NMR-relaxometry laboratory study of fluids taken from boreholes

The relevance. Timely diagnostics of the fluid, taken from a borehole, allows determining the rise of flooding and destruction of the bottom-hole zone at the initial stage of well operation. Now diagnostics of a liquid phase is carried out by means of hydrochemical analysis of water samples in laboratory conditions. This method provides meaningful data on ionic-salt and microcomponent composition of the studied liquid. Diagnostics operativeness is very important in the most of cases, that is why it is important to find alternative methods and approaches for reservoir fluids express studying. This method is NMR-relaxometry. It allows typifying effectively the fluid taken from a borehole in combination with the hydrochemical data. The aim of the research is to develop the NMR-relaxometry method as applied to diagnostics of the fluid taken from a borehole, based on the dependence of transverse relaxation time on concentration of paramagnetic ions. The methods used: expanded hydrochemical analysis including the determination of ion-salt and microcomponent composition and laboratory methods of pulsed NMR-relaxometry aimed at determining transverse relaxation time. The results. Using the laboratory hydrochemical analysis data on ionic-salt and microcomponent composition of the fluid taken from a borehole and based on the conducted NMR-investigations, the authors have experimentally confirmed the considerable dependence of transverse relaxation time on change in concentration of paramagnetic metal ions. The authors determined the dependence of the transverse relaxation time on the content of calcium and sodium ions. The latter provide a basis for distinguishing technogeneous and formation water, subsequent to the results of hydrochemical analysis, which is the basis for prompt typification of the fluid taken from a borehole by NMR-data. This dependence allows distinguishing exactly the technogeneous water characterizing by high content of metal paramagnetic ions

NMR-relaxometry laboratory study of fluids taken from boreholes

Актуальность. Своевременная диагностика жидкости, выносимой из скважин, позволяет на начальной стадии их эксплуатации выявить возникновение обводнения и разрушения призабойной зоны. В настоящее время диагностика жидкой фазы проводится в лабораторных условиях на основе гидрохимического анализа отобранных проб воды. Этот метод даёт исчерпывающую информацию об ионно-солевом и микрокомпонентном составе исследуемых жидкостей. Оперативность диагностики в большинстве случаев имеет особо важное значение, что обуславливает необходимость поиска альтернативных методов и подходов к экспресс-изучению скважинных жидкостей. Таким методом является ЯМР-релаксометрия, применение которого в комплексе с гидрохимическими данными позволяет эффективно типизировать жидкости, выносимые из скважин. Цель работы: развитие метода ЯМР-релаксометрии применительно к решению задачи диагностики жидкости, выносимой из скважин, на основе зависимости времени поперечной релаксации от концентрации парамагнитных ионов. Методы исследования: расширенный гидрохимический анализ, включающий определение ионно-солевого и микроэлементного состава, а также лабораторный метод импульсной ЯМР-релаксометрии, направленный на определение времен поперечной релаксации. Результаты. С использованием данных лабораторного гидрохимического анализа о ионно-солевом и микрокомпонентном составе жидкостей, выносимых из скважин, на основе проведенных ЯМР-исследований экспериментально подтверждено, что время поперечной релаксации существенно зависит от изменения концентрации парамагнитных ионов металлов. Установлена зависимость времени поперечной релаксации от содержания ионов кальция и натрия, по которым выделяют техногенную и пластовую воды по результатам гидрохимического анализа, что составляет основу для оперативной типизации по ЯМР-данным жидкости, выносимой из скважин. Эта зависимость позволяет однозначно выделять техногенную воду, характеризующуюся повышенным содержанием парамагнитных ионов металлов.The relevance. Timely diagnostics of the fluid, taken from a borehole, allows determining the rise of flooding and destruction of the bottom-hole zone at the initial stage of well operation. Now diagnostics of a liquid phase is carried out by means of hydrochemical analysis of water samples in laboratory conditions. This method provides meaningful data on ionic-salt and microcomponent composition of the studied liquid. Diagnostics operativeness is very important in the most of cases, that is why it is important to find alternative methods and approaches for reservoir fluids express studying. This method is NMR-relaxometry. It allows typifying effectively the fluid taken from a borehole in combination with the hydrochemical data. The aim of the research is to develop the NMR-relaxometry method as applied to diagnostics of the fluid taken from a borehole, based on the dependence of transverse relaxation time on concentration of paramagnetic ions. The methods used: expanded hydrochemical analysis including the determination of ion-salt and microcomponent composition and laboratory methods of pulsed NMR-relaxometry aimed at determining transverse relaxation time. The results. Using the laboratory hydrochemical analysis data on ionic-salt and microcomponent composition of the fluid taken from a borehole and based on the conducted NMR-investigations, the authors have experimentally confirmed the considerable dependence of transverse relaxation time on change in concentration of paramagnetic metal ions. The authors determined the dependence of the transverse relaxation time on the content of calcium and sodium ions. The latter provide a basis for distinguishing technogeneous and formation water, subsequent to the results of hydrochemical analysis, which is the basis for prompt typification of the fluid taken from a borehole by NMR-data. This dependence allows distinguishing exactly the technogeneous water characterizing by high content of metal paramagnetic ions

