CC BY
9
Оригинальная статья
УДК 622.85:622.882:622.7.002.68:622.33(571.17) © И.С. Семина, В.А. Андроханов, 2022
Геохимический фон в молодых почвах на рекультивированных участках с использованием отходов углеобогащения*
- 001: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2022-6-74-79 -
На основании выполненных исследований выявлены лимитирующие факторы применения отходов углеобогащения (минеральный состав, щелочная реакция среды, плотность, порозность, значительное содержание углерода в субстрате), обусловливающие непригодность данных отходов для формирования верхнего, корнеобитаемого, слоя на техногенных отвалах, особенно продукт флотации «кек». Показаны перспективы и ограничения для использования на техническом и биологическом этапах отходов углеобогащения. Ключевые слова: рекультивация, отходы углеобогащения, отвалы, нарушенные земли, техноземы, эмбриоземы.
Для цитирования: Семина И.С., Андроханов В.А. Геохимический фон в молодых почвах на рекультивированных участках с использованием отходов углеобогащения // Уголь. 2022. № 6. С. 74-79. 001: 10.18796/00415790-2022-6-74-79.
ВВЕДЕНИЕ
Россия является одним их крупнейших мировых лидеров по добыче и экспорту угля [1]. Объем добычи угля в России за январь-сентябрь 2021 г. составил 319,8 млн т, в сравнении с 2020 г., за аналогичный период, добыча угля увеличилась на 8,9%. В Кузбассе в январе - сентябре 2021 г. добыча угля увеличилась на 14,74 млн т, или на 9% [1]. При этом на экспорт поставляется прошедший обогащение высококачественный уголь. В результате функционирования горнодобывающего и перерабатывающего производств образуются отходы, которые складируются в отвалы и хвостохранилища и занимают значительные площади в угледобывающих районах. Среди современных проблем вопрос размещения и переработки отходов, образующихся в угледобывающей отрасли, занимает особое положение и является актуальным.
В Кузбассе объемы отходов постоянно увеличиваются, что приводит к изъяти ю зна чител ьных территорий, отчужда ются п родукти вные земли, а также уничтожаются ценные почвенные ресурсы, что приводит к ухудшению экологической ситуации в районе ведения горных работ. Особое место занимают углесодержащие отходы после обогащения, спецификой которых, по мнению многих авторов, является высокий энергетический потенциал, и многими специалистами они рассматриваются как ресурс, который возможно использовать по разным направлениям [2]. Общий объем угольных шламов, выпускаемых обогатительными фабриками в Кузбассе, составляет более 10500 тыс. т в год. В настоящее время разработаны некоторые технологии использования отходов углеобогащения. Одна из них заключается в использовании тонкодисперсных отходов углеобогащения для получения на их основе водоугольного топлива (ВУТ). Прин-
СЕМИНА И.С.
Канд. биол. наук, доцент кафедры геологии, геодезии и безопасности жизнедеятельности ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет», 654007, г. Новокузнецк, Россия, e-mail: semina.i@mail.ru
АНДРОХАНОВ В.А.
Доктор биол. наук, директор ФГБУНИнститут почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, г. Новосибирск, Россия
* Исследования выполнены при финансовой поддержке Кемеровской области в рамках научного проекта №20-44-420006/20. Полевые исследования выполнялись в рамках экспедиционных работ по плановым заданиям ИПА СО РАН.
цип получения такого топлива позволяет сжигать водоугольную смесь в специализированных котлах с вихревой системой сжигания [2].
Многочисленные геохимические исследования отходов при добыче угля в Кузбассе (вскрышные и вмещающие породы) показывают сравнительно небольшую их токсичность. В результате комплексной оценки токсичности промышленных отходов горнодобывающей промышленности Кузбасса установлено, что во многих случаях концентрация валовых форм токсичных элементов в отходах (ванадия, меди, свинца, никеля, кадмия, цинка и марганца) не превышает нормируемые показатели для основных типов почв, свойственные природно-климатической зоне, однако может фиксироваться большое содержание подвижных форм элементов меди, никеля, цинка, свинца и марганца [3, 4].
