Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management

Surowce skaleniowe należą do tych surowców mineralnych, na które zapotrzebowanie w Polsce rośnie w ostatnich latach w najszybszym tempie. Dzieje się to głównie dzięki ekspansji krajowej branży płytek ceramicznych. Duży i ciągle rosnący popyt na surowce skaleniowe ze strony polskiego przemysłu płytek ceramicznych jest zaspokajany m.in. w coraz większym stopniu importem z Turcji. Surowce skaleniowe w Turcji pozyskiwane są głównie ze skał zasobnych w albit, które występują w zachodniej części tego kraju w masywie Menderes, zwłaszcza w jego południowej części (submasyw Çine). Ich eksploatacją i przeróbką zajmuje się wiele firm, z których na polskim rynku największe znaczenie mają: KALTUN, ESAN ECZACIBASI, ÇINE AKMADEN, KALEMADEN i ERMAD. Surowiec najwyższej klasy [...] jest pozyskiwany po wzbogaceniu wyjściowej kopaliny metodą flotacyjną. Głównym - obok kwarcu - składnikiem badanych próbek analizowanych metodą mikroskopową są skalenie reprezentowane przede wszystkim przez albit. Minerał ten występuje w dwóch odmianach. Pierwszą z nich, zdecydowanie dominującą, jest tzw. albit szachownicowy powstający w wyniku albityzacji różnego typu skaleni. Znacznie rzadziej spotyka się typowe, wielokrotnie zbliźniaczone kryształy tego minerału. Albit zawiera najczęściej 5-10% mol. cząsteczki anortytowej. W badanych próbkach sporadycznie występują minerały podrzędne i/lub śladowe (np. tytanit, rutyl, miki). Są one nośnikami tlenków barwiących Fe2O3 i TiO2 , których obecność jest wybitnie niepożądana zwłaszcza w surowcach do produkcji płytek ceramicznych najwyższej klasy, tj. typu gres porcellanato. Cechą charakterystyczną tureckich surowców skaleniowych jest występowanie nieznacznej, czy wręcz śladowej ilości TiO2 w przewadze jednak nad na ogół bardziej pospolitym w surowcach skaleniowych tlenkiem barwiącym, jakim jest Fe2O3. Wiąże się to ze sporadycznym występowaniem takich minerałów tytanu jak tytanit [...] i rutyl TiO2. W większości badanych próbek nie stwierdzono jednak obecności tych nośników tlenków barwiących, co potwierdza opinię o wysokiej jakości surowców skaleniowych produkcji tureckiej.

Chromityty, stanowiące podstawową rudę chromu, uważane są za jedne z ważniejszych surowców strategicznych. Wykorzystywane są w różnych gałęziach przemysłu jako chromity metalurgiczne, chromity chemiczne, chromity dla przemysłu materiałów ogniotrwałych i chromity dla odlewnictwa. Chromity wydobywane są głównie ze złóż magmowych, rzadziej innego typu. Złoża magmowe tworzą dwie odmiany genetyczne - złoża typu 'podiform' związane ze skałami ultramaficznymi kompleksów ofiolitowych oraz złoża 'stratiform' powstałe w wyniku magmowych procesów wewnątrzskorupowych. Niestety Polska nie posiada własnych złóż rud chromu. Na obszarze Dolnego Śląska znane są jednak dwa wystąpienia chromitytów, zlokalizowane w skałach ultramaficznych tzw. ofiolitu sudeckiego. Traktowane są one jako nagromadzenia typu 'podiform', o charakterystycznej soczewkowej budowie ciał rudnych i wyższej zawartości Al w porównaniu z wystąpieniami typu 'stratiform'. Złoże w Tąpadłach (masyw Gogołów-Jordanów) zostało w XIX i XX wieku całkowicie wyeksploatowane (wydobyto 3500 ton rudy). Natomiast drugie wystąpienie chromitytów, zlokalizowane w masywie Braszowice-Brzeźnica, nigdy nie było przedmiotem prac badawczych. W trakcie prac terenowych w masywie Braszowice-Brzeźnica znaleziono w zwietrzelinie dużą ilość okruchów chromitytów. Badania wykazały, że są to skały o teksturach charakterystycznych dla wystąpień typu 'podiform', w dużej części masywnych i groniastych. Analizy chemiczne niezmienionych części ziaren spineli chromowych wskazują, że skład ich jest zbliżony do składu spineli typowych dla chromitów dla przemysłu materiałów ogniotrwałych. Jednak późniejsze procesy metamorficzne zmodyfikowały ich skład powodując wzbogacenie w Fe i względnie w Cr, a zubożenie w Al w stosunku do składu pierwotnego. Dodatkowo, skład chemiczny całej skały wskazuje, że chromityty z Braszowic charakteryzują się parametrami technologicznymi wykluczającymi ich wykorzystanie w stanie nie wzbogaconym. Ponadto rozmiar i ilość ciał rudnych, opisanych w XIX wieku, były niewielkie. Zarówno skład chromitytów z masywu Braszowice-Brzeźnica jak i nieznaczny rozmiar ciał nie stanowią przesłanek do podjęcia ich poszukiwań, nawet przy wysokich cenach surowców chromitowych.

