blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-12-987-992blackmet-1523Research ArticleЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕECOLOGY AND RATIONAL USE OF NATURAL RESOURCESШЛАКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА – ПЕРСПЕКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВMETALLURGICAL PRODUCTION SLAGS – PROMISING MATERIAL FOR TECHNOLOGICAL WASTE RECLAMATIONБелановИ. П.BelanovI. P.

к.б.н., научный сотрудник

Cand. Sci.(Biological), Research Associate

Novosibirsk

bel_ivan@rambler.ruНаумоваН. Б.NaumovaN. B.

к.б.н., старший научный сотрудник

Cand. Sci.(Biological), Senior Researcher

Novosibirsk

nnaumova@mail.ruСеминаИ. С.SeminaI. S.

к.б.н., доцент кафедры геологии, геодезии и безопасности жизнедеятельности

654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Cand. Sci.(Biological), Assist. Professor of the Chair of Geology, Geodesy and Life Safety

Kemerovo Region, Novokuznetsk

semina.i@mail.ruСавенковО. А.SavenkovO. A.

к.б.н., научный сотрудник

630090, Россия, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2

Cand. Sci.(Biological), Research Associate

Novosibirsk

oleg.a.savenkov@mail.ruИнститут почвоведения и агрохимии СО РАНРоссияInstitute of Soil Science and Agrochemistry Siberian Branch of RAS (ISSA SB RAS)Russian FederationСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation2018160120196112987992Copyright © Беланов И.П., Наумова Н.Б., Семина И.С., Савенков О.А., 20192019Беланов И.П., Наумова Н.Б., Семина И.С., Савенков О.А.Belanov I.P., Naumova N.B., Semina I.S., Savenkov O.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1523

Приведены результаты полевого микроделяночного опыта по отработке технологии применения щебня шлакового для разрушения  капиллярной каймы при рекультивации токсичных отходов (хвостохранилищ обогатительных фабрик, полигонов захоронения ТБО и др.) с  минимальным нанесением плодородного слоя почвы. Такой подход позволяет утилизировать отходы черной металлургии при внедрении малозатратных энергосберегающих технологий. В качестве объектов исследования использовали четыре основных вида шлака, получаемого  на АО «ЕВРАЗ ЗСМК» при различных технологиях плавки металла: белый обезжелезенный, доменный (мартеновский), электросталеплавильный и конвертерный. Эти шлаки использовали в качестве инертного материала под минимальным плодородным слоем почвы на делянках  опыта, где высевали многолетние травы (злаково-бобовую смесь). На каждом варианте шлака были контрольный (без внесения удобрения)  вариант и варианты с внесением гуминового препарата калия, полного минерального удобрения, а также с их совместным использованием.  В конце  вегетации  определяли  надземную  фитомассу.  Фитомасса  надземной  продукции  растений  изменялась  в  пределах  17 – 128 г/м2.  Установлено, что наиболее благоприятными свойствами обладают щебень шлаковый конвертерный и доменный, имеющие меньшую фитотоксичность.  Внесение  минерального  удобрения  как  отдельно,  так  и  с  гуматом  калия  привело  к  увеличению  фитомассы  в  2  –  4  раза.  Гумат калия, внесенный отдельно, не влиял на продукцию растений, но на фоне нитрофоски увеличивал фитомассу в 1,6 – 1,8 раза. Для  повышения  всхожести  многолетних  трав  и  стимулирования  их  биологической  продуктивности  рекомендуется  совместное  внесение  минеральных  удобрений  и гуминовых  препаратов.  Щебни  шлаковые  конверторный  и  доменный  можно  использовать  в  качестве  инертного  материала при рекультивации согласно технологии минимального нанесения плодородного слоя почвы. Шлаки белый и электросталеплавильный не рекомендовано использовать в качестве инертного материала из-за их высокой фитотоксичности, отрицательно влияющей на  рост и развитие используемых при рекультивации многолетних трав.