Results of phytoremediation experiments with sowing oats (Avena sativa) on different types of mine tailings

Актуальность. Повышение концентрации металлов и металлоидов в наземных экосистемах в результате деятельности горнодобывающей и металлургической промышленности является серьезной проблемой для окружающей среды - приводит к накоплению элементов в почвах, дикорастущих и сельскохозяйственных растениях и сопровождает загрязнение компонентов пищевой цепи. Цель: определить и оценить способность овса посевного Avena sativa аккумулировать металлы и металлоиды из вещества хвостохранилищ с разными физико-химическими параметрами для фиторемедиации. Объекты: вещество хвостохранилищ (Дюков лог, Талмовские Пески, Хову-Аксинские) и отвалов (Урской, Белоключевской, Берикульский). Методы. Пробы корней и ростков были проанализированы на содержание широкого круга элементов методом ИСП-МС на масс-спектрометре NexION 300D (PerkinElmer, США) (ПНИЛ ГГХ ИШПР ТПУ). Отбор твердых проб выполнялся в соответствии с общепринятыми методиками. Пробы твёрдого вещества были проанализированы на содержание оксидов силикатной группы методом РФА на рентгенофлуоресцентном спектрометре ARL-9900-XP (Thermo Electron Corporation, Switzerland) в лаборатории рентгеноспектральных методов анализа ИГМ СО РАН, элементный анализ проводился методом ИСП-МС на приборе ELAN-9000 DRC-e, Perkin Elmer, USA (ХАЦ «Плазма»). Результаты. Проведены эксперименты с проращиванием семян однодольного растения - овса посевного (Avena sativa), на субстратах хвостохранилищ (Дюков лог, Талмовские Пески, Хову-Аксинские) и отвалов (Урской, Белоключевской, Берикульский), расположенных в Западной Сибири и республике Тыва. Данное растение относится к списку гостированных тестов фитотоксичности и сидератам, но его развитие на представленных техногенных объектах ранее не изучалось. Впервые показано, что в среднем концентрация металлов и металлоидов в проростках овса превышала концентрацию этих элементов во всех случаях по сравнению с контролем. Оценено влияние кислотности/щелочности техногенных субстратов на извлечение элементов растениями. Показано, что семена овса не взошли в пробах с добавлением вещества, дающего кислую среду (рНБ<2) либо высокую минерализацию жидкой фазы. В веществе отходов с диапазоном рН 2-5 (кислая и слабокислая среда) семена проросли, но масса проростков существенно меньше, чем в веществе с нейтральной-субщелочной средой (рН 6-8). На всхожесть не влияет соотношение алюмосиликаты/пирит, основное значение имеет наличие карбонатов и степень окисленности вещества отходов. В кислой среде, при относительно высоких концентрациях металлов (Fe, Mn, Cu, Zn) в жидкой фазе, их доля, поглощаемая растениями, была существенно ниже, чем в нейтральной-субщелочной среде. На аккумуляцию большинства элементов кислотность среды не оказывала влияния, их накопление в подземных и в надземных частях растений зависело от содержания их растворимых форм. Для мышьяка и висмута прослеживается повышение их содержания в проростках овса с повышением pH водной вытяжки. Влияние концентраций элементов в среде питания растений неоднозначно. Например, для вещества с высоким содержанием подвижных форм Cd, Pb, Zn биомасса и длина корня проростков овса была выше, чем для овса, выращенного на другом веществе. Транслокационный индекс указывает на то, что накопление большинства металлов и металлоидов выше в корнях, чем в надземных частях.The relevance. The increase in concentrations of metals and metalloids in terrestrial ecosystems as a result of the activities of the mining and metallurgical industries is a serious problem for the environment - it leads to the accumulation of elements in soils, wild and agricultural plants and accompanies the pollution of food chains. The main aim of this study is to determine and evaluate the phytoremediation ability of oats Avena sativa to accumulate metals and metalloids from tailings with different physicochemical parameters. Objects of the study are the material of tailings (Dyukov Log, Talmovskiy Sands, Khovu-Aksy) and waste heaps (Ursk, Beloklyuch, Berikul). Methods. Root and shoot samples were analyzed for the content of a wide range of elements by ICP-MS on a NexION 300D mass spectrometer (PerkinElmer, USA) (PNL «Voda» GGC ISHPR TPU). The selection of solid samples was carried out in accordance with generally accepted methods. The solid samples were analyzed for the content of oxides of the silicate group by XRF on an X-ray fluorescence spectrometer ARL-9900-XP (Thermo Electron Corporation) at the Laboratory of X-ray Spectral Analysis Methods of the Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; analysis of trace elements concentration was carried out by ICP-MS on an ELAN-9000 DRC-e instrument, Perkin Elmer, USA (HAC Plasma). Results. Experiments were carried out with the germination of seeds of a monocotyledonous plant - oats (Avena sativa) on the substrates of tailings located in Western Siberia and the Republic of Tuva. This plant belongs to the list of hosted tests of phytotoxicity and green manure, but its development on the presented technogenic objects has not been studied before. It is shown for the first time that on average, the concentration of metals and metalloids in oat seedlings exceeded the concentration of these elements in all samples compared to the control. The effect of acidity/alkalinity of tailings on the extraction of elements by plants was evaluated. It was shown that oat seeds did not germinate in samples with the addition of a substance that gives an acidic environment (pH<2) or high mineralization of the liquid phase. In the tailings with a pH range of 2-5 (acidic and slightly acidic environments), the seeds germinated, but the mass of seedlings was significantly less than in the material with a neutral-subalkaline environment (pH 6-8). Germination is not affected by the ratio of aluminosilicates minerals/pyrite, the main is the presence of carbonates and the degree of oxidation. In an acidic medium, at relatively high concentrations of metals (Fe, Mn, Cu, Zn) in the liquid phase, their proportion absorbed by plants was significantly lower than in a neutral subalkaline medium. The acidity of the environment did not affect the accumulation of most elements, their accumulation in the underground and aboveground parts depended on the content of their soluble forms. For arsenic and Bi, there is an increase in their content in oat seedlings with an increase in the pH of the aqueous extract. The influence of high concentrations of elements in the plant nutrition environment is ambiguous. For example, for a substance with a high content of mobile forms of Cd, Pb, Zn, the biomass and root length of oat seedlings were higher than for oats grown on another substance. The translocation index indicates that the accumulation of most metals and metalloids is higher in the roots than in the aerial parts of oats

