Commercial utilization of mineral waste: review of analysis methods determining its compliance with environmental laws

Agnieszka Gruszecka-Kosowska, Bartosz Mikoda

Abstract


Optimal methods used in the analysis of waste material resulting from mining and processing of mineral resources that allow to assess the potential impact of waste on the environment, based on binding environmental laws regulating potential commercial utilization of waste were investigated . The paper is concerned mostly with mineral waste, constituting about 80% of all industrial waste generated. According to the principles of sustainable waste management, waste storage is considered to be the last resort. However, every year over 20% of the total amount of industrial waste generated is stored, which makes the amount of the already deposited materials, coming from the time when the commercial utilization was not common in Poland, even more considerable. When it comes to extensive, i.e. regarding great quantities, and long-term usage of industrial wastes, the identical composition of waste material coming from different batches is of the essence. Unfortunately, this condition is not always fulfilled, therefore chemical composition analyses need to be carried out for monitoring purposes. For the same reason the waste material used should also be tested to check whether the parameters of a given batch are within the limit values defined by the standards. Described methods are intended to facilitate waste characterisation with respect to their effect on the environment when used for commercial purposes. An individual method is never good enough to determine the full extent of environmental impact. It is therefore recommended to apply several methods in a logical sequence, depending on the type of waste material and its purpose.


Keywords


waste utilization, mineral waste, mineralogical-chemical research, economic use of waste

Full Text:

PDF

References


Andziak J. & Sobczyński P, 2001. Ścierniwo konwertorowo--wielkopiecowe substytutem piasku kwarcowego w obróbce strumieniowo-ściernej. Ochrona przed Korozją, 9,234–239.

Banaszkiewicz K. & Marcinkowski T., 2008. Stosowanie popiołów lotnych i odpadów flotacyjnych do zestalania odpadów zawierających metale ciężkie. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, 1, 19–29.

Batchelor B., 2006. Overview of waste stabilization with cement. Waste Management, 26, 689–698.

Beuselinck L., Govers G., Poesen J., Degraer G. & FroyenL, 1998. Grain-size analysis by laser diffractometry: comparison with the sieve-pipette method. Catena, 32,193–208.

Bolewski A. & Żabiński W., 1988. Metody badań minerałów i skał. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa.

Calmano W., 1989. Schwermetallen in kontaminierten Feststoffen. Technische Universität Hamburg-Harburg.

Ciszewski D., Aleksander-Kwaterczak U., Pociecha A., Szarek-Gwiazda E., Waloszek A. & Wilk-Woźniak E., 2013. Small effects of a large sediment contamination with heavy metals on aquatic organisms in the vicinity of an abandoned lead and zinc mine. Environmental Monitoring and Assessment, 185, 12, 9825–9842.

Ciszewski D., Bijata P. & Klimek K., 2014. Reconstructions of post-mining attenuation of heavy metal pollution in sediment of the Zlatý Potok, Eastern Sudety Mts. Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences, 9,4, 109–120.

Dehghani A. & Bridjanian H., 2010. Flue gas desulfurization methods to conserve the environment. Petroleum&Coal, 52, 4, 220–226.

Ene A., Bosneaga A. & Georgescu L., 2010. Determination of heavy metals in soils using XRF technique. Romanian Journal of Physics, 55, 7–8, 815–820.

Förstner U. & Calmano W., 1982. Bindungsformen von Schwermetallen in Baggerschlämmen. Vom Wasser, 59,83–92.

Franus W., Wdowin M. & Franus M., 2014. Synthesis and characterization of zeolites prepared from industrial fly ash. Environmental Monitoring and Assessment, 186, 9,5721–5729.

Galos K., 2008. Źródła, produkcja i znaczenie gospodarcze kruszyw sztucznych w Polsce. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej. Konferencje, 121,50, 45–58.

Galos K. & Nieć M., 2009. Ogólna charakterystyka mineralnych surowców odpadowych. [in:] Ney R. (red.),Mineralne surowce odpadowe, series: Surowce Mineralne Polski, Wydawnictwo Instytutu GSMiE PAN, Kraków.