В настоящее время накоплен богатый опыт рекультивации отвалов, сложенных фитотоксичными субстратами. Согласно нормативным документам, на поверхности данных отвалов должен быть создан экранирующий и корнеоби-таемый слой из биологически пригодного материала [5, 6, 7, 8, 9]. Для снижения подвижности токсичных элементов применяются химические методы рекультивации, позволяющие закрепить токсичные вещества в субстрате отвалов [10, 11]. Ряд авторов предлагают уделить внимание и использованию угля для восстановления нарушенных территорий [12, 13], что также можно рассматривать как предпосылку использования отходов углеобогащения в технологии рекультивации. Часто для ликвидации карьерных выемок и искусственно созданных полостей используются отходы производства, в том числе и отходы углеобогащения. Как отмечалось ранее, отходы углеобогащения могут оказывать существенное влияние на окружающую среду, в связи с этим актуальной задачей является оценка потенциала отходов углеобогащения для использования в целях рекультивации нарушенных земель.
Цель работы: исследование геохимического состояния молодых почв, сформированных на рекультивированных участках с использованием отходов углеобогащения.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Объектами изучения являются молодые почвы, сформированные на участках, рекультивированных с использованием отходов углеобогащения (продукт флотации «кек» и порода после углеобогащения). Рекультивированные участки располагаются на территории г. Ленинска-Кузнецкого в западной части Кемеровской области - Кузбасса, практически в центре Кузнецкой котловины.
Сформированные участки рекультивации различаются возрастом после выполнения рекультивационных работ (4-10 лет) и технологией формирования корнеобитаемого слоя. В качестве контрольного варианта был выбран участок с естественными почвами - черноземами выщелоченными. В соответствии с классификацией почв техногенных
Точка 1 - эмбриозем инициальный
ландшафтов [14] участки рекультивации представлены: точка 1 - без нанесения на поверхность отвала ППП и ПСП (эмбриозем инициальный, возраст участка - семь лет); точка 2 - с нанесением на поверхность ППП (технозем литоген-ный, возраст участка - четыре года); точка 3 - с нанесением на поверхность отвала ППП и ПСП (технозем гумусоген-ный недифференцированный, возраст участка - восемь лет); точка 4 - с нанесением смеси на поверхность отвала ППП и ПСП (технозем гумусогенный недифференцированный, возраст участка - восемь лет); точка 5 - послойное нанесение на поверхность отвала ППП и ПСП (технозем гумусогенный дифференцированный, возраст участка - десять лет) (см. рисунок).
Разрезы заложены на горизонтальной поверхности в центральной части участка. Контрольный участок - чернозем выщелоченный (точка 6) расположен примерно в 10 км от рекультивированных участков.
Образцы отходов углеобогащения и молодых почв техногенных ландшафтов исследовались в аналитических лабораториях АО «Западно-Сибирский испытательный центр», ФГБУН «Институт почвоведения и агрохимии СО РАН», Сиб-ГИУ «Центр коллективного пользования».
Для изучения элементного состава использовался метод спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, атомно-абсорбционной спектрометрии, фотометрии (спектрометр Spectr АА 240FS № EL07123142, спектрометр iCAP 6300 Duo, фотометр фотоэлектрический КФК-3-01-«ЗОМЗ» № 700802, весы лабораторные электронные неавтоматического действия М, МЕ204 № В839501505); содержание общего углерода в молодых почвах, в сравнении с зональной почвой, определялось с использованием анализатора ELTRA CHS 580. Для определения токсичного (мутагенного) эффекта отходов углеобогащения на молодые почвы использовались методы биотестирования с разными тест-объектами: определение токсичности с использованием в качестве тест-объекта ракообразных Daphnia magna Straus и водорослей Scenedesmus quadricauda по всему профилю почв [15, 16]. Геоботаническое описание осуществлено маршрутным методом, путем геоботанических описаний на шести пробных площадках.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для оценки геохимического статуса рекультивированных участков и оценки возможного загрязнения исследуемых почв токсичными элементами было проведено исследование содержания подвижных и валовых форм основных тяжелых металлов в почвах, а также основных макроэлементов, оказывающих значительное влияние на свойства почвенно-поглощающего комплекса в поверхностных горизонтах почв.