The article describes results of the microplot field trial to investigate potential use of metallurgical slags for fracture of capillary rim  during reclamation of toxic waste dumping areas, such as enrichment  plants  tailings,  solid  waste  dumps,  etc.,  with  minimal  possible  introduction  of  fertile  soil  layer.  Such  approach  allows  energy-effective  utilization  of  metallurgical  wastes.  Four  slags,  produced  at  EVRAZ  West  Siberian  plant  by  different  technologies  were  used:  white  nonferrous, blast-furnace, converter and electric furnace slags. These slags  were used as an inert material, underlying thin fertile soil layer in experimental microplots, where perennial plants (legume-grass mixture)  were sawn. For each slag there was check variant (no fertilizer added),  and  variants  with  potassium  humic  agents,  and  their  combination  as  mineral fertilizers. Aboveground phytomass at the end of the grow ing  season varied from 17 to128 g/m2. Converter and blast furnace slags,  which had the least phytotoxicity, appeared to be better inert materials.  Mineral  fertilizer,  introduced  itself  and  combined  with  humic  agents,  has  increased  aboveground  phytomass  2 – 4 times  as  compared  with  check  variant.  Used  separately,  humic  agent  did  not  affect  plant  production,  whereas  used  together  with  mineral  fertilizer,  it  increased  phytomass  1.6 – 1.8 times.  Thus  combined  introduction  of  mineral  fertilizer  and  humic  agents  is  recommended  to  stimulate  germination  abilit y  and  phytomass  production.  Converter  and  blast  furnace  slags  can be used as inert materials for reclamation with minimal fertile soil  layer application, whereas white non-ferrous and electric furnace slags  are not recommended for such application due to their high phytotoxicity, negatively affecting growth and development of perennial plants,  used for reclamation.

