Kopaliny towarzyszące w złożach węgla brunatnego

Transkrypt

1 Kopaliny towarzyszące w złożach węgla brunatnego Tom I Geologiczno-surowcowe aspekty zagospodarowania kopalin towarzyszących

2 prof. dr hab. inż. Tadeusz Ratajczak Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków dr inż. Elżbieta Hycnar AGH Akademia Górnicza-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

3 Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk Tadeusz Ratajczak, Elżbieta Hycnar Kopaliny towarzyszące w złożach węgla brunatnego Tom I Geologiczno-surowcowe aspekty zagospodarowania kopalin towarzyszących Wydawnictwo IGSMiE PAN Kraków 2017

4 RECENZENCI prof. dr hab. Krzysztof Szamałek dr hab. inż. Krzysztof Galos, prof. IGSMiE PAN Wydanie monografii częściowo sfinansowane w ramach działaności statutowej Katedry Mineralogii, Petrografii i Geochemii AGH nr ADRES REDAKCJI Kraków, ul. J. Wybickiego 7A tel ; fax Redaktor Wydawnictwa: mgr Emilia Rydzewska Redaktor techniczny: Beata Stankiewicz Projekt okładki: dr inż. Elżbieta Hycnar, Beata Stankiewicz Copyright by Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN Wydawnictwo Copyright by Tadeusz Ratajczak, Elżbieta Hycnar Kraków 2017 Printed in Poland ISBN IGSMiE PAN Wydawnictwo, Kraków 2017 Nakład 150 egz. Objętość: ark. wyd. 31,1; ark. druk. 43,5( 8) Druk i oprawa: Drukarnia PATRIA Beata Szul, Kraków, ul. Borsucza 30

5 Spis treści Od Autorów... 9 Wprowadzenie Rozdział 1. Formacja brunatnowęglowa w Polsce a problematyka kopalin towarzyszących. Pojęcia, definicje. Koncepcja pracy Formacja brunatnowęglowa a kopaliny towarzyszące Kopaliny towarzyszące terminologia i definicje Przydatność surowcowa kopalin towarzyszących Złoża antropogeniczne Ranking znaczenia i kolejność udostępniania złóż węgla brunatnego Koncepcja monografii i jej problematyka Rozdział 2. Złoża aktualnie eksploatowane Złoże węgla brunatnego Bełchatów Historia odkrycia i badań Litostratygrafia skał nad- i podwęglowych Kopaliny towarzyszące rodzaje, charakterystyka geologiczno-surowcowa, eksploatacja, przetwarzanie. Złoża antropogeniczne Wstęp. Logistyka procedur eksploatacji i zagospodarowania kopalin towarzyszących Piaski i żwiry Torfy Iły beidellitowe Skład mineralny Kierunki wykorzystania praktycznego Trzeciorzędowe piaskowce i zlepieńce kwarcytowe Krzemienna pospółka piaszczysto-żwirowa tzw. bruki krzemienne Kreda jeziorna Geologiczne warunki zalegania Charakterystyka petrograficzno-chemiczna Kierunki praktycznego wykorzystania Wapienie mezozoiczne Charakter petrograficzny Przydatność surowcowa i możliwości zagospodarowania Głazy narzutowe Inne odmiany kopalin Skały czwartorzędowe Utwory trzeciorzędowe Skały z kontaktu trzeciorzęd-mezozoik Inne kopaliny i substancje mineralne

6 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Złoża węgla brunatnego rejonu Konina i Turka Węgiel brunatny w Wielkopolsce, historia odkrycia i eksploatacji Budowa geologiczna zagłębia konińsko-turkowskiego Litologia skał nadkładu i podłoża Osady czwartorzędowe Trzeciorzędowe utwory nadkładowe Skały ilaste (iły poznańskie) Piaski Kompleks podwęglowy Skały węglanowe Piaski i żwiry Piaskowce kwarcytowe (silkrety) Wody kopalniane Kopaliny towarzyszące, ich właściwości surowcowe i stopień wykorzystania Wstęp Gliny zwałowe Iły mioplioceńskie serii poznańskiej Utwory piaszczyste i żwirowe Skały węglanowe Inne kopaliny Piaskowce trzeciorzędowe Głazy narzutowe Torfy Wody kopalniane Pozostałe surowce i substancje mineralne Złoża antropogeniczne Złoże węgla brunatnego Turów Wstęp Historia eksploatacji węgla brunatnego w rejonie Zgorzelca Model budowy geologicznej złoża iłów turoszowskich Litologia złoża Podłoże trzeciorzędowe Utwory kompleksu podwęglowego A Skały kompleksu międzywęglowego B Kompleks nadwęglowy C Nadkład czwartorzędowy Kopaliny towarzyszące i możliwości ich wykorzystania Iły ogniotrwałe Iły ceramiczne kamionkowe i biało wypalające się Iły do produkcji ceramiki budowlanej Iły zawęglone Inne kierunki wykorzystania iłów Kruszywa naturalne Hutnictwo żelaza Eksploatacja i wykorzystanie iłów turoszowskich Złoża antropogeniczne Złoże węgla brunatnego Sieniawa Historia eksploatacji węgla brunatnego

7 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH 2. Budowa geologiczna złoża Litologia serii brunatnowęglowej Charakter petrograficzny skał nadkładu Osady ilasto-mułkowe Piaski Przydatność surowcowa skał niewęglowych Rozdział 3. Złoża satelitarne Złoże Złoczew Wstęp historia badań Problematyka kopalin towarzyszących Litologia Właściwości surowcowe Zasoby osadów niewęglowych Wskazania na przyszłość Złoże Radomierzyce Złoże Ruja Rejon Konina i Turka Złoże Główiew Złoże Ochle Złoże Rumin Złoże Uniejów Rozdział 4. Złoża perspektywiczne Złoże Legnica i Ścinawa Litologia skał niewęglowych Kopaliny towarzyszące w złożu Legnica Litologia, skład mineralny i chemiczny Możliwości wykorzystania surowcowego Kopaliny towarzyszące w złożu Ścinawa Złoża środkowego Nadodrza Złoże Babina Złoże Cybinka Złoże Gubin Złoże Mosty Historia odkrycia i litologia skał niewęglowych Charakterystyka mineralogiczna kopalin towarzyszących Przydatność praktyczna kopalin towarzyszących Kopaliny towarzyszące w złożach węgla brunatnego Zagłębia Łużyckiego Złoża węgla brunatnego rejonu rowu poznańskiego Historia odkrycia węgla brunatnego Litologia kopalin towarzyszących Właściwości ceramiczne iłów poznańskich Inne złoża węgla brunatnego Złoże Trzcianka Złoże Rogóźno Rozdział 5. Lokalne złoża węgla brunatnego Definicje złóż lokalnych i dzieje ich eksploatacji

8 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego 2. Makroregion południowo-zachodni Złoże Siedlimowice Iły kaolinowe Utwory mioceńskie Złoże Antoni w Kalnie Złoże Rusko Jaroszów Budowa geologiczna Odmiany kopalin towarzyszących i możliwości ich wykorzystania Inne złoża Złoże Lusina Udanin Złoże Pichorowice Złoże Sadlno Makroregion południowy Złoże Łączki Historia badań Litologia serii brunatnowęglowej Kopaliny towarzyszące i ich przydatność Złoże Polska Nowa Wieś Budowa geologiczna i charakter litologiczny skał niewęglowych Kopaliny towarzyszące i ich wykorzystanie Złoże Ciągowice Litologia serii węglowej Charakterystyka petrograficzna kopalin towarzyszących Przydatność praktyczna kopalin towarzyszących Makroregion południowo-wschodni Złoże Grudna Dolna Historia eksploatacji węgla Budowa geologiczna i litologia serii brunatnowęglowej. Możliwość wykorzystania skał niewęglowych Złoże Trzydnik Mały Historia odkrycia złoża i eksploatacji węgla Budowa geologiczna i profil litologiczny Kopaliny towarzyszące Makroregion środkowo-polski (złoże Wola Owadowska-Jastrzębia) Makroregion północny złoże Sulechowo Historia eksploatacji węgla i piasków szklarskich Charakterystyka litologiczna serii brunatnowęglowej Charakterystyka mineralogiczno-chemiczna piasków Wykorzystanie piasków kwarcowych Zastosowanie glin zwałowych Ekonomiczne uwarunkowania zagospodarowania kopalin towarzyszących Rozdział 6. Nieprzydatne nagromadzenia węgla brunatnego Makroregion południowo-zachodni Makroregion środkowo-zachodni Inne makroregiony Zakończenie Literatura Streszczenie Accompanying minerals in lignite deposits. Volume I.Geological and raw material aspects of the development of accompanying minerals

9 Od Autorów Z eksploatacją węgla brunatnego metodą odkrywkową nierozerwalnie związany jest problem obecnych w nich kopalin towarzyszących. Zalegają one zarówno w nadkładzie, jak i w spągu pokładów węglowych lub tworzą w nich przewarstwienia. Od dawna budziły zainteresowanie surowcowe. Pierwsze badania, a w ślad za tym i publikacje na ich temat notowane są z końcem lat czterdziestych ubiegłego wieku. W okresie kolejnych kilkudziesięciu lat zauważalne stawało się wzrastające zainteresowanie nimi, kończące się niejednokrotnie udokumentowaniem złożowo-surowcowym. To z kolei umożliwiało podjęcie eksploatacji i warunkowało ich przemysłowe wykorzystanie. Efektem przeprowadzonych w przeciągu tego okresu badań i prac jest kilkaset publikacji. Problematyka ta dotyczyła też wielu specjalistycznych konferencji naukowych i technicznych. Przede wszystkim zaowocowała jednak opracowaniem i wdrożeniem technologii prowadzących do ich wydobycia, przetwórstwa oraz wykorzystania i to nie tylko w przemyśle surowcowym. Niektóre ich odmiany wykorzystywano w innych celach. Miało to miejsce na przykład w budownictwie industrialnym, pracach inżynierskich, rekultywacji terenów zdegradowanych i dewastowanych. W takich sytuacjach przyjęto używać w odniesieniu do nich terminu masy skalne czy ziemne. Zdaniem autorów ten ogromny, kikudziesięcioletni dorobek naukowy i praktyczny nie doczekał się jak dotąd pełnego, kompleksowego podsumowania w formie odrębnej, specjalistycznej publikacji o charakterze monografii. Ambicją autorów było lukę tę wypełnić. Podejmując się tego zadania, byliśmy świadomi ogromu pracy, która w efekcie końcowym miała w granicach naszych możliwości i wiedzy, w sposób w miarę pełny zaprezentować całokształt problematyki kopalin towarzyszących węglom brunatnym. A paleta tych spraw była szeroka, poczynając od zagadnień geologiczno-surowcowych poprzez problemy górniczo-eksploatacyjne do aspektów prawnych i ekonomiczno- -finansowych. Przyjęta przez autorów próba syntezy tych zagadnień przybrała w efekcie końcowym formę monografii Kopaliny towarzyszące w złożach węgla brunatnego, składającej się z dwóch części: y tomu I autorstwa Tadeusza Ratajczaka i Elżbiety Hycnar dotyczącego Geologiczno- -surowcowych aspektów zagospodarowania kopalin towarzyszących ; 9

10 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego y tomu II, którego twórcą jest Ryszard Uberman, a noszącego tytuł Prawno-ekonomiczne oraz górnicze aspekty zagospodarowania kopalin towarzyszących. Wykaz tytułów prac opublikowanych i archiwalnych, umożliwiający dokonanie oceny dorobku naukowego dotyczącego zagadnień kopalin towarzyszących węglom brunatnym sprawia, że jawi się potrzeba wymienienia osób i instytucji szczególnie na tym polu zasłużonych, z dorobku których korzystaliśmy. Autorzy poczuwają się do obowiązku nie tylko pamięci, ale docenienia zasług, które zostały przez te osoby i instytucje wniesione w kompleksowe próby dotyczące rozwiązania procesów rozpoznania, wydobycia i przetwarzania kopalin towarzyszących w górnictwie węgla brunatnego. Obok naszych niedościgłych nauczycieli i prekursorów w zakresie tej problematyki profesora Bolesława Krupińskiego i profesora Andrzeja Bolewskiego, słowa te kierujemy przede wszystkim do profesora Marka Niecia. Z jego osiągnięć naukowych, a także inspiracji, treści rozmów, dyskusji czy polemik w trakcie redagowania tej monografii wielokrotnie korzystaliśmy. Niekwestionowany udział w rozwiązywaniu problematyki kopalin towarzyszących wniosły uczelnie wyższe i instytuty badawcze. Należy wśród nich wymienić Akademię Górniczo- -Hutniczą im. Stanisława Staszica w Krakowie, Uniwersytet Warszawski, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Uniwersytet Wrocławski. W pracach tych uczestniczyły także instytuty naukowe Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, jak również resortowe i ośrodki badawcze, a wśród nich Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Górnictwa Odkrywkowego POLTEGOR (dzisiejszy Instytut Górnictwa Odkrywkowego POLTEGOR) czy Państwowy Instytut Geologiczny (obecny PIG-PIB). Nie można pominąć w tym zakresie udziału służb kopalnianych kopalń węgla brunatnego Konin, Adamów, Turów, a zwłaszcza Bełchatów. Oddając P.T. czytelnikom tę monografię, autorzy zdają sobie sprawę z subiektywnego podejścia do prezentowanych zagadnień, układu treści czy wyboru cytowanych publikacji lub przywoływanych przykładów. Mogą one rodzić wiele pytań. Dlatego liczymy na życzliwość przy ich ocenie, ale także na krytyczne spostrzeżenia czy sugestie. Aktualność ich może wynikać stąd, że problemy stanowiące treść monografii mają charakter dynamiczny. Przyszłość zapewne sprawi, że zarówno treść naukowa czy układ merytoryczny monografii będą miały szansę być doskonalone i uzupełniane. Poczuwamy się do obowiązku złożenia podziękowań wszystkim P.T. współpracownikom i współautorom opracowań, ekspertyz, publikacji, z którymi mieliśmy możliwość uczestniczenia w rozwiązywaniu istotnych problemów dotyczących kopalin towarzyszących. Słowa podziękowań kierujemy pod adresem kierownictw kopalń węgla brunatnego za inspirowanie tej tematyki badawczej i owocną pomoc w badaniu, rozpoznaniu i dokumentowaniu kopalin towarzyszących. Autorzy szczególne podziękowania kierują do recenzentów monografii dr. hab. inż. Krzysztofa Galosa, prof. IGSMiE PAN oraz prof. dr. hab. Krzysztofa Szamałka. Ich trud związany z wnikliwym opiniowaniem monografii, cenne uwagi oraz sugestie dotyczące zarówno treści merytorycznej, jak i formy edytorskiej pozwoliły nie tylko na wyeliminowanie braków, ale i na nadanie optymalnego kształtu przedkładanej P.T. czytelnikom monografii.

11 Wprowadzenie Jednym z podstawowych kanonów, zarówno wiedzy, jak i praktyki geologiczno-górniczej, a zwłaszcza zagadnień surowcowych, jest problem kompleksowego wykorzystania wszystkich odmian kopalin zalegających w ich naturalnych nagromadzeniach, będących przedmiotem eksploatacji. Nabiera on szczególnego znaczenia w sytuacji złóż eksploatowanych systemem odkrywkowym, a wyjątkową ważność posiada w przypadku górnictwa węgla brunatnego. Jego specyfika wydobywcza sprawia, że do ewentualnego zagospodarowania pozostaje olbrzymia ilość skał, stanowiących zwykle nadkład. Próby rozwiązania tych problemów, tzn. najpierw wydobycia, a potem praktycznego wykorzystania sprawiły, że w zagadnieniach złożowo-surowcowych pojawiły się dwa nowe pojęcia kopaliny towarzyszące i złoża antropogeniczne. Ich funkcjonowanie, a zwłaszcza próby rozwiązania, zaczęto rozpatrywać w dwóch aspektach: y gospodarczym. Uwzględniał on możliwości praktycznego wykorzystania kopalin towarzyszących. Upatrywano w tym szansy powiększenia krajowej bazy zasobów kopalin; y ochrony środowiska. W tym przypadku zagadnienie to obejmuje dwa wątki. Pierwszy dotyczy zagadnień minimalizacji ingerencji w środowisko poprzez ograniczenie chociażby areału terenów przeznaczonych pod działalność górniczą. Może być realizowana poprzez wykorzystanie kopalin towarzyszących zalegających zarówno w złożach węgla, jak i nagromadzeniach antropogenicznych. Drugi zapewnia realizację tego celu drogą wykorzystania tych kopalin w technologiach czy szeroko rozumianych zabiegach ekologicznych. Warunki powstawania węgla brunatnego, a przede wszystkim wykazywany przez nie niski stopień uwęglenia, są efektem tego, że nagromadzenia tej kopaliny znane są dopiero od mezozoiku. Złoża starsze, jak np. reprezentujące młodszy paleozoik Zagłębie Podmoskiewskie, należą do wyjątku. Triasowe, jurajskie czy kredowe wystąpienia tej kopaliny stanowią tylko niewielką część światowych zasobów. Ich zasadnicza część przypada na górną kredę, a przede wszystkim na trzeciorzęd. Polska należy do wyróżniających się w Europie krajów pod względem występowania i wydobycia węgla brunatnego. Krajowe złoża znane są z utworów kajprowo-retyckich, 11

12 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego dolnojurajskich, górnokredowych, ale w bilansie zasobów tej kopaliny dominują nagromadzenia trzeciorzędowe zlokalizowane na Niżu Polskim. Stanowią one podstawę polskiego górnictwa węgla brunatnego. Utworzyły się w obrębie rozległego basenu trzeciorzędowej formacji brunatnowęglowej, która obejmowała centralną i zachodnią część Polski. Rozciąga się on dalej na zachód, na tereny niemieckie, stanowiąc i tam podstawę eksploatacji tej kopaliny. Liczne złoża związane z tą formacją reprezentują typ nagromadzeń paralicznych, utworzonych na obrzeżeniu zbiorników morskich, a rzadziej lądowych. Budowa geologiczna, którą reprezentują zalegające w tym zbiorniku nagromadzenia, stanowi efekt zróżnicowanych procesów skałotwórczych i minerałotwórczych powodujących, że obok węgla zalegają w nich zmienne litologicznie i petrograficznie odmiany osadów niewęglowych. Znajdują się w strefie eksploatacji węgla. Część z nich, z uwagi na wykazywaną niekiedy przydatność użyteczną, bywa nazywana kopalinami towarzyszącymi. W przypadku złóż polskich czy niemieckich są to głównie zróżnicowane petrograficznie skały ilaste, mułki i piaski. One stanowiły główny przedmiot zainteresowań w monografii. Bywa jednak tak, że budowa geologiczna nagromadzeń węgla brunatnego powoduje, że do miana tego pretendują inne ich odmiany. Problem kopalin towarzyszących znany jest również ze złóż węgla brunatnego zlokalizowanych w innych krajach Europy czy świata. Niekiedy, z uwagi na odmienne warunki sedymentacji czy charakter skał otaczających złoża węglowe, typ kopalin towarzyszących jest inny niż w polsko-niemieckim zbiorniku brunatnowęglowym. I tak np. w Zagłębiu Chomutowsko-Usteckim w Czechach silnie zaznaczyły się przejawy działalności wulkanicznej. Sprawiły one, że przedmiotem zainteresowania stały się towarzyszące węglom iły bentonitowe. Z kopalni Bilina, jednej z większych w tym zagłębiu, znane są piaskowce o spoiwie dolomitowym, zaliczane zarówno do kopalin towarzyszących, jak i skał trudnourabialnych, powodujących trudności w procesie eksploatacji węgla brunatnego. W innych czeskich złożach węgla brunatnego spotyka się diatomity, mające również znaczenie przemysłowe. Inny typ surowców kopalin towarzyszących znany jest ze złóż węgierskich czy jugosłowiańskich. Są to boksyty zalegające w podłożu na wietrzejących wapieniach. W greckiej kopalni South Field, największej w tym kraju, nadkład zbudowany jest z glin, utworów piaszczysto-żwirowych, margli oraz utworów trudnourabialnych (piaskowce, zlepieńce) Zarówno problem kopalin towarzyszących, jak i złóż antropogenicznych sprawił, że przed polską geologią i górnictwem pojawiły się nowe zadania. Próby ich rozwiązania były podejmowane wielokrotnie i od dość dawna. Czynił to najpierw Centralny Urząd Geologii a później Ministerstwo Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa czy Ministerstwo Środowiska. Dowodem tego jest chociażby treść Wytycznych dokumentowania złóż kopalin stałych w kategoriach D 1 -A z 1991 roku. Znalazły się w nich m.in. definicje kopalin towarzyszących i złóż antropogenicznych. Później do problematyki tej nawiązywały Zasady dokumentowania złóż kopalin stałych z 2002 roku, a także Prawo geologiczne i górnicze (2011). W powszechnym jednak odczuciu problem ten pozostawał i pozostaje daleki od rozwiązania. Z tym większą satysfakcją należy przyjąć treść i sformułowania, które znalazły się w dwóch aktach pochodzących z ostatnich lat, dotyczących rozwoju gospodarki krajowej, a które w większym lub w mniejszym stopniu nawiązują do zagadnień surowcowych. Są to: 12

13 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH y Strategia na rzecz odpowiedzialnego rozwoju (projekt do konsultacji społecznych). Została ona opracowana w Ministerstwie Rozwoju w 2016 roku i jest powszechnie znana jako plan wicepremiera Mateusza Morawieckiego. y Polityka surowcowa Polski. Rzecz o tym, czego nie ma a jest bardzo potrzebne. Ukazała się ona w 2015 roku i stanowi rezultat pracy zespołu pod redakcją prof. Jerzego Hausnera. Treść Strategii (2016) dotyczy całej gospodarki krajowej. Tym niemniej znalazły się w niej fragmenty odnoszące się do zagadnień surowcowych, a nawet bezpośrednio kopalin towarzyszących czy złóż antropogenicznych. Można w nich znaleźć stwierdzenia, które wcześniej formułował Bolewski (1991), twierdząc, że bez surowców nie ma produkcji materialnej. Również Strategia uznaje ważność i znaczenie surowców mineralnych jako czynników warunkujących rozwój gospodarczy i społeczny kraju. W celu realizacji tego zadania, jej zdaniem konieczne staje się wykorzystanie nie tylko ich nagromadzeń naturalnych, ale również zasobów, które w Strategii nazwano szeroko rozumianymi odpadami a w pojęcie i rozumienie to, wpisują się również kopaliny towarzyszące. Takiego podejścia wymagają nowoczesne zasady gospodarowania zarówno zasobami naturalnymi surowców mineralnych, jak i szeroko rozumianych odpadów. W tych ostatnich należy upatrywać nie tyle źródła surowców, ale i sposobu likwidacji uciążliwości związanych z ich składowaniem. W sytuacji górnictwa węgla brunatnego oznaczać to powinno wykorzystanie kopalin towarzyszących czy zagospodarowanie ich zasobów zgromadzonych w złożach antropogenicznych. Drugi dokument Polityka surowcowa Polski jest być może bliższy zagadnieniom geologii surowcowej niż Strategia. Wprowadza on pojęcie odpadów wydobywczych, przeróbczych, a także złóż antropogenicznych. Szczególne znaczenie i rolę autorzy Polityki przypisują szeroko rozumianej gospodarce surowcami złożom wtórnym. Wykorzystanie nagromadzonych w nich kopalin mogłoby stać się znaczącym składnikiem krajowego bilansu surowcowego i alternatywą chroniącą przed wykorzystaniem zasobów naturalnych. Potrzeby gospodarcze, jak i wymogi ochrony środowiska zdaniem autorów Polityki wymuszają rozszerzenie stopnia wykorzystania kopalin towarzyszących i mineralnych surowców odpadowych. Ich zdaniem takie wielofunkcyjne podejście do problemu zagospodarowania surowców mineralnych powinno mieć miejsce zwłaszcza w trakcie eksploatacji węgla brunatnego. Polityka ta, określana mianem zrównoważonej gospodarki surowcami mineralnymi, w coraz większym stopniu zaczyna opierać się m.in. na zwiększeniu stopnia recyklingu a także wykorzystaniu kopalin towarzyszących, w tym również ich odmian zgromadzonych w złożach antropogenicznych. Traktowane są one jako dodatkowe, alternatywne źródła surowców. Należy wspomnieć jednak, że już wcześniej problematyka stała się przedmiotem zainteresowania Komisji Europejskiej. Treść dokumentu z 2008 roku noszącego tytuł Inicjatywa surowcowa (Raw Materials Initative RMI) stanowi próbę dokonania określenia długoterminowej podaży surowców mineralnych z uwzględnieniem odmian pierwotnych, wtórnych i odpadowych. Jego transformację do przepisów prawa krajowego stanowi Ustawa o odpadach z 2012 roku. Zatem bez względu na ocenę stanu aktualnego zagospodarowania kopalin towarzyszących ze złóż złożach węgla brunatnego, treść przytoczonych aktów pozwala z optymizmem upatrywać realnych szans rozwiązania tych problemów. 13

14 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Podziękowania Problematyka kopalin towarzyszących w złożach węgla brunatnego od dziesiątków lat była niemal sztandarowym zagadnieniem badawczym, którym zajmowały się niektóre jednostki dydaktyczno-naukowe Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica wpierw Instytut Geologii Surowców Mineralnych a później Katedry Surowców Mineralnych oraz Mineralogii, Petrografii i Geochemii. Ważne miejsce zajmowała ona także w planach i pracach naukowych Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN. Wyniki tych prac zostały wykorzystane w monografii. Realizowały je zespoły badawcze, których uczestnikom czujemy się w obowiązku przekazania podziękowań. Są to dr inż. Katarzyna Górniak, prof. dr hab. inż. Krzysztof Bahranowski, prof. dr hab. inż. Piotr Wyszomirski, mgr Adam Gaweł, dr inż. Marek Muszyński, dr Tadeusz Szydłak a także doktoranci dr inż. Agnieszka Pękala i dr inż. Piotr Bożęcki. Podziękowania te nie mogą ominąć służb geologicznych kopalń węgla brunatnego. Kierujemy je zwłaszcza do Kierownika Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów mgr. inż. Marka W. Jonczyka. Dzięki jego pomocy mogliśmy dysponować nie tylko informacjami na temat działalności Kopalni w zakresie problematyki kopalin towarzyszących, ale bardzo często był on moderatorem rozwiązywanych zagadnień. W naszej pamięci pozostanie też współpraca ze Śp. profesorem Ryszardem Wyrwickim, z którego rad, sugestii i podpowiedzi niejednokrotnie korzystaliśmy, a każda rozmowa stawała się inspiracją do dalszych badań. Nie sposób pominąć dokonań Śp. profesora Rafała Pajdy, kreatora zastosowania i wykorzystania metod ekonomicznych w rozwiązywaniu zarówno zagadnień eksploatacyjnych, jak i zmierzających do przetwarzania, a zwłaszcza wykorzystania kopalin towarzyszących w przypadku złóż węgla brunatnego.

15 Rozdział 1. Formacja brunatnowęglowa w Polsce a problematyka kopalin towarzyszących. Pojęcia, definicje. Koncepcja pracy 1. Formacja brunatnowęglowa a kopaliny towarzyszące Obecność węgla brunatnego w Polsce należy rozpatrywać na tle ogólnych cech budowy geologicznej trzeciorzędowej formacji brunatnowęglowej. Determinuje ona ilość złóż tych kopalin, ich lokalizację, budowę geologiczną, jakość i ilość węgla. Przynależność do tej formacji ma także wpływ na charakter litologiczny skał niewęglowych zalegających w spągu i w stropie czy przewarstwiających pokłady węgla. Według danych kartograficznych utwory mioceńskie Niżu Polskiego, z którymi związane są główne horyzonty węgla brunatnego, zajmują powierzchnię około 165 tys. km 2, czyli niemal połowę kraju. Około 87 tys. km 2, czyli ponad pół przypada na tereny Polski zachodniej i środkowej. Tutaj zlokalizowane są właściwie wszystkie poznane dotąd krajowe złoża węgla brunatnego (rys. 1.1). Niewielkie nagromadzenia znane są ponadto wśród utworów trzeciorzędowych Karpat i Zapadliska Przedkarpackiego. Węglonośność osadów mezozoicznych ma charakter odosobniony i lokalny, obecnie bez znaczenia praktycznego. Polskie złoża węgla brunatnego cechuje zbliżona i raczej nieskomplikowana budowa geologiczna. Zalicza się je do odmian wielokopalinowych, tzn. zbudowanych z węgla brunatnego jako kopaliny głównej oraz różnych odmian skał niewęglowych. Według Ciuka i Piwockiego (1991) oraz Gabzdyla (1999) złoża węgla brunatnego w Polsce grupują się w następujące typy morfogenetyczne: y pokładowe, należą do nich nagromadzenia ze środkowego Nadodrza; y soczewkowe, występują na Niżu Polskim, jak i w zapadlisku przedkarpackim; 15

16 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Lokalizacja złóż węgla brunatnego (Ciuk i Piwocki 1990) Objaśnienia: 1 nasunięcie karpackie, 2 współczesny zasięg miocenu, 3 zasięg obszarów węglonośnych, 4 nazwy złóż eksploatowanych i kopalń, 5 nazwy złóż udokumentowanych i perspektywicznych, 6 nazwa złóż y tektoniczne (zapadliskowe), znane z przedgórza sudeckiego, Niziny Wielkopolskiej (rów poznański). Do nich zalicza się też największe eksploatowane złoża, tzn. Bełchatów i Turów; y glacitektoniczne, zlokalizowane na ziemi lubuskiej; y krasowe, a także częściowo Bełchatów (Rogóźno); y reliktowe, stanowiące efekt geologicznych procesów erozyjnych mających miejsce w przypadku złóż pokładowych czy soczewkowych (niektóre złoża obszaru konińsko-turkowskiego); 16

17 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH y kry węglowe, będące oderwanymi płatami węgla brunatnego, tkwiącymi w utworach czwartorzędowych. Stwierdzono je na ziemi lubuskiej i Pomorzu. Typ morfogeniczny nagromadzeń węgla brunatnego ma wpływ na formę strukturalno- -teksturalną, a także treść litologiczo-petrograficzną kopalin towarzyszących. Te ostatnie przybierają w nich formy pokładowe, soczewkowe lub gniazdowe. Mogą one przewarstwiać kopalinę główną, przylegać do niej bezpośrednio zarówno w stropie, jak i w spągu czy pozostawać w oddaleniu. Zjawiska erozji i denudacji spowodowały niekiedy całkowite lub częściowe zniszczenie pierwotnych form ich zalegania. Bywa, że piętno na ich wykształceniu geologicznym wywarły także czynniki tektoniczne czy zjawiska glacitektoniczne, a niekiedy również krasowe. Skutkowały one powstawaniem zaburzeń w pierwotnie pokładowych lub soczewkowych formach nagromadzeń, nadając im postać łusek, fałdów lub innych form nieregularnych. Zauważyć w nich można także obecność różnie zaawansowanych wtórnych procesów minerałotwórczych (kaolinityzacja, sylifikacja, karbonatyzacja). Prowadzą one do zmiany charakteru litologicznego skał, a w dalszej kolejności i surowcowego. Klasyfikację tych kopalin z uwagi na charakteryzujące je parametry geologiczne oraz górnicze zaproponował Nieć (1994). Wyróżnił on trzy typu tych kopalin: przewarstwiające węgiel (I), przylegające (trzy warianty: IIa, IIb, IIc) oraz nieprzylegające (IIIa i IIIb). Ich charakterystyka jest przedstwiona na rysunku 1.2. Nagromadzenia skał płonnych w złożach węgla brunatnego reprezentują zwykle formy powierzchniowe czy przypowierzchniowe. Według Gruszczyka (1983), w sensie złożowym są to nagromadzenia zaliczane w przewadze do egzogenicznych (kategoria złóż osadowych, klasa wietrzeniowo-mechanicznych). W przypadku pokładowej (stratoidalnej) formy zalegania rozmiary ich nagromadzeń mogą być znaczne. Wówczas też rozpoznanie takiego sposobu występowania nie nastręcza trudności. Przy kształtach soczewkowych czy gniazdowych lub zaburzonych glacitektonicznie wykazanie ich obecności może okazać się utrudnione m.in. z uwagi na małe rozmiary tego typu skupień. Charakter litologiczny, a przez to i właściwości surowcowe skał niewęglowych złóż węgla brunatnego są zróżnicowane. W przewadze są to osady luźne, plastyczne, a rzadziej zwięzłe. Rzadko reprezentują one odmiany o poszukiwanych, interesujących właściwościach użytecznych. Zazwyczaj zalicza się je do odmian pospolitych. W ujęciu Bolewskiego i in. (1983) w przypadku złóż lokalnych należą one do grupy miejscowych surowców mineralnych, przeznaczonych do przetwarzania w bezpośrednim sąsiedztwie złóż. Zdaniem Ubermana i Niecia (2014) podstawą klasyfikacji tych utworów może być przydatność surowcowa. W takim ujęciu utwory te można dzielić na unikatowe, rzadkie w skali kraju czy regionu lub powszechnie występujące. Ich przetwarzanie, bez względu na typ kopaliny, nie wymaga skomplikowanych procesów technologicznych. W procesach dokumentowania złóż węgla brunatnego zmienność budowy geologicznej skał nadkładu (z którymi związana jest zwykle obecność kopalin towarzyszących), jej wykształcenie strukturalne bywało traktowane niekiedy marginalnie. Stąd też pojawiały się trudności dotyczące zaliczenia ich do właściwej grupy złóż. Tym samym nie było możliwe dokładniejsze rozpoznanie i dokumentowanie tych kopalin. Brakowało też pogłębionej analizy geologiczno-górniczej dotyczącej ich eksploatacji oraz oceny sposobu i zakresu wykorzystania. 17

18 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Geologiczno-górnicza klasyfikacja kopalin towarzyszących według Niecia (1994) 2. Kopaliny towarzyszące terminologia i definicje Pokłady węgla brunatnego zalegają na głębokościach umożliwiających odkrywkowy sposób eksploatacji. Sytuacja ta powoduje, że najpierw ich udostępnienie, a potem wydobycie wymaga zdejmowania skał nadkładu. Odsłonięciu ulegają też utwory podłoża. Część 18

19 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH z nich posiada różnorodne lepsze czy gorsze właściwości użyteczne, co w powiązaniu ze znaczną zwykle kubaturą, uzasadnia potrzebę, a nawet konieczność ich wykorzystania praktycznego. Pełne rozwiązanie tych zagadnień okazało się jednak złożonym problemem nie tylko technicznym czy ekonomicznym, ale również formalno-prawnym. Jednym z nich, w zasadzie podstawowym, było pełne zdefiniowanie tego typu kopalin. Zaproponowano stosować w ich przypadku nazwę kopaliny towarzyszące. Definicja ta, a raczej jej kryteria, decydujące o takim zakwalifikowaniu miały determinować dalsze ich losy. Próby zdefiniowania tej odmiany kopalin były podejmowane wielokrotnie. O wadze i znaczeniu problematyki może świadczyć fakt, że znaczenie jej dostrzegali i podkreślali, i to od dawna, zarówno uczeni, jak i praktycy, uznawani za autorytety z zakresu górnictwa czy zagadnień surowcowych. Wspominał o nich Krupiński (1971). Uważał on, że górnictwo odkrywkowe to rodzaj górnictwa, który powinien być szczególnie preferowany, dając możność pełniejszego wybierania surowców, a więc bardziej racjonalnego gospodarowania substancją mineralną. Z uwagi na specyfikę tego górnictwa twierdził, że istnieją olbrzymie możliwości zagospodarowania kopalin towarzyszących, a zwłaszcza iłów nadkładowych z kopalni odkrywkowych. Z kolei Bolewski (1978, 1991) twierdził, że występowanie kopalin, które uznać można za towarzyszące innym, określanym jako główne, jest zjawiskiem powszechnym, gdyż przy eksploatacji wielu złóż węgla brunatnego wydobywane są także sąsiadujące utwory skalne, które mogą być wykorzystane gospodarczo. Ma to miejsce szczególnie w przypadku eksploatacji odkrywkowej, gdy do umożliwienia wydobycia kopaliny użytecznej, konieczne jest zdjęcie nadkładu leżącego nad złożem. W jego obrębie występują często utwory, które mogą być uznawane za użyteczne. Obowiązek dokumentowania kopalin towarzyszących, co najmniej w kategorii C 2 wynikał z treści instrukcji Prezesa Centralnego Urzędu Geologii w sprawie ustalenia zasobów złóż z 1954 roku. Była to bodajże pierwsza próba usankcjonowania tej problematyki przez prawodawstwo geologiczne. Zagadnienie to okazało się na tyle ważkie i znaczące, że potrzebę wykorzystania tych kopalin dla potrzeb gospodarki docenił Komitet Ekonomiczny Rady Ministrów. W podjętej 1962 roku uchwale zobowiązał on Prezesa CUG do ich uwzględnienia w dokumentacjach geologicznych, zaś Komisję Zasobów Kopalin (funkcjonującą w strukturach CUG a potem Ministerstwa) do wydawania opinii o tych kopalinach w trakcie ich zatwierdzania (vide Nieć 2003). Najpełniej jednak problematyka kopalin towarzyszących znalazła miejsce w pracach Niecia (1994), później Ubermana i Niecia (2014). Zajmował się nią także Szamałek (2001). Według Niecia (1994) towarzyszącą jest kopalina, która tworzy naturalne nagromadzenia w obrębie lub w bliskim sąsiedztwie złoża innej kopaliny określanej, jako główna i której: y wydobycie nie jest podstawowym celem działalności zakładu górniczego; y eksploatacja jest możliwa i może przynieść korzyść gospodarczą w przypadku eksploatacji złoża kopaliny głównej. Ci sami autorzy uważają, że kopalina towarzysząca musi posiadać kilka innych cech wyróżniających, które powodują, że jej wydobycie stanie się technicznie możliwe i może być ekonomicznie uzasadnione. Oczekuje się w jej przypadku, aby: y posiadała odpowiednie właściwości (rodzaj i jakość), które pozwalają na jej wykorzystanie, jako surowca mineralnego; 19

20 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego y tworzyła samodzielne nagromadzenia o zasobach uzasadniających jej eksploatację; y występowała w sposób umożliwiający jej selektywne wyeksploatowanie lub separację z urobku; y zalegała w ilości ekonomicznie uzasadniającej jej pozyskiwanie i zbyt. Ważnymi warunkami niezbędnymi dla jej wyróżnienia są ponadto: y określenie popytu na produkty wytwarzane z kopaliny; y stwierdzenie jej w ilości uzasadniającej wykorzystanie, a zatem rozpoznanie wielkości zasobów, warunkujące możliwości pokrycia zapotrzebowania surowcowego. Zdaniem tych samych autorów za kopaliny towarzyszące nie powinny być uznawane takie, które: y nie posiadają dostatecznie atrakcyjnych walorów surowcowych, uzasadniających (lub uniemożliwiających) ich wykorzystanie; y występują w niewielkich ilościach, niezapewniających ciągłości dostaw, a przez to ich wykorzystania przez potencjalnych użytkowników; y nie są przedmiotem zainteresowania ani obecnie, ani w dającej się przewidzieć przyszłości. Przykładem takich, niekiedy pozornych kopalin towarzyszących mogą być gliny zwałowe czy lessy (wyjątkowo tylko wykorzystywane jako surowiec ilasty przez ceramikę budowlaną). Utwory niespełniające określonych kryteriów cytowani autorzy proponują nazwać masami ziemnymi. Problem ten okazał się na tyle ważny i aktualny, że znalazł miejsce w odpowiednich sformułowaniach stanowiących treść Prawa geologicznego i górniczego oraz Ustawy o odpadach. Nie zalicza się ich w zasadzie do kopalin towarzyszących nawet wówczas, kiedy są wykorzystywane do prac inżynierskich, tzn. budowy nasypów, wyrównywania terenów, czyli tam, gdzie nie są wyraźnie sformułowane wymagania odnośnie do ich właściwości, np. surowcowych. Nie są kopaliną towarzyszącą również utwory wykorzystywane na potrzeby własne kopalni lub używane np. do rekultywacji w granicach terenów górniczych. Ta sytuacja wynika z kolei stąd, że bywają one wówczas surowcami nieprzeznaczonymi na sprzedaż i nie są przemieszczane poza obręb złoża. Bolewski i Gruszczyk (1989) motywowali zróżnicowanie kopalin na główne i towarzyszące względami gospodarczymi. A te ostatnie, zdaniem autorów, ulegają zmianom, są też koniunkturalne. Według Niecia (1994), a później Wyrwickiego (2002) pełne przybliżenie problematyki kopalin towarzyszących wymaga zdefiniowania jeszcze jednego terminu. Jest nim pojęcie kopaliny współwystępującej. Według tych autorów, przez kopalinę współwystępującą należy rozumieć taką, której wartość jest porównywalna z inną kopaliną występującą w sąsiedztwie i która może być eksploatowana samodzielnie lub wspólnie w jednym zakładzie górniczym. Zatem z wykorzystaniem kopalin towarzyszących związanych jest szereg problemów technicznych, formalno-prawnych czy nawet terminologicznych (Nieć i Uberman 2001). Ich rozwiązanie eliminuje sytuację, w której miałaby miejsce bezpowrotna ich strata. Dzięki temu realne może stać się spełnienie jednego z podstawowych kanonów wiedzy i praktyki górniczo-geologiczno-surowcowej mianowicie kompleksowe wykorzystanie wszystkich kopalin obecnych w złożu. 20

