Environmental and occupational characterisation of coals and dust from coal mining

Tesi en modalitat de compendi de publicacionsThe main objective of this PhD thesis is the study of coal mine dust patterns produced by different types of mining operations and different types of coal. In addition, the potential links between oxidative potential (OP) of coal dust and its geochemistry have been investigated in order to identify indicators of potential concern for human health. To these ends, extensive particle size, chemical, mineralogical and OP analyses were carried out on: i) deposited coal mine dust collected in from different areas in underground and open-pit coal mines; ii) a selection of powdered coal samples from in-seam channel profiles covering a wide and contrasting variety of coal geochemistry patterns. In both cases, the respirable fractions (<4 µm) were extracted and analysed to simulate actual suspended respirable coal dust (PM4). The novelty of these sampling and analytical programmes made it necessary to calibrate and validate new methodologies, and design and implement new protocols, in order to separate the respirable fractions of dust and obtain comprehensive particle size, geochemical and mineralogical characterisations. The results of this thesis are summarised in five scientific articles in high-impact journals. Article #1 introduces the subject and includes a review of major health-relevant coal dust geochemical patterns. Articles #2 to #4 show results from the sampling of deposited coal dust in a number of underground coal mines (China and Europe) and an open-pit coal mine (China), and describe the separation and characterisation of respirable fractions. The samples were collected from different zones of the coal mines in order to encompass the most relevant mining operations being undertaken. In addition, in Article #5, powdered coal seam samples, covering a wide range of geochemical patterns from China, were used to separate and characterise their respective respirable fractions. In Articles #3 to #5 the respirable coal dust samples were selected (according to size and geochemistry) in order to evaluate the relationships among OP markers (ascorbic acid, AA; glutathione, GSH; and dithiothreitol, DTT). This toxicological methodology was applied using cross-correlation and multilinear regression analyses on underground mine dust samples (Article #3), open-pit mine samples (Article #4) and powdered coal samples (Article #5). The approach was repeated including both respirable fractions from deposited coal mine dust and from powdered coal samples (Article #5). Suspended coal dust measurements were reported in Articles #2 to #4 (Europe and China), including online ambient measurement of PM2.5, PM10, BC and UFP (PM <2.5 µm, <10 µm, black carbon, and ultrafine particles, respectively) around several mining open-pit mine (Article #4). The results of this thesis demonstrate that coal dust particle size is a key parameter controlling coal dust resuspension. Coal dust levels, also provide evidence that respirable coal dust levels are markedly higher in the working front areas. Moreover, concentrations and geochemical patterns of coal dust are noticeably influenced by the mining operations carried out in a given mine area. Results for the evaluation of the impact geochemical patterns on the OP demonstrated that OPAA is mostly linked with inorganic species, whereas OPGSH and OPDTT are linked with organic species of coal. The main drivers were found to be Fe, pyrite, sulphate minerals and anatase for OPAA, as well as moisture content, Ca, Mg, Na and Ba, for OPGSH and OPDTT. Furthermore, the correlations of the contents of most of these components in dust or coal with the OPAA, OPGSH and OPDTT increase only in high-rank coal or high coal-rank mine dust (mostly bituminous in this study). Moreover, PM10 measurements reported in this study demonstrate the importance of the effectiveness of dust control measures implemented in underground and open-pit coal mines in order to reduce airborne dust concentrations.L’objectiu principal d’aquesta tesi doctoral és l’estudi dels patrons de la pols de carbó produïts pels diferents tipus d’operacions mineres i l’estudi dels principals patrons composicionals de diferents tipus de carbó, cobrint un ampli rang geoquímic. A més, la relació entre el potencial oxidatiu (OP) i la geoquímica de la pols de carbó va ser investigada amb la finalitat d’identificar possibles indicadors o traçadors potencials que puguin perjudicar la salut humana. Amb aquesta finalitat, es van dur a terme anàlisis de mida de partícula, químics, mineralògics i d’OP per a: i) la pols de carbó recol·lectat en diferents zones i processos miners per a mines de carbó subterrànies i de cel obert, ii) una selecció de mostres de perfils de capes de carbó moltes, cobrint una àmplia i contrastada varietat de paràmetres geoquímics dels carbons explotats actualment a la Xina. En tots dos casos, les fraccions respirables (<4 µm) van ser separades i analitzades per simular la pols de carbó