Pyrometallurgical slags in Upper and Lower Silesia (Poland): from environmental risks to use of slag-based products- a review

• Autorzy: Kierczak J. , Bril H. , Neel C. , Puziewicz J.

Warianty tytułu

PL

Żużle metalurgiczne na Górnym i Dolnym Śląsku (Polska) : od ryzyka środowiskowego do wykorzystania odpadów hutniczych - przegląd

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Slags issued from base metal smelting industry constitute a serious environmental problem in Upper and Lower Silesia (Poland). The waste is located in heavily urbanized areas, covers large surfaces and still may contain large quantities of potentially toxic metallic trace elements. This review paper summarizes all the major problems related to slag storage in Upper and Lower Silesia, including: (i) detailed characteristics of the studied slags, (ii) potential release of toxic elements and (iii) related risks for the surrounding areas and (iv) applications of slags for commercial purposes.

PL

Żużle powstałe w wyniku przetopu i obróbki rud metali stanowią poważne zagrożenie dla środowiska na Górnym i Dolnym Śląsku. Odpady te często zajmują duże obszary znajdujące się na terenach miejskich bądź w bezpośrednim ich sąsiedztwie. Dodatkowo, żużle metalurgiczne mogą zawierać znaczące ilości (nawet do kilkunastu procent wagowych) toksycznych dla środowiska pierwiastków metalicznych. Prezentowany artykuł porusza główne problemy związane ze składowaniem żużli metalurgicznych na terenie Górnego i Dolnego Śląska. Podstawowe pytania, na które autorzy próbują odpowiedzieć w niniejszej pracy to: (1) jakie są charakterystyczne cechy żużli zdeponowanych na Śląsku (2) jak należy badać tego rodzaju odpady aby przewidzieć ich potencjalny wpływ na środowisko (3) czy wszystkie żużle metalurgiczne są niebezpieczne dla środowiska (4) jak planować składowanie tych odpadów oraz (5) czy i jak można powtórnie je wykorzystać. W celu uzyskania odpowiedzi na postawione pytania autorzy dokonują porównania wyników uzyskanych w czasie badań różnych typów żużli metalurgicznych zdeponowanych na Górnym i Dolnym Śląsku. Z przeprowadzonych badań wynika, że większość żużli metalurgicznych zdeponowanych na Górnym i Dolnym Śląsku stanowi poważny problem dla środowiska. W celu dokładnej oceny ryzyka jakie niesie za sobą składowanie tego rodzaju odpadów należy prowadzić dokładny monitoring składowisk połączony z różnego rodzaju badaniami. Na podkreślenie zasługuje użyteczność badań mineralogicznych do oceny mobilności pierwiastków metalicznych, które powinny być używane w celu uzupełnienia analiz chemicznych wymaganych przez normy prawne.

Słowa kluczowe

EN

slag; metallurgy; mineralogy; weathering; splid speciation of metallic elements

PL

żużel; składowanie żużli metalurgicznych; mobilność pierwiastków metalicznych; zagrożenie dla środowiska

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 36, no. 3
• Strony: 11--126
• Opis fizyczny: bibliogr. 47 poz., fot., wykr.

Twórcy

autor

Kierczak J.

autor

Bril H.

autor

Neel C.

autor

Puziewicz J.

• University of Wrocław, Institute of Geological Sciences Cybulskiego str. 30, 50-205 Wrocław, Poland,

