WARSZTATY 2005 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie ____________________________________________________________________________ _______________________________________________________________ 25 Mat. Symp. str. 25 – 39 Zbigniew BZOWSKI*, Jan ZAWIŚLAK** *Główny Instytut Górnictwa, Katowice **Pomiar-GIG Sp. z o.o., Lublin Aspekt środowiskowy wietrzenia karbońskich odpadów górniczych wykorzystywanych do rekultywacji terenów pogórniczych w rejonie Bogdanki Streszczenie W pracy zaprezentowano wynik badań karbońskich odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka”, w różnym stopniu zwietrzałych, wykorzystanych do różnych zastosowań. Wykazano, że w czasie wietrzenia tych odpadów następuje dezintegracja ziarnowa, czego efektem jest naturalne zagęszczanie odpadów. Pod względem mineralogicznym zmiany wietrzeniowe zachodzą stosunkowo wolno. Zagęszczanie odpadów ogranicza powstawanie siarczanów na drodze wietrzenia (utleniania) siarczków żelaza, ale nie powoduje ograniczenia wymywania z nich chlorków i sodu. W pracy wykazano, że wietrzenie odpadów powęglowych prowadzi do wypłukiwania z nich w pierwszej kolejności chlorków i sodu, a następnie siarczanów i potasu, a zjawiska te mogą być uciążliwe dla środowiska. Ponadto określono zasady monitoringu odpadów i środowiska w miejscu ich gospodarczego wykorzystania. 1. Wstęp Prezentowane wyniki prowadzonego monitoringu właściwości mechanicznych i fizykochemicznych karbońskich odpadów powęglowych pochodzących z kopalni „Bogdanka” w Lubelskim Zagłębiu Węglowym wskazują na liczne możliwości ich gospodarczego wykorzystania (Gazda i in. 1988; Łyszczarz 1996; Zawiślak i Bzowski 1996; Bzowski i Zawiślak 2000; Prace zbiorowe 2000, 2002; Borys i in. 2002; Bzowski 2004). Odpady te zarówno pod względem mineralogicznym jak i fizykochemicznym stanowią materiał przydatny dla wykorzystania w szeroko rozumianej rekultywacji. Szczególnie iłowce i łupki ilaste łatwiej ulegające degradacji, równocześnie o dobrej zdolności buforowa nia środowiska, są dobrym materiałem dla wykorzystania w rekultywacji bezglebowej (Bzowski i Zawiślak 2000; Chaber i Bzowski 2002). Wszystko wskazuje na to, że zawartości metali ciężkich w odpadach powęglowych z kopalni „Bogdanka” nie stanowiły i nie stanowią zagrożenia dla środowiska naturalnego. Jednak w myśl bezpieczeństwa ekologicznego podjęto próbę oceny wykorzystywanych do rekultywacji terenów pogórniczych odpadów karbońskich kopalni „Bogdanka” z uwzględnieniem procesu wietrzenia.
15
Embed
Zbigniew Bzowski*, Jan Zawiślak** - Warsztaty Górniczewarsztatygornicze.pl/wp-content/uploads/2005-2.pdf · 2014. 2. 11. · Zbigniew BZOWSKI*, Jan ZAWIŚLAK** *Główny Instytut
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
WARSZTATY 2005 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie
wykorzystywanych do rekultywacji terenów pogórniczych w rejonie
Bogdanki
Streszczenie
W pracy zaprezentowano wynik badań karbońskich odpadów powęglowych z kopalni
„Bogdanka”, w różnym stopniu zwietrzałych, wykorzystanych do różnych zastosowań. Wykazano, że w czasie wietrzenia tych odpadów następuje dezintegracja ziarnowa, czego efektem jest naturalne zagęszczanie odpadów. Pod względem mineralogicznym zmiany wietrzeniowe zachodzą stosunkowo wolno. Zagęszczanie odpadów ogranicza powstawanie siarczanów na drodze wietrzenia (utleniania) siarczków żelaza, ale nie powoduje ograniczenia wymywania z nich chlorków i sodu. W pracy wykazano, że wietrzenie odpadów powęglowych prowadzi do wypłukiwania z nich w pierwszej kolejności chlorków i sodu, a następnie siarczanów i potasu, a zjawiska te mogą być uciążliwe dla środowiska. Ponadto określono zasady monitoringu odpadów i środowiska w miejscu ich gospodarczego wykorzystania.
