I. Wstęp i cel pracy
W 1957 roku w rejonie lubińsko-głogowskim zostały odkryte złoża miedzi. Ze względu na swoją wielkość zajmują one czołową pozycje w świecie i mają ogromne znaczenie gospodarcze dla naszego kraju. Przyjęty model uzyskiwania kruszcu metodą flotacji wysunął na plan pierwszy problem składowania ogromnej masy materiału poflotacyjnego. Spowodowały również powstanie wielu problemów natury technicznej oraz problemów związanych z ochroną środowiska. [12,13,].
Rudą miedzi nazywa się naturalne nagromadzenie minerałów miedzi w ilościach uzasadniających ekonomiczne wytopienie z niego metalu w skali przemysłowej. Z punktu widzenia geologicznego rudą miedzi można nazwać jednak każde naturalne skupienie minerałów zawierające związki chemiczne metalu miedzi [22].
Na Dolnym Śląsku główne zasoby rudy miedzi znajdują się na monoklinie przedsudeckiej eksploatowane w kopalniach Lubin, Polkowice, Sieroszowice i Rudna (Zagłębie Lubińsko-Głogowskie) oraz na obszarze synklinorium (zapadlisku) północnosudeckim, gdzie funkcjonowały kopalnie: Lena, Konrad, Upadowa-Grodziec, Nowy Kościół i Lubiachów (Zagłębie Bolesławieckie) [2,22] [Rys.21].
Dolnocechsztyńskie warstwy miedzionośne obszaru synklinorium północnosudeckiego i obszaru monokliny przedsudeckiej, chociaż zajmują to samo położenie stratygraficzne, różnią się litologicznie [22].
W monoklinie poziom miedzionośny występuje w dolnej części cechsztynu dolnego (cyklotem werra). Składa się on z rudy łupkowej, czyli łupków miedzionośnych, i z rudy piaskowcowej, występującej w spągu, oraz z rudy węglanowej położonej w stropie łupków miedzionośnych.
Łupki miedzionośne są charakterystyczną warstwą na granicy cechsztynu i czerwonego spągowca. Są one główną warstwą rudną. Podłożem łupków miedzionośnych jest biały piaskowiec i czerwony spągowiec.
Czerwony spągowiec jest wykształcony jako lądowe zlepieńce i piaskowce ilaste, mułowce i skały wulkaniczne (melafiry, porfiry, dacyty). Grubość tych utworów wynosi kilkaset metrów.
Biały piaskowcem rozpoczyna osady cechsztyńskie. Leży on na utworach czerwonego spągowca. Miąższość białego spągowca wynosi od kilkudziesięciu centymetrów do kilkunastu metrów i niekiedy jest większa. Są to białe i szare piaskowce kwarcowe, drobnoziarniste, o spoiwie wapnistym bądź ilastym. Stropowa część tych utworów jest okruszcowana miedzią. Ruda piaskowa zawiera od 0,5 – 1,5 % miedzi.
Nad białym piaskowcem, kolejną warstwą rudną są czarne lub czarnoszare łupki ilasto-margliste. Składają się z substancji ilastej i dolomitycznej oraz wapiennej. Najwięcej substancji ilastej znajduje się w dolnej części warstwy, ku górze zaś wzrasta ilość substancji dolomitycznej, a w całej warstwie występuje substancja wapnista. W spągu łupków występuje warstwa łupków bitumicznych, smolistych, o teksturze liściastej. Miąższość łupków jest różna, lokalnie dochodzi do 1 m, średnio zaś do około 30 – 50 cm. Zawartość miedzi w łupkach wynosi przeważnie 1 – 3,4 %, a niekiedy jest większa [2,22].
Skały węglanowe, występujące nad łupkami miedzionośnymi, składają się z wapieni dolomitycznych i dolomitów z licznymi przemazami ilastymi, miąższość od kilku do kilkudziesięciu metrów. Spągowa część utworów węglanowo-ilastych jest okruszcowana siarczkami miedzi i siarczkami ołowiu i nazywana łupkami ołowionośnymi. W rudzie węglanowej średnia zawartość miedzi wynosi od 1 – 2 %.
Młodsze osady cechsztynu są to głównie anhydryty, hality oraz dolomity i iłowce. Na utworach cechsztyńskich występują osady triasu, przy czym w strefie złożowej znajduje się tylko pstry piaskowiec miąższości 250 – 300 m. Utwory cechsztyńskie i triasowe są pokryte skałami trzeciorzędowymi miąższości 150 – 300 m, a te – utworami czwartorzędowymi [22].
W zapadlisku północnosudecki poziomem rudnym są miedzionośne łupki margliste, odpowiadające łupkom miedzionośnym na monoklinie przedudeckiej [14].