21 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Problemami technicznymi w przypadku kopalin towarzyszących są: dokumentowanie warunków występowania, jakości surowcowej i zasobów oraz dobór metod eksploatacji. Problemem formalno-prawnym staje się uzasadnienie i promowanie wydobywania tej kopaliny czy jej surowcowego wykorzystania, a także wyceny kosztów finansowych związanych z tymi procesami. Obecność kopalin towarzyszących w złożach węgla brunatnego bywa sprawcą jeszcze innej sytuacji uzasadniającej celowość gospodarczego zainteresowania się nimi. Każdorazowe wykorzystanie praktyczne jakichkolwiek kopalin wymaga wyprzedzającego rozpoznania geologicznego, analiz ekonomicznych i ekologicznych, wykonania projektów oraz realizacji inwestycji górniczych, m.in. w zakresie komunikacji czy zabudowy. Są one czaso- i kapitałochłonne. W przypadku kopalin towarzyszących istnieje szansa na ich zminimalizowanie. Konieczność realizacji większości z nich jest bowiem nieodzowna z racji uruchomienia wydobycia węgla brunatnego (Bolewski 1978, 1991). Pełną wykładnię związaną z wyjaśnieniem zagadnień dokumentowania i wydobywania kopalin towarzyszących można znaleźć u Ubermana i Niecia (2014). Według Prawa ochrony środowiska (2001) złoża kopalin są prawnie uznaną częścią środowiska przyrodniczego. Zakres tej ochrony obejmuje również kopaliny towarzyszące. Ich wykorzystanie jest zatem uznawane za jeden z warunków racjonalnej gospodarki złożami kopalin, jako składnika środowiska. Szczegółowe zasady gospodarowania złożem kopaliny i związanej z eksploatacją złoża ochrony środowiska określa Prawo geologiczne i górnicze (2011). Są one zdefiniowane w przypadku tych kopalin, których zasoby zostały udokumentowane. Brak natomiast wyraźnie sformułowanych regulacji odnoszących się do postępowania z kopalinami towarzyszącymi, których występowanie jest tylko stwierdzone, ale brak jest podstaw do udokumentowania ich zasobów oraz takich, których obecność może być wykazana dopiero w trakcie eksploatacji złoża. Stąd też Nieć (2010) dla uniknięcia czy rozwiązania takiej sytuacji proponuje posługiwanie się pojęciem złoże kopaliny towarzyszącej. Rozumie się przez nie takie nagromadzenie naturalne, które może być przedmiotem eksploatacji. Sytuacja ta może stanowić podstawę do powstania w przypadku złóż węgla brunatnego zagłębi wielosurowcowych. 3. Przydatność surowcowa kopalin towarzyszących Specyfika budowy geologicznej złóż węgla brunatnego sprawiła, że na etapie ich dokumentowania niekiedy trudno było zidentyfikować kopaliny towarzyszące, a przez to ocenić geologiczno-górnicze warunki zalegania, oszacować zasoby, a przede wszystkim ustalić właściwości surowcowe, determinujące praktyczną przydatność. Rozpoznanie i ustalenie tych parametrów mogło nastąpić dopiero po udostępnieniu złoża, w trakcie jego eksploatacji. Innym czynnikiem uniemożliwiającym pełne i właściwe wykorzystanie tych kopalin był praktykowany zakres badawczy mający na celu ustalenie ich cech fizyczno-chemicz- 21

22 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego nych. Znanych jest wiele takich przykładów, kiedy możliwości analityczne nie były w stanie najpierw zidentyfikować a potem zaproponować przyszłych, możliwych kierunków wykorzystania tych kopalin. Sytuacja ta dotyczyła chociażby kredy jeziornej i wapieni mezozoicznych ze złoża węgla brunatnego w Bełchatowie. Przez długi czas kopaliny te kojarzyły się z surowcami mogącymi mieć zastosowanie w rolnictwie czy w charakterze kruszywa. Dopiero badania wykonane na początku obecnego stulecia wykazały możliwości ich wykorzystania w charakterze sorbentu do odsiarczania gazów poelektrownianych. Sytuacja ta stanowi też przykład skutecznej ochrony zasobów kopalin towarzyszących poprzez poszukiwanie nowych, alternatywnych kierunków ich wykorzystania. Doświadczenia wynikające z tej sytuacji sprawiły, że kopaliny towarzyszące złożom węgla brunatnego według Niecia (2010) mogą być podzielone na dwie grupy: y rozpoznane w trakcie dokumentowania kopaliny głównej; y identyfikacja, także właściwości surowcowych, następuje w czasie udostępnienia złoża węgla brunatnego. Kolejnym warunkiem stymulującym odzyskanie, a w dalszej kolejności również praktyczne wykorzystanie kopalin towarzyszących, jest potrzeba ich selektywnej eksploatacji. Stąd Bolewski (1978) uznał, że możliwe są w tej sytuacji dwa rozwiązania: y technicznie najprostsze, a ekonomicznie niewłaściwe. Sprowadza się to do założenia, że kopaliny towarzyszące nie mogą być spożytkowane na bieżąco. W rezultacie tego może zaistnieć sytuacja nieselektywnego ich składowania na zwałowiskach, czyli de facto pogodzenie się z ich stratą; y ekonomicznie słuszna, a technicznie trudniejsza. Zakłada ona selektywne wybieranie tych kopalin, gromadzenie oddzielnie na składowiskach a następnie wykorzystanie. Długoletnie doświadczenia polskiego górnictwa węgla brunatnego wskazują, że rozwiązanie problematyki kopalin towarzyszących napotyka na trudności. Nadal stanowi ona poważny problem eksploatacyjny, organizacyjny i ekonomiczny. W powszechnym odczuciu jedną z zasadniczych przyczyn niewystarczającego wykorzystania tych kopalin jest również słabe rozpoznanie ich właściwości surowcowych. Rozwiązanie tego zagadnienia wymaga dokładniejszego i bardziej precyzyjnego niż dotąd ustalenia ich natury geologiczno-surowcowej, a więc m.in. wiedzy na temat ich litologii, składu mineralnego i chemicznego, właściwości fizykochemicznych czy surowcowych. W tej wielowątkowości dotyczącej problematyki kopalin towarzyszących węglom brunatnym, ważnym zagadnieniem zdaje się pozostawać to, czy będą one w stanie stanowić źródło surowców liczących się w krajowym bilansie zasobów kopalin. Taka ich rola jest podkreślana od zarania prób rozwiązania tej problematyki. Zwracali na to uwagę już Krupiński (1971) i Bolewski (1978), a później Pajda i Ratajczak (2001a) oraz Nieć (2010). Niejednokrotnie olbrzymie ich zasoby mogłyby pokryć zapotrzebowanie krajowe w przypadku niektórych odmian surowców na kilkadziesiąt lat, a dobra jakość (w wielu przypadkach) daje szansę osiągnięcia następujących efektów: y racjonalnego, oszczędnego wykorzystania nieodnawialnych zasobów kopalin, w miejscach, gdzie podejmowana jest działalność górnicza, a przez to ochrony zasobów kopalin użytecznych zlokalizowanych w innych złożach; y zaoferowanie na rynku surowców o względnie niskich kosztach ich pozyskiwania; 22

23 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH y minimalizację ingerencji w środowisko przyrodnicze przez ograniczenie terenów przeznaczonych pod działalność górniczą. Należy pamiętać też o tym, że możliwości i skala odzysku kopalin towarzyszących są uwarunkowane specyficznym oddziaływaniem na nie czynników pozazłożowych. Ważną rolę w tym względzie odgrywa m.in. stopień rozpoznania bazy surowców mineralnych poza obszarem złóż węgla brunatnego oraz wynikające stąd potrzeby przemysłu mineralnego w skali mikro- czy makroregionu. Stąd też sprzężone oddziaływanie czynników złożowych i pozazłożowych na zakres odzysku kopalin towarzyszących. Kiedyś zwrócił na to uwagę Nowacki (1968), a podkreślił aktualność tych zagadnień Uberman (2012). Wagę tej problematyki na przykładzie kruszywa mineralnego kopaliny towarzyszącej w złożu węgla brunatnego Bełchatów, wykazał Stryszewski (red. 1995). Funkcjonuje w tym względzie pojęcie kryterium sąsiedztwa. Próbuje ono optymalną odległość, na którą uzasadniony będzie transport kopalin towarzyszących lub uzyskanych z nich produktów. Przyjmując różne warianty oceny ekonomicznej, np. w przypadku złóż lokalnych promień tego przewozu nie powinien przekraczać 30 km. Górnictwo węgla brunatnego w warunkach polskich jest w stanie dostarczyć znaczących ilości w krajowym bilansie zasobów kopalin. W trzech krajowych okręgach eksploatacji węgla brunatnego Bełchatowie, rejonie Konina Turka czy Turowie ilość zdejmowanego rocznie nadkładu przekracza 200 mln m 3 rocznie. Część z nich spełnia kryteria kopalin towarzyszących i uzasadnia możliwość praktycznego wykorzystania a przez to i powiększenia bazy zasobów kopalin. Dowodem aktualności problematyki kopalin towarzyszących węglom brunatnym, a także zamierzeń podejmowanych w celu ich rozwiązania są m.in.: y próby rozwiązań formalno-prawnych. Świadczą o tym odpowiednie sformułowania zawarte w Prawie geologicznym i górniczym (2011) a przed tym również treść Wytycznych dokumentowania złóż (1991). Wagę tego problemu dostrzegają też władze resortowe. Widziały one potrzebę wspomagania tej problematyki ze środków publicznych (Jezierski 2002); y obecność niektórych ich odmian w kolejnych edycjach Bilansu zasobów kopalin i wód podziemnych w Polsce ; y uwzględnienie wśród kryteriów waloryzacji gospodarczej złóż węgla brunatnego roli i znaczenia kopalin towarzyszących. Ich obecność, zdaniem Kasińskiego i Piwockiego (1992) prowadzi do wzrostu wartości złóż. Uwarunkowany jest on wielkością zasobów tych kopalin, a także ich charakterem surowcowym. Autorzy wyróżnili wśród tych kryteriów następujące rodzaje tych kopalin: iły ceramiki szlachetnej, piaski szklarskie, kruszywo grube, surowce węglanowe (kreda jeziorna, gytie wapienne), iły ceramiki budowlanej, torfy, kruszywo drobne; y w COB-P Górnictwa Odkrywkowego POLTEGOR powstała i funkcjonuje Baza Danych Geologicznych (BDG) dla złóż węgla brunatnego. Obejmuje ona również informacje dotyczące kopalin towarzyszących uzyskiwane zarówno w okresie rozpoznania, jak i eksploatacji kopaliny podstawowej; y problematyka zagospodarowania kopalin towarzyszących bywała tematem prac Komisji Zasobów Kopalin (Nieć 1992). Zdaniem tego gremium w dokumentacjach 23

24 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego geologicznych brakuje zwykle dostatecznych danych, niezbędnych do projektowania eksploatacji tych kopalin. Zmiana sytuacji wymaga odpowiednich działań i postanowień organizacyjnych oraz inwestycyjnych. Za celowe uważać należy też wspierające działanie administracji państwowej przy pomocy instrumentów prawnych i ekonomicznych; y cyklicznie organizowane konferencje naukowe dotyczące zagospodarowania i wykorzystania kopalin towarzyszących. Są one swoistym forum umożliwiającym przedstawienie wyników badań dotyczących tej problematyki, jak również wymianę doświadczeń czy też wypracowania sposobów i metod zmierzających do zmiany sytuacji; y inicjatywy podejmowane przez niektóre kopalnie węgla brunatnego tematycznie zmierzające do rozwiązania problematyki kopalin towarzyszących. Przykładem tego są kilkakrotnie organizowane przez BOT KWB Bełchatów S.A. spotkania robocze dotyczące tych kopalin i tworzenia złóż antropogenicznych w górnictwie węgla brunatnego. Gromadzą one praktyków zajmujących się tymi zagadnieniami. Surowcowe zainteresowanie się kopalinami towarzyszącymi przez górnictwo węgla brunatnego na terenie Polski posiada długą i dawną historię. Sięga do czasów zamierzchłych, niemal historycznych, a dotyczy nieistniejących już obecnie miejsc wydobycia tej kopaliny. Miało to miejsce chociażby w okolicach Trzcianki, gdzie według istniejących przekazów, eksploatacji węgla towarzyszyło wydobycie i przetwarzanie iłów. Także tereny Ziemi Lubuskiej i funkcjonujące tam górnictwo węgla było silnie skojarzone z problematyką kopalin towarzyszących. Problem ten nie ogranicza się zresztą tylko do polskiego górnictwa węgla brunatnego. Również niemieckie służby geologiczne od lat sygnalizują potrzebę jego rozwiązania w swoim kraju (Drebenstedt 2007). W Polsce, w nowszych, bardziej współczesnych czasach, zagadnienie to pojawiło się w przypadku złóż, w których wydobywanie węgla rozpoczęto tuż po II wojnie światowej. Miało to miejsce w przypadku kopalni Turów. Był to pierwszy uruchomiony jeszcze w latach czterdziestych ubiegłego wieku zakład górniczy na terenie Polski. Rychło, bo już po upływie kilku lat, zainteresowano się zalegającymi w tym złożu iłami ceramicznymi i ogniotrwałymi (Nieć i in. 2004). W uruchamianych w kolejnych latach zagłębiach węglowych również nie pomijano problematyki kopalin towarzyszących. W przypadku konińsko-turkowskiego okręgu węglowego były to iły poznańskie. Zupełnie w innych, szerszych proporcjach zaczęto dostrzegać i rozwiązywać tę problematykę w sytuacji złoża węgla brunatnego w Bełchatowie. Budowa geologiczna tego złoża, wielkość zasobów a także wielość i różnorodność kopalin, mogących spełniać kryteria towarzyszących sprawiła, że problemy te zaczęto dostrzegać znacznie szerzej niż w innych zagłębiach. Próby i propozycje ich rozwiązania stały się też stymulatorami i kreatorami rozwiązań tej problematyki nie tylko w sytuacji tego złoża, ale i całego polskiego górnictwa odkrywkowego. W świetle tego wydaje się, że szeroko rozumiany problem kopalin towarzyszących węglom brunatnym nie powinien być pomijany w planach budowy przyszłych okręgów górniczych. 24

25 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH 4. Złoża antropogeniczne Praktyka wykazała, że próby oferowania odbiorcom przez kopalnie węgla brunatnego kopalin towarzyszących pozyskiwanych niejako przy okazji zdejmowania skał nadkładu posiadały wiele mankamentów. Usiłowania takie nie zawsze kończyły się pozytywnie. Przykładem tego jest chociażby strata części zasobów iłów poznańskich z zagłębia konińskiego przeznaczonych do produkcji keramzytów (w wyniku nieselektywnego składowania) oraz kaolinów i piasków kwarcowych z Bełchatowa (z uwagi na brak możliwości ich składowania). Inną słabą stroną takiego sposobu ich zagospodarowania była nierównomierność dostawy kopalin oraz niekiedy stosunkowo krótki okres ich pozyskiwania. Takie podejście, zwłaszcza w warunkach rynkowych, może istotnie ograniczyć możliwości znalezienia odbiorców dla tych kopalin nawet przy dobrej ich jakości surowcowej (Pajda, Ratajczak 2001b). W tej sytuacji nieodzowne stało się tworzenie oddzielnych składowisk kopalin towarzyszących tzw. złóż wtórnych lub antropogenicznych. Taka możliwość rozwiązania tego problemu wynikała z treści Instrukcji w sprawie zasad i sposobu ustalania zasobów złóż kopalin wprowadzonej przez Prezesa CUG w 1954 roku. W sposób bardziej aktualny zagadnienie to pojawiło się w 1970 roku, a wynikało z dokonywanej wówczas weryfikacji bilansu zasobów kopalin. W przypadku kopalin towarzyszących zakładano możliwość tworzenia złóż wtórnych gromadzących te kopaliny oraz dokumentowania ich zasobów (Nieć 1999). Wnikliwiej o konieczności takiej wspomina Bolewski (red. 1994). Według niego złoża wtórne to nagromadzenia kopaliny użytecznej utworzone przez człowieka w rezultacie zbierania odpadów kopalnianych, przetwórczych, technologicznych i innych, gdy nieznany był sposób ich wykorzystania. Uznanie takiego nagromadzenia za złoże wtórne następuje w chwili przystąpienia do jego wybierania. Według Niecia (1999, 2010) złoża wtórne są to sztucznie formowane nagromadzenia substancji mineralnej (zwały, osadniki) mające cechy użytecznych surowców mineralnych, a kwalifikujące się albo do bezpośredniego wykorzystania albo po odpowiedniej przeróbce. Mogą być one tworzone także przez wydobyte kopaliny, zwłaszcza towarzyszące, niewykorzystane natychmiast np. z powodu zbyt dużej podaży w stosunku do zapotrzebowania. Wykorzystanie kopalin towarzyszących zgromadzonych na zwałach staje się możliwe wówczas, gdy odbywa się ono selektywnie. Składowiska nieselektywne prowadząc do wymieszania różnych kopalin, powodują utratę ich przydatności surowcowej ze względu na stan, w jakim zostały zdeponowane. Gromadzenie kopalin o różnych właściwościach powoduje, że przestają one być kopalinami, a stają się masą skalną lub masą ziemną o nieokreślonej zazwyczaj przydatności. Złoża antropogeniczne stwarzają większą szansę na ochronę zasobów kopalin towarzyszących oraz wykorzystanie ich w sposób dostosowany do potrzeb i wymagań dostawcy. Umożliwiają też uniezależnienie poziomu dostaw gromadzonej kopaliny od poziomu wydobycia. Dodatkowym plusem jest znajomość charakterystyki surowcowej kopaliny zgroma- 25

26 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego dzonej w złożach wtórnych. Sprzyjają też ochronie środowiska naturalnego poprzez zaniechanie eksploatacji kopalin z innych złóż. Problem złóż antropogenicznych wpisuje się w obszar zagadnień związanych z racjonalną gospodarką zasobami surowców mineralnych. Według Niecia (1999) kopaliny w nich gromadzone winny posiadać: y właściwości surowcowe decydujące o ich użyteczności, a poza tym odznaczające się jednorodnością i stabilnością; y zasoby i warunki zalegania umożliwiające podjęcie eksploatacji. Powstanie i funkcjonowanie złóż antropogenicznych według Wiśniewskiego (2003) i Ubermana (2012) wymaga odrębnych nakładów finansowych. Są one związane z: y przygotowaniem inwestycji; y tworzeniem i utrzymaniem złóż (selektywna eksploatacja kopalin towarzyszących i selektywne ich składowanie, formowanie i utrzymanie bryły złoża, koszty załadunku); y likwidacją obiektu i infrastruktury, rekultywacją terenu. Złoża antropogeniczne winny być analogicznie jak nagromadzenia naturalne kopalin, ujmowane w bilansie zasobów kopalin. Ich lokalizację należy także uwzględniać w planach zagospodarowania przestrzennego jednostek administracyjnych kraju. Jak dotąd zasad budowy złóż antropogenicznych nie regulują wyraźnie sformułowane przepisy prawne. Również nie określają one sposobów rozpoznania i wydobywania zgromadzonych kopalin (Sałaciński 2006). Zagospodarowanie kopalin towarzyszących ze złóż antropogenicznych bywa uwarunkowane sytuacją surowcową w mikro- czy makroregionie. Jak już wspomniano, decydującą rolę odgrywa tutaj stopień rozpoznania bazy surowców mineralnych zlokalizowanych poza obszarami złóż węgla oraz wynikające stąd możliwości (lub ich brak) zabezpieczenia potrzeb przemysłu mineralnego. Obecność i funkcjonowanie złóż antropogenicznych może służyć rozwiązaniu tego problemu (Nieć i Uberman 1995; Uberman 2012). Tworzenie złóż wtórnych powinno umożliwić planowanie dalszej działalności gospodarczej okręgów górniczych z chwilą ustania eksploatacji węgla brunatnego. W rozważaniach na temat co dalej po węglu brunatnym? coraz ważniejsze zdaje się być powiązanie problematyki kompleksowego wykorzystania kopalin towarzyszących z planami rewitalizacji obszarów pogórniczych. Zupełnie realnie, aczkolwiek w mniejszej skali, można w nich upatrywać szansy przedłużenia działalności gospodarczej tych obszarów. Istnienie tych złóż daje szansę różnorakich korzyści. Są nimi: y przedłużenie działalności i funkcjonowania dzisiejszych zagłębi paliwowo-energetycznych przy założeniu zmiany profilu, a także rodzaju produkcji; y stworzenie bazy surowcowej w celu powstania zakładów przetwórczych, wykorzystujących zgromadzone kopaliny; y dalsze wykorzystanie infrastruktury i zmniejszenie strat wynikających z jej powstawania, a także ograniczenie napięć społecznych i demograficznych w rejonach lokalizacji złóż po wyeksploatowaniu kopaliny głównej. Cechą różniącą złoża antropogeniczne od nagromadzeń o charakterze pierwotnym (naturalnym) jest możliwość zaistnienia procesów prowadzących do zmiany charakteru surow- 26

27 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH cowego nagromadzonego w nich materiału skalnego. Wynikać to może stąd, że transport kopaliny, sposób jej gromadzenia, interakcje pomiędzy składnikami stają się stymulatorami zmiany ich składu mineralnego, chemicznego czy uziarnienia, a więc cech determinujących właściwości surowcowe. Szczególnie ważne mogą być transformacje związane z oddziaływaniem warunków atmosferycznych. Kopaliny są wówczas poddane złożonym procesom zachodzącym w strefie hipergenezy. W takiej sytuacji prawidłowość gospodarowania złożem wtórnym wymaga bieżącej kontroli jakości surowcowej zgromadzonej kopaliny. Zwrócili uwagę na te zjawiska m.in. Kosk i Kozula (2003). Przeprowadzili oni analizę zawartości CaO w profilu pionowym złoża antropogenicznego kredy jeziornej w Bełchatowie. Do głębokości 4 metrów zawartość ta wynosiła około 48% wag., niżej (4 8 metrów) była podobna, natomiast głębiej (poniżej 8 metrów) malała do 25% wag. (jej minimalna zawartość wynosiła nawet około 18% wag.). Wskazuje to na spadek ilości tego składnika, decydującego o przydatności surowcowej kredy jeziornej wraz z głębokością zalegania. Uzasadnienie słuszności tworzenia złóż wtórnych kopalin towarzyszących znalazło potwierdzenie poprzez analizy ekonomiczne różnych wariantów organizacyjnych zmierzających do rozwiązania tego problemu (Pajda i Ratajczak 1998, 2001b). Były nimi: y selektywna eksploatacja tych kopalin i ich bezpośrednia sprzedaż; y selektywna eksploatacja, gromadzenie w złożach wtórnych a następnie sprzedaż; y selektywna eksploatacja, gromadzenie kopaliny na złożu wtórnym, poddanie procesom uzdatniania, a także przetwarzania technologicznego celem uzyskania gotowych produktów do sprzedaży. Z przedstawionych wariantów najbardziej uzasadniony ekonomicznie okazał się ostatni. Proces zagospodarowania kopalin towarzyszących wskazuje, że lepsze wyniki ekonomiczne uzyskuje się w przypadku ich wykorzystania drogą własnego (przez użytkownika) wzbogacenia i przetworzenia. Takie rozwiązanie posiada też inną istotną cechę umożliwia planowany sposób rozwiązania problemu tych kopalin przez dłuższy czas, również w przyszłości. Ich zasoby są na tyle duże, że nawet w sytuacji gromadzenia na złożach wtórnych stosunkowo niewielkich ich części, istnieje możliwość zapewnienia ciągłości funkcjonowania zakładów przeróbczych przez dłuższy czas. Podjęcie decyzji o uruchomieniu takiej działalności wymaga jednak dodatkowych inwestycji. 5. Ranking znaczenia i kolejność udostępniania złóż węgla brunatnego Prace nad monografią wymagały podjęcia decyzji i zaproponowania rozwiązania dwóch problemów. Były nimi: y wybór rodzaju klasyfikacji złóż i nagromadzeń węgla brunatnego w Polsce, stanowiący podstawę dla dokonania charakterystyki zalegających w nich kopalin towarzyszących; 27

28 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego y selekcja i kwalifikacja odmian kopalin towarzyszących zalegających w tych złożach w celu przeprowadzenia ich charakterystyki surowcowej. W powojennej historii polskiego górnictwa i geologii węgla brunatnego kilkakrotnie podejmowane były próby klasyfikacji złóż i nagromadzeń tej kopaliny. Trzeba przy tym pamiętać, że obok złóż czynnych eksploatowanych według Kasińskiego i in. (2016) na terenie naszego kraju zarejestrowane zostały 163 niezagospodarowane dotąd nagromadzenia węgla brunatnego o charakterze złożowym. W 84 z nich zasoby zostały udokumentowane, a 79 to obszary perspektywiczne. Zdaniem autorów ich lokalizacja na terenie kraju obejmuje osiem rejonów (rys. 1.3). Rys Występowania węgla brunatnego w Polsce z zaznaczeniem rejonów według Kasińskiego i in. (2016) Objaśnienia: A rejon bełchatowski, B rejon koniński, C rejon legnicki, D rejon łódzki, E rejon północno-zachodni, F rejon radomski, G rejon wielkopolski, H rejon zachodni Autorami klasyfikacji krajowych jego złóż i nagromadzeń węgla brunatnego są m.in. Ney (1984); Ciuk i Piwocki (1991) oraz Kasiński i Piwocki (1992, 1993). Autorzy ci przy 28

29 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH ich sporządzaniu brali pod uwagę najbardziej znaczące i ważkie w takiej sytuacji kryteria geologiczno-górnicze. Ale było nim również przyszłe znaczenie gospodarcze tych złóż dla rejonów, w których zalegały. Nie pominięto przesłanek ekonomicznych i sozologicznych, a także wielkości zasobów. Dokonanie jednak selekcji czy klasyfikacji złóż z poziomu aktualnego konfliktu przyszłej eksploatacji ze środowiskiem jest zagadnieniem trudnym. Zdaniem Kasińskiego i in. (2016) ocena tego parametru, choć niesłychanie istotna dla przyszłej eksploatacji, nie ma w pełni charakteru obiektywnego i bywa uwarunkowana aktualnym (a jak się okazuje bardzo często zmieniających się w czasie) stanem formalno-prawnym. Nieco inna jest specyfika metody Analitycznego Procesu Hierarchicznego (AHP Analitic Hierarchy Process). Ułatwia ona dokonywanie optymalnych wyborów w przypadku wielokryterialnych problemów, do których należą zagadnienia dotyczące celowości uruchomienia eksploatacji złóż węgla brunatnego. Opiera się ona z jednej strony na subiektywnych ocenach ekspertów, a z drugiej na obiektywnej analizie elementów złożowych (Uberman, Ostręga 2008). Propozycje wymienionych autorów są w wielu sytuacjach zbliżone. Wyróżniają następujące grupy złóż: y aktualnie eksploatowane; y perspektywiczne; y małe, tzw. lokalne; y aktualnie całkowicie nieprzydatne do wykorzystania gospodarczego. Złoża aktualnie eksploatowane stanowią podstawę umożliwiającą funkcjonowanie trzech krajowych okręgów górniczo-energetycznych: bełchatowskiego, konińsko-turkowskiego i turoszowskiego. Węgiel brunatny wydobywany jest również przez kopalnię Sieniawa. Z uwagi jednak na nieduże wydobycie posiada ona niewielkie znaczenie. Złoża perspektywiczne stanowić mają bazę dla dalszego rozwoju krajowego górnictwa i energetyki opartej na węglu brunatnym. Można do nich zaliczyć również złoża określane jako satelitarne lub rezerwowe. Część z nich jest zlokalizowana w pobliżu istniejących okręgów górniczo-energetycznych. W najbliższych latach w związku z wyczerpywaniem się zasobów węgla w czynnych kopalniach zajdzie potrzeba podjęcia decyzji, a w dalszej kolejności prac udostępniających w przypadku tych właśnie nagromadzeń. O kolejności zamierzeń decydować będzie wiele kwestii. Próby zaproponowania jednolitych kryteriów, umożliwiających stworzenie uniwersalnej listy rankingowej tych złóż jawią się przez to jako skomplikowane. Jednakże w przeszłości w polskiej geologii i górnictwie węgla brunatnego kilkakrotnie podejmowane były takie próby. Tabela 1.1 podaje zestawienie najważniejszych z nich. Były to: y ekspertyza Komitetu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN wykonana pod kierownictwem prof. Romana Neya w 1984 roku. Za perspektywiczne w skali całego kraju przyjęła ona 14 złóż, proponując jednocześnie kolejność ich eksploatacji; y autorami innej byli Kasiński i Piwocki w 1992 roku. W ich przypadku waloryzacja złóż węgla brunatnego uwzględniała kryteria ekonomiczno-sozologiczne; y rozszerzony ranking złóż zaproponowany został przez Kasińskiego, Mazurka i Piwockiego w 2006 roku; 29

30 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego y kolejność autorstwa Ubermana i Ostręgi z 2008 roku. Autorzy przy ustalaniu kolejności udostępniania złóż posłużyli się metodą AHP. Tabela 1.1. Kolejność udostępniania do eksploatacji złóż węgla brunatnego według różnych autorów Ekspertyza PAN, Ney (1984) Kasiński i Piwocki (1994a) Kasiński, Mazurek i Piwocki (2006) Uberman i Ostręga (2008) Trzcianka Mosty Gubin Legnica Zachód Mosty Legnica Wschód Rogóźno Gubin Gubin Legnica Zachód Gubin Brody Legnica Wschód Złoczew Gubin Złoczew Złoczew Legnica Wschód Rogóźno Trzcianka Rogóźno Legnica Zachód Trzcianka Piaski Trzcianka Rogóźno Złoczew Głowaczów Mosty Propozycjom tym trudno pretendować do uniwersalnych. O takich brakach i wynikających stąd konsekwencjach świadczy np. sytuacja mająca miejsce w przypadku złóż węgla z okręgu konińsko-turkowskiego. Istnieją tam udokumentowane zazwyczaj złoża, które z uwagi na swą specyfikę wyłamują się z proponowanych klasyfikacji. A specyfika ta wynika stąd, że z jednej strony mając na uwadze ich zasoby (nie zawsze duże) czy geologiczno-górnicze warunki zalegania, należałoby je zaliczyć do lokalnych. Z drugiej strony ich lokalizacja i najprawdopodobniej rychłe zazwyczaj wykorzystanie każe je zaliczyć do perspektywicznych czy satelitarnych. Problemem kolejności udostępniania złóż węgla brunatnego, najbardziej predysponowanych do zagospodarowania, zajmowali się też Libicki i Tarasiewicz (2005). Za najlepiej rozpoznane i uzasadniające przez to potrzebę eksploatacji uznali oni złoże Ścinawa i sąsiadujące z nim Ruja. Z kolei Kasztelewicz i inni (2010) w proponowanym rankingu umieścili cztery złoża w następującej kolejności: Gubin, Gubin Zasieki Brody, Legnica Zachód, Gostyń Rydzyna. Potrzebę uruchomienia w nich eksploatacji uznali za strategiczną dla dalszego funkcjonowania polskiego górnictwa węgla brunatnego i opartej na nim energetyki. Autorami innej listy rankingowej są Kozłowski i in. (2008). Obejmuje ona 10 złóż uszeregowanych następująco: Gubin, Rogóźno, Mosina, Radomierzyce, Gubin Zasieki Brody, Legnica Zachód, Złoczew, Czempin, Gostyń, Rzepin. Kolejność ta, jak i obecność na tej liście niektórych złóż wydaje się być dyskusyjna. Dotyczy to chociażby nagromadzeń zlokalizowanych w tzw. rowie poznańskim (złoże Mosina usytuowane na terenie Wielkopolskiego Parku Narodowego, plasuje się na trzecim miejscu). Uruchomienie eksploatacji w tych obiektach może okazać się wątpliwe z wielu względów. Zdaniem wielu autorów zajmujących się waloryzacją i ustalaniem kolejności udostępnienia złóż węgla brunatnego m.in. cytowanych Libickiego i Tarasiewicza (2005) oraz Kaszte- 30

31 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH lewicza i in. (2010) jako perspektywiczny dla polskiego górnictwa węgla brunatnego wydaje się być obszar dorzecza środkowej Odry. Zalega w nim 11 złóż węgla brunatnego uzasadniających budowę całkiem nowego zagłębia paliwowego. Sytuację jednak komplikuje fakt, że w przypadku niektórych z nich jawi się problem ochrony środowiska. Dotyczy to obszarów określanych jako Natura 2000, obejmujących m.in. dolinę Odry. W większości przypadków możliwe będzie jednak środowiskowo bezkonfliktowe prowadzenie eksploatacji węgla. Dotyczy to chociażby złoża Legnica Wschód (Ptak 2010). Kolejność udostępniania do eksploatacji złóż węgla brunatnego proponowana przez różnych autorów, jak wynika z zestawienia w tabeli 1.1, jest zróżnicowana. Kolejna grupa obejmuje złoża i nagromadzenia przydatne do ewentualnego zagospodarowania niekiedy poza dużym przemysłem wydobywczym. Ich niewielkie zazwyczaj zasoby bywają niekiedy trudno dostępne a wykorzystane mogą być jedynie do celów lokalnych. Złoża ostatniej grupy bywają też nazywane warunkowymi. Niekiedy spełniają kryteria bilansowości, ale ich udostępnienie nie jest możliwe lub mogłoby okazać się dość problematyczne. Drugi problem dotyczący wytypowania odmian kopalin towarzyszących spełniających ich kryteria okazał się dość skomplikowany. Jak wiadomo, o tym, czy kopalinę można traktować jako towarzyszącą, decyduje fakt spełnienia przez nią określonych parametrów geologiczno-górniczych, surowcowych, ekonomicznych. Bywa jednak, że ich nienajlepszy charakter surowcowy ogranicza lub wręcz dyskwalifikuje praktyczne wykorzystanie. Nie oznacza to jednak zupełnej rezygnacji z ich użytkowania. Niektóre z nich jak np. gliny zwałowe czy pewne odmiany piasków i żwirów uważane za masy ziemne stosowane są w najprostszych technologiach np. do budowy nasypów czy dróg kopalnianych. Zdecydowano więc, że mimo takiego swoistego odstępstwa od pojęcia kopalina towarzysząca niektóre z tego typu odmian nie zostały w monografii pominięte. 6. Koncepcja monografii i jej problematyka W I tomie monografii postanowiono przyjąć następującą koncepcję jej realizacji. Przedmiotem zainteresowania były krajowe złoża i nagromadzenia węgla brunatnego, w przypadku których dysponowano szeroko rozumianą wiedzą geologiczną na temat zalegających w nich utworów niewęglowych. Zdawano sobie jednak sprawę, że w wielu przypadkach jest ona niewystarczająca w kontekście traktowania ich jako kopaliny towarzyszące. Przez to monografia posiada niekiedy znamiona studium geologiczno-surowcowego tych kopalin. W przypadku części złóż eksploatowanych Bełchatowa, rejonu Adamowa Konina i częściowo Turowa, wiedza ta została rozszerzona o dane dotyczące wielkości zasobów kopalin, a zwłaszcza charakterystykę funkcjonujących w nich złóż antropogenicznych. 31

32 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Taka koncepcja monografii znajduje uzasadnienie u Bolewskiego (1991, 1994). Zdaniem tego autora, wykorzystanie praktyczne surowców mineralnych wymaga ich rozpoznania: y mineralogiczno-surowcowego, w zakresie rodzaju i jakości kopalin. Wiadomości na ten temat stanowią uzasadnienie i punkt wyjścia dla działań zmierzających ku ich poznaniu i uruchomieniu produkcji surowców mineralnych. Wymaga to dysponowania niejednokrotnie pogłębioną wiedzą przyrodniczą o kopalinach, umożliwiającą wskazanie ich przydatności praktycznej; y złożowego, określającego charakterystykę geologiczną nagromadzenia kopaliny. W powiązaniu z wynikami rozpoznania mineralogicznego procedura ta umożliwia ustalenie zasobów, zmienności zalegania czy górniczych warunków eksploatacji. Praca stanowi próbę podsumowania dotychczasowej wiedzy na temat kopalin towarzyszących w polskich złożach węgla brunatnego. Obejmuje szeroki przedział czasowy tego typu dokonań. Niektóre przypadki dotyczą przykładów pochodzących sprzed kilkudziesięciu lat.

