology, vol. 22(1), 2021, pp. 24–30, https://doi.org/10.12912/27197050/132097.
• Shkvirko O., Tymchuk I., Holets N., Malovanyy M.: Overview: The prospect of the use of energy crops for biological reclamation of disturbed lands. Environmental Problems, vol. 4(2), 2019, pp. 91–96. https://doi.org/10.23939/ep2019.02.091.
• Bazaluk O., Ashcheulova O., Mamaikin O., Khorolskyi A., Lozynskyi V., Saik P.: Innovative activities in the sphere of mining process management. Frontiers in Environmental Science, vol. 10, 2022. https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.878977.
• Fomychov V., Fomychova L., Khorolskyi A., Mamaikin O., Pochepov V.: Determining optimal border parameters to design a reused mine working. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, vol. 15(24), 2020, pp. 3039–3049.
• Khorolskyi A., Hrinov V., Mamaikin O., Fomychova L.: Research into optimization model for balancing the technological flows at mining enterprises. E3S Web of Conferences, vol. 201, 2020, 01030. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202020101030.
• Malovanyy M., Lyashok Y., Podkopayev S., Povzun O., Kipko O., Kalynychenko V., Virich S., Skyrda A.: Environmental technologies for use of coal mining and chemical industry wastes. Journal of Ecological Engineering, vol. 21(2), 2020, pp. 85–93. https://doi.org/10.12911/22998993/116339.
• Baranov V.I.: Ekolohichnyy opys porodnoho vidvalu vuhil’nykh shakht TSZF ZAT “L’vivsystemenerho” yak obyekta dlya ozelenennya [Ecological scope of rock dump coal mines CCM CJ-SC “Lvivsistemenergo” as subject to plant trees and grass]. Visnyk L’vivs’koho universytetu. Seriya biolohichna, vyp. 46, 2008, pp. 172–178 [Баранов В.І.: Екологічний опис породного відвалу вугільних шахт ЦЗФ ЗАТ «Львівсистеменерго» як об’єкта для озеленення. Вісник Львівського університету. Серія біологічна, вип. 46, 2008, c. 172–178].
• Stolboushkin A.Yu., Ivanov A.I., Syromyasov V.A., Fomina O.A.: A study on sintering of ceramic bricks made from waste coal. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 45, 2016, 012018. https://doi.org/10.1088/1755-1315/45/1/012018.
• Karabyn V.V., Kochmar I.M.: Formy znakhodzhennya midi u zoni tekhnohenezu ob’yektiv vuhlevydobutku (na prykladi shakhty Vizeys’ka Chervonohrads’koho hirnycho-promyslovoho rayonu) [Copper speciation in technogenesis area of coal mining industry (case of Vizeyska mine Chervonohrad mining area)]. Zbirnyk naukovykh prats’ Instytutu heokhimiyi navkolyshn’oho seredovyshcha, vyp. 27, 2017, pp. 30–49 [Карабин В.В., Кочмар І.М.: Форми знаходження міді у зоні техногенезу об’єктів вуглевидобутку (на прикладі шахти Візейська Червоноградського гірничо‑промислового району). Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища, вип. 27, 2017, c. 30–49].
• Kasimov A.M., Nosova A.V.: Goreniye nedeystvuyushchikh terrikonov ugol’nykh shakht i ikh tusheniye na territorii Luganskoy Oblasti [Burning of the inactive waste banks of the coal mines and their extinguishing on the territory of Lugansk region]. Zhurnal Khromatografіchnogo tovaristva, t. 7(1–4), 2007, pp. 40–45 [Касимов А.М., Носова А.В.: Горение недействующих терриконов угольных шахт и их тушение на территории Луганской Области. Журнал Хроматографічного товариства, т. 7(1–4), c. 40–45].
• Kochmar I.M., Karabyn V.V.: Ekologicheskiye aspekty geokhimii margantsa v zone tekhnogeneza otvalov ugol’nykh shakht [Ecological aspects of manganese geochemistry in the zone of mining waste heaps technogenesis]. Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Ekologiya, no. 4, 2017, pp. 81–91 [Кочмар И.Н., Карабын В.В.: Экологические аспекты геохимии марганца в зоне техногенеза отвалов угольных шахт. Журнал Белорусского государственного университета. Экология, № 4, 2017, c. 81–91].