NMR-relaxometry laboratory study of fluids taken from boreholes

Актуальность. Своевременная диагностика жидкости, выносимой из скважин, позволяет на начальной стадии их эксплуатации выявить возникновение обводнения и разрушения призабойной зоны. В настоящее время диагностика жидкой фазы проводится в лабораторных условиях на основе гидрохимического анализа отобранных проб воды. Этот метод даёт исчерпывающую информацию об ионно-солевом и микрокомпонентном составе исследуемых жидкостей. Оперативность диагностики в большинстве случаев имеет особо важное значение, что обуславливает необходимость поиска альтернативных методов и подходов к экспресс-изучению скважинных жидкостей. Таким методом является ЯМР-релаксометрия, применение которого в комплексе с гидрохимическими данными позволяет эффективно типизировать жидкости, выносимые из скважин. Цель работы: развитие метода ЯМР-релаксометрии применительно к решению задачи диагностики жидкости, выносимой из скважин, на основе зависимости времени поперечной релаксации от концентрации парамагнитных ионов. Методы исследования: расширенный гидрохимический анализ, включающий определение ионно-солевого и микроэлементного состава, а также лабораторный метод импульсной ЯМР-релаксометрии, направленный на определение времен поперечной релаксации. Результаты. С использованием данных лабораторного гидрохимического анализа о ионно-солевом и микрокомпонентном составе жидкостей, выносимых из скважин, на основе проведенных ЯМР-исследований экспериментально подтверждено, что время поперечной релаксации существенно зависит от изменения концентрации парамагнитных ионов металлов. Установлена зависимость времени поперечной релаксации от содержания ионов кальция и натрия, по которым выделяют техногенную и пластовую воды по результатам гидрохимического анализа, что составляет основу для оперативной типизации по ЯМР-данным жидкости, выносимой из скважин. Эта зависимость позволяет однозначно выделять техногенную воду, характеризующуюся повышенным содержанием парамагнитных ионов металлов.The relevance. Timely diagnostics of the fluid, taken from a borehole, allows determining the rise of flooding and destruction of the bottom-hole zone at the initial stage of well operation. Now diagnostics of a liquid phase is carried out by means of hydrochemical analysis of water samples in laboratory conditions. This method provides meaningful data on ionic-salt and microcomponent composition of the studied liquid. Diagnostics operativeness is very important in the most of cases, that is why it is important to find alternative methods and approaches for reservoir fluids express studying. This method is NMR-relaxometry. It allows typifying effectively the fluid taken from a borehole in combination with the hydrochemical data. The aim of the research is to develop the NMR-relaxometry method as applied to diagnostics of the fluid taken from a borehole, based on the dependence of transverse relaxation time on concentration of paramagnetic ions. The methods used: expanded hydrochemical analysis including the determination of ion-salt and microcomponent composition and laboratory methods of pulsed NMR-relaxometry aimed at determining transverse relaxation time. The results. Using the laboratory hydrochemical analysis data on ionic-salt and microcomponent composition of the fluid taken from a borehole and based on the conducted NMR-investigations, the authors have experimentally confirmed the considerable dependence of transverse relaxation time on change in concentration of paramagnetic metal ions. The authors determined the dependence of the transverse relaxation time on the content of calcium and sodium ions. The latter provide a basis for distinguishing technogeneous and formation water, subsequent to the results of hydrochemical analysis, which is the basis for prompt typification of the fluid taken from a borehole by NMR-data. This dependence allows distinguishing exactly the technogeneous water characterizing by high content of metal paramagnetic ions

