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

Abstract

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.

Properties and applications of natural zeolites

“…Other references on the topic of Agriculture are suggested: Abdelrahman et al 2023;Affendi et al 2023;Cataldo et al 2023Cataldo et al , 2021Haemmerle and Tschgg, 2023;Gholamhoseini et al 2023;Öz and Aral, 2023;Saint-Aimé et al 2023;Sharma et al 2023;Pavlak et al 2023;Cadar et al 2023;Al-Salihi et al 2023;Sotiriou et al 2023;Al Amir et al 2022;Jarosz et al 2022Jarosz et al , 2017Dinuccio et al 2022;Abdulathemand and Al-Rudainy, 2021;Khalifa et al 2021;Szatanik-Kloc et al 2021;Hazrati et al 2021;Noviello et al 2021;Rahimi et al 2021;Szerement et al 2021;Choo et al 2020;de Brujin et al 2020;Kalita et al 2020;Liza et al 2020;Nikolau et al 2020;Pratt et al 2020;Serati Nouri et al 2020;Abreu et al 2019;Dubey and Mailapalli, 2019;Eroglu et al 2019;Giannatou et al, 2018;Jakkula and Wani, 2018;Pasaglia and Prisa, 2018;Bilgin, 2017;Smedt et al 2017;Garzón Prado et al 2017;Tsynskaladze et al 2017;…”

Using Natural and Synthetic Zeolites for Mine Soils Clean-Up

“…Reclamation of these abandoned mine areas is an integral part of an environmental management plan aimed at the remediation of both acidity and heavy metal content. Among the mine soil remediation methods, adsorption appears as a reliable solution [6][7][8][9][10].…”

Σύνθεση Ζεολίθου Από Ελληνικές Ιπτάμενες Τέφρες Παρουσία Υδατικών Διαλυμάτων Η2Ο2

“…Όμως ενώ η δομή του χαλαζία και των αστρίων είναι κλειστή -«πυκνή» (ειδικά βάρη = 2,6-2,7 g/cm 3 ), η αντίστοιχη δομή των ζεολίθων είναι αξιοσημείωτα ανοικτή (ειδικά βάρη = 2,0-2,2 g/cm 3 ) με πολύ σημαντικό όγκο κενών που μπορούν να φτάσουν μέχρι και 50% σε αφυδατωμένα μέλη (Mumpton 1977 Έχει αναφερθεί η σύνθεση ζεολίθων διαφόρων τύπων και σε διάφορα ποσοστά (e.g. Höller and Wirsching 1985, Mondragon et al 1990, Shigemoto et al 1993, Lin and Shi 1995, Singer and Bergkaut 1995, Querol et al 1995a,b, 1997a,b, Amrhein et al 1996, Shih and Chang 1996, Belardi et al 1998, Steenbruggen and Hollman 1998, Hollman et al 1999, Jha and Singh 2011, Itskos et al 2015, Giannatou et al 2018 Μολονότι από τη δεκαετία του '50 και μετά ανακαλύφθηκε πολύ μεγάλος αριθμός κοιτασμάτων φυσικών ζεολίθων διεθνώς, ένα υλικό με τόσες πολλές εφαρμογές βιομηχανικές, περιβαλλοντικές, γεωργικές και υδατικές, όπως είναι οι ζεόλιθοι, επιχειρήθηκε να συντεθεί και από άλλα φυσικά υλικά (εκτός της ιπτάμενης τέφρας), π.χ. από κίσηρη (Aiello et al 1982, Ottana et al 1982, από αργίλους (Baccouche et al 1998), αλλά και από τεχνητά υλικά απόβλητα ορισμένων διεργασιών, όπως από ιπτάμενη τέφρα αποτεφρωτήρα (incinerator) αστικών στερεών απορριμμάτων (Yang and Yang 1998).…”

“…Έχουν προταθεί διάφορες εφαρμογές της ιπτάμενης τέφρας (Filippidis et al 1997, Jha andSingh 2011), και των ζεολιθικών υλικών που προκύπτουν από την ιπτάμενη τέφρα, όπως η δυνατότητα χρησιμοποίησής τους, ως πρόσθετο σε βιολογικό καθαρισμό αποβλήτων (Eye & Basu 1970, Zouboulis & Goultonas 1995, ως υλικό για τη δέσμευση χημικών στοιχείων (π.χ., Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, U, Zn) από υγρά απόβλητα και υδατικά διαλύματα (Panday et al 1985, Gupta et al 1988, Zouboulis and Tzimou-Tsitouridou 1990, Zouboulis and Mavros 1992, Koukouzas et al 2010b, Buema et al 2014, Itskos et al 2015, ως πηγή σπάνιων στοιχείων όπως το Γερμάνιο (Zouboulis et al 1989), ως υλικό παραγωγής σύνθετων μεταλλικών υλικών αλουμινίου για πιθανή χρήση σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές (Itskos et al 2011, Marin et al 2012) και ως υλικό για χρήση πιθανού εδαφοβελτιωτικού (Giannatou et al 2018). Τονίζεται, ότι από την παραγόμενη ιπτάμενη τέφρα των Ελληνικών Α.Η.Σ., μόνο ένα μικρό ποσοστό (10-20%) χρησιμοποιείται στην τσιμεντοβιομηχανία και σε μεγάλες κατασκευές π.χ.…”