Wypłukiwanie pierwiastków z osadów zielonego ługu z 16 szwedzkich papierni w latach 2017–2019

Zmiana dwóch problemów z odpadami w jedno rozwiązanie

W całej Szwecji i na świecie tysiące starych kopalń metali cicho przeciekają kwaśne, bogate w metale wody do pobliskich strumieni i gleb. Oczyszczanie tych rozproszonych miejsc jest kosztowne i skomplikowane, zwłaszcza gdy są to zabytkowe tereny, których krajobrazu nie można przekształcać. Równocześnie papiernie i zakłady celulozowe generują duże ilości osadów zielonego ługu — kredowego resztka, zwykle składowanego na wysypiskach. Badanie to analizuje, czy ten produkt uboczny przemysłu można bezpiecznie ponownie wykorzystać do łagodzenia kwaśnych odpływów kopalnianych, przekształcając odpad w narzędzie naprawy środowiska.

Czym jest ten nieoczekiwany materiał

Osady zielonego ługu powstają, gdy papiernie odzyskują środki chemiczne używane w procesie gotowania masy drzewnej. Wióry drewniane gotuje się w silnie alkalicznych roztworach, aby rozdzielić włókna, a zużyty płyn jest następnie spalany i przetwarzany w celu recyklingu chemikaliów. W trakcie tych procesów powstaje zawiesina przypominająca szlam, zawierająca pozostałości wapna, związki sodu i śladowe ilości metali. Ma silnie zasadowy odczyn, może buforować kwas i ma tendencję do łączenia się z innymi cząstkami po wymieszaniu. Ponieważ niemal wszystkie są dziś składowane, znalezienie bezpiecznej ścieżki ponownego użycia mogłoby zarówno zmniejszyć koszty utylizacji, jak i obniżyć ślad środowiskowy przemysłu papierniczego.

Jak badacze przetestowali materiał

Aby ocenić zachowanie tego materiału w praktyce, autorzy zebrali 71 próbek osadów zielonego ługu z 16 szwedzkich zakładów w ciągu dwóch lat. Zamiast badać jedną czy dwie próbki, celowo objęli szeroki przekrój zakładów, pór roku i warunków przetwarzania. W laboratorium potrząsali wilgotnym materiałem z czystą wodą w dwóch etapach, w przybliżeniu symulując kilka rund deszczówki przepływającej przez osad. Następnie zmierzyli, ile długiej listy pierwiastków przeszło do wody — od powszechnych składników, takich jak sód i wapń, po potencjalnie szkodliwe metale śladowe, takie jak ołów, kadm, chrom i cynk. Modele komputerowe wykorzystano, by wywnioskować, które minerały stałe w osadach kontrolowały to, co rozpuszczało się w wodzie.

Co się wypłukuje, a co pozostaje na miejscu

Testy ujawniły rozbieżne zachowanie. Składniki „słone”, takie jak sód, potas i rubid, łatwo się wypłukiwały — ponad dwie trzecie ich całkowitej zawartości przechodziło do badanej wody. Pochodziły głównie z prostych, silnie rozpuszczalnych soli pozostałych po chemikaliach używanych w papierni i odpowiadały za silną zasadowość pierwszego spłukiwania. Natomiast wapń, magnez, żelazo i wiele metali budzących obawy — takich jak cynk, ołów, nikiel i miedź — praktycznie nie ulegały przemieszczaniu. Ich stężenia w wodzie były niskie, często znacznie poniżej 1% całkowitej ilości obecnej w materiale stałym. Modelowanie wskazało na minerały takie jak kalcyt (powszechna postać węglanu wapnia), różne wodorotlenki i tlenki metali jako główne „zapięcia” utrzymujące te pierwiastki i kontrolujące ich powolne uwalnianie.

Bezpieczeństwo w odniesieniu do metali zanieczyszczających

Ponieważ osady zielonego ługu mogą zawierać zauważalne ilości metali śladowych, organy regulacyjne muszą wiedzieć, czy ich użycie na terenach kopalnianych może pogorszyć jakość wód. Badanie porównało ilości wypłukane z próbek z szwedzkimi progami prawnymi dla materiałów składowanych na wysypiskach. W prawie wszystkich próbkach woda spływająca z osadów mieściła się poniżej tych limitów dla kluczowych pierwiastków, takich jak arsen, bar, kadm, ołów i cynk; tylko nieliczne, nietypowe próbki przekraczały limity dla chromu, miedzi, molibdenu lub niklu. Co istotne, testy laboratoryjne zaprojektowano w sposób pesymistyczny: użyto czystej wody i długiego czasu kontaktu, aby sprzyjać wypłukiwaniu. W rzeczywistych warunkach kopalnianych, gdzie osady są mieszane z kwaśnymi odpadami i warunki zmieniają się w czasie, autorzy spodziewają się, że tempo uwalniania większości metali będzie jeszcze niższe.

Dlaczego to ma znaczenie dla starych kopalń

Gdy silnie zasadowe osady zetkną się z kwaśnymi odpadami kopalnianymi, mogą zneutralizować kwas, spowolnić rozkład minerałów i sprzyjać adsorpcji metali na fazie stałej zamiast utrzymywać je w roztworze. Badanie pokazuje, że średnio same osady zielonego ługu uwalniają tylko niewielkie ilości problematycznych metali, a jednocześnie zapewniają szybkie podniesienie pH dzięki rozpuszczalnym solom oraz długoterminowy efekt buforujący dzięki powoli rozpuszczającym się minerałom węglanowym. To połączenie sugeruje, że można je bezpiecznie wstrzykiwać lub współskładować z sulfidowymi odpadami kopalnianymi, aby zmniejszyć skutki kwaśnych odpływów. Jeśli dalsze testy terenowe potwierdzą te wyniki, kraje posiadające zarówno papiernie, jak i opuszczone kopalnie mogłyby jednocześnie rozwiązać dwa obciążenia środowiskowe — zmniejszając potrzeby składowania odpadów przemysłowych i poprawiając jakość wód wokół historycznych terenów górniczych.

Cytowanie: Stahre, N., Sartz, L. & Bäckström, M. Element leaching from green liquor dregs from 16 Swedish pulp and paper mills between 2017 and 2019. Sci Rep 16, 14683 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51421-1

Słowa kluczowe: osady zielonego ługu, kwaśne odpływy z kopalń, remediacja odpadów kopalnianych, ponowne wykorzystanie odpadów przemysłowych, wypłukiwanie metali