respirable en suspensió (PM4). La novetat d’aquests protocols de mostreig i anàlisi van requerir tasques de calibratge i validació d’aquestes noves metodologies, i dissenyar i implementar nous mètodes per separar les fraccions respirables de pols i obtenir caracteritzacions completes de mida de partícula, geoquímiques i mineralògiques. L’article #1 és introductori i conté una revisió dels patrons geoquímics de la pols de mineria del carbó més rellevants per la salut humana. De l’article #2 al #4 es mostren resultats per al mostreig de pols de carbó dipositat a nombroses mines de carbó subterrànies (Xina i Europa) i una mina de cel obert (Xina), i descriu la separació i caracterització de fraccions respirables. Les mostres es van recollir a diferents zones de les mines per tal de cobrir les operacions mineres més significatives. També, les mostres de carbó molt de l’article #5, comprenent un ampli rang de patrons geoquímics a la Xina, es van utilitzar per separar i caracteritzar detalladament les fraccions de pols respirable. Als Articles #3 a #5 van ser seleccionades mostres de pols respirable (d’acord amb la seva mida i els patrons geoquímics) per tal d’avaluar les relacions entre els marcadors OP (àcid ascòrbic, AA; glutatió, GSH; i dithiothreitol, DTT) amb els patrons fisicoquímics més rellevants, duent a terme una anàlisi de relació creuada i regressió multilineal per a les mostres de pols de mines subterrànies (Article #3), mostres de pols de la mina de cel obert (Article #4) i mostres de carbó molt (Article #5). Finalment, les anàlisis van ser repetides incloent totes les fraccions respirables de les mostres dipositades de pols de carbó i de les mostres de carbó molt (Article #5). A més de les mesures de pols de mina respirable extretes de pols sedimentada o de carbó molt, es van reportar mesures directes de pols de mina en suspensió dels Articles #2 a #4 (Europa i la Xina), incloent-hi mesures ambientals de PM2.5, PM10, BC i UFP (PM <2.5 µm, <10 µm, carboni negre, i partícules ultrafines, respectivament) al voltant de diverses operacions mineres a la mina de cel obert (Article #4). Els resultats d’aquesta tesi doctoral subratllen la importància de continuar investigant sobre les propietats i nivells de pols a la mineria del carbó en el context de la millora de les condicions laborals dels miners, especialment atès que, probablement, es mantindrà una producció de carbó molt elevada a països com la Xina durant les dècades vinents.El carbón ha sido un recurso muy valioso en nuestra sociedad durante siglos; sin embargo, sus beneficios como fuente de energía siempre han sido parcialmente contrarrestados por el daño ambiental causado por sus emisiones contaminantes. Aunque se han propuesto muchos acuerdos y políticas para reducir el uso de las energías fósiles, como el Acuerdo de París sobre el cambio climático que trata de reducir las emisiones de gases invernadero, el carbón se sigue consumiendo y produciendo actualmente a gran escala. Además, se pronostica que este escenario permanezca intacto durante las siguientes tres décadas. La exposición a elevados niveles de polvo de minería es considerada un factor de riesgo ocupacional muy importante para los mineros del carbón. Durante el paso del tiempo, las regulaciones mineras, los avances en la ingeniería minera y la mayor consciencia de la seguridad de los trabajadores del carbón ha fomentado mejoras en la protección ocupacional. A pesar de ello, la exposición ocupacional al polvo de carbón durante su minería y manipulación sigue siendo la principal causa de enfermedades pulmonares del polvo del carbón (CMDLD), como la neumoconiosis (CWP), la silicosis y la fibrosis masiva progresiva (PMF). Esto, en parte, probablemente se deba a la mejora en la eficiencia tecnológica de la maquinaria minera usada para trabajar el carbón, resultando en la emisión de partículas más finas y concentraciones más altas de polvo de carbón (al explotarse mayores cantidades de carbón), un efecto que ha estado relacionado con el incremento de CMDLD, afectando incluso a trabajadores más jóvenes. Sin embargo, a pesar de los cambios en los métodos mineros y sus emisiones de polvo, sigue existiendo una notable escasez de estudios paralelos sobre temas relevantes para la salud, relacionándolos con la inhalación de partículas en las minas de carbón modernas. El principal objetivo de esta tesis doctoral es el estudio de los patrones de polvo de carbón producidos por los diferentes tipos de operaciones mineras y el estudio de los principales patrones de distintos tipos de carbón cubriendo un amplio rango geoquímico. Además, se ha investigado la relación entre el potencial oxidativo (OP) y la geoquímica del polvo de carbón con el propósito de identificar posibles indicadores potenciales que puedan perjudicar la salud humana. Con estos fines, se llevaron a cabo análisis de tamaño de partícula, químicos, mineralógicos y de OP para: i) el polvo de carbón recolectado en diferentes zonas y procesos mineros para minas de carbón subterráneas y de cielo abierto, ii) una selección de