Проведенные исследования показали, что вещественный состав почв и отходов углеобогащения характеризуется достаточно высоким содержанием углистых частиц, что обусловливает высокие показатели углерода в подстилающих породах, а также тех элементов, которые входят в состав угля и вмещающих пород, извлеченных при обогащении [17]. Выявлено, что содержание токсичных элементов в подвижных формах (кобальт, марганец, медь, никель, свинец, цинк) в исследуемых почвах не превышает нормируемых показателей для зональных типов почв (табл. 1).
Анализ содержания токсичных элементов в валовой форме в молодых почвах (техноземы и эмбриоземы) показывает, что практически все элементы содержатся в концентрациях ниже ПДК, ОДК и не превышают нормируемых показателей для зональных типов почв (табл. 2). Однако отмечается превышение ПДК для валовых форм мышьяка [18, 19].
Следует отметить, что из элементов I класса опасности в почвах по Cd с содержанием (от 0,19 до 0,40 мг/кг), РЬ (от 22,1 до 25,4 мг/кг) и по As (от 7,24 до 17,7 мг/кг) во всех техноземах и эмбриоземе отмечено превышение среднего содержания для осадочных пород и кларка в зем-
ной коре [20, 21]. Из элементов III класса опасности наблюдается превышение по V с содержанием от 124,7 до 144,8 мг/ кг, что выше среднего содержания для осадочных пород (130 мг/кг) и кларка в земной коре (90 мг/кг). В техноземах (участки 1, 2, 4 и 5) - по Мп с содержанием от 720 до 760 мг/кг, что также выше содержания для осадочных пород (670 мг/кг). Следует отметить, что мышьяк и ртуть являются высокоуглефильными элементами и очень часто имеют повышенные показатели в углях и отходах углеобогащения (см. табл. 2). В углях Кузнецкого бассейна типо-морфными элементами являются мышьяк и селен [22, 23, 24, 25, 26, 27, 28], также отмечено накопление таких микроэлементов, как ванадий и свинец [3]. Исследования показали значительное содержание основных макроэлементов кальция и магния как в насыпных горизонтах, так и в подстилающих породах молодых почв, причем наибольшее содержание зафиксировано в точках 2, 3 и 5, что значительно превышает уровень этих элементов в контрольном варианте (см. табл. 1). На участках 1 и 4 содержание Са и Мд сопоставимо с контрольным вариантом. Повышенное содержание №, Са и Мд в рекультивированных почвах может обусловливать повышенную реакцию среды в почвенном профиле и некоторое засоление насыпных горизонтов. При высоком содержании этих элементов могут образовываться карбонаты и гидрокарбонаты, что значительно будет повышать щелочность среды.
Анализ результатов почвенных образцов на рекультивированных участках методом биотестирования показал, что практически во всех почвах по профилю водная вытяжка не оказывает токсического действия на живые ор-
Таблица 1
Содержание подвижных форм токсичных и химических элементов
Глубина, Металлы мг/кг
см Zn рь Мп Со № Са Mg Na С
Точка 1. Эмбриозем инициальный
0-8 1,534 7,853 1,27 70,9 0,782 0,898 10750 2400 25 16,3
8-20 1,553 6,633 1,935 43,5 1,177 0,936 8150 1900 415 26,5
Точка 2. Технозем литогенный (ППП)
0-6 0,170 0,594 1,418 65,6 <0,1 <0,1 22000 400 35 1,30
6-12 0,274 0,425 1,110 40,0 <0,1 <0,1 25000 500 100 1,23
12-28 0,328 0,447 1,412 60,6 <0,1 0,114 25000 500 480 2,61
28-45 0,619 3,495 1,831 91,7 0,479 0,719 22500 750 1095 9,10
Точка 3. Технозем недифференцированный (ПСП+ППП)