1. Wstęp
Prezentowane wyniki prowadzonego monitoringu właściwości mechanicznych
i fizykochemicznych karbońskich odpadów powęglowych pochodzących z kopalni
„Bogdanka” w Lubelskim Zagłębiu Węglowym wskazują na liczne możliwości ich
gospodarczego wykorzystania (Gazda i in. 1988; Łyszczarz 1996; Zawiślak i Bzowski 1996;
Bzowski i Zawiślak 2000; Prace zbiorowe 2000, 2002; Borys i in. 2002; Bzowski 2004).
Odpady te zarówno pod względem mineralogicznym jak i fizykochemicznym stanowią
materiał przydatny dla wykorzystania w szeroko rozumianej rekultywacji. Szczególnie iłowce
i łupki ilaste łatwiej ulegające degradacji, równocześnie o dobrej zdolności buforowania
środowiska, są dobrym materiałem dla wykorzystania w rekultywacji bezglebowej (Bzowski
i Zawiślak 2000; Chaber i Bzowski 2002). Wszystko wskazuje na to, że zawartości metali
ciężkich w odpadach powęglowych z kopalni „Bogdanka” nie stanowiły i nie stanowią
zagrożenia dla środowiska naturalnego. Jednak w myśl bezpieczeństwa ekologicznego podjęto
próbę oceny wykorzystywanych do rekultywacji terenów pogórniczych odpadów karbońskich
kopalni „Bogdanka” z uwzględnieniem procesu wietrzenia.
Z. BZOWSKI, J. ZAWIŚLAK – Aspekt środowiskowy wietrzenia karbońskich odpadów...
Rys. 4.1. Dyfraktogram próbki odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” („świeże”)
Objaśnienia: I – illit; K – kaolinit; P – piryt; S – syderyt; Sk – skaleń; Q – kwarc Fig. 4.1. Diffraction pattern of wastes from Coal Mine “Bogdanka” (“fresh”)
1) Próbka B-1.
Puchaczów, droga lokalna przy kanale Wieprz-Krzna (ok. 15 – 18 lat),
W składzie mineralnym próbki dominują minerały ilaste tj. kaolinit, illit i chloryt. Kwarc
jest uzupełnieniem składu, podobnie, ale w mniejszych ilościach skalenie i syderyt. W próbce
występuje również substancja organiczna o czym świadczy podwyższone tło na dyfraktogramie
(rys. 4.2). Efektem długotrwałego wietrzenia jest wzrost zawartości chlorytu po przeobrażeniu
skaleni, i illitu, który może być produktem przeobrażenia mik obecnych w odpadach.
Rys. 4.2. Dyfraktogram próbki odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” pobranych w Puchaczowie na drodze lokalnej przy kanale Wieprz – Krzna,
Objaśnienia: Ch – chloryt, I – illit, K – kaolinit, S – syderyt, Sk – skaleń, Q – kwarc Fig. 4.2. Diffraction pattern of wastes from Coal Mine “Bogdanka” taken in Puchaczow from
local road near Wieprz – Krzna canal
Z. BZOWSKI, J. ZAWIŚLAK – Aspekt środowiskowy wietrzenia karbońskich odpadów...
Wschodnia skarpa składowiska odpadów w Bogdance (ok. 7 – 8 lat).
W składzie mineralnym tej próbki dominują minerały ilaste tj. kaolinit, illit i chloryt. Kwarc
jest uzupełnieniem składu, podobnie, ale w mniejszych ilościach syderyt i skalenie.
W próbce występuje również substancja organiczna o czym świadczy podwyższone tło na
dyfraktogramie (rys. 4.3). Pod względem mineralnym, odpad powęglowy zwałowany na
składowisku nie różni się od tego samego odpadu wykorzystanego do budowy drogi przy
kanale (B-1). Efekt wietrzeniowy wydaje się być podobny pomimo różnego wieku, co
prawdopodobnie jest rezultatem słabszego zagęszczenia.
