Utilization of natural and synthetic zeolitic materials as soil amendments in abandoned mine sites

Résumé El En

Ο σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της δυνατότητας χρήσης και αξιοποίησης και συνθετικών ζεολιθικών υλικών ως εδαφοβελτιωτικά για την αποκατάσταση ρυπασμένων εδαφών σε πρώην μεταλλευτικές περιοχές. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν δύο είδη ζεολιθικών τόφφων από τη Σάμο, το ένα πλούσιο σε κλινοπτιλόλιθο και το άλλο πλούσιο σε μορντενίτη, ως φυσικά εδαφοβελτιωτικά χαμηλού κόστους. Επιπλέον, ιπτάμενη τέφρα που προήλθε από τα ηλεκτροστατικά φίλτρα του ΑΗΣ Μελίτη στη Φλώρινα, μετατράπηκε σε συνθετικό ζεολιθικό υλικό μέσω μιας αλκαλικής υδροθερμικής επεξεργασίας με χρήση NaOH 1M. Η ορυκτολογική σύσταση των φυσικών και των συνθετικών ζεολιθικών υλικών μελετήθηκε και πιστοποιήθηκε με τη μέθοδο της περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ και με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης. Τα εδαφοβελτιωτικά καθώς και δείγματα ρυπασμένου εδάφους από την μεταλλευτική περιοχή του Λαυρίου, αναμίχθηκαν και αφέθηκαν να εξισορροπήσουν για 1 εβδομάδα. Μετά την εξισορρόπηση, σε γλάστρες που περιείχαν τα παραπάνω μίγματα φυτεύτηκαν σπόροι του φυτού Trifolium alexandrinum. Η αύξηση της τιμής του pH στα μίγματα εδάφους - ζεολίθου, επιβεβαίωσε την ρυθμιστική ικανότητα των ζεολιθικών υλικών και έδειξε ότι υπάρχει δυνατότητα χρήσης ζεολιθικών υλικών για την αποκατάσταση όξινα ρυπασμένων εδαφών σε περιοχές εξόρυξης θειούχων μεταλλευμάτων. Επιπλέον, τα μίγματα που περιείχαν εδαφοβελτιωτικά παρουσίασαν υψηλότερες τιμές ιοντοανταλλακτικής ικανότητας (CEC) σε σύγκριση με το αρχικό έδαφος. Ο συνθετικός ζεόλιθος που παρήχθει από ιπτάμενη τέφρα, ήταν το πιο αποτελεσματικό εδαφοβελτιωτικό για την ανάπτυξη των φυτών από όλα τα υλικά που δοκιμάστηκαν. Μεταξύ των φυσικών ζεολιθικών υλικών από τη Σάμο, το πιο αποτελεσματικό ήταν το πλούσιο σε κλινοπτιλόλιθο, πιθανώς λόγω της καλύτερης ικανότητας του στη συγκράτηση νερού.

The aim of this paper is to evaluate the effects of natural and synthetic zeolitic materials as soil amendments in contaminated soils. Two species of natural zeolites, clinoptilolite and mordenite, sampled from Samos Island, Greece, were used as low-cost modifiers (amendments). Both of these materials show perfect XRD-patterns. Moreover, coal fly ash (CFA) derived from the electrostatic precipitators of the Meliti power plant (Florina, Greece) converted via an alkaline hydrothermal treatment with 1M NaOH was used to produce a synthetic zeolitic material. The mineralogical composition of natural and synthetic zeolites was tested and identified by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). The amendments and original contaminated soils from a former mining area of Lavrion, were mixed and equilibrated for 1 week, hydrated up to 40% of their water holding capacity. After the equilibration, the growth of Trifolium alexandrinum both in amended and original soils was studied in a pot experiment. The increase in pH value of treated soil by the tested amendments, confirmed the buffering effect and suggested the opportunity of using zeolitic materials for conditioning and remedying contaminated acidic soils from sulphidic mining areas. Moreover, the amended soils exhibited higher CEC values compared with unamended soil. Results showed that the synthetic zeolite produced by Meliti’s power station fly ash, was the most effective for plant growth, among the tested amendments. Between natural zeolitic materials from Samos Island, the most efficient was the clinoptilolite rich, probably because of its better water holding capacity compared with mordenite.