0-10 0,153 3,199 1,632 57,7 <0,1 0,231 40500 2250 250 2,86
20-30 0,570 0,716 2,741 96,6 <0,1 0,137 59000 2900 310 2,62
30-40 0,523 0,520 2,305 85,0 <0,1 <0,1 47500 2150 515 5,73
40-50 1,069 3,409 2,807 100,8 0,244 0,484 51500 3000 545 6,45
Точка 4. Технозем недифференцированный гумусогенный (ПСП)
0-5 0,214 3,312 0,742 11,1 <0,1 <0,1 9250 875 1000 4,88
5-18 0,235 3,455 0,554 16,0 <0,1 <0,1 12650 650 480 3,70
20-30 0,291 8,452 1,304 57,6 <0,1 0,196 29000 1900 950 20,1
Точка 5. Технозем дифференцирова нный гуму согенный (ПСП+ППП)
0-11 0,147 1,391 1,540 27,5 <0,1 0,188 22000 3150 165 4,74
20-30 0,637 0,464 2,554 73,7 <0,1 0,307 66500 3167 715 1,10
32-50 0,581 4,965 3,012 98,9 0,668 1,063 36500 3189 895 11,2
Чернозем выщелоченный (контрольная точка 6)
5-15 0,168 4,066 1,253 14,8 <0,1 <0,1 15500 1500 35 5,88
17-28 0,208 0,476 1,012 18,6 <0,1 <0,1 14800 1750 50 5,74
28-35 0,118 0,351 1,031 11,7 <0,1 0,181 11900 1400 50 2,47
35-50 0,166 0,549 0,933 8,8 <0,1 0,413 10400 1250 65 1,10
ПДК 3,0 23,0 6,0 140 5,0 4,0 - - -
Таблица 2
Содержание валовых форм токсичных элементов в почвах (горизонт О, техноземы и инициальные эмбриоземы, сложенные отходами углеобогащения)
Глубина, см Металлы мг/кг
V Си Сг РЬ N1 са Ип нд Со Мп А$
Точка 1. Эмбриозем инициальный
С(0-8) 133,6 <10 48 22,1 24,7 0,31 47,8 0,11 5,6 730 8,28
0 (8-20) 144,8 12 51 25,4 28,2 0,40 56,1 0,14 6,1 760 7,24
Точка 2. Технозем литогенный (ППП)
0 (28-45) 136,8 10 44 25,1 24,7 0,28 51,2 0,12 5,4 720 8,73
Точка 3. Технозем недифференцированный (ПСП+ППП)
III (30-40) 124,7 <10 30 14,7 15,7 0,23 56,8 0,09 4,5 260 17,7
0 (40-50) 126,5 <10 32 14,6 14,9 0,19 61,2 0,08 4,8 250 14,8
Точка 4. Технозем недифференцированный гумусогенный (ПСП)
0 (20-30) 143,8 10 46 25,1 26,1 0,36 56,8 0,12 5,9 740 15,1
Точка 5. Технозем дифференцированный гумусогенный (ПСП+ППП)
0 (32-50) 138,1 <10 44 23,4 24,6 0,29 53,1 0,11 5,4 720 8,62
ПДК для почвы с учетом 150,0 33/66/132* - 32/65/130* 20/40/80* 0,5/1,0/2,0* 55/110/220* 2,1 - 1500,0 2/5/10*
фона, ОДК мг/кг
Среднее 130 57 100 20 95 0,03 80 0,4 20 670 6,6
для осадочных пород
(Виноградов, 1962)
Кларк в земной коре 90 47 83 16 58 0,13 83 0,083 18 1000 1,7
(Виноградов, 1962)
* ОДК (ориентировочно допустимые концентрации) химических веществ для различных групп почв: песчаных и супесчаных, кислых суглинистых и глинистых (рЬ КС1<5,5) и близких к нейтральным и нейтральных (рЬ КС1<5,5)
ганизмы. Однако было зафиксировано, что на участке без нанесения на поверхность ППП и ПСП (точка 1 - инициальный эмбриозем) исследуемые образцы оказывают отрицательное биологическое воздействие на живые организмы. В пробе эмбриозема (0-8 см) в течение 96 ч смертность цериодафний в 100%-ном растворе достигла 100%, в 50%-ном растворе - 10%, также в этой почве зафиксировано снижение численности водорослей в 100%-ном растворе - 100%, в 50%-ном растворе - 20%.
Сравнительный анализ накопления токсичных элементов в исследуемых почвах по кларкам концентрации химических элементов относительно кларка в земной коре (по Виноградову) показал, что в некоторых исследуемых техногенных почвах (техноземы и инициальный эмбриозем) по профилю имеются превышения. Существенное превышение содержания элементов (ванадий, кадмий, ртуть) в сравнении с кларком в земной коре зафиксировано в инициальном эмбриоземе (точка 1) (см. рисунок).