микрополевой опытщебень шлаковыйинертный материалфитотоксичностьнадземная фитомассарекультивацияmicroplot field trialslagunderlying inert materialphytotoxicityaboveground phytomassreclamationReferencesБрызгалов С.В. Снижение негативного воздействия доменных шлаков при их утилизации на объекты гидросферы: Автореф. дис. канд. техн. наук. – Пермь: изд. ПГТУ, 2009. – 17 с.Bryzgalov S.V. Snizhenie negativnogo vozdeistviya domennykh shlakov pri ikh utilizatsii na ob”ekty gidrosfery: Avtoref. dis... kand. tekh. nauk. [Reducing negative impact of blast furnace slag being disposed at hydrosphere objects: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss.]. Perm: izd. PGTU, 2009, 17 p. (In Russ.).Пугин К.Г., Вайсман Я.И., Юшков Б.С., Максимович Н.Г. Снижение экологической нагрузки при обращении со шлаками черной металлургии. – Пермь: изд. ПГТУ, 2008. – 316 с.Pugin K.G., Vaisman Ya.I., Yushkov B.S., Maksimovich N.G. Snizhenie ekologicheskoi nagruzki pri obrashchenii so shlakami chernoi metallurgii [Reducing environmental burden at handling slags of ferrous metallurgy]. Perm: izd. PGTU, 2008, 316 p. (In Russ.).Reuter M., Xiao Y., Boin U. Recycling and environmental issues of metallurgical slags and salt fluxes // VII International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts. The South African Institute of Mining and Metallurgy. 2004. P. 349 – 356.Reuter M., Xiao Y., Boin U. Recycling and environmental issues of metallurgical slags and salt fluxes. VII International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts. The South African Institute of Mining and Metallurgy. 2004, pp. 349–356.Ilutiu-Varvara D.A. Researching the Hazardous Potential of Metallurgical Solid Wastes // Polish Journal of Environmental Studies. 2016. Vol. 25. No. 1. P. 147 – 152.Ilutiu-Varvara D.A. Researching the Hazardous Potential of Metallurgical Solid Wastes. PolishJournalofEnvironmentalStudies. 2016, vol. 25, no. 1, pp. 147–152.Jahangir J., Nematollah K., and Afshin D. Ecological Risk Assessment of Lead (Pb) after Waste Disposal from Metallurgical Industries // Research Journal of Environmental and Earth Sciences. 2010. Vol. 2 (3). P. 139 – 145.Jahangir J., Nematollah K., and Afshin D. Ecological Risk Assessment of Lead (Pb) after Waste Disposal from Metallurgical Industries. Research Journal of Environmental and Earth Sciences. 2010, vol. 2 (3), pp. 139–145.Экология Кузбасса: цифры, факты, события. Департамент природных ресурсов и экологии Кемеровской области. Режим доступа: http://kuzbasseco.ru/?page_id=1010 (Дата обращения: 18.04.2016 г.).Ekologiya Kuzbassa: tsifry, fakty, sobytiya. Departament prirodnykh resursov i ekologii Kemerovskoi oblasti [Ecology of Kuzbass: figures, facts, events. Department of Natural Resources and Ecology of the Kemerovo Region]. Electronic resource. Available at URL: http:// kuzbasseco.ru/?page_id=1010 (Accessed 18.04.2016). (In Russ.).Gray N.F. Environmental impact and remediation of acide mine drainage: a management problem // Environmental Geolog. 1997. Vol. 30. Р. 62 – 71.Gray N.F. Environmental impact and remediation of acide mine drainage: a management problem. Environmental Geolog. 1997, vol. 30, pp. 62–71.Lind B.B., Fallman A.M., Larsson L.B. Environmental impact of ferrochrome slag in road construction // Waste Management. 2001. Vol. 21 (3). P. 255 – 264.Lind B.B., Fallman A.M., Larsson L.B. Environmental impact of ferrochrome slag in road construction. Waste Management. 2001, vol. 21 (3), pp. 255–264.Rai A., Prabakar J., Raju C., Morchalle R. Metallurgical slag as a component in blended cement // Construction and Building Materials. 2002. No. 16. Р. 489 – 494.Rai A., Prabakar J., Raju C., Morchalle R. Metallurgical slag as a component in blended cement. Construction and Building Mate­ rials. 2002, no. 16, pp. 489–494.Старостина Н.Н., Мансурова М.С. Анализ возможности снижения загрязнения окружающей среды при утилизации отвалов горного производства // Экология и безопасность жизнедеятельности. 2014. No 1. С. 141 – 146.Starostina N.N., Mansurova M.S. Analysis of possibility of reducing environmental pollution when disposing mining waste dumps. Ekologiya i bezopasnost’ zhiznedeyatel’nosti. 2014, no. 1, pp. 141–146. (In Russ.).Боброва З.М., Ильина О.Ю., Хохряков А.В., Цейтлин Е.