Galos K. & Uliasz-Bocheńczyk A., 2005. Źródła i użytkowanie popiołów lotnych ze spalania węgli w Polsce. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 21, 1, 23–42.

Gaweł A. & Muszyński M., 1996. Tablice do identyfikacji minerałów metodą rentgenograficzną. Wydawnictwa AGH, Kraków.

Góralczyk S., Mazela A., Uzunow E. & Naziemiec Z., 2009.Kruszywa lekkie z osadów ściekowych i odpadów mineralnych. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały, 125, 35, 105–112.

Gruchot A. & Zawisza E., 2007. Badania parametrów geotechnicznych wybranych odpadów przemysłowych w aspekcie wykorzystania ich do budownictwa drogowego. Przegląd Górniczy, 63, 10, 26–32.

GUS, 2014. Ochrona środowiska 2014. Główny Urząd Statystyczny, Warszawa.

Hageman P.L., Seal R.R., Diehl S.F., Piatak N.M. & Lowers H.A., 2015. Evaluation of selected static methods used to estimate element mobility, acid-generating and acid-neutralizing potentials associated with geologically diverse mining wastes. Applied Geochemistry, doi: 10.1016/j.apgeochem.2014.12.007.

Helios-Rybicka E., Jarosz-Krzemińska E. & Gawlicki M.,2013. Zastosowanie zneutralizowanych, potrawiennych materiałów odpadowych w postaci szlamów uzyskanych w wyniku trawienia powierzchni metalicznych. PatentPL216497B1.

Holtzer M., Dańko R. & Skrzyński M., 2012. Badanie skuteczności klasyfikacji w oparciu o wykorzystanie metody laserowego pomiaru wielkości ziaren. Archives of Foundry Engineering, 12, 1/2012, 63–68.

ISO 13320-2009. Particle size analysis – Laser diffraction methods.

Jeske A. & Gworek B., 2011. Przegląd metod oznaczania biodostępności i mobilności metali ciężkich w glebach. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 49, 209–218.

Kabata-Pendias A. & Pendias H., 1999. Biogeochemia pierwiastków śladowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.

Kabata-Pendias A., Motowicka-Terelak T., Terelak H. & Witek T., 1993. Ocena stopnia zanieczyszczenia gleb i roślin metalami ciężkimi i siarką – ramowe wytyczne dla rolnictwa. Wydawnictwo Instytutu Upraw Nawożenia i Gleboznawstwa, Puławy, P(53), 1–20.

Kabata-Pendias A., Piotrowska M., Motowicka-Terelak T.,Maliszewska-Kordybach B., Filipiak K., Krakowiak A.& Pietruch C., 1995. Podstawy oceny chemicznego zanieczyszczenia gleb. Metale ciężkie, siarka i WWA. Series: Biblioteka Monitoringu Środowiska, Państwowa Inspekcja Ochrony Środowiska, Warszawa.

Kicińska A., 2009. Arsen i tal w glebach i roślinach rejonu Bukowna. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych,40, 199–208.

Kicińska A., 2011. Formy występowania oraz mobilność cynku, ołowiu i kadmu w glebach zanieczyszczonych przez przemysł wydobywczo-metalurgiczny. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 49, 152–162.

Kicińska A., Adamiec E. & Gruszecka-Kosowska A., 2014.Współczesne uwarunkowania inżynierii i ochrony środowiska w Polsce. Wydawnictwa AGH, Kraków.

Kohutek Z. (red.), 2008. Beton przyjazny środowisku. Stowarzyszenie Producentów Betonu Towarowego w Polsce, Kraków.

Król A., 2006. Beton i jego składniki w aspekcie wymagań środowiskowych. Budownictwo, Technologie, Architektura, 1, 53–56.

Lackovic J.A., Nikolaidis N.P., Chheda P., Carley R.J. & Patton E., 1997. Evaluation of batch leaching procedures forest imating metal mobility in glaciated soils. Ground Water Monitoring and Remediation, 17, 3, 231–240.