Таким образом, проведенные исследования показали возможности использования отходов углеобогащения (порода после углеобогащения) на техническом этапе для формирования выровненного рельефа и устойчивой основы для формирования рекультивированных почв - техноземов. Однако незначительная мощность отсыпки ППП и ПСП (20-30 см) ограничивает набор растительных видов, способных произрастать на таких почвах, что значительно снижает эффективность рекультивационных работ. Малая мощность корнеобитаемого слоя и практически отсутствие экранирующего слоя между отходами углеобогащения ППП и ПСП приводят к подщелачиванию корнеобитаемого слоя, что также отрицательно влияет на развитие биологических и почвообразовательных процессов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Содержание токсичных элементов в подвижных формах (кобальт, марганец, медь, никель, свинец, цинк) в исследуемых почвах не превышает нормируемых показателей для зональных типов почв. Анализ содержания токсичных элементов в валовой форме в молодых почвах (техноземы и эмбриоземы) показывает, что практически все элементы содержатся в концентрациях ниже ПДК, ОДК и не превышают нормируемых показателей для зональных типов почв. Однако отмечается превышение ПДК для валовых форм мышьяка.
2. Сравнительный анализ накопления токсичных элементов в исследуемых почвах по кларкам концентрации химических элементов относительно кларка в земной коре показал, что в некоторых исследуемых техногенных почвах (техноземы и инициальный эмбриозем) по профилю имеются превышения. Величина концентрации кларка во всех исследуемых техногенных почвах больше или меньше 1. Следует отметить, что при величине концентрации кларка меньше 1 воздействие на окружающую среду минимальное [21]. В инициальном эмбриоземе (точка 1) величина концентрации кларка: по V на глубине 0-8 см - 1,48; на глубине 8-20 см - 1,60; по Cd (0-8 см - 2,38; 8-20 см - 3,07); по Нд (0-8 см - 1,33; 8-20 см - 1,68); по As (0-8 см - 4,48; 8-20 см - 4,25). Возможно, высокая концентрация токсичных элементов в исследуемой почве (инициальный эмбриозем) оказала отрицательное биологическое воздействие на живые организмы.
3. В отходах углеобогащения (продукт флотации «кек») большое количество органических загрязнителей, что может быть обусловлено технологическими процессами обогащения полезных ископаемых и использованием при углеобогащении комплексных флотореагентов, содержа-
щих в том числе углеводороды. Для проверки предположения о том, что пробы точки 1 (инициальный эмбрио-зем, горизонт 0-8 см), содержащие отходы углеобогащения, могут являться источником поступления ПАУ в окружающую среду и оказывать влияние на живые организмы, проводятся дальнейшие исследования, связанные с использованием методик, позволяющих наиболее полно извлечь ПАУ из угольной части данных отходов.
4. В результате проведенных исследований установлена совокупность химических (химический состав), физических (pH, плотность, порозность) и биологических (биотестирование, геоботаническое описание) показателей, обусловливающих непригодность отходов углеобогащения для формирования верхнего, корнеобитаемого, слоя на техногенно нарушенных землях, особенно неблагоприятен продукт флотации «кек».
Список литературы
1. Таразанов И.Г. Итоги работы Угольной промышленности России за январь - сентябрь 2021 года // Уголь. 2022. № 1. С. 47-58. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-1-47-58.
2. Разработка, обоснование технологических решений по трансформации органической массы тонкодисперсных отходов углеобогащения / В.И. Мурко, М.В. Темлянцев, Ю.А. Литвинов и др. // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. 2020. № 6. С. 413-418.
3. Содержание токсичных элементов во вскрышных и вмещающих породах месторождений Кемеровской области / Н.В. Журавлева, О.В. Иваныкина, З.Р. Исмагилов и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. № 3. С. 187-196.
4. Журавлева Н.В., Воропаева Т.Н., Иваныкина О.В. Комплексная оценка токсичности промышленных отходов предприятий Кемеровской области // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2006. № 6-2. С. 86-89.
5. Ruiz F., Perlatti F., Oliveira D.P., Ferreira T.O. Revealing tropical technosols as an alternative for mine reclamation and waste management // Minerals. 2020. No 10. 110.