muestras de perfiles de capas de carbón molidas cubriendo una amplia y contrastada variedad de parámetros geoquímicos de carbones explotados en China. En ambos casos, las fracciones respirables (<4 μm) fueron extraídas y analizadas para simular el polvo de carbón respirable en suspensión (PM4). La novedad de estos protocolos de muestreo y análisis hizo necesario calibrar y validar las nuevas metodologías, y diseñar e implementar nuevos métodos, con el fin de separar las fracciones respirables de polvo y obtener caracterizaciones completas de tamaño de partícula, geoquímicas y mineralógicas. Los resultados de esta tesis doctoral se incluyen en cinco artículos científicos publicados en revistas de alto impacto. El Artículo #1 es introductorio y contiene una revisión de los patrones geoquímicos más relevantes en la salud humana. En los Artículos #2 a #4 se muestran resultados para el muestreo de polvo de carbón depositado en numerosas minas de carbón subterráneas (China y Europa) y una mina de cielo abierto (China), asimismo se describe la separación y caracterización de fracciones respirables. Las muestras fueron recogidas en diferentes zonas de las minas de carbón con el fin de cubrir las operaciones mineras más significativas realizadas en ellas. Además, las muestras de carbón pulverizado del Artículo #5, que comprenden un amplio rango de patrones geoquímicos en China, fueron utilizadas para separar y caracterizar detalladamente sus fracciones respirables. En los Artículos #3 a #5, se seleccionaron muestras de polvo de mina y carbón molido (de acuerdo con su tamaño y los patrones geoquímicos) para evaluar las relaciones entre los marcadores OP (ácido ascórbico, AA; glutatión, GSH; y ditiotreitol, DTT) con los patrones fisicoquímicos más relevantes, llevando a cabo un análisis de relación cruzada y regresión multilineal para las muestras de polvo de minas subterráneas (Artículo #3), muestras de polvo de la mina de cielo abierto (Artículo #4) y muestras de carbón pulverizado (Artículo #5). Por último, se repitieron los análisis incluyendo todas las muestras de las fracciones respirables de las muestras depositadas de polvo de carbón y de las muestras de carbón pulverizado (Artículo #5). Además de las medidas de polvo de carbón respirable extraídas de polvo sedimentado o carbón pulverizado, se llevaron a cabo medidas directas de medidas in-situ y en continuo de polvo de mina en suspensión en los Artículos #2 a #4 (Europa y China), incluyendo medidas en aire ambiente de niveles de PM2.5, PM10, BC y UFP (PM <2.5 μm, <10 μm, carbono negro, y partículas ultrafinas, respectivamente) en torno a varias operaciones mineras en la mina de cielo abierto (Artículo #4). Los resultados de esta tesis doctoral demuestran que el tamaño de partícula del polvo de mina es un parámetro clave para el control de su suspensión. Los resultados también muestran que el tamaño de partícula del polvo depende de los contenidos de humedad y ceniza del mismo, que están negativa y positivamente correlacionados, respectivamente, con el porcentaje de las partículas finas en el polvo sedimentado/depositado. Basándose en la observación de los niveles de polvo de mina de carbón, los resultados evidencian que los niveles de fracción respirable son marcadamente superiores a las áreas del frente de trabajo de la capa de carbón. Desde allí, el polvo decrece considerablemente, aunque las fracciones finas sean fácilmente transportadas a otras partes de la mina, donde también reciben contribuciones de otras fuentes de emisión, como por ejemplo de la minería y manipulación de los estériles, transporte del carbón, sales del drenaje ácido de minas, desgaste de la maquinaria y erosión de galerías gunitadas. Estas contribuciones modifican notablemente el tamaño del polvo de mina y su composición, en comparación con el polvo proveniente del frente de trabajo donde se explota directamente la capa de carbón. Los resultados muestran, pues, que los niveles y patrones geoquímicos del polvo de mina de carbón están notablemente influenciados por las operaciones mineras llevadas a cabo en cada zona específica de la mina. La manipulación y el trabajo del carbón generan un polvo relativamente grueso, con proporciones variables de contenido mineral y matriz orgánica; mientras que la manipulación y el trabajo de los materiales de los estériles producen polvo fino y con alto contenido en ceniza, enriquecido en minerales como arcilla, cuarzo y calcita; los accesos a las galerías están caracterizados por bajos contenidos en polvo, pero con mayor proporción en material respirable, que contienen especies minerales enriquecidas en Ca, y también componentes potencialmente peligrosos (especies sulfatadas ácidas, Fe, As, Sb, entre otros) derivados de las sales de las aguas freáticas infiltradas, que se ven afectadas por el drenaje ácido de minas. El análisis de las fracciones respirables de las muestras de polvo mostró que la mayor parte de las ratios de concentración de las especies y elementos estudiados en ese polvo respirable versus el polvo depositado original