Mineralogical-chemical and textural characteristics of Zn-Pb industry flotation wastes with further potential for application as sorbents
 
More details
Hide details
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2012;28(3):55–69
 
KEYWORDS
ABSTRACT
The aim of this study was a preliminary characterization (mineralogical, chemical, textural) of flotation wastes - which are the by-product of zinc-lead concentrate extraction - from the stand point of their further prospective (experimental) use as sorbents of acid gases (SO2 and CO2). The landfill sourced for the wastes used in this study was owned by ZGH 'Bolesław' in Bukowno. The research material consisted of a sample of flotation wastes taken from alluvial pond No. 1, lying in the southern part of the Western Pond. Characterization of the material selected for testing included the following: basic mineralogical (XRD, SEM-EDS) and chemical analysis (determination of analytical moisture content, loss on ignition, basic chemical composition, and content of trace elements), as well as the identification of basic textural parameters (BET specific surface area and pore size distribution). Mineralogical studies showed that the waste material consisted mainly of carbonate minerals (primarily calcite, dolomite, ankerite) and minerals present in the residuum after ore flotation (primarily galena and sphalerite). The chemical analysis indicated that in analyzed samples, calcium, magnesium, and iron components are predominant. They are conditioned by carbonate minerals which predominate in the studied waste. The most significant trace elements were arsenic, followed by manganese, and then bar - present only in quantities not exceeding 1%. Textural analysis showed that the test material has a low surface area and large particle size. The research suggests that the analyzed materials have poor adsorption properties, although they could be used in desulfurization as well as the neutralization of carbon dioxide (carbonation). However, it is necessary for this purpose to conduct additional studies of heavy metals' leaching in an acidic environment, in addition to applying the admixture of other ingredients to the flotation wastes, such as cement or zeolites, to immobilize hazardous waste components.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Charakterystyka mineralogiczno-chemiczna i teksturalna odpadów poflotacyjnych z przemysłu Zn-Pb pod kątem dalszych rozważań wykorzystania ich jako sorbentów
odpad poflotacyjny, ruda Zn-Pb, badania mineralogiczno-chemiczne, analiza teksturalna
Celem pracy była wstępna charakterystyka (mineralogiczna, chemiczna, teksturalna) odpadów poflotacyjnych, stanowiących surowiec uboczny (odpadowy) przy uzyskiwaniu koncentratów cynkowo-ołowiowych, pod kątem dalszych analiz nad możliwością ich perspektywicznego (eksperymentalnego) wykorzystania jako sorbentów gazów kwaśnych (SO2 i CO2). Składowisko tych odpadów jest własnością ZGH 'Bolesław' w Bukownie. Materiał badawczy stanowiła próbka odpadów poflotacyjnych pobrana ze stawu osadowego nr 1, leżącego w południowej części Stawu Zachodniego. Charakterystyka wytypowanych do badań materiałów obejmowała podstawowe badania mineralogiczne (XRD, SEM-EDS), analizy chemiczne (oznaczenie zawartości wilgoci analitycznej, zawartości strat prażenia, podstawowego składu chemicznego, jak też pierwiastków śladowych) oraz wyznaczenie podstawowych parametrów teksturalnych (powierzchnia właściwa BET, rozkład i wielkość porów). Badania mineralogiczne wykazały, że materiał odpadowy stanowią głównie minerały węglanowe (w przewadze kalcyt, dolomit, ankeryt) oraz minerały stanowiące pozostałość po niewyflotowanych kruszcach (w przewadze galena, sfaleryt). Analiza chemiczna pozwoliła stwierdzić, iż w analizowanej próbce dominują związki wapnia, magnezu i żelaza uwarunkowane przewagą minerałów węglanowych w badanych odpadach. Wśród pierwiastków śladowych przeważa arsen, następnie mangan i bar, występujące jednak w ilości nie przekraczającej 1%. Analiza teksturalna wykazała, że materiał badawczy charakteryzuje się niską powierzchnią właściwą i dużymi rozmiarami cząstek. Przeprowadzone badania sugerują, że analizowany materiał charakteryzuje się ubogimi właściwościami adsorpcyjnymi, aczkolwiek mógłby on znaleźć zastosowanie w metodach odsiarczania, jak też neutralizacji dwutlenku węgla (karbonizacja). Należałoby jednak w tym celu przeprowadzić dodatkowe badania wymywalności metali ciężkich w środowisku kwasowym, jak też zastosować domieszki innych składników, takich jak cement czy zeolity, w celu immobilizacji niebezpiecznych składników odpadów.
 