Bibliografia

• [1] Alter H.: The composition and environmental hazard of copper slags in the context of the Basel Convention, Resources, Conservation and Recycling, 43, 353-360 (2005).
• [2] Bril H., K. Zainoun, J. Puziewicz, A. Courtin-Nomade, M. Vanaecker, J-C. Bollinger: Secondary phases from a zinc smelting slag dump and their environmental significance: an example from Świętochłowice, Upper Silesia, Poland, Canadian Mineralogist, 46, 1235-1248 (2008).
• [3] Dold B.: Sustainability in metal mining: from exploration, over processing to mine waste management, Reviews in Environmental Science and Biotechnology, 7, 275-285 (2008).
• [4] Drizo A., C. Forget, R.P. Chapuis, Y. Comeau: Phosphorus removal by EAF steel slag - A parameter for the estimation of the longevity of constructed wetland systems, Environmental Science & Technology, 36, 4642-4648 (2002).
• [5] Dziekoński T.: Wydobywanie i metalurgia kruszców na Dolnym Śląsku od XIII do połowy XX wieku, PAN Instytut Historii Kultury Materialnej, Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław 1972.
• [6] España J.S., E.L. Pamo, A.E. Santofimi, O. Aduvire, J. Reyes, D. Barettino: Acid mine drainage in the Iberian Pyrite Belt (Odiel river watershed, Huelva, SW Spain): geochemistry, mineralogy and environmental implications, Appl. Geochem., 20, 1320-1356 (2005).
• [7] Ettler V., Z. Johan, J.-C. Touray, E. Jelínek: Zinc partitioning between glass and silicate phases in historical and modern lead-zinc metallurgical slags from the Pribram district, Czech Republic, Comptes Rendus de l'Académie de Sciences - IIa Sciences de la Terre et des Planètes, 331, 245-250 (2000).
• [8] Ettler V., O. Legendre, F. Bodenan, J.-C. Touray: Primary phases and natural weathering of old lead-zinc pyrometallurgical slag from Přibram, Czech Republic, Canadian Mineralogist, 39, 873-888 (2001).
• [9] Ettler V., M. Mihaljevic, J.-C. Touray, P. Piantone: Leaching of polished sections: an integrated approach for studying the liberation of heavy metals from lead-zinc metallurgical slags, Bulletin de la Société Géologique de France, 173, 161-169 (2002).
• [10] Ettler V., Z. Johan, D. Hradil: Natural alteration products of sulphide mattes from primary lead smelting, Comptes Rendus - Geoscience, 335, 1013-1020 (2003).
• [11] Ettler V., Z. Johan: Mineralogy of metallic phases in sulphide mattes from primary lead smelting, Comptes Rendus - Geoscience, 335, 1005-1012 (2003).
• [12] Ettler V., Z. Johan, B. Kříbek, O. Šebek, M. Mihaljevič: Mineralogy and environmental stability of slags from the Tsumeb smelter, Namibia, Applied Geochemistry, 24, 1-15 (2009).
• [13] Fialin M., H. Rémy, C. Richard, C. Wagner: Trace element analysis with the electron microprobe: new data and perspectives, American Mineralogist, 84, 70-77 (1999).
• [14] Frias M., M.I. Sánchez De Rojas, J. Santamaría, C. Rodríguez: Recycling of silicomanganese slag as pozzolanic material in Portland cements: Basic and engineering properties, Cement and Concrete Research, 36, 487-491 (2006).
• [15] Grattan J.P., D.D. Gilbertson, C.O. Hunt: The local and global dimensions of metalliferous pollution derived from a reconstruction of an eight thousand year record of copper smelting and mining at a desert-mountain frontier in southern Jordan, Journal of Archaeological Science, 34, 83-110 (2007).
• [16] Grodzinska-Jurczak M.: Management of industrial and municipal solid wastes in Poland, Resources, Conservation and Recycling, 32, 85-103 (2001).
• [17] Gzyl J.: Ecological impact and remediation of contaminated sites around lead smelters in Poland, Journal of Geochemical Exploration, 52, 251-258 (1995).
• [18] Helios-Rybicka E.: Environmental impact of mining and smelting industries in Poland, Geological Society, London, Special Publications, 113, 183-193 (1996).
• [19] Helios-Rybicka E., R. Wojcik: Leaching of Zn, Pb and Cd from metallurgical slag before and after immobilization, Geologica Carpathica - Clays, 6, 83-89 (1997).
• [20] Hlawiczka S., B. Dyduch, J. Fudala: Long-term changes of particulate emission in the industrial region of Upper Silesia (Poland) and their effect on the acidity of rainwater, Water, Air, and Soil Pollution, 142, 151-163 (2003).
• [21] Johansson L.: Blast furnace slag sorbents-columns studies, The Science of Total Environment, 229, 89-97 (1999).
• [22] Johansson L., J.P. Gustafsson: Phosphate removal using blast furnace slags and opaka-mechanisms, Water Research, 34, 259-265 (2000).
• [23] Kierczak J.: Speciation solide du nickel et du chrome dans un site minier et industriel a usage agricole (Szklary, Pologne), Limoges and Wroclaw Universities, PhD Thesis (2007).
• [24] Kierczak J., C. Néel, U. Aleksander-Kwaterczak, E. Helios-Rybicka, H. Bril, J. Puziewicz: Solid speciation and mobility of potentially toxic elements from natural and contaminated soils: a combined approach, Chemosphere, 73, 776-784 (2008).