Markers of biogeochemical monitoring in the sulphide ores tailings area

Актуальность. Хвостохранилища горнодобывающих предприятий являются источниками загрязнений окружающей среды химическими элементами и служат существенным фактом риска для хозяйственно-питьевого водопользования и здоровья населения. На примере воды гидроотвала на хвостохранилище в пос. Комсомольск (Кемеровская обл.), вмещающего отходы цианирования золото-арсенопирит-кварцевых руд, показано воздействие мышьяка и сурьмы на организмы теплокровных животных. Цель: обоснование маркеров мониторинга окружающей среды и теплокровных организмов в условиях риска воздействия хвостохранилища отходов обогащения сульфидных руд. Методы исследования включали в себя отбор проб воды из гидроотвала с целью перорального введения экспериментальным животным (самцы белых крыс линии Вистар с массой тела 250-290 г). Воду анализировали на ряд химических элементов методом ICP-AES. Далее после препарирования животных определяли элементный состав тканей. Анализ осуществлялся методом РФА-СИ на станции элементного анализа VEPP-3 (ИЯФ СО РАН). Обработка эмиссионных спектров производилась с помощью программы AXIL. Результаты. По данным элементного состава тканей органов - печени, почек, сердца, легких, щитовидной железы, крови, мочи и кала - самцов белых крыс линии Вистар обоснованы маркеры экспозиции комбинированного действия сурьмы (42-61 мкг/кг/сут) и мышьяка (10,0-15,0 мкг/кг/сут). Установлено, что воздействие сурьмы и мышьяка в исследуемых дозах приводит как к их накоплению в тканях органов животных, так и к изменению баланса Zn, Cu, Fe, Mn, Sr, Ni, Pb. Рассчитаны коэффициенты абсорбции и элиминации As и Sb для тканей внутренних органов при пероральном поступлении в организм, а также показана корреляция между содержанием As и другими элементами в органах экспериментальных животных в разные сроки эксперимента как маркеры реакции организма.Relevance. Sulfide mining tailings as a source of chemical element pollution of the environment are a significant risk to household water use and public health. On the example of the sulfide tailings impoundment at the Komsomolsk settlement (Kemerovo region), containing cyanidation wastes of gold-arsenopyrite-quartz ores, the effects of arsenic and antimony on warm-blooded animals is shown. The elemental markers of wastewater toxicity were substantiated in the experiment on laboratory animals. The aim of the research is to substantiate the environmental monitoring markers and warm-blooded organisms under the risk of exposure to tailings of sulfide ore dressing waste. The methods of the research included sampling water from a hydraulic dump to use it as a drink for experimental animals (male Wistar white rats weighing 250-290 g). Water was analyzed for a number of chemical elements by ICP-AES. Further, after preparation of the animals, the elemental composition of the tissues was determined. The analysis was performed by the XRD-SI method at the VEPP-3 elemental analysis station (INP SB RAS). The emission spectra were processed using the AXIL program. The results. According to the elemental composition of tissues of organs - liver, kidneys, heart, lungs, thyroid gland - of male white Wistar rats, the markers of exposure of the combined action of antimony and arsenic in doses of 42-61 and 10-15 [mu]g/kg/day, respectively, were determined. It was found that the effect of antimony and arsenic in the doses studied is accompanied by their accumulation in the tissues of animal organs, and changes in the balance of other elements - zinc, copper, iron, manganese, strontium, nickel, and lead. Coefficients of absorption and elimination of arsenic and antimony for tissues of internal organs at oral intake were calculated and the correlation of elements in different organs was shown

Hydrochemical and gaseous anomalies on sulfide tailings (Salair, Kemerovo region)