In the construction industry carbonate aggregates are commonly used in processes such as concrete production. Aggregates which contain (in their mineral composition) dolomite and an admixture of clay minerals and amorphous silica , can react with alkalis. These reactions can lead to a destructive expansion in concrete. This article explains the mechanisms and the essence of this phenomenon. What is more, some effective and fast methods of the estimation and evaluation of Polish aggregates consisting of carbonate rocks suggests effective methods to determine the usefulness of Polish carbonate aggregates in concrete production are discussed in the paper. Underneath the quality criteria to determine the reactivity of the aggregates will be given. It has been agreed that alkaline reaction and expansion are two separate phenomena related to each other genetically. The aggregates in which reactions caused by clay-siliceous admixtures occur are subjected to expansion. Mineral composition of expansive aggregates as well as their texture indicate that epigenetic dolomites with a distinctive texture are the most reactive. The phase transformations do not end with a complete disintegration of dolomite. They have a cyclical character. They consist of interchangeable reactions of dedolomitization and dolomitization of secondary calcite formed as a result of dolomite's disintegration. The secondary calcite can be effected by Mg+2 ions from pores' solutions and it can form a secondary dolomite. The Mg2+ ions originate from brucite [Mg(OH)2], created in dolomitization process. As a consequence of its reaction with silica, brucite can dissolve and enrich secondary calcite with magnesium. Therefore the reactions which take place in reactive carbonate aggregates and concrete that ismade of it are in fact ongoing processes which consist of dolomite's changes into calcite and vice versa. They are reactions between dedolomitization products (brucite, silica) and products from outside (water, alkalis). The described dedolomitization reactions are a phase of the process that enables expansion due to formation of pressure in inter-granular cracks, with pressure being a result of dry clay-minerals' expansion under the influence of water solutions. Loosening of the aggregate's structure as an effect of dedolomitization reaction makes it easier for water solutions to migrate far into the aggregate's grains followed by their contact with clay minerals.

Badania składu chemicznego żużli hutniczych pochodzących zarówno z bieżącej produkcji, jak i składowanych przez wiele lat na zwałowiskach wykazały, że są one bardzo zróżnicowane. Żużle zawierają znaczne ilości metali, w tym metali ciężkich, obok pierwiastków z grupy niemetali i lantanowców. W artykule na podstawie badań mineralogiczno-chemicznych żużli stalowniczych oraz żużli po produkcji stali i rud Zn-Pb, scharakteryzowano formy występowania i powiązania ze składnikami fazowymi wybranych metali: żelaza, manganu, cynku, ołowiu i in. Stwierdzono, że metale w żużlach hutniczych mogą występować w postaci drobnych kropli nie oddzielonych od żużla w procesie hutniczym, tworzyć skupienia polimetaliczne, własne fazy (zwłaszcza tlenkowe) oraz ukrywać się w strukturach faz krzemianowych. Znaczna ilość metali jest rozproszona w szkliwie i substancji amorficznej. Prowadzone badania dostarczają informacji na temat występowania metali w żużlach hutniczych, co jest szczególnie istotne podczas wykonywania prac związanych z gospodarczym wykorzystaniem żużli. Dotyczy to zwłaszcza coraz częściej podejmowanych prób pozyskiwania pierwiastków z żużli hutniczych. Działania te determinują konieczność analizy składu chemicznego i fazowego żużli, gdyż mogą stanowić ważną wskazówkę np. przy opracowywaniu odpowiedniej technologii odzysku pierwiastków.