33 Rozdział 2. Złoża aktualnie eksploatowane Złoże węgla brunatnego Bełchatów 1. Historia odkrycia i badań Bodajże po raz pierwszy obecność węgla brunatnego w rejonie Bełchatowa została zasygnalizowana w wyniku prac geofizycznych przeprowadzonych w czasie II wojny światowej. Wówczas to niemiecka firma SEISMOS sporządziła rekonesansowe zdjęcia rygla Kądrąbia, jednostki strukturalnej tego rejonu. Wyinterpretowane struktury mogły sugerować obecność właśnie węgla brunatnego (Czarnecki i in. 2010). Po wojnie pomiary grawimetryczne w okolicy Radomska w latach prowadził prof. S. Pawłowski. Potwierdziły one występowanie równoleżnikowej struktury tektonicznej tnącej poprzecznie południowo-wschodnią część Niecki Łódzkiej na południe od Bełchatowa. Ponowne prace geofizyczne w tych okolicach wykonało Przedsiębiorstwo Poszukiwań Geofizycznych w Warszawie. Uzyskano zdjęcie geofizyczne, na którym wyraźnie zaznaczył się obszar występowania ujemnych anomalii siły ciężkości o dużych wartościach. W ślad za tym Przedsiębiorstwo Poszukiwań Naftowych z Piły pod koniec 1960 roku rozpoczęło prace wiertnicze na terenie wsi Piaski położonej niedaleko Bełchatowa. Dokładnie 25 listopada 1960 roku wykazano występowanie węgla brunatnego zalegającego na głębokości 127 metrów. Materiał geologiczny pochodzący z tych wierceń opracowany przez Profesora Edwarda Ciuka pozwolił na stwierdzenie obecności siedemdziesięciometrowego pokładu tej kopaliny. W kolejnych latach wykonano 764 otwory wiertnicze o łącznym metrażu wynoszącym 150 kilometrów. Opracowanie uzyskanych dzięki nim materiałów wiertniczych stanowiło podstawę do wykonania w 1964 roku Kompleksowej Dokumentacji Geologicznej Złoża Bełchatów. Została ona zatwierdzona przez Prezesa CUG w dniu 33

34 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego 3 sierpnia 1965 roku. Istnienie złoża węgla brunatnego Bełchatów stało się w ten sposób faktem. Następne kilka lat to dalsze prace geologiczno-poszukiwawcze, ale również dokumentacyjne, mające na celu uzupełnienie Kompleksowej Dokumentacji z 1964 roku. W efekcie tego Prezydium Rządu 17 stycznia 1975 roku podjęło Uchwałę w sprawie budowy Zespołu Górniczo-Energetycznego Bełchatów i powołało Przedsiębiorstwo Kopalnia Węgla Brunatnego Bełchatów w Budowie. Wszystko to sprawiło, że 6 czerwca 1977 roku rozpoczęto górnicze prace udostępniające. Zdjęto pierwsze tony nadkładu i przemieszczono je na zwałowisko. Ponad trzy lata miało upłynąć, aby 19 listopada 1980 roku rozpoczęto wydobywanie węgla. 2. Litostratygrafia skał nad- i podwęglowych Okres pomiędzy zdejmowaniem skał nadkładu a eksploatacją węgla to nie tylko prace górnicze dotyczące udostępnienia tej kopaliny. Prowadzono również roboty terenowe czy wiercono otwory, dzięki którym wzbogaciła się wiedza na temat budowy geologicznej złoża. Dostarczyły one też materiału dotyczącego skał nadwęglowych obiektu zainteresowań w tej monografii. Według Kasińskiego i Piwockiego (1994) nagromadzenie węgla brunatnego w rejonie Bełchatowa powstało w syngenetycznej depresji tektonicznej. Część autorów uważa jednak, że istotną rolę w utworzeniu tego zapadliska odegrały także procesy krasowe, a nawet suberozyjne. Depresję tę wypełniają osady należące do dwóch pięter strukturalnych: dolnego obejmującego osady poczynając od spągu paleogenu do stropu pokładu węgla i górnego gromadzącego część osadów neogeńskich. Osady piętra dolnego uważa się za sekwencję jeziorną, a górnego za utwory przejściowe od jeziornych do fluwialnych. Złoże węgla brunatnego Bełchatów leży w obrębie utworów mezozoicznych Niecki Łódzkiej, w rowie tektonicznym rozciągającym się w kierunku W-E. Ma długość około 6,5 km i szerokość 1 2,5 km. Ogranicza je system uskoków o przebiegu równoleżnikowym i południkowym. Jest to złoże typu tektonicznego. Budowa geologiczna oraz warunki naturalne są powodem podziału złoża węgla brunatnego Bełchatów na trzy części Pola (rys. 2.1). Są to zachodnie Pole Szczerców, położone centralnie Pole Bełchatów oraz wschodnie Pole Kamieńsk. Aktualnie wydobycie węgla prowadzone jest w Polach Bełchatów i Szczerców (fot. 1 i 2). Zasoby Pola Kamieńsk uznano za nieprzydatne przemysłowo. Granice pomiędzy Polami stanowią charakterystyczne naturalne elementy strukturalne. Pole Bełchatów oddzielone jest od Pola Szczerców wysadem solnym Dębina. Pole Kamieńsk odgranicza od Pola Bełchatów strefa uskokowa, tzw. uskok Widawki (rys. 2.2). 34

35 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Lokalizacja odkrywek Bełchatów i Szczerców w obrębie złoża węgla brunatnego Bełchatów wraz z zaznaczonym usytuowaniem składowisk gromadzących skały nadkładu (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015) Rys Przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Bełchatów (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015) Objaśnienia: 1 sól, 2 czapa solna, 3 jura, 4 kreda, 5 kompleks podwęglowy, 6 kompleks węglowy, węgiel niebilansowy, 7 kompleks węglowy, węgiel bilansowy, 8 kompleks węglowy, przerosty piaszczyste, 9 kompleks ilasto-węglowy, 10 kompleks ilasto-węglowy, węgiel, 11 kompleks ilasto-piaszczysty, 12 czwartorzęd, 13 zwałowisko wewnętrzne, 14 granica Q/Tr (czwartorzęd-trzeciorzęd), 15 powierzchnia mycia, 16 strop kompleksu węglowego, 17 spąg kompleksu węglowego, 18 strop kompleksu podwęglowego, 19 uskoki, 20 zarys wyrobiska (stan na ), 21 wyrobisko projektowane Litologię osadów czwartorzędowych, trzeciorzędowej serii brunatnowęglowej oraz podłoża mezozoicznego Pól Bełchatów i Szczerców przedstawia rysunek 2.3. Są na nim zaznaczone również miejsca zalegania osadów uznanych za kopaliny towarzyszące. Profil litostratygraficzny trzeciorzędu w rejonie Bełchatowa według Czarneckiego i in. (1992) obejmuje cztery kompleksy skalne: podwęglowy, węglowy, węglowo-ilasty i ilasto -piaszczysty. Nadkład tych serii stanowią osady czwartorzędowe. W podłożu zalegają natomiast osady jury i kredy oraz skały tzw. kompleksu wietrzeniowego. W granicach złoża wykształcenie litologiczne i strukturalne osadów czwartorzędowych jest zmienne. Dominują utwory piaszczyste, w obrębie których występują w postaci przewar- 35

36 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Fot. 1. Pole Bełchatów widok ogólny odkrywki Fot. 2. Pole Szczerców widok ogólny odkrywki 36

37 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Profile litostratygraficzne serii nad- i podwęglowej w Polach Bełchatów i Szczerców z zaznaczoną lokalizacją zalegania kopalin towarzyszących (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015 oraz Jończyka i Skórzak 2001) stwień o zmiennej miąższości i rozprzestrzenieniu gliny zwałowe, osady zastoiskowe, muły, piaski i żwiry fluwioglacjalne, sedymenty organiczne. Zróżnicowana jest również miąższość utworów czwartorzędu. Waha się ona w granicach od 35 do 80 metrów. Zmiany te są wynikiem urozmaiconej morfologii powierzchni stropowej skał trzeciorzędowych, głębokości erozji w obrębie osadów neogenu oraz intensywności procesów glacitektonicznych. Osady czwartorzędowe występują zarówno w formie ciągłych horyzontów, jak i w postaci nieregularnych przewarstwień oraz soczewek. W strefach lokalnych rozcięć erozyjnych lub deniwelacji powierzchni stropowej neogenu skały czwartorzędowe wykazują znaczny stopień zaburzenia. 37

38 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Najstarsze osady trzeciorzędowe wyróżniono w spągu kompleksu podwęglowego. Stanowią je płaty rumoszu wapiennego skał mezozoicznych o grubości od kilku do 37 metrów. Są to okruchy wapieni ostrokrawędziste, słabo spojone miazgą wapienno-ilastą. Lokalnie obecne też są brekcje węglowo-wapienne oraz żyły zżelifikowanego węgla. Kompleks podwęglowy to miąższy (od 10 do 150 metrów) pakiet osadów piaszczysto- -mułkowo-ilastych z wkładkami pozabilansowymi węgla. Jest on według Wagnera (2001) wyraźnie dwudzielny. Dolna jego część to szare piaski drobnoziarniste i mułki z przewarstwieniami iłów lokalnie węglistych lub marglistych oraz dwoma soczewkami węgla. Powyżej zalega seria skalna mająca nieco inny charakter litologiczny. Wynika to m.in. z obecności w niej licznych wkładek kredy jeziornej. Młodsza część tego kompleksu to piaski drobnoziarniste, często węgliste z przewarstwieniami iłów, a w zachodniej części złoża kredy jeziornej. W serii tej zalega pokład węgla o grubości 4 metrów. W stropowej części spotyka się też niekiedy wtrącenia piaskowców kwarcytowych. Utwory tego kompleksu stanowią bezpośrednie podłoże węgla. Na kontakcie z mezozoikiem wskutek procesów minerałotwórczych i diagenetycznych utworzyła się seria zróżnicowanych litologicznie osadów. Są to m.in. gezy, opoki, margle. W zachodniej części Pola Bełchatów niszowo zalegały kaoliny i piaski kwarcowe, stanowiące również część tego kompleksu. Spąg kompleksu węglowego stanowi warstwa paratonsteinu miąższości 2 5 cm (lokalnie 20 cm), kontaktująca się w spągu z osadami piaszczysto-mułkowo-ilastymi. Kompleks węglowo-ilasty zbudowany jest z różnych litologicznie odmian osadów. Poniżej spągu pokładu zalegają osady ilasto-piaszczyste lokalnie z wkładkami kredy jeziornej. Ponad stropem węgli występują czarne iły zawęglone, w obrębie których obecna jest centymetrowa warstwa paratonsteinów. Powyżej spotyka się osady piaszczysto-mułkowo-ilaste, stanowiące najwyższą część tego kompleksu. Jego cechą charakterystyczną jest zaleganie miąższych osadów zwietrzelin, określanych wcześniej jako kompleks gruboklastyczny. Kompleks ilasto-piaszczysty to piaski brunatne zawierające redeponowane szczątki roślinne. Tworzą go również różnobarwne iły, mające częściowo charakter mułków ilastych. Do literatury i do praktyki złożowej przeszły one pod nazwą iłów beidellitowych. Strop tego kompleksu ma charakter erozyjny, będąc jednocześnie granicą trzeciorzęd czwartorzęd. Wyznacza go warstwa bruków krzemiennych o miąższości dwóch metrów, określona jako powierzchnia mycia. Autorem innej propozycji profilu litostratygraficznego osadów zalegających w złożu węgla brunatnego Bełchatów jest Wilczyński (1992). Należy zwrócić uwagę, że kompleks ilasto-piaszczysty podzielony został w nim na trzy jednostki (formacje) A, B i C (rys. 2.4). Dwie pierwsze z nich autor zaliczył do serii poznańskiej. Analiza profili litologicznych osadów nad- i podwęglowych w złożu węgla brunatnego Bełchatów, a także wieloletnie doświadczenia zarówno służb geologicznych, jak i wynikające z procesów eksploatacyjnych, wskazują na dominację w nich określonych typów utworów. Są nimi skały ilaste, utwory węglanowe, piaskowce i zlepieńce kwarcytowe, osady podłoża mezozoicznego. Osady ilaste są obecne we wszystkich ogniwach litostratygraficznych. Reprezentują je iły beidellitowe, illitowe oraz poznańskie. Iły typu beidellitowego stanowią główną ilastą kopalinę zalegającą w nadkładzie węgli brunatnych. Występują w kompleksie ilasto-piasz- 38

39 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Schematyczny profil litostratygraficzny utworów trzeciorzędowych z rejonu złoża węgla brunatnego Bełchatów według Wilczyńskiego (1992) z zaznaczoną lokalizacją zalegania iłów poznańskich Objaśnienia: I-P kompleks ilasto-piaszczysty, P kompleks podwęglowy, 1 węgiel brunatny, 2 skały okruchowo-ilaste, 3 kreda jeziorna, 4 margle, 5 żwiry czystym w formie pokładów o miąższości od kilku do kilkudziesięciu metrów. Iły typu illitowego spotyka się głównie w podwęglowym kompleksie osadów ilastych. Iły poznańskie obecne są w kompleksie ilasto-piaszczystym. W kompleksie ilasto-piaszczystym zalegają specyficzne odmiany osadów piaskowce i zlepieńce kwarcytowe. Ich obecność ma charakter lokalny, a zaleganie jest trudno przewidywalne. Występują w postaci soczewek lub przewarstwień o rozciągłości od kilkunastu centymetrów do kilkuset metrów i miąższości od kilku centymetrów do 1,5 metra. 39

40 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Skały węglanowe w złożu węgla brunatnego Bełchatów odznaczają się wyraźnym zróżnicowaniem litologicznym. Dominuje wśród nich kreda jeziorna. W miejsce tego terminu, spełniającego zdefiniowane kryteria petrograficzne, używa się także w ich przypadku innych określeń: wapienie jeziorne, gytie wapienne, wapniste iły czy mułki, a także zawapnione węgle brunatne. Z czasem m.in. ze względów praktycznych zaczęto wyróżniać dwie odmiany kredy: białą (wapienie jeziorne) i zawęgloną (gytie wapienne). Później wykazano także obecność ich odmian zsylifikowanych (Ciuk i Piwocki 1980). Skały podłoża mezozoicznego w rejonie Bełchatowa występują w bezpośrednim kontakcie z osadami trzeciorzędowymi. Stanowią one dwa kompleksy odmiennych petrograficznie utworów: y wapieni, y osadów niewapiennych. Wapienie górnojurajskie uległy zróżnicowanym i zmiennie zintensyfikowanym procesom wietrzennym, które doprowadziły niejednokrotnie do zatarcia ich pierwotnego charakteru petrograficznego. Z tej to m.in. racji w strefie tej obecne są także inne odmiany osadów. Są to skały: y średniookruchowe (arenity i waki), y krzemionkowe, y przejściowe (margle, opoki, gezy). Pojawiają się też piaskowce glaukonitowe, a rzadziej konkrecje fosforytowe. W strefie tej spotyka się też rumosz skalny częściowo zlepiony substancją ilastą, żelazistą lub krzemionkową. Z tego powodu lokalnie przybiera on charakter zlepieńcowaty lub brekcjowaty, poli- i monomiktyczny. Wykazano także obecność iłów kaolinowych i beidellitowych. Szczeliny spękań wypełnia zaś opalowa krzemionka. W latach w trakcie dokumentowania złoża węgla brunatnego Bełchatów stwierdzono obecność wysadu solnego. Strukturalnie ma on złożony, mozaikowy charakter. Jest wieku cechsztyńskiego. Średni udział różnych odmian osadów w nadwęglowej części profilu litologicznego w złożu węgla brunatnego Bełchatów jest przedstawiony w tabeli 2.1. Tabela 2.1. Udział różnych odmian osadów w nadwęglowej części profilu litostratygraficznego w złożu Bełchatów według Ciuka (1975) Rodzaj osadów Udział [%] Piaski 68,1 Iły 15,0 Mułki 8,2 Gliny zwałowe 5,5 Żwiry 1,5 Węgiel brunatny 1,7 40

41 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH 3. Kopaliny towarzyszące rodzaje, charakterystyka geologiczno-surowcowa, eksploatacja, przetwarzanie. Złoża antropogeniczne 3.1. Wstęp. Logistyka procedur eksploatacji i zagospodarowania kopalin towarzyszących Odkrywkowa eksploatacja węgla brunatnego w złożu Bełchatów nierozerwalnie związana jest ze zdejmowaniem nadkładu. Jak wspomniano, w przypadku Pola Bełchatów rozpoczęło się ono w 1977 roku. W Polu Szczerców skały nadwęglowe zaczęto wybierać w 2002 roku. Już treść Kompleksowej dokumentacji geologicznej z 1964 roku uzmysłowiła, że część osadów nadkładu spełnia kryteria kopalin towarzyszących. Zostały nawet już wówczas ustalone szacunkowe zasoby niektórych ich odmian (tab. 2.2). W przypadku np. torfów jeszcze w roku 1963 opracowano założenia projektowe, dotyczące ich wykorzystania. Jednak w początkowym okresie funkcjonowania Kopalni niezbędne było skupienie uwagi i środków na problemach eksploatacyjnych i technologicznych związanych z wydobywaniem węgla. Nadkład zaś w sposób nieselektywny był gromadzony na składowisku zewnętrznym. Miało ono powierzchnię około 16 km 2 i objętość 1350 mln m 3. Uformowane zostało do wysokości m n.p.t. Z czasem nazwane Górą Kamieńsk stało się największym wyniesieniem Polski Centralnej a także znanym ośrodkiem rekreacji i sportów zimowych (fot. 3). Trzeba jednak uwzględnić przy analizie tej sytuacji, że w owym czasie istniały ograniczenia formalno-prawne dotyczące możliwości selektywnego eksploatowania kopalin z nadkładu, ich składowania i wykorzystania. Jest to chyba pierwsza tego typu tabela podająca zestawienie kopalin towarzyszących w złożu węgla brunatnego Bełchatów. Jej treść wymaga jednak komentarza. Wynika on z niekonsekwencji stosowanej terminologii w przypadku tych kopalin. Obok nazw litologicznych czy wręcz petrograficznych definiujących poszczególne ich odmiany, znajdują się w niej i takie, które sugerują czy nawet determinują surowcowy kierunek ich wykorzystania. Sytuacja dotycząca kopalin towarzyszących uległa pozytywnej zmianie w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia. Stało się to możliwe dzięki wprowadzeniu ulgi eksploatacyjnej, jak i koncesji w przypadku ich wydobywania i zagospodarowania. W efekcie tego eksploatacja, gromadzenie, przetwarzanie i sprzedaż tych kopalin stały się opłacalne. Zaczęły przynosić zyski. W celu usprawnienia tego procesu Kopalnia poczyniła zmiany organizacyjne. Został powołany najpierw Dział Aktywizacji Kopalin Towarzyszących (w sierpniu 1990 roku). Po pewnym czasie stał się on Sekcją Nadkładu i Kopalin Towarzyszących, będąc częścią Działu Geologicznego Kopalni. Jej główne zadania to: y bieżące rozpoznawanie obecności i zalegania kopalin towarzyszących; y stymulowanie możliwości ich praktycznego wykorzystania; y ewidencja wydobycia. 41

42 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tabela 2.2. Zasoby niektórych odmian kopalin towarzyszących w złożu Bełchatów według Kompleksowej dokumentacji geologicznej (1964*) Rodzaj kopaliny Zasoby Piaski do podsadzki płynnej 11,3 mln m 3 Pospółki piaszczysto-żwirowe Piaski budowlane Iły do produkcji cementu Iły do produkcji ceramiki budowlanej Kreda jeziorna 2,5 mln Mg 42,5 mln Mg 5,2 mln Mg 38,5 mln Mg 13,8 mln Mg Piaski kwarcowe 3,0 mln m 3 Skały wapienne 30,0 mln m 3 Bruki krzemienne Torfy 1,54 mln Mg 2,0 mln Mg * W monografii korzystano z informacji pochodzących z różnych źródeł. Mankamentem takiego postępowania był fakt, że znajdujące się w nich dane liczbowe dotyczące m.in. zasobów kopalin były podawane w różnych jednostkach (nie zawsze obowiązujących i aktualnych). Zdecydowano nie korygować ich, lecz wykorzystać w postaci, w jakich były przytaczane. Taki sposób rozwiązania tego zagadnienia w niektórych przypadkach może jednak budzić zastrzeżenia. Fot. 3. Góra Kamieńsk, największe wyniesienie Polski centralnej. Dawne zwałowisko skał nadkładowych Pola Bełchatów. Ośrodek rekreacyjny 42

43 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Kierownikiem pierwszej z tych jednostek przez kilka lat pozostawał Wojciech Wiśniewski. Jego duże zaangażowanie, różnorakie propozycje, autorstwo wielu referatów i artykułów naukowych sprawiły, że stał się jednym z moderatorów zagadnień zmierzających do rozwiązania problematyki kopalin towarzyszących. Funkcjonowanie najpierw działu, a potem sekcji pozwoliło w sposób planowy i systematyczny podejść do problemów kopalin towarzyszących. Starano się przy tym postępować zgodnie z obowiązującymi procedurami, przepisami i normami, decydującymi przede wszystkim o możliwościach zakwalifikowania ich do odmian towarzyszących. Wydobycie kopalin towarzyszących prowadzone jest zgodnie z zarządzeniem Kierownika Ruchu Zakładu Górniczego Kopalni. Odbywa się na podstawie wpisów służby geologicznej do planu pracy koparek lub specjalnych projektów sporządzonych przez Dział Technologii Górniczej i Dział Geologiczny. Określany jest przy tym rodzaj kopalin, rejony ich występowania, a także parametry surowcowe. W celu wyselekcjonowania odmian kopalin towarzyszących o najlepszych parametrach surowcowych i korzystnych geologiczno-górniczych warunkach zalegania Kopalnia wypracowała własny program postępowania, obejmujący zarówno ich charakterystykę surowcową, jak i warunki wydobycia. Procedury postępowania obejmują następujące czynności: y analizę materiałów archiwalnych obejmujących wyniki dotychczasowych badań, a także klasyfikację próbek kopalin towarzyszących znajdujących się w magazynie z przeznaczeniem do badań laboratoryjnych; y bieżące kartowanie geologiczne skarp; y wiercenia kontrolne zlokalizowane na przedpolu frontów eksploatacyjnych i surowcowe opróbowanie rdzeni wiertniczych; y wytypowanie odmian kopalin nadających się do eksploatacji selektywnej i zaplanowanie warunków ich wydobycia; y nadzór nad selektywną eksploatacją i składowaniem na złożach wtórnych; y bieżące opróbowanie i wykonywanie badań surowcowych kopalin ze złóż wtórnych. Procedury te, graficznie przedstawione na rysunku 2.5 współbrzmią z zasadami, które są niezbędne i konieczne do realizacji w procesach prowadzących do zagospodarowania kopalin towarzyszących. A są nimi: typowanie odmian tych kopalin, ustalenie cech surowcowych umożliwiających prognozowanie kierunków wykorzystania, eksploatację, tworzenie złóż wtórnych, budowę i instalacje zakładów przeróbczych, przetwórstwa i sprzedaż. Podstawą do prowadzenia wydobycia kopalin towarzyszących były koncesje na ich wydobywanie, które Kopalnia uzyskała zarówno dla Pola Bełchatów, jak i Pola Szczerców. Kopaliny towarzyszące wydobywano z wystąpień nieposiadających dokumentacji geologicznych (z tzw. punktów eksploatacyjnych). Czyniono to na podstawie bieżącej oceny parametrów ilościowych i jakościowych, dokonywanej przez służbę geologiczną oraz operatywnych decyzji ruchowych. W efekcie tych zabiegów okazało się, że spośród ponad 20 odmian kopalin niewęglowych zalegających w złożu Bełchatów, a mogących przynajmniej teoretycznie spełniać kryteria odmian towarzyszących (tab. 2.3), można wyróżnić dwa ich rodzaje: y pierwszy to grupa stanowiąca swoiste okręty flagowe wśród tych kopalin. Ich cechy surowcowe, możliwość selektywnej eksploatacji, a także uwarunkowania rynku 43

44 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Logistyka dotycząca procedur eksploatacji i zagospodarowania kopalin towarzyszących przez Kopalnię Bełchatów (Adamczyk i in. 2012a) Tabela 2.3. Kopaliny towarzyszące w złożu węgla brunatnego Bełchatów Pola Bełchatów i Szczerców według Wiśniewskiego (2000a, 2000b zaktualizowana) Nazwa kopaliny, charakter litologiczny Zasoby szacunkowe, zdolność wydobywcza Kierunki wykorzystania Wymagany zakres przetwórstwa (uszlachetnienia) PIASKI i ŻWIRY PLEJSTOCEŃSKIE Pole Bełchatów 42,5 mln Mg piasków i 2,5 mln Mg pospółki Pole Szczerców 760 tys. Mg pospółki i 9,9 mln Mg piasków y odlewnictwo y zabiegi antykorozyjne y budownictwo y podsadzka płynna y drogownictwo y wywarzanie klejów, papierów ściernych y oczyszczanie i uzdatnianie wody płukanie, frakcjonowanie SUROWCE ILASTE Odmiany: y beidellitowe y kaolinitowe y illitowe y warwowe kilkadziesiąt milionów m 3, zdolność wydobywcza do 100 tys. m 3 /rok y ceramika budowlana y wiertnictwo (płuczka) y hydroizolacja składowisk odpadów y hydroizolacja górotworu y rekultywacja gleb piaszczystych y sorbenty y surowiec kaolinowy selektywna eksploatacja oraz składowanie zapewniają możliwość wykorzystania bez procesów uszlachetniających 44

45 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Tabela y produkcja kermazytu, y przemysł cementowy KREDA JEZIORNA Odmiany litologiczne: biała, zawęglona, zsylifikowna. Odmiany technologiczne: czysta, rolnicza i zawęglona kilka mln m 3 na Polu Bełchatów kilka mln m 3 na Polu Szczerców wydobycie do 1 mln m 3 /rok y sorbent SO 2 gazów poelektrownianych y rolniczy nawóz węglanowo- -wapniowy y komponent ekopreparatów do poprawy właściwości gleb y biały cement y wapno palone y kreda techniczna y rekultywacja gleb selektywna eksploatacja i składowanie ponadto y szlamowanie y rozdrabnianie PIASKI KWARCOWE* około 0,5 mln m 3 w zboczu południowym Pola Bełchatów y piasek szklarski klasy 2 i 3 po uszlachetnieniu y wypełniacz mineralny y mączka kwarcowa hydroklasyfikacja POSPÓŁKA KRZEMIENNA (bruki nadwęglowe) okresowe występowanie w Polu Bełchatów, kilka mln m 3 w Polu Szczerców y kruszywo drogowe y mielniki do młynów kulowych y ścierne materiały nasypowe y żwir filtracyjny y piasek do robót antykorozyjnych płukanie, kruszenie, przesiewanie, WAPIENIE kilka mln m 3, wydobycie do 150 tys. Mg/rok y sorbent SO 2 gazów poelektrownianych y kruszywo drogowe kruszenie, przesiewanie PIASKOWCE KWARCYTOWE występowanie rozproszone w nadkładzie y kruszywo drogowe kruszenie, przesiewanie GŁAZY NARZUTOWE do 20 tys. Mg/rok, występowanie rozproszone w nadkładzie, kilka tys. Mg/rok y kruszywo budowlane y kruszywo drogowe y kamieniarstwo kruszenie, przesiewanie OPOKI kilka mln m 3, wydobycie tys. m 3 /rok y roboty drogowe rozluzowywanie zrywarkami ZIEMIA KRZEMIONKOWA (opoka odwapniona) kilka mln m 3 selektywna eksploatacja TORF y niski y przejściowy Pole Szczerców y rekultywacja y podłoża ogrodnicze WODNA PITNA wydajność studni 2 2,5 m 3 /min y wody pitne y napoje smakowe saturacja, butelkowanie * Stan zagospodarowania złoża uniemożliwił wykorzystanie tych kopalin. 45

46 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego zbytu zapotrzebowanie przesądzają o celowości ich eksploatacji. Należą do nich: torfy, piaski i pospółki piaszczysto-żwirowe, niektóre kopaliny ilaste (iły beidellitowe, kaoliny), kreda jeziorna, głazy narzutowe, piaskowce kwarcytowe, wapienie mezozoiczne. Kryteria te spełniają także wody kopalniane; y druga odmiana to kopaliny, które z uwagi na swą wątpliwą niekiedy przydatność użyteczną czy wielkość zasobów itp. można nazwać używając obecnej nowomowy politycznej kopalinami drugiej prędkości. Są to iły (warwowe, poznańskie, illitowe), gliny zwałowe, skały kompleksu podwęglowego (opoki, gezy, margle). Zaliczono do nich również odmiany o wykazanej przydatności surowcowej, ale niemogące zostać zagospodarowane (teraz i w przeszłości) z uwagi na geologiczno-górnicze warunki ich zalegania i związane z tym trudności eksploatacyjne. Są to kaoliny i piaski kwarcowe z kompleksu podwęglowego. W przypadku niektórych z nich aktualne staje się sformułowanie masy ziemne (służby geologiczne kopalni stosują też termin gleba kopalna ). Intensyfikacja prac związanych ze zdejmowaniem nadkładu była różna. W przypadku Pola Bełchatów zamyka się ona w przedziale od około 12 mln m 3 w latach do ponad 135 mln m 3 w roku W odkrywce Szczerców w 2002 roku zdjęto niecałe 3,5 mln m 3, a rekordowa ilość przypadła na 2015 rok i wyniosła 107 mln m 3. Sumaryczny kubatura skał zebranego i przetransportowanego nadkładu w przypadku obu odkrywek w latach przekroczył mln m 3. Z tej masy, nieco ponad 940 mln m 3 przypadło na Pole Szczerców (rys. 2.6). Rys Wielkość wydobycia skał nadkładu w Kopalni Bełchatów w latach (Pola Bełchatów i Szczerców) (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015) 46

47 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Pierwotnie zdejmowanie nadkładu odbywało się w sposób nieselektywny. O jakości surowcowej zdejmowanych skał można było się częściowo zorientować na podstawie informacji zawartych w Kompleksowej Dokumentacji Geologicznej z 1964 roku (tab. 2.2). Nabrzmiewający problem surowcowego wykorzystania skał nadkładu sprawił, że z czasem zaczęto w ich przypadku stosować kryteria decydujące o możliwości wykorzystania, czyli traktowania jako kopaliny towarzyszące. Było to związane z potrzebą selektywnej eksploatacji, a później tworzenia złóż antropogenicznych. Wielkość wydobycia odmian kopalin towarzyszących w przypadku złoża Bełchatów, poczynając od 1988 roku podaje rysunek 2.7. Dane te obejmują lata Dają się zauważyć znaczne fluktuacje w tym względzie. Ilości te w 1990 roku były niemal śladowe, aby w 1996 roku wynieść ponad Mg. Ostatnie lata charakteryzuje raczej stabilna sytuacja dotycząca wielkości ich wydobycia. Zamyka się ona w przedziale od 400 tys. do ponad 800 tys. Mg. Rysunek 2.8 przedstawia procentowy udział poszczególnych odmian kopalin towarzyszących w danym wydobyciu, notowany od początków eksploatacji nadkładu do 2010 roku. Priorytet w tym względzie należy do piasków i pospółki (ponad 30%) oraz kredy jeziornej (ponad 25%). Pozostałe odmiany wydobywanych kopalin towarzyszących to torfy, głazy narzutowe, piaskowce kwarcytowe, wapienie mezozoiczne. Rys Wielkość wydobycia kopalin towarzyszących w latach (Skórzak 2010) Warto prześledzić wielkość wydobycia poszczególnych odmian kopalin towarzyszących w latach (rys. 2.9). Daje się w tym zauważyć absolutną dominację piasków 47

48 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Procentowy udział poszczególnych odmian kopalin towarzyszących w ogólnym wydobyciu ich przez Kopalnię Bełchatów, lata (Skórzak 2010) Rys Wielkość wydobycia poszczególnych odmian kopalin towarzyszących przez Kopalnię Bełchatów w latach (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015) 48

49 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH i pospółek. Dotyczy to całego okresu wydobycia. Przekraczało ono niekiedy 350 tys. Mg rocznie. Inaczej przedstawia się sprawa w przypadku kopalin ilastych. W 2006 roku zebrano je w rekordowej ilości ponad 150 tys. Mg. Niestety z upływem lat zainteresowanie nimi zaczęło wykazywać tendencję wyraźnie spadkową, aby z czasem zupełnie zaniknąć. Wydobywania tych kopalin zaprzestano w 2007 roku. Ta sama sytuacja dotyczyła w pewnym sensie krzemiennej pospółki piaszczysto-żwirowej. W tym samym roku wyeksploatowano ją w ilości zaledwie 60 tys. Mg. Natomiast inaczej wygląda problem wykorzystania wapieni mezozoicznych. Zaczęto je eksploatować w 2002 roku. Jak wynika z danych w ciągu następnych lat daje się zauważyć wyraźny wzrost wydobycia tych kopalin (rys. 2.9). W latach 2007 i 2009 przekroczyło ono 250 tys. Mg. Zastanawiający jest fakt niedużego zainteresowania kredą jeziorną mimo niewątpliwych walorów surowcowych tej kopaliny (podobnie zresztą jak w przypadku beidellitowych odmian skał ilastych). Wydobycie tej kopaliny w kolejnych latach kształtowało się na stabilnym, ale nie wysokim poziomie. Wielkość wydobycia poszczególnych odmian kopalin towarzyszących od początku ich eksploatacji przedstawia rysunek Pierwszeństwo w tym względzie należy do piasków i pospółek (prawie 4,2 mln Mg). Znaczne są także ilości wydobytej kredy jeziornej i wapieni. Zwrócić należy też uwagę na duże zainteresowanie torfami (1,67 mln Mg wydobytych od 2002 roku). Rys Całkowita wielkość wydobycia przez Kopalnię Bełchatów poszczególnych odmian kopalin towarzyszących od początku ich eksploatacji (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015) Od 2002 roku Kopalnia sprzedała odbiorcom zewnętrznym lub zagospodarowała na potrzeby własne 9,7 mln Mg różnych odmian kopalin towarzyszących. Natomiast 4,4 mln Mg 49

50 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego zostało zgromadzone na złożach wtórnych. Procentowy udział sprzedaży zewnętrznej i zużycia własnego w przypadku wszystkich odmian kopalin towarzyszących ilustruje rysunek 2.11, a dla poszczególnych odmian kopalin rysunek Obejmuje on lata Okazuje się, że największy popyt dotyczył piasków i żwirów oraz wapieni mezozoicznych. Rys Procentowy udział sprzedaży zewnętrznej i zużycia na potrzeby własne kopalin towarzyszących wydobytych w latach przez Kopalnię Bełchatów (Skórzak 2010) Rys Wielkość sprzedaży zewnętrznej i zapotrzebowania na cele własne poszczególnych odmian kopalin towarzyszących przez Kopalnię Bełchatów w latach (Adamczyk in. 2012a) 50

51 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Aktualnie Kopalnia wydobywa i sprzedaje piaski i żwiry, wapienie mezozoiczne oraz przetworzone na kruszywo głazy narzutowe. Inny problem, poza selektywnym wydobywaniem kopalin towarzyszących, dotyczył możliwości ich gromadzenia w celu zarówno magazynowania nadwyżek, jak i zapewnienia ciągłości dostaw do użytkowników. Aby go rozwiązać, Kopalnia utworzyła trzy złoża wtórne (antropogeniczne) gromadzące te kopaliny. Są to: y złoże północne. Powstało w 1992 roku. Miało długość około 12 km i zlokalizowane zostało przy zlikwidowanej trasie transportu węgla do elektrowni. Składało się z kilku pryzm o wysokości kilkunastu metrów gromadzących selektywnie kolejne odmiany kopalin towarzyszących. W przewadze była to kreda jeziorna (rys. 2.13, fot. 4). Poza tym osobne złoża gromadziły piaski plejstoceńskie, iły beidellitowe, kaoliny, bruki krzemienne, torfy. Składowisko to zostało zamknięte w 2015 roku. Wówczas też został zlikwidowany punkt sprzedaży kopalin towarzyszących w Piaskach. Pozostała w złożu kreda w całości została zakupiona przez odbiorców zewnętrznych. Przed podjęciem decyzji o likwidacji złoże to gromadziło ponad 450 tys. m 3 kopalin, w tym blisko 290 tys. m 3 kredy jeziornej, 105 tys. m piasków plejstoceńskich, 59 tys. m 3 skał ilastych oraz 2 tys. m 3 bruków krzemiennych; Rys Kopaliny towarzyszące zgromadzone na złożu wtórnym (składowisko zewnętrzne Pola Bełchatów) (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015) y złoże wschodnie. Zlokalizowane zostało na wierzchowinie zwałowiska wewnętrznego pola Bełchatów, przy jego północno-wschodniej granicy. W złożu tym w latach zgromadzono około 1,5 mln m 3 kredy jeziornej; 51

52 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Fot. 4. Kreda jeziorna zgromadzona na północnym złożu wtórnym kopalin towarzyszących Pola Bełchatów, stan z 2012 roku y utworzone przy odkrywce Szczerców. Funkcjonuje ono do 2006 roku (fot. 5). Aktualną ilość kopalin towarzyszących zgromadzonych na tym złożu ilustruje rysunek Zalega w nim około 560 tys. m 3 różnych odmian kopalin. Złoże to obejmuje kilka oddzielnych zwałów. Na dwóch największych dominują bruki krzemienne ponad 370 tys. m 3 oraz piaski (112 tys. m 3 ). Na pozostałych zostały zeskładowane torfy 5200 m 3, iły (ponad 16 tys. m 3 ), gleba kopalna (ponad 34 tys. m 3 ). W 2005 roku utworzono także magazyn próbek kopalin towarzyszących (fot. 6). Gromadzi on ich kolejne odmiany surowcowe z pełną inwentaryzacją dotyczącą m.in. miejsc pobrania (np. otwory pilotowe czy obserwacyjne). W 2012 roku gromadził on 1400 próbek pochodzących z 201 otworów (Adamczyk i in. 2012a). Prawidłowej i optymalnej gospodarce kopalinami towarzyszącymi w złożu Bełchatów służy także Jednolita Baza Danych Geologicznych (JBDG). Powstała w efekcie współpracy z COB-P Górnictwo Odkrywkowe POLTEGOR. W jej ramach funkcjonuje także Baza Kopalin Towarzyszących (BKT). Zawiera ona informacje charakteryzujące geologicznie i surowcowo kolejne odmiany kopalin. Stwarza przez to szansę i możliwości gospodarowania oraz wykorzystania ich najlepszych odmian. Wraz z profesjonalnym oprogramowaniem użytkowym umożliwia projektowanie robót górniczych także w obszarze kopalin towarzyszących (Bednarz i in. 1992). 52

53 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Fot. 5. Złoże wtórne kopalin towarzyszących przy Polu Szczerców, stan z 2012 roku Rys Aktualna kubatura poszczególnych odmian kopalin towarzyszących zgromadzonych na złożu wtórnym Pola Szczerców w Kopalni Bełchatów (według działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015) W celu dalszego udoskonalenia i rozwiązania problematyki kopalin towarzyszących Kopalnia podjęła decyzję o budowie dwóch zakładów przeróbczych. Były to: y Zakład Produkcji Kruszyw o zdolności produkcyjnej 100 tys. Mg rocznie kruszyw łamanych przerabianych na sucho i 50 tys. Mg piasku płukanego (fot. 7). Uzyskiwać w ten sposób można dość szeroki asortyment wyrobów obejmujący 21 odmian kruszyw łamanych i 8 niełamanych. Zakupiono także trzy mobilne zestawy krusząco- -sortujące, koparkę chwytakową oraz młoty hydrauliczne w celu przeróbki wapieni mezozoicznych, głazów narzutowych i piaskowców kwarcytowych; 53

54 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Fot. 6. Magazyn próbek kopalin towarzyszących zlokalizowany na zapleczu Pola Szczerców Fot. 7. Zakład Produkcji Kruszyw y Zakład Przeróbki Kredy (fot. 8). Umożliwia on poprawę jakości tej kopaliny przeznaczonej dla rolnictwa. W tym celu kreda jest wstępnie sortowana. Podziarno gromadzi się na hałdzie. Nadziarno zaś poddawane jest działaniom zgniatania i przesiewania. Po ponownym sortowaniu uzyskuje się z niego gotowy produkt nawóz rolniczy. Zbiorcze zestawienie kopalin towarzyszących ze złoża węgla brunatnego Bełchatów, uwzględniające ich charakter litologiczny, właściwości surowcowe, zasoby, wielkość wydobycia i kierunki wykorzystania, podaje tabela

55 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Fot. 8. Zakład Przeróbki Kredy Jeziornej 3.2. Piaski i żwiry Piaski i żwiry ze złoża węgla brunatnego Bełchatów to utwory plejstoceńskie. Spotyka się w nich soczewki piasków pylastych, mułków, glin z okruchami ksylitów, a także otoczaki opok (fot. 9). Drobnoziarnistość piasków oraz liczne przewarstwienia ilasto-mułkowe ograniczają ich jakość surowcową. Po uszlachetnieniu mogą być wykorzystane w odlewnictwie, w zabiegach antykorozyjnych czy w budownictwie. Można z nich także wytwarzać podsadzkę płynną dla górnictwa podziemnego. Służyć mogą jako materiał schudzający przy produkcji cegły wapienno-piaskowej, klejów i zapraw budowlanych. Najczęściej są jednak wykorzystywane przez Kopalnię do robót makroniwelacyjnych. Służą też do poprawy stateczności skarp zwałowiska zewnętrznego. Żwiry zalegają w obrębie piasków, przyjmują formę warstw o miąższości od 1,5 do 2,5 metra. Zawierają około 85% wag. SiO 2, śladowe ilości połączeń żelaza (0,1 0,2% wag. Fe 2 O 3 ) i 3,5 4% wag. CaCO 3. Ich skład petrograficzny jest następujący (% obj.): y kwarc 15 69; y krzemienie 15 53; y okruchy skał krzemionkowych i krzemionkowo-ilasto-wapiennych około

56 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Fot. 9. Piaski plejstoceńskie z soczewkami odmian pylastych, mułków, glin, a także fragmentami ksylitów i okruchami opok Zawierają znaczne ilości pyłów. Stąd ich wykorzystanie wymaga uszlachetnienia. Dokonywane jest to drogą płukania, sortowania i kruszenia. Żwiry mogą znaleźć zastosowanie w drogownictwie (do budowy mas bitumicznych), do wytwarzania podsypki, przy produkcji papierów ściernych. Według Marka (2003) piaski i żwiry bełchatowskie reprezentują odmiany kopalin, które mogą być stosowane w procesach oczyszczania i uzdatniania wody. Używać je również można do budowy obsypek w filtrach studziennych. W takich przypadkach wskazana jest dominacja w nich kwarcu. Przeprowadzone zostały, z pozytywnym efektem, eksperymenty dotyczące neutralizacji wód podziemnych przez tego typu osady. W Polu Bełchatów zasoby szacunkowe piasków wynoszą 42,5 mln Mg, a pospółki 2,5 mln Mg. Zostały one udokumentowane w kat. C 2. Ich eksploatację zakończono w 2007 roku. Wydobyto ponad 4 mln Mg kopaliny. W polu Szczerców udokumentowano około 760 tys. Mg pospółki żwirowo-piaszczystej oraz 9,9 mln Mg piasków budowlanych. W strefie robót górniczych do 2026 roku należy się spodziewać obecności piasków o korzystnych parametrach zalegania geologiczno-górniczego i w ilości przekraczającej obecne zapotrzebowanie. Piaski wyeksploatowane będą selektywnie składowane na zwałowiskach i zagospodarowywane w stanie surowym lub poddawane płukaniu i frakcjonowaniu. 56

57 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH 3.3. Torfy Kopalina ta została udokumentowana w latach Okazało się, że na terenach przyszłej Kopalni Bełchatów występowało 130 jej nagromadzeń o łącznej powierzchni około 3300 ha i zasobach ponad 27 mln m 3. Wielkość kolejnych obszarów ich występowania wahała się od 50 do 500 ha (Turała, Kozłowski 1975). Torfy powstałe w holocenie zalegają w lokalnych obniżeniach terenu w postaci płatów o miąższości od 0,3 do 1,8 m. Ich odmiany z Pola Bełchatów zakwalifikowano jako torfy rolnicze, mieszankowe i pozanormatywne. Uległy one przesuszeniu i zmineralizowaniu w wyniku odwodnienia złoża węgla. W trakcie robót przygotowawczych, kopalinę tę hałduje się i gromadzi na składowiskach w celu zabezpieczenia przed stratą. Zagospodarowywane są głównie jako ziemia ogrodnicza. Taką przydatność tej kopaliny potwierdziły wykonane badania jakościowe. Torf w połączeniu z węglem brunatnym i kredą jeziorną może stać się kopaliną przydatną do produkcji ekopreparatów polepszających jakość gleby oraz immobilizujących metale ciężkie. Torfy z Pola Bełchatów wydobywano w latach W tym czasie zagospodarowano ponad 1,4 mln Mg tej kopaliny. Z Pola Szczerców torfy pozyskuje się od 1999 roku. W latach wydobyto ponad 150 tys. Mg tych kopalin. Całkowicie zostały wyeksploatowane z rejonu wkopu otwierającego odkrywkę. Zlokalizowane było tutaj największe złoże tej kopaliny Grabek. Odznaczało się korzystnymi warunkami zalegania. Miało też znaczną miąższość ponad 3 metry. Obecnie prowadzi się pozyskiwanie tej kopaliny we wschodniej części odkrywki. Jako ziemię ogrodniczą zagospodarowano około 250 tys. Mg torfów, z czego około 70% sprzedano odbiorcom zewnętrznym, a resztę wykorzystano na potrzeby własne Kopalni. W 2015 roku przeprowadzono badania laboratoryjne torfów pochodzących z Pola Szczerców (Ratajczak red. 2014). Uzyskane wyniki pozwoliły na sformułowanie następujących wniosków dotyczących ich właściwości fizykochemicznych, typu i możliwości wykorzystania: y większość z nich m.in. z racji obecności CaO, MgO, a także K 2 O reprezentuje odmiany wysokie. Nieduże są w nich ilości azotu i fosforu. Ich wilgotność ma charakter zmienny, ale raczej znaczny; y możliwości wykorzystania torfów do celów ogrodniczych wydają się być zróżnicowane. Wartość części parametrów, np. wilgotność, pozwalają zaliczyć je do I klasy jakości. Z kolei jednak gęstość nasypowa, a zwłaszcza zawartość popiołu bywa pozalimitowa. Stąd też pojawiają się wątpliwości w przypadku takiego kierunku ich zagospodarowania; y o rolniczym wykorzystaniu torfów decyduje m.in. wartość ph. Część odmian może służyć do wytwarzania odmian torfów mieszankowych stosowanych w rolnictwie. Inne spełniają kryteria praktykowane w przypadku torfów kompostowych. Takie kierunki wykorzystania potwierdzają również wartości wilgotności, a w mniejszym stopniu popielności; y część z nich nadaje się do bezpośredniego nawożenia gleby. O takim kierunku ich zagospodarowania świadczą też wysokie wartości pojemności jonowymiennej od 153 do 338 mval/kg. Dzięki nim będzie można modyfikować właściwości bonitacyjne gleby. Podwyższona obecność w torfach metali ciężkich sprawia, że każdorazowe rolnicze wykorzystanie powinno wymagać kontroli ich ilości; 57