Rys. 4.3. Dyfraktogram próbki odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” pobranych na składowisku w Bogdance (część wschodnia skarpy składowiska)
Objaśnienia: Ch – chloryt, I – illit, K – kaolinit, S – syderyt, Sk – skaleń, Q – kwarc Fig. 4.3. Diffraction pattern of wastes from Coal Mine “Bogdanka” taken from the dump
in Bogdanka (eastern part of dump slope)
3) Próbka B-3.
Zrekultywowane wyrobisko odkrywkowe w Albertowie (ok. 6 – 7 lat).
W składzie mineralnym próbki odpadów powęglowych pobranej w Albertowie dominują
minerały ilaste: kaolinit i illit. Możliwa jest również obecność minerałów o strukturach
mieszanopakietowych. Kwarc jest uzupełnieniem składu, podobnie, ale w mniejszych ilościach
syderyt i skalenie (rys. 4.4). Prawdopodobnie skalenie nie ulegają chorytyzacji (brak chorytu).
Badana próbka wykazuje niewielkie efekty wietrzenia, ponieważ odpady karbońskie
pochodzące z kopalni „Bogdanka” zostały wykorzystane do rekultywacji wyrobiska
w Albertowie z okryciem glebowym. W porównaniu z poprzednio badanymi próbkami
wynika, że wykonane okrycie glebowe (gliniasto – piaszczyste) uwałowanej masy badanych
odpadów powęglowych znacznie ogranicza ich wietrzenie.
WARSZTATY 2005 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie
Rys. 4.4. Dyfraktogram próbki odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” pobranych na zrekultywowanym wyrobisku odkrywkowym w Albertowie
Objaśnienia: I – illit, K – kaolinit, S – syderyt, Sk – skaleń, Q – kwarc Fig. 4.4. Diffraction pattern of wastes from Coal Mine “Bogdanka” taken from the
reclamated open cast in Albertow (eastern part of dump slope)
4.2.2. Zmiany w składzie chemicznym
Podstawowy skład chemiczny badanych próbek karbońskich odpadów powęglowych
pochodzących z kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia jest odzwierciedleniem ich
składu mineralnego. Jak wcześniej stwierdzono, próbki oznaczone B-1, B-2 i B-3 wykazują
charakter ilasty, co obrazuje ponad 22% zawartość Al2O3. Wśród nich próbka B-3 pochodząca
z terenu rekultywacji w Albertowie, najbardziej ilasta, charakteryzuje się najwyższą
zawartością glinu przy najniższej ilości SiO2 (tab. 4.2).
Tabela 4.2.
Wyniki badań składu chemicznego karbońskich odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia w %
Table 4.2. Research results of chemical composition of wastes from Coal Mine “Bogdanka”on different
weathering stages
Składnik B-0 B-1 B-2 B-3
SiO2 44,03 52,54 46,93 42,71
TiO2 1,08 1,09 1,08 1,05
Al2O3 25,42 22,32 22,79 23,40
Fe2O3 3,65 4,39 5,37 4,70
CaO 0,32 0,37 0,20 0,24
MgO 1,19 1,33 1,21 1,09
Na2O 0,24 0,20 0,14 0,16
K2O 2,45 2,33 2,36 2,29
P2O5 0,12 0,14 0,11 0,11
SO3 0,35 0,39 0,37 0,31
Str. prażenia 20,82 14,50 19,10 23,53
Suma 99,67 99,60 99,66 99,58
Z. BZOWSKI, J. ZAWIŚLAK – Aspekt środowiskowy wietrzenia karbońskich odpadów...
Uzupełnieniem składu chemicznego badanych odpadów powęglowych z kopalni
„Bogdanka” wykorzystywanych dla wielu sposobów zagospodarowania i na różnych etapach
wietrzenia są oznaczone ilości metali ciężkich. Według obowiązującego prawa dopuszczalne
zawartości zanieczyszczeń pierwiastków śladowych w odpadach zależą od miejsca ich
wykorzystania. Możliwe jest wykorzystanie odpadów powęglowych na terenach grupy B –
grunty użytków rolnych z wyłączeniem gruntów pod stawami i gruntów pod rowami, grunty
leśne oraz zadrzewione i zakrzewione, nieużytki, a także grunty zabudowane i zurbanizowane
z wyłączeniem terenów przemysłowych, użytków kopalnianych oraz terenów
komunikacyjnych oraz terenów zaliczonych do grupy C – tereny przemysłowe, użytki
kopalniane, tereny komunikacyjne. Zgodnie z takim podziałem próbki B-1 i B-2 pobrano na
terenach należących do grupy C z głębokości nie większej od 2 m. Porównanie wyników badań
zawartości zanieczyszczeń pierwiastkami śladowymi w tych próbkach odnieść należy do
wartości dopuszczalnych w gruntach terenów grupy C. Próbkę B-3 pobrano w Albertowie na
terenie rekultywacji leśnej sąsiadującym z obszarami użytków rolnych i miejsce tego pobrania
należy zaliczyć do terenów grupy B. W tym przypadku wyniki badań zawartości
zanieczyszczeń pierwiastkami śladowymi porównać należy do dopuszczalnych wartości gleb
terenów B. Porównanie w prezentowanym układzie przedstawia tabela 4.3.