We wszystkich fazach zagospodarowania złoża węgla brunatnego wymagane jest odpowiednie rozpoznanie jego kluczowych parametrów strukturalnych i jakościowych, tj. miąższość pokładu, wartość opałowa węgla, popielność, zawartość siarki. Od właściwego rozpoznania przestrzennej zmienności parametrów złoża zależy optymalne wykorzystanie jego zasobów jak i możliwość odpowiedniego planowania eksploatacji pod kątem utrzymania jakości strumienia surowca. Bazując na danych z rozpoznania geologicznego wykonywane są modele złoża. Do modelowania wykorzystywane są różne metody, wśród których popularne stają się metody geostatystyczne. Wybór metody zależy od celu modelowania. W artykule przedstawiono wielokryterialne analizy metod geostatystycznych używanych do modelowania złóż. Na podstawie obserwacji geologicznych złoża węgla brunatnego wykonano modele wartości opałowej węgla Q metodą krigingu zwyczajnego (OK) oraz metodą geostatystycznej symulacji warunkowej (SGSIM). Modele przeanalizowano pod kątem wierności odwzorowania cech danych źródłowych, tj. wartości średniej, wariancji oraz struktury. Modele porównano z modelem referencyjnym opartym na danych pozyskanych w procesie eksploatacji złoża. Obliczono miary odchyleń – średni błąd względny i absolutny błąd względny oraz współczynnik korelacji. Porównano modele pod względem ogólnych cech statystycznych oraz zmienności lokalnej. Na podstawie analiz sformułowano wnioski dotyczące przydatności metod do rozwiązywania różnych zadań z zakresu projektowania górniczego. Do szacowania wartości średniej parametrów złoża wystarczająco dokładne wyniki dostarcza kriging zwyczajny. Do zadań związanych z określeniem prawdopodobieństwa albo ryzyka przekroczenia krytycznych wartości parametrów złoża bardziej wiarygodnych wyników niż kriging dostarcza metoda symulacji. Modele wykonane tą metodą wiernie oddają strukturę danych źródłowych.

Tunel drogowy w Lalikach został wykonany w silnie niejednorodnych, w dużym stopniu zniszczonych tektonicznie i w przeważającej części bardzo słabych utworach fliszowych Karpat Zachodnich. W przeważającej części tunel był drążony w warunkach dużego udziału procentowego bardzo słabych łupków ilastych laminowanych i utworów strefy zwietrzelinowej, niekorzystnego, bardzo stromego nachylenia warstw skalnych i zmiennego zawodnienia z wypływami wody w rozluzowanych strefach tektonicznych. Górotwór ten charakteryzuje się dużą niepewnością rozpoznania jego właściwości i struktury. Praca omawia wpływ warunków geologiczno-inżynierskich i geotechnicznych na dobór parametrów obudowy wstępnej tunelu drogowego. Przeprowadzono analizę deformacji obudowy wstępnej w zależności od procentowego udziału piaskowców i łupków, punktacji klasyfikacji geomechanicznych RMR (Bieniawski 1989) i QTS Tesařa (1979), typów obudowy wstępnej oraz wykorzystania kotew i mikropali. Analiza ta została poprzedzona charakterystyką warunków geologiczno-inżynierskich na trasie tunelu oraz charakterystyką typów zastosowanej obudowy wstępnej. W trakcie drążenia tunelu z wyprzedzeniem w kalocie, kilkakrotnie występowały przemieszczenia obudowy wstępnej kaloty większe od projektowanych maksymalnych. W przypadku, gdy wartości deformacji osiągały stan alarmowy dla danego typu obudowy i nie wykazywały tendencji do stabilizowania się, podejmowano decyzję o jej wzmocnieniu dodatkowymi kotwami, siatką oraz torkretem do czasu osiągnięcia stabilizacji deformacji. W najtrudniejszych warunkach obudowa wstępna była wzmacniana parasolem mikropalowym. Parametry obudowy dobierano, zgodnie z zasadami NATM, na podstawie prowadzonych na bieżąco obserwacji geologiczno-inżynierskich i geotechnicznych. Tunel w Lalikach jest przykładem bardzo słabej samonośności górotworu. Obserwowane przemieszczenia w górotworze wskazywały, że strefa spękań wokół wyrobiska była stosunkowo silnie rozwinięta. Obudowy wstępne stosowane w tego rodzaju warunkach, na niewielkich głębokościach, powinny charakteryzować się stosunkowo dużą nośnością. Doświadczenia, jakie uzyskano wskazują, że realizacja obudowy wstępnej w silnie zmiennych warunkach fliszu karpackiego wymaga prowadzenia szczegółowych badań geologiczno-inżynierskich w trakcie drążenia tunelu, które należy wykonywać na bieżąco wraz z postępem dobowym dla weryfikacji założeń projektowych. W przypadku potrzeby należy zastosować wzmocnienia obudowy wstępnej na podstawie wyników właściwie prowadzonych pomiarów geotechnicznych zachowania się układu obudowa-górotwór.

