ORIGINAL PAPER
The leaching of mercury from hard coal and extractive waste in the acidic medium
 
More details
Hide details
1
Mineral and Energy Economy Research Instytute of the Polish Academy of Science
CORRESPONDING AUTHOR
Beata Klojzy-Karczmarczyk   

Mineral and Energy Economy Research Instytute of the Polish Academy of Science, Kraków, Poland
Submission date: 2021-05-20
Final revision date: 2021-05-30
Acceptance date: 2021-05-31
Publication date: 2021-06-22
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2021;37(2):163–178
 
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
Sixteen samples were designed for analysis (hard coal, aggregate – barren rock, hard coal sludge). The total mercury content and the amount of mercury leaching were determined. The percentage of leachable form in the total content was calculated. The studies were carried out under various pH medium. The leachability under conditions close to neutral was determined in accordance with the PN EN 12457/1-4 standard. The leachability under acidic medium (pH of the solution – approx. 3) was determined in accordance with principles of the TCLP method. The mercury content was determined by means of the AAS method. For hard coal the total mercury content was 0.0384–0.1049 mg/kg. The level of leaching on mean was 2.6%. At the acidic medium the amount of leaching increases to an mean 4.1%. The extractive waste of aggregate type features a higher total mercury content in the finest fraction < 6 mm (up to 0.4564 mg/kg) and a lower content in the fraction 80–120 mm (up to 0.1006 mg/kg). The aggregate shows the percentage of the leachable form on mean from 1.4 to 2.2%. With pH decreasing to approx. 3, the amount of leaching grows up to mean values of 1.7–3.2%. Coal sludge features the total mercury content of 0.1368–0.2178 mg/kg. The percentage of mercury leachable form is approx. 1.8%. With pH decreasing the value increases to mean value of 3.0%. In general, the leachability of mercury from hard coals and extractive waste is low, and the leachability in an acidic medium grows approx. twice. Such factors as the type and origin of samples, their grain composition, and the pH conditions, have basic importance for the process. The time of waste seasoning and its weathering processes have the greatest impact on increasing the leaching of mercury from the extractive waste.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Wymywanie rtęci z węgli kamiennych i odpadów wydobywczych w środowisku kwaśnym
odpady wydobywcze, węgiel kamienny, zawartość całkowita, wymywanie, rtęć
Do analizy przeznaczono 16 próbek (węgiel kamienny, kruszywa – skała płonna, muły węgla kamiennego). Określono zawartość całkowitą rtęci oraz wielkość wymywania. Obliczono ponadto udział formy wymywalnej w całkowitej zawartości pierwiastka. Badania prowadzono w różnych warunkach pH środowiska. Wymywalność w warunkach obojętnych wykonano zgodnie z wytycznymi normy PN EN 12457/1-4. Wymywalność w warunkach kwaśnych (pH roztworu około 3) wykonano w oparciu o metodę TCLP. Przy oznaczaniu zawartości rtęci wykorzystano metodę AAS. Dla węgla kamiennego zawartość rtęci całkowitej kształtuje się w granicach 0,0384–0,1049 mg/kg. Wielkość wymycia kształtuje się na średnim poziomie 2,6%. W kwaśnym środowisku wielkość wymywania zwiększa się do średniej wartości 4,1%. Odpady wydobywcze typu kruszywa charakteryzują się wyższą zawartością rtęci całkowitej we frakcji najdrobniejszej < 6 mm (do 0,4564 mg/kg) i niższą we frakcji 80–120 mm (do 0,1006 mg/kg). Udział formy wymywalnej rtęci w kruszywach jest na średnim poziomie 1,4–2,2%. Przy obniżaniu pH do około 3, wielkość wymywania zwiększa się do średnich wartości 1,7–3,2%. Muły węglowe charakteryzują się zawartością rtęci całkowitej na poziomie 0,1368–0,2178 mg/kg. Średni udział formy wymywalnej jest na poziomie 1,8%. Przy obniżaniu pH udział ten osiąga średnią wartość 3,0%. Ogólnie wymywalność rtęci z węgli kamiennych oraz odpadów wydobywczych jest niska, a zwiększenie wymywalności w środowisku kwaśnym jest około dwukrotne. Podstawowe znaczenie dla procesu wymywania mają rodzaj i pochodzenie próbek, ich skład granulometryczny oraz warunki pH. Największy wpływ na zwiększenie wymywalności rtęci z materiału odpadowego sektora wydobywczego węgla kamiennego mają czas sezonowania materiału i procesy wietrzeniowe.
 