58 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego y wykonane badania i ich wyniki pozwalają przypuszczać, że torfy (z pewnymi zastrzeżeniami dotyczącymi niektórych cech fizykochemicznych) będzie można stosować do rekultywacji zwłaszcza rolniczej hałd, zwałowisk czy zagospodarowania terenów zdegradowanych i zdewastowanych działalnością górniczą. y w niektórych odmianach torfów wykazano wysokie zawartości CH 4 i substancji ropopochodnych. Być może w ich przypadku zaistnieje szansa innych niż rolnicze kierunków wykorzystania Iły beidellitowe Iły typu beidellitowego są główną odmianą skał ilastych występujących w nadkładzie złoża węgla brunatnego w Bełchatowie. Zalegają one zwykle w formie pokładów, a rzadziej soczewek, w górnej części profilu trzeciorzędowego w obrębie kompleksu ilasto-piaszczystego. Ich przewarstwienia mają miąższość od kilku czy kilkunastu do kilkudziesięciu metrów (fot. 10 i 11). Rozciągłość soczewek dochodzi do metrów. Miąższość zwłaszcza wystąpień pokładowych zależy od ukształtowania morfologicznego spągu. Skały te mają barwę szarą, szaro-niebieskawą, zielonkawą czy zielono-żółtą. Widoczne są w nich okruchy wapieni i margli a także przewarstwienia piaszczyste. W spągowych partiach pojawiają się większe ilości zwietrzelin wapiennych, a także dostrzec można konkrecje żelaziste o wielkości do kilkunastu centymetrów (fot. 12). Fot. 10. Iły beidellitowe z kompleksu ilasto-piaszczystego III poziom eksploatacyjny Pola Szczerców, stan z 2012 roku 58

59 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Fot. 11. Iły beidellitowe z kompleksu ilasto-piaszczystego Pola Szczerców, selektywnie eksploatowane w 2011 roku Fot. 12. Konkrecje żelaziste widoczne w spągowych partiach iłów beidellitowych skarpy południowej IV poziomu eksploatacyjnego Pola Szczerców, stan z 2011 roku 59

60 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Wśród tych osadów stwierdzono obecność trzech odmian litologicznych: iłów, iłów mułkowych i iłów piaszczystych (Wyrwicki 1993). Tym niemniej wyniki badań granulometrycznych uśrednionych odmian iłów świadczą o ich zbliżonym charakterze ziarnowym. Zawartość poszczególnych frakcji wyniosła: y ilasta (poniżej 2 µm): 18,6 23,3% wag., y mułkowa (2 60 µm): 3,4 79,9% wag., y piaszczysta (powyżej 60 µm): 0,4 3,3% wag. Posługując się podziałem Stevensa (1983), można je zaliczyć do iłów lub iłowców słabo pylastych. Według tego samego autora ten typ osadów charakteryzuje duża plastyczność Skład mineralny Skład mineralny iłów beidellitowych z Bełchatowa był przedmiotem badań wielu autorów. Bodajże jako pierwszy problematyką tą zainteresował się Ryszard Wyrwicki. Profesor jest zresztą autorem propozycji, aby tę odmianę iłów nazwać beidellitowymi. Pod koniec ubiegłego wieku ukazało się kilka jego prac dotyczących identyfikacji składu mineralnego tej odmiany skał ilastych. Z upływem lat zainteresowanie nimi zarówno mineralogiczne, jak i surowcowe zaczęło wzrastać. Wynikało to m.in. stąd, że wielorakie okazały się możliwości ich praktycznego wykorzystania. Sytuacja ta stymulowała poniekąd potrzebę dalszych badań mineralogiczno-surowcowych. Wyrwicki (1993) uważa, że głównym minerałem tych iłów jest beidellit, a pobocznym kaolinit. Brak w nich natomiast illitu. Z tych względów zaproponował ich podział na beidellitowe i beidellitowo-kaolinitowe. Pierwsza odmiana charakteryzowała się obecnością beidellitu dochodzącą do 70 80% obj. Według tego autora beidellit obecny w iłach charakteryzuje się zróżnicowaniem budowy wewnętrznej od słabo do dobrze uporządkowanej struktury. Na pozycjach wymiennych w tym minerale obecne są kationy Ca 2+. Nie stwierdził w nich minerałów siarczanowych, siarczków i wodorotlenków żelaza, a także węglanów. Wcześniej Ratajczak i in. (1992) wykazali, że w tych iłach Ca-beidellit obecny jest w ilości 49 69% obj., a kaolinit 5 16% obj. Kwarc występuje w ilości 20 45% obj., a obecność miki (do 3% obj.) i skaleni (do 1% obj.) można uznać za śladową. Badania Majer (2003) wykazały, że w iłach beidellitowych wśród minerałów ilastych dominuje beidellit (20 48% obj.). Kaolinit obecny jest w ilościach od 13 do 25% obj. Autorka uważa również, że iły beidellitowe pozbawione są illitu. Wyniki prac Górniak i in. (1999) oraz Bahranowskiego i in. (1999) wykazały, że w składzie mineralnym tych iłów wśród odmian ilastych dominują smektyt i kaolinit (rys. 2.15). Smektyt jest drobnoziarnistym, dioktaedrycznym minerałem zawierającym w przestrzeniach międzypakietowych kationy Ca i Mg. Tworzy on dwa typy agregatów. Pierwszy z nich budują blaszki o kontaktach ściana ściana, drugi zaś ściana krawędź. Blaszki te mają gładkie, podwinięte brzegi i wielkość nieprzekraczającą 1 μm. Również według Bajdy i Ratajczaka (2005) beidellit obecny w iłach należy do odmian drobnoziarnistych. Tworzy agregaty 60

61 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH składające się z blaszek ułożonych równolegle do siebie. Innym minerałem ilastym jest kaolinit. Dla detrytycznych odmian tego minerału charakterystyczne są płytki. Minerał ten odznacza się niskim stopniem uporządkowania struktury wewnętrznej. W skład materiału okruchowego równomiernie rozmieszczonego w ilastym tle, wchodzą oprócz dominujących, ostrokrawędzistych i słabo obtoczonych ziarn kwarcu także muskowit oraz minerały ciężkie (cyrkon, turmalin, leukoksen). Występują ponadto mikrokonkrecje żelaziste. Są zbudowane z syderytu (z domieszkami izomorficznymi Mn i Ca) i pobocznie goethytu. Rys Ilościowy skład mineralny iłów beidellitowych z kompleksu ilasto-piaszczystego w złożu węgla brunatnego Bełchatów według Górniak i in. (1999) Sałaciński i Gąsiński (2012) wykazali, że dominującym składnikiem tych iłów są minerały należące do grupy smektytów. Dokładne badania ich składu chemicznego, a także analizy rentgenostrukturalne (Gąsiński i Sałaciński 2012) świadczą o tym, że minerały te wykazują znaczne zróżnicowanie składu chemicznego. Można przyjąć, że smektyty charakteryzuje chemizm typowy dla roztworu beidellit-montmorillonit-saponit, przy czym dominuje udział w nich cząsteczki montmorillonitowej. Możliwe jest także występowanie krzemianów mieszanopakietowych beidellit-montmorillonit. Iły beidellitowe z Bełchatowa stanowiły też przedmiot badań Ratajczaka (red. 2012) oraz Ratajczaka i in. (2015a). Ustalono wówczas m.in. ich ilościowy skład mineralny (rys. 2.16). Wynika z niego absolutna dominacja w tych skałach beidellitu. Minerały ilaste reprezentuje poza tym kaolinit oraz odmiany mieszanopakietowe beidellit-montmorillonit. Z minerałów nieilastych wykazano obecność jedynie kwarcu. Iły beidellitowe oznaczają się stosunkowo dużą, jak na skały ilaste, zawartością Al 2 O 3 (22,28 30,57% wag. tab. 2.4). Dość wyraźnie zaznacza się w nich obecność Fe 2 O 3 (2,18 4,21% wag.). Z kolei za niskie można uznać ilości: 61

62 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Krzywa dyfraktometryczna próbek iłów beidellitowych ze złoża węgla brunatnego Bełchatów wykorzystanych w badaniach nad przydatnością tych kopalin do budowy przesłon hydroizolacyjnych w składowiskach odpadów (Ratajczak i in. 2015a) Objaśnienia: B beidellit; K kaolinit, Q kwarc Tabela 2.4. Skład chemiczny iłów beidellitowych z Bełchatowa według Ratajczaka i in. (2015a) Składnik Zawartość [% wag.] SiO 2 57,68 66,32 (61,57) TiO 2 0,31 0,61 (0,47) Al 2 O 3 22,28 30,57 (26,48) Fe 2 O 3 2,18 4,21 (3,57) CaO 0,90 2,63 (1,42) MgO 0,62 1,35 (1,04) MnO 0,01 0,13 (0,02) K 2 O 0,33 0,89 (0,65) Na 2 O 0,03 0,08 (0,06) SO 3 0,05 0,17 (0,10) P 2 O 5 0,0 0,14 (0,06) Straty prażenia 2,90 5,20 (3,86) Zawartość części organicznych 0,32 0,89 (0,50) CaCO 3 1,60 4,69 (2,54) Uwaga: w nawiasach podano wartości średnie. 62

63 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH y alkaliów. Zawartość Na 2 O i K 2 O w sumie nie przekracza niekiedy 1% wag., y CaO mieszczącą się w przedziale 0,9 2,63% wag. Jest to o tyle zastanawiające, że kilku autorów uważa obecny w tych iłach beidellit za odmianę wapienną, y substancji organicznej 0,32 0,89% wag. Oznacza to, że iły te są słabo zawęglone. Śladowe są w nich też ilości siarki (zawartość SO 3 mieści się w przedziale 0,05 0,17% wag.). Zgodnie z przyjętymi przez Wyrwicką i Wyrwickiego (1994) kryteriami oznacza to, że badane iły można zaliczyć do bezwapiennych (poniżej 2% wag. CaCO 3 ) lub słabo wapnistych (2 10% wag. CaCO 3 ) Kierunki wykorzystania praktycznego Możliwości praktycznego wykorzystania iłów beidellitowych okazały się bardzo szerokie. Sprawił to ich skład mineralny, a w nim dominacja wśród minerałów ilastych beidellitu. Według Wyrwickiego (1993), a później Galosa i Kot-Niewiadomskiej (2012) w przypadku tych iłów mamy do czynienia ze szczególnie dużą różnorodnością właściwości fizykochemicznych, a przez to szeroką gamą kierunków zastosowania. Coraz częściej w szeroko rozumianej problematyce utylizacji tych iłów brane są bowiem pod uwagę technologie ochrony środowiska. Wyniki badań, postępy metod analitycznych, wpierw mineralogiczno-chemicznych, a później fizykochemicznych i ich właściwa interpretacja pozwoliły wpierw zaproponować, a potem wykazać następujące kierunki wykorzystania tej odmiany kopalin ilastych: y ceramika budowlana (szeroki wachlarz wyrobów nie tylko ceramiki budowlanej); y sorbenty mineralne, zdolność sorbowania i wymiany różnego rodzaju połączeń mineralnych i chemicznych; y wiertnictwo. Z uwagi na właściwości tiksotropowe tych iłów istnieje możliwość wytwarzania z nich płuczek; y odlewnictwo, z uwagi na ich właściwości wiążące; y rekultywacja gruntów. Naturalna domieszka Ca 2+ stanowi podstawę do wykorzystania w procesach wapnowania gleb w miejsce nawozów sztucznych; y do budowy przesłon hydroizolacyjnych w przypadku składowisk różnego rodzaju odpadów; y do uszczelniania górotworu w kopalniach podziemnych węgla kamiennego (mieszanki samozestalające się); y przemysł cementowy. Po raz pierwszy badania iłów beidellitowych w celu wykazania praktycznej przydatności wykonano w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku. Wykazano wówczas przydatność nielicznych, pojedynczych próbek do produkcji cegły pełnej niższej klasy. Badania te wykazały, że reprezentują one surowiec marglisty, zawierający znaczne ilości siarczków (Adamczyk i in. 2012c). Zasoby tych kopalin oszacowano w 1977 roku. Wykazano wówczas, że 2,8 mln m 3 spełnia kryteria odmian służących do schudzania cementu, a 30,5 mln m 3 do produkcji 63

64 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego glinoporytu. Jednocześnie stwierdzono, że w stopniu ograniczonym nadają się one do wytwarzania wyrobów ceramiki budowlanej i materiałów ogniotrwałych. Uznano jednak, że nie należy ich dyskwalifikować jako surowca ceramicznego. W Kompleksowej Dokumentacji Geologicznej z 1964 roku, gdzie zawarte są te dane, brakuje jednak informacji, czy zostały one sformułowane w przypadku beidellitowej odmiany iłów. Zróżnicowane właściwości surowcowe iłów beidellitowych zdają się świadczyć o ich unikalności. Stąd nie należy się dziwić apelowi Wyrwickiego, który uważał, że należy je chronić poprzez gromadzenie w złożach antropogenicznych. Poniżej przedstawiono i scharakteryzowano niektóre z kierunków praktycznego wykorzystania iłów beidellitowych. Ceramika budowlana Iły beidellitowe reprezentują odmiany plastyczne. Zawartość siarczanów rozpuszczalnych w wodzie jest w nich stosunkowo niska. Po wypaleniu wykazują tendencje do tworzenia niewielkich nalotów. Cechuje je bardzo duża wrażliwość na zmiany termiczne. W trakcie suszenia i wypalania na wyrobach powstają spękania, co powoduje małą odporność na działanie mrozu. Nie są zanieczyszczone marglem *. Tabela 2.5 podaje wyniki badań technologicznych wykonanych w przypadku iłów beidellitowych w celu wykazania ich przydatności jako surowca ceramiki budowlanej. Tabela 2.5. Charakterystyka technologiczna iłów beidellitowych z Bełchatowa jako surowca ceramiki budowlanej według Wyrwickiego (1993) Parametr Wartość Ciężar objętościowy 1,82 2,01 G/cm 3 Pozostałość na sicie 0,06 mm 0,8 11,8% wag. Zawartość CaCO 3 we frakcji 0,5 mm 0,0 0,1% wag. Zawartość siarczanów do 1,16% wag. Ogniotrwałość sp Woda zarobowa 20,5 31,8% wag. Skurczliwość wysychania 9,5 13,6% Porowatość po wypale w 950 C 14,15 26,8% Wytrzymałość na ściskanie po wypale w 950 C w 1050 C 7,2 17,7 MPa 8,1 12,3 MPa Wyniki te, chociaż niekompletne, wskazują na możliwość wykorzystania iłów beidellitowych do produkcji następujących wyrobów: y grubo- i cienkościennych a także cegły klinkierowej. W procesach technologicznych wymagać będą jednak schudzania piaskiem; * Margiel to petrograficznie ilasto-wapienna skała osadowa. W praktyce ceramicznej natomiast stanowią ją większe od 0,5 mm ziarna, okruchy czy konkrecje wapienne, margliste czy kalcytowe, a także węglanowe szczątki organiczne. 64

65 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH y kamionkowych i fajansowych. Decyduje o tym zarówno wysoka plastyczność, niska temperatura maksymalnego spiekania, jak i kremowa barwa spieczonego tworzywa; y o czerepie spieczonym. Właściwości fizyczne spowodowały, że iły beidellitowe z Bełchatowa przez dwa lata były wykorzystywane przez ZZPC Opoczno do wytwarzania płytek okładzinowych (Wiśniewski 1992). Do innych wniosków odnośnie do ceramicznego wykorzystania iłów beidellitowych z Bełchatowa doszli Sałaciński i Gąsiński (2012). Uważają oni, że w stanie surowym nie nadają się one do formowania wyrobów ceramicznych. Powodem tego jest zbyt duża wrażliwość na suszenie. Z kolei obecność węglanów może skutkować powstawaniem defektów na wyrobach ceramicznych. W celu obniżenia plastyczności tych iłów przeprowadzili badania technologiczne z dodatkiem mułku chalcedonitowego i mączki bazaltowej. Spowodowało to obniżenie wartości skurczliwości wysychania i wypalania. Tak spreparowane iły nadal nie spełniały wymagań jakościowych, stanowiących warunek do produkcji wyrobów ceramiki budowlanej. Dość szeroko zakrojone badania na znacznej ilości próbek iłów beidellitowych zostały przeprowadzone w 2009 roku przez firmę FERROCARBO sp. z o.o. Wykazały dość wysoką ich marglistość, a nawet obecność okruchów zwietrzałych skał węglanowych. Domieszki te powodowały obniżenie jakości surowca ilastego, a przy większych zawartościach wręcz eliminację możliwości wykorzystania do produkcji wyrobów ceramiki budowlanej. Wysoka zawartość beidellitu wymuszała z kolei potrzebę schudzania tych iłów. Przeprowadzono takie eksperymenty z dodatkiem piasku i popiołu elektrownianego. Dodatek popiołu w ilości 15% powodował pojawienie się na wyrobach, nie dającego się usunąć, nalotu siarczanowego. Większe ilości popiołu sprawiały pojawienie się trudności w formowaniu kształtek ceramicznych. Zjawiska tego nie zauważono w przypadku dodawania piasku. Możliwości wydobycia i składowania iłów przez Kopalnię w latach były oceniane na około 6 mln m 3. Jest to ilość, która mogłaby stanowić wystarczającą bazę surowcową dla istniejących w centralnej Polsce zakładów ceramicznych czy budowy nowych. W celu uzmysłowienia tej sytuacji można dodać, że w najbliższym otoczeniu Kopalni w 1995 roku funkcjonowało siedem zakładów ceramiki budowlanej, w których zużycie surowca wynosiło około 220 tys. m 3 rocznie. Sorbenty mineralne O sorpcyjnych predyspozycjach skał ilastych decyduje rodzaj budujących je minerałów ilastych, a także ich morfologia, cechy strukturalno-teksturalne, uziarnienie i stopień zdiagenezowania. Taki kierunek wykorzystania kopalin można zdefiniować poprzez ustalenie niektórych cech fizykochemicznych. Są nimi powierzchnia właściwa, porowatość, pojemność jonowymienna, kwasowość według Brönstedta. Wielkości te w przypadku iłów beidellitowych z Bełchatowa były ustalane przez kilku autorów. Zestawienie uzyskanych wartości podaje tabela 2.6. Uzyskane wartości charakteryzujące właściwości fizykochemiczne iłów są porównywalne z wykazywanymi przez inne krajowe skały ilaste uznawane za sorbenty mineralne. Są nimi iły poznańskie i krakowieckie czy górnośląskie bentonity (tab. 2.7). W przypadku iłów beidellitowych z Bełchatowa pozwala to określić je jako umiarkowanie dobre. 65

66 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tabela 2.6. Parametry fizykochemiczne charakteryzujące właściwości sorpcyjne iłów beidellitowych z Bełchatowa według różnych autorów Parametr Według Ratajczaka i in. (1992) Według Bajdy i Ratajczaka (2005) Według Kyzioł i in. (2006) Powierzchnia właściwa [m 2 /g] ,6 32,3 Pojemność jonowymienna [mval/100 g] ,5 29,9 Kwasowość typu Brönstedta [mval NH4/g] 0,331 0,604 0,412 0,581 Porowatość 0,8 0,3 0,2 Tabela 2.7. Zestawienie wartości powierzchni właściwej oraz pojemności jonowymiennej różnych odmian skał ilastych Polski Parametr Powierzchnia właściwa [m 2 /g] Pojemność jonowymienna [mval/100 g] Odmiana skał ilastych iły beidellitowe z Bełchatowa 1 iły krakowieckie 2 iły poznańskie 3 bentonity z Milowic około około 30 około Objaśnienia: 1 Według Ratajczaka i in. (1992); 2 Według Stocha i in. (1977); 3 Według Kłapyty i Żabińskiego (2008). W celu potwierdzenia tych właściwości różni autorzy przeprowadzili badania mające na celu wykazanie możliwości zastosowania tych iłów do sorbowania m.in. kationów metali ciężkich. Wykorzystali w tym celu roztwory testujące, do których wprowadzone zostały związki zawierające te kationy. Według Ratajczaka (red. 2012) iły beidellitowe z Bełchatowa mogą sorbować kationy niektórych metali w następujących ilościach (mval/100 g): Pb: 46 72, Cd: 17 31, Cu: 13,5 25. W przypadku kationów Cr wielkość tej sorpcji według Bajdy i Ratajczaka (2005) wynosi 10,5 25 mval/100 g. Autorzy ci wykazali ponadto, że beidellitowe iły z Bełchatowa mają lepsze zdolności sorpcyjne względem związków Cr (III), a nieco gorsze do Cr (VI). Z pozytywnym efektem w przypadku kationów Co, Cu, Ni, Pb, Zn badania takie przeprowadzili Sałaciński i Gąsiński (2012). Kyzioł i in. (2006) uważają, że iły beidellitowe z Bełchatowa odznaczają się wysoką pojemnością sorpcyjną w stosunku do metali ciężkich. Tworzą one związki kompleksowe z powierzchniowymi grupami hydroksylowymi. Niska ługowalność iłów, ich słabo alkaliczny odczyn, a także wysoka zdolność wiązania kationów metali sprawia, że mogą być brane pod uwagę jako tani, skuteczny 66

67 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH sorbent metali ciężkich. Sytuacja taka oznacza, że iły beidellitowe z Bełchatowa są przydatne jako sorbenty mineralne w przypadku sorpcji kationów niektórych metali ciężkich z roztworów wodnych (w praktyce z zanieczyszczonych wód, płynów technologicznych, cieków). Z uwagi na zbliżone wartości parametrów sorpcyjnych do innych krajowych ilastych sorbentów mineralnych można przypuszczać o możliwościach ich wykorzystania do rekultywacji niektórych nieużytków rolnych, usuwania (poza metalami ciężkimi) kationowych form związków organicznych z roztworów wodnych, wytwarzania ziem odbarwiających. Przydatność tę ułatwia nieduża zawartość węglanów, utrudniających procesy sorpcji oraz chlorytu składnika o niskich wartościach powierzchniowych. Ceramiczne kompozyty nawozowe Tego typu wykorzystanie iłów beidellitowych z Bełchatowa wymaga modyfikacji ich charakteru mineralnego. Eksperymenty takie przeprowadzili Sałaciński i Puff (2007). Potrzeba tego typu badań wyniknęła z dającego się zauważyć trendu zainteresowania nawozami z nisko przetworzonych surowców mineralnych, posiadających naturalną domieszkę bioelementów. Uzyskuje się je drogą produkcji ceramicznych mineralnych kompozytów nawozowych (agrospieków). Proces ten polega na przeprowadzeniu procesu spiekania odpowiednio skomponowanego zestawu surowcowego, zawierającego w swoim składzie zarówno bio-, jak i mikroelementy niezbędne do prawidłowego rozwoju świata roślinnego. Obróbka termiczna odbywa się w temperaturze od 700 do 800 C. Opracowana przez Sałacińskiego i Puff (2001 i 2007) technologia pozwala uzyskiwać ceramiczne kompozyty nawozowe z kopalin towarzyszących w złożach węgla brunatnego. W przypadku złoża Bełchatów badania eksperymentalne przeprowadzono z zastosowaniem iłów beidellitowych i kredy jeziornej. Zakończyły się one powodzeniem. Mieszanki samozestalające się Przeprowadzono badania nad możliwością wykorzystania iłów beidellitowych do tworzenia tzw. mieszanek samozestalających się (Wyszomirski i in. 1999). Miały one na celu sprawdzenie, czy obecność minerałów ilastych typu beidellitu pozwoli na otrzymanie materiału mieszanek o dostatecznie dobrych parametrach fizykochemicznych i mechanicznych umożliwiających wypełnianie podziemnych wyrobisk kopalnianych. Do badań tych przeznaczono popioły lotne pochodzące z elektrowni Bełchatów, które w proporcji wagowej 1:1 wymieszano z iłami beidellitowymi. Następnie do mieszanki tej dodano wody zachowując stosunek 1:1 części stałych. Otrzymana zawiesina uległa samoistnemu procesowi konsolidacji, tracąc stopniowo wilgoć. Samozestaleniu się tej mieszaniny oraz utrudnieniu jej rozmywania sprzyja obecność beidellitu. Skały wzbogacone w ten minerał wykazują możliwość łączenia składników szkieletu ziarnowego, tzn. okruchów szkliwa pochodzącego z popiołów oraz ziarn frakcji piaszczystej i pylastej obecnych w iłach. Pęcznienie tego minerału sprawia zabudowanie przestrzeni porowej, a jego właściwości sorpcyjne pozwalają wiązać szkodliwe składniki chemiczne, które bywają komponentem popiołów. Beidellit wyróżnia się poza tym właściwościami puzzolanowymi korzystnie wpływającymi na utwardzenie sporządzonych mieszanek. 67

68 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Oznaczano niektóre parametry fizykochemiczne i mechaniczne mieszanek popiołowo -mineralnych: wytrzymałość na ściskanie, ściśliwość, rozmakalność. Potwierdziły one możliwość takiego kierunku ich wykorzystania. Można je stosować do podsadzania wyrobisk w kopalniach podziemnych czy wypełniania wyeksploatowanych odkrywek powierzchniowych. Przesłony hydroizolacyjne Celem wykazania zdolności iłów beidellitowych z Bełchatowa do budowy przesłon hydroizolacyjnych w składowiskach odpadów, wyniki ich badań mineralogicznych, chemicznych i fizykochemicznych skonfrontowano z wymogami: y Aprobaty technicznej (2002), y opracowania pod red. Wysokińskiego (2007), y Instrukcji Instytutu Techniki Budowlanej nr 337 z roku, y Rozporządzenia Ministra Środowiska z 2003 roku. Mając na uwadze ten kierunek wykorzystania iłów, badania te były realizowane przez Kopalnię w latach Stały się również przedmiotem analiz R. Ratajczaka i in. (2015a). W efekcie tych badań okazało się, że iły te charakteryzują następujące wartości parametrów fizykochemicznych decydujących o takiej możliwości ich wykorzystania: y zawierają 45 62% wag. ziarn mniejszych od 5 µm. Oznacza to, że można je zaliczyć do najlepszej i dobrej klasy przydatności; y skład chemiczny: SiO 2 ponad 55% wag. (dobra przydatność), a z kolei Al 2 O 3 zawarte w przedziale od 22 do 30% wag. oznacza przydatność najlepszą i dobrą; y wskaźnik plastyczności wynoszący od 61 do 76% nie odpowiada kryteriom przydatności proponowanym przez Aprobatę techniczną ; y dominacja wśród minerałów ilastych beidellitu oznacza, że iły te definiować należy jako średnie lub nieprzydatne do budowy przesłon. Ich wykorzystanie w takim charakterze wymagać będzie, z racji dominacji beidellitu, modyfikacji składu mineralnego. Przy okazji wykazano stabilny, jednorodny skład mineralny tych iłów. Świadczy o tym zestawienie krzywych dyfraktometrycznych próbek użytych do badań (rys. 2.16); y wartości pojemności jonowymiennej są wysokie. Obejmują one przedział wartości od 32 do 57 mval/100 g. Wcześniej Majer (2005) oceniła ją jako mniejszą wynoszącą mval/100 g. Kolejność sorbowania kationów jest następująca: Ca > Mg > K > Na. Uzyskane wyniki badań wskazują, że iły beidellitowe w Bełchatowie odznaczają się dobrymi lub umiarkowanymi wartościami parametrów. Zgodnie z wymogami Aprobaty technicznej (2002) mogą być więc wykorzystane do budowy przesłon hydroizolacyjnych w składowiskach odpadów, warstw rekultywacyjnych, pionowych przesłon iłowych w budowlach inżynierskich, uszczelniania górotworu w kopalniach węgla kamiennego. O przydatności takiej zdaniem Wysokińskiego (2007) przesądza z kolei też wartość niektórych parametrów fizykomechanicznych iłów. Są nimi m.in. wskaźnik plastyczności, współczynnik filtracji czy aktywność gruntów. 68

69 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Iły te charakteryzują się wartościami współczynnika filtracji w przedziale od 9, do 2, m/sek. (wcześniejsze badania wykonane przez Dział Geologiczny Kopalni wykazały wartość tego współczynnika mieszczącą się w przedziale do m/sek.). Zdaniem Wysokińskiego (2007) właśnie ta sytuacja zdaje się przesądzać o spełnieniu przez nie kryteriów przydatności do budowy przesłon hydroizolacyjnych. W celu wykazania przydatności iłów beidellitowych z Bełchatowa do budowy przesłon hydroizolacyjnych oznaczono też wartości współczynnika aktywności A. Stanowi je wartość stosunku wskaźnika plastyczności do ilości frakcji ilastej. Informuje on o zdolnościach skał do wiązania wody. Wyróżniono trzy klasy aktywności: y iły nieaktywne (A mniejsze od 0,75), y iły normalne (A w przedziale 0,75 do 1,25), y iły aktywne (A powyżej 1,25). W badanych iłach współczynnik aktywności zmienia się w granicach od 2,62 do 4,65. Wartości te wskazują, że iły beidellitowe z Bełchatowa należy zaliczyć do klasy osadów wysokoaktywnych, a więc nadających się do budowy przesłon hydroizolacyjnych. Wykazana przydatność iłów beidellitowych ze złoża Bełchatów umożliwiła ich praktyczne wykorzystanie jako kopaliny hydroizolacyjnej w przypadku następujących składowisk odpadów: y komunalnych dla Elektrowni Bełchatów, y popiołów pochodzących z Elektrowni Bełchatów, y w Zakładach Chemicznych w Tarnowskich Górach, y odpadów przemysłowych w hucie cynku w Miasteczku Śląskim (wykorzystano ok. 87 tys. Mg iłów), y odpadów komunalnych w Kąsiu gmina Kamionki, y biobalastu w Łodzi (wykorzystano około 70 tys. Mg iłów). W ponad czterdziestoletniej historii swego funkcjonowania Kopalnia podejmowała wysiłki zmierzające do znalezienia odbiorców kopalin ilastych, głównie iłów beidellitowych. W przeciągu tego czasu zainteresowanie nimi ulegało wyraźnym zmianom. Wykazywane przez nie właściwości i niestabilny niekiedy ich charakter powodowały, że nie zawsze wykorzystanie to miało charakter trwały. Aktualne kierunki wykorzystania iłów beidellitowych ilustruje rysunek Zdecydowanie największa ich ilość jest stosowana do hydroizolacji składowisk odpadów (rys. 2.18). Inne możliwości zagospodarowania jak dotąd nie zostały wdrożone, a w przypadku niektórych nie wyszły poza sferę eksperymentów lub prób technologicznych. Należą do nich m.in. testy przemysłowe wykonane przez cementownię Rudniki, a dotyczące wykorzystania iłów, jako tzw. surowca niskiego do produkcji cementu. Cementownia wykorzystywała w tym celu 120 tys. Mg rocznie. 69

70 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Przydatność użyteczna kopalin ilastych ze złoża węgla brunatnego Bełchatów (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015) Rys Kierunki i wielkość zagospodarowania kopalin ilastych, ze złoża węgla brunatnego Bełchatów (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015) Uwaga: stosowane na rysunku terminy hydroizolacja, bentonity, sorpcja dotyczą kierunków i sposobów wykorzystania iłów przez odbiorców zewnętrznych. Mają charakter handlowy 70

71 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH 3.5. Trzeciorzędowe piaskowce i zlepieńce kwarcytowe Trzeciorzędowy górotwór brunatnowęglowy w Bełchatowie charakteryzuje się obecnością skał sypkich lub plastycznych, niesprawiających trudności eksploatacyjnych ani przy zbieraniu skał nadkładu, ani przy wydobywaniu węgla. Obraz ten niekiedy ulega zmianie. Wynika to stąd, że w profilu litostratygraficznym złoża zaczęto natrafiać na odmiany skał, które z uwagi na cechy wytrzymałościowe odbiegające od typowych osadów serii brunatnowęglowej, nazwano trudnourabialnymi. Ich parametry mechaniczne przekraczają niejednokrotnie wytrzymałość wielonaczyniowych koparek pracujących w układach wydobywczych Kopalni. Stwarzają przez to trudności w procesie zbierania nadkładu. W Kopalni do tego typu skał zalicza się: y wapienie mezozoiczne; y zsylifikowane trzeciorzędowe piaskowce i zlepieńce kwarcytowe; y czwartorzędowe piaskowce i zlepieńce żelaziste. Są nimi też głazy narzutowe. Zaleganie piaskowców i zlepieńców zarówno zsylifikowanych, jak i żelazistych jest nieprzewidywalne. Potęguje to problemy związane z prognozowaniem ich obecności w profilu litologicznym złoża. Miejsca ich zalegania są trudne do ustalenia i niełatwe do okonturowania. W materiałach archiwalnych, w tym także w dokumentacjach geologicznych, znajdują się tylko fragmentaryczne informacje o ich obecności. Obydwie te odmiany osadów występują lokalnie w sposób rozproszony w formie soczewek o rozciągłości od kilkudziesięciu centymetrów do kilkudziesięciu metrów (fot. 13). W przypadku zsylifikowanych piaskowców i zlepieńców kwarcytowych zalegających w kompleksie ilasto-piaszczystym zostało sprofilowane jedno z ich odsłonięć. Przedstawia to rysunek Zalegają w nim zwięzłe piaskowce drobnoziarniste o barwie jasnobeżowej przechodzące w odmiany ciemnoszare. Obydwie odmiany są wyraźnie zsylifikowane. Stropowe ich partie bywają porowate i spękane. Rysunek 2.20 przedstawia graficzny obraz profilu jednego z odsłonięć piaskowców. Zalegają w nim odmiany drobno- i średnioziarniste, zlityfikowane o niewyraźnych teksturach sedymentacyjnych ze słabo zaznaczoną laminacją poziomą. Można w nich dostrzec ślady korzeni roślin w pozycji wzrostu. Wieloletnie doświadczenia służb geologicznych Kopalni pozwalają prognozować, że zaleganie skał trudnourabialnych jest związane z kilkoma poziomami w obrębie profilu litostratygraficznego złoża. Są to: y spągowe partie kompleksu ilasto-piaszczystego; y tzw. powierzchnia mycia będąca kontaktem osadów czwarto- i trzeciorzędowych; y spąg pokładu głównego węgla brunatnego. Osady te reprezentowane są przez skały średnio- i grubookruchowe, zawierające otoczaki krzemieni, dochodzące do 20 cm średnicy. Szkielet ziarnowy stanowią ponadto ziarna kwarcu mające 2 cm średnicy. Wykazują obecność kawern korozyjnych, świadczących o procesach rozpuszczania. Spoiwo zbudowane jest z krzemionki o różnym stopniu krystaliczności. Jest ono typu kontaktowo-porowego lub regeneracyjnego. Budująca je krze- 71

72 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Fot. 13. Trzeciorzędowe zsylifikowane piaskowce i zlepieńce kwarcytowe zalegające w III poziomie eksploatacyjnym Pola Szczerców, stan z 2012 roku Rys Sposób zalegania zsylifikowanych piaskowców i zlepieńców ze złoża węgla brunatnego Bełchatów. Odsłonięcie w kompleksie ilasto-piaszczystym Pola Bełchatów według Bahranowskiego i in. (1997) Objaśnienia: 1 piaskowce; 2 piaskowce z otoczakami żwirowymi; 3 iłowce; 4 zlepieńce; 5 korzenie roślin; 6 powierzchnia erozyjna; 7 oddzielność blokowa 72

73 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Profil litologiczny odsłonięcia piaskowców i zlepieńców kwarcytowych w kompleksie ilastopiaszczystym złoża węgla brunatnego Bełchatów, Pole Bełchatów według Bahranowskiego i in. (1997) Objaśnienia jak na rysunku 2.19 mionka wykazuje tendencje do rekrystalizacji, wynikiem czego jest obecność, obok opalu i chalcedonu, drobnych ziarn autigenicznego kwarcu. Osady te charakteryzuje ciemnobrązowe, niekiedy niemal czarne zabarwienie. Substancjami barwiącymi osady (poza krzemieniami) jest substancja organiczna. Nagromadzenia tych komponentów niekiedy są też rozmieszczone plamiście, przybierając formy globul. Zauważono także spetryfikowane korzenie roślin. Skład chemiczny osadów jest podany w tabeli 2.8. Wysoka wartość stosunku SiO 2 /Al 2 O 3 pozwala zaliczyć osady zgodnie z klasyfikacją Pettijohna i in. (1972) do arenitów kwarcowych. Odznaczają się jednak wysoką obecnością SiO 2 przy niższym udziale pozostałych składników chemicznych. 73

74 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tabela 2.8. Skład chemiczny trzeciorzędowych piaskowców kwarcytowych według Bahranowskiego i in. (1997) Składnik Zawartość [% wag.] SiO 2 95,4 98,1 TiO 2 0,52 0,57 Al 2 O 3 0,17 0,30 Fe 2 O 3 0,10 0,14 CaO 0,20 0,25 MgO 0,02 0,05 MnO ślady Na 2 O 0,01 0,03 K 2 O 0,02 0,04 Straty prażenia 1,55 3,25 Występowanie petrograficznych odmian skał zbudowanych prawie wyłącznie z minerałów z grupy SiO 2 oraz powszechna w nich obecność autigenicznych form krzemionki, uzasadnia nazwanie ich silkretami lub ganisterami (Bahranowski i in. 1997). Termin ten oznacza utwory zlityfikowane, składające się głównie z ziarn kwarcu i spoiwa krzemionkowego. Powstały one w wyniku sedymentacyjnej sylifikacji osadów tarasów rzecznych i delt jeziornych, w strefach korzennych roślin. Źródłem krzemionki były procesy rozpuszczania okruchów krzemieni, dostarczonych do rowu Kleszczowa z wietrzejących skał węglanowych podłoża mezozoicznego. Mogły tworzyć się w efekcie zaistnienia, w okresie ich formowania, znacznych deniwelacji terenu. Jednocześnie pojawiły się sprzyjające warunki klimatyczne (klimat półsuchy) i tektoniczne (okres spokoju orogenicznego). Zmiana ph z alkalicznego na kwaśne, panujące w torfowiskach, mogła skutkować strącaniem się krzemionki. Możliwe jest też wytrącanie się SiO 2 z roztworów żelowych. Różnorodność genetyczna tych osadów jest zapewne sprawcą wspomnianych trudności w prognozowaniu miejsc zalegania tych utworów. Rocznie pozyskuje się do kilkunastu tys. Mg tej kopaliny. Po przeróbce wykorzystuje się ją w charakterze kruszywa drogowego, głównie na potrzeby własne Kopalni, do budowy dróg technologicznych. Ogółem wydobyto i przerobiono na kruszywo 320 tys. Mg. Z tego typu skał trudnourabialnych w Zakładzie Kruszyw produkowane są dwa rodzaje kruszywa łamane i niełamane. W pierwszym przypadku ich asortyment obejmuje: piaski i grysy granitowe, kliniec kwarcytowy, tłuczeń granitowy i kwarcytowy, kruszywo wapienne i krzemienne, kamień granitowy łamany (dekoracyjny), żwir filtracyjny, otoczaki krzemienne. Piaskowce i zlepieńce kwarcytowe są kopalinami towarzyszącymi nieposiadającymi udokumentowanych zasobów. 74

75 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH 3.6. Krzemienna pospółka piaszczysto-żwirowa tzw. bruki krzemienne Krzemienna pospółka piaszczysto-żwirowa, tzw. bruki krzemienne, występująca w nadkładzie złoża węgla brunatnego Bełchatów, jest górnomioceńskim osadem gruboklastycznym zalegającym w spągowej części kompleksu ilasto-piaszczystego. Stanowi ona poziom sedymentacyjny nazywany powierzchnią mycia, będący granicą stropową wyznaczającą powierzchnię nieciągłości erozyjnej pomiędzy osadami trzeciorzędu a utworami czwartorzędowymi. Uznana jest za charakterystyczny poziom litostratygraficzny odróżniający się wyraźnie od zalegających wyżej i niżej osadów. Spotykana w Polu Szczerców odznacza się wyklinowaniem warstw, występowaniem soczew piaszczystych oraz zaburzeń związanych z glacitektoniką złoża (Frankowski i in. 2005, Jończyk i in. 2003, fot. 14). Fot. 14. Bruki krzemienne zalegające w skarpie zachodniej VI poziomu eksploatacyjnego Pola Bełchatów, stan z 2012 roku Osady te to głównie gruboziarniste piaski, niekiedy wyraźnie kwarcowe o brunatno-beżowej barwie i zróżnicowanym uziarnieniu. Część z nich, na skutek domieszek ilastych, posiada charakter mułkowy. Charakteryzują się zawartością SiO 2 rzędu 95% wag., Fe 2 O 3 do 0,2% wag., a ilość CaCO 3 nie przekracza 4% wag. Głównym ich składnikiem petrograficznym są krzemienie i kwarc. 75

