Εκπλυσιμότητα περιβαλλοντικά σημαντικών κύριων στοιχείων και ιχνοστοιχείων από μίγματα ιπτάμενης τέφρας-μάργας του Λιγνιτικού Κέντρου Δ. Μακεδονίας σε διαφορετικές συνθήκες pH. = Leachability of environmental important major and trace elements of fly ash-marl mixtures from the Lignite Center of W. Macedonia, Greece, in different pH conditions.

Περίληψη

Πραγματοποιήθηκε μελέτη σε δείγματα ιπτάμενης τέφρας και μάργας που προέρχονταν από τον ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου και Νοτίου Πεδίου, αντίστοιχα. Προετοιμάστηκαν πέντε δείγματα (Μ1-Μ5) σε διαφορετικά  επί της εκατό ποσοστά κατά βάρος, ώστε να αναλυθούν τα περιεχόμενα στοιχεία τους, τα οποία μπορεί να έχουν αρνητικό περιβαλλοντικό αντίκτυπο όταν έρχονται σε επαφή με το νερό. Η αρχική ιπτάμενη τέφρα συνίσταται από 30% κ.β. άσβεστο, άμορφο υλικό 25% κ.β., 12% κ.β. ανυδρίτη, 8% κ.β. ασβεστίτη, 8% κ.β. χαλαζία, 6% κ.β. γκαιλενίτη, 5% κ.β. πορτλανδίτη, 4% κ.β. αιματίτη, 1% κ.β. πλαγιόκλαστο και 1% κ.β. μαρμαρυγία και αργιλικά ορυκτά. Mε την ολοκλήρωση της διαδικασίας της έκπλυσης, δημιουργήθηκαν νέες ορυκτολογικές φάσεις ανάλογα με τις συνθήκες pH, όπως ο εττρινγκίτης, το monosulfate (Ca4Al2O6(SO4)_14H2O), η γύψος, ο βασσανίτης και ο βατερίτης. Η ορυκτολογική σύσταση της μάργας πριν την έκπλυση περιέχει 47% κ.β. αραγωνίτη, άμορφο υλικό 24% κ.β., 12% κ.β. ασβεστίτη, 6% κ.β. χαλαζία, 4% χλωρίτη(+/- καολινίτη), μαρμαρυγίες + αργιλικά ορυκτά 3% κ.β., 2% κ.β. δολομίτη, 1% κ.β. τάλκη και 1% κ.β. πλαγιόκλαστο, ενώ μετά την έκπλυση παρέμεινε αμετάβλητη. Λόγω της αύξησης του ποσοστού της μάργας, μεταβλήθηκε η περιεκτικότητα σε αραγωνίτη, ασβεστίτη,  ανυδρίτη, εττρινγκίτη, , γκαιλενίτη,  βασσανίτη, χαλαζία και σε άμορφου υλικού. Οι χημικές αναλύσεις έδειξαν, ότι η αρχική ιπτάμενη τέφρα αποτελείται κυρίως από CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO και SO3, ενώ η αρχική μάργα αποτελείται από CaO, SiO2 και Al2O3. Η εξεταζόμενη ιπτάμενη τέφρα είναι πολύ έως σημαντικά επιβαρυμένη ως προς τη μέση σύσταση του ηπειρωτικού φλοιού σε CaO και σε SO3, ενώ η εξεταζόμενη μάργα παρουσιάζεται πολύ επιβαρυμένη ως προς το CaO και πτωχευμένη σε όλα τα υπόλοιπα κύρια στοιχεία. Όσον αφορά τα ιχνοστοιχεία Br, Cd, Ni, Sb, U, Mo και W, η ιπτάμενη τέφρα εμφανίζεται πολύ έως σημαντικά επιβαρυμένη, ενώ η μάργα πολύ επιβαρυμένη σε Ni και πτωχευμένη έως μέτρια επιβαρυμένη σε όλα τα υπόλοιπα ιχνοστοιχεία. Σε τιμές pH 6 έως 12, η ιπτάμενη τέφρα αποβάλλει κυρίως στην υγρή φάση υψηλές συγκεντρώσεις ασβεστίου, μαγνησίου, χρωμίου και νικελίου, ενώ μικρότερες συγκεντρώσεις καλίου, στροντίου, νατρίου, κοβαλτίου, σιδήρου, ρουβιδίου και ψευδαργύρου. Η μάργα αποβάλλει υψηλές συγκεντρώσεις ασβεστίου, μαγνησίου, νικελίου και χρωμίου, μικρότερες συγκεντρώσεις  καλίου, στροντίου, νατρίου κοβαλτίου, σιδήρου,  χαλκού και ψευδαργύρου,  ενώ τα μίγματα ιπτάμενης τέφρας και μάργας αποβάλλουν υψηλές συγκεντρώσεις ασβεστίου, μαγνησίου, νικελίου, χρωμίου και ρουβιδίου και μικρότερες συγκεντρώσεις καλίου, στροντίου, νατρίου, κοβαλτίου, σιδήρου και ψευδαργύρου. Οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις ασβεστίου και χρωμίου εντοπίζονται στην  ιπτάμενη τέφρα και η μεγαλύτερη συγκέντρωση νικελίου στο μίγμα Μ5. Συμπερασματικά, σε όλα τα δείγματα και σε όλες τις τιμές pH 6 έως 12, τα ιχνοστοιχεία μαγγανίου, μολύβδου, και κασσίτερου, παρόλο που μετρήθηκαν, βρέθηκαν σε συγκεντρώσεις κάτω του ορίου ανίχνευσης.