6. Masciandaro G. Phytoremediation of dredged marine sediment: Monitoring of chemical and biochemical processes contributing to sediment reclamation // Journal of Environmental Management. 2014. No 134. P. 166-174.
7. Santos E.S., Abreu M.M., Macías F. Rehabilitation of mining areas through integrated biotechnological approach: Technosols derived from organic/inorganic wastes and autochthonous plant development // Chemosphere. 2019. No 224. P. 765-775.
8. Kirilov I., Banov M. Reclamation of lands disturbed by mining activities in Bulgaria // Agricultural Science and Technology. 2016. No 8. P. 339-345. .
9. Bilibio C., Retz S., Schellert C., Hensel O. Drainage properties of technosols made of municipal solid waste incineration bottom ash and coal combustion residues on potash-tailings piles: A lysimeter study // Journal of Cleaner Production. 2021. No 279. P. 34-42.
10. Ramasamy M., Power C. Evolution of acid mine drainage from a coal waste rock pile reclaimed with a simple soil cover // Hydrology. 2019. No 6. 83.
11. Jacinthe P-A., Lal R. Spatial variability of soil properties and trace gas fluxes in reclaimed mine land of southeastern Ohio. Geoderma. 2006. 136. No 3-4. P. 598-608.
12. Нечаева Т.В., Соколов Д.А., Соколова Н.А. Оценка поглотительной способности углей различной степени метаморфизации на примере фиксации калия // Вестник Томского государственного университета // Биология. 2018. № 44. С. 6-23.
13. Glaser B., Birk J.J. State of the scientific knowledge on properties and genesis of Anthropogenic Dark Earths in Central Amazonia (terra preta de Índio) // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2012. No 82. P. 39-51.
14. Курачев В.М., Андроханов В.А. Классификация почв техногенных ландшафтов // Сибирский экологический журнал. 2002. № 3. С. 255-261.
15. Методика определения токсичности вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей. ФР. 1.39.2007.03223. Введ. 17.10.2005. URL: https:// meganorm.ru/Index2/1/4293842/4293842245.htm (дата обращения: 15.05.2022).
16. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний. ФР. 1.39.2007.03221. Введ. 17.10.2005.: URL https://meganorm.rU/Index2/1/4293842/4293842244.htm (дата обращения: 15.05.2022).
17. Семина И.С., Андроханов В.А. Почвенно-экологическое обследование участков рекультивированными отходами углеобогащения, на примере Кемеровской области - Кузбасса // Уголь. 2021. № 7. С. 57-62. DOI: 10.18796/0041-5790-2021-7-57-62.
18. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2511-09. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотреб-надзора, 2009. 11 с.
19. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотреб-надзора, 2009. 15 с.
20. Виноградов А.П. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия. 1962. № 7. С. 555-571.
21. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых / А.П. Соловов, А.Я. Архипов, В.А. Бугров и др. М.: Недра, 1990. 335 с.
22. Редкие элементы в углях Кузнецкого бассейна / С.И. Арбузов, В.В. Ершов, Л.П. Рихванов и др. Кемерово, 2000. 245 с.
23. Шпирт М.Я., Рашевский В.В Микроэлементы горючих ископаемых. М.: Кучково поле, 2010. 384 с.
24. Шпирт М.Я., Пунанова С.А. Особенности микроэлементного состава углей, сланцев и нефтей различных осадочных бассейнов // Химия твердого топлива. 2010. № 4. С. 57-65.
25. Шпирт М.Я., Пунанова С.А. Особенности накопления микроэлементов в углях различных бассейнов России // Химия твердого топлива. 2011. № 3. С. 10-25, 237.
26. Шпирт М.Я., Пунанова С.А. Особенности накопления ртути в неф-тях, углях и продуктах их перетаботки // Химия твердого топлива. 2011. № 5. С. 42-49.
27. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Ртуть в углях. Сыктывкар: ИГ Коми научный центр УрО РАН, 2007. 96 с.
28. Влияние режимов работы теплоэлектростанций Чехии на рас-пределеине микроэлементов углей и серы при сжигании / З. Клика, Л. Бартонова, Л.Н. Лебедева и др. // Химия твердого топлива. 2003. № 6. С. 49-59.
