Selected harmful elements in Polish lignite
B. Bielowicz 1  
 
More details
Hide details
1
Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Kraków
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2013;29(3):47–59
 
KEYWORDS
ABSTRACT
Lignite from Polish deposits includes numerous rare elements, trace elements and dispersed elements, some of which may have a negative impact on the environment and human health. However, these elements usually do not reach harmful concentration within analyzed coal. This study examined the content of selected elements harmful at each concentration, and elements harmful at higher concentrations. The analysis included the samples of lignite and ash produced during the combustion of coal. Elements toxic at each concentration included: Pb, Hg, Cd, Be and As, while elements toxic at higher concentrations were: Zn, Se, Sb, Cu and Mn. Trace elements were determined though the use of instrumental neutron activation analysis (INAA), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). Due to the lack of standards defining the permissible content of harmful elements in lignite, the examination was based on a comparison of the observed content with acceptable daily intake for humans and maximum permissible levels of these elements in soils and waters. Within the tested lignite, Hg, Pb, As and Cd content is low, while their concentration reaches a maximum of up to 2.6 ppm Hg, 26.22 ppm Pb, 19.72 ppm As and 17.76 ppm Cd. These concentrations are very small compared to the maximum permissible levels in soils. The exception is the average mercury content in the “Adamów” lignite deposit. The content of toxic elements in ash is higher than in the raw coal, suggesting that they are related to the mineral matter of coal. At the same time elements like Mn, Pb and Cu have low volatility, which is responsible for their concentration in the ash after combustion of coal. On the other hand, elements like Cd and Hg evaporate during combustion together with flue gas due to their high volatility, and therefore their content in ash is lower than their content in coal. The content of other trace elements (Sb, Zn, Mn and Cu) is also low in lignite and does not pose a threat to the environment.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Występowanie wybranych pierwiastków szkodliwych w polskim węglu brunatnym
węgiel brunatny, pierwiastki toksyczne, ołów, kadm, rtęć, arsen
W węglu brunatnym z polskich złóż występują liczne pierwiastki rzadkie, śladowe i rozproszone, z których część może wywierać niekorzystny wpływ na środowisko naturalne oraz człowieka. Jednak pierwiastki te w większości nie osiągają koncentracji szkodliwych w analizowanym węglu. W pracy zbadano zawartości wybranych pierwiastków szkodliwych w każdym stężeniu i pierwiastków szkodliwych w większym stężeniu. Analizowano udział tych elementów zarówno w próbkach węgla brunatnego, jak i popiołach tego surowca uzyskanych metodą powolnego spalania. Do pierwiastków toksycznych w każdym stężeniu zaliczono Pb, Hg, Cd, Be, As, a w większym stężeniu: Zn, Se, Sb, Cu, Mn. Pierwiastki śladowe oznaczano metodą instrumentalnej neutronowej analizy aktywacyjnej (INAA), ICPMS-Mikrofala i ICP-OES. Ze względu na brak norm określających dopuszczalną zawartość pierwiastków szkodliwych w węglu brunatnym oparto się na porównywaniu oznaczonej zawartości z dopuszczalnymi dziennymi dawkami dla ludzi i dopuszczalnej zawartości tych pierwiastków w glebach oraz w wodach. Zawartość Hg, Pb, As i Cd w badanym węglu brunatnym jest nieduża, a ich stężenia osiągają maksymalnie: Hg do 2,6 ppm, Pb do 26,22 ppm, As do 19,72 ppm i Cd do 17,76 ppm. Podane koncentracje są bardzo małe w porównaniu do granicznych dopuszczalnych wartości w glebach. Wyjątek stanowi średnia zawartość rtęci w złożu Adamów. Zawartość pierwiastków toksycznych w popiołach jest wyższa w porównaniu z węglem surowym, co świadczy, że składniki te związane są z substancją mineralną węgla. Zawartość innych oznaczonych pierwiastków śladowych (Sb, Zn, Mn i Cu) w badanym węglu jest również nieduża i nie stanowi zagrożenia dla środowiska naturalnego. Jednocześnie pierwiastki takie jak Mn, Pb i Cu mają małą lotność, przez co obserwuje się ich koncentrację w popiele po spaleniu węgla. Z drugiej strony takie pierwiastki jak Cd i Hg ze względu na swoją wysoką lotność ulatniają się w trakcie spalania wraz ze spalinami i dlatego ich zawartość w popiele jest niższa niż w węglu.
 
REFERENCES (29)
1.
Bielowicz B., 2010a – New technological classification of lignite as a basis for balanced energy management. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 26, z. 2.
 
2.
Bielowicz B., 2010b – Wybrane pierwiastki szkodliwe w węglu brunatnym ze złoża Gubin. Zeszyty Naukowe nr 138, seria Inżynieria Środowiska nr 18, 92–101, Uniwersytet Zielonogórski.
 
3.
Bielowicz B., 2012 – Schemat nowej technologicznej klasyfikacji krajowego węgla brunatnego zgodnej z zasadami międzynarodowymi. Wydawnictwa AGH, Kraków.
 
4.
Bojakowska I., Sokołowska G., 2001 – Rtęć w kopalinach wydobywanych w Polsce jako potencjalne źródło zanieczyszczeń środowiska. Biuletyn PIG, 394, 5–54.
 
