광업, 농업의 개선 잠재력 | 쿤밍 드릴링 리그 주식회사

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12120(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

산성 광산 배수(AMD)는 인간의 건강과 생태계에 심각한 결과를 초래합니다. 이를 처리하기 위한 새로운 전략에는 폐기물 사용이 포함됩니다. 이 논문은 AMD의 산성도 및 고농도의 잠재적 독성 요소(PTE)를 해결하기 위해 도시, 광업 및 농업 산업 활동에서 발생하는 폐기물의 복원 가능성을 평가합니다. 이러한 폐기물 샘플에 인공적으로 제조된 AMD를 첨가한 후 침출수 내 pH, 전기 전도도(EC) 및 PTE 농도를 측정했습니다. Aznalcóllar 광미의 산화를 통해 얻은 인공 AMD는 초산성 특성(pH - 2.89 ± 0.03)과 극도로 높은 전기 전도도(EC - 3.76 ± 0.14 dS m-1)를 나타냈습니다. 게다가 대부분의 PTE는 자연수와 관개수에서 최대 규제 수준보다 높았습니다. 연구된 폐기물은 매우 높은 산 중화 능력과 PTE를 고정하는 강력한 능력을 가지고 있었습니다. 무기 폐기물은 가지치기로 인한 해충퇴비와 함께 대부분의 PTE 농도를 95% 이상 감소시켰으며, 유기 폐기물은 50~95% 정도 유지되었습니다. 따라서 광범위한 도시, 광산 및 농업 산업 폐기물은 AMD 치료에 사용될 가능성이 높습니다. 이 연구는 악화된 환경을 개선하기 위해 폐기물(예: 테크노졸, 투과성 반응 장벽)의 조합을 기반으로 하는 새로운 환경 기술 개발을 위한 귀중한 정보를 제공합니다.

광업은 수많은 중요한 자원을 공급하기 때문에 경제적, 사회적 관련성으로 인해 전 세계적으로 중요한 산업입니다. 최근 수십 년 동안 전략적 요소(예: 중요 금속, 희토류 요소, 백금족 요소, 기술 핵심 요소)의 필요성으로 인해 운영 중인 광산의 수가 크게 증가하여 건강 및 환경 문제가 제기되었습니다1,2,3. 황화물은 잠재적으로 독성이 있는 원소(PTE)로 간주될 수 있는 광범위한 금속(유체)의 주요 공급원이며 황화물의 채굴은 세계에서 가장 중요한 채굴 활동 중 하나입니다4. 이러한 황화물(주로 황철석 광석[FeS2]) 또는 그 폐기물이 산화 및 강우 조건에 노출되면 일반적으로 전 세계적으로 심각한 환경 문제와 관련된 AMD(산성 광산 배수)가 생성됩니다5. 특히, 법적 허가가 없는 버려진 광산이나 활성 광산(즉, 배수 및 폐기물에 대한 환경 관리가 없는 추출 지역)에서는 더욱 그렇습니다. 산성 광산 배수는 공간적, 시간적 규모로 인해 문제가 됩니다. 광산 지역과 그 주변에 수십 킬로미터 또는 수백 킬로미터에 걸쳐 영향을 미칠 수 있기 때문입니다6. 또한, AMD는 인간 건강(예: 신경계 손상, 암, 어린이의 정신 지체)과 생태계(예: 지하수 오염, 식물 독성 및 광합성 억제, 어류 사망률)에 심각한 결과를 초래합니다7,8,9,10. 이러한 우려에 대한 좋은 예는 세계에서 가장 큰 대규모 황화물 매장지 중 하나인 이베리아 황철석 벨트(포르투갈 남동부 및 스페인 남서부)에서 찾을 수 있습니다. 이곳에서 대규모 채굴 활동은 19세기로 거슬러 올라가며 가장 초기의 활동은 20세기까지 거슬러 올라갑니다. 기원전 11년 3천년. 이 지역에서 AMD는 거대한 황화물 함유 폐석 더미, 광미 및 침수된 구덩이뿐만 아니라 광산 운영으로 인해 발생하는 폐기물을 포함하여 버려진 광산 및 관련 광미 덤프의 유산입니다12,13. 따라서 이 지역은 AMD 오염의 잠재적인 원인이 되며(그림 S1) 전 세계에 위치한 다른 황화물 광산을 대표합니다. 처리되지 않은 AMD의 배출은 환경에 부정적인 영향을 미칩니다. 수생 생태계에서는 이러한 매체에 PTE가 유입되고, 수질 화학 및 영양 순환이 변경되고, 유기체가 이용할 수 있는 산소량이 감소하고, 금속(Fe 및 Al 수산화물)이 침전되는 등의 원인이 됩니다. . 일반적으로 수질은 영향을 받아 유기체에 직접적인 독성을 일으키고 가정, 농업 및 산업 용도에 부적합하게 만듭니다9,14,15. 육상 생태계에서 AMD의 처리되지 않은 배출은 토양 오염으로 이어질 수 있으며 결과적으로 생물 다양성 손실과 토양 악화를 가속화합니다9. 더욱이, 활성 광산 지역과 버려진 광산 지역 모두에서 발생하는 AMD는 지표수, 지하수 및 농경지 토양을 오염시켜 환경과 생물체(인간 포함)에 여러 가지 건강 영향을 미칠 수 있습니다8.