fue menor o similar a 1.0. En cambio, ratios para minerales de la arcilla y algunos metales (Se, Mo, Pb, Zn, Sn, As, Cu, Sb, Ni, Co y Cr) alcanzó valores >1.0, indicando su enriquecimiento en su fracción respirable debido a su modo de ocurrencia más fino. Estos enriquecimientos pueden indicar la presencia de polvo proveniente de otras fuentes distintas a las emisiones de polvo de carbón del frente de trabajo, como el drenaje ácido de la mina y emisiones del desgaste de la maquinaria. Ello se ve corroborado por el hecho de que varios de estos elementos también tienen concentraciones más elevadas en PM10, comparados con el polvo respirable depositado. Así pues, aunque los niveles de PM son marcadamente inferiores lejos del frente de trabajo de la capa de carbón, su enriquecimiento en determinados metales y sales evidencian la importancia de monitorizar el polvo de minería en diferentes áreas de la mina, y no tan solo en el frente de trabajo de la capa. Los resultados de OP total (OPTOT) presentados aquí, junto con los de un artículo publicado en 2021 de polvo de mina de carbón en minas turcas, son pioneros en investigar las conexiones de los patrones geoquímicos del polvo de mina y OP. En esta tesis doctoral, los valores de OPTOT obtenidos para el polvo de carbón son marcadamente inferiores a los de otros estudios de PM publicados provenientes de los sistemas de metro urbano, PM en aire ambiente de áreas con altas emisiones de quema de biomasa doméstica y de calles urbanas transitadas. Se dedujo que las especies inorgánicas del polvo de carbón están más relacionadas con OPAA, mientras que las especies orgánicas lo están con OPGSH y OPDTT. Las especies y/o elementos que controlaron el OPAA fueron Fe, pirita, minerales sulfatados y anatasa, mientras que para los indicadores OPGSH y OPDTT fueron los contenidos en humedad (reflejando el contenido en materia orgánica carbonosa), Ca, Mg, Na y Ba. Además, las correlaciones de las concentraciones de la mayor parte de estos componentes en polvo de mina o carbón pulverizado con OPAA, OPGSH y OPDTT incrementaron cuando fueron evaluados sólo los carbones o polvo de carbón de alto rango (bituminosos en este estudio). Los resultados de la evaluación de las características geoquímicas de los carbones explotados en China que controlan el OP del polvo potencialmente generado durante su extracción y manipulación (Artículo #5) demuestran que los contenidos en pirita, ceniza, anatasa, cuarzo, S, Ti y varios metales traza, como Mn, Mo y U, gobiernan la OPAA. Por otra parte, al igual que lo deducido para el polvo de mina, es el contenido en la materia orgánica carbonosa el que gobierna los niveles de OPGSH y OPDTT de las muestras de carbón molido. Estos resultados son similares a los obtenidos en el polvo de mina de carbón respirable, indicando que la extracción de la fracción respirable de las muestras de capas de carbón pulverizado para su posterior análisis geoquímico y de OP se pueden utilizar como indicador del OP del polvo de mina de carbón, atendiendo a las limitaciones indicadas anteriormente, de las posibles fuentes de polvo adicionales a la del frente de trabajo en la capa. Los resultados de los indicadores de OP concuerdan con los de estudios y modelos previos que proporcionan evidencias de asociaciones de determinados elementos y especies en polvo de minería con la generación de especies reactivas del oxígeno (ROS). Especialmente en lo referente a las marcadas correlaciones entre Fe y pirita con OPAA, que demuestran la relevancia de los contenidos de Fe y pirita en polvo de mina y de carbón inhalables con el estrés oxidativo, incluyendo la posibilidad de provocar enfermedades pulmonares y el desarrollo de CWP. Las mediciones de PM10 realizadas en este estudio demuestran la importancia de aplicar medidas efectivas para el control del polvo de minería en las minas de carbón subterráneas y de cielo abierto para reducir su concentración. Especialmente relevantes son los altos niveles de polvo fino medidos en áreas donde los estériles son manipulados sin medidas de control, en la mina de cielo abierto. También, las mediciones in-situ y online de BC y UFP mostraron niveles de exposición moderados, obteniéndose niveles de exposición en cielo abierto comparables a los típicamente registrados en entornos de tráfico urbano intenso. Obviamente este no era el caso para los niveles de PM, siendo estos muy superiores en la mina. La baja dispersión atmosférica en el fondo de la mina de cielo abierto, en comparación con las áreas más elevadas, combinado con la alta maquinaria usada, y el denso tráfico de la zona, proporciona elevados niveles de contaminantes, en especial UFP y PM. Los resultados de esta tesis doctoral subrayan la importancia de seguir investigando sobre las propiedades y niveles de polvo en la minería del carbón en el contexto de la mejora de las condiciones laborales de los mineros; en especial debido a que probablemente se mantenga una producción de carbón muy elevada, en países como China, durante las próximas décadas.Postprint (published version