5.
Darbinjan F., 1989 – Geochemie der Braunkohlen des Lausitzer Kohlenrevier. Geoprofil 1, Wyd. VEB Geol. Forsch. Und Eurkaund., Freiberg.
 
6.
Galos K., Uliasz-Bocheńczyk A., 2005 – Źródła i użytkowanie popiołów lotnych ze spalania węgli w Polsce. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 21, z. 1.
 
7.
Gmur D., Kwiecińska B., 2002 – Facies analysis of coal seams from the Cracow Sandstone Series of the Upper Silesia Coal Basin, Poland. International Journal of Coal Geology 52, 29–44.
 
8.
Goldsztejn P., 2007 – Koncentracje wybranych pierwiastków w węglu brunatnym ze złoża Ościsłowo w rejonie Konina. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały, Vol. 118, nr 33, 17–24.
 
9.
Kabata-Pendias A., Pendias H., 1999 – Biogeochemia pierwiastków śladowych. PWN Warszawa.
 
10.
Kasiński i in. 2006 – Kasiński J., Mazurek S., Piwocki M., 2006 – Waloryzacja i ranking złóż węgla brunatnego w Polsce. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego, t. 187.
 
11.
Ketris M.P.,Yudovich Ya.E., 2009 – Estimations of Clarkes for Carbonaceous biolithes: World averages for trace element contents in black shales and coals. International Journal of Coal Geology 78, 135–148.
 
12.
Matl K., Wagner M., 1995 – Analiza występowania pierwiastków rzadkich, rozproszonych i śladowych w ważniejszych krajowych złożach węgla brunatnego. [W:] Stryszewski M. – Eksploatacja selektywna węgla brunatnego i kopalin towarzyszących wraz z uwarunkowaniami techniczno-ekonomicznymi i korzyściami ekologicznymi. Wyd. CPPGSMiE, Kraków.
 
13.
Ostrowska P., 2008 – Kadm – występowanie, Źródła zanieczyszczeń, metody recyklingu. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 24, z. 3/3.
 
14.
Parzentny H., 1989 – Różnice w zawartości i sposobie związania niektórych pierwiastków w węglu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego w profilu pojedynczego pokładu. Przegląd Górniczy nr 4, 17–21.
 
15.
Perelman A. I., 1979 – Geochimija. Izd.W.S. Moskwa.
 
16.
PIG Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, 2011 http://geoportal.pgi.gov.pl/su....
 
17.
PN-ISO 11760 – 2007 – Klasyfikacja węgla.
 
18.
Polityka Energetyczna Polski do 2025 r. Minister Gospodarki i Pracy Zespół do Spraw Polityki Energetycznej, 4 stycznia 2005 r.
 
19.
Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 21 marca 2002 a w sprawie dopuszczalnych stężeń metali ciężkich zanieczyszczających glebę. Dz.U. Nr 37, poz. 344.
 
20.
Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 listopada 2002 b w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. Dz.U. Nr 217, poz. 1833.
 
21.
Rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z dnia 5 listopada 1991 r. w sprawie klasyfikacji wód oraz warunków, jakim powinny odpowiadać ścieki wprowadzane do wód lub do ziemi. Dz.U. Nr 116 poz. 503.
 
22.
Rozporządzenie Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 21 sierpnia 1997 r. w sprawie substancji chemicznych stwarzających zagrożenie dla zdrowia lub życia. Dz.U. Nr 105 poz. 671.
 
23.
Różkowska A., Ptak B., 1995 – Atlas geochemiczny złóż węgla kamiennego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
 
24.
Suwała W., 2010 – Models of Coal Industry in Poland. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 26, z. 3.
 
25.
Święch F., Kwiecińska B., 2003 – Heavy metal concentrations in bituminous coal from the “Janina” coal-mine. Libiąż, USCB Poland. Mineralogia Polonica, 34(1), 69–76.
 
26.
Wagner M., 2001 – Oznaczanie pierwiastków toksycznych i szkodliwych w węglu i jego popiołach. [W:] Stryszewski M. – Eksploatacja selektywna węgla brunatnego jako metoda ograniczenia szkodliwego oddziaływania na środowisko pierwiastków obecnych w węglu i produktach jego spalania. Wyd. Katedra Górnictwa Odkrywkowego AGH, Kraków.
 
27.
Wagner i in. 2008 – Wagner M., Lipiarski I., Misiak J., 2008 – Atlas petrograficzny twardego węgla brunatnego i węgla kamiennego z obszaru Polski. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków.
 
28.
Wagner M., Matl K., 1996 – Udział pierwiastków rzadkich, rozproszonych i śladowych w węglu i popiele pokładu łużyckiego (II). [W:] Matl K., Twardowski K. (red.) – Rozkład własności fizykochemicznych i technologicznych węgla brunatnego z uwzględnieniem domieszek szkodliwych dla środowiska w południowo-zachodniej części Niżu Polskiego (pokład łużycki II). Wyd. CPPGSMiE PAN, Kraków.
 
29.
Zarębska K., Pernak-Miśko K., 2007 – Zgazowanie węgla – perspektywa dla gospodarki wodorowej. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 23, z. 3.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953