Larner B.L., Seen A.J. & Townsend A.T., 2006. Comparative study of optimised BCR sequential extraction scheme and acid leaching of elements in the certified reference material NIST 2711. Analytica Chimica Acta, 556, 444–449.

Li X.D., Poon C.S, Sun H., Lo I.M.C. & Kirk D.W., 2001. Heavy metal speciation and leaching behaviors in cement based solified/stabilized waste materials. Journal of Hazardous Materials, A82, 215–230.

Loizeau J.L., Arbouille D., Santiago S. & Vernet J-P., 1994. Evaluation of a wide range laser diffraction grain size analyser for use with sediments. Sedimentology, 41, 353–361.

Madaj M. & Klimas W., 2010. Popioły lotne jako składniki zaczynów spoiwowych transportowanych hydraulicznie z powierzchni. Budownictwo Górnicze i Tunelowe, 2010, 1,47–51.

Małolepszy J., Gawlicki M., Brylicki W., Deja J., Żurawski S., Szczepaniak K., Mrozowicz J. & Rutkowski J., 1994. Zestaw surowcowy do wytwarzania klinkieru portlandzkiego. Patent PL 162748 B1.

Niedzielski P., 2007. Narzędzia i koncepcje analizy specjacyjnej. Wydawnictwo UAM, Poznań.

Özyuğuran A., Ersoy-Meriçboyu A., 2012. Using hydrated lime and dolomite for sulfur dioxide removal from flue gases. Chemical Engineering Transactions, 29, 1051–1056.

PN-C-87006-2:1996/Az1:2001P. Nawozy sztuczne wapniowo--magnezowe. Podział, oznaczenie i wymagania.

PN-C-87007-2:2000P. Nawozy sztuczne wapniowe. Klasyfikacja, oznaczenie i wymagania.

PN-EN 12457-1:2006P. Charakteryzowanie odpadów. Wymywanie. Badanie zgodności w odniesieniu do wymywania ziarnistych materiałów odpadowych i osadów. Część 1:Jednostopniowe badanie porcjowe przy stosunku cieczy do fazy stałej 2 l/kg w przypadku materiałów o wysokiej zawartości fazy stałej i wielkości cząstek poniżej 4 mm (bez redukcji lub z redukcją wielkości).

PN-EN 12457-2:2006P. Charakteryzowanie odpadów. Wymywanie. Badanie zgodności w odniesieniu do wymywania ziarnistych materiałów odpadowych i osadów. Część 2:Jednostopniowe badanie porcjowe przy stosunku cieczy do fazy stałej 10 l/kg w przypadku materiałów o wielkości cząstek poniżej 4 mm (bez redukcji lub z redukcją wielkości).

PN-EN 12457-3:2006P. Charakteryzowanie odpadów. Wymywanie. Badanie zgodności w odniesieniu do wymywania ziarnistych materiałów odpadowych i osadów. Część 3:Dwustopniowe badanie porcjowe przy stosunku cieczy do fazy stałej 2 l/kg i 8 l/kg dla materiałów o wysokiej zawartości fazy stałej i wielkości cząstek poniżej 4 mm (bez redukcji lub z redukcją wielkości).

PN-EN 12457-4:2006P. Charakteryzowanie odpadów. Wymywanie. Badanie zgodności w odniesieniu do wymywania ziarnistych materiałów odpadowych i osadów. Część 4: Jednostopniowe badanie porcjowe przy stosunku cieczy do fazy stałej 10 l/kg w przypadku materiałów o wielkości cząstek poniżej 10 mm (bez redukcji lub z redukcją wielkości).

PN-ISO 11466:2002. Jakość gleby. Ekstrakcja pierwiastków śladowych rozpuszczalnych w wodzie królewskiej.

PN-S-96011:1998P. Drogi samochodowe. Stabilizacja gruntów wapnem do celów drogowych.