Determination of Pd(II) using an antimony film coated on a screen-printed electrode by adsorptive stripping voltammetry

The use of an antimony film coated on a screen-printed carbon electrode (ex-situ SbSPCE) is proposed for the determination of Pd(II) at ppb levels in natural samples by adsorptive stripping voltammetry using dimethylglyoxime as chelating agent. Ex-situ SbSPCE produces a better analytical performance as compared to a commercially sputtered bismuth screen-printed electrode (BispSPE). The detection and quantification limits were 2.7 and 9.0 µg L-1 respectively with a good linear behaviour in the wide examined concentration range (from 1 µg L-1 up to 100.0 µg L1, R2= 0.998). The proposed ex-situ SbSPCE showed an excellent repeatability with a relative standard deviation of 0.5 % for ten successive measurements and a very good reproducibility (1.6 % for three different ex-situ SbSPCE units within series of ten repetitive assays). Moreover, the ex-situ SbSPCE was successfully applied for the determination of low concentration levels of Pd(II) in spiked tap water with a very high reproducibility (0.2 %) and providing equivalent results to those achieved by ICP-MS measurement

Ambient air particulate total lung deposited surface area (LDSA) levels in urban Europe

This study aims to picture the phenomenology of urban ambient total lung deposited surface area (LDSA) (including head/throat (HA), tracheobronchial (TB), and alveolar (ALV) regions) based on multiple path particle dosimetry (MPPD) model during 2017–2019 period collected from urban background (UB, n = 15), traffic (TR, n = 6), suburban background (SUB, n = 4), and regional background (RB, n = 1) monitoring sites in Europe (25) and USA (1). Briefly, the spatial-temporal distribution characteristics of the deposition of LDSA, including diel, weekly, and seasonal patterns, were analyzed. Then, the relationship between LDSA and other air quality metrics at each monitoring site was investigated. The result showed that the peak concentrations of LDSA at UB and TR sites are commonly observed in the morning (06:00–8:00 UTC) and late evening (19:00–22:00 UTC), coinciding with traffic rush hours, biomass burning, and atmospheric stagnation periods. The only LDSA night-time peaks are observed on weekends. Due to the variability of emission sources and meteorology, the seasonal variability of the LDSA concentration revealed significant differences (p = 0.01) between the four seasons at all monitoring sites. Meanwhile, the correlations of LDSA with other pollutant metrics suggested that Aitken and accumulation mode particles play a significant role in the total LDSA concentration. The results also indicated that the main proportion of total LDSA is attributed to the ALV fraction (50 %), followed by the TB (34 %) and HA (16 %). Overall, this study provides valuable information of LDSA as a predictor in epidemiological studies and for the first time presenting total LDSA in a variety of European urban environments.Peer ReviewedPostprint (published version