W publikacji przedstawiono wybrane wyniki badań laboratoryjnych dotyczące ograniczania dopływu wody złożowej do odwiertów wydobywczych gazu i ropy. Przeanalizowano wpływ nasycenia wodą gazonośnych utworów miocenu z rejonu zapadliska przedkarpackiego na ich przepuszczalność względną dla gazu. Dokonano przeglądu literatury pod kątem oceny rezultatów uzyskanych w zabiegach zmniejszania przepuszczalności względnej skał gazonośnych i roponośnych dla wody. Na podstawie testów laboratoryjnych dokonano próby oceny skuteczności zmian przepuszczalności względnej dla solanki i azotu próbek piaskowca szydłowieckiego pod wpływem oddziaływania czterech wyselekcjonownych produktów chemicznych w postaci polimerów oraz mikrożeli. Badania laboratoryjne wykazały, że trend zmian przepuszczalności jest również silnie powiązany z zastosowanym produktem - modyfikatorem przepuszczalności względnej (RPM). Ponadto, skuteczność działania cieczy zabiegowej zależy od prędkości przepływu (wydatku przepływu) solanki przez testowaną próbkę skały - skuteczność działania testowanego preparatu jest tym większa, im wydatek przepływu solanki jest mniejszy. Wyniki testów wykazały selektywne działanie badanych produktów. W przypadku produktu nr 1 uzyskano średnie spadki przepuszczalności na poziomie 60% dla solanki oraz 18% dla gazu. W przypadku zastosowania produktu nr 2 opartego na technologii mikrożeli zaobserwowano znaczące obniżenie względnej przepuszczalności skały dla wody, z małym wpływem na przepuszczalność dla węglowodorów. Zmiany przepuszczalności dla solanki testowanych próbek piaskowca zawierały się w przedziale od 65 do 90%, a dla gazu wynosiły około 50%.

Prezentowany artykuł dotyczy problematyki wyceny niezagospodarowanych złóż kopalin, z których wydobyte surowce nie mogą być sprzedawane na szerokim rynku w stanie nie przetworzonym, a ich konwersja na produkty rynkowe wymaga budowy zakładów nie mieszczących się w zakresie najszerzej nawet pojmowanej działalności górniczej. W praktyce chodzi tutaj głównie o złoża węgla brunatnego oraz wapieni i margli dla przemysłu cementowego. Trudność w ich wycenie wynika zasadniczo z dwóch okoliczności: działalność polegająca na ich eksploatacji będzie zawsze prowadzona w ramach duopolu z elektrownią lub cementownią oraz charakteryzuje je długotrwałość procesu przygotowania do eksploatacji. W konsekwencji z czterech rekomendowanych przez Kodeks POLVAL dla złóż niezagospodarowanych metod wyceny jedyną, która w praktyce może zostać wykorzystana, pomimo wielu ograniczeń, jest metoda opcji realnych.