A study was contacted using fly ash and marl samples from the sites of Agios Dimitrios Power Station and South Field, respectively. Five samples (M1-M5), with different percentages of fly ash and marl by weight, were prepared, so to analyze their content elements. It should be noted that when they are in contact with water, they can have a very negative environmental impact. The initial fly ash sample consists of 30 wt% lime, 25 wt% amorphous material, 12 wt% anhydride, 8 wt% calcite, 8 wt% quartz, 6 wt% gehlenite, 5 wt% portlandite, 4 wt% hematite, 1 wt% plagioclase and 1 wt% micas and clay-minerals. Following the process of leaching, new mineralogical phases were formed, depending on the pH conditions, such as ettringite, monosulfate (Ca4Al2O6(SO4)_14H2O), gypsum, basanite, and vaterite. The mineralogical composition of the pre-leaching marl contained 47 wt% aragonite, 24 wt% amorphous material, 12 wt% calcite, 6 wt% quartz, chlorite (-/+kaolinite) 4%, 3 wt% mica + clay minerals, 1 wt% dolomite, 1 wt% talc and 1 wt% plagioclase, however, after leaching, it was unchanged. Due to the increase in the percentage of marl, the amount of aragonite, calcite, ettringite, anhydrite, gehlenite, basanite, quartz, and amorphous material had changed. According to chemical analyses, the initial fly ash consists mainly of CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO and SO3, while the initial marl consists of CaO, SiO2 and Al2O3. The fly ash is overburdened in terms of the average composition of the continental crust in CaO and significantly burdened in SO3, while the examined marl is overburdened in terms of CaO and it appears inadequate in all the other main elements. The fly ash is overburdened in the trace elements Br, Cd, Ni, Sb, U, and significantly burdened in Mo and W. The marl appears overburdened in Ni, while in all other trace elements it is poor to moderately burdened. At pH values, 6 to 12, fly ash mainly leaches high concentrations of calcium, magnesium, chromium and nickel in the liquid phase, lower concentrations of potassium, strontium, sodium, cobalt, iron, rubidium and zinc. Likewise, from the sample of marl were leached mainly high concentrations of calcium, magnesium, nickel and chromium, lower concentrations of potassium, strontium, sodium, cobalt, copper and zinc, while the mixtures of fly ash and marl had high concentrations of calcium, magnesium, nickel, chromium, rubidium and lower concentrations of potassium, strontium, sodium, cobalt, iron and zinc. The higher concentrations of calcium and chromium are found in the fly ash and the higher concentration of nickel in the mixture M5. In conclusion, at all samples and at all pH values 6 to 12, the trace elements manganese, lead, and tin, although being measured, were found in concentrations below the detection limit.