Comprehensive evaluation of potential coal mine dust emissions in an open-pit coal mine in Northwest China

Coal mining in China is continually increasing, and the associated emitted coal mine dust is of growing environmental and occupational concern. In this study, deposited coal mine dust (DD) was analysed in three different regions of an active, highly-volatile bituminous open-pit coal mine in the Xingjian Province, Northwest of China: coal working fronts, tailings handling sites, and road traffic sites. Samples were analysed for particle size, and geochemical and mineralogical patterns, and then compared with the respirable DD fractions (RDDs, <4 μm) separated from DD samples. Online measurements of ambient air concentrations of particulate matter (PM10 and PM2.5), black carbon (BC) and ultrafine particles (UFP) were performed in the same mine zones where DD was sampled. Furthermore, the RDD samples were subjected to analysis of specific biological response or toxicological indicators (oxidative potential, OP). The results demonstrated: i) large differences in particle size and composition among DD from tailings handling, road traffic and coal working front sites, ii) a strong influence of the DD moisture contents and ash yields on particle size, and, accordingly, on the potential dust emissions, iii) an enrichment of multiple elements (such as Nb, Th, Cr, Sr, Li, As, Pb, Cu, Zr and Ni) in the RDD from coal working fronts compared with their contents in the worked parent coal seams, mostly attributed to mining machinery, tyre and brake wear emissions and to deposition of dust emitted from gangue working zones, iv) low OP values of the RDD emitted from the studied mine, which works a high-quality coal, with OP being influenced by Mn, sulphate and anatase (TiO2) contents, and v) the impact of specific mining operations and mine areas on the levels of air pollutants, such as high PM from tailings handling in the upper parts of the mine or the high UFP levels in the bottom of the mine (due to vehicle and machinery emissions and lower dispersive conditions). The data presented here demonstrate the necessity of extracting the more deeply respirable size fraction of coal mine dusts in future studies on the health effects of these materials because this finer fraction is mineralogically and geochemically different from the parent rocks.This study was supported by Generalitat de Catalunya (AGAUR 2017 SGR41), Spain; by the National Science Foundation of China (grant 41972180); the Program of Introducing Talents of Discipline to Universities (grant B14031) and Overseas Top Scholars Program for the Recruitment of Global Experts, China and by the Spanish Ministry of Science and Innovation (Excelencia Severo Ochoa, Project CEX2018-000794-S). Pedro Trechera is contracted by the ROCD (Reducing risks from Occupational exposure to Coal Dust) project supported by the European Commission Research Fund for Coal and Steel; Grant Agreement Number-754205.Peer reviewe

QEMSCAN® automated mineralogical analysis of PM2.5 and PM4: a preliminary study of underground coal mine dust from Poland and Slovenia

Determining the physical and chemical properties of airborne dusts in occupational settings is essential for assessing their potential toxicity as well as the effectiveness of respiratory protective equipment and dust mitigation measures. Here, we report the first successful QEMSCAN® automated mineralogical analysis of potentially toxic PM4 and PM2.5 dust from deep coal mines in Poland and Slovenia. QEMSCAN® was setup to automatically delimit 100,000 ‘particles’ per sample, based on average atomic number contrast, subject these to X-ray elemental analysis at points in a grid pattern (0.5 µm spacing), assign a mineral name to each point and then output the results as particle size, shape, mineralogy and mineral associations data and as mineral maps. The dusts were prepared as dispersions on a polyethylene sheet so that coal particles, with a slightly higher BSE signal, could be recognized from their substrate. Samples were analyzed repeatedly and in different orientations to determine the effects of sample geometry and topography. QEMSCAN® mineral identifications were manually checked using standard SEM X-ray elemental analysis. From a pilot study of Polish and Slovenian coal dust samples, PM4 and PM2.5 contain varying proportions of coal, quartz and other silicates, sulphides, sulphates, carbonates, oxides and other minerals, and notable concentrations of fly-ash particles. That some of these components may be toxic when inhaled, particularly the quartz and fly-ash, highlights the need for larger scale and wider ranging studies. The further potential of the newly developed QEMSCAN® methodology is discussed.European Union funding: 75420

Geochemistry and oxidative potential of the respirable fraction of powdered mined Chinese coals

