Content analysis of heavy metals/metalloids and mineral composition of waste generated during uranium concentrate processing
A. Pala 1  
,   K. Widziewicz 2,   J. Nowak 3,   K. Loska 2,   J. Biegańska 1
 
More details
Hide details
1
Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Department of Technology and Installations for Waste Management, Gliwice, Poland
2
Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Department of Environmental Chemistry and Membrane Processes, Gliwice, Poland
3
Silesian University of Technology, Faculty of Mining and Geology, Institute of Applied Geology, Gliwice, Poland
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2013;29(2):89–102
 
KEYWORDS
ABSTRACT
Waste generated during mining and processing of uranium ore is the largest group of uranium mining wastes. Wastes collected in the forms of uranium piles, and evaporation and tailing ponds constitute a potential danger to ecosystems, because of the presence of radioactive elements and heavy metals. This paper presents the mineral and chemical compositions of rock wastes. Determination of mineral composition was performed using a DRON HZG-4 diffractometer. The content of heavy metals in samples of waste rock was determined by atomic sorption spectrometry. Spectral analysis was applied to heavy metals/metalloids such as As, Cr, Zn, Cd, Pb, Co, Cu, and Ni. The purpose of this analysis was to characterize the groups of extractive wastes in terms of mineral and elemental compositions. The sites examined were located in the Jelenia Góra Basin area in south-western Poland in the Lower Silesia province. Waste rock was taken from heaps located in Kowary-Podgórze and Radoniów. X-ray analysis of waste rock samples showed the presence of minerals in the wastes which commonly occur in the Jelenia Góra Basin area. Identified in the samples were minerals belonging to a group of zeolites and clay minerals which demonstrate the potential for sorption of heavy metals/metalloids. Spectrometric analysis of heavy metals/metalloids confirmed the presence of As, Cr, Zn, Cd, Co, Cu, Ni, and Pb in the collected waste, but their concentrations do not exceed the limit values laid down in the Regulation of the Minister of the Environment on the quality standards for soil and ground. The analysis performed did not show that the examined group of mining wastes had a negative impact on the environment.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Analiza zawartości metali ciężkich/metaloidów i składu mineralnego odpadów pochodzących z procesu pozyskiwania koncentratu uranowego
górnictwo uranowe, skała płonna, metale ciężkie, skład mineralny, Kowary, Radoniów
Odpady powstające w procesie wydobycia i przeróbki rudy uranowej stanowią najliczniejszą grupę odpadów pouranowych. Gromadzone w postaci hałd skały płonnej i odpadów przeróbczych, ze względu na obecność w nich promieniotwórczych radionuklidów oraz pierwiastków metali ciężkich/metaloidów, stanowią potencjalne źródło zagrożenia dla ekosystemów. W artykule przedstawiono wyniki analizy składu mineralnego oraz chemicznego skały płonnej. Określenie składu mineralnego dokonano na drodze analizy rentgenograficznej, stosując dyfraktometr HZG-4 firmy DRON. Zawartość metali ciężkich/metaloidów w próbkach odpadów oznaczona została przy użyciu metody atomowej spektrometrii absorpcyjnej. Analizie spektrometrycznej poddano następujące metale ciężkie/metaloidy: As, Cr, Zn, Cd, Pb, Co, Cu, Ni. Celem wykonanych analiz było scharakteryzowanie rozpatrywanej grupy odpadów pouranowych pod względem składu mineralnego i pierwiastkowego. Teren badań obejmował obszar Kotliny Jeleniogórskiej, znajdujący się w południowo-zachodniej Polsce w województwie dolnośląskim. Odpady skalne pobrane zostały z hałd zlokalizowanych w miejscowościach Kowary-Podgórze i Radoniów. Przeprowadzona analiza rentgenograficzna pobranych próbek odpadów wykazała obecność w odpadach minerałów powszechnie występujących na terenie Kotliny Jeleniogórskiej. W próbkach oznaczone zostały między innymi minerały należące do grupy zeolitów oraz minerałów ilastych, które wykazują zdolność sorpcji metali ciężkich/metaloidów. Analiza spektrometryczna metali ciężkich/metaloidów potwierdziła obecność w pobranych próbkach oznaczanych metali ciężkich/metaloidów, których stężenia nie przekroczyły jednak wartości dopuszczalnych, określonych w Rozporządzeniu Ministra Środowiska w sprawie standardów jakości gleby i ziemi. Przeprowadzone analizy nie wykazały, aby rozpatrywana grupa odpadów wydobywczych miała negatywny wpływ na środowisko przyrodnicze.
 