90%) and very high EC (> 1 dS m−1). Gypsum spoil (GS) had moderate to low values in total iron (~ 1%), moderately high CaCO3 content (~ 23%) and very high EC (> 2.9 dS m−1). The only inorganic waste that showed an assimilable phosphorus content (PA ~ 470 mg kg-1) above detection limits was CW./p> 7 dS m-1) for the rest; and CaCO3 was also detected in all cases, ranging from 7.7% in BM to 24.9% in VC. Basal respiration (BR) presented a wide range of values without significant differences between inorganic and organic wastes, with maximum of 124 µg CO2 day−1 kg−1 in CW and minimum of 14 in WS µg CO2 day−1 kg−1./p> Hg2+ > Cd2+ > Fe2+ > Pb2+ > Ni2+ > Co2+ > Mn2+ > Zn2+ > As5+ > As3+53,54. Thus, organic matter together with total humic extract and humic and fulvic acids provide an important content of reactive colloidal fractions that allow the complexation of the different chemical forms of PTE55,56. Carbonates also exert a strong control over pH, which is considered a key property in controlling the immobilisation of most PTE because of its influence on the electrical charge of colloidal components57. In addition, it is a key component to neutralise acid solutions40. Likewise, iron oxyhydroxides content is another constituent to consider for the retention of some PTE, especially As, for which they exert a strong control on speciation and bioavailability58,59. In fact, the results of AMD treatment test indicate that many of the wastes tested show considerable acid neutralisation and PTE immobilisation capacity./p> CW ≥ MS ≥ VC > GS > OW > OL > WS > GW > BM; where wastes rich in iron oxyhydroxides and carbonates are more effective in the retention of PTE than wastes rich in organic matter. The removal rates for wastes dominated by carbonates (CW and MS) or iron oxyhydroxides (IO) are above 95% for most PTE present in AMD, while for organic wastes the removal rate was below 95% in most cases, with values as low as 15% in the case of bio-stabilised material of municipal solid wastes (BM). In other studies, for similar wastes the removal rates achieved were similar or even lower. For example, water filters partly made of iron-rich materials achieved removal rates of 50% for As66. However, other studies that also explore As retention capacity of water filters with iron oxide-rich materials reached rates of 90%67 and 99%68. The latter study concerned not only filters made from iron-rich waste, but also marble slurry filters for which As removal rate is 95%68. Furthermore, the success of these materials is not limited to As; for example, along with near 100% As retention in groundwater affected by an abandoned gold mine when treated with various mixtures composed of organic carbon, zero-valent iron and limestone, a strong decrease in the concentration of Al, Cd, Co, Cu and Ni has been demonstrated69; although the concentrations of these elements in the groundwaters are much lower than in our study. On the other hand, although less studied, the capacity of some organic wastes has also been assessed; for example, it has been reported a 70% reduction of some PTE (Al, As, Cd, Cu, Fe, Ni, Mn, Pb, and Zn) present in sulfide mine leachates by the addition of aqueous organic wastes from domestic wastewater16. Agricultural wastes have also been used to remove pollutants; for example, solid-olive mill by-products have a great capacity to remove Cr, Mn, Cu, Zn, Ni, and Pb from mining wastewater70. Similarly, there is an extensive list of agricultural waste (agave, bananas, wheat, rice, citrus fruits) that have been used for the immobilisation of different PTE (Cd, Pb, Zn) with uncertain results71. Particularly noteworthy is the case of vermicompost (VC), which shows retention rates of PTE close to those of carbonated and iron-rich wastes. This may be due to the higher content of calcium carbonate and total iron compared to other organic wastes, and, to a lesser extent, its considerable high OC content. In this sense, vermicompost can be a very effective material for the treatment of AMD. A similar study for the treatment of AMD72 using vermicompost and other agricultural by-products (sheep, cow, and rabbit manure) reported retention rates of 90% for As, Cd, Cu, and Zn in AMD. Similarly, gypsum spoil (GS) also has a high retention capacity for PTE similar to that of the other inorganic wastes, although for some, such as Ni and Co, was very low. The high retention capacity of GS is related to high CaCO3 and FeT contents./p> CW ≥ MS ≥ VC > GS > OW > OL > WS > GW > BM. Thus, a wide range of mining, urban, and agro-industrial wastes could be recovered for use in the treatment of AMD. The use of these wastes as AMD treatment technique showed promising results to be applied in the decontamination of polluted waters and as a control technique on tailing deposits to prevent the AMD generation. This study is the first step in the development of green technologies based on the different combinations of wastes with contrasting characteristics, to create solution (e.g.: Technosols, permeable reactive barriers, etc.) with a higher capacity to retain a greater variety of PTE and reduce acidity in polluted environments. The use of waste to remediate AMD will decrease the cost of the water treatment. This is especially relevant for the rehabilitation of areas with historical or abandoned mines, where the decrease in cost by replacing commonly used and expensive reagents for worthless waste will increase the affordability of water treatments. Nevertheless, additional site-specific studies should be conducted to include the cost of waste transport, as well as to evaluate the in-situ effectiveness of waste combinations under real field conditions./p>