76 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Miąższość ich warstw jest znacznie zróżnicowana. Mieści się w przedziale od kilkunastu centymetrów do niemal 20 metrów. W związku z bardzo zmiennymi warunkami geologiczno-górniczego zalegania ich zasoby są trudne do oszacowania. Kopaliny stanowiące ten typ osadów są uszlachetniane w Zakładach Produkcji Kruszyw. Po przeróbce wykorzystuje się je w charakterze kruszywa drogowego lub do podbudowy kopalnianych dróg, placów, a także ciągów drenażowych. Wyseparowane otoczaki krzemienne mogą stanowić mielniki do młynów kulowych. Przeprowadzono także badania testy eksperymentalne, mające na celu wykazanie możliwości stosowania ich do produkcji mas bitumicznych jako substytutu bazaltu oraz do wytwarzania posypki na papier ścierny. Przedmiotem ich selektywnej eksploatacji są pokładowe nagromadzenia pospółki o miąższości ponad 2 metry. Możliwość wydobywania tych kopalin w Polu Bełchatów istniała do 2011 roku. Rocznie wydobywano kilkadziesiąt tysięcy Mg. W Polu Szczerców pozyskiwanie bruków rozpoczęto w 2009 roku. Ich zasoby w konturze planowanej eksploatacji oszacowano na około 6 mln Mg. W 2009 roku selektywnie wyeksploatowano około 50 tys. Mg tej kopaliny. W 2010 roku i kolejnych do wydobycia i zagospodarowania możliwe będzie około 200 tys. Mg. Ogółem od początku eksploatacji bruków krzemiennych wydobyto i zagospodarowano około miliona Mg tej kopaliny, głównie z Pola Bełchatów Kreda jeziorna Złoże węgla brunatnego Bełchatów jest jedynym miejscem w kraju, gdzie wykazano występowanie trzeciorzędowych wapieni jeziornych. Kreda jeziorna jest jedną z najważniejszych i najbardziej interesujących surowcowo kopalin towarzyszących w złożu węgla brunatnego Bełchatów. Od początku zainteresowania poznawczego czy praktycznego, ciążyło nad nią swoiste fatum. W pierwszych dokumentacjach geologicznych była wręcz pomijana. Potem długo niedoceniana, a przez to nieselektywnie składowana na zwałowiskach. Tymczasem badania dotyczące nie tylko składu mineralnego i chemicznego, ale głównie właściwości fizykochemiczne wskazywały na szerokie, a niekiedy wręcz unikalne jej właściwości utylitarne. Duże zasoby tej kopaliny stwarzały i stwarzają nadal duże nadzieje na to, że swoiste pięć minut dotyczące jej praktycznego wykorzystania zdają się nadal pozostawać przed nią. Bodajże jako pierwszy warunki jej geologicznego zalegania opisał Piwocki (1967). Później tą samą problematyką, a także potrzebą składowania tej kopaliny na złożach wtórnych, zajmowali się m.in. Kuszneruk (1994), Kuszneruk i Wiśniewski (1998) oraz Wojciechowski i Kuszneruk (1994). Zainteresowania części autorów dotyczyły jej wieku (m.in. Woźny 1968, Wagner i Matl 2007). Podejmowano także próby odtworzenia warunków sedymentacji kopaliny. Czynili to Wagner i in. (2000) oraz Wagner (2007). Dużo prac dotyczyło składu mineralnego i charakteru petrograficznego tych osadów. Autorami ich są m.in. Szwed-Lorenc i Rascher (1982) oraz Wyrwicki (1994). Ale największe zainteresowanie badawcze 76

77 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH zaczęły budzić możliwości praktycznego wykorzystania. Okazały się one bardzo różnorakie poczynając od rolnictwa poprzez przemysł mineralny, a kończąc na wykorzystaniu jej w charakterze sorbentów mineralnych pochłaniających SO Geologiczne warunki zalegania Występowanie kredy jeziornej w rejonie Bełchatowa zostało stwierdzone w trakcie prac poszukiwawczych za węglem brunatnym. Miało to miejsce w latach W otworze wiertniczym Piaski wykazano wtedy obecność obfitych jeziornych utworów wapnistych. Jednak w Kompleksowej Dokumentacji Geologicznej złoża węgla brunatnego Bełchatów z 1964 roku nie wzmiankowano na temat tych osadów. Nie wzięto ich także pod uwagę w późniejszych dokumentacjach. Dopiero Kompleksowa Dokumentacja Geologiczna z 1983 roku uwzględniła jej obecność, określiła zasoby geologiczne w obrębie dwóch pól eksploatacyjnych złoża Bełchatów. Nieco później występowanie tej kopaliny stwierdzono też robotami górniczymi. W profilu trzeciorzędu węglonośnego zaleganie tej kopaliny ma miejsce w kilku jego ogniwach litostratygraficznych. Najczęściej spotykano ją w przystropowej części kompleksu węglowego nazywanego lokalnie wapienno-węglowym (rys. 2.21, fot. 15.). Osady te mogą też facjalnie zastępować w nim węgiel. Wkładki tych osadów stwierdzono także, chociaż w mniejszych ilościach, w kompleksie ilasto-węglowym, jak również w obrębie kompleksu podwęglowego. Rys Przekrój geologiczny przez Pole Bełchatów z zaznaczonym zaleganiem kredy jeziornej według Ciuka i Piwockiego (1980) Objaśnienia: czwartorzęd: 1 piaski, gliny zwałowe; trzeciorzęd część górna; 2 iły, mułki, piaski; 3 warstwa rumoszu i otoczaków; trzeciorzęd seria środkowa i dolna: 4 węgiel brunatny; 5 utwory wapniste; 6 piaski, mułki, iły, mułowce, iłowce, iłołupki; podłoże mezozoiczne: 7 wapienie, margle Geologiczne warunki zalegania kredy jeziornej w Polach Bełchatów i Szczerców są nieco odmienne (Wagner i in. 2000). W Polu Bełchatów obecność tej kopaliny ogranicza się do niezbyt rozległych powierzchniowo, izolowanych zbiorników. Występuje ona w formie mniejszych i litologicznie monotonnych serii wapiennych. Inne odmiany np. węgliste, zalegają jedynie w wąskich strefach wokół tych zbiorników. W Polu Szczerców natomiast wapienie jeziorne są obecne na przeważającym jego obszarze. Reprezentują je zróżnicowane 77

78 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego litologicznie odmiany tych skał. Ograniczenie ich lateralnego zasięgu jest związane z tektonicznymi zaburzeniami pokładu mającymi miejsce w rejonie wysadu solnego Dębina. Fot. 15. Kreda jeziorna odsłonięta w skarpie zachodniej V poziomu eksploatacyjnego Pola Szczerców W Polu Bełchatów kreda jeziorna występuje przy południowej granicy złoża. Kontaktuje się ona z jurajskimi i kredowymi wapieniami rowu tektonicznego Kleszczowa. Jej obecność w obrębie pokładu węgla wykazuje wyklinowanie w kierunku północnym i wschodnim. Natomiast od zachodu rozprzestrzenienie jest ograniczone obecnością rozległego piaszczystego stożka napływowego (Wagner 2007). W Polu Szczerców wyróżniono dwa ciągłe różnowiekowe horyzonty kredy. Poziom starszy występuje głównie w dolnej części kompleksu węglowego. Młodszy znany jest z górnych partii tego kompleksu. Obydwa poziomy rozdziela kilkudziesięciometrowa seria węglowa. Rozpoznanie, a następnie dokumentowanie geologiczne kredy jeziornej w obrębie pola Bełchatów wykazało obecność trzech rejonów jej zalegania: y obszar Czyżów o zasobach szacunkowych 6,9 mln Mg. Kreda została stąd wyeksploatowana w latach W celach rolniczych wykorzystano 160 tys. Mg kopaliny; y obszar południowy o zasobach szacunkowych 5,1 mln Mg. wydobywanych w latach Na składowisku zgromadzono 1,5 mln Mg; y obszar północny o zasobach szacunkowych 3,9 mln Mg. Eksploatację w tym rejonie prowadzono w latach Na obszarze Pola Szczerców wydzielono 6 obszarów zalegania kredy. Jej zasoby szacunkowe wyniosły 20,9 mln Mg. Oceniono, że 7,1 mln Mg kopaliny nadaje się do wydobycia. Całkowite zasoby tej kopaliny stwierdzone w Bełchatowie stanowią 35% łącznych udokumentowanych zasobów krajowych. Mapa (rys. 2.22) przedstawia rozkład miąższości osadów kredy jeziornej w Polu Szczerców złoża węgla brunatnego Bełchatów. Waha się on od kilkunastu do kilkudziesięciu metrów. Badania mające na celu ustalenie wieku osadów kredy dotyczyły zachowanych w nich muszli ślimaków, a także kości ssaków. Pozwalają określić ich wiek na środkowy mio- 78

79 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH cen (Woźny 1968). Odpowiada on dolnej części badenianu lub też wskazuje na karpatian. Podobnie datowane są szczątki malakofauny. Z kolei w wyniku korelacji stratygraficznej trzeciorzędu, przeprowadzonej na podstawie zalegania paratonsteinów i tufitów z polskich nagromadzeń węgla brunatnego oraz pochodzących z zapadliska przedkarpackiego wydaje się, że osady wapienne z Bełchatowa są starsze i odpowiadają dolnemu miocenowi (Wagner 2007). Rys Mapa całkowitej grubości kredy jeziornej w Polu Szczerców złoża węgla brunatnego Bełchatów według Wagnera 2007 Objaśnienia: 1,2,3,4 obszary maksymalnej grubości Badania malakofauny i jej palinologia potwierdziły zróżnicowanie wiekowe horyzontów kredy jeziornej z Pola Szczerców (Wagner 2007). Poziom starszy jest dolnomioceński. Odpowiada to w schemacie miocenu morskiego Paratetydy ottangowi i karpatianowi. Młodszy poziom zaliczono do miocenu środkowego, a jego lokalną górną część do przełomu miocenu środkowego i górnego (baden i sarmat) Charakterystyka petrograficzno-chemiczna Pierwotnie nawiercone w 1961 roku osady określono jako wapniste utwory słodkowodne. Późniejsze badania wykazały, że stanowi je kreda jeziorna, spełniająca zdefiniowane kryteria petrograficzne (Bolewski i Parachoniak 1988). Wyróżniono dwie odmiany kredy. Jedną zaczęto nazywać kredą białą (wapienie jeziorne) a drugą zawęgloną (gytie wapienne). Później stwierdzono także obecność zsylifikowanej jej odmiany. Występuje ona najrzadziej spośród wymienionych odmian. Ma miejscami charakter czertów. Ostro odgranicza się od odmian zalegających w stropie i w spągu. Można ją rozpoznać wskutek wyraźnego wzrostu twardości i zwięzłości (Barczuk i Wyrwicki 1999). 79

80 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Wagner (2007) w profilach kredy jeziornej z Bełchatowa wyróżnił sześć jej odmian litologicznych. Uwagi o litologii i genezie tej kopaliny można znaleźć u Tomaszewskiego i Cygana (1986). Natomiast wspomniani Barczuk i Wyrwicki (2001a,b) są autorami jej pierwszej bodajże analizy mikroskopowej. Kreda jeziorna zaliczana jest do aukaustobiolitów, czyli niepalnych osadów biogenicznych. Jest skałą osadową, którą klasyfikuje się w grupie skał węglanowych (wapieni) pochodzenia lądowego. Znana jest głównie z dennych osadów plejstoceńskich i holoceńskich jezior, natomiast w utworach starszych jest prawie nienotowana. Stąd też jako ewenement należy traktować jej zaleganie w osadach miocenu złoża węgla brunatnego w Bełchatowie. Wapienie jeziorne z Bełchatowa są osadami chemicznymi i biogenicznymi zróżnicowanymi pod względem petrograficznym. Zróżnicowanie to jest efektem dużej zmienności zarówno ich cech strukturalno-teksturalnych, jak i składu mineralnego, w tym głównie zawartości kalcytu i substancji węglistej. Pozwoliło to wyróżnić w złożu wspominane odmiany litologiczne kredy jeziornej białą i zawęgloną. Odmiana biała zawiera ponad 90% wag. CaCO 3, około 5% wag. substancji węglistej i poniżej 2% wag. składników terygenicznych, głównie kwarcu. W odmianie zawęglonej zawartość uwęglonej substancji organicznej stanowi około 25 35% wag., ilość CaCO 3 kształtuje się na poziomie 60 65% wag., Materiał węglowy występuje śladowo w formie submikroskopowego pigmentu, drobnego pyłu czy detrytusu uwęglonych roślin, a także fragmentów ksylitów (mikrofot. 1). Mikrofotografia 1. Kreda jeziorna odmiana zawęglona. Widoczny detrytus uwęglonej substancji organicznej. Mikroskop polaryzacyjny Xp Gytie wapienne charakteryzują się ciemnym zabarwieniem od ciemnoszarego do ciemnobrunatnego. Spowodowane to jest znaczną ilością drobno rozproszonej uwęglonej substancji organicznej. Jej obecność wpływa na zmniejszenie porowatości przy jednoczesnym zwiększeniu zwięzłości i twardości skały. Można zauważyć różnych rozmiarów fitoklasty, będące uwęglonym detrytusem roślinnym lub fragmentami ksylitów. Lokalnie grupują się one w formy niewyraźnych, nieregularnych lamin lub wydłużonych soczewek. Gytie, wysychając, kruszą się i pękają. Wykazują przełam ziarnisty. 80

81 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Lokalnie, zarówno kreda jeziorna, jak i gytie, bywają silnie zsylifikowane (mikrofot. 2). W ten sposób wyróżnić można trzecią odmianę tych osadów. Minerały SiO 2 przybierają w niej postać głównie drobnoziarnistego kwarcu stanowiącego 60 70% obj. skały, a wykrystalizowanego częściowo z opalu czy chalcedonu. Źródłem krzemionki mogły być procesy przeobrażeń materiału piroklastycznego, prowadzące do uwolnienia SiO 2. Mikrofotgrafia 2.Kreda jeziorna odmiana zsylifikowana. Widoczny proces zastępowania kalcytu opalem i chalcedonem. Mikroskop polaryzacyjny, Xp Wapienie jeziorne z Bełchatowa są skałami poligenicznymi tj. złożonymi z morfologicznie zróżnicowanych składników, które można sklasyfikować w dwóch grupach: jako allochemy czyli komponenty ziarniste oraz mikryt kalcytowy (otrochemy) będące zasadniczym składnikiem tych skał. Zgodnie z klasyfikacją Folka (1959) spełniają one kryteria odmian mikrokrystalicznych, zawierających na ogół mniej niż 10% allochemów szkieletowych czyli biomikrytu. Podrzędnie występują odmiany zawierające więcej niż 10% allochemów. Według późniejszej klasyfikacji Dunhama (1962) można je uznać za mudstone i wackstone, niekiedy nawet packstone. Dość dobrze charakter petrograficzny tych skał oddaje klasyfikacja Leightona i Penderstera (1962). Zgodnie z nią można je zaliczyć do odmian mikrytowo -biogenicznych (gdy zawierają poniżej 10% składników szkieletowych) lub wapieni biogeniczno-mikrytowych (kiedy ilość składników szkieletowych przekracza 10%). Klasyfikacja Wrighta (1992) pozwala nazwać te wapienie cementstone. Uśredniony skład chemiczny odmian litologicznych kredy jeziornej zalegającej w złożu węgla brunatnego Bełchatów jest podany w tabeli 2.9. Rezultaty te są bardzo zbliżone do wyników wcześniejszych badań Ciuka i Piwockiego (1980), Wyrwickiego (1999) oraz Górniak i in. (1999). Dotyczyły one białej odmiany kredy. Przedstawia to tabela Kreda biała zawiera w suchej masie 91 98% wag. CaCO 3. Substancja organiczna jest w niej obecna w ilości co najwyżej kilku procent. Kreda zawęglona jest wyraźnie uboższa w kalcyt. Węglan ten występuje w niej w ilości 50 80% wag. Natomiast substancji orga- 81

82 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tabela 2.9. Uśredniony skład chemiczny odmian kredy jeziornej pochodzącej z Bełchatowa (według Hycnar i in. 2013) Składnik Odmiana kredy i zawartość składników [% wag.] biała zawęglona zsylifikowana SiO 2 0,65 1,45 30,08 TiO 2 0,02 0,05 0,05 Al 2 O 3 0,37 3,12 1,60 Fe 2 O 3 0,13 1,23 0,68 CaO 55,16 38,16 19,00 MgO 0,18 0,35 0,40 MnO 0,01 0,03 0,02 K 2 O 0,01 0,32 0,04 Na 2 O 0,02 0,02 0,03 CaCO 3 95,12 68,11 33,93 C org. 0,24 15,13 0,35 Tabela Skład chemiczny białej odmiany kredy jeziornej z Bełchatowa według różnych autorów Składnik Ciuk i Piwocki (1980) Autor i zawartość [% wag.] Wyrwicki (1999) Górniak i in. (1999) SiO 2 0,14 1,70 0,40 1,38 TiO 2 0,17 n.o. poniżej 0,01 Al 2 O 3 0,48 1,18 0,45 0,11 Fe 2 O 3 ślady 0,04 0,03 CaO 52,27 55,24 51,90 53,35 MgO 0,25 3,64 0,15 1,06 MnO 0,53 0,62 n.o. 0,04 Na 2 O 0,42 0,82 0,90 poniżej 0,01 K 2 O 0,18 0,23 0,01 0,01 Straty prażenia n.o. 46,00 45,16 Objaśnienia: n.o. nie oznaczano. nicznej jest zdecydowanie więcej niż w poprzedniej odmianie, stanowi ona 15 45% wag. Inne składniki chemiczne Al 2 O 3, Fe 2 O 3, MgO, FeO, alkalia występują podrzędnie. Nie dotyczy to jedynie SiO 2 w przypadku odmian zsylifikowanych. Ilość MgCO 3 nie przekracza 4% wag. Zwiększonemu udziałowi SiO 2 towarzyszy podwyższona zawartość Al 2 O 3. Stąd wniosek, że obydwa te składniki chemiczne należy wiązać z obecnymi niekiedy w wapieniach jeziornych minerałami ilastymi. 82

83 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Wapń i magnez związane są w jednym minerale węglanowym kalcycie. Sądząc po niskich ilościach MgO, zalicza się on do odmian niskomagnezowych. Fe 2 O 3 w całości jest zapewne obecny w goethycie. Nadmiar SiO 2 natomiast związany jest z detrytycznym kwarcem. Osady te charakteryzuje też niska zawartość metali ciężkich: Cd, Cr, Zn (rząd kilku ppm), Pb, Ni (kilkadziesiąt ppm). Więcej jest Mn maksymalnie 360 ppm. Stront występuje w ilości około 150 ppm, a Ba 40 ppm. Nieduże ilości siarki (rodzimej, siarczkowej, siarczanowej) należy wiązać z obecnością substancji organicznej. Wagner (2007) z wyników oznaczeń chemicznych wyliczył wskaźniki nazywane modułami, przydatnymi do prognozowania procesów związanych z wykorzystaniem kredy jeziornej do produkcji materiałów wiążących, a także w celach agrotechnicznych. Są to: moduł glinowy MG (Al 2 O 3 /Fe 2 O 3 ), moduł krzemianowy MK (SiO 2 /Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) i moduł hydrauliczny MH (CaO + MgO/SiO 2 + Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 ). Moduł glinowy zmienia swoją wartość od 0,08 do 6,86, osiągając najniższe wartości w odmianie białej. Wartości modułu krzemianowego zależą od ilości domieszek piaszczystych i ilastych w kredzie, stąd w jej odmianach wolnych od nich mają wielkości wyższe wynoszące od 0,02 do 2,09. Wartości modułu hydraulicznego są bardzo zmienne i mieszczą się w szerokim przedziale wartości od 0,1 do 184,73. Wielkości wszystkich modułów świadczą o znacznej zmienności chemicznej odmian kredy. Stąd trudno na ich podstawie jednoznacznie sądzić o trendach czy wręcz możliwościach praktycznego wykorzystania tej kopaliny Kierunki praktycznego wykorzystania Prowadzona selektywnie eksploatacja kredy jeziornej ze złoża węgla brunatnego Bełchatów pozwoliła na dokonanie dokładniejszego jej rozpoznania surowcowego. Przyjmując za kryterium podziału zawartość CaCO 3 oraz stopień zawęglenia, wyróżniono jej trzy odmiany technologiczne: y bardzo czystą, o zawartości 90 98% wag. CaCO 3 ; y z obecnością 80 90% wag. CaCO 3 ; y zawierającą poniżej 80% wag. CaCO 3. Zaproponowany podział surowcowy zdeterminował też możliwości i kierunki praktycznego wykorzystania tej kopaliny. Według Wiśniewskiego (1993b, 2001) są nimi: y pierwsza odmiana stanowić może surowiec do produkcji kredy malarskiej, technicznej, a także pastewnej; y druga stwarza możliwość wykorzystania jej jako rolniczego nawozu wapniowego; y zawęglone odmiany kredy mogą potencjalnie służyć do zabiegów rekultywacyjnych w przypadku gleb zarówno piaszczystych, jak i glinowych. Grabiński (1993) wykazał bardzo dobrą pojemność sorpcyjną kredy względem kationu Pb 2+, a nieco mniejszą w przypadku Cd 2+. Potwierdził przez to niejako możliwość jej zastosowania w zabiegach agrotechnicznych mających na celu odwapnienie gleb kwaśnych, zawierających nadmierne ilości metali ciężkich. Kolejne eksperymenty wykazały możliwość wytwarzania z kredy jeziornej wapna palonego, a także cementu białego (Wyrwicki 1999). Istnieją także przesłanki wska- 83

84 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego zujące na sposobność wykorzystania tej kopaliny przez przemysł szklarski czy ceramiczny. Kreda jeziorna ze złoża Bełchatów uzyskuje specyficzne właściwości, a przez to i inne możliwości wykorzystania po wypaleniu dekarbonatyzacji. Zakres jej utylizacji ulega również dalszemu zwiększeniu z chwilą poddania jej hydratyzacji. Według Barczuka i Wyrwickiego (2001a) potencjalne kierunki wykorzystania tak spreparowanego surowca są następujące: y denitryfikacja osadów pościekowych w gospodarce komunalnej; y budownictwo i przemysł materiałów budowlanych; y przemysł cukrowniczy i celulozowy. Wskazanie nowego zastosowania gospodarczego surowców mineralnych wiąże się jak zwykle z potrzebą opracowania i wdrożenia nowych procesów technologicznych. I tradycyjnie próby takie mają początkowo charakter eksperymentalny. Sytuacja taka miała miejsce również w przypadku bełchatowskiej kredy jeziornej a dotyczyła opracowania syntezy wollastonitu. Ten jednowapniowy krzemian CaSiO 3 rzadko występuje w przyrodzie. Polska nie posiada złóż tego minerału ani optymistycznych prognoz na ich odkrycie. W opracowanej przez Sałacińskiego i Puff (2003) metodzie syntezy wollastonitu kredę jeziorną z Bełchatowa wykorzystano jako źródło CaO, a mułki chalcedonitowe z Teofilowa miały dostarczyć krzemionkę. Obydwie te kopaliny jako wsadowe w eksperymencie, użyto w stosunku wagowym 1:1 z dodatkiem LiCO 3 w ilości 3% wag. W efekcie końcowym uzyskano niemal czysty wollastonit. Optymalna temperatura syntezy wynosiła 1050 C. W kolejnym etapie eksperymentu podjęto próbę otrzymania ceramiki wollastonitowej, która również zakończyła się powodzeniem. Uzyskano spiek ceramiczny zdolny do wytwarzania materiałów termoizolacyjnych. Podobne eksperymenty zakończone pozytywnym rezultatem przeprowadzili Wiśniewski i Wyszomirski (2003). Pierwsze próby wykorzystania kredy jeziornej w przemyśle energetycznym w charakterze sorbentu do ograniczania emisji SO 2 zostały wykonane w latach osiemdziesiątych XX wieku przez Elektrownię Bełchatów. Ich celem było wykazanie możliwości zastosowania kredy do produkcji mączki wapiennej na potrzeby odsiarczania spalin. Dowiedziono takiej jej przydatności. Dokładną charakterystykę kredy jako sorbentu SO 2 można znaleźć w pracach Wisły- -Walsh i Ratajczaka (2003), a także Hycnar i in. (2013). Przedstawiono rezultaty badań trzech odmian kredy białej, zawęglonej i zsylifikowanej dotyczące możliwości ich wykorzystania w suchych technologiach odsiarczania ze szczególnym uwzględnieniem palenisk fluidalnych. Przesłanką do podjęcia tego typu badań był przede wszystkim charakter strukturalno-teksturalny tej kopaliny, a głównie rozwiniętą porowatość i znaczna powierzchnia właściwa rzędu 4,43 m 2 /g w przypadku odmiany białej i 7,07 m 2 /g zawęglonej. Badania zdolności sorpcyjnych kredy względem SO 2 przeprowadzono zgodnie z wytycznymi zaproponowanymi przez Ahlstrom Pyropower Development Laboratory (1991). Metoda ta opiera się na wyznaczeniu dwóch wskaźników reaktywności RI oraz sorpcji bezwzględnej CI. Wskaźnik reaktywności określa stosunek zawartości wapnia w próbce do ilości siarki po procesie sorpcji (mol Ca/mol S), a wskaźnik sorpcji bezwzględnej ilość siarki zasorbowanej przez 1000 g sorbentu (g S/1000 sorbentu). Oceny zdolności sorpcyjnych kredy dokonano na podstawie przyjętych wartości wzorcowych przedstawionych w tabeli

85 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Tabela Wartości wzorcowe wskaźników reaktywności RI i sorpcji CI według Ahlstrom Pyropower Development Laboratory (1991) Ocena zdolności sorpcyjnych RI CI Znakomity poniżej 2,5 powyżej120 Bardzo dobry 2,5 3, Dobry 3,0 4, Dostateczny 4,0 5, Niskiej jakości powyżej 5,0 poniżej 60 Tabela 2.12 przedstawia wartości wskaźników RI i CI trzech odmian kredy jeziornej z Bełchatowa. Wynika z nich, że odmianę białą i zawęgloną można traktować jako znakomity sorbent do usuwania kwaśnych zanieczyszczeń powstających zarówno w czasie spalania fluidalnego paliw kopalnych, jak i ich mieszanek z biomasą. Wartości te znacząco przewyższają tego typu parametry charakterystyczne dla sorbentów przemysłowych, w przypadku których wartości współczynników RI i CI mieszczą się odpowiednio w zakresach 2,13 2,43 mol Ca/mol S i g S/100 g sorbentu (Kosiba i Ratajczak 2013). Odmiana zsylifikowana jest sorbentem o zdecydowanie gorszej jakości. Mając na uwadze rygorystyczne normy emisji SO 2 do atmosfery, jej wykorzystanie w tego typu technologiach należy uznać za wątpliwe. Wyniki tych badań sprawiły, że kredą jeziorną z Bełchatowa jako sorbentem SO 2 w paleniskach fluidalnych zainteresowała się Elektrownia Turów. W 2012 roku przeprowadzono testy przemysłowe z wykorzystaniem bloku energetycznego CFB OE 700, które potwierdziły wykazaną w badaniach laboratoryjnych przydatność. Niestety wykorzystanie kredy jako sorbentu nie znalazło uzasadnienia ekonomicznego (zbyt duża odległość i związane z tym koszty transportu). Tabela Wartości wskaźnika sorpcji bezwzględnej CI i reaktywności RI kredy jeziornej z Bełchatowa według Hycnar i in. (2013) Odmiana kredy Wskaźnik biała zawęglona zsylifikowana CI (g S/1000 g sorbentu) RI (mol Ca/mol S) 1,63 1,43 7,3 Kreda jeziorna z Bełchatowa uzyskała pozytywną opinię Instytutu Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach jako rolniczy nawóz węglanowo-wapniowy. Dopuszczona została do obrotu handlowego i wykorzystania za zgodą ówczesnego Ministra Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej. Przez długi czas był to zasadniczy kierunek jej zastosowania. W okresie apogeum tego typu wykorzystanie sięgało 35 tys. Mg rocznie. W 1984 roku zbudowano instalację do przeróbki kredy na wapno nawozowe. 85

86 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Kreda jeziorna może być także stosowana do produkcji mieszanek węglanowo-humusowych: Ekohumus, Immobil, Eko-calcium. Ich głównym przeznaczeniem jest sanacja gleb kwaśnych Wapienie mezozoiczne Charakter petrograficzny Odsłonięty w rejonie antykliny Łękińska na zboczu południowym pola Bełchatów strop wapieni reprezentował górną kredę. Ich szacunkowe zasoby oceniono na 32,4 mln Mg. Przewidywano, że do wydobycia w Polu Bełchatów będzie można przeznaczyć około 2,5 mln Mg tej kopaliny, a na Polu Szczerców od 20 do ponad 60 mln Mg. Ich eksploatację rozpoczęto w 1994 roku. Początkowo roczne wydobycie wynosiło około 270 tys. Mg. W wapieniach tworzących strop podłoża mezozoicznego widoczne są przejawy krasu epigenetycznego (powierzchniowego), a także podziemnego. Leje i kanały krasowe wypełnia rumosz ilasto-piaszczysty, a także brekcja tektoniczno-krasowa. Procesy te powodują, że wśród wapieni, obok odmian litych, można wyróżnić brekcje oraz rumosz wapienny (fot. 16). Fot. 16. Stropowe partie wapieni mezozoicznych z widocznymi szczelinami wypełnionymi iłem. Odkrywka Szczerców 86

87 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Wapienie bełchatowskie są skałami najczęściej barwy białej, makroskopowo wykazują teksturę masywną i zbitą. Porowatość tych skał ujawnia się dopiero w obserwacjach mikroskopowych i związana jest najczęściej z obecnością pustek i porów krasowych oraz różnego rodzaju pęknięć i szczelin kompakcyjnych czy tektonicznych (m.in. szwów stylolitowych). Tego typu elementy tekstury występują w wapieniach powszechnie, jednak na etapie diagenezy i epigenezy skalnej zostały wtórnie wypełnione cementem węglanowym, krzemionką, siarczkami żelaza i substancją organiczną pochodzenia roślinnego. Stąd też porowatość wapieni wynosi jedynie na około 5% obj. skały (mikrofot. 3 5). Mikrofotografia 3. Widoczny por krasowy częściowo wypełniony cementem kalcytowym. Mikroskop polaryzacyjny, Xp Mikrofotografia 4. Szew stylolitowy wypełniony uwęgloną substancją organiczną. Mikroskop polaryzacyjny, Xp 87

88 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Mikrofotografia 5. Szew stylolitowy wypełniony pirytem pochodzenia bakteryjnego. Mikroskop polaryzacyjny, Xp Zgodnie z klasyfikacją Folka (1959) wapienie występujące w rejonie złoża Bełchatów należy określić jako allochemiczne odmiany mikrokrystaliczne. Podstawową rolę skałotwórczą pełnią w ich przypadku gąbki, w mniejszym stopniu mszywioły, szkarłupnie czy otwornice. Poza bioklastami ważnym składnikiem wapieni są również intraklasty i ooidy, rzadziej peloidy. Zawartość składników allochemicznych jest zróżnicowana, zawiera się w przedziale od 10 do 40% objętości skały. Ich natura pozwala zaklasyfikować badane wapienie jako organogeniczne (dominujące, stanowiące ok. 80% populacji) organodetrytyczne i ooidowe (Hycnar i in. 2007) (mikrofot. 6 8). Mikrofotografia 6. Wapień organogeniczny. Widoczne liczne sparytowe bioklasty (jasne) w mikrokrystalicznym tle skalnym impregnowanym miejscami uwęgloną substancją organiczną. Mikroskop polaryzacyjny, Ip 88

89 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Mikrofotografia 7. Wapień detrytyczny. Widoczne liczne intraklasty w mikrokrystalicznym tle skalnym impregnowanym miejscami uwęgloną substancją organiczną. Mikroskop polaryzacyjny, Ip Mikrofotografia 8. Wapień ooidowy. Widoczne częściowo zmikrytyzowane ooidy. Mikroskop polaryzacyjny, Ip W składzie mineralnym wapieni elementem absolutnie dominującym jest kalcyt. Minerał ten występuje w ilości ponad 85% objętości skały. Poza nim obecne są minerały z grupy SiO 2 (głównie opal i chalcedon, rzadko kwarc mikrokrystaliczny), a także piryt. Obecność tych minerałów należy wiązać z procesami mineralizacyjnymi (silifikacją i pirytyzacją) zachodzącymi na etapie diagenezy i epigenezy skalnej. Proces wzbogacania skał w krzemionkę następował poprzez wypełnienie nią różnego rodzaju porów krasowych, pęknięć i szczelin kompakcyjnych, szwów sylolitowych, a także zastępowanie kalcytu, np. w bioklastach. W opisanych wystąpieniach krzemionka przyjmuje zazwyczaj postać opalu (typu A lub CT) lub chalcedonu. Sporadycznie występuje w formie mikrokrystalicznego kwarcu. 89

90 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Formy występowania pirytu są urozmaicone. Minerał ten wypełnia kanały po infaunie, szwy stylolitowe, szczeliny i spękania kompakcyjne oraz będące efektem naprężeń tektonicznych, a także pory skalne powstałe w efekcie działalności roztworów krasowych. Powszechnie zastępuje również kalcyt w bioklastach (mikofot. 9). W opisanych wystąpieniach siarczek ten przyjmuje zróżnicowane formy morfologiczne, począwszy od amorficznych, poprzez framboidalne, a skończywszy na kryształach o idiomorficznych zarysach (mikrofot. 10). Sposób występowania pirytu świadczy o zróżnicowanej genezie jego powstawania. Powszechna obecność tego siarczku w formie konkrecji framboidalnych dowodzi, że proces pirytyzacji miał charakter biochemiczny. Obecność konkrecji framboidalnych w obrębie szwów stylolitowych lub w bezpośrednim ich sąsiedztwie sugeruje, że właściwy proces pirytyzacji zachodził w czasie epigenezy i związany był z rozkładem substancji organicznej. Panujące warunki redukcyjne, przy współudziale mikroorganizmów powodowały rozkład aminokwasów prowadzący do wydzielenia się siarkowodoru, który następnie brał udział w krystalizacji pirytu. Z kolei piryt stanowiący wypełnienia porów i pustek krasowych, szczelin i pęknięć tektonicznych, a także zastępujący kalcyt w elementach szkieletowych, jest wynikiem krystalizacji z roztworów jonowych (Hycnar 2015). Mikrofotografia 9. Zastępowanie kalcytu pirytem w bioklaście. SEM/EDX Skład chemiczny wapieni z rejonu Pola Szczerców przedstawiono w tabeli Wysoka zawartość CaCO 3 (91,11 99,15% wag., średnio 97,14% wag.) przy niskiej obecności innych składników świadczy o: 90

91 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Mikrofotografia 10. Framboidy pirytowe. SEM/EDX y słabym zaawansowaniu procesów pirytyzacji. Zawartość Fe 2 O 3 mieści się w przedziale 0 1,09% wag. (średnio 0,08% wag. tzn. w ilościach śladowych); y niewielkiej obecności faz glinokrzemianowych. Spośród procesów mineralizacyjnych wyraźniej swoją obecność zaznaczył jedynie proces sylifikacji. Tabela Skład chemiczny wapieni pochodzących ze złoża węgla brunatnego Bełchatów i Pola Szczerców według Hycnar i in. (2007) Składnik Zawartość [% wag.] SiO 2 0,00 7,11 (1,46) TiO 2 0,00 Al 2 O 3 0,00 1,01 (0,10) Fe 2 O 3 0,00 1,09 (0,08) CaO 51,07 55,55 (54,43) MgO 0,01 0,78 (0,28) MnO 0,00 0,31 (0,02) Na 2 O 0,00 0,11 (0,01) K 2 O 0,00 0,12 (0,01) CaCO 3 91,11 99,15 (97,14) MgCO 3 0,02 1,63 (0,58) Uwaga: w nawiasach podano wartości średnie. 91

92 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Średnie zawartości niektórych metali ciężkich są zestawione w tabeli Najwyższe koncentracje stwierdzono dla Pb, maksymalnie dochodzące do 12 ppm, a średnio przekraczają 3 ppm. Tabela Zawartości Cd, Hg i Pb wartości minimalne, maksymalne i średnie charakterystyczne dla wapieni pochodzących z Pola Szczerców [ppm] według Hycnar i in. (2007) Wartość Cd Hg Pb Minimalna 0,08 0,00 0,99 Maksymalna 2,96 1,02 12,01 Średnia 0,77 0,13 3, Przydatność surowcowa i możliwości zagospodarowania Wapienie mezozoiczne są eksploatowane od 1994 roku. Jednak ich rozpoznanie surowcowe oraz określenie możliwości i kierunków zagospodarowania zaczęto badać już na początku lat 60-tych ubiegłego wieku. Wówczas uznano je za nieprzydatne dla przemysłu wapienniczego i do produkcji wapna rolniczego. Na przeszkodzie stała mała zawartość w nich CaCO 3 (Adamczyk i in. 2012b). Tym niemniej wykazana niejednorodność surowcowa nie eliminowała w zupełności takich kierunków ich zagospodarowania. Sugerowała zaś potrzebę dalszych badań. Okazało się również, że wapienie to skały miękkie, nasiąkliwe i nieodporne na działanie mrozu, a więc nieprzydatne dla celów drogowych i budowlanych. Dalsze badania margli i wapieni przeprowadzono w latach Ich odmiany spotykane w zboczu południowym odkrywki Bełchatów wykazały możliwość wykorzystania do produkcji budowlanego wapna palonego a także w charakterze topnika dla celów hutniczych. Od połowy lat 90. ubiegłego stulecia wykonywane są badania mające na celu wykazanie przydatności wapieni do produkowania różnego rodzaju asortymentów kruszywa drogowego lub służącego podbudowie dróg technologicznych Kopalni. Kozioł i in. (2007) wykazali, że wytwarzane z wapieni kruszywo może być zaliczane do klasy III. Część pozostaje jednak kruszywem pozaklasowym. Jako budowlane nadają się do produkcji odmiany betonów o wytrzymałości MPa. Pod koniec pierwszej dekady obecnego wieku wapienie mezozoiczne z Bełchatowa zaczęły budzić zainteresowanie jako sorbenty SO 2, stosowane w technologiach odsiarczania gazów w przemyśle energetycznym. Wykazanie takiej przydatności wymagało opracowania indywidualnej kompleksowej metodyki badań. Poza rozpoznaniem składu chemicznego objęła ona charakterystykę mineralogiczno-petrograficzną, określenie szeregu parametrów fizykochemicznych i fizykomechanicznych. Badaniami objęto wieku jurajskiego zalegające w Polu Szczerców w tzw. rejonie 2, planowanym pod przyszłą eksploatację kamieniołomu (fot. 17). Realizowane były w latach (Hycnar i in. 2007, 2012, 2014 oraz Ratajczak i Hycnar 2014). 92

93 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Fot. 17. Eksploatacja wapieni górnej jury z Pola Szczerców w tzw. rejonie II planowanej lokalizacji przyszłego kamieniołomu Podstawowym kryterium określającym przydatność wapieni jako sorbentów SO 2 jest ich skład chemiczny, a przede wszystkim zawartość CaCO 3. W przypadku obecności tego węglanu ponad 85% wag. wapienie można stosować w paleniskach fluidalnych. W sytuacji ilości większej niż 95% wag. nadają się do mokrych metod odsiarczania. Wykazana zawartość tego węglanu w wapieniach (tab. 2.13) wskazuje, że wykorzystanie ich możne objąć obydwie technologie odsiarczania. Badane wapienie spełniają kryteria dotyczące zawartości domieszek chemicznych uznawanych za szkodliwe i obniżające ich przydatność jako sorbentów SO 2 w przypadku mokrych metod. Są to przede wszystkim składniki obniżające jakość produktu odsiarczania gipsu, do których należą głównie tzw. tlenki barwiące (Fe, Mn, Ti), a także MgCO 3 oraz SiO 2. Stąd też jednym z podstawowych parametrów fizykochemicznych wapieni, rozstrzygającym o wykorzystaniu ich w charakterze sorbentów SO 2 w mokrych metodach odsiarczania, jest białość. Parametr ten określa czystość chemiczną wapieni. Okazało się, że ilości tych składników wykazane w wapieniach w żadnym przypadku nie przekraczają wartości granicznych. Zawyżone niekiedy ilości SiO 2 (ponad 7% wag.) są efektem zaawansowanych procesów sylifikacji, ale należy je uznać za incydentalne. Średnia wartość białości wapieni z Bełchatowa wynosi 72,4. Jednak interwał w przypadku kolejnych badanych próbek okazał się dość szeroki od 42,6 do 85,9. 93

94 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Poza składem mineralnym i chemicznym za sorbentowym kierunkiem, wykorzystania wapieni przemawia charakter strukturalno-teksturalny tych skał, a mianowicie wielkość kryształów kalcytu oraz porowatość. Cechy te są istotne przede wszystkim z punktu widzenia efektywności procesów odsiarczania w warunkach palenisk fluidalnych. Znajomość ich jest również konieczna przy interpretacji właściwości fizykochemicznych wapieni. Badania kinetyki rozpuszczania kalcytu budującego wapienie wskazują na bardzo dużą prędkość przebiegu tej reakcji. Pierwsze symptomy można było zaobserwować już po kilku sekundach od jej inicjacji. Z kolei stabilizacja odczynu mierzonej wartości ph dokonywała się już nawet po niecałej minucie od rozpoczęcia reakcji rozpuszczania, maksymalnie zaś po 90 sekundach. Końcowe ph wyniosło 10,84. Rezultaty te wskazują na łatwość i efektywność rozpuszczania badanych wapieni. Ocenę zdolności sorpcyjnych wapieni z Bełchatowa względem SO 2 w celu wykazania możliwości ich wykorzystania w paleniskach fluidalnych przeprowadzono podobnie jak w przypadku kredy jeziornej, zgodnie z założeniami proponowanymi przez Ahlstrom Pyropower Development Laboratory (1991). Wartości wskaźników reaktywności (RI) i sorpcji (CI) są przedstawione w tabeli W przypadku wskaźnika RI są zawarte w przedziale 1,5 3,0 mol/mol, a ich średnia wartość wynosi 2,3 mol/mol. Z kolei współczynnik sorpcji obejmuje interwał g/1000 g i wynosi średnio 126 g/1000 g. Kryteria oceny zaproponowane przez Ahlstrom Pyropower Development Laboratory (1991) pozwalają ocenić zdolności sorpcyjne wapieni jako znakomite. Tabela Wskaźniki reaktywności (RI) i sorpcji (CI) wartości minimalne, maksymalne i średnie charakterystyczne dla wapieni pochodzących z Pola Szczerców według Hycnar i in. (2007) Wskaźnik Wartość RI [mol Ca/mol S] CI [g S/1000 g sorbentu] minimalna 1,5 101 maksymalna 3,0 195 średnia 2,3 126 Znakomite właściwości sorpcyjne badanych wapieni w warunkach palenisk fluidalnych, poza wysoką zawartością w nich CaCO 3, należy wiązać również z parametrami teksturalnymi wykazywanymi przez te kopaliny. Należą do nich: powierzchnia właściwa oraz średnica i objętość porów. Badane wapienie w stanie naturalnym charakteryzują się niskimi wartościami powierzchni właściwej (S BET 1,19 m 2 /g). Po procesie dekarbonatyzacji wartości te rosną w stopniu znaczącym (S BET 4,87 m 2 /g). W wyniku procesu sorpcji SO 2 zarówno wartość powierzchni właściwej, jak i objętość porów znacząco maleją (S BET 1,10 m 2 /g). Dowodzi to skuteczności procesu odsiarczania. Bardzo ważnym parametrem tekstury wapieni jest średnica porów powstałych podczas procesu dekarbonatyzacji. Najwyższą efektywnością wychwytu SO 2 charakteryzują się pory 94