Актуальность исследования связана с получением новых данных по процессам, происходящим в складированных сульфидных отходах, их трансформации под действием окислительных факторов, миграции токсичных компонентов в окружающую среду. Цель: определение вертикальной зональности по элементному составу и содержанию газов (сероуглерода и диметилсульфида) в хвостохранилище, а также установление гидрохимических аномалий в ближайшей реке в результате миграции потенциально токсичных элементов с водными потоками из отходов. Объект: заброшенное хвостохранилище Салаирского горно-обогатительного комбината - Талмовские Пески (г. Салаир, Кемеровская область), вмещающее отходы цианирования и флотации барит-полиметаллических руд. Методы. В полевых условиях проводилась термометрия, газовый анализ, электроразведка методом сопротивлений в режиме электротомографии. Отбор твердых и жидких проб выполнялся в соответствии с общепринятыми методиками. Лабораторное изучение химического состава проб проводилось методами кондуктометрии, потенциометрии, капиллярного электрофореза, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Результаты. Распределение общих концентраций элементов по вертикали определяется неоднородностью складированного материала отходов. На примере двух разрезов до глубины 1,2 м определено, что влажность вещества возрастает с глубиной, а температура, значения рН паст и водных вытяжек снижаются. С глубиной закономерно возрастает количество водорастворимых форм металлов за счет преобразования сульфидов в кислых условиях, а также вследствие поступления из верхних горизонтов. Газогенерация сероуглерода и диметилсульфида, напротив, возрастает к верхним слоям хвостохранилища, что, всего скорее, связано как с их накоплением, так и интенсивным преобразованием минеральной матрицы и активным функционированием биоты в верхних прогреваемых слоях с нейтральной реакцией среды. В результате активных взаимодействий вещества отходов с водой и газами в реке Малой Талмовой, в русле которой расположено хвостохранилище, формируются контрастные гидрохимические аномалии с высокими концентрациями металлов.The relevance of the research consists in obtaining data on the processes occurring in the sulfide mine waste, their transformation under the influence of oxidative factors, migration of toxic components into the environment. The main aim of the research is to determine the vertical zoning by elemental composition and content of gases (carbon disulfide and dimethyl sulfide) in the tailings, as well as to establish the hydrochemical anomalies in the nearest river as a result of migration of potentially toxic elements with water flows from the tailings. Object of the research is the abandoned tailings dump of the Salair mining and processing plant - Talmovskie Peski (Salair, Kemerovo region), containing wastes of cyanidation and flotation of barite-polymetallic ores. Methods. In the field, thermometry, gas analysis, electric exploration by the resistance method in the electrotomography mode were carried out. Solid and liquid sampling was carried out in accordance with generally accepted techniques. The laboratory study of the chemical composition was carried out by the methods of conductometry, potentiometry, capillary electrophoresis, and mass spectrometry with inductively coupled plasma. Results. The vertical distribution of the total element concentrations is determined by the heterogeneity of the stored tailings material. Using the example of two cross sections to a depth of 1,2 m, it was determined that the humidity of the substance increases with depth, and the temperature, pH pastes and aqueous extracts decrease. With depth, the amount of water-soluble species of metals increases due to the transformation of sulfides in acidic conditions, as well as due to the inflow from the upper horizons. The gas generation of carbon disulfide and dimethyl sulfide increases towards the upper layers of the tailings, which is due to the both transformation of minerals, and active functioning of biota in the upper heated layers with a neutral reaction of the medium. As a result of active tailings-water-gas interactions, contrasting hydrochemical anomalies with high metal concentrations are formed in the Malaya Talmovaya River, in the channel of which the tailing dump is located