REFERENCES (41)
1.
Białecka, B. and Pyka, I. ed. 2016. Mercury in Polish hard coal for energy purposes and in products of its processing (Rtęć w polskim węglu kamiennym do celów energetycznych i w produktach jego przeróbki). GIG (in Polish).
 
2.
Bielowicz, B. and Misiak, J. 2016. Sulphides in hard coal seams from the Orzesze Beds s.s. of Mudstone Series (Westphalian B) in the eastern part of the Upper Silesian Coal Basin (Siarczki w pokładach węgla kamiennego warstw orzeskich s.s. serii mułowcowej (westfal B) we wschodniej części GZW). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 32(3), pp. 23–38 (in Polish).
 
3.
Bojakowska, I. and Sokołowska, G. 2001. Mercury in mineral raw materials exploited in Poland as potential sources of environmental pollution (Rtęć w kopalinach wydobywanych w Polsce jako potencjalne źródło zanieczyszczenia środowiska). Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 394, pp. 5–54 (in Polish).
 
4.
Boszke et al. 2003 – Boszke, L., Kowalski, A., Głosińska, G., Szarek, R. and Siepak, J. 2003. Environmental factors affecting speciation of mercury in the bottom sediments: an overview. Polish Journal of Environmental Studies 12(1), pp. 5–13.
 
5.
Bożym, M. and Klojzy-Karczmarczyk, B. 2020. The content of heavy metals in foundry dusts as one of the criteria for assessing their economic reuse. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 36(3), pp. 111–126. DOI: 10.24425/gsm.2020.133937).
 
6.
Bożym, M. and Klojzy-Karczmarczyk, B. 2021. Assessment of the mercury contamination of landfilled and recovered foundry waste – a case study. Open Chemistry 19, pp. 462–470. DOI: 10.1515/chem-2021-0043.
 
7.
Bożym, M. 2017. The study of heavy metals leaching from waste foundry sands using a one-step extraction. E3S Web of Conferences 19, 6 p. DOI: 10.1051/e3sconf/20171902018.
 
8.
Coufalík et al. 2012 – Coufalík, P., Krásenský, P., Dosbaba, M. and Komárek, J. 2012. Sequential extraction and thermal desorption of mercury from contaminated soil and tailings from Mongolia. Central European Journal of Chemistry 10(5), pp. 1565–1573. DOI: 10.2478/s11532-012-0074-6.
 
9.
Dai et al. 2006 – Dai, S., Ren, D., Chou, C.-L., Li, S. and Jiang, Y. 2006. Mineralogy and geochemistry of the No. 6Coal (Pennsylvanian) in the Junger Coalfield, Ordos Basin, China. International Journal of Coal Geology 66, pp. 253–270.
 
10.
Diehl et al. 2004 – Diehl, S.F., Goldhaber, M.B. and Hatch, J.R. 2004. Modes of occurrence of mercury and other trace elements in coals from the warrior field, Black Warrior Basin, Northwestern Albabama. International Journal of Coal Geology 59, pp. 193–208.
 
11.
Dz.U. of 2011 No 175, item 1048. Regulation of the Minister of Environment dated 15 July 2011 on classification criteria for extractive waste as neutral waste.
 
12.
Dz.U. of 2015, item 1277. Regulation of the Minister of Economy dated 16 July 2015 on allowing the waste to be landfilled in landfills.
 
13.
Dziok et al. 2015 – Dziok, T., Strugała, A., Rozwadowski, A., Macherzyński, M.and Ziomber, S., 2015. Mercury in waste products from hard coal processing plants (Rtęć w odpadach z procesu wzbogacania węgli kamiennych). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 31(1), pp. 107–122 (in Polish).
 
14.
Galos, K. and Szlugaj, J. 2014. Management of Hard Coal Mining and Processing Wastes in Poland. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30(4), pp. 51–64.
 