95 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH o średnicach rzędu 0,007 0,6 µm. W przypadku wapieni z Bełchatowa wykazano, że w procesie dekarbonatyzacji powierzchnia właściwa zostaje rozbudowana na podstawie tego typu porów. Kolejnym parametrem wpływającym na skuteczność wychwytu SO 2 w warunkach palenisk fluidalnych jest temperatura procesu dekarbonatyzacji. W przypadku badanych wapieni proces ten rozpoczyna się stosunkowo wcześnie, bo już w temperaturze 680 C, a kończy w 880 C. W temperaturze 850 C (charakterystycznej dla palenisk fluidalnych) wapienie bełchatowskie osiągają wysoki, bo ponad 90% stopień dekarbonatyzacji, co z punktu widzenia mechanizmu odsiarczania jest bardzo korzystne. Wyniki badań energochłonności procesu mielenia wapieni (indeks pracy Bonda W i ) oraz współczynnika podatności na mielenie (G) są podane w tabeli W tabeli przedstawiono wartości wytrzymałości na ściskanie (R c ) i gęstości objętościowej (ƍ). Wartości indeksu Bonda (W i ) i współczynnika podatności na mielenie (G) są zróżnicowane. Pierwsze są zawarte w przedziale 1,46 do 3,06 g/br a drugie obejmują interwał od 7,03 do 12,90 kwh/mg. Nie wykraczają poza wielkości uznawane za charakterystyczne dla tego typu surowców stosowanych w technologiach mokrego odsiarczania spalin. Zróżnicowaniem charakteryzują się również pozostałe parametry fizykomechaniczne badanych wapieni, przede wszystkim wytrzymałość na ściskanie (R c od 10,3 do 172,5 MPa), w mniejszym stopniu gęstość objętościowa (ƍ od 2127,3 do 2659,3 kg/m 3 ). Wykazane wartości parametrów fizykomechanicznych wapieni nie będą negatywnie wpływać na procesy ich rozdrabniania kruszenia i mielenia celem uzyskania mączki wapiennej. Tabela Współczynnik podatności na mielenie (G) i indeks pracy Bonda (W i ) artości minimalne, maksymalne i średnie charakterystyczne dla wapieni pochodzących z Pola Szczerców (według Hycnar i in. 2007) Współczynnik podatności na mielenie G [g/obr] Indeks pracy Bonda W i [kwh/mg] minimalna maksymalna średnia minimalna maksymalna średnia 1,46 3,06 2,17 7,03 12,90 9,69 Tabela Wytrzymałość na ściskanie i gęstość objętościowa wartości minimalne, maksymalne i średnie charakterystyczne dla wapieni pochodzących z Pola Szczerców (według Hycnar i in. 2007) Wytrzymałość na ściskanie R c [MPa] Gęstość objętościowa ƍ (kg/m 3 ) minimalna maksymalna średnia minimalna maksymalna średnia 10,3 172,5 67,7 2127,3 2659,3 2455,1 Badania jakości wapieni mezozoicznych ze złoża węgla brunatnego w Bełchatowie, wykonane w skali laboratoryjnej wykazały, że kopaliny te spełniają wymagania stawia- 95

96 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego ne surowcom do produkcji sorbentów stosowanych do obniżania emisji SO 2 zarówno w mokrych metodach odsiarczania jak i w paleniskach fluidalnych. Dokonano statystycznej oceny zmienności i dokładności oszacowań średnich wartości parametrów decydujących o przydatności sorpcyjnej badanych wapieni (Ratajczak i in. 2015b). Szacowanie to dotyczyło terenu przyszłej, prognozowanej lokalizacji kamieniołomu. Wykazano, że współczynniki zmienności wszystkich parametrów fizykochemicznych czy mechanicznych (białość, mielność, wskaźnik reaktywności) nie przekraczają 12%. Wskazują więc na małą ich zmienność. Nikłym zróżnicowaniem wyróżnia się zawartość CaCO 3 (współczynnik zmienności 1,3%). Największą zmiennością względną charakteryzują się ilości MgCO 3, SiO 2 i S pir. Poziome lateralne rozmieszczenie zawartości podstawowych składników chemicznych CaCO 3, MgCO 3, SiO 2 zilustrowano graficznie przy pomocy map izoliniowych wykonanych na bazie interpolacji geostatystycznej, przy wykorzystaniu procedury zwyczajnego krigingu punktowego na rysunku Zasadniczo najwyższe zawartości CaCO 3 występują w centralnej części obszaru badań, zaś najniższe na skrzydłach wschodnim i zachodnim. Odwrotną tendencję obserwuje się natomiast w odniesieniu do obecności MgCO 3, jak również SiO 2. W tych przypadkach najbardziej znaczące wartości występują w częściach wschodniej i zachodniej obszaru, natomiast najniższe w jego partii centralnej. Rys Mapa izoliniowa zawartości CaCO 3 (% wag.) w rejonie 2 planowanej eksploatacji kamieniołomu sporządzona metodą krigingu zwyczajnego według Ratajczaka i in. (2015b) Stan rozpoznania wapieni jako potencjalnych surowców do produkcji sorbentów, w rejonie ich przyszłej eksploatacji, wydaje się wystarczający z punktu widzenia oceny średnich wartości podstawowych parametrów opisujących ich jakość w wyznaczonej umownie przestrzeni badań. Gwarantuje on możliwość wykorzystania tych kopalin w procesach odsiarczania gazów poelektrownianych. Aktualne, potencjalne możliwości zagospodarowania wapieni mezozoicznych ze złoża węgla brunatnego Bełchatów są przedstawione na rysunku

97 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Potencjalne możliwości zagospodarowania wapieni ze złoża węgla brunatnego Bełchatów (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015) 3.9. Głazy narzutowe Głazy narzutowe skał magmowych oraz przeobrażonych, tj. głównie granitów, granitognejsów, gnejsów, a także piaskowców oraz wapieni przetransportowanych przez lodowiec, występują w sposób rozproszony wśród glin zwałowych oraz na powierzchniach erozyjnych. Mają one obłe kształty i bardzo zróżnicowaną wielkość od około 0,1 m 3 do ponad 10 m 3 oraz wagę od kilkudziesięciu kilogramów do ponad 30 Mg. Mogą występować w formie pojedynczych głazów lub w postaci nagromadzeń, rumowisk (fot. 18). Stanowią utrudnienia w pracy koparek wielonaczyniowych. W trakcie zbierania nadkładu są wybierane, gromadzone na półkach roboczych odkrywek, a następnie sukcesywnie zagospodarowywane. Część sprzedawana jest w stanie surowym do celów ozdobnych i kamieniarskich. Spękane i zwietrzałe, przerabiane są na kruszywo drogowe, którego przydatność do zagospodarowania potwierdziły wykonane badania jakościowe. Głazy narzutowe są kopaliną towarzyszącą nieposiadającą udokumentowanych zasobów. Wynika to ze sposobu zalegania (odosobnione, pojedyncze głazy). Wydobywane będą do 2026 roku jedynie na Polu Szczerców. Na Polu Bełchatów zakończono już roboty górnicze w rejonie zalegania osadów plejstoceńskich, wśród których one występowały. Szacuje się, 97

98 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego że rocznie będzie możliwe pozyskiwanie od kilku Mg do kilkunastu tys. Mg tej kopaliny. W 2010 roku wydobyto i zagospodarowano około 2 tys. Mg głazów narzutowych. Ogółem, zabezpieczono przed utratą, wyeksploatowano i zagospodarowano, w stanie surowym lub po przeróbce, około 90 tys. Mg tej kopaliny. Z tej masy w 1988 roku do Niemiec wyeksploatowano 830 Mg głazów narzutowych. Fot. 18. Nagromadzenie głazów narzutowych w części południowo-wschodniej II poziomu eksploatacyjnego Pola Szczerców Inne odmiany kopalin Zarówno w profilu litostratygraficznym serii brunatnowęglowej złoża Bełchatów, jak i na kontakcie osadów trzeciorzędowych oraz mezozoicznych zalegają odmiany skał, które z uwagi na swój charakter petrograficzny, ale głównie ze względu na niezadawalający stopień rozpoznania złożowo-surowcowego czy wręcz niską jakość, nie zawsze spełniają kryteria kopalin towarzyszących. Są nimi: y czwartorzędowe iły zastoiskowe oraz piaskowce i zlepieńce żelaziste, y trzeciorzędowe iły poznańskie i paratonsteiny, y skały ze strefy kontaktu trzeciorzędu i mezozoiku: okruchowe (waki i arenity), przejściowe (gezy, opoki i margle) oraz niszowo zalegające kaoliny i iły illitowe a także piaski kwarcowe. 98

99 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Inwentarz ten uzupełniają skały czy kopaliny (albo wręcz substancje mineralne) odznaczające się inną genezą, charakterem, formą i postacią nagromadzeń. Są to skały wysadu solnego Dębina, bursztyny, gazy kopalniane, skrzemieniałe pnie drzew, woda mineralna Skały czwartorzędowe Iły zastoiskowe W nadkładzie złoża węgla brunatnego Bełchatów występują m.in. odznaczające się niekiedy znaczną miąższością ilaste utwory zastoiskowe nazywane warwitami. Reprezentują one osady czwartorzędowe (Czarnecki i in. 2004). Skały te były przedmiotem badań Wyrwickiego (1995a). Autor ten z uwagi na charakter strukturalny (typ uziarnienia) i skład mineralny wyróżnił wśród nich następujące odmiany: iły mułkowe, mułki ilaste, mułki piaszczysto-ilaste oraz mułki wapniste. Ich skład chemiczny podaje tabela Jak można było się spodziewać, wykazywana przez te utwory zmienność litologiczna znalazła swoje potwierdzenie w zawartości SiO 2 i Al 2 O 3, a częściowo także CaO. Tabela Skład chemiczny ilastych osadów zastoiskowych z Bełchatowa według Wyrwickiego (1995a) Typ litologiczny osadów i zawartość składnika [% wag.] Składnik ił mułkowy mułek ilasty mułek piaszczysto-ilasty mułek wapnisty SiO 2 56,73 58,2 63,63 68,5 TiO 2 0,79 0,84 0,68 0,69 Al 2 O 3 21,87 16,83 14,76 10,89 Fe 2 O 3 3,57 5,18 4,29 3,26 CaO 3,36 5,40 4,70 2,98 MgO 1,95 1,54 1,34 1,16 Na 2 O 0,16 0,4 0,32 0,56 K 2 O 2,09 2,22 1,96 1,15 SO 3 1,0 8,55 0,24 0,66 Straty prażenia 8,26 8,70 7,42 10,7 Suma 99,78 98,86 99,76 100,13 Skład mineralny wyróżnionych odmian warwitów jest podobny. W zespole minerałów ilastych występują beidellit, illit i chloryt. Są to więc utwory polimineralne. Ważnym składnikiem skałotwórczym jest kwarc. Stwierdzono też obecność skaleni, głównie plagioklazów. Osady te wyróżniają się stosunkowo niedużą ilością kalcytu i akcesorycznie dolomitu oraz znaczną substancji organicznej. Zawartość kalcytu (mniejsza od 10% wag.) kwalifikuje te 99

100 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego kopaliny jako słabo wapniste. Należy zaliczyć je do odmian zawęglonych. Surowcowo najmniej wartościowe są mułki zapiaszczone i przewarstwione piaskiem. Nie mają one cech surowca ceramicznego. Mułki ilaste, słabo wapniste, są surowcami plastycznymi. Są wolne od składników szkodliwych. Można z nich wytwarzać produkty ceramiki budowlanej klasy IIB. W przypadku wyraźnej dominacji minerałów ilastych istnieje możliwość spożytkowana ich do produkcji wyrobów cienkościennych oraz drążonych. Odmiany tych iłów zawierające co najmniej 60% minerałów ilastych, mają cechy ilastych kopalin klasy IB przydatnych do produkcji keramzytu, jak i cienkościennych i drążonych wyrobów ceramiki budowlanej, łącznie z dachówkami. Na uwagę zasługują chude i bardzo chude mułki pozbawione frakcji piaszczystej, nie zawierające więcej niż 0,5% części organicznych, a za to ponad 10% wag. kalcytu. Mogą się one okazać przydatne jako glinki szkliwierskie* (Wyrwicki 1995a). Dokonano oceny przydatności osadów zastoiskowych ze złoża węgla brunatnego Bełchatów (iły i mułki) do budowy przesłon hydroizolacyjnych. Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli Okazało się, że według kryteriów Aprobaty technicznej (2002) przydatność tą można określić jako średnią. Tabela Możliwości wykorzystania iłów i mułków warwowych ze złoża węgla brunatnego Bełchatów jako kopalin przydatnych do budowy przesłon hydroizolacyjnych według Aprobaty technicznej (2002) według Ratajczaka (red. 2012) Parametr Odmiana osadów i wartość parametru iły mułki Skład mineralny, podstawowe minerały ilaste beidellit, illit, chloryt Zawartość ziarn poniżej 5 µm 20% wag. 5% wag. Zawartość ziarn powyżej 50 µm 6,1% wag. 25,8% wag. Zawartość SiO 2 53,58% wag. 61,20% wag. Zawartość Al 2 O 3 15,45% wag. 12% wag. Pojemność jonowymienna 11,2 mval/100 g 4 mval/100 g Skład kationów wymiennych Ca > Mg > K > Na Klasy przydatności średnia Piaskowce i zlepieńce żelaziste W złożu węgla brunatnego Bełchatów, w jego czwartorzędowym nadkładzie, zalega niekiedy seria piaskowców i zlepieńców żelazistych (fot. 19). Miejsca występowania tych utworów charakteryzuje zwykle skomplikowana i zaawansowana glacitektonika. Charakterystyczne, że w miejscach ich nagromadzeń pod osadami czwartorzędowymi zalegają zwykle wysoko wyniesione utwory trzeciorzędu. Cementacja żelazista pojawia się w strefach, które zbudowane są z horyzontalnie zalegających glin zwałowych. * Surowce szkliwierskie iły lub gliny niskotopliwe używane do wytwarzania polew wyrobów kamionkowych (rur i naczyń). 100

101 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Fot. 19. Soczewy czwartorzędowych piaskowców i zlepieńców kwarcytowych zalegających wśród bruków krzemiennych skarpy południowej III poziomu eksploatacyjnego Pola Szczerców Skały te nie były dotąd obiektem badań petrograficznych. Tym nie mniej wykazywana przez nie duża twardość i związana z tym wytrzymałość mechaniczna a także geologicznogórnicze warunki zalegania sprawiają, że są one zaliczane do odmian trudnourabialnych. Tabela 2.20 podaje niekompletne wyniki badań chemicznych piaskowców i zlepieńców żelazistych ze złoża Bełchatów. Przeprowadzono je w przypadku próbek naturalnych i spoiwa tych utworów. Uzyskane wyniki wskazują, że substancja żelazista, wpływająca na charakter mineralny i chemiczny tych osadów jest obecna przede wszystkim w ich spoiwie. Tabela Niepełny skład chemiczny czwartorzędowych piaskowców i zlepieńców żelazistych oraz ich spoiwa pochodzących ze złoża węgla brunatnego Bełchatów (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015) Zawartość [% wag.] Składnik próbki naturalne spoiwo SiO 2 64,77 87,64 (77,12) 0,44 1,44 (0,93) Al 2 O 3 1,00 1,76 (1,41) 2,30 7,53 (5,09) Fe 2 O 3 4,96 17,92 (10,27) 61,60 85,06 (73,28) CaO 0,47 6,35 (2,77) 0,70 6,30 (4,65) MgO 0,05 0,42 (0,21) 0,12 3,11 (0,88) Straty prażenia 4,94 12,49 (8,20) 7,35 21,30 (13,14) Uwaga: w nawiasach podano wartości średnie. 101

102 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Utwory trzeciorzędowe Iły poznańskie Iły poznańskie ze złoża węgla brunatnego w Bełchatowie reprezentują skały typu illitowo-beidellitowego. Według Wilczyńskiego (1992) spotkać je można w kompleksie ilasto- -piaszczystym w formacjach A i B (rys. 2.4). Iły te są zabarwione oliwkowo z nieregularnie rozmieszczonymi wiśniowymi plamami. Frakcja iłowa przeważa nad mułkową, a udział piaszczystej niewiele przekracza 5% wag. Wśród minerałów ilastych dominuje beidellit. Występują także illit, kaolinit oraz fazy mieszanopakietowe illit beidellit. Reprezentują więc one odmiany polimineralne, w których udział minerałów ilastych można zapisać jako szereg beidellit > illit > kaolinit. Skład mineralny uzupełniają kwarc, syderyt, goethyt, hematyt. Pirytu i substancji organicznej nie stwierdzono. Według Wyrwickiego (1996) iły te stanowią surowce niskotopliwe i wysokoplastyczne. Możliwy wachlarz ich praktycznego wykorzystania wydaje się być bardzo szeroki. Wytwarzać z nich można ceramiczne wyroby drążone i cienkościenne. Służyć mogą również jako komponent mieszanek przeznaczonych do wytwarzania silnie spieczonych wyrobów kamionkowych. Na uwagę zasługuje barwa wypalonego czerepu. Jest ona zwykle żywo ceglasta, a także brązowawa. Paratonsteiny W brunatnowęglowej formacji trzeciorzędowej w Bełchatowie występują cienkie (do 20 cm miąższości) wkładki skał ilastych. Mają one jasne lub jasnopopielate zabarwienie, pozwalające na dość łatwe ich wyróżnienie w profilu litologicznym. Są to paratonsteiny. Stwierdzono obecność 10 horyzontów. Posiadają one znaczenie w przypadku korelacji litostratygraficznej poziomów węglowych. Badania Augusta i in. (1986) a później Bryka i in. (1994) wykazały, że kolejne przerosty tych skał różnią się rozległością zalegania, miąższością oraz składem mineralnym. Ich wspólną cechą jest jasnobeżowa barwa oraz ilasta lub mułkowo-ilasta struktura. Litologicznie można je podzielić na dwie grupy: y krystaliczne z masywną, słabo kierunkową lub frakcyjną teksturą; y ziarniste zbudowane z owalnych lub spłaszczonych nodul o średnicy od ułamka do około 1 cm. Tkwią one w ilastym spoiwie typu podstawowego lub kontaktowego. Głównym składnikiem obydwóch odmian jest krystaliczny kaolinit, występujący w formie agregatów orientowanych (kolumnowych lub pierzastych) oraz jako masa krypto- lub mikroziarnista (wypełnienia nodul). Tworzy też masę podstawową w paratonsteinach krystalicznych. Badania rentgenograficzne wykazały, że kryształy kaolinitu stanowiące treść tych różnych pod względem odmian teksturalnych paratonsteinów różnią się stopniem uporządkowania struktury wewnętrznej. W skałach tych stwierdzono też nieduże ilości illitu i minerałów mieszanopakietowych. Skład tych utworów uzupełniają zmienne ilości kwarcu, silnie zwietrzałych mik, materiału węglowego, minerałów ciężkich (cyrkon, rutyl, apatyt). Charakterystycznym składnikiem tych osadów są relikty materiału tufogenicznego, przybierające postać zwietrzałego szkliwa, a także pirogenicznego kwarcu, sanidynu czy biotytu. 102

103 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Skały z kontaktu trzeciorzęd mezozoik Utwory stanowiące podłoże brunatnowęglowej serii trzeciorzędowej w Bełchatowie, od lat budziły przedmiot zaciekawienia. Bodajże, jako pierwszy zainteresował się nimi Zadurski (1971). Później były też przedmiotem badań Simiczyjewa i Wiśniewskiego (1997), Ratajczaka i in. (2001, 2002), Wyrwickiego (2001). Wyniki badań wskazywały na dużą różnorodność litologiczną i petrograficzną osadów zalegających w tej strefie. Stanowiło to efekt przemian skałotwórczych zachodzących w skałach od początku sedymentacji aż do etapu lityfikacji (diageneza). Miały one miejsce również w skałach już zlityfikowanych (epigeneza). Z tymi przemianami związane były wtórne procesy minerałotwórcze sulfatyzacja, pirytyzacja, dolomityzacja, fosforytyzacja, kaolinityzacja, sylifikacja, które doprowadziły do powstania zróżnicowanych petrograficznie skał. Skład chemiczny różnych odmian skał wyróżnionych w strefie kontaktu trzeciorzęd mezozoik w złożu węgla brunatnego w Bełchatowie według Ratajczaka i in. (2002) przedstawia tabela Tabela Skład chemiczny skał ze strefy kontaktowej trzeciorzęd mezozoik w złożu węgla brunatnego Bełchatów według Ratajczaka i in. (2002) Odmiana skały i zawartość składnika [% wag.] Składnik gezy opoki opoki lekkie margle SiO 2 + NR 95,90 51,10 96,55 10,46 28,69 Al 2 O 3 0,30 0,60 0,90 1,50 Fe 2 O 3 0,80 0,50 1,20 0,40 1,80 CaO 0,20 24,90 ślady 47,20 34,10 MgO 0,50 0,70 0,40 1,90 3,90 Wilgoć 1,87 0,86 0,09 0,35 3,90 Straty prażenia 1,84 20,14 1,50 37,75 28,32 Objaśnienia: NR substancja nierozpuszczalna. Skały okruchowe (waki i arenity) Hycnar i Pękala (2010), wśród skał okruchowych zalegających w strefie kontaktu mezozoik neogen w złożu węgla brunatnego Bełchatów, wykazały obecność dwóch kompleksów skał okruchowych różniących się między sobą wykształceniem litologicznym. Kompleks górny tworzą przede wszystkim waki. W kompleksie dolnym występują arenity. Szkielet ziarnowy arenitów zbudowany jest przede wszystkim z ziarn kwarcu. Pozwala to, zgodnie z klasyfikacją Pettijohna i in. (1972), zaliczyć je do arenitów kwarcowych. Szkielet ziarnowy wak, podobnie jak arenitów, zbudowany jest również głównie z kwarcu. Zgodnie z klasyfikacja Pettijohna i in. (1972) można zaliczyć je do wak kwarcowych. Spośród opisywanych skał okruchowych budujących strefę kontaktu osadów neogenicznych z utworami mezozoicznymi podłoża dominują arenity kwarcowe o spoiwie krzemionkowym charakteryzujące się dobrym obtoczeniem i wysortowaniem materiału. W skąpym 103

104 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego spoiwie typu matriks tkwią skalenie i okruchy skalne. Waki zbudowane z dobrze obtoczonego, ale źle wysortowanego materiału okruchowego ze znaczną zawartością litoklastów, intraklastów oraz skaleni. Utwory przejściowe (gezy, opoki, margle) Skały zaliczane do gez, obecne w tej strefie, charakteryzują się lekko porowatą teksturą i strukturą organodetrytyczną. W ich opalowo-chalcedonowo-ilastym tle tkwią dość liczne szczątki organiczne, głównie igły gąbek. Są zbudowane z chalcedonu. Materiał detrytyczny jest reprezentowany przez pojedyncze ziarna kwarcu oraz niezbyt liczne blaszki muskowitu i hydromuskowitu. Badania mikroskopowe wykonane przez Ratajczaka i in. (2001) wykazały obecność w strefie kontaktowej zarówno opok, jak i opok lekkich. Odznaczają się one zbitą, laminowaną teksturą. Ich struktura posiada charakter mikrytowo-organogeniczny. W węglanowo-krzemionkowym tle tkwią liczne bioklasty. Są zazwyczaj kalcytowe lub krzemionkowe. W pierwszym przypadku stanowią je głównie otwornice, fragmenty szkarłupni i pokruszone skorupy mięczaków. W drugim wykazano obecność elementów szkieletowych zbudowanych z opalu bądź chalcedonu. Występuje również materiał detrytyczny, głównie ziarna kwarcu o zróżnicowanej wielkości (aleurytowe lub pelitowe). Zauważono też skupienia niewielkich kryształków pirytu o idiomorficznych zarysach. Są też pojedyncze ziarna minerałów ciężkich, głównie cyrkonu. Tło skalne wykształcone jest w postaci mikrokrystalicznego kalcytu lub opalu. Skały te były też przedmiotem badań Pękali i Hycnar (2010). Okazało się, że dominującym składnikiem opok jest krzemionka (tab. 2.22). Jej zawartość mieści się w zakresie od 40,2 do 66,9% wag. Obecność CaO jest również zróżnicowana i wynosi 16 30,5% wag. Ilości pozostałych składników chemicznych nie wykazują wyraźnej zmienności. Zadurski (1971) w jednym z otworów wiertniczych wykonanych w rejonie Bełchatowa wykazał zaleganie opok lekkich. Występowały one na stosunkowo niedużej głębokości, bo zaledwie 14 metrów. Simiczyjew i Wiśniewski (1997) doszli do przekonania, że trudno w ich przypadku o jednoznaczną identyfikację litologiczną. Makroskopowo według tych autorów przypominają one ziemię krzemionkową. Tym nie mniej autorzy ci zaproponowali dla nich bardzo nieprecyzyjny termin zwietrzelina. Zwrócili także uwagę na sposób jej zalegania. Spotyka się je w stropie niezmienionych skał węglanowych. Również Ratajczak i in. (2001) określili te utwory jako opoki lekkie. Posiadają one cechy typowe dla opok odwapnionych czy też ziem krzemionkowych. Według Wyrwickiego (2001) utwory te reprezentują odwapnioną opokę wzbogaconą w Ca-beidellit a ich skład mineralny jest następujący (w % obj.): minerały ilaste 36 46, kwarc oraz trydymit 54 62, kalcyt 0,7 1,8. Wyniki badań dyfraktometrycznych pozwoliły wykazać, że minerały z grupy SiO 2 są reprezentowane zarówno przez kwarc, jak i trydymit oraz cristoballit. Występuje także opal. Opoki lekkie są skałami kruchymi o mikrokrystaliczno-ziarnistej strukturze i porowatej teksturze. Pory mają zwykle kształt wrzecionowaty, wydłużony o przekrojach okrągławych i rozmiarach dochodzących do 50 µm. Szkielet ziarnowy stanowi w nich głównie włóknisty chalcedon. Występuje on w formie agregatów promienistych i tworzy również obwódki 104

105 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH wokół ziarn kwarcu. Ten ostatni minerał stanowi około 30% objętości skały i ma rozmiary od 0,03 do 0,3 mm (Gilarska i Hycnar 2007). Przestrzeń porowa pomiędzy agregatami chalcedonowymi jest zazwyczaj pusta, ale bywa też wypełniona krzemionkową, opalizującą substancją lub sporadycznie drobnymi kryształkami kalcytu. Zauważono nieliczne, chalcedonowe igły gąbek. Spotyka się też blaszki muskowitu i hydromuskowitu a sporadycznie biotytu. Pospolite są opalowe szczątki organiczne (okrzemki?). Słabo przeświecającą substancję pylastą budują zapewne wodorotlenki i tlenki żelaza. Tworzą one miejscami formy podobne do dendrytów, a także impregnują szczątki ilaste. Rentgenograficznie wykazano, że opalizującą substancję stanowią minerały SiO 2 będące ogniwem pośrednim pomiędzy opalem CT i opalem C (opal cristoballitowy). Te same badania wykazały obecność w tych skałach smektytów (odmiana wapniowa). Tabela Wyniki badań chemiczno-mineralogicznych oraz fizykochemicznych opok ze złoża węgla brunatnego Bełchatów według Pękali i Hycnar (2010) Typ skały i uzyskane wyniki Parametr opoka opoka lekka Skład chemiczny [% wag.] SiO 2 40,2 66,9 82,1 89,1 TiO 2 0,2 ślady Al 2 O 3 0,7 4,5 2,3 3,0 Fe 2 O 3 0,6 1,7 0,9 2,2 CaO 16,0 30,5 0,1 0,9 MgO 0,1 1,9 0,2 0,8 MnO 0,004 0,02 0,001 Na 2 O 0,05 0,12 0,02 0,03 K 2 O 0,7 0,06 0,08 P 2 O 5 0,03 0,09 n.o.* Skład mineralny [% obj.] Kalcyt 27,7 28,6 0,5 0,9 Kwarc + spoiwo krzemionkowe 67,7 72,7 82,8 89,7 Minerały ilaste 1,3 3,9 3,3 4,2 Inne 1,2 2,7 4,3 5,1 Właściwości fizykomechaniczne Gęstość pozorna [g/cm 3 ] 1,89 1,97 1,32 1,41 Gęstość właściwa [g/cm 3 ] 2,45 2,47 2,43 2,60 Porowatość całkowita [% obj.] 22,5 24,3 40,0 44,5 Wilgotność [% wag.] 1,5 1,9 n.o. Wytrzymałość na ściskanie [MPa] na sucho ,2 31,90 Ścieralność [cm] 0,84 1,2 0,78 0,90 Objaśnienia: n.o. nie oznaczano. 105

106 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Skład chemiczny i mineralny oraz niektóre właściwości fizykomechaniczne opok lekkich podaje tabela Dominujący jest udział SiO 2 (niekiedy niemal 90% wag.). Nieduża ilość CaO (poniżej 1% wag.) wskazuje na zaawansowany proces ich odwapniania. Przeprowadzono badania opok odwapnionych mające wykazać ich ewentualną przydatność w charakterze sorbentów mineralnych (Dział Geologiczny Kopalni Bełchatów, 2015). Uzyskano następujące rezultaty: y powierzchnia właściwa (BET): 39 m 2 /g, y sorpcja (CEC): 63 mval/100 g, y sorpcja oleju transformowanego: frakcja 0 12 mm: 46,7% (przy ph 4) i 38,7% (przy ph 8), frakcja 1 3 mm: 32,16% (przy ph 4) i 24,3% (przy ph 8). Badania te są dalece niekompletne w kontekście oceny przydatności opok lekkich jako sorbentów mineralnych. Tym nie mniej nie wykluczają możliwości wykorzystania w ochronie środowiska. Obecność krzemionki w formie opalu i chalcedonu wpływa korzystnie na możliwość wykorzystania opok lekkich do produkcji cementu portlandzkiego. Wydaje się możliwe zastosowanie ich do utwardzania podłoża dróg i placów użytkowych. Potencjalnym kierunkiem wykorzystania mogłoby też być rolnictwo. Zawierają jednak zbyt mało CaO w stosunku do wymagań normowych stawianych nawozom wapiennym. Margle to skały o teksturze zbitej, bezładnej. Ich struktura jest organogeniczna lub sparytowo-mikrytowa. W tle zbudowanym z kalcytu i minerałów ilastych występują liczne, zwykle nieregularne, przeważnie pokruszone węglanowe szczątki organiczne (głównie skorupki otwornic, czy mięczaków i fragmenty szkarłupni). Nieliczne przestrzenie porowe są wypełnione prawie całkowicie sparytowym cementem blokowym. Nieco rzadziej spotyka się zbudowane z opalu, dobrze zachowane elementy szkieletowe gąbek. Widoczne są też nieliczne ziarna kwarcu oraz pojedyncze agregaty glaukonitu. Rentgenograficznie wykazano w tych skałach obecność illitu i beidellitu a także minerałów o strukturach mieszanopakietowych illit-beidellit (Gilarska, Hycnar 2007, Wyrwicki 2001). Kaoliny W latach Kopalnia eksploatowała w rejonie antykliny łękińskiej kopaliny ilaste z kompleksu podwęglowego. Występowały one lokalnie bezpośrednio pod pokładem węgla, w rejonie zbocza południowego pola Bełchatów. Były to białe i jasnoszare iły i mułki kaolinitowe, żółto rdzawoczerwone mułki kaolinitowo-illitowe oraz ciemnoszare piaszczysto-ilaste mułki kaolinitowo-chlorytowo-illitowe. Wszystkie te odmiany były bezteksturalne, z co najwyżej z niewyraźnie zaznaczoną laminacją poziomą. Stały się przedmiotem badań Simiczyjewa i Wiśniewskiego (1995), Wyrwickiego (1995b) oraz Wiśniewskiego i Wyrwickiego (1997). Badania Wiśniewskiego i Wyrwickiego (1997) wykazały, że iły te zalegają w formie trzech kompleksów: y górnego (I). Stanowią go piaszczyste mułki ilaste, typu kaolinowego, ze sferolitami syderytowymi; y środkowego (II), to iły mułkowe, kaolinitowo-illitowe; 106

107 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH y dolnego (III) składającego się z iłów i mułków ilastych o nieco odmiennej asocjacji mineralnej, mianowicie chlorytowo-illitowej. Granulometrycznie ten typ skał ilastych reprezentowany jest przez trzy odmiany litologiczne: iły mułkowe i piaszczysto-mułkowe oraz mułki piaszczysto-ilaste. Skład chemiczny i mineralny tych odmian podaje tabela Tabela Skład chemiczny i mineralny skał kaolinowych ze złoża węgla brunatnego w Bełchatowie według Wyrwickiego (1995b) Składnik Odmiana iłów i zawartość składnika [% wag.] ił mułkowy ił piaszczysto-mułkowy mułek piaszczysto-ilasty SiO 2 62,6 65,74 70,22 Al 2 O 3 24,38 21,43 19,18 TiO 2 1,18 1,09 0,73 Fe 2 O 3 1,20 1,51 0,95 CaO 0,65 0,60 0,26 MgO 0,6 0,59 0,70 Na 2 O 0,05 0,03 0,904 K 2 O 1,69 1,55 1,24 SO 3 0,57 0,56 nw. Straty prażenia 7,02 6,83 6,33 Suma 99,94 99,93 99,75 Minerały ilaste, w tym: y kaolinit y illit Kwarc Syderyt 0,0 0,0 0,0 Piryt 0,0 0,3 0,0 Substancja organiczna 0,2 0,7 0,1 Kaoliny te w większości reprezentowały odmiany redeponowane. Tylko część z nich miała cechy kaolinów pierwotnych. Wspólnym rysem było występowanie dwuskładnikowego zespołu minerałów ilastych drobnoziarnistego kaolinitu oraz illitu (rys. 2.25). Ilościowe proporcje tych dwóch minerałów, zależnie od litologii i genezy osadów, wahały się w przedziale od 55 45% obj. do 85 15% obj. Stąd też wyróżniono wśród nich dwie odmiany: kaolinitową i kaolinitowo-illitową. Cechą wyróżniającą kaoliny wietrzenne było to, że kwarc drugi ich składnik skałotwórczy, był bardzo drobnoziarnisty. Wielkość jego ziarn nie przekraczała 0,1 mm. Występował w ilości około 15% obj. Kaoliny osadowe zawierały ziarna kwarcu większe, o rozmiarach do 1 mm średnicy. Spotykano w nich też siarczki żelaza. Przybierały one formy konkrecji dochodzących do 3 cm średnicy. Jedna i druga odmiana zawierała różnej wielkości klasty węglowe w ilości do 15% obj. Jednak w kaolinach redeponowanych ilości te były zazwyczaj mniejsze. 107

108 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Dyfraktogram kaolinitowo-illitowej odmiany kaolinów z kompleksu podwęglowego Pola Bełchatów według Bahranowskiego i in. (1999) Objaśnienia: I/S minerał mieszanopakietowy illit/smektyt; I illit; Ka kaolinit, Pl plagioklazy; Q kwarc; Sy syderyt; W ss wskaźnik uporządkowania struktury kaolinitu według Stocha (1974) Osady obu grup genetycznych kaolinów mają cechy kopaliny ilastej typu kaolinitowego, rodzaju illitowo-kaolinitowego (Wyrwicka i Wyrwicki 1994). Wyniki badań mineralogicznych przeprowadzonych przez Bahranowskiego i in. (1999) wykazały, że obecny w tych skałach kaolinit odznacza się średnim stopniem uporządkowania struktury wewnętrznej. Wyliczony według Stocha (1974) wyniósł on 1,5. Z kolei illit zawiera niewielkie ilości pakietów pęczniejących. Obydwa te minerały występowały w formie agregatów zbudowanych z nieregularnych płytek o wielkości około 1 µm. W materiale okruchowym tych skał obecne były mikrokonkrecje żelaziste. Tworzył je syderyt (w tym także odmiana Mn Ca tego węglanu), a rzadziej piryt i hematyt. Odmiany naturalne kaolinów posiadały cechy surowca niskoogniotrwałego. Masa sporządzona z dodatkiem 29% wag. wody wykazywała skurczliwość wysychania wynoszącą 6% oraz wybitną wrażliwość na suszenie. Otrzymać z nich było można ceramiczne tworzywo porowe wypalając je w temperaturze od 850 C do 1130 C (odmiany silnie spieczone) oraz tworzywo spieczone o nasiąkliwości 6 2% wag. po wypaleniu w temperaturze C. Barwa tworzywa porowego była biała lub jasnokremowa, zaś spieczonego najczęściej jasnoszara. Sugeruje to możliwość zaliczenia tej kopaliny do iłów biało wypalających się, choć o niskim stopniu białości. Kopaliny te mogły znaleźć zastosowanie w przemyśle ceramicznym jako surowiec komponent mas do produkcji płytek okładzinowych szkliwionych czy okładzinowych 108

109 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH barwionych, a także porcelitu i porcelany sanitarnej oraz różnorodnych wyrobów kamionkowych. Stanowiły też surowiec przydatny do otrzymywania koncentratu illitowo-kaolinitowego, którego główną zaletą była temperatura maksymalnego spieczenia wynosząca C i bliska zeru porowatość wypalonego w tej temperaturze tworzywa. Według Simiczyjewa i Wiśniewskiego (1995) obecność Fe 2 O 3 i TiO 2 powodowała, że nie spełniały one wymagań w zakresie białości. Ograniczało to możliwość wykorzystania. Według tych autorów potencjalnie możliwe było również ich wykorzystanie w technologiach ceramicznych w stanie nieuszlachetnionym, ale w ograniczonym zakresie. Przeprowadzono również badania nad zastosowaniem iłów kaolinowych w charakterze surowców ogniotrwałych, kwarcowo-szamotowych i ceramicznych. Uzyskane wyniki wskazywały na takie możliwości. W trakcie tych badań ustalono również ogniotrwałość tych kopalin. Wyniosła ona 161 sp. Potencjalne ich wykorzystanie nie będzie związane z potrzebą ich uszlachetniania. Ta odmiana skał ilastych w 1999 roku została przebadana przez ZZPC w Opocznie. Dzięki uzyskanym wynikom okazało się, że kopaliny kompleksu I (górnego), po usunięciu sferolitów kumulujących żelazo, mogły być komponentem nadającym się do produkcji porcelitu, płytek ściennych, wyrobów kamionkowych. Kopaliny kompleksu II (środkowego) miały cechy surowców służących do produkcji wyrobów kamionkowych, płytek podłogowych i klinkieru. Kopaliny III (dolnego) kompleksu były predysponowane do wytwarzania wyrobów ceramiki cienkościennej i drążonej, a podrzędnie klinkieru. Ilaste skały kaolinowe z Bełchatowa były częściowo selektywnie eksploatowane. W celu ich zabezpieczenia, umożliwiającego dalsze wykorzystanie, w latach składowano je na północnym złożu wtórnym. Postępujący front robót wydobywczych spowodował jednak, że część ich zasobów nie została wyeksploatowana i uległa bezpowrotnej stracie. Iły illitowe Iły typu illitowego występują pospołu z odmianami kaolinitowymi w kompleksie podwęglowym. Zalegają w formie warstw o miąższości od kilku do kilkunastu metrów. Mineralogicznie reprezentują odmianę illitowo-kaolinitową iłów. Charakteryzuje je zmienne zapiaszczenie. Dość często spotykany jest w nich goethyt i syderyt. Mogą służyć do wytwarzania wyrobów kamionkowych, klinkieru, półklinkieru budowlanego. Odmiany zawęglone stanowią surowiec służący do produkcji wyrobów porowych ceramiki budowlanej (Wyrwicki 1995b). Piaski kwarcowe Piaski kwarcowe zalegały w zboczu południowym odkrywki Bełchatów. Ich zasoby były stosunkowo nieduże. Szacowano je na 2 mln Mg. W 1992 roku zaczęto je eksploatować. Według Stocha (1991), a także Wiśniewskiego (1993a) granulometrycznie należą one do odmian drobnoziarnistych. Dominuje w nich frakcja 0,1 0,3 mm, stanowiąc 77 88% wag. Budujące je ziarna kwarcu wyróżniają się nieregularnym kształtem. Na ich powierzchni dostrzegalne są głębokie ślady korozji chemicznej. Cechuje je wyraźne faliste ściemnianie światła oraz spękania, stanowiące efekt kataklazy. Jest to przyczyną znacznej reaktywności tych kopalin stwierdzonej w trakcie wytapiania szkła. 109