Assessment of acid-base accounting of mine waste rocks and mobility of potentially toxic elements of the Razdolinsky ore field (Krasnoyarsk territory)

Актуальность работы продиктована выносом потенциально токсичных металлов и металлоидов в окружающую среду из отвальных пород и хвостохранилищ. Цель работы: создание комплексной методики прогнозной оценки состава дренажных потоков из отвальных пород, определение кислотопродуцирующего и кислотонейтрализующего потенциалов вещества с учётом минеральных форм - источников токсичных элементов в дренажных потоках на примере Раздолинского рудного узла. Методы. Химический состав отвальных пород и формирующихся стоков определяли методами РФА, ИСП-АЭС, потенциометрии и классической аналитической химии. Прогноз кислотности стоков осуществлялся расчётом кислотонейтрализующего и кислотопродуцирующего потенциалов. Для повышения достоверности оценки появления кислых стоков дополнительно был определен нейтрализующий потенциал вещества отвалов и хвостохранилищ по методу Собека. Пероксидный эксперимент был проведён для оценки состава стоков при окислении отвальных пород и разрушении минеральной матрицы. Результаты. Представлены результаты исследования потенциальной опасности стоков из складированных отвальных пород, образующихся при разработке золоторудных месторождений Раздолинского рудного узла. Оценка соотношения кислотопродуцирующего и кислотонейтрализующего потенциалов показала, что стоки из отвалов при взаимодействии сезонных потоков с веществом пород будут нейтральными-слабощелочными вследствие высокого содержания карбонатов и низкого количества сульфидов. В пероксидном эксперименте, моделирующем развитие процессов на отдалённую перспективу, среда большинства растворов также осталась нейтральной-субщелочной. Концентрации металлов в стоках будут на безопасном уровне - ниже ПДК рхн . Однако в воде стоков определены превышения над нормировочными показателями для анионогенных элементов: As, Sb, V, которые остаются подвижными как в кислой, так и в щелочной среде. По результатам исследований даны рекомендации для контроля токсичных элементов в стоках.Therelevance of the work is dictated by the need to remove potentially toxic metals and metalloids into the environment from dumps and tailings. The aim of the research is to develop an integrated method for predicting the composition of drainage flows from dump rocks, deter­ mining acid and neutralization potentials, taking into account mineral forms - sources of toxic elements in drainage flows for Razdolinsky ore field. Methods. Chemical composition of waste rocks and forming wastewaters was determined by X-ray diffraction, ICP-AES, potentiometry and classical analytical methods. Effluent acidity was predicted by calculating the acid and neutralization potentials. The neutralization potential of the substance of dumps and tailings was additionally determined according to the Sobek method to increase the reliability of assessment of acidic effluent occurrence. A peroxide experiment was carried out to assess the effluent composition at oxidation of dump rocks and destruction of mineral matrix. Results. This article presents the results of the potential danger assessment for mine waste rocks formed during the development of the Razdolinsky gold ore deposit. The calculation of the acid and neutralization potentials ratio showed that wastewater from dumps will be neutral or weakly alkaline during the interaction of seasonal flows with the rocks. The main reason is in high content of carbonates and low amounts of sulfides. The resulting solutions also remained neutral or subalkaline in a peroxide experiment that simulates the long-term processes. The concentrations of metals in the effluent will be at a safe level - below the MPC. However, concentrations of anionic elements As, Sb, and V in the effluent exceed the normalization indices, which indicates that they remain mobile in both acidic and alkaline conditions. The results of the study allowed us to make a recommendation to control the level of toxic elements in the effluents