Przeprowadzono analizę wyników opróbowań utworów miocenu autochtonicznego wieku baden górny - sarmat dolny w zapadlisku przedkarpackim rurowymi próbnikami złoża. Testy złożowe były wykonywane w nieorurowanych oraz w orurowanych odcinkach odwiertów, z których otrzymano przypływy wody złożowej o różnym stopniu nagazowania, a niekiedy też zanieczyszczonej filtratem płuczki wiertniczej. Łącznie przeanalizowano 57 interwałów wytypowanych metodami geofizyki wiertniczej. Metodami analizy statystycznej wyznaczono zależność ciśnienia złożowego od głębokości zalegania utworów miocenu, a także zależność początkowego przeciwciśnienia wytwarzanego na te utwory podczas testu RPZ, od głębokości zalegania tych utworów. Natomiast nie stwierdzono korelacji między wydatkiem wody a początkowym ciśnieniem różnicowym. Dla wybranych 22 interwałów miocenu z rejonu Dębicy uzyskano zadowalającą korelację pomiędzy: wydatkiem wody złożowej a logarytmem naturalnym ilorazu: ciśnienia hydrostatycznego słupa wody przybitkowej w kolumnie próbnikowej i ciśnienia złożowego (w rejonie tym wartość ilorazu ciśnień: php/pz wahała się w bardzo szerokich granicach, tj od 0,05 do 0,57). Stwierdzono również korelację między początkowym przeciwciśnieniem a głębokością pomiaru ciśnienia oraz początkowym przeciwciśnieniem a wydatkiem wody złożowej. Wyznaczone metodami statystycznymi równania regresji umożliwiają prognozowanie wartości ciśnienia złożowego, początkowej wartości przeciwciśnienia, podczas testów RPZ, wydatku wody złożowej oraz początkowego ciśnienia różnicowego i mogą być wykorzystane przy projektowaniu parametrów technologicznych kolejnych testów złożowych, w analizowanym obszarze zapadliska przedkarpackiego, a w szczególności w rejonie Dębicy.

Celem badań było dokładniejsze rozpoznanie budowy geologicznej struktury Choszczna pod kątem potencjalnego składowania CO2. W artykule przedstawiono interpretację materiałów sejsmicznych dla jednego wybranego profilu sejsmicznego przetworzonego do postaci sekcji współczynników odbicia, charakteryzujących się zwiększoną rozdzielczością zapisu w stosunku do obrazu falowego. Szczególną uwagę zwrócono na kompleksy geologiczne związane ze skałami zbiornikowymi jury, w których w antyklinalnej strukturze występują poziomy zbiornikowe do składowania dwutlenku węgla. Przeprowadzona korelacja wydzielonych warstw odzwierciedla budowę litologiczno-strukturalną ośrodka skalnego. Pozwala na określenie miąższości wyznaczonych serii oraz zmian w ich obrębie oraz zezwala powiązać poszczególne warstwy z wydzieleniami litologicznymi na podstawie danych geologicznych. Rozpoznanie dotyczy całego kompleksu cechsztyńsko-mezozoicznego struktury Choszczna ze szczególnym zwróceniem uwagi na serie, w których występują potencjalne poziomy zbiornikowe do składowania CO2. Wykonana interpretacja istotnie wzbogaciła zakres informacji przedstawianych w standardowych dokumentacjach sejsmicznych. Oceniając przydatność wyznaczonych poziomów zbiornikowych do składowania CO2 należy zwrócić uwagę na zaburzenia tektoniczne występujące w obrębie formacji komorowskiej, szczególnie w szczytowej części struktury Choszczna. Warstwa piaskowca trzcinowego pod tym względem jest bardziej ciągła. W świetle uzyskanych wyników wydaje się celowe szersze zastosowanie, także dla innych struktur, procesu przetwarzania materiałów sejsmicznych w postać efektywnych współczynników odbicia z zadaniem rozpoznania budowy geologicznej.