This study evaluates geochemical and oxidative potential (OP) properties of the respirable (finer than 4 μm) fractions of 22 powdered coal samples from channel profiles (CP4) in Chinese mined coals. The CP4 fractions extracted from milled samples of 22 different coals were mineralogically and geochemically analysed and the relationships with the OP evaluated. The evaluation between CP4/CP demonstrated that CP4 increased concentrations of anatase, Cs, W, Zn and Zr, whereas sulphates, Fe, S, Mo, Mn, Hf and Ge decreased their CP4 concentrations. OP results from ascorbic acid (AA), glutathione (GSH) and dithiothreitol (DTT) tests evidenced a clear link between specific inorganic components of CP4 with OPAA and the organic fraction of OPGSH and OPDTT. Correlation analyses were performed for OP indicators and the geochemical patterns of CP4. These were compared with respirable dust samples from prior studies. They indicate that Fe (r = 0.83), pyrite (r = 0.66) and sulphate minerals (r = 0.42) (tracing acidic species from pyrite oxidation), followed by S (r = 0.50) and ash yield (r = 0.46), and, to a much lesser extent, Ti, anatase, U, Mo, V and Pb, are clearly linked with OPAA. Moreover, OPGSH correlation was identified by organic matter, as moisture (r = 0.73), Na (r = 0.56) and B (r = 0.51), and to a lesser extent by the coarse particle size, Ca and carbonate minerals. In addition, Mg (r = 0.70), B (r = 0.47), Na (r = 0.59), Mn, Ba, quartz, particle size and Sr regulate OPDTT correlations. These became more noticeable when the analysis was done for samples of the same type of coal rank, in this case, bituminous.This study was supported by Generalitat de Catalunya (AGAUR 2017 SGR41), Spain; by the National Science Foundation of China (grant 41972180); the Program of Introducing Talents of Discipline to Universities (grant B14031) and Overseas Top Scholars Program for the Recruitment of Global Experts, China; and by the Spanish Ministry of Science and Innovation (Excelencia Severo Ochoa, Project CEX2018-000794-S). Malvern Mastersizer Scirocco 2000 extension measurements were performed at the ICTS NANBIOSIS by the Nanostructured Liquids Unit (U12) of the CIBER in Bioengineering, Biomaterials & Nanomedicine (CIBER-BBN), located at the IQAC-CSIC (Barcelona, Spain). Pedro Trechera is contracted by the ROCD (Reducing risks from Occupational exposure to Coal Dust) project supported by the European Commission Research Fund for Coal and Steel; Grant Agreement Number 754205.Peer reviewe

Phenomenology of ultrafine particle concentrations and size distribution across urban Europe