Летучесть химических элементов при дегидрации вторичных сульфатов

Актуальность. Загрязнение воздуха в результате деятельности горнодобывающей и металлургической промышленности является серьезной проблемой для окружающей среды. Это исследование проводилось с целью определения возможных механизмов миграции и источников элементов в атмосфере над поверхностью хвостохранилищ. Основная цель исследования - показать, что химические элементы могут захватываться водяным паром и могут мигрировать с паровой фазой во время десорбции и дегидратации водных сульфатов. Объект: образцы с поверхности отвалов, Белово (Беловский цинкозавод, Белово, Россия). Методы. Порошковая рентгеновская дифрактометрия (XRD) использовалась для определения фазового состава кристаллических веществ, их количественных фазовых соотношений и превращений. Для определения элементов в пробах воды (поровый раствор и конденсаты) использовали прибор Agilent 8800 ICP-MS (Токио, Япония), оборудованный распылителем MicroMist. Также использовались бинокулярный микроскоп и методы физико-химического моделирования. Результаты. Путем анализа конденсатов было определено, что широкий спектр химических элементов может мигрировать с парогазовыми потоками из вторичных гидросульфатов в относительно низкотемпературных условиях (60 °C). Конденсат влажного образца содержит высокие концентрации элементов из-за поступления элементов из порового раствора и водных сульфатов. На изменение минеральной структуры и выделение воды указывает потеря веса пробы. При дегидратации катионы и микроэлементы могут быть извлечены из кристаллической решетки, заменены протонами и затем могут перейти в парогазовую фазу при испарении раствора.The relevance. Air pollution due to the activities of the mining and metallurgical industries is a serious problem for the environment. This study was conducted to determine the possible mechanisms of migration and the sources of elements in the atmosphere above the surface of tailings. The main aim of the research is to show that chemical elements can be trapped by the water vapor and can migrate with the vapor phase during the desorption and dehydration of hydrous sulfates. Object: samples from the surface of the Belovo waste heaps (Belovo zinc processing plant, Belovo, Russia). Methods. Powder X-ray diffractometry (XRD) was used to determine the phase compositions of the crystalline substances, their quantitative phase relationships and transformations. An Agilent 8800 ICP-MS instrument (Tokyo, Japan), equipped with a MicroMist nebulizer, was used to determine the elements in the water samples (pore solution and condensates). Also, we used binocular microscope and physicochemical modeling methods. Results. By analyzing the condensates, it was determined that a wide range of chemical elements can migrate with vapor-gas streams from secondary hydrous sulfates under relatively low-temperature conditions (60 °C). Condensate from the wet sample contains high element concentrations due to the input of elements from the pore solution and hydrous sulfates. Alterations in mineral structure and water release are indicated by losses of sample weight. With dehydration, cations and trace elements can be extracted from the crystal lattice, replaced by protons, and can then enter the vapor-gas phase when the solution evaporates