Link for citation:  Bortnikova S.B., Abrosimova N.A., Devyatova A.Yu., Shevko E.P.,  Yurkevich N.V., Cherny N.K., Danilenko I.V., Palchik N.A. Volatility of chemical elements during the dehydration of secondary sulfates. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering, 2022, vol. 333, no. 1, рр. 121-133. In Rus. 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.

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 (рН<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.