М. Применение отходов горно-металлургических и металлургических производств в целях рационального природопользования // Изв. Уральского государственного горного университета. 2015. No 4 (40). С. 16 – 26.Bobrova Z.M., Il’ina O.Yu., Khokhryakov A.V., Tseitlin E.M. Use of mining and metallurgical wastes for environmental management. Izv. Ural’skogo gosudarstvennogo gornogo universiteta. 2015, no. 4 (40), pp. 16–26. (In Russ.).Gawor L., Jonczy I. Possibilities of recycling of metallurgical slags and coal mining wastes and reclamation of dumping grounds in Upper Silesian Coal Basin (southern Poland) // Materials and Geoenvironment. 2015. Vol. 62. P. 271 – 276.Gawor L., Jonczy I. Possibilities of recycling of metallurgical slags and coal mining wastes and reclamation of dumping grounds in Upper Silesian Coal Basin (southern Poland). Materials and Geoenvironment. 2015, vol. 62, pp. 271–276.Беланов И.П., Савенков О.А., Наумова Н.Б. Фитотоксичность почвосубстратов на основе шлаков металлургического производства, используемых в рекультивации // Почвы и окружающая среда. 2018. No 2 (2). С. 1 – 12.Belanov I.P., Savenkov O.A., Naumova N.B. Phytotoxicity of soil substrates based on metallurgical slags used in reclamation. Pochvy i okruzhayushchaya sreda. 2018, no. 2 (2), pp. 1–12. (In Russ.).Bunzl K., Trautmannsheimer M., Schramel P., Reifenhauser W. Availability of Arsenic, Copper, Lead, Thallium, and Zinc to Various Vegetables Grown in Slag Contaminated Soils // Journal of Environmental Quality. 2001. Vol. 30. P. 934 – 939.Bunzl K., Trautmannsheimer M., Schramel P., Reifenhauser W. Availability of Arsenic, Copper, Lead, Thallium, and Zinc to Various Vegetables Grown in Slag Contaminated Soils. Journal of Environmental Quality. 2001, vol. 30, pp. 934–939.Пат. No 2628581 РФ. Способ закрепления поверхности хвостохранилищ с использованием инертных материалов / В.А. Андроханов, Л.Т. Крупская, И.П. Беланов. 2017. Бюл. No 24.Androkhanov V.A., Krupskaya L.T., Belanov I.P. Sposob zakrepleniya poverkhnosti khvostokhranilishch s ispol’zovaniem inertnykh materialov [Method of fixing tailings dumps surface using iner t materials]. Patent RF no. 2628581. Byulleten’ izobretenii. 2017, no. 24. (In Russ.).Водолеев А.С., Андроханов В.А., Бердова О.В., Юмашева Н.А., Черданцева Е.С. Экологически безопасная консервация отходов железорудного обогащения // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. No 10. С. 792 – 797.Vodoleev A.S., Androkhanov V.A., Berdova O.V., Yumashev a N.A., Cherdantseva E.S. Environmentally safe storage of wastes from iron-ore enrichment. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenij. Chernaya metallurgiya. 2017, vol. 60, no. 10, pp. 792–797. (In Russ.).Nardi S., Panuccio M.R., Abenavoli M.R., Muscolo A. Auxin-like effect of humic substances extracted from faeces of Allolobophora caliginosa and A. rosea // Soil Biol. Biochem. 1994. Vol. 26. P. 1341 – 1346.Nardi S., Panuccio M.R., Abenavoli M.R., Muscolo A. Auxinlike effect of humic substances extracted from faeces of Allolobophora caliginosa and A. rosea. Soil Biol. Biochem. 1994, vol. 26, pp. 1341–1346.Попов А.И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование. – СПб.: Изд-во С. Петерб. ун-та, 2004. – 248 с.Popov A.I. Guminovye veshchestva: svoistva, stroenie, obrazovanie [Humic substances: properties, structure, formation]. St. Petersburg: Izd-vo S. Peterb. un-ta, 2004, 248 p. (In Russ.).Подурец О.И. Связь динамики запасов растительного вещества с фазами посттехногенного почвообразования // Вестник Томского государственного университета. 2011. No 346. С. 169 – 173.Podurets O.I. Relation of dynamics of plant matter stocks with phases of post-technogenic soil formation. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. 2011, no. 346, pp. 169–173. (In Russ.).Теучеж А.А. Изучение роли подвижного фосфора в системе почва – удобрения – урожай // Научный журнал КубГАУ. 2017. No 127 (03). Электронный ресурс. Режим доступа: http:// ej.kubagro.ru/2017/03/pdf/64.pdf (Дата обращения: 18.04.2016 г.).Teuchezh A.A. Role of mobile phosphorus in soil fertilizer harvest system. Nauchnyi zhurnal KubGAU. 2017, no. 127 (03). Electronic resource. Available at URL: http://ej.kubagro.ru/2017/03/pdf/64.pdf (Accessed 18.04.2016). (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.