ECOLOGY
Original Paper
UDC 622.85:622.882:622.7.002.68:622.33(571.17) © I.S. Semina, V.A. Androkhanov, 2021
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2021, № 6, pp. 74-79
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2022-6-74-79
Title
GEOCHEMICAL BACKGROUND IN SEMIMATURE SOILS MADE ON RECLAIMED SITES USING COAL WASTE Authors
Semina I.S.1 , Androkhanov V.A.2
1 Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, 654007, Russian Federation
2 Institute of Soil Science and Agrochemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, 630090, Russian Federation
Authors Information
Semina I.S., PhD (Biological), Associate Professor of Geology, geodesy and life protection department, e-mail: semina.i@mail.ru Androkhanov V.A., Doctor of Biological Sciences, Director
Abstract
The limiting factors for application of coal processing wastes, especially the cake flotation product, i.e. the mineral composition, alkaline reaction of environment, density, porosity, considerable content of carbon in substrate, that make these wastes unsuitable for formation of the upper root layer on the man-made dumps have been revealed based on the results of the performed research. Prospects and limitations for using coal processing wastes in the technical and biological stages are shown.
Keywords
Reclamation, Coal processing waste, Waste dumps, Disturbed land, Technosoil, Embryosoil.
References
1. Tarazanov I.G. Russia's coal industry performance for January - September, 2021. Ugol, 2022, (1), pp. 47-58. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2022-147-58.
2. Murko V.I., Temlyantsev M.V., Litvinov Yu.A., Volkov M.A. & Baranova M.P. Development of justification of technological solutions for transformation of organic mass of fine coal processing wastes. Naukoemkie tehnologii razrabotki iispol'zovaniya mineral'nyh resursov, 2020, (6), pp. 413-418. (In Russ.).
3. Zhuravleva N.V., Ivanykina O.V., Ismagilov Z.R. & Potokina R.R. Content of toxic elements in overburden and host rocks of Kemerovo region deposits. Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten, 2015, (3), pp. 187-196.
4. Zhuravleva N.V., Voropaeva T.N. & Ivanykina O.V. Complex assessment of the toxicity of industrial waste of enterprises in the Kemerovo region. Vest-nik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta, 2006, (6-2), pp. 86-89. (In Russ.).
5. Ruiz F., Perlatti F., Oliveira D.P. & Ferreira T.O. Revealing tropical technosols as an alternative for mine reclamation and waste management. Minerals, 2020, (10), 110.
6. Masciandaro G. Phytoremediation of dredged marine sediment: Monitoring of chemical and biochemical processes contributing to sediment reclamation. Journal of Environmental Management, 2014, (134), pp. 166-174.
7. Santos E.S., Abreu M.M. & Macias F. Rehabilitation of mining areas through integrated biotechnological approach: Technosols derived from organic/inorganic wastes and autochthonous plant development. Chemosphere, 2019, (224), pp. 765-775.
8. Kirilov I. & Banov M. Reclamation of lands disturbed by mining activities in Bulgaria. Agricultural Science and Technology, 2016, (8), pp. 339-345.
9. Bilibio C., Retz S., Schellert C. & Hensel O. Drainage properties of technosols made of municipal solid waste incineration bottom ash and coal combustion residues on potash-tailings piles: A lysimeter study. Journal of Cleaner Production, 2021, (279), pp. 34-42.
10. Ramasamy M. & Power C. Evolution of acid mine drainage from a coal waste rock pile reclaimed with a simple soil cover. Hydrology, 2019, (6), 83.
11. Jacinthe P-A. & Lal R. Spatial variability of soil properties and trace gas fluxes in reclaimed mine land of southeastern Ohio. Geoderma, 2006, (136), pp. 598-608.
12. Nechaeva T.V., Sokolov D.A. & Sokolova N.A. Assessment of the absorption properties of coals of various metamorphism degrees as exemplified by potassium fixation. Vestnik Tomskogogosudarstvennogo universiteta, Biologiya, 2018, (44), pp. 6-23. (In Russ.).
13. Glaser B. & Birk JJ. State of the scientific knowledge on properties and genesis of Anthropogenic Dark Earths in Central Amazonia (terra preta de indio). Geochimica et Cosmochimica Acta, 2012, (82), pp. 39-51.