• [25] Kierczak J., C. Néel, J. Puziewicz, H. Bril: Mineralogy and natural weathering of slag produced by the smelting of Ni-ores (Szklary, SW Poland), Canadian Mineralogist, 47, 557-572 (2009).
• [26] Kierczak J., A. Pietranik: Historical Cu slags of the Rudawy Janowickie Mountains (SW Poland) Mineralogy and potential environmental impact, Geochimica et Cosmochimica, 73, A649 (2009).
• [27] Kierczak J., E. Łozowska, P. Sznajder: Weathering of a slag pile produced by the smelting of Zn ores in the Katowice-Wełnowiec smelter, Mineralogia, Special Papers, 35, 93 (2009).
• [28] Kostura B., H. Kulveitova, J. Lesko: Blast furnace slags as sorbents of phosphate from water solution, Water Research, 39, 1795-1802 (2005).
• [29] Kucha H., B. Jędrzejczyk: Primary minerals of mining and metallurgical Zn-Pb dumps at Bukowno, Poland, and their stability during weathering, Mineralogia Polonica, 26, 75-99 (1995).
• [30] Kucha H., A. Martens, R. Ottenburgs, W. De Vos, W. Viaene: Primary minerals of Zn-Pb mining and metallurgical dumps and their environmental behavior at Plombières, Belgium, Environmental Geology, 27, 1-15 (1996).
• [31] Lottermoser B.G.: Evaporative mineral precipitates from a historical smelting slag dump, Río Tinto, Spain, Neues Jahrbuch Neues Jahrbuch für Mineralogie - Abhandlungen, 181, 183-190 (2005).
• [32] Navarro A., E. Cardellach, J. L. Mendoza, M. Corbella, L. M. Domènech: Metal mobilization from base-metal smelting slag dumps in Sierra Almagrera (Almería, Spain), Applied Geochemistry, 23, 895-913 (2008).
• [33] Pareuil P.: Etude du comportement à la lixiviation d'un laitier manganifère issu de la valorisation des piles alcalines et salines, Limoges University, PhD thesis (2009)
• [34] Parsons M.B., D.K. Bird, M.T. Einaudi, C.N. Alpers: Geochemical and mineralogical controls on trace element release from the Penn Mine base-metal slag dump, California, Applied Geochemistry, 16, 1567-1593 (2001).
• [35] Piatak N.M., I. Seal, R. Robert, J.M. Hammarstrom: Mineralogical and geochemical controls on the release of trace elements from slag produced by base- and precious-metal smelting at abandoned mine sites, Applied Geochemistry, A Tribute to Gunter Faure, 19, 1039-1064 (2004).
• [36] Puziewicz J., K. Zainoun, H. Bril: Primary phases in pyrometallurgical slags from a zinc smelting waste dump, Świętochłowice, Upper Silesia, Poland, Canadian Mineralogist, 45, 1189-1200, (2007).
• [37] Seignez N., D. Bulteel, D. Damidot, A.Gauthier, J.-L. Potdevin: Weathering of metallurgical slag heaps: multi-experimental approach of the chemical behaviours of lead and zinc, Transactions on Ecology and the Environment, 92, 31-41 (2006).
• [38] Seignez N.: Nano-structures et mécanismes d'altération d'un vitrifiat issu de la métallurgie du plomb: similitudes et spécificités vis-à-vis de matériaux vitreux d'origine industrielle et naturelle, Thèse, Université des Sciences et Technologies de Lille I (2006).
• [39] Sobanska S., B. Ledésert, D. Deneele , A. Laboudigue: Alteration in soils of slag particles resulting from lead smelting, Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, 331, 271-278 (2000).
• [40] Soubrand-Colin M., H. Bril, C. Néel, A. Courtin-Nomade, F. Martin: Weathering of basaltic rocks from the French Massif Central: origin and fate of Ni, Cr, Zn and Cu, Canadian Mineralogist, 43, 1103-1117, (2005).
• [41] Stegmann R., G. Brunner, W. Calmano, G. Matz: Treatment of Contaminated Soil, Springer, Berlin, Germany 2001.
• [42] Twardowska I., J. Szczepanska: Solid waste: terminological and long-term environmental risk assessment problems exemplified in a power plant fly ash study, The Science of the Total Environment, 285, 29-51 (2002).
• [43] Vanaecker M., A. Courtin-Nomade, H. Bril, J. Laureyns, S. Gouy: Evidence of transitional phases during the cooling an,d weathering of Zn in pyrometallurgical slags, Submitted to European Journal of Mineralogy.
• [44] Wilson L.J.: Literature review on slag leaching, Canada Centre for Mineral and Energy Technology, Mineral Sciences Laboratories Division Report (CR), Ottawa (1994).
• [45] Worsztynowicz A., W. Mill: Potential ecological risk due to acidification of heavy industrialized areas - the Upper Silesia case, Studies in Environmental Science, 64, 353-365 (1995).
• [46] Yüksel I., T. Bilir: Usage of industrial by-products to produce plain concrete elements, Construction and Building Material, 21, 686-694 (2007).
• [47] Zainoun K.: Caractérisation pétrographique, chimique et minéralogique de scories pyrométallurgiques (Haute Silésie, Pologne); étude de la mobilisation du zinc et du plomb lors de l'altération supergene, Limoges University, PhD Thesis (2005).