Quevauviller Ph., Rauret G., Lopez-Sanchez J.F., Rubio R.,Ure A. & Muntau H., 1997. Certification of trace metal extractable contents in a sediment reference material(CRM 601) following a three-step sequential extraction procedure. The Science of the Total Environment, 205,223–234.

Rao C.R.M., Sahuquillo A. & Lopez Sanchez J.F., 2008. A Review of the Different Methods Applied in Environmental Geochemistry For Single and Sequential Extraction of Trace Elements in Soils and Related Materials. Water, Air and Soil Pollution, 189, 291–333.

Reed S.J.B., 1993. Electron Microscope Analysis. 2nded. Cambridge University Press.

Rosik-Dulewska C., 2012. Podstawy gospodarki odpadami. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002roku w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości gleby. Dz. U. 2002 nr 165, poz. 1359.

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego. Dz. U. 2014 poz. 1800.

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 roku w sprawie katalogu odpadów. Dz. U. 2014poz. 1923.

Shieh C.S., 2001. Criteria of selecting Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP) and Synthetic Precipitation Leaching Procedure (SPLP) tests to characterize special wastes. Final Report.

Siepak J., 1998. Analiza specjacyjna metali w próbkach wód i osadów dennych. Wydawnictwo UAM, Poznań.

Sybilski D. & Kraszewski C., 2004. Ocena i badania wybranych odpadów przemysłowych do wykorzystania w konstrukcjach drogowych. Etap I. Wydawnictwo IBDiM, Warszawa.

Szumska M. & Gworek B., 2009. Metody oznaczania frakcji metali ciężkich w osadach ściekowych. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 41, 42–63.

Szymański E. & Kołakowski J., 1992. Materiały budowlane z technologią betonu. Część 2. Series: Skrypty – Politechnika Białostocka, Wydawnictwa Politechniki Białostockiej, Białystok.

Tessier A., Campbell P.G.C. & Bisson M., 1979. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Analytical Chemistry, 51, 7, 344–351.

US EPA, 1992. TCLP, Method 1311, Rev 0. In SW-846: Test Methods for Evaluating Solid Waste. Physical/ChemicalMethods, Office of Solid Waste, Washington, [on-line:]http://www.epa.gov/osw/hazard/testmethods/sw846/pdfs/1311.pdf [access: 15.03.2015].

US EPA, 1994. SPLP, Method 1312, Rev 0. In SW-846: Test Methods for Evaluating Solid Waste. Physical/ChemicalMethods, Office of Solid Waste, Washington, [on-line:]http://www.epa.gov/osw/hazard/testmethods/sw846/pdfs/1312.pdf [access: 15.03.2015].

US GPO 40 CFR § 261.24. Toxicity Characteristic. [on--line:] http://www.gpo.gov/fdsys/pkg/CFR-2012-title40-vol27/xml/CFR-2012-title40-vol27-part261.xml#seqnum261.24 [access: 15.03.2015].

Ustawa z dnia 18 lipca 2001 r. Prawo wodne. Dz. U. 2001nr 115, poz. 1229 with amendments.

Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach. Dz. U. 2013poz. 21 with amendments.

Ustawa z dnia 16 kwietnia 2004 r. o ochronie przyrody. Dz. U. 2004 nr 92, poz. 880 with amendments.

Wdowin M., Franus W. & Panek R., 2012. Preliminary results of usage possibilities of carbonate and zeolitic sorbents in CO2capture. Fresenius Environmental Bulletin,21, 12, 3726–3734.

Wdowin M. & Gruszecka A., 2012. Charakterystyka mineralogiczno-chemiczna i teksturalna odpadów poflotacyjnych z przemysłu Zn-Pb pod kątem dalszych rozważań wykorzystania ich jako sorbentów. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 28, 3, 55–69.

Żygadło M., Seweryn A. & Woźniak M., 2010. Synteza zeolitów na bazie popiołów lotnych z wybranych instalacji odzysku ciepła. Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, 12, 1, 15–26.




DOI: https://doi.org/10.7494/geol.2015.41.3.263

Refbacks

  • There are currently no refbacks.