15.
Gawor et al. 2014 – Gawor, Ł., Warcholik, W. and Dolnicki, P. 2014. Possibilities of exploitation of secondary deposits (post mining dumping grounds) as an example of changes in extractive industry. Prace Komisji Geografii Przemysłu Polskiego Towarzystwa Geograficznego 27, pp. 256–266.
 
16.
Głodek, A. and Pacyna, J.M. 2007. Potential of reducing mercury emission from the coal combustion processes (Możliwości redukcji emisji rtęci ze spalania węgla). Ochrona Powietrza i Problemy Odpadów 4(2), pp. 53–63 (in Polish).
 
17.
Kicińska, A. 2020. Physical and chemical characteristics of slag produced during Pb refining and the environmental risk associated with the storage of slag. Environmental Geochemistry and Health. DOI: 10.1007/s10653-020-00738-5.
 
18.
Klojzy-Karczmarczyk B. 2003. The use of energy waste in reducing the transport of pollutants from mining waste landfills (Zastosowanie odpadów energetycznych w ograniczaniu transportu zanieczyszczeń ze składowisk odpadów górniczych). Studia, Rozprawy, Monografie 117, Publisher MEERI PAS, 113 p. (in Polish).
 
19.
Klojzy-Karczmarczyk, B. 2016. Estimation of Retardation of Mercury Migration in Sandy Soils near Krakow Using Batch Tests (Szacowanie opóźnienia migracji rtęci w gruntach piaszczystych z okolic Krakowa na podstawie testów statycznych). Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection) 18, pp. 743–758 (in Polish).
 
20.
Klojzy-Karczmarczyk, B. and Mazurek, J. 2005. Mercury in the aeration zone of the vicinity of national road 79, section Chrzanów–Kraków (Rtęć w strefie aeracji otoczenia drogi krajowej 79 na odcinku Chrzanów–Kraków). Współczesne Problemy Hydrogeologii XII, pp. 337–344 (in Polish).
 
21.
Klojzy-Karczmarczyk, B. and Mazurek, J. 2013. Studies of mercury content in selected coal seamsof the Upper Silesian Coal Basin. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 29(4), pp. 95–106.
 
22.
Klojzy-Karczmarczyk, B. and Mazurek, J. 2015. Mercury content in the bottom sediments from the Rudawa and Prądnik rivers (Zawartość rtęci w osadach dennych rzek Rudawa i Prądnik). Przegląd Geologiczny 63(10/1), pp. 820-824 (in Polish).
 
23.
Klojzy-Karczmarczyk, B. and Mazurek, J. 2017. Contamination of subsurface soil layers with heavy metals around the southern ring road of Kraków (Zanieczyszczenie metalami ciężkimi przypowierzchniowych warstw gruntu w otoczeniu południowej obwodnicy Krakowa). Przegląd Geologiczny 65(11/2), pp. 1296–1300 (in Polish).
 
24.
Klojzy-Karczmarczyk, B. and Mazurek, J. 2019. The leaching of mercury from hard coal and extractive waste. The Bulletin of The Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences, No 108, pp. 141–154. DOI: 10.24425/znigsme.2019.128671 (in Polish).
 
25.
Klojzy-Karczmarczyk et al. 2016 – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J. and Paw, K. 2016. Possibilities of Utilization of Aggregates and Extractive Waste from hard Coal Mining at Janina Mine in the Process of Reclamation of Open-pit Mines (Możliwości zagospodarowania kruszyw i odpadów wydobywczych górnictwa węgla kamiennego ZG Janina w procesach rekultywacji wyrobisk odkrywkowych). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 32(3), pp. 111–134 (in Polish).
 
26.
Kosa, B. and Kicińska, A. 2016. Coal from the waste disposal site of the Siersza mine (Trzebinia, Poland) and its properties as a possible alternative fuel. E3S Web of Conferencess 10, No 00039. DOI 10.1051/e3sconf/20161000039.
 
27.
Król, A. 2011. Problems of assessment of heavy metals leaching from construction materials to the environment. Architecture Civil Engineering Environment 3, pp. 71–76.
 
28.
Król et al. 2020 – Król, A., Mizerna, K. and Bożym, M. 2020. An assessment of pH-dependent release and mobility of heavy metals from metallurgical slag. Journal of Hazardous Materials 384, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.121502.
 