14. Kurachev V.M. & Androkhanov V.A. Classification of soils in technogenic landscapes // Sibirskijekologicheskijzhurnal, 2002, (3), pp. 255-261. (In Russ.).
15. Methodology for determining the toxicity of waters, aqueous extracts from soils, sewage sludge and waste by changes in chlorophyll fluorescence levels and algal cell numbers. FR. 1.39.2007.03223. Introduced on 17.10.2005. Available at: https://meganorm.ru/Index2/1/4293842/ 4293842245.htm (accessed 15.05.2022). (In Russ.).
16. Methodology for determining the toxicity of waters, aqueous extracts from soils, sewage sludge and waste by changes in mortality and in fertility of Cerio-daphnia. FR. 1.39.2007.03221. Introduced on 17.10.2005. Available at: https:// meganorm.ru/Index2/1/4293842/4293842244.htm (accessed 15.05.2022). (In Russ.).
17. Semina I.S. & Androkhanov V.A. Environmental and soil survey of sites reclaimed using coal processing wastes, as exemplified by the Kemerovo Region, Kuzbass. Ugol, 2021, (7), pp. 57-62. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-20217-57-62.
18. Approximate permissible concentration (APC) of chemical substances in soil. GN 2.1.7.2511-09 Sanitary-Hygienic Standard. Moscow, Federal Hygienic and Epidemiological Center of Rospotrebnadzor, 2009, 11 p. (In Russ.).
19. Maximum permissible concentration (MPC) of chemical substances in soils: GN 2.1.7.2041-06 Sanitary-Hygienic Standard. Moscow, Federal Hygienic and Epidemiological Center of Rospotrebnadzor, 2009, 15 p. (in Russian).
20. Vinogradov A.P. Average content of chemical elements in the main types of igneous rocks in the Earth's crust. Geohimiya, 1962, (7), pp. 555-571. (In Russ.).
21. Solovov A.P., Arkhipov A.Ya., Bugrov V.A. et al. Handbook on geochemical prospecting of minerals. Moscow, Nedra Publ., 1990, 335 p. (In Russ.).
22. Arbuzov S.I., Ershov V.V., Rikhvanov L.P. et al. Rare elements in coals of the Kuznetsk Basin. Kemerovo, 2000, 245 p. (In Russ.).
23. Shpirt M.Ya. & Rashevsky V.V. Micronutrients of combustible minerals. Moscow, Kuchkovo Pole Publ., 2010, 384 p. (In Russ.).
24. Shpirt M.Ya. & Punanova S.A. Specific features of microelement composition of coals, shales and oils from different sedimentary basins. Himiya tverdogo topliva, 2010, (4), pp. 57-65. (In Russ.).
25. Shpirt M.Ya. & Punanova S.A. Specific features of microelement accumulation in coals from different basins in the Russian Federation. Himiya tverdogo topliva, 2011, (3), pp. 10-25, 237. (In Russ.).
26. Shpirt M.Ya. & Punanova S.A. Specific features of mercury accumulation in oils, coals and refined products. Himiya tverdogo topliva, 2011, (5), pp. 42-49. (In Russ.).
27. Yudovich Ya.E. & Ketris M.P. Mercury in coals. Syktyvkar, Institute of Geology, Komi Scientific Centre, Urals Branch of the Russian Academy of Sciences, 2007, 96 p. (In Russ.).
28. Klika Z., Bartonova L., Lebedeva L.N., Kost L.A. & Gorlov E.G. Influence of operation modes of thermal power plants in the Czech Republic on distribution of microelements of coals and sulphur during combustion. Himiya tverdogo topliva, 2003, (6), pp. 49-59. (In Russ.).
Acknowledgments
The investigation was financially supported by the Kemerovo Region under Research Project No. 20-44-420006/20. The field studies were carried out during field work according to the planned assignments of the Institute of Soil Science and Agrochemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.
For citation
Semina I.S. & Androkhanov V.A. Geochemical background in semimature soils made on reclaimed sites using coal waste. Ugol', 2022, (6), pp. 74-79. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041- 5790-2022-6-74-79.
Paper info
Received April 12,2022 Reviewed April 28,2022 Accepted May23,2022