• Maksimovich N.G.: Geokhimiya ugol’nykh mestorozhdeniy i okruzhayushchaya sreda [Geochemistry of coal deposits and the environment]. Vestnik Permskogo Universiteta, vyp. 4, 1997, pp. 171–185 [Максимович Н.Г.: Геохимия угольных месторождений и окружающая среда. Вестник Пермского Университета. Геология, вып. 4, 1997, c. 171–185].
• Popovych V.V., Pidhorodetskyi Ya.I., Pinder V.F.: Typolohiya terykoniv l’vivs’ko-volyns’koho vuhil’noho baseynu [The typology of heaps of Lviv-Volyn coal basin]. Naukovyy visnyk NLTU Ukrayiny, t. 26(8), 2016, pp. 238–243 [Попович В.В., Шдгородецький Я.І., Піндер В.Ф.: Типологія териконів львівсько‑ волинського вугільного басейну. Науковий вісник НЛТУ України, т. 26(8), c. 238–243]. https://doi.org/10.15421/40260837.
• Kochmar I.М., Karabyn V.V.: Poshyrennya okremykh vazhkykhmetaliv u porodakh terykona tsentral’noyi zbahachuval’noyi fabryky “Chervonohrads’ka” lvivs’kovolyns’koho kam’yanovuhil’noho baseynu [Some heavy metals distribution in rock of waste dumps of the central enrichment factory “Chervonohradska” of Lviv-Volyn coal basin]. Visnyk L’vivs’koho derzhavnoho universytetu bezpeky zhyttyediyal’nosti, t. 25, 2022, pp. 5–12 [Кочмар І.М., Карабин В.В.: Поширення окремих важких металів у породах терикона центральної збагачувальної фабрики «Червоноградська» львівсько‑волинського кам’яновугільного басейну. Вісник Львівського державного університету безпеки життєдіяльності, т. 25, 2022, c. 5–12]. https://doi.org/10.32447/20784643.25.2022.01.
• Kochmar I.М., Karabyn V.V.: Formy znakhodzhennya Cr ta Mn u porodakh terykona tsentral’noyi zbahachuval’noyi fabryky “Chervonohrads’ka” lvivs’kovolyns’koho kam’yanovuhil’noho baseynu [Finding forms of Cr and Mn in the rocks of the terricone of Chervonohradska central enrichment factory of Lviv-Volyn coal basin]. Naukovyi visnyk NLTU Ukrainy, t. 32(4), 2022, pp. 44–48 [Кочмар І.М., Карабин В.В.: Форми знаходження Cr та Mn у породах терикона цен‑ тральної збагачувальної фабрики “Червоноградська” Львівсько‑Волинського кам’яновугільного басейну. Науковий вісник НЛТУ України, т. 32(4), 2022, c. 44–48]. https://doi.org/10.36930/40320407.
• Kochmar I., Karabyn V.: Investigation of deportment of chalcophilic heavy metals in the waste rock of Central coal enrichment plant “Chervonohradska” for the purposes of environmental safety of Lviv-Volyn coal basin. Environmental Problems, vol. 7(4), 2022, pp. 169–176. https://doi.org/10.23939/ep2022.04.169.
• Patyka V.P., Tarariko O.G. Ahroekolohichnyy monitorynh ta pasportyzatsiya sil’s’kohospodars’kykh zemel’. Fitosociotsentr, Kyiv 2002 [Патика В.П., Тараріко О.Г.: Агроекологічний моніторинг та паспортизація сільськогосподарських земель. Фітосоціоцентр, Київ 2002].
• Nakaz Ministerstva okhorony zdorov’ya, 14 lypnya 2020 roku, N 1595, Pro zatverdzhennya Hihiyenichnykh rehlamentiv dopustymoho vmistu khimichnykh rechovyn u grunti [On the approval of the Hygienic regulations on the permissible content of chemical substances in the soil] [Наказ Міністерства охорони здоров’я України, 14 липня 2020 року, N 1595, Про затвердження Гігієнічних регламентів допустимого вмісту хімічних речовин у ґрунті]. https://ips.ligazakon.net/document/view/re35005?an=9 [access: 1.12.2022].