110 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Surowcowo piaski te należą do odmian stosunkowo czystych. Świadczy o tym skład chemiczny ich odmian naturalnych (tab. 2.24). W efekcie klasyfikacji ziarnowej, procesów płukania i poprzez wydzielenie minerałów ciężkich ilość tlenków barwiących ulega dalszemu zmniejszeniu (tab. 2.25). Zanieczyszcza je głównie kaolinit, a ponadto skalenie i minerały ciężkie (magnetyt, ilmenit, turmalin), a w niektórych partiach również piryt i markasyt. Piaski te odznaczają się temperaturą topnienia poniżej 1000 C a także wąskim interwałem topnienia w zestawach na szkło sodowo-wapniowe, wynoszącym C. Badania technologiczne piasków wykonane w Tomaszowskich Kopalniach Surowców Mineralnych na próbie przemysłowej pozwoliły zaliczyć je do odmian szklarskich (klasa 2 4). Nie wykluczono możliwości ich wykorzystania w innych technologiach do wytwarzania farb i lakierów, materiałów ściernych, w przemysłach zapałczanym, ceramicznym, materiałów budowlanych czy na użytek chemii gospodarczej. Tabela Niepełny skład chemiczny piasków kwarcowych ze złoża węgla brunatnego Bełchatów według Stocha (1991) Składnik Zawartość [% wag.] SiO 2 98,80 99,50 (99,21) TiO 2 0,04 0,22 (0,12) Al 2 O 3 0,13 0,75 (0,39) Fe 2 O 3 0,03 0,28 (0,09) CaO 0,06 0,08 (0,07) MgO 0,01 0,12 (0,05) Straty prażenia 0,19 0,25 (0,22) Uwaga: w nawiasach podano wartości średnie. Tabela Zawartość tlenków barwiących we frakcji szklarskiej * piasków kwarcowych z Bełchatowa oraz po procesach ich wzbogacania (% wag.) według Stocha (1991) Składnik Frakcja szklarska (0,1 0,5 mm) Po procesie płukania Po wydzieleniu minerałów ciężkich Fe 2 O 3 0,027 0,053 0,017 0,11 0,017 0,031 TiO 2 0,068 0,143 0,049 0,096 0,024 0,031 Al 2 O 3 0,082 0,62 0,066 0,25 0,014 0,095 * Frakcja szklarska, niemal monomineralna frakcja piasków kwarcowych o uziarnieniu 0,1 0,5 m, której ilość decyduje o możliwości ich wykorzystania w przemyśle szklarskim. W zależności od zawartości w niej składnika podstawowego SiO 2 oraz zanieczyszczeń Fe 2 O 3, TiO 2, Al 2 O 3, CaO piaski te dzielą się na klasy przydatności. W wyniku procesów przeróbczych piasków kwarcowych uzyskuje się nadziarno i podziarno. Podziarno to mączka kwarcowa, a także koncentraty minerałów ciężkich, głównie Ti i Cr. Zaś nadziarno stanowią żwirki. 110

111 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Część piasków kwarcowych z Bełchatowa była wykorzystywana do produkcji cegły wapienno-piaskowej. Piaski były eksploatowane i zwałowane nieselektywnie na składowisku zewnętrznym Kopalni. W latach ze zbocza południowego Pola Bełchatów wyeksploatowano i zgromadzono około 8,5 tys. Mg tych surowców Inne kopaliny i substancje mineralne Wysad solny w Dębinie W latach w trakcie dokumentowania złoża węgla brunatnego, w rejonie Bełchatowa stwierdzono w centralnej części rowu Kleszczowa, w rejonie Dębiny, obecność brachyantyklinowego wyniesienia. Wykonane otwory wiertnicze i pomiary geofizyczne stwierdziły obecność wysadu solnego. Stanowi on lokalne wyniesienie permskiego podłoża. Na jego strukturę składają się: ciało solne, czapa anhydrytowo-gipsowa oraz utwory brekcji (Ciuk 1973). Na planie poziomym wysad ten przypomina nieregularną elipsę o wydłużonej osi w kierunku północno-południowym i wymiarach metrów. Jest jednym z najmniejszych znanych w środkowej Polsce wysadów, które przebiły się przez utwory mezozoiczne (Kuszneruk 1993). W trakcie procesów tektonicznych, których wynikiem było powstanie rowu tektonicznego, utwory solne zostały wyciśnięte z pierwotnego podłoża w formie diapiru pnia solnego o stromych, prawie pionowych ścianach. Tworzące wysad utwory serii solnej to głównie czysta sól kamienna, średnio- i grubokrystaliczna z przerostami anhydrytów zanieczyszczonych substancją ilastą. Jest to sól biała z odcieniem różowawym. Zawartość NaCl wynosi w niej 96,5 99,4% wag. Ilość siarczanów i części nierozpuszczalnych nie przekraczała 1,5% wag. (Werner 1980). Bursztyny W listopadzie 1978 roku w trakcie eksploatacji zaburzonych osadów czwartorzędowych w miejscach wypływu wód na terenie złoża Bełchatów, stwierdzono występowanie dużych ilości ziarn i okruchów bursztynu. Przybierały one formy pojedynczych bryłek bądź większych skupień. Spotykano je zwykle w towarzystwie soczewkowatych nagromadzeń detrytusu roślinnego. Różniły się zabarwieniem. Były to odmiany miodowe, cytrynowe, wiśniowe. Ich występowanie było ściśle związane z obecnością serii osadów zastoiskowych. Swoim wyglądem przypominały bursztyny bałtyckie. Badania chromatograficzne wykazały, że stanowią one mieszankę tych samych związków co bałtyckie, różnią się jednak wielkością ich koncentracji. Należą do grupy sukcynitów. Zostały wtórnie naniesione przypuszczalnie z kierunku północnego i nagromadzone w osadach czwartorzędowych Bełchatowa (Czechowski i in. 1994). Nie stanowią one obiektu eksploatacji przemysłowej, budzą jedynie zainteresowania kolekcjonerów. 111

112 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Gazy kopalniane Przy przewiercaniu pokładów węgla brunatnego w złożu Bełchatów obserwowano niekiedy zjawisko wypływu gazów metanu. Charakteryzuje się ono dużą zmiennością intensywności strumienia, jego objętości i prędkości wypływu. Sytuacja ta stwarza potencjalne zagrożenie wybuchem, przy przekroczeniu granicznych ilości wypływającego gazu. Może to mieć miejsce zarówno w trakcie prowadzenia prac wiertniczych, jak i być związane z eksploatacją studni oraz wykonywania otworów monitoringowych. Przejawy obecności gazów wybuchowych w złożu węgla brunatnego Bełchatów były przedmiotem badań Macudy i Słomki (2016). Wykazano, że jego stężenia w niektórych odwiertach mieszczą się w granicach wybuchowości tj Vol. Potencjalnym zagrożeniem może być też siarkowodór, ze względu na dużą toksyczność. Jednak w trakcie wykonywanych od 2014 roku pomiarów jego stężenie było niewielkie. Wydatek strumienia metanu pomierzony w otworach wynosił od 0,0011 do 0,109 m 3 /sek. Natomiast skład wydostającego się gazu był następujący (ppm): O 2 : 18,94 20,83; CH 4 : 0,07 7,39; H 2 : 0 2; CO 2 : 0,08 1,28; NO x : 0 3. Woda mineralna Funkcjonowanie Kopalni związane jest z pompowaniem wody z kilkuset studni głębinowych. Badania jej jakości wykazały, że odpowiadają wymaganiom norm decydujących o możliwościach spożytkowania w charakterze wód pitnych. Zawierają cenne mikroelementy, takie jak K, Mg, Na oraz Fe, Mn, Se. Ilość selenu wynosi 0,005 mg/dm 3. Niskie są w nich wartości Cl a szczególnie NO 3. Jest to woda czysta biologicznie. Nie zawiera pierwiastków toksycznych, takich jak As, Cd, Hg (Masłowska 1993). W tej sytuacji Towarzystwo Gospodarcze BEWA Spółka z o.o. zdecydowało się wykorzystać gospodarczo wodę z dwóch ujęć nawiercających utwory kredowe, a zlokalizowanych w miejscowości Piaski. W 1993 roku rozpoczęto wpierw produkcję wody mineralnej gazowanej i niegazowanej 5 PLUS, a później napoju SOFT DRINK. W 1999 roku uruchomiono nową generację napojów pod nazwa ORSI. Ogólnie firma T.G. BEWA produkuje 29 różnych rodzajów napojów i wody mineralnej na rynek krajowy i niemiecki. W 2000 roku sprzedawano rocznie mln opakowań tych wód i napojów (Wojnowski 2000). Skrzemieniałe pnie drzew W sposób rozproszony wśród piasków kompleksu ilasto-piaszczystego a także węgla brunatnego występują skrzemieniałe pnie drzew (fot. 20). Ich kubatura wynosi od 0,01 0,5 m 3, a waga mieści się w przedziale od kilkudziesięciu kg do około 1 Mg. Spotkane są sporadycznie. Jednak od czasu zbliżania się robót górniczych do wysadu solnego Dębina znajdowano je częściej w ilości około 50 okazów rocznie. Wykorzystywane bywają w celach ozdobnych i muzealnych. 112

113 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Fot. 20. Fragment pnia skrzemieniałego drewna mioceńskiego z IV poziomu eksploatacyjnego Pola Bełchatów 113

114 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Złoża węgla brunatnego rejonu Konina i Turka 1. Węgiel brunatny w Wielkopolsce, historia odkrycia i eksploatacji Węgiel brunatny to kopalina znana i eksploatowana na terenie Wielkopolski od dawien dawna. Stwierdzenie takie znajduje uzasadnienie nie tylko z racji jego aktualnej eksploatacji w rejonie Konina Turka czy istnieniu dużych udokumentowanych nagromadzeń na terenie tzw. rowu poznańskiego, ale także w śladach takiej działalności w innych rejonach, a znanych z czasów historycznych. Stąd też należy zgodzić się ze stwierdzeniem Widery (2000), że Wielkopolska węglem stoi, a raczej na nim leży. Zdaniem Ciuka (1994b) już nasi przodkowie za czasów pierwszych Piastów spotykali się zapewne z węglem brunatnym. Było to możliwe z racji istnienia naturalnych odsłonięć, np. w korytach rzek czy zaklęśnięć glacitektonicznych w podłoże. Niemniej należy się spodziewać, że wykorzystanie węgla brunatnego było w tych czasach znikome, ze względu na dostatek drewna. Najstarsza na ziemiach polskich odkrywka węgla brunatnego powstała najprawdopodobniej na terenach obecnego zagłębia konińskiego, a konkretnie w Brzeźnie. Według Skoczylasa (1994) miało to miejsce już w XIII wieku. Jak rozwijało się górnictwo węgla brunatnego w Wielkopolsce przez następne stulecia można jedynie domniemywać. W 1871 roku, w styczniowej Gazecie Polskiej Zofia Urbanowska zamieściła artykuł o planach utworzenia kopalni węgla brunatnego we wspomnianym Brzeźnie. Uruchomiona, eksploatowała węgiel w niedużej ilości, na użytek majątku ziemskiego i miejscowej ludności. Jednak z czasem zaniechano wydobywania. Widera (2000) uważa, że nieco później, bo w roku 1883 węgiel na potrzeby lokalne zaczęto eksploatować w Ochli koło Konina. W okresie I wojny nie obserwowano trendów rozwojowych związanych z górnictwem węglowym. Jednak kopalina ta nadal sygnalizowała swoją obecność, np. w 1918 roku w Morzysławiu odsłoniła się naturalna jego wychodnia. Z czasem zalały ją wody z Warty. Okres międzywojenny cechowała także bardzo słaba koniunktura na węgiel brunatny. Jak gdyby prekursorem poszukiwań węgla w rejonie Konina był Makowski (1926). Wykazał zaleganie 12 pól węglowych opłacalnych do wydobywania. Pierwsze z nich zostały zbadane w 1926 roku. W 1934 r. przy okazji eksploatacji zapewne iłów poznańskich w Glince koło Konina odsłonięto strop pokładu węgla, eksploatowanego później w odkrywce Morzysław. I właśnie w tej miejscowości w czasach II wojny światowej rozpoczęto eksploatację węgla na skalę przemysłową. Na marginesie należy zauważyć, że nie tylko w rejonie Konina, ale na terenie całej Wielkopolski te dwie kopaliny tzn. węgiel brunatny i iły poznańskie były niejako skazane na siebie. Z racji swej genezy i wieku współwystępują ze sobą. Obecność jednej wymusza niejako zainteresowanie się drugą. Chyba z tego powodu Jerzy Bogumił Pusch już w XIX wieku wspominał o obecności węgla brunatnego razem z plastycznymi glinami w rejonie 114

115 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Trzcianki (vide Ciuk 1994c). Podobna sytuacja miała miejsce na terenach rowu poznańskiego chociażby w Jerce czy Kopaszewie koło Kościana. Lata powojenne to okres dynamicznego rozwoju górnictwa węgla brunatnego na tych terenach. W 1945 roku uruchomiono i zaczęto eksploatować węgiel w odkrywce Morzysław. Rok później powstała tu również brykietownia. Po wyczerpaniu zasobów w tym złożu rozpoczęto wydobywanie węgla z odkrywki Niesłusz. W celu pokrycia zapotrzebowania na węgiel dla energetyki (zbudowano elektrownie Konin i Pątnów) zaszła potrzeba uruchomienia kolejnych odkrywek. Były to Gosławice (1958), Pątnów (1962), Kazimierz (1965), Jóźwin (1971), Lubstów (1982). W 1992 roku rozpoczęto budowę następnej odkrywki Kazimierz Północ. Nazwa złoża, a potem odkrywki Adamów oddanej do użytku w 1965 roku, związana jest z osobą a konkretnie imieniem prof. Adama Pachli. Uchodzi on za odkrywcę złóż węgla brunatnego na terenie powiatu turkowskiego. W zagłębiu konińsko-turkowskim funkcjonują dwie wieloodkrywkowe kopalnie węgla brunatnego Konin i Adamów. W swej niemal siedemdziesięcioletniej historii wyeksploatowały już sześć odkrywek. Prowadzą działalność wydobywczą w trzech następnych. Na podkreślenie zasługuje fakt, że górnictwu węgla w tym regionie udało się z powodzeniem pogodzić rygorystyczne niekiedy przepisy dotyczące ochrony środowiska z zagrożeniami, które niesie eksploatacja tej kopaliny. Przykładem takiej koegzystencji górnictwa i środowiska jest złoże Tomisławice. Rozmieszczenie złóż i odkrywek węgla brunatnego w rejonie Konina oraz Turka jest przedstawione na rysunku Okazało się, że dziejom odkrycia i eksploatacji węgli brunatnych w rejonie Konina dorównują losy surowców skalnych znanych z tych okolic. Również one posiadają wymiar historyczny. Otóż od dawien dawna, jak na to wskazują zapiski historyczne, o których wspominają Ciuk (1994c), Gach i in. (1992) czy Skoczylas (1994), już w XII wieku na terenach tych funkcjonowało górnictwo skalne. Przedmiotem eksploatacji i wykorzystania były zsylifikowane, bardzo twarde i lite piaskowce znane m.in. z okolic Brzeźna. Stosowano je w budownictwie architektonicznym na Kujawach czy na Ostrowie Lednickim. Bezpośrednim dowodem istnienia górnictwa skalnego jest też słup drogowy z Konina wykuty z tych piaskowców, posiadający inskrypcję łacińską z 1151 roku. Historia ta godna jest odnotowania z racji tego, że według obecnej wiedzy piaskowce te zalegały wśród piasków podwęglowych i z uwagi na aktualne kryteria pretendowały do miana kopalin towarzyszących. 2. Budowa geologiczna zagłębia konińsko-turkowskiego Bardzo istotnym wydarzeniem w zagadnieniach dotyczących problematyki geologicznej węgli brunatnych było przedstawienie przez Ciuka (1967) schematu litostratygraficznego trzeciorzędu Niżu Polskiego. Z niewielkimi zmianami obowiązuje on do dziś. Jego synte- 115

116 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego tyczny obraz notowany w przypadku serii brunatnowęglowej nagromadzeń węgla w rejonie Konina i Adamowa przedstawia rysunek Układ serii litologicznych stanowi źródło wiedzy na temat obecności i geologicznych warunków zalegania węgla brunatnego, a także możliwości jego eksploatacji. Rys Lokalizacja odkrywek i złóż antropogenicznych w kopalniach węgla brunatnego z rejonu Konina i Adamowa według Widery i Szczurka (2014) Litostratygrafia serii brunatnowęglowej, geologiczno-górnicze zaleganie utworów zarówno węglonośnych, jak i stanowiących nadkład czy podłoże wywarły swoje piętno na 116

117 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH złożowych formach zalegania tej kopaliny w rejonie konińsko-turkowskim. Według Widery (2001b) oraz Urbańskiego i Widery (2016) wiele faktów wskazuje na to, że tutejsze złoża węgla brunatnego są pochodzenia autochtonicznego. Pod względem morfologicznym reprezentują one sześć typów nagromadzeń. Są to złoża: tektoniczne, glacitektoniczne, pokładowe, soczewkowe, związane z wysadami solnymi, reliktowe. Rys Schematyczny profil litostratygraficzny w rejonie konińsko-turkowskiego zagłębia węgla brunatnego według Ciuka (1967) Zasadniczo budowę geologiczną złóż tego regionu można przedstawić następująco. Węgiel brunatny w kolejnych nagromadzeniach zalega w nieckach sedymentacyjnych o owalnym lub wydłużonym kształcie. Występuje w otulinie serii ilastej, zwanej iłami poznańskimi. Bezpośrednio nad węglem leżą iły przewarstwione piaskiem pylastym, mułkami piaszczystymi lub drobnoziarnistym piaskiem kwarcowym. Zarówno osady ilaste, jak i piaszczyste charakteryzuje znaczna miąższość i rozprzestrzenienie lateralne. Piaski tworzą też niekiedy soczewki. Pod węglem spotyka się również serię piaszczystą. Podłoże tych trzeciorzędowych sedymentów stanowią wapienne i margliste osady mezozoiku. Nadkład czwartorzędowy to z kolei osady kolejnych zlodowaceń gliny zwałowe, różnoziarniste glacjalne i fluwioglacjalne piaski oraz żwiry, głazy narzutowe. Taki sposób zalegania węgla brunatnego ma miejsce np. w złożu Władysławów (rys. 2.28). Nieco odbiega od tego schematu przekrój geologiczny ilustrujący sposób zalegania węgla w złożu Adamów. Daje się w nim zauważyć silne oddziaływanie procesów glacitektonicznych. Sprawiło ono, że w nadkładzie tego złoża utworzyła się rynna polodowcowa, wypełniona osadami piaszczystymi (rys. 2.29). 117

118 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Uproszczony przekrój geologiczny przez rów Władysławowa z zaznaczonym pokładem węgla brunatnego według Urbańskiego i Widery (2016) Objaśnienia: Q czwartorzęd, Tr trzeciorzęd, Cr kreda Rys Schematyczny przekrój geologiczny przez fragment złoża węgla brunatnego Adamów według Jachny-Filipczuk i in. (2001) Objaśnienia: trzeciorzęd: 1 piaski, 2 węgiel, 3 iły, 4 żwiry, 5 mułki; czwartorzęd: 6 gliny zwałowe, 7 piaski Ten typ budowy geologicznej powoduje, że nagromadzenia węgla brunatnego tego rejonu charakteryzuje zbliżona litologia skał nadkładowych. Np. w złożu Adamów są to gliny i piaski czwartorzędowe, stanowiące 55% profilu skał nadwęglowych, żwiry 13% oraz iły 27%. Z kolei w złożu Władysławów gliny zwałowe stanowią niemal 50% profilu, piaski i żwiry 39%, iły 8% a mułki 3%. Jedynym ze złóż w rejonie konińskim, które nie posiadało charakteru sedymentacyjnego, był Lubstów. Reprezentuje on typ złoża tektonicznego (rys. 2.30). Fakt ten posiada określone konsekwencje dotyczące nie tylko jego budowy geologicznej, ale rodzaju zalegających w nim skał niewęglowych. Dominujący udział w nadkładzie mają gliny zwałowe 69% i piaski około 20%. Inne odmiany osadów, w tym m.in. iły poznańskie spotykane są w mniejszych ilościach (rys. 2.31). Jako ciekawostkę można wspomnieć o obecności w nim kredy jeziornej, kopaliny nieznanej z innych złóż. 118

119 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Schematyczny przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Lubstów według Urbańskiego i Widery (2016) Objaśnienia: 1 gliny zwałowe, 2 piaski, 3 węgiel brunatny, 4 skały piaskowcowe, 5 skały węglanowe, 6 uskoki geologiczne Rys Profil litostratygraficzny osadów trzeciorzędowych zalegających w rowie Lubstowa według Widery (1998) Objaśnienia: 1 margle, 2 piaskowce, 3 piaski i żwiry, 4 piaski, 5 mułki, 6 węgiel brunatny, 7 iły, 8 gliny, 9 uskoki, 10 granice niezgodności, 11 glaukonit, 12 plankton, 13 mikrofauna Ogólny widok odkrywki Adamów przedstawia fotografia 21. Widoczne są dwa poziomy wydobywcze piasków nadkładowych i iłów poznańskich. Fotografia 22 ilustruje glacitektoniczne zafałdowania tych iłów oraz ich zmienność kolorystyczną. Jak wynika z kolei z fotografii 23 nadkład węgla stanowią także gliny zwałowe. W przypadku odkrywki Tomisławice ponad węglem zalegają w sposób niemal lateralny piaski fluwioglacjane (fot. 24). Zaś gezy wapienne odsłaniają się w spągu wyeksploatowanego pokładu węgla w odkrywce Koźmin (fot. 25). 119

120 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Fot. 21. Ogólny widok odkrywki Adamów. Widoczne są dwa poziomy wydobywcze, w górnym zalegają piaski nadwęglowe natomiast w dolnym widać wysad iłów poznańskich Fot. 22. Glacitektoniczne zafałdowanie iłów poznańskich w odkrywce Adamów. Widoczne zróżnicowanie kolorystyczne sygnalizujące ich zmienność litologiczną 120

121 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Fot. 23. Odkrywka Adamów. Nadkład zbudowany z glin zwałowych. Widoczne ślady spękań oraz dezintegracji materiału skalnego Fot. 24. Odkrywka Tomisławice. Nadkład zbudowany prawie w całości z piasków fluwioglacjalnych zalegających niemal lateralnie 121

122 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Fot. 25. Odkrywka Koźmin. Gezy wapienne odsłaniające się w podłożu wyeksploatowanego pokładu węgla 3. Litologia skał nadkładu i podłoża Wyniki wieloletnich badań dotyczących skał zalegających w nadkładzie i w podłożu złóż węgla brunatnego z okolic Konina i Turka wskazują na ich zbliżony charakter litologiczny Osady czwartorzędowe Wśród osadów dominują gliny zwałowe. Wyróżnić można wśród nich dwie odmiany: y powierzchniowe, reprezentujące zlodowacenie bałtyckie; y morenowe, związane ze zlodowaceniem środkowo-polskim. W glinach spotyka się liczne przewarstwienia i soczewki piaszczysto-żwirowe fluwioglacjalne, a także iły warwowe czy głazy narzutowe. Niekiedy sedymenty piaszczyste tworzą ciągłe warstwy o miąższości dochodzącej do 40 metrów. 122

123 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Gliny zwałowe z Lubstowa są skałą zwięzłą. Posiadają zróżnicowane zabarwienie szarawe, żółtawe, brązowawe. Średni udział poszczególnych frakcji ziarnowych jest w nich następujący (% wag.): ilasta 17 40; pyłowa 25 48; piaszczysta 11,5 48; żwirowa 0,3 20. Dowodzi to, że reprezentują odmianę skał ilastych znacznie zapiaszczonych. O ich składzie chemicznym można się orientować na podstawie badań przeprowadzonych w przypadku odmian z Lubstowa (tab. 2.26). Charakteryzują się znaczną zawartością SiO 2, przekraczająca 70% wag. Ilości pozostałych składników są nieduże i cechuje je większe (CaO) lub mniejsze zróżnicowanie (Fe 2 O 3 czy Na 2 O i K 2 O). Znaczna zawartość CaO dowodzi ich wapnistego charakteru. Obecność substancji organicznej jest nieduża. Zamyka się w przedziale od 0,11 do 0,38% wag. Tabela Skład chemiczny glin zwałowych z nadkładu złoża węgla brunatnego Lubstów (według Ratajczaka i in. 1987) Składnik Zawartość [% wag.] SiO 2 70,94 78,40 (74,65) TiO 2 0,50 0,53 (0,51) Al 2 O 3 6,29 10,89 (8,00) Fe 2 O 3 2,09 3,43 (2,84) CaO 1,85 7,39 (5,47) MgO 0,50 1,33 (1,05) Na 2 O 0,40 0,43 (0,41) K 2 O 0,99 1,30 (1,20) SO 3 0,03 0,07 (0,05) Substancja organiczna 0,11 0,38 (0,21) Straty prażenia 2,73 7,83 (5,53) Uwaga: w nawiasach podano wartości średnie. Piaski i żwiry plejstoceńskie są osadami bardzo urozmaiconymi strukturalnie i teksturalnie. Charakteryzuje je szeroka paleta barw, różnoziarnistość, zmienny stopień wysortowania, a także zróżnicowanie składu chemicznego. Zalegają w sposób bardzo nieregularny. Przedzielają je bardzo często gliny zwałowe. W złożu Lubstów stanowiły ponad 20% nadkładu. Z kolei w złożu Koźmin ich udział jest mniejszy, wynosi 7% (Widera 2001b). Obecność głazów narzutowych występujących w nadkładzie złóż węgla brunatnego jest związana głównie z poziomami glin zwałowych. Rzadziej spotyka się je wśród osadów wodnolodowcowych. Stanowią one znaczne utrudnienie w procesach eksploatacyjnych. Nie tylko nie mieszczą się do czerpaków koparek, ale je niszczą. Obok niewielkich, o kilkudziesięciocentymetrowej średnicy, trafiają się olbrzymy o trzymetrowym przekroju. Jeden z takich głazów można podziwiać w lapidarium przed Instytutem Geologii UAM w Poznaniu. Pochodzi on z odkrywki Jóźwin. Należy do granitognejsów i ma wagę około 20 Mg. Petrograficznie spotyka się wśród nich prawdziwe rarytasy różowe granity rapakivi, dioryty skandynawskie zwane czarnymi, szare i różowe sjenity, różnych odcieni 123

124 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego czerwieni kwarcyty. Natomiast lokalny materiał mogą stanowić silnie zsylifikowane piaskowce kwarcytowe. Obecność torfów wykazano w kilku odkrywkach węgla brunatnego. Zalegają m.in. w Lubstowie i w Pątnowie. W odkrywkach kopalni Adamów miąższość ich rzadko przekracza jeden metr. Wypełniają zazwyczaj doliny cieków na terenach zalewowych Warty. Natomiast w odkrywkach kopalni Konin maksymalna grubość pokładów może dochodzić do 12 metrów. Spotkać je można w formie wypełnień rynien polodowcowych. W spągu złoża Lubstów wykazano też zaleganie pokładu kredy jeziornej. Jako ciekawostkę należy traktować fakt występowania w niektórych złożach tego regionu tzw. czarnych dębów nazywanych też polskim hebanem. Zostało po raz pierwszy odnotowane w 2000 roku. Jedynym miejscem ich występowania jest odkrywka Koźmin (Widera 2001c). Wśród osadów aluwialnych Strugi Janiszewskiej odsłaniają się dwa poziomy dębów. Zalegają na głębokości 2 3,5 metra wśród holoceńskich osadów piaszczystożwirowych. Utworzyły się z drewna dębowego, które w sprzyjających warunkach fizykochemicznych zmieniło nie tylko barwę na czarną, ale stan zachowania, nadających im unikalną kolorystykę i swoiste piękno. Bursztyny spotykane są w glinach starszych zlodowaceń. Znaleźć je można także u podnóża zwałowisk glin polodowcowych. Niekiedy bywają wypłukiwane przez wody i gromadzą się w rowach odwadniających Trzeciorzędowe utwory nadkładowe Wśród utworów trzeciorzędowych w odkrywkach węgla brunatnego rejonu Konina i Turka wyróżnia się trzy serie litologiczne: podwęglową, węglową i nadwęglową. W serii nadwęglowej spotkać można iły i piaski. Podwęglowa ma charakter piaszczysty, a jej podłoże stanowią utwory mezozoiczne Skały ilaste (iły poznańskie) Utwory nadwęglowe reprezentują najmłodsze ogniwo neogenu. Basen sedymentacyjny, który obejmował swym zasięgiem ponad pół obszaru Polski, zaczął się wypełniać tymi utworami w górnym miocenie. Zalegające w nim utwory ilaste, z racji rejonizacji swego występowania, nazwane zostały iłami poznańskimi. Sedymentowały one bezpośrednio na węglach brunatnych. Ich miąższość waha się w szerokim przedziale, dochodząc do 50 metrów w odkrywkach kopalni Konin. Natomiast w przypadku złóż kopalni Adamów jest mniejsza i nie przekracza 25 metrów. Duże zróżnicowanie grubości serii ilastej należy łączyć przede wszystkim z plejstoceńską egzarcją lądolodów skandynawskich, a także erozją wód subglacjalnych oraz glacitektoniką (Widera 1998, 2001a). Odnosi się wrażenie, że największe miąższości iłów pokrywają się z niezbyt grubymi wystąpieniami podścielających je węgli 124

125 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH brunatnych. Należy to tłumaczyć raczej konsolidacją węgli niż tektoniką subsydencją podłoża kenozoicznego (Widera 2001a; Widera i Mazurek 2000). Formacja poznańska w odkrywkach kopalni Konin reprezentowana jest przez trzy ogniwa litologiczne iłów: szare, zielone i płomieniste. Natomiast w rejonie Adamowa w nadkładzie złóż brak jest ogniwa iłów płomienistych. Zdaniem Dyjora (1970) oraz Wichrowskiego (1981) te trzy zróżnicowane kolorystycznie serie różnią się składem mineralnym frakcji ilastej, dotyczącym zwłaszcza zespołów minerałów autigenicznych. Skład mineralny trzech podstawowych ogniw litostratygraficznych utworów ilastych serii poznańskiej podaje tabela Tabela Skład mineralny ogniw litostratygraficznych serii iłów poznańskich według Dyjora (1970, 1992) Wiek Poziom litologiczny Miąższość [m] Charakterystyka litologiczna PLIOCEN MIOCEN seria Gozdnicy kilka iły płomieniste kilka do 20 iły zielone kilka do 120 iły szare seria brunatnowęglowa 0,5 kilkanaście żwiry i piaski kwarcowe z kaolinitem (tylko na przedpolu Sudetów) iły i mułki oliwkowe z czerwonymi plamami (pstre) iły i mułki zielone i szaroniebieskie, z przewarstwieniami piaszczystymi o różnej grubości; częste konkrecje węglanowe o średnicy do ponad 1 cm, rozproszone warstwy margli, konkrecyjne skupienia FeS 2, kryształy i konkrecje gipsu iły szare i brunatne, często węgliste ze zwęglonymi szczątkami roślin i niekiedy siarczkami żelaza węgiel brunatny Bodajże najbardziej kompletną i nadal aktualną, mimo upływu lat, charakterystykę składu mineralno-chemicznego iłów poznańskich można znaleźć u Wichrowskiego (1981). Według tego autora stanowią je głównie utwory ilaste, czasami mułkowe, a sporadycznie piaskowe. Zdarzają się wśród nich ławice lub soczewki żwirów, rzadziej margli. Udział frakcji żwirowej nie wpływa na ich ilasto-mułkowy charakter granulometryczny i strukturę. Podstawowymi składnikami mineralnymi tych osadów są minerały ilaste i kwarc (tab ). Wśród minerałów ilastych dominują smektyty szeregu beidellit-nontronit oraz odmiany mieszanopakietowe smektyt-illit. Illit i kaolinit występują w podrzędnych ilościach. W centralnej części obszaru zalegania serii poznańskiej (czyli pokrywającej się z zasięgiem konińsko-turkowskiego zagłębia węglowego) dominującym minerałem ilastym pozostaje beidellit. Cechami charakterystycznymi tych iłów z uwagi na ich skład mineralny pozostają również: y obecność minerałów żelaza: hematytu, goethytu, a także niekiedy pirytu czy markasytu (w formie konkrecji); 125

126 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego y niewielka ilości węglanów, głównie kalcytu; y występowanie gipsu w formie konkrecji a rzadziej rozproszonej. Konkrecje bywają liczne zwłaszcza w przypowierzchniowych strefach wietrzennych. Iły i mułki tej serii są na ogół niewapniste. Stosunkowo pospolite, zwłaszcza w spągowych partiach serii, są konkrecje wapienne. Bywają one rozproszone bądź koncentrują się w określonych poziomach. W strefie wietrzennej, do głębokości kilku metrów, obok gipsu pojawia się jarosyt i inne siarczany z grupy ałunitu. Tabela Skład mineralny iłów poznańskich według Wichrowskiego (1981), zaktualizowany przez Niecia i Ratajczaka (2004) Typ składników Podstawowe Towarzyszące Akcesoryczne Minerały beidellit, minerały mieszanopakietowe illit-smektyt, kwarc kaolinit, illit, hematyt, uwodnione tlenki Fe, piryt, markasyt kalcyt, syderyt, haloizyt W tabeli 2.29 podano skład chemiczny iłów poznańskich. Skorzystano z rezultatów przytaczanych przez Kozydrę i Wyrwickiego (1970) oraz Wichrowskiego (1981). Obejmuje ona ilości dotyczące wszystkich trzech odmian litostratygraficznych skał. Stąd też szeroki interwał ich zawartości w przypadku poszczególnych składników. Tabela Skład chemiczny iłów poznańskich według Wichrowskiego (1981) oraz Kozydry i Wyrwickiego (1970) Składnik Zawartość [% wag.] SiO 2 60,09 80,41 (62,51) TiO 2 0,38 1,60 (0,87) Al 2 O 3 6,40 24,69 (17,63) Fe 2 O 3 0,25 14,77 (5,65) FeO 0,00 1,85 (0,57) CaO 0,26 16,49 (1,63) MgO 0,08 3,04 (1,15) K 2 O 1,28 3,33 (2,15) Na 2 O 0,10 1,13 (0,36) SO 3 0,00 2,53 (0,24) CO 2 0,0 5,30 (0,99) Straty prażenia 2,79 18,02 (8,32) Uwaga: w nawiasach podano wartości średnie. Zawartość SiO 2 mieści się w przedziale od około 60 do około 80% wag. Również szeroki jest interwał obecności Al 2 O 3, CaO. W przypadku CaO wynika to z obecności konkrecji 126

127 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH wapnistych lub gipsowych. Na 2 O jest znacznie mniej niż K 2 O. Iły te odznaczają się niekiedy wysoką zawartością związków żelaza. W skrajnych przypadkach przekracza ona 14% wag. W uśrednionym składzie mineralnym iłów formacji poznańskiej z odkrywek rejonu Konina ilość beidellitu jest oceniana na około 60% wag. Współwystępują z nim illit (około 10% wag.), kaolinit (ok. 6% wag.) i kwarc (ok. 24% wag.) (Kłapyta 1975; Wichrowski 1981; Kłapyta i Żabiński 2008). Ich skład granulometryczny jest dość urozmaicony, a zawartość poszczególnych frakcji bywa zmienna. Udział frakcji ilastej mieści się w przedziale od 37 do 64% wag., pylastej 5 40% wag., a piaszczystej 10 20% wag. (Gradecki 1997). Według Kłapyty (1975) iły poznańskie rejonu Turka reprezentują skały plastyczne, łatwo rozmakające w wodzie, silnie pęczniejące. Po wysuszeniu stają się twarde i kruche. Nie zauważa się w nich śladów warstwowań i tekstur kierunkowych. Mają strukturę pelitową. W partiach bardziej zapiaszczonych staje się ona aleurytowa. Ich tekstura jest bezładna. Badania Ratajczaka (1991) wykazały, że w składzie mineralnym iłów serii poznańskiej zalegających w odkrywce Adamów dominuje beidellit (50 60% wag.), a ponadto występuje kaolinit (20 30% wag.), illit (5 10% wag.), kwarc (10 20% wag.). Ich granulometria odznacza się przewagą frakcji ziarnowej 0,05 0,02 mm i poniżej 0,02 mm. W pierwszym przypadku wynosi około 30% wag. a w drugim 57,5% wag. Wyszomirski i Gaweł (1999) zaproponowali nazwanie iłów poznańskich z rejonu Konina smektytowymi. Wynikało to stąd, że według tych autorów charakteryzowały się one wysoką zawartością Ca-Mg smektytu (ok. 80% wag.). Zwracają też uwagę na podwyższoną obecność Fe 2 O 3 prawie 6% wag. Obecność kaolinitu autorzy oszacowali na około 10% wag. i podobnie ocenili ilości kwarcu. Iły te w zdecydowanej przewadze zbudowane są z ziarn mniejszych od 4 µm, z których około 95% reprezentuje z kolei frakcję poniżej 1 µm. Górniak i in. (1996b, 2001) badali profil osadów występujących nad pokładem węgla brunatnego w złożu Piaski. Należały one do poziomu iłów płomienistych serii poznańskiej. Są to utwory piaskowo-mułkowo-ilaste, występujące w trzech odmianach kolorystycznych. Ich skład mineralny jest monotonny. Obecne są w nich, w różnych proporcjach ilościowych, kwarc, skalenie oraz minerały ilaste smektyt, kaolinit, illit a także minerały żelaza: goethyt, hematyt, piryt. Wśród minerałów ilastych dominuje smektyt typu beidellitowego. W badanym profilu wyróżniono dwa cykle sedymentacyjne z ziarnami o rozmiarach malejących ku górze (rys. 2.32). Badania Wyszomirskiego i in. (2005) wykazały, że iły poznańskie z rejonu Konina z uwagi na skład mineralny determinujący ich właściwości sorpcyjne można traktować jako surowce smektytowe. Dyfraktogramy rentgenowskie iłów o charakterze smektytowym są przedstawione na rysunku Analizy te dotyczyły zarówno próbek surowych, jak i poddanych procesom modyfikacji. W złożu węgla brunatnego Lubstów zalegały płomieniste odmiany iłów poznańskich. Ich warstwy miały kilkumetrową miąższość. Odznaczały się wyraźną plastycznością. Charakter chemiczny był zdeterminowany obecnością SiO 2 i Al 2 O 3. Wśród minerałów ilastych wykazano obecność kaolinitu, a także illitu i smektytu. Składnikami detrytycznymi tych iłów są kwarc i skalenie (zarówno potasowe, jak i sodowo-wapniowe). Występuje w nich również mika typu muskowitu. Są też śladowe ilości substancji organicznej, pirytu i hematytu. 127

128 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Profil serii poznańskiej znad pokładu węgla brunatnego w złożu Piaski według Górniak i in. (2001) Objaśnienia: 1 iłowce, 2 mułowce, 3 piaskowce, 4 gliny czwartorzędowe, 5 węgiel brunatny, 6 ślady flory, 7 laminacja soczewkowa, 8 laminacja pozioma Utwory serii poznańskiej wykazują pewną rytmiczność sedymentacyjną. Obserwuje się mianowicie, że poszczególne ławice w obrębie w pełni litologicznie wykształconego kompleksu charakteryzują się obecnością w spągu piasków (a bywa, że żwirów) przechodzących ku górze w mułki, a dalej w iły plastyczne czy bardzo plastyczne. Miąższość ławic bywa zmienna (od kilku do kilkunastu metrów). Cykle takie powtarzać się mogą wielokrotnie. Ze wspomnianą rytmicznością związane jest także zróżnicowanie składu mineralnego iłów. 128

129 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Dyfraktogramy rentgenowskie iłów poznańskich o charakterze smektytowym pochodzące z rejonu Konina według Górniak i in. (2001) Objaśnienia: a próbka surowa, b próbka po nasyceniu glikolem etylenowym, c próbka po wyprażeniu w 560 C, d próbka po wyprażeniu w 1000 C, Sm- smektyt, K kaolinit, Q kwarc, An anataz Odmiany zielone różnią się od płomienistych m.in. większą zawartością glaukonitu i chlorytów. W odmianach płomienistych bardziej pospolity jest kaolinit. Pojawia się też haloizyt a także odpowiedzialny za ich zabarwienie goethyt lub limonit. Duczmal-Czernikiewicz (2007) wykorzystując wyniki badań składu chemicznego iłów poznańskich pochodzących z rejonu Konina, przy pomocy diagramu ACK (Al 2 O 3 (CaO + Na 2 O) K 2 O) wykazała, że chemizm tych osadów wskazuje na skały kwaśne lub obojętne jako materiał źródłowy w procesach ich powstawania Piaski W odkrywce Adamów piaski nadkładowe stanowią około 40% profilu (Grzeszczyk i Jachna-Filipczuk 1999). Są to odmiany drobno- i średnioziarniste. Ich skład mineralny wskazuje na charakter kwarcowy z domieszką skaleni i łyszczyków. Zalegają w nich soczewki żwirów mające niewielkie rozprzestrzenienie i miąższość dochodzącą do 4 metrów. Nagromadzenie tego typu piasków obecne jest w Ruminie. Ma miąższość około 7 metrów. Zalega pod dwumetrowym nadkładem utworów czwartorzędowych. Są to odmiany granulometrycznie jednorodne średnio- lub gruboziarniste. 129

