Stabilita flotačního odpadu ze zpracování Cu-Pb-Zn rud v půdním prostředí - modelový přístup

Ondřej Holubík

Master's thesis

Stability of the flotation waste from Cu-Pb-Zn ore processing in soil environment - A model approach

Anotácia:

Stabilita odpadu - flotačního kalu ze zpracování rud, resp. rozpustnost a mobilita rizikových prvků (RP) v přírodním ekosystému, je stále aktuální hrozbou, která negativně provází dynamický rozvoj lidské společnosti. Cílem diplomové práce (DP) bylo: (i) sestavit "batch" experiment (BE) půda-voda-flotační kal, (ii) popsat riziko spojené se vstupem flotačního odpadu ze zpracování rud (Cu-Pb-Zn) do půdy, (iii) zhodnotit faktor rhizosférické mobilizace RP, (iv) kvantifikovat potenciální riziko mobilizace RP z exponované půdní matrice na podkladech BCR sekvenční analýzy (SEA). Laboratorní experiment - fyzikální model byl proveden ve dvou řadách (R, B)/ dvou diametrálně rozdílných půdách oblasti Kombat (severní Namibie): (i) R - Ferralic Arenosol, (ii) B - Calcic Chernozems (FAO, 2006). Obě matrice byly podrobeny základnímu prvkovému a mineralogickému složení (XRD). Terestrické medium a vzorky s flotačním kalem byly umístěny do lyzimetrických nádob o objemu 120 cm3. Půdy byly vystaveny působení rhizosférního roztoku. V průběhu experimentu byla v nádobách udržována relativní vlhkost 60-70 %. Půdní roztok byl odebírán (pomocí rhizonu) v čase: 4, 8, 24, 48, 168, 336, 672 h od začátku experimentu. V každém vzorku / půdním roztoku bylo stanoveno aktuální pH a celkem 28 prvků metodou ICP-OES. Na konci experimentu byly z prostoru umístění flotačního kalu odebrány 4 půdní vzorky určené k sekvenční analýze BCR. V jednotlivých frakcích bylo stanoveno 32 prvků metodou ICP-MS. Výsledky měření koncentrace RP v kapalné fázi neprokázány statisticky průkazné zvýšení eluce kontaminantu přítomností flotačního kalu. Lze proto tvrdit, že flotační kal v testované dávce (v půdním roztoku s převahou bazických iontů) nepředstavuje pro půdy oblasti Kombat výrazné riziko. Z výsledků SEA (BCR) vyplývají následující trendy: (i) nejvyšší obsah RP je v residuální fázi, (ii) vyšší obsahy RP byl stanoven v matrici černozemí (B) vůči arenosolům (R), (iii) celkové obsahy RP v půdní matrici R i B nepřekračují povolené limity. Závěrem práce je tvrzení, že: (i) půdní rhizosféra nepředstavuje kritický faktor ovlivňující alteraci důlního odpadu a mobilizaci stopových prvků v dané oblasti, (ii) flotační odpad je v testované půdní matrici (černozemí/arenosolů) stabilní.

Abstract:

Stability of waste - flotation slurry from ore processing, respectively solubility and mobility of trace elements (TE) into a natural ecosystem is still current threat that accompanies negative dynamic development of human society. The aim of this thesis (DP) were: (i) create a "batch" experiment (BE) soil-water-flotation waste, (ii) describe the risks of ore processing (Cu-Pb-Zn) flotation waste into soil, (iii) evaluate the TE mobility affected by rhizosphere, (iv) quantify the potential risk of exposed matrix TE mobility by BCR sequential analysis (SEA). Laboratory experiment - physical model was made in two rows (R, B) / two different soils of Kombat region (northern Namibia): (i) R - Ferralic Arenosol, (ii) B - Calcic Chernozems (FAO, 2006). Both matrices were subjected to basic element and mineralogical composition (XRD). Terrestrial medium and flotation waste were placed into a 120 cm3 lysimeter pots. Soils were exposed rhizosphere solution. During the experiment, were kept a pots relative humidity 60-70%. Soil solution was sampled (using rhizon) at time 4, 8, 24, 48, 168, 336, 672 hours from start of experiment. In each sample / soil solution was determined current pH and a total of 28 elements by ICP-OES. At the end of the experiment four soil samples (from flotation waste place) were taken for sequence analysis BCR. In each fraction 32 elements were determined by ICP-MS. The liquid phase /soil solution TE concentration measurements resulted by no statistically significant increase elution affected by floating waste. We can say, that the flotation waste in defined soil-water conditions (controlled by soil solution base ions predominance equation) do not represent a significant risk for Kombat region. The results of the SEA (BCR) showing trends: (i) the main part of TEs are fixed to the residual phase, (ii) higher levels of TEs was determined in chernozems (B) compared arenosols (R), (iii) the total TEs content in both soil matrix (R and B) do not exceed the permitted limits. Finally conclusion of this thesis is: (i) the rhizosphere solution is a not a critical factor affecting the alteration of mine waste and mobilization of trace elements in the area, (ii) flotation waste tested for soil matrix (chernozems / arenosols) is stable.

Kľúčové slová

flotační odpad, rhizosféra, kontaminace, stopový prvek

Keywords

flotation waste, contamination, rhizosphere, trace element

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 31. 3. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: doc. RNDr. Aleš Vaněk, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / odbor:
Care of Biosphere / Sustainable Biosphere Development