REFERENCES (34)
1.
Allard et al. 2012 – Allard Th., Balan E., Lacas G., Fourdrin C., Morichon E., Sorieul S., 2012 – Radiation-induced defects in clay minerals: A review. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B Vol. 277, 112–120.
 
2.
Bayliss et al. 1986 – Bayliss P., Erd D., Mrose M., Sabina A., Smith A.D., 1986 – Mineral Powder Diffraction File. Data Book. Swarthmore. International Center for Diffraction Data.
 
3.
Bolewski A., 1965 – Detailed mineralogy. Warszawa. Geological Publishing.
 
4.
Brown G.E., Calas G., 2011 – Environmental mineralogy – Understanding element behavior in ecosystems. Comptes Rendus Geoscience Vol. 343, 90–112.
 
5.
Chakrabarty-Patra et al. 2011 – Chakrabarty-Patra A., Sumesh C.G., Mohapatra S., Sahoo S.K., Tripathi R.M., Puranik .D., 2011 – Long-term leaching of uranium from different waste matrices. Journal of Environment Management Vol. 92, 919–925.
 
6.
Directive 2006/21/EC of the European Parliament and the Council dated 15 March 2006 on the management of waste from extractive industries.
 
7.
Fernandes et al. 1998 – Fernandes H.M., Franklin M.R., Veiga L.H., 1998 – Acid rock drainage and radiological environmental impacts. A study case of the Uranium mining and milling facilities at Pacos de Caldas. Waste Management Vol. 18, 169–181.
 
8.
Ferrier et al. 2010 – Ferrier K.L., Kirchner J.W., Riebe C.S., Finkel R.C., 2010 – Mineral-specific chemical weathering rates over millennial timescales: Measurements at Rio Icacos, Puerto Rico. Chemical Geology Vol. 277, 101–114.
 
9.
Franks et al. 2011 – Franks D.M., Boger D.V., Cote C.M., Mulligan D.R., 2011 – Sustainable development principles for the disposal of mining and mineral processing wastes. Resources Policy Vol. 36, 114–122.
 
10.
Gaweł A., Muszyński M., 1996 – Tables for identification minerals by X-ray diffraction. Kraków. Publishing AGH.
 
11.
Giusti L., 2009 – A review of waste management practices and their impact on human health. Waste Management Vol. 29, 2227–2239.
 
12.
Grawunder et al. 2009 – Grawunder A., Lonschinski M., Merten D., Büchel G., 2009 – Distribution and bonding of residual contamination in glacial sediments at the former uranium mining leaching heap of Gessen/Thuringia, Germany. Chemie der Erde, Vol. 69, 5–19.
 
13.
Kabata-Pendias A., Pendias H., 1999 – Biogeochemistry of trace elements. Warszawa. PWN.
 
14.
Koutsopouluu et al. 2010 – Koutsopouluu E., Papoulis D.,Tsolis-Katages P.,Kornaros M., 2010 – Clay minerals used in sanitary landfills for the retention of organic and inorganic pollutants. Applied Clay Science Vol. 49, 372–382.
 
15.
Kreusch et al. 2005 – Kreusch J., Neumann W., Appel D., Diehl P., 2005 – The nuclear fuel cycle. Berlin. Heinrich Böll Fundation.
 
16.
Kulczycka et al. 2003 – Kulczycka J., Koneczny K., Kowalski Z., 2003 – Cost-benefit analysis for the assessment of environmental aspects of mining industry. Mineral Resources Management Vol. 19, No 4, 117–124.
 