Tabela 4.3.
Porównanie wartości dopuszczalnych zanieczyszczeń w glebie i ilości w karbońskich odpadach powęglowych z kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia w mg/kg (ppm)
Table 4.3. Comparison of contaminants limit values in soils and the amounts of contaminants in wastes from
Coal Mine “Bogdanka” on different weathering stages in mg/kg (ppm)
– efekt wietrzenia odpadów powęglowych może powodować wymywanie z nich, w pierwszej
kolejności chlorków i sodu, a następnie siarczanów oraz potasu, proces ten może być
niekiedy uciążliwy dla środowiska.
W przypadku wykorzystania karbońskich odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” do
prac niwelacyjno – technicznych i rekultywacyjnych lub ich składowania konieczne jest
śledzenie zawartości substancji organicznej w tych odpadach oraz stosowanie prewencji
pożarowej przez zagęszczanie. Ponadto w aspekcie procesu wietrzenia tych odpadów i efektu
oddziaływania tego procesu na środowisko konieczny jest monitoring stanu środowiska miejsca
zastosowań w zakresie zanieczyszczeń wód podziemnych oraz powierzchniowych.
Podziękowania
Autorzy składają serdeczne podziękowania za pomoc w realizacji badań pracownikom
Laboratorium Analiz Odpadów Stałych Zakładu Monitoringu Środowiska GIG i Laboratorium
„Pomiar-GIG” oraz dr Grażynie Bzowskiej z Zakładu Mineralogii Wydziału Nauk o Ziemi
Uniwersytetu Śląskiego. Dziękujemy również za pomoc w realizacji pracy mgr inż. Laurze
Łyszczarz, mgr Andrzejowi Dawidowskiemu oraz mgr inż. Jerzemu Ziębie.
Literatura
[1] Bojarska K., Bzowski Z. 1997: Monitoring analysis of major and trace elements in hard coal waste
by XRF and ICP methods. In Proc.6th Inter. Symp. on Mine Planning & Equipment Selection, Ostrava, Czechy, 835–838.
[2] Borys i in. 2002: Wytyczne stosowania odpadów pogórniczych z kopalni Bogdanka do budowy wałów przeciwpowodziowych i innych budowli hydrotechnicznych. Wyd. IMUZ Falenty k/Warszawy.
[3] Bzowski Z. 1993: Kryteria oceny skał karbońskich Górnośląskiego Zagłębia Węglowego dla potrzeb rekultywacji biologicznej zwałowisk. Rozprawa doktorska. Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN Zabrze.
[4] Bzowski Z. 2000: Monitoring środowiska narzędziem oceny rekultywacji zwałowisk odpadów górniczych. Wiadomości Górnicze nr 9, 380–385.
[5] Bzowski Z. 2004: Wpływ na środowisko stosowania mieszanin osadu ściekowego z odpadami mineralnymi na składowiskach odpadów komunalnych. Prace Naukowe GIG nr 857.
[6] Bzowski Z., Bojarska K. 2003: XRD-XRF-ICP-GC/MS Analytical system in ecochemical assessment for utilisation of carboniferous wastes from Silesian Coal Basin (Poland). In Proc.12th Inter. Symp. „Mine Planning & Equipment Selection”, Kalgoorie WA, Australia, 497–500.
[7] Bzowski Z., Zawiślak J. 2000: Ocena wykorzystania karbońskich skał płonnych kopalni „Bogdanka” SA do rekultywacji bezglebowej. Wiadomości Górnicze nr 12, 541–552.