REFERENCES (32)
1.
Alwaeli M., Czech Ł., 2009 -Możliwości gospodarczego wykorzystania odpadów poflotacyjnych. Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska. Vol. 11, Issue 3, s. 47-62.
 
2.
Bauerek i in. 2009 - Bauerek A., Cabała J., Smieja-Król B., 2009 - Mineralogical Alterations of Zn-Pb Flotation Wastes of Mississipi Valley-Type Ores (Suothern Poland) and Their Impact on Contamination of Rainwater Runoff, Polish Journal of Environmental Studies, vol. 18, nr 5, s. 781-788.
 
3.
Butra i in. 2007 - Butra J., Dębkowski R., Mizera A., 2007 - Zagospodarowanie odpadów poflotacyjnych. Rudy i Metale, R 42, nr 8, s. 322-328.
 
4.
Cabała J., 2005 - Kwaśny drenaż odpadów poflotacyjnych rud Zn-Pb; Zmiany składu mineralnego w strefach ryzosferowych rozwiniętych na składowiskach. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej 1690, s. Górnictwo z. 267, s. 63-70.
 
5.
Chmielarz i in. 2002 - Chmielarz A., Mrozowski J., Wasilewski W . , Jaschik M., 2002 - Dolomitowe odpady flotacyjne jako sorbenty w procesie mokrego odsiarczania gazów. Rudy i Metale, nr 7, s. 324-328.
 
6.
Duda R., Witczak S., 2003 - Modeling of the transport of contaminants from the Żelazny Most flotation tailings dam, Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 19, z. 4. s. 69-88.
 
7.
Fang i in. 2009 - Fang F., Li Z. S., Cai N. S., 2009 - CO2 capture from flue gases using a fluidized bed reactor with limestone. Korean Journal of Chemical Engineering, 26 (5), s. 1414-1421.
 
8.
Girczys J. K., Sobik-Szołtysek J., 1997 - Problemy wykorzystania osadników poflotacyjnych rud Zn-Pb rejonu bytomskiego. Rudy i Metale, R. 42, nr 7, s. 297-302.
 
9.
Girczys J. K., Sobik-Szołtysek J., 2002 - Odpady przemysłu cynkowo-ołowiowego. Seria Monografie nr 87. Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa.
 
10.
Górecka i in. 1994 - Górecka E., Bellok A., Socha J., Wnuk R., Kibitlewski S., 1994 - Zróżnicowanie zawartości metali w odpadach flotacyjnych rud Zn-Pb (ZGH Bolesław, rej. Olkuski). Przegląd Geologiczny, vol. 42, nr 10, s. 834-841.
 
11.
Gregg S. J., Sing K. S. W., 1982 - Adsorption, Surface Area and Porosity. 2nd edition. Academic Press. London.
 
12.
Guśpiel i in. 1997 - Guśpiel J., Gierat K., Kazibut J., Polonka Z., 1997 - Kompleksowa metoda utylizacji odpadów cynkonośnych. Rudy i Metale, R 42, nr 1, s. 3-9.
 
13.
Gworek B., 1993 - Wpływ zeolitów na zmniejszenie akumulacji metali ciężkich w roślinach uprawianych na glebach zanieczyszczonych. Wydawnictwo SGGW, Warszawa.
 
14.
Helios-Rybicka E., Sikora W., 1996 - Charakterystyka chemiczna i fazowa odpadów z ZGH "Bolesław" w Bukownie oraz mobilność cynku, ołowiu i kadmu. Praca niepublikowana - archiwum Zakładu Ochrony Środowiska AGH, WGGiOŚ, Kraków.
 
15.
Helios-Rybicka E., Wójcik R., 2005 - Heavy metals (Zn, Pb, Cd, Tl) and As - their mobilization and immobilization in the wastes from the Zn-Pb mining and smelting industry at the Bukowno, Upper Silesia, Poland. June 27-July 1, 2005, Skallefteå, Sveden: proceedings, Vol. 1/MITU [etc.]. s. 389-398.
 
16.
Janiec R., Nowak J., 1973 - Odpady z przeróbki rud Zn-Pb i ich mieszaniny z piaskiem jako materiał podsadzkowy. Rudy i metale nieżelazne, R. 13, nr 9, s. 428-432.
 