29.
Macioszczyk, A. and Dobrzyński, D. 2002. Hydrogeochemistry of active groundwater exchange (Hydrogeochemia aktywnej wymiany wód podziemnych). Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN (in Polish).
 
30.
Makowska et al. 2018 – Makowska, D., Świątek, K. Wierońska, F. and Strugała, A. 2018. Leaching of arsenic from coal waste: evaluation of the analytical methods (Wymywanie arsenu z odpadów powęglowych: ocena metod badawczych). Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN 105, pp. 157–171 (in Polish).
 
31.
Michalska, A. and Białecka, B. 2012. The mercury content in coal and waste from processes of the coal mining (Zawartość rtęci w węglu i odpadach górniczych). Prace Naukowe GIG – Górnictwo i Środowisko 3(12), pp. 73–87 (in Polish).
 
32.
Mizerna, K. and Król, A. 2015. The influence of selected factors on the leaching of heavy metals from smelter waste (Wpływ wybranych czynników na wymywalność metali ciężkich z odpadu hutniczego). Inżynieria Ekologiczna 43, pp. 1–6 (in Polish).
 
33.
O’Connor et al. 2019 – O’Connor, D., Hou, D., Ok Y.S., Mulder, J., Duan, L., Wu, Q., Wang, S., Tack, F.M.G. and Rinklebe, J. 2019. Mercury speciation, transformation, and transportation in soils, atmospheric flux, and implications for risk management: A critical review. Journal Environment International 126, pp. 747–761, DOI: 10.1016/j.envint.2019.03.019.
 
34.
Probierz et al. 2017 – Probierz, K., Gawor, Ł., Jonczy, I. and Marcisz, M. 2017. Valorization of coal mining waste dumps from the mines of Katowicki Holding Węglowy (Waloryzacja zwałowisk odpadów pogórniczych z kopalń Katowickiego Holdingu Węglowego S.A.). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 33(1), pp. 35–50 (in Polish).
 
35.
Rosik-Dulewska, C. and Karwaczyńska, U. 2008. Methods of leaching contaminants from mineral waste in the aspect of its potential utilization in hydrotechnical construction (Metody ługowania zanieczyszczeń z odpadów mineralnych w aspekcie możliwości ich zastosowania w budownictwie hydrotechnicznym). Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection) 10, pp. 205–219 (in Polish).
 
36.
Sarode et al. 2010 – Sarode, D.B., Jadhav, R.N., Khatik, V.A., Ingle, S.T. and Attarde, S.B. 2010. Extraction and Leaching of Heavy Metals from Thermal Power Plant Fly Ash and Its Admixtures. Polish Journal of Environmental Studies 19(6), pp. 1325–1330.
 
37.
Szczepańska, J. and Twardowska, I. 1999. Distribution and environmental impact of coal-mining wastes in Upper Silesia, Poland. Environmental Geology 38, pp. 249–258.
 
38.
Szlugaj, J. 2020. Mineralogical and petrographic characteristics of mining waste from selected hard coal mines in the aspect of their use for the production of mineral aggregates (Charakterystyka mineralogiczno-petrograficzna odpadów wydobywczych z wybranych kopalń węgla kamiennego w aspekcie ich wykorzystania do produkcji kruszyw mineralnych). Studia Rozprawy Monografie 214, Publisher MEERI PAS, 216 p. (in Polish).
 
39.
Vitková et al. 2009 – Vitková, M., Ettler, V., Šebek, O., Mihaljevič, M., Gryga, T. and Rohovec, J. 2009. The pH-dependent leaching of inorganic contaminants from secondary lead smelter fly ash. Journal of Hazardous Materials 167, pp. 427–433.
 
40.
Wichliński et al. 2016 – Wichliński, M., Kobyłecki, R. and Bis, Z. 2016. Research on mercury content in coal slurries (Badania zawartości rtęci w mułach węglowych). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 19(4), pp. 115–124 (in Polish).
 
41.
Witczak, S. and Adamczyk, A.F. 1995. Catalog of selected physical and chemical indicators of groundwater pollution and methods of their determination (Katalog wybranych fizycznych i chemicznych wskaźników zanieczyszczeń wód podziemnych i metod ich oznaczania), vol. II. Warszawa: Biblioteka Monitoringu Środowiska (in Polish).
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953