Graptoliit-argilliidi leostuvus merevees ja sellest tulenev keskkonnaohtlikkus [Magistritöö. Juhendaja: A. Soesoo, kaasjuhendaja M. Voolma]

Antud magistritöö eesmärkideks oli uurida katseliselt graptoliit-argilliidist leostuva nõrgvee keemilist koostist ICP-MS ja käsi pH-analüsaatoriga ning kuhja asetatud graptoliit-argilliidi füüsikalisi ja keemilisi muutuseid XRF ja XRD analüüsiga katseperioodi jooksul. Vastavalt tulemustele kirjeldati katsekuhjas toimunud protsesse. Leostunud vedeliku ja tahkete proovide analüüsimisel kogutud andmestik kujutati ja interpreteeriti graafikutel ja tabelites.

Tulemuste põhjal võib teha järgnevad järeldused:

1. Graproliit-argilliidi (GA) massist leostus palju Na, Mg, Al ja K, mis reageerivad kergesti veega ja nõrkade hapetega (France, 2008, internetiallikas). Suurtes kogustes metallide jõudmine keskkonda limiteerib sealset elutegevust.

2. Graproliit-argilliidist nõrguv tilkvesi muutub temast eralduvate elementide toimel kiiresti happeliseks ning peidab seeläbi endas keskkonnariski. pH saavutab keskmise happelisuse ~2-2.50 pH juurde kolme nädalaga ja on püsiv üle terve katseperioodi.

3. GA sisaldab suures koguses keskkonnaohtlikke metalle nagu näiteks V, Mo, U, Pb ja Ni, mis kõik katsetulemusi vaadeldes on väga mobiilsed ning eralduvad mereveega kokkupuutel suurtes kogustes.

4. GA massi uurimisel peale leostumise toimumist, ilmneb selgeid märke katsekuhjas toimunud protsessidest. GA terasuurus väheneb sisemuse poole liikudes. XRF analüüsil on märgata GA vaesustumist metallidest üle terve katsekuhja võrrelduna algproovidega.

5. GA porsumisel kontsentreeruvad Ni, V, U, Y, Cu jt kollakasvalgesse sademesse katsekuhja ja kogumiskasti servadele. Nende elementide leostumine GA massist on intensiivne, lisades sinna ka porsumisel tekkiva küllastumuse sademesse, leiame uue riski ka tahkel kujul.

6. GA leostumisel on vaja aega, et murda arvatavasti leostumisprotsesside käigus tekkinud pinnakile. Esimese kastmise järel leostus GA massist suhteliselt väike kogus elemente. Järgmisel kastmisel leostus mõõtmiseks valitud elemendispektris enamuse elementide maksimum (Be, Cd, Ni, Co, Pb, Cu, U, Th jt), või sellele lähedane kogus (V, Sc, Mn, Li, Na), samuti oli leostumisintensiivsus suur praktiliselt kõigil ülejäänud elementidel. Iseloomulikult peale pikka kastmispausi (viimases proovis) oli enamuse elementide kontsentratsioon madal.

7. Temperatuurimuutused katsekuhjas on tsüklilised ning seotud tugevalt kastmisega ja ruumi temperatuuriga. Katsekuhja GA mass oli tõenäoliselt liiga väike, et anda tõepärast ülevaadet kuhjas toimuvate protsesside poolt tingitud temperatuuri muutustest.

GA on käesoleva uuringu tulemuste põhjal hinnates keskkonnaohtlik ning veega kokkupuutel eraldub ümbritsevasse keskkonda suurel hulgal ohtlikke ühendeid ja metalle. Kuna puudusid tänapäevaste meetoditega teostatud uuringud GA-st leostuvate elementide kogustest ja GA massi sisestest muutusest arvan, et antud töö õnnestus ja andis palju algmaterjali edaspidisteks uuringuteks.

Kindlasti tuleks pöörata rohkem tähelepanu ajalisele faktorile, millal muutused toimuma hakkavad ning suurendada katseks kavandatud materjali massi. Intensiivselt kogumiskasti ja servadele sadestunud mass koguti klaasanumatesse ning vajab edasist uurimist. Bioloogiline pool jäi antud töös puutumata ning tuleks uurida näiteks bakeriaalse tegevuse mõjusid leostunud metallide, metallide kontsentreeumisele ja elementide mobiilsuse tagamisele. Kuna Eestis on palju GA-d ka puistangutes, siis tuleks uurida ning võrrelda antud tööga vihmavee toimel leostunud elementide koguseid ning keskkonnaohtlikkuse ulatust.

Abstract

This Master’s thesis first objective was to provide an overview of elements leaching from graptolite-argellite when watered with seawater. Secondary objectiv was to monitore pH, TDS, salinity and temperature changes in the graptolite-arillite experiment pile. Third objective was to describe changes in the graptolite-argillite experiment pile.

A special experiment device was built to keep 10 kg of crushed graptolite-argillite in a net basket overlaying the collection box. Experiment pile was watered for 1-5 times a week for seven and a half month. After watering the pile only the leaching water that was driping from the pile was collected. From each sample pH, TDS, salinity and temperature was measured. Samples from one week formed an average weakly sample. The same parameters were measured. All average weakly samples were filtered, acidified with concentrated HNO3 and analyzed with ICP-MS. Five months after the experiment beginning two samples were collected from the top of the pile and three samples from inside of the pile. These solid samples were analyzed by XRF and XRD.

The results showed that the leaching water quickly becomes acidic. PH stayed in the range of 2 to 2.50 for the entire experiment time. After the ninth sample TDS and salinity exceeded the pH meter measuringrange of 14.00 ppt. Organic content in the samples was an average of 16 % (LOI 500). Large amount of trace elements, such as vanadium, uranium, molybdenum and nickel was leached from the graptolite-argillite experiment pile. Also large amount of major elements like potassium, magnesium, sodium and alumina was leached out. By chemical weathering nickel consentrated in the yellowish precipitation material on the surface of the pile. After analyzing the leaching graphs it showed that GA has some kind of surface layer that prevents the elements from leaching. By watering graptolite-argillite systematically and repeatedly that surface layer breaks and the leaching process is very active. If the watering stops and the pile dries out then the process is reversed.

Based on the results graptolite-argillite is saturated with heavy metals and the constant exposure to moisture makes graptolite-argillite easily leachable. Consequently, graptolite-argillite open to all weather conditions is hazardous to the envionment.