17.
Jarosiński i in. 2005 - Jarosiński A., Żelazny S., Włodarczyk B., 2005 - Badanie możliwości zagospodarowania odpadu z procesu wzbogacania rud cynkowo-ołowiowych do wypełniania pustek górniczych. [W]: Kudełko J., Kulczycka J., Wirth H., 2005 - Zrównoważone zarządzanie obszarami poprzemysłowymi. Wydawnictwo IGSMiE PAN, Kraków, s. 66-72.
 
18.
Katalog - Odpady w przemyśle metali nieżelaznych, 2002.
 
19.
Klinik J., 2000 - Tekstura porowatych ciał stałych/Texture of porosity solids. AGH - Ośrodek Edukacji Niestacjonarnej, Kraków.
 
20.
Kucha H., Jędrzejczyk B., 1995 - Primary minerals of mining and metalurgical Zn-Pb dumps at Bukowno, and their stability during wathering. Mineralogica Polonica, 26 (2), s. 75-99.
 
21.
Kulczycka i in. 2005 - Kulczycka J., Plewa F., Włodarczyk B., 2005 - Możliwość wykorzystania odpadów powstających przy wzbogacaniu rud cynkowo-ołowiowych z ZG "Trzebionka" S.A. [W]: Kudełko J., Kulczycka J., Wirth H., 2005 - Zrównoważone zarządzanie obszarami poprzemysłowymi. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków, s. 163-172.
 
22.
LaGrega i in. 1994 - LaGrega M. D., Buckingham P. L., Evans J. C., 1994 -Hazardous waste management. McGraw-Hill, Inc. s. 1146.
 
23.
Pajor G., 2005 - Gospodarka odpadami poflotacyjnymi w ZGH Bolesław S.A. w Bukownie. [W]: Kudełko J., Kulczycka J., Wirth H., 2005 - Zrównoważone zarządzanie obszarami poprzemysłowymi. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków, s. 8-19.
 
24.
Pisani R., Mores D., 2003 - Removal of SO2 with particles of dolomite limestone powder in a binary fluidized bed reactor with bubbling fluidization. Brazilian Journal of Chemical Engineering vol. 20, no 2.
 
25.
Raport z badań nr 7300/LB/2009 Laboratorium Ośrodka Badań i Kontroli Środowiska Sp. z o.o. (udostępnione przez ZGH "Bolesław").
 
26.
Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 7 września 2005 r. w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczania odpadów do składowania na składowisku odpadów danego typu (Dz.U. 2005, Nr 186, poz. 1553).
 
27.
Sikora i in. 1996 - Sikora W., Damian E., Jędrzejczyk B., Szczawiński W., Wardas M., 1996 - Charakterystyka odpadów z ZGH "Bolesław" w Bukownie. Ochrona Powietrza z. 4, s. 143-146.
 
28.
Sztaba i in. 1996 - Sztaba K., Kuczyńska I., Sanak-Rydlewska S., Ociepa Z., 1996 - Utylizacja odpadów cynkowo-ołowiowych. Rudy i Metale, R. 41, nr 3, s. 154-158.
 
29.
Szuwarzyński M., Kryza A., 1993 - Problem odpadów flotacyjnych w górnictwie rud cynku i ołowiu na obszarze śląsko-krakowskiej prowincji złożowej. Przegląd Geologiczny, vol. 41, nr 9, s. 629-633.
 
30.
Śmieszek Z., Sobierajski S., 1998 - Kierunki rozwoju przemysłu metali nieżelaznych. Rudy i metale, R. 43, nr 1, s. 9-16.
 
31.
Witczak S., Postawa A., 1993 - Ocena szybkości ługowania siarczków z płonych skał karbońskich deponowanych na składowiskach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, na podstawie badań lizymetrycznych. Prace Mineralogiczne, Komisja Nauk Mineralogicznych PAN w Krakowie, s. 61-64.
 
32.
Włodarczyk B., Mazanek C., Kulczycka J., 2005 - Propozycja opracowania technologii wykorzystania odpadów poflotacyjnych do podsadzania. [W]: Kudełko J., Kulczycka J., Wirth H., 2005: Zrównoważone zarządzanie obszarami poprzemysłowymi. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków, s. 153-162.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953