[8] Chaber M., Bzowski Z. 2002: Rekultywacja składowisk odpadów powęglowych jako element właściwej gospodarki odpadami. Wiadomości Górnicze nr 3, 107–111.
[9] Cichoń G. 1977: Charakterystyka mineralogiczno-petrogradiczna karbońskh gleb stigmariowych z Dorohuczy. Zesz. Nauk. AGH Geologia t.3; z.3. ic
[10] Gaweł A., Muszyński M. 1992: Tablice do identyfikacji minerałów metodą rentgenograficzną. Wyd. AGH Kraków.
[11] Gazda i in. 1988: Charakterystyka mineralogiczno-chemiczna oraz analiza możliwości wykorzystania przeróbczych odpadów przywęglowych w kopalni w Bogdance. Przegl.Górn. nr 11–12, 16–18.
[12] Heasman L. 1997: Leaching Testes to Assess the Environmental Impact of Waste. Proc. 6th Inter. Landfill Symposium, Environmental Sanitary Engineering Centre Cagliari Sardinia, Italy; s.293–298.
[13] JCPDS 1997. International Centre for Diffraction Data (ICDD) for PCPDFWIN v.1.30. [14] Łyszczarz L. 1996: Wykorzystanie odpadów powęglowych w aspekcie działalności górniczej na
Lubelszczyźnie. Ekoinżnieria nr 8, 14–17. [15] Ostrowska i in. 1991: Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. IOŚ Warszawa.
WARSZTATY 2005 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie
[16] Praca zbiorowa 2000: pod red. Z. Bzowskiego: Badania właściwości fizyko-chemicznych skał karbońskich lokowanych na składowisku w Bogdance i ocena ich przydatności do rekultywacji. Lubelski Węgiel „Bogdanka” S.A. w Bogdance, arch. „Pomiar-GIG” Sp. z o.o. Lublin, (niepublikowana).
[17] Praca zbiorowa 2002: Pod kier. J. Zawiślaka: Badania własności fizyko-chemicznych odpadowych skał karbońskich z kopalni węgla kamiennego w Bogdance. Lubelski Węgiel „Bogdanka” S.A./Pomiar-GIG, Lublin (niepublikowana).
[18] Report 1994. Characterisation of Wastes in Europe. State of the Art Report for Working Group 6 CEN/TC/292, STB/94/28, Brukssels.
[19] Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2002 roku w sprawie zakresu, czasu, sposobu oraz warunków prowadzenia monitoringu składowisk odpadów – Dz.U. Nr 220, poz. 1858.
[20] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi – Dz.U.Nr 165, poz.1359.
[21] Smuszkiewicz A. 1995: Wpływ składowiska skał płonnych KWK „Bogdanka” na wody podziemne i powierzchniowe. Ekoinżynieria nr 2, 25–30.
[22] Twardowska I. 1981: Mechanizm i dynamika ługowania odpadów karbońskich na zwałowiskach. Prace i Studia nr 25; IPIŚ PAN Zabrze.
[23] Twardowska I.,Szczepańska I.,Witczak S. 1988: Wpływ odpadów górnictwa węgla kamiennego na środowisko wodne. Prace i Studia nr 35, Zabrze, IPIŚ PAN.
[24] X’Pert Plus 1999: Quick Start Guide. Philips Analytical, The Netherlands. [25] Zawiślak J., Bzowski Z. 1996: Możliwości zagospodarowania osadów i innych materiałów na
składowiskach odpadów komunalnych. Mat. I Forum Inżynierii Ekologicznej, Nałęczów-Lublin, 179–182.
Environmental aspect of weathering of carboniferous mine wastes used for
reclamation of postmine areas in Bogdanka region
Research results of carboniferous wastes from Coal Mine “Bogdanka” being on a few stages of weathering are presented in the paper. It was shown that during the process of weathering the grain disintegration takes place. Natural waste consolidation results from it. The weathering causes very slow mineralogical changes. The waste consolidation limits the iron sulfides oxidation and the formation of sulfates but it doesn’t limit the leaching of sodium and chlorides. It was proved in the work that mine wastes weathering causes first of all the leaching of chlorides and sodium and then sulfates and potassium. These processes may be burdensome for the environment. Moreover the rules of waste and environmental monitoring in the place of wastes utilization were also determined.