Miedzionośne łupki margliste występują analogicznie jak łupki miedzionośne, w dolnej części cechsztynu. Składają się one z margli z cienkimi wkładami wapnistymi. Miąższość miedzionośnych łupków marglistych wynosi 2 – 5,5 m, przy czym okruszowane są tylko niektóre części w profilu pionowym łupku.
Pod marglami miedzionośnymi znajduje się wapień podstawowy 0,5 – 5 m, a niżej leżą piaskowce i zlepieńce górnego czerwonego spągowca.
Nad łupkami marglistymi znajdują się wapienie ilasto-margliste ołowionośne, miąższości 3 – 12 m. Nad nimi leżą wapienie dolomityczne i oolitowe.
Nad utworami ilasto-weglanowymi wapienia cechsztyńskiego znajdują się skały klastyczne i chemiczne (anhydryty z solą, iłowce i mułówce oraz dolomity) [2,22].
Wydobyta ruda posiadająca od 1 do 2 % miedzi jest kruszona i mielona na mokro, następnie w postaci zawiesiny w wodzie jest transportowana do maszyn flotacyjnych. W maszynie flotacyjnej odbywa się proces oddzielania minerałów miedzi od skały płonnej. W procesie tym powstają ogromne ilości drobnoziarnistych odpadów mineralnych, stanowiących ponad 90 % wydobytej rudy, zawierające śladowe ilości związków metali, odczynników modyfikujących właściwości powierzchniowe minerałów miedzi oraz środków pianotwórczych stosowanych w procesie wzbogacania. Skała płonna wraz z wysoko mineralizowaną wodą technologiczna, dostarczana jest do składowisk i osadzana jako osady poflotacyjne. Składowane są zazwyczaj w pobliżu zakładów przetwórczych ze względu na olbrzymie koszty transportu. Rocznie przybywa od 10 do 25 mln ton odpadów [12,13,17,23].
Składowiska odpadów flotacyjnych są obiektami nadpoziomowymi, otwartymi, które powstają najczęściej w obniżeniach dolinnych. W związku z tym składowiska te ograniczone są z jednej strony obwałowaniami dochodzącymi do wysokości kilkudziesięciu metrów, a z drugiej strony istniejącymi wzgórzami. Wały usypywane są w pierwszej fazie ze żwiru, rumoszu skalnego, żużla wielkopiecowego z hut miedzi oraz części nadkładu. W drugiej fazie dobudowywane są z odprowadzanych odpadów poflotacyjnych w ten sposób, aby frakcje drobniejsze uszczelniły koronę, a gruboziarniste wypełniły centralną część czaszy. Odpady zawieszone w wodzie transportowane są magistralami w postaci rur. Metoda hydrotransportu jest skuteczną i najtańszą metodą przemieszczania w terenie tak ogromnych ilości materiału skalnego. Miejsca zrzutu do zbiornika są czasowo przemieszczane i zlokalizowane co kilkaset metrów, co pozwala równomiernie i w sposób kontrolowany rozprowadzać odpady, nadzorować oraz nadzorować napór odpadów na koronę. Odpady sendymentują w miejscu wylewu, ale prąd wody przenosi je dalej w głąb zbiornika. Nadmiar wód odprowadzany jest przez wieże przelewowe. Wybudowane są one w centralnej części, dokąd spływa i gromadzi się woda odprowadzana zwrotnie do zakładu flotacjyjnego. Ze względów bezpieczeństwa wymagane jest między brzegiem wewnętrznego jeziora a koroną przynajmniej 200 m pasa plaży powstałej ze stabilnie osiadłych osadów [13,17,23]
Składowiska odpadów poflotacyjnych są szkodliwe dla środowiska i uciążliwe dla ludzi ze względu na zanieczyszczenie wód czy wywiewania pyłów zawierających metale ciężkie. Procesami, które intensyfikują migrację zanieczyszczeń ze składowisk są procesy wietrzenia oraz erozji wodnej i eolicznej. Zasięg ich oddziaływania uzależniony jest od lokalnych uwarunkowań środowiskowych, miejsca składowania oraz podjętych przeciwdziałań ograniczających ujemny wpływ na środowisko [10,11,17].
W zależności od rudy oraz technologii przeróbki odpadów poflotacyjnych charakteryzuje się znacznym stopniem okruszenia oraz zróżnicowaną budową litogeniczną . W efekcie powstają odpady flotacyjne różniące się właściwościami fizycznymi oraz składem chemicznym i mineralogicznym [17].
W zbiorniku „Gilów” składowano osady poflotacyjne z Zagłębia Lubińsko-Głogowskiego, natomiast w zbiorniku „Wartownie” odpady z Zagłębia Bolesławieckiego.
Celem niniejszej pracy jest porównanie właściwości fizycznych odpadów poflotacyjnych, ze szczególnym uwzględnieniem ich składu mineralnego, które zdeponowano na składowiskach „Gilów” i „Wartowice”. Odpady te powstały z eksploatacji dwóch różnych złóż.