17.
Lee J., Pandey B.D., 2012 – Bio-processing of solid wastes and secondary resources for metal extraction – A review. Waste Management Vol. 32, 3–18.
 
18.
Lis J., Sylwestrzak H., 1986 – Minerals of Lower Silesia. Warszawa. Geological Publishing.
 
19.
Liu et al. 2011 – Liu J., Xue-Hong Z., Tran H., Dun-Qiu W., Yi-Nian Z., 2011 – Heavy metal contamination and risk assessment in water, paddy soil, and rice around electroplating plant. Environmental Science and Pollution Research Vol. 18, No 9, 1623–1632.
 
20.
Lourenco et al. 2012 – Lourenco J., Pereira R., Silva A., Carvalho F., Oliveira J., Malta M., Paiva A., Goncalves F., Mendo S., 2012 – Evaluation of the sensitivity of genotoxicity and cytotoxicity endpoints in earthworms exposed in situ to uranium mining wastes. Ecotoxicology and Environmental Safety Vol. 75, 46–54.
 
21.
Miecznik et al. 2011 – Miecznik J.B., Strzelecki R., Wołkowicz S., 2011 –Uraniumin Poland – history of exploration and perspectives of deposit discovery. Geological Review Vol. 59, No 10, 688–697.
 
22.
Misaelides P., 2011 – Application of natural zeolites in environmental remediation: A short review. Microporous and Mesoporous Materials Vol. 144, 15–18.
 
23.
Motuzas A., Vaisvalavicius R . , Prosycevas I., 2002 – Application of new physical chemical methods in soil ecological investigations. Environmental Science and Pollution Research Vol. 9, No 1, 55–62.
 
24.
Moyle P.R., Causey J.D., 2001 – Chemical composition of samples collected from waste rock dumps and other mining-related features at selected phosphate mines in southeastern Idaho, western Wyoming and northern Utah. U.S. Geological Survey.
 
25.
Neves et al. 2012 – Neves M.O., Figueiredo V.R., Abreu M.M., 2012 – Transfer of U, Al and Mn in the water-soil-plant system near a former uranium mining area (Cunha Baixa, Portugal) and implications to human health. Science of the Total Environment Vol. 416, 156–163.
 
26.
Nieć M., 2009 – The occurrence of uranium and its exploration perspectives in Poland. Energy Policy Vol. 12, z. 2/2, 435–451.
 
27.
Regulation of Minister of the Environment dated 9 September 2002, on the quality standards for soil and ground (Dz.U. Nr 156 poz. 1359).
 
28.
Samimi Namin et al. 2011 – Samimi Namin F., Shahriar K., Bascetin A., 2011 – Environmental impact assessment of mining activities. A new approach for mining methods selection. Mineral Resources Management Vol. 27, No 2, 113–143.
 
29.
Siuda et al. 2008 – Siuda R., Kruszewski Ł., Borzęcki R., 2008 –Uranospinite from abandoned Podgórze uranium mine in Kowary (Karkonosze, Poland). Mineralogia – Special Papers Vol. 32.
 
30.
Solecki et al. 2011 – Solecki A., Śliwiński W., Wojciechowska I., Tchórz-Trzeciakiewicz D., Syrczyński P., Sadowska M., Makowski B., 2011 – Evaluation of the possibility of occurrence of uranium mineralization in Poland based on the results of geological exploration. Geological Review Vol. 59, No 2, 98–110.
 
31.
Tomassi-Morawiec et al. 1999 – Tomassi-Morawiec H., Lis J., Pasieczna A., 1999 – Geochemical atlas of Wrocław and environments. Warszawa. Państwowy Instytut Geologiczny.
 
32.
Turer D., 2007 – Effect of heavy metal and alkali contamination on the swelling properties of kaolinite. Environmental Geology Vol. 52, No 3, 421–425.
 
33.
Uranium mining in Poland, 2011 – Electronic access. http://www.redbor.pl/artykuly/....
 
34.
Yilma z E., 2011 – Advances in reducing large volumes of environmentally harmful mine waste rocks and tailing. Mineral Resources Management Vol. 27, No 2, 89–112.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953