This study is supported by the RI-URBANS project (Research Infrastructures Services Reinforcing Air Quality Monitoring Capacities in European Urban & Industrial Areas, European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme, Green Deal, European Commission, under grant agreement No 101036245). The authors would like to thank ACTRIS (The Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure), especially the EBAS Data Centre, for providing datasets for the study. The authors would like to thank also the support from “Agencia Estatal de Investigación” from the Spanish Ministry of Science and Innovation, and FEDER funds under the projects CAIAC (PID2019-108990RB-I00); and the Generalitat de Catalunya (AGAUR 2021 SGR00447) and the Direcció General de Territori. This study is partly funded by the National Institute for Health Research (NIHR) Health Protection Research Unit in Environmental Exposures and Health, a partnership between UK Health Security Agency (UKHSA) and Imperial College London. The views expressed are those of the author(s) and not necessarily those of the NIHR, UKHSA, or the Department of Health and Social Care. The work in Rochester, NY was funded by the New York State Energy Research and Development Authority under contracts #59802 and 125993. This research is also partly supported by the Hungarian Research, Development and Innovation Office (grant no. K132254). We thank the Hessian Agency for Nature Conservation, Environment and Geology (HLNUG), Wiesbaden, Germany for providing concentrations of ancillary pollutants of urban background station at Darmstadt. The Stockholm traffic station (Hornsgatan) datasets were provided thanks to the nPETS project (grant agreement no. 954377) funded by the European Union (EU).Supplementary data to this article can be found online at https://doi.org/10.1016/j.envint.2023.107744The 2017–2019 hourly particle number size distributions (PNSD) from 26 sites in Europe and 1 in the US were evaluated focusing on 16 urban background (UB) and 6 traffic (TR) sites in the framework of Research Infrastructures services reinforcing air quality monitoring capacities in European URBAN & industrial areaS (RI-URBANS) project. The main objective was to describe the phenomenology of urban ultrafine particles (UFP) in Europe with a significant air quality focus. The varying lower size detection limits made it difficult to compare PN concentrations (PNC), particularly PN10-25, from different cities. PNCs follow a TR > UB > Suburban (SUB) order. PNC and Black Carbon (BC) progressively increase from Northern Europe to Southern Europe and from Western to Eastern Europe. At the UB sites, typical traffic rush hour PNC peaks are evident, many also showing midday-morning PNC peaks anti-correlated with BC. These peaks result from increased PN10-25, suggesting significant PNC contributions from nucleation, fumigation and shipping. Site types to be identified by daily and seasonal PNC and BC patterns are: (i) PNC mainly driven by traffic emissions, with marked correlations with BC on different time scales; (ii) marked midday/morning PNC peaks and a seasonal anti-correlation with PNC/BC; (iii) both traffic peaks and midday peaks without marked seasonal patterns. Groups (ii) and (iii) included cities with high insolation. PNC, especially PN25-800, was positively correlated with BC, NO2, CO and PM for several sites. The variable correlation of PNSD with different urban pollutants demonstrates that these do not reflect the variability of UFP in urban environments. Specific monitoring of PNSD is needed if nanoparticles and their associated health impacts are to be assessed. Implementation of the CEN-ACTRIS recommendations for PNSD measurements would provide comparable measurements, and measurements of <10 nm PNC are needed for full evaluation of the health effects of this size fraction.RI-URBANS projectACTRISEBAS Data Centre“Agencia Estatal de Investigación" Spanish Ministry of Science and InnovationFEDER projects CAIAC (PID2019-108990RB-I00)Generalitat de Catalunya (AGAUR 2021 SGR00447) and the Direcció General de TerritoriNational Institute for Health Research (NIHR) Health Protection Research Unit in Environmental Exposures and HealthNew York State Energy Research and Development AuthorityHungarian Research, Development and Innovation OfficeCGIAR European Commission 95437

Corrigendum to Trace element fractionation between PM10 and PM2.5 in coal mine dust: Implications for occupational respiratory health’ [Journal of Coal Geology 203 (2019) 52–59]

Peer reviewe

Behaviour and speciation of inorganic trace pollutants in a coal-fired power plant equipped with DENO<inf>X</inf>-SCR-ESP-NH<inf>3</inf>FGD controls

The behaviour and speciation of inorganic trace pollutants were studied in a 270 MWh coal-fired power station equipped with denitrification (DeNOx)-based selective catalytic reduction (SCR), electrostatic precipitators (ESP) and ammonia flue gas desulphurisation (NH3-FGD) controls. The aqueous (NH4)2SO4 slurry (pH 3.2) showed remarkably high concentrations of SO42−, Cl−, Fe, NH4+, PO43−, and F− and was substantially enriched in multiple trace pollutants, e.g. Mn, Ni, Zn, and As, which can be ascribed to the diffusion of gaseous pollutants released during combustion and to the partial dissolution of fly ash (FA) particles entrained in the flue gas FGD. These processes were favoured by the iteration of the FGD water re-circulation cycles within the scrubber. Three major unresolved performance issues remain for the NH3-FGD with respect to the retention efficiency of major and trace pollutants: (i) the high concentration of soluble salts and major and minor trace elements in the aqueous (NH4)2SO4 slurry could lead to entrainment of droplets and particles with the outgoing (OUT)-FGD gas; (ii) the ionic strength, as a result of the high concentration of the elements associated with soluble salts and major and minor elements, could lead to diminishing diffusivity of gaseous pollutants into the aqueous phase, where these are supposed to dissolve; and (iii) the acidic conditions of the aqueous (NH4)2SO4 slurry, caused by Fe-hydrolysis, could lead to low FGD efficiencies. Operating conditions at this power station affect Hg partitioning and fate across the PCC-SCR-ESP-NH3-FGD.We would like to thank the staff of the power plant for their support, help, and kind assistance during and after the sampling campaign. The corresponding author also gratefully acknowledges the Institute of Environmental Assessment and Water Research, Spanish National Research Council (IDÆA-CSIC) and Excelencia Severo Ochoa Project (CEX2018-000794-S) financed by Ministry of Science and Innovation (MINECO, Spain).Peer reviewe