Кинетические тесты для оценки мобильности макро- и микроэлементов в составе твердых отходов добычи углей

Представлены результаты модифицированного кинетического теста для оценки долговременного воздействия отходов добычи углей на окружающую среду. Тест основан на последовательном вымывании водорастворимых веществ из вскрышных пород разного состава после каждого цикла обработки в испытательной камере при температуре 25 °C и влажности 95%. Показано, что для вскрышных пород с низким содержанием серы последовательное выщелачивание водорастворимых веществ не приводит к значимым изменениям мобильности макрои микроэлементов в составе пород. Для вскрышной породы с высоким содержанием серы вымывание водорастворимых веществ после 1-й недели обработки в испытательной камере приводит к инициированию окислительных процессов серосодержащих минералов и увеличению их интенсивности. Это проявляется в снижении содержания общей серы во вскрышной породе и повышении доли водорастворимых форм серы. Отмечено, что мобильность макрои микроэлементов, в том числе серы, при длительной обработке серосодержащей породы существенно снижается на последующих циклах обработки, что приводит к повышению показателя рН водной вытяжки и снижению тем самым потенциальных рисков образования кислых вод при длительном размещении таких отходов.

Хао Ц., Эпштейн С. А., Лавриненко А. А., Фомина Е. Г. Кинетические тесты для оценки мобильности макрои микроэлементов в составе твердых отходов добычи углей // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 1. – С. 5–19. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_1_0_5.

Работа выполнена в рамках Стратегического проекта «Технологии устойчивого развития» Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Хао Цзе¹ — аспирант, e-mail: haoj1127@yandex.ru, ORCID ID: 0009-0008-6621-4518,
Эпштейн Светлана Абрамовна¹ — д-р техн. наук, профессор, зав. лабораторией, e-mail: apshtein@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0001-8356-4319,
Лавриненко Алина Алексеевна¹ — инженер научного проекта, e-mail: alina.lavrinenko@rambler.ru, ORCID ID: 0009-0005-0918-2597,
Фомина Екатерина Геннадьевна¹ — инженер научного проекта, e-mail: egseemenova@misis.ru, ORCID ID: 0009-0006-8100-467X,
¹ НИТУ МИСИС, НУИЛ «Физико-химия угля».

Хао Цзе, e-mail: haoj1127@yandex.ru.

1. Setiawan I. E., Zhang Z., Corder G., Matsubae K. Evaluation of environmental and economic benefits of land reclamation in the Indonesian coal mining industry // Resources. 2021, vol. 10, no. 6, article 60. DOI: 10.3390/resources10060060.

2. Skousen J., Zipper C. E. Coal mining and reclamation in Appalachia / Appalachia's Coal-Mined Landscapes: Resources and Communities in a New Energy Era. 2021, pp. 55—83. DOI: 10.1007/9783-030-57780-3_3.

3. Харионовский А. А., Гришин В. Ю., Коликов К. С., Удалова Н. П. Проблемы использования отходов угледобычи // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 10-1. — С. 45—55. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_101_0_45.

4. Burritt R. L., Christ K. L. Full cost accounting. A missing consideration in global tailings dam management // Journal of Cleaner Production. 2021, vol. 321, article 129016. DOI: 10.1016/j. jclepro.2021.129016.

5. Worlanyo A. S., Jiangfeng L. Evaluating the environmental and economic impact of mining for post-mined land restoration and land-use. A review // Journal of Environmental Management. 2021, vol. 279, article 111623. DOI: 10.1016/j.jenvman.2020.111623.

6. Buch A. C., Niemeyer J. C., Marques E. D., Silva-Filho E. V. Ecological risk assessment of trace metals in soils affected by mine tailings // Journal of Hazardous Materials. 2021, vol. 403, article 123852. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123852.

7. Xin R., Banda J. F., Hao C., Dong H., Pei L., Guo D., Wei P., Du Z., Zhang Y., Dong H. Contrasting seasonal variations of geochemistry and microbial community in two adjacent acid mine drainage lakes in Anhui Province, China // Environmental Pollution. 2021, vol. 268, article 115826. DOI: 10.1016/j.envpol.2020.115826.

8. Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А., Васильева А. Д., Мухина А. С. Инженерно-геологические и экологические проблемы при эксплуатации и рекультивации высоких отвалов на разрезах Кузбасса // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 8. — С. 164—178. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_8_0_164.

9. Пашкевич М. А., Алексеенко А. В., Нуреев Р. Р. Формирование экологического ущерба при складировании сульфидсодержащих отходов обогащения полезных ископаемых // Записки Горного института. — 2023. — Т. 260. — С. 155—167. DOI: 10.31897/PMI.2023.32.

10. Anawar H. M. Sustainable rehabilitation of mining waste and acid mine drainage using geochemistry, mine type, mineralogy, texture, ore extraction and climate knowledge // Journal of Environmental Management. 2015, vol. 158, pp. 111—121. DOI: 10.1016/j.jenvman.2015.04.045.

11. Груздев Е. В., Белецкий А. В., Кадников В. В., Марданов А. В., Иванов М. В., Карначук О. В., Равин Н. В. Разнообразие эукариотических микроорганизмов в дренажных водах открытого угольного карьера // Микробиология. — 2020. — Т. 89. — № 5. — С. 623—628. DOI: 10.31857/S0026365620050109.

12. Çelebi E. E., Ribeiro J. Prediction of acid production potential of self-combusted coal mining wastes from Douro Coalfield (Portugal) with integration of mineralogical and chemical data // International Journal of Coal Geology. 2023, vol. 265, article 104152. DOI: 10.1016/j.coal.2022.104152.

13. Van Wyk N., Fosso-Kankeu E., Moyakhe D., Waanders F. B., Le Roux M., Campbell Q. P. Natural oxidation of coal tailings from Middelburg area (South Africa), and impact on acid-generation potential // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2020, vol. 120, no. 11, pp. 651—658. DOI: 10.17159/2411-9717/1205/2020.

14. Brookhian M., Golkar Hamzee Yazd H. R., Tavousi M. An investigation of acid-base accounting test to predict acid mine drainage at Sangan iron ore mine in Khaf, Iran // Environmental Earth Sciences. 2022, vol. 81, no. 13, article 344. DOI: 10.1007/s12665-022-10434-5.

15. Vriens B., Plante B., Seigneur N., Jamieson H. Mine waste rock: Insights for sustainable hydrogeochemical management // Minerals. 2020, vol. 10, no. 9, article 728. DOI: 10.3390/min10090728.

16. Vriens B., Skierszkan E. K., St-Arnault M., Salzsauler K., Aranda C., Mayer K. U., Beckie R. D. Mobilization of metal (oid) oxyanions through circumneutral mine waste-rock drainage // ACS Omega. 2019, vol. 4, no. 6, pp. 10205—10215. DOI: 10.1021/acsomega.9b01270.

17. Elghali A., Benzaazoua M., Taha Y., Amar H., Ait-khouia Y., Bouzahzah H., Hakkou R. Prediction of acid mine drainage: Where we are // Earth-Science Reviews. 2023, vol. 241, article 104421. DOI: 10.1016/j.earscirev.2023.104421.

18. Hao J., Kochetkova E. M., Epshtein S. A. Study of long-term leachability of major and trace elements in coal mining wastes // Solid Fuel Chemistry. 2024, vol. 58, no. 5, pp. 370—376. DOI: 10.3103/S0361521924700265.

19. Хао Ц., Кочеткова Е. М., Эпштейн С. А. Мобильность макрои микроэлементов в отходах добычи углей // Химия твердого топлива. — 2023. — № 4. — С. 64—72. DOI: 10.31857/ S0023117723040047.

20. Johnson D. B., Hallberg K. B. Acid mine drainage remediation options: a review // Science of the Total Environment. 2005, vol. 338, no. 1-2, pp. 3—14. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2004.09. 002.