130 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego W złożu węgla brunatnego Lubstów wykazano obecność czterech pokładów piasków. Miąższość tych wystąpień dochodziła do 30 metrów. Wzrastała zwłaszcza w partiach peryferyjnych złoża. Piaski te można było zaliczyć do odmian drobnoziarnistych, zawierających ponad 98% wag. SiO 2. Bogate są one we frakcję 0,1 0,5 mm, której udział wynosi 78 97% wag. Petrograficznie reprezentują różne odmiany, np. kwarcowo-glaukonitowe, kwarcowe, kwarcowo-węgliste. W tych ostatnich dostrzegalny jest drobny detrytus roślinny, a nawet okruchy ksylitów. Liczne, a nawet bardzo liczne są w nich też konkrecje pirytowe dochodzące do kilku centymetrów średnicy. Piaski te posiadają zarówno jasne zabarwienie (odmiany kwarcowe), jak i szarawe czy nawet szarobrunatne w strefach kontaktu z węglem Kompleks podwęglowy Skały węglanowe Płytko zalegające stropowe skały mezozoiku były nawiercane podczas prac rozpoznawczych na obszarze wszystkich niemal złóż węgla brunatnego w okolicach Konina i Turka. W dokumentacjach geologicznych określano je jako margle. Charakteryzowały się białawo-szarawą barwą. Zauważyć w nich można było wykwity tlenków żelaza lub zielonkawe naloty glaukonitu. Zawierały ślady mikrofauny. Częste spękania wykazywały tendencję do kierunkowego uporządkowania. Istnieje duża rozbieżność dotycząca klasyfikacji petrograficznej tych skał. Pożaryski (1952) zaliczył je do opok wapnistych. W dokumentacjach geologicznych identyfikowano je jako margle. Widera (1999) uznał je za gezy wapienne czy skały węglanowo-krzemionkowe, a Ratajczak (1991) zaliczył te osady do opok. Tego typu skały zostały odsłonięte m.in. w odkrywce Koźmin Północ w 2010 roku po wyeksploatowaniu pokładu węgla. Zalegały w formie paleowyniesień o charakterze zrębów tektonicznych (fot. 25). Wyniki badań chemicznych i mineralogicznych wykazały dominację w nich niskomagnezowego kalcytu. Kwarc występował głównie jako ziarna pelitowe. Z kolei połączenia żelaza tworzyły występujące częściowo samodzielnie goethyt i hematyt. W złożu węgla brunatnego Lubstów stwierdzono zaleganie osadów górnokredowych z pogranicza mastrychtu. Ich kompleks był wykształcony w formie skał węglanowych oraz węglanowo-piaszczystych zaliczanych do opok (Ratajczak 1991). Skały te posiadały strukturę mikrytowo-sparytową. Budujący je zarówno kalcyt, jak i minerały z grupy SiO 2 były w przewadze pochodzenia chemicznego. Udział organogenicznych faz węglanowych i krzemionkowych był nieduży. Kalcyt wykształcony był w postaci ziarn o wielkości od 0,15 do 0,25 mm. Stanowiły one najprawdopodobniej produkt rekrystalizacji mikrytu kalcytowego. Ziarna kwarcu miały wielkość od 0,4 do 0,6 mm. W przewadze posiadały charakter ostrokrawędzisty. Spotykano także agregaty opalowo-chalcedonowe. Zauważono krzemionkowe spikule, minerały ilaste, glaukonit, a także ciemne agregatowe skupienia pirytu. 130

131 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Skład chemiczny osadów węglanowych z podłoża węgla brunatnego w Lubstowie podaje tabela Wynika z niej wyraźna dominacja CaO i SiO 2. Ich ilości są jednak zróżnicowane. Wskazuje to na znaczną różnorodność chemiczną tych osadów. Pozostałe składniki są obecne w niedużych ilościach. Pośród nich stosunkowo najwięcej jest Al 2 O 3. Tabela Skład chemiczny skał węglanowych pochodzących ze złoża węgla brunatnego Lubstów (według Ratajczaka i in. 1987) Składnik Zawartość [% wag.] SiO 2 39,51 21,66 Al 2 O 3 1,58 2,65 Fe 2 O 3 1,38 0,98 CaO 42,00 30,26 MgO 0,00 Na 2 O 0,14 K 2 O 0,29 0,14 SO 3 0,21 0,10 Straty prażenia 32,79 25,26 Według Widery (1999) gezy wapienne odsłaniają się w spągu węgla w złożu Adamów. Widoczne są w nich spękania tektoniczne oraz tendencja do horyzontalnej oddzielności blokowej. Posiadają one teksturę zbitą oraz przełam ziarnisty. Ich tło skalne ma charakter węglanowo-krzemionkowo-ilasty. Wśród węglanów stwierdzono jedynie kalcyt (do 67% wag.). Minerały ilaste to głównie illit. W śladowych ilościach obecne są skalenie i glaukonit Piaski i żwiry W rejonie Konina i Adamowa piaski w sposób niemal ciągły podścielają pokłady węgla. Zalegają najczęściej wprost na skałach górnokredowych albo na reliktowo zachowanych utworach paleogeńskich. Ich miąższość waha się od kilkunastu centymetrów (na wyniesieniach kredy i w rynnach erozyjnych bywają niekiedy zupełnie zerodowane) do kilkudziesięciu metrów w najgłębszych partiach rowów tektonicznych. Piaski ze złoża Adamów reprezentują odmiany drobno- i średnioziarniste, kwarcowe, dobrze wysortowane. Niekiedy z racji domieszek pyłu węglistego stają się brunatnawe. Miąższość ich nagromadzeń jest zależna od konfiguracji stropu kredy i dochodzi do 50 metrów (Grzeszczyk i Jachna-Filipczuk 1999). Przedmiotem badań Dobosza i Widery (2009) były tzw. żwiry kwarcowe zalegające w odkrywce Koźmin. Są one spotykane w spągowych partiach osadów neogeńskich, a dokładniej mioceńskich. Bywają lokalnie zsylifikowane, tworząc piaskowce kwarcytowe. W składzie petrograficznym tych żwirów można wyróżnić okruchy kwarcu dochodzące do 30 mm średnicy, lidyty, krzemienie, piaskowe kwarcytowe, wapienie. Kwarc i lidyty 131

132 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego stanowią materiał allochtoniczny. Natomiast krzemienie i wapienie są skałami lokalnymi. Kwarc stanowi około 95% obj. tych osadów, a we frakcjach drobniejszych nawet 98% obj. Minerał ten występuje w sześciu różnobarwnych odmianach. Obok ziarn obtoczonych, spotyka się również tylko częściowo zaokrąglone, a także ostrokrawędziste. Wyróżniono wśród nich ziarna błyszczące i matowe. Frakcja ciężka tych piasków wyjątkowo wzbogacona jest w cyrkon. Złoże węgla brunatnego Lubstów charakteryzowało się tym, że piaski można było spotkać nie tylko w podłożu, ale również jako przewarstwienia pokładów węgla (rys. 2.30). Skład chemiczny piasków międzypokładowych i zalegających pod węglem w złożu Lubstów jest podany w tabeli Absolutnie dominuje w nich SiO 2. Pozostałe składniki występują w bardzo znikomych ilościach. Tabela Skład chemiczny piasków zalegających między i pod pokładem węgla brunatnego w złożu Lubstów według Ratajczaka i in. (1987) Składnik Odmiana piasków i zawartość [% wag.] międzypokładowe podwęglowe SiO 2 98,10 98,00 TiO 2 0,06 0,07 Al 2 O 3 0,13 0,07 Fe 2 O 3 0,09 0,17 CaO 0,85 0,64 MgO 0,08 0,00 K 2 O 0,04 0,04 Na 2 O 0,10 0,11 Straty prażenia 0,28 0,48 W ich składzie ziarnowym dominuje frakcja 0,5 0,125 mm. W piaskach międzypokładowych jest obecna w ilości średnio 71,35% wag., a w odmianach podpokładowych aż 85,5% wag. W międzypokładowych znaczna jest ilość ziarn mniejszych od 0,1 mm 15,15% wag. (Ratajczak i in. 1987). W piaskach międzypokładowych, wśród ziarn okruchowych przeważa kwarc. Zauważono też większe okruchy chalcedonu. Powierzchnia ziarn kwarcu niekiedy pokryta jest nalotami substancji węglistej i związków żelaza. Zauważono skaolinityzowane skalenie. Kwarc jest również głównym składnikiem materiału okruchowego w przypadku piasków zalegających pod pokładem węgla. W ich przypadku analizy dyfraktometryczne frakcji poniżej 2 μm wykazały obecność kaolinitu i Ca-smektytu. 132

133 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH 3.4. Piaskowce kwarcytowe (silkrety) Tego typu skały obecne są w zasadzie we wszystkich odkrywkach węgla brunatnego zarówno w rejonie Konina, jak i Turka (m.in. Widera 2001b). Są lite, ale wyraźnie spękane. Część z nich, zaliczana do oligocenu, zalega pod pokładami węgli. Obecne są także w nadkładzie węgla. Te są wieku mioceńskiego. Można je zauważyć w ścianach odkrywek. Interesującym przykładem występowania piaskowców kwarcytowych jest odkrywka Koźmin. Występują tam w formie wyniesienia o znacznych rozmiarach i kubaturze ocenianej na kilkanaście tysięcy m 3. Wyniki badań Górniak i in. (1996a) wykazały, że reprezentują piaskowce (arenity) o spoiwie krzemionkowym. Są to skały zwięzłe, o ciemnoszarej barwie, teksturze bezładnej, lekko porowatej. Pory wypełnia bezpostaciowa krzemionka, a ich wielkość dochodzi do 0,1 mm średnicy. Zwarty szkielet ziarnowy zbudowany jest prawie wyłącznie z monokrystalicznych ziarn kwarcu. Są one w różnym stopniu obtoczone i źle wysortowane. Rozmiary większości nie przekraczają 0,2 mm. Obok ziarn kwarcu spotyka się pojedyncze skalenie alkaliczne oraz litoklasty skał krzemionkowych. Spoiwo ma charakter kontaktowo-porowy i składa się z ziarnistego chalcedonu i mikrokrystalicznego kwarcu. Podrzędnie jest to spoiwo regeneracyjne. Zdaniem Skompskiego (1996) obecność tych skał w serii brunatnowęglowej rejonu Konina i Turka ma charakter unikalny, nieznany z innych złóż węgla brunatnego. Wydaje się mieć dużą wartość geoturystyczną. Uzasadniona wydaje się być więc propozycja zachowania miejsc ich zalegania jako obiektów przyrody chronionej Wody kopalniane Eksploatacja węgla brunatnego w rejonie Adamowa Konina jest nierozerwalnie związana z odwodnieniem złóż. Prowadzone jest ono głębinowo, systemem studziennym oraz powierzchniowo przy pomocy rowów i pompowni spągowych. W odkrywkach należących do obu kopalń można wyróżnić dwa poziomy wód podziemnych: czwartorzędowy i kredowo -trzeciorzędowy. Pierwszy, płytszy obejmuje kilka horyzontów wodonośnych, w tym wody piasków przypowierzchniowych i zawodnionych soczewek piaszczystych występujących pośród glin lodowcowych. Poziom kredowo-trzeciorzędowy to wody wypełniające silnie uszczelinowione skały kredowe, osady podwęglowe (najczęściej wykształcone w litofacji piaszczystej) i pokłady węglowe. Według danych hydrogeologicznych w obu kopalniach w bilansie odwodnienia wody poziomu czwartorzędowego stanowią poniżej 5%, a kredowo- -trzeciorzędowego to 95% (Mazurek i Materski 1998). 133

134 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego 4. Kopaliny towarzyszące, ich właściwości surowcowe i stopień wykorzystania 4.1. Wstęp Kopaliny towarzyszące zalegające w złożach węgla brunatnego w rejonie Konina i Turka stanowiły przedmiot zainteresowania od końca lat pięćdziesiątych ubiegłego stulecia. Po upływie niemal pół wieku Kasztelewicz (1993) dokonał próby oceny zakresu oraz stopnia zarówno ich rozpoznania surowcowego, jak i wykorzystania. Zdaniem tego autora niektóre zagadnienia związane z problematyką kopalin towarzyszących można było wówczas uznać za przynajmniej częściowo rozwiązane. Dotyczyło to: y torfów z odkrywek Jóźwin, Lubstów, Pątnów. W latach osiemdziesiątych XX wieku wydobyto i zeskładowano 1,3 mln m 3 tych kopalin. Ich wydobyciem i dystrybucją zajmowała się Spółdzielnia Ogrodniczo-Pszczelarska w Koninie. Wykorzystywano je do poprawy właściwości bonitacyjnych gleb oraz nawożenia trawników i klombów. Część była sprzedawana właścicielom ogródków działkowych i szklarni. Pewne partie gromadzono na składowiskach; y żwirów i piasków występujących w postaci pospółki. Prowadzono ich ciągłą eksploatację. Średnio w roku wydobywano od kilku do kilkunastu tys. m 3. Surowce te wykorzystywane były przez oddziały ruchowe kopalni, m.in. Zakład Robót Górniczych do budowy dróg oraz prac murarsko-tynkarskich, a także sprzedawano innym użytkownikom spoza kopalni; y piasków podwęglowych. Istniały możliwości zagospodarowania ich jako dodatku do mas formierskich czy w przemyśle szklarskim. W praktyce jedynym ich odbiorcą stały się Zakłady Ceramiki Budowlanej w Honoratce powstałe przy odkrywce Pątnów. Wykorzystywano je w charakterze dodatku schudzającego przy produkcji wyrobów ceramiki budowlanej. Poza tym Kopalnia wydobyła i złożyła na składowisku około 280 tys. m 3 tych piasków; y głazów narzutowych. Rocznie wydobywano od kilku do kilkunastu tysięcy sztuk mniejszych i większych głazów. Wykorzystywane były one jednak w nieznacznym stopniu. Sprzedawano je różnym odbiorcom na obeliski czy pomniki oraz do zakładów kamieniarskich. Były one też przetwarzane na kruszywo. Inną formą wykorzystania była sprzedaż najpierw przez MINEX, a później do kontrahentów z Niemiec, Holandii czy Austrii; y iłów poznańskich. Niewielkie ich partie sprzedawane były zakładom produkującym elementy ceramiczne (np. płytki). Na początku lat osiemdziesiątych ubiegłego stulecia powstały dwa projekty dotyczące wykorzystania tych iłów. Były nimi budowa zakładów ceramiki budowlanej przy odkrywce Kazimierz o zdolności produkcyjnej 100 mln jednostek ceramicznych rocznie (największy na ówczesne czasy zakład w Polsce) oraz przy odkrywce Pątnów w Honoratce o zdolności 25 mln jednostek rocznie. Ostatecznie powstał jeden zakład w Honoratce. 134

135 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH W sposób bardziej aktualny i kompleksowy do problematyki kopalin towarzyszących powrócili Jachna-Filipczuk i in. (2001) oraz Widera (2001b). Według nich wielkopolskie kopalnie węgla brunatnego mogły być źródłem następujących ich odmian: y mezozoicznych gez wapiennych, y trzeciorzędowych iłów, piasków i piaskowców, y czwartorzędowych piasków, żwirów, głazów narzutowych, torfu, czarnych dębów, bursztynu. Ponadto istniała możliwość wykorzystania wód podziemnych z obydu pięter: mezozoiczno-trzeciorzędowego i czwartorzędowego. W okręgu konińsko-turkowskim oddawanie do eksploatacji kolejnych odkrywek węgla stwarzało szansę wykorzystania zalegających w nich kopalin towarzyszących. Niestety ich jakość surowcowa nie zawsze na to pozwalała. I tak np. w złożu Pątnów III okazało się, że gliny zwałowe nie spełniają kryteriów kopalin towarzyszących. Nie dotyczyło to natomiast iłów poznańskich. Wynika to z wykazanych przez nie właściwości technologicznych przedstawionych w tabeli Tabela Skład chemiczny i wartości niektórych parametrów fizycznych glin zwałowych oraz iłów i piasków trzeciorzędowych ze złoża węgla brunatnego Pątnów III (według Widery2001a) Składnik, parametr Skład chemiczny Zawartość [% wag.] gliny iły piaski SiO 2 57,82 97,33 55,93 99,66 96,13 Al 2 O 3 + TiO 2 4,92 2,57 7,13 20,62 0,69 Fe 2 O 3 1,30 3,33 3,48 11,58 0,44 CaO 5,00 8,63 1,90 6,42 0,64 MgO 0,60 2,18 ślady 1,85 0,69 Straty prażenia 3,07 14,15 0,34 8,23 11,41 Właściwości fizyczne Ogniotrwałość zwykła [sp] ,8 Woda zarobowa [%] 9,4 12,8 9,1 36,1 Pozostałość na sicie 10,00/cm 2 [%] 54,0 62,4 0,8 60,4 Skurczliwość wysychania [%] 0,0 2,6 1,0 3,0 Skurczliwość wypalania w temperaturze: 850 C 900 C 950 C 1,0 2,0 0,4 3,8 0,0 2,2 2,0 4,4 3,0 7,6 7,0 10,0 Porowatość [%] 24,5 27,7 8,0 20,6 Nasiąkliwość [%] 12,9 13,9 4,0 14,3 Ciężar objętościowy [G/cm 3 ] 1,88 1,95 135

136 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego W złożu węgla brunatnego Lubstów ponad węglem zalegają torfy i kreda jeziorna. Pomimo ustalenia zasobów tych kopalin i pozytywnych wyników badań technologicznych, nie zakwalifikowano ich do odmian towarzyszących. Podobna sytuacja miała miejsce w przypadku spotykanych w nadkładzie glin zwałowych i utworów piaszczystych. W konsekwencji tego projekt zagospodarowania złoża nie uwzględnił wszystkich odmian kopalin do gospodarczego wykorzystania. W odkrywce Drzewce jako kopalinę towarzyszącą udokumentowano piaski nadwęglowe. Również w przypadku złoża Adamów dokonano analizy przydatności użytkowej kopalin zalegających w nadkładzie węgla. Badania te prowadzone były w latach Miały jednak ograniczony zakres. Za przydatne do zagospodarowania uznano iły poznańskie, a także piaski zarówno z nadkładu, jak i podłoża węgla. W złożu węgla brunatnego Władysławów prace rozpoznawcze, dotyczące kopalin towarzyszących prowadzono również w latach Wykazały one brak przydatności praktycznej iłów i piasków obecnych w tym złożu. Z kolei w złożu Koźmin ze względu na małą miąższość nadkładu na etapie dokumentowania nie przewidziano badań technologicznych kopalin towarzyszących. Zarówno iły poznańskie, jak i gliny zwałowe nie zostały geologicznie udokumentowane Gliny zwałowe Dokonano próby ustalenia przydatności surowcowej glin zwałowych z Lubstowa. Stanowią one twardoplastyczną odmianę surowca. Wykazują niewielką skurczliwość (6%), niską topliwość ( o C) czy znaczną porowatość wyrobów (powyżej 20%). Spotyka się w nich znaczne domieszki zanieczyszczeń szkodliwych, występujących w postaci ziarn marglu, pirytu, okruchów skał magmowych. Ich niektóre parametry fizykochemiczne posiadały następujące wartości: y siarczany rozpuszczalne w wodzie: 0,31 6,81% wag.; y zawartość zanieczyszczeń: gruboziarnistych 0,48 14,79% wag., margla 0,03 6,70% wag., aktywność margla 71,61 73,5%. Zarówno próby laboratoryjne, jak i rezultaty badań technologicznych wykazały, że gliny też reprezentują odmianę surowców nieprzydatną do wykorzystania w ceramice budowlanej. 136

137 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH 4.3. Iły mioplioceńskie serii poznańskiej Iły poznańskie to odmiana kopalin o dużych perspektywach surowcowych. Wynika to z: y różnorodnej zawartości minerałów ilastych (z przewagą montmorillonitu) a zarazem zróżnicowanym ich składzie, nie tylko mineralogicznym, ale również granulometrycznym; y obecności konkrecji wapiennych, dolomitowo-wapiennych, syderytowych, a ponadto pirytowo-markasytowych i siarczanowych (jarosyty i gipsy); y zmienności właściwości fizykochemicznych umożliwiających ich wykorzystanie w różnych technologiach. Iły te należą do odmian kopalin, które od początków eksploatacji węgla brunatnego w tym rejonie budziły zainteresowanie zarówno poznawczo-naukowe, jak i praktyczne. Stanowiły one przedmiot badań stratygrafów, paleontologów, sedymentologów, mineralogów a także technologów reprezentujących różne branże przemysłowe. Charakter mineralny, chemiczny, granulometryczny, a także właściwości fizykochemiczne tych iłów wpierw sugerowały, a potem sprawiły, że możliwości praktycznego ich wykorzystania okazały się dość różnorodne. Pierwsze prace dotyczące możliwości ich wykorzystania przeprowadzono już w latach pięćdziesiątych XX wieku (Kuhl 1958; Mazur 1959; Iwanicka i Mazur 1960). Były one badane pod kątem wykazania możliwości zastosowania do produkcji: y ceramiki budowlanej; y kruszyw lekkich; y cementu (surowiec korekcyjny); y płuczek wiertniczych; y sorbentów mineralnych. Charakterystykę właściwości technologicznych iłów poznańskich, decydujących o możliwościach ich wykorzystania do produkcji ceramiki budowlanej, można znaleźć u Kozydry i Wyrwickiego (1970) oraz Niecia i Ratajczaka (2004). Jest ona przedstawiona w tabeli Cechuje je na ogół wysoka plastyczność. Skruczliwość wysychania najczęściej przekracza 8%. Ilość wody zarobowej wynosi zwykle ponad 25% wag. Są one niskotopliwe, bardzo wrażliwe na suszenie. Odznaczają się niską ogniotrwałością, przeciętnie sp. Wypalane w temperaturze 1000 C dają czerep o nasiąkliwości 9 12% i wytrzymałości MPa. Ich temperatura spiekania wynosi C, a mięknięcia C. Powyżej 1250 C następuje pękanie uzyskanych z nich wyrobów. Iły te kwalifikują się do produkcji wszystkich odmian wyrobów ceramiki budowlanej łącznie z dachowymi, a także kamionkowych i keramzytów. Możliwości zagospodarowania iłów poznańskich z odkrywki Adamów były przedmiotem badań najpierw Markowiaka (1967) a później Widery (2001b). Objęły one ustalenie zarówno ich składu chemicznego i granulometrycznego, jak i niektórych właściwości ceramicznych (tab i 2.35). W iłach tych zwraca uwagę mała zawartość siarczanów rozpuszczalnych w wodzie. W ich składzie granulometrycznym frakcja ilasta i pylasta stanowią blisko 90% wag. 137

138 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tabela Właściwości technologiczne iłów poznańskich według Kozydry i Wyrwickiego (1970) oraz Niecia i Ratajczaka (2004) Parametr Wartość Skurczliwość wysychania [%] 2,0 16,2 najczęściej ponad 8,1 Woda zarobowa [% wag.] 14,5 48,9 (31,9) Skurczliwość całkowita [%] w temperaturze 850 C 2,0 15,4 Skurczliwość całkowita [%] w temperaturze 1000 C 0,7 18,0 nasiąkliwość [%] w temperaturze 850 C 4,2 21,2 nasiąkliwość [%] w temperaturze 1000 C 0,4 32,9 Właściwości wyrobów wytrzymałość na ściskanie [MPa] w temperaturze 850 C wytrzymałość na ściskanie [MPa] w temperaturze 1000 C 8,3 43,1 12,7 67,3 współczynnik spęcznienia 1,52 4,95 Ogniotrwałość [sp] Temperatura spiekania [ C] Temperatura topnienia [ C] Tabela Niepełny skład chemiczny i granulometryczny trzeciorzędowych iłów nadkładowych z odkrywki Adamów (Markowiak 1967) Skład chemiczny Średnia zawartość Frakcja [% wag.] mm % wag. SiO 2 63,66 > 2,0 Al 2 O 3 + TiO 2 18,49 2,0 0,1 2,18 Fe 2 O 3 5,73 0,1 0,05 9,86 SO 3 całk. 1,18 0,05 0,02 30,45 SO 3 rozp. 0,06 < 0,02 57,51 Straty prażenia 7,5 Ogniotrwałość zwykła [sp] 130 Wykazano przydatność tych iłów do produkcji wyrobów ceramiki budowlanej grubościennych (m.in. cegły pełnej klasy 150), cienkościennych drążonych. Właściwości ceramiczne można było polepszyć po dodaniu materiału schudzającego piasku lub popiołów. Od 1990 roku iły z niektórych odkrywek kopalni Adamów były wykorzystywane przez zakłady ceramiczne w Wieleninie. Zapotrzebowanie to kształtowało się na poziomie tys. m 3 rocznie (Czapla i Urbaniak 1994). Wynikało to m.in. stąd, że odznaczały się 138

139 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Tabela Właściwości ceramiczne trzeciorzędowych iłów nadkładowych z odkrywki Adamów (Markowiak 1967) Parametr Temperatura wypału i wartość parametru 850 C 950 C 1050 C Woda zarobowa [% wag.] 28,0 28,0 28,0 Skurczliwość wysychania [%] 12,7 12,7 12,7 Skurczliwość wypału [%] 1,12 2,3 4,2 Skurczliwość całkowita [%] 13,8 15,0 16,9 Gęstość tworzywa [g/cm 3 ] 1,61 1,92 2,00 Porowatość względna [%] 24,0 14,4 10,4 Nasiąkliwość [%] 13,12 7,5 5,2 Wytrzymałość na ściskanie [MPa] 15,8 24,2 26,4 one wyższą zawartością Al 2 O 3 niż surowiec używany w Wieleninie. Do produkcji stosowano domieszkę popiołów lotnych pochodzących z łódzkich elektrowni. Zakłady te produkowały następujące wyroby: pustaki ścienne modularne, MAX-220, modularne U-220, a także cegłę modularną Wielenin I i DZ-220. W latach osiemdziesiątych minionego wieku, jak już wspomniano, podjęto decyzję o budowie dwóch zakładów ceramiki budowlanej opartych na surowcach ilastych (iłach poznańskich) wydobywanych z odkrywek Kazimierz (złoże Pątnów III) i Pątnów (złoże Pątnów II). W tym celu utworzono dwa złoża antropogeniczne iłów w sąsiedztwie tych odkrywek. Realizacji doczekała się inwestycja bazująca na surowcu pochodzącym z odkrywki Pątnów. W 1991 roku rozpoczęto produkcję w powstałym Zakładzie Ceramiki Budowlanej Honoratka. W 1998 roku cegielnię tę przejął austriacki koncern branży ceramiki budowlanej firma Wienerberger. Początkowe zapotrzebowanie cegielni wynosiło około 90 tys. m 3 iłów i 20 tys. m 3 piasków podwęglowych. Do produkcji ceramiki budowlanej zakłady wykorzystywały mieszanki, w których trociny stanowią 20 24%, piaski 12% i popioły 5%. Oferują one bardzo szeroki asortyment wyrobów ceramicznych zarówno pełnych, jak i drążonych: pustaki ścienne, prefabrykowane nadproża, belki i pustaki stropowe, cegły elewacyjne i klinkierowe. Produkowana ceramika poryzowana cechuje się bardzo dobrymi właściwościami termoizolacyjnymi o współczynniku przenikania ciepła nawet o 30% niższym w porównaniu z wyrobami tradycyjnymi. Zasoby iłów z odkrywki Kazimierz miały stanowić podstawę funkcjonowania drugiego zakładu ceramicznego. W tym celu na złożu wtórnym zgromadzono 1250 mln m 3 iłów. Do uruchomienia zakładu jednak nie doszło. Zgromadzone iły zostały częściowo wykorzystane przez pobliskie zakłady ceramiczne. Iły poznańskie ze złóż węgla brunatnego z rejonu Konina i Turka zaczęły budzić też zainteresowanie z uwagi na możliwości ich wykorzystania w ochronie środowiska. Ten kierunek ich zastosowania obejmował następujące kierunki: y do budowy przesłon hydroizolacyjnych w składowiskach odpadów; y do polepszenia właściwości bonitacyjnych gleb oraz rekultywacji; y do wytwarzania sorbentów. 139

140 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Mając na uwadze ten kolejny kierunek wykorzystania, Brański (1994) zaproponował klasyfikację iłów poznańskich ze względu na możliwości ich wykorzystania w ochronie środowiska. Przydatność tę charakteryzuje tabela Tabela Uproszczona klasyfikacja iłów poznańskich jako surowców stosowanych w ochronie środowiska według Brańskiego (1994) Grupa Jakość kopaliny Litologia Skład mineralny Zdolności jonowymienne CEC mval/100 g Zastosowanie I wysoka iły, podrzędnie mułki dominują minerały ilaste: S>I, K, Ch > 50 sorbenty wyższej klasy II średniowysoka iły w przewadze nad mułkami przeważają minerały ilaste: S>I, K, Ch sorbenty niższej klasy, materiały ekranujące, rekultywacyjne wyższej klasy III średnioniska iły i mułki zbliżona zawartość minerałów ilastych i nieilastych (kwarcu) S = I, K, Ch sorbenty niskiej klasy, materiały ekranujące, rekultywacyjne średniej klasy IV niska mułki w przewadze nad iłami zbliżona zawartość minerałów ilastych i nieilastych (kwarcu) S = I, K, Ch < 25 materiały ekranujące, rekultywacyjne niskiej klasy Objaśnienia: S smektyt; I illit; K kaolinit; Ch chloryt. Wykazanie tych właściwości wymagało dokonania pogłębionej charakterystyki obejmującej badania cech fizykochemicznych. Pojemność wymiany kationów kolejnych odmian litologicznych iłów poznańskich pochodzących z całego zbiornika sedymentacyjnego badał Wichrowski (1981). Z jego oznaczeń wynika, że w przypadku próbek surowych w centralnej części basenu (miejscu lokalizacji złóż węgla brunatnego Konina i Turka) wynosi ona od 16,5 do 50,3 mval/100 g. Pojemność jonowymienną iłów pochodzących ze złoża Adamów oznaczał Kłapyta (1975). Okazało się, że jest ona zawarta w przedziale 33,3 40,7 mval/100 g. Charakterystyczne okazało się, że frakcja ziarnowa poniżej 2 µm wydzielona z tych iłów, wykazała zbliżoną pojemność kationów wymiennych jak próbki naturalne. Wyniosła ona około 45 mval/100 g. Według Kłapyty (1975) iły poznańskie z Adamowa mają powierzchnię właściwą mieszczącą się w przedziale m 2 /g. We frakcji poniżej 2 µm była ona zbliżona i wynosiła około 49 m 2 /g. Iły te absorbują cm 3 /g błękitu metylenowego. Ich porowatość całkowita wynosi 25 56%. Badania wykazały również, że największą porowatością odznaczają się próbki iłów o stosunkowo dużej zawartości kaolinitu. 140

141 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Kłapyta i Żabiński (2008) właściwości sorpcyjne iłów poznańskich ze złóż węgla brunatnego w rejonie Konina i Turka oceniają jako umiarkowanie dobre. Odmiany bogatsze w składnik smektytowy są zbliżone w tym względzie do karbońskich bentonitów z Milowic, uznawanych za najlepsze krajowe sorbenty mineralne. Zauważono jednak zróżnicowanie tych właściwości wynikających z miejsca ich występowania. Np. sorpcja błękitu metylenowego wykazana przez próbki pochodzące z odkrywki Jóźwin jest znacznie mniejsza niż stwierdzona w przypadku iłów z odkrywki Adamów. Iły poznańskie w stanie naturalnym mogą znaleźć zastosowanie przy rekultywacji gruntów. Takie kierunki wykorzystania stawiają przed sorbentami mniejsze wymagania dotyczące zdolności sorpcyjnych. Stwarzają natomiast możliwość stosowania ich na większą skalę. Duża zawartość beidellitu, a także brak składników szkodliwych (siarczków żelaza, metali ciężkich), pozwala przypuszczać, że możliwe jest wykorzystanie tych iłów do produkcji sorbentonawozów. Charakter mineralogiczny iłów, a także ich właściwości fizykochemicznych (powierzchnia właściwa, pojemność jonowymienna, porowatość) wskazują na ich przydatność do usuwania (sorbowania) metali ciężkich, a także połączeń organicznych z roztworów wodnych czy ścieków. Po modyfikacji ich właściwości fizykochemicznych np. przez aktywację kwasową, iły te mogą znaleźć także inne zastosowanie m.in. do usuwania: y zasadowych związków organicznych z odpadów ściekowych powstałych przy produkcji barwników; y amoniaku ze ścieków komunalnych, tuczarni trzody chlewnej. Aktywacja innymi metodami chemicznymi, np. przez wprowadzenie na pozycje wymienne smektytów polikationów metali lub kationów organicznych, wykazała, że niektóre partie tych iłów spełniają wymagania dotyczące uzyskiwania sit molekularnych, składników płuczek olejowych oraz wypełniaczy do tworzyw sztucznych. Ustalono też przydatność iłów poznańskich do budowy przesłon hydroizolacyjnych w składowiskach odpadów. Wykonano to poprzez określenie wartości parametrów wynikających z Aprobaty technicznej (2002). W przypadku badanych iłów parametry te posiadały następujące wartości: y zawartość frakcji powyżej 0,05 mm: 1,6 24,6% wag.; y zawartość frakcji poniżej 0,005 mm: 65% wag.; y SiO 2 : średnio około 62 % wag.; y Al 2 O 3 : średnio około 17% wag.; y skład mineralny: minerały ilaste 51 91% wag., kwarc 4 44% wag.; y pojemność wymiany kationów: od 16 do 50 mval/100 g; y kationy wymienne: Ca 2+ > Mg 2+ > N + > K +. Wynika stąd, że iły te stanowią bardzo dobrą odmianę kopalin nadającą się do budowy przesłon hydroizolacyjnych w przypadku składowisk odpadów. Przytaczana wyżej przydatność iłów w szeroko rozumianej ochronie środowiska, posłużyła do zaklasyfikowania tych kopalin według podziału zaproponowanego przez Brańskiego a dotyczącego surowców stosowanych w ochronie środowiska (1994) (tab. 2.36). Iły te reprezentują sorbenty dwóch pierwszych klas o stosunkowo najlepszych właściwościach sorpcyjnych. 141

142 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego W latach Przedsiębiorstwo Geologiczne we Wrocławiu udokumentowało w kategorii C 1 trzeciorzędowe iły poznańskie z obszaru złóż Pątnów. Ich celem było wykazanie przydatności do produkcji keramzytu. Okazało się, że kopaliny te odznaczają się wysoką plastycznością. Zawierały 57 79% wag. frakcji ilastej a ich skurczliwość wynosiła 8,65%. Eksploatacji iłów jednak nie podjęto. Udokumentowaną kopalinę zgromadzono w sposób nieselektywny na składowisku. W ten sposób dalsze wykorzystanie w takim charakterze zostało uniemożliwione. Podobne badania wykonano w przypadku iłów poznańskich z odkrywki Adamów. W stanie naturalnym nie nadają się one do produkcji kruszyw lekkich. Okazało się jednak, że staje się to możliwe w sytuacji dodania do nich odpowiednich domieszek uzdatniających np. oleju. Wykorzystanie iłów poznańskich w stanie naturalnym do produkcji płuczek wiertniczych wydaje się być ograniczone (Rippel i Stojak 1979). Dlatego w przypadku odmian ze złoża Adamów w celu polepszenia tej przydatności poddano je procesowi szlamowania. Po wykonaniu tych zabiegów, okazało się możliwe wytwarzanie płuczek wiertniczych średniej klasy z frakcji drobnoziarnistej. Parametry tak zmodyfikowanych iłów pozwoliły uzyskać odmianę płuczki porównywalną z uzyskaną w przypadku iłów z Chmielnika lub Krańca, a więc najlepszych krajowych kopalin ilastych wykorzystywanych w takich technologiach. Iły poznańskie pochodzące z zagłębia konińsko-turkowskiego były też przedmiotem badań w celu wykazania możliwości ich wykorzystania w charakterze składnika korygującego przy produkcji cementu. Badania te wykonał Instytut Mineralnych Materiałów Budowlanych w Krakowie. Zmienność składu chemicznego tych kopalin spowodowała, że moduły krzemowy i glinowy, przesądzające o takim kierunku wykorzystania, miały wartości niespełniające kryteriów stawianym tego typu surowcom (Gradecki 1997) Utwory piaszczyste i żwirowe Zasoby nadkładowych piasków i żwirów trzeciorzędowych z odkrywek węgla brunatnego w rejonie Konina i Turka szacowane są na co najmniej kilkadziesiąt milionów m 3. Od dawna stanowiły one przedmiot badań surowcowych. Sposób ich zalegania oraz wykazywana niejednokrotnie niejednorodność granulometryczna sprawiły, że ich przemysłowe wykorzystanie mogłoby nastąpić jedynie w sytuacji selektywnej eksploatacji. Brak zainteresowania tymi kopalinami spowodowany był też występowaniem licznych piaskowni i żwirowni w sąsiedztwie kopalń węgla brunatnego, zaspakajających bieżące zapotrzebowanie (Grzeszczyk i Jachna-Filipczuk 1999; Widera 2001b). Piaski czwartorzędowe cechuje zwykle gruboziarnisty charakter oraz złe wysortowanie. Z otrzymanych rezultatów, dalece zresztą niepełnych, wynika, że trudno je raczej traktować jako odmianę szklarską. Sądzić tak można zarówno na podstawie niezbyt wysokiej zawartości SiO 2 (ok. 95% wag.), jak i charakteru uziarnienia. Przedział 0,1 0,5 mm, decydujący o takim kierunku wykorzystania, stanowi w nich zaledwie 65% wag. 142

143 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH W złożu węgla brunatnego Drzewce ponad utworami trzeciorzędowymi występuje zwarta pokrywa piasków. Są to odmiany o różnym składzie mineralnym i uziarnieniu. Dominują rodzaje drobno- i średnioziarniste. Niekiedy spotyka się w nich domieszki frakcji żwirowej. Ich warstwa ma miąższość 9 9,5 metra. W 1997 roku przeprowadzono badania mające na celu ich ewentualne wykorzystanie. Do badań wytypowano siedem obszarów. Udokumentowano około 20 mln Mg kopaliny. Z kolei tys. Mg odłożono na hałdzie w rejonie Kramska z przeznaczeniem na potrzeby lokalne. Okazało się, że są to odmiany przydatne do budowy nawierzchni drogowych i do wytwarzania zapraw budowlanych. W takim celu są też sprzedawane. Nie nadają się natomiast do produkcji betonów komórkowych. Przebadano też odmiany trzeciorzędowych piasków nadwęglowych zalegających w odkrywce Adamów (Widera 2001b). Dominuje w nich frakcja 0,5 0,25 mm. W stanie naturalnym nie nadają się do wykorzystania w budownictwie czy drogownictwie. Ich ewentualne zastosowanie praktyczne wiąże się z koniecznością płukania i przesiewania. Niepełny skład chemicznych tych piasków jest następujący (% wag.): y SiO 2 : 71,54 86,45, y Al 2 O 3 : 3,92 7,41, y Fe 2 O 3 : 2,75 7,53, y MgO: 0,30 1,90, y Straty prażenia: 1,32 7,55. Piaski te nie spełniają wymogów przemysłu szklarskiego, a także hutniczego i materiałów ogniotrwałych. Po wydzieleniu frakcji żwirowej istnieją szanse wykorzystania ich w charakterze materiału schudzającego w przemyśle ceramiki budowlanej. Piaski zalegające w odkrywce Jóźwin są wykorzystywane na użytek własny kopalni. Dużo materiału piaskowo-żwirowego zalega w nadkładzie odkrywki Tomisławice. Posiada ona zwałowisko zewnętrzne, na którym planuje się zgromadzenie około 40 mln Mg tej kopaliny. Z kolei w przypadku odkrywki Władysławów Przedsiębiorstwo Geologiczne sp. z o.o. PROXIMA wykonała wstępne badania piasków w kontekście możliwości zastosowania ich przy budowie autostrady A-1. Pomimo w zasadzie pozytywnych rezultatów, nie doszło do takiego ich wykorzystania. Są one zagospodarowywane jedynie na skalę lokalną. Piaski trzeciorzędowe ze złoża Koźmin, aby znaleźć zastosowanie w budownictwie (tynki, zaprawy, betony), a w przypadku żwirów w drogownictwie czy kolejnictwie, wymagały płukania i przesiewania (zawartość pyłów mineralnych przekraczała w nich dopuszczalną granicę). Niejednorodność ich uziarnienia powodowała, że ewentualne wykorzystanie praktyczne wymagać będzie selektywnej eksploatacji. Bez tych zabiegów istnieje co najwyżej możliwość ich spożytkowania na użytek wewnętrzny Kopalni do budowy dróg i nasypów. Piaski trzeciorzędowe ze złoża Pątnów II odznaczały się bardzo niską jakością surowcową. W stanie surowym nie spełniały kryteriów technologicznych stawianych piaskom budowlanym, formierskim czy szklarskim. Część z nich może znaleźć zastosowanie w ceramice budowlanej jako materiał schudzający. Po sortowaniu i dodaniu lepiszcza istnieje możliwość wykorzystania ich jako mas formierskich. W odkrywce Pątnów III obecność piasków stwierdzono zarówno w spągu, jak i w stropie pokładu węgla. Zgodnie z wymogami przemysłu szklarskiego mogą zostać one zaliczone 143

144 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego co najwyżej do klasy 6. Istnieją także możliwości wykorzystania niektórych ich partii, po odpowiednich zabiegach, do sporządzania hutniczych form odlewniczych. Jednym z niewielu przykładów wykorzystania piasków podwęglowych jest produkcja wyrobów ceramiki budowlanej. W takim charakterze są stosowane odmiany ze złoża Pątnów przez Zakłady Ceramiki Budowlanej Honoratka. Służą do schudzania surowców ilastych przy produkcji ceramiki grubo- i cienkościennej, stanowiąc domieszkę korygującą. Wpływają przez to na zagęszczenie szkieletu ziarnowego, jak również na zmniejszenie odkształcenia produktów ceramicznych w trakcie ich suszenia i wypalania. Piaski zalegające w złożu Lubstów, zarówno między pokładami węgla, jak i w spągu, odznaczały się wysoką zawartości SiO 2 98% wag. (tab. 2.31). Zawierały małe ilości tlenków barwiących oraz Al 2 O 3. W ich składzie granulometrycznym dominowała frakcja szklarska, tzn. ziarna o wielkości 0,1 0,5 mm (tab. 2.37). Sytuacja ta sugerowałaby możliwość zaliczenia ich do odmian szklarskich. Niestety okazało się to niemożliwe albo ograniczone z racji licznych w nich konkrecji pirytowych. Ewentualne wykorzystanie nie tylko w przemyśle szklarskim, ale również jako piasków formierskich czy służących do produkcji wyrobów silikatowych wymagałaby w ich przypadku zastosowania dość zaawansowanych procesów wzbogacania. Z uwagi na rozkład uziarnienia nie mogły one też znaleźć zastosowania jako odmiany zdatne do wytwarzania zapraw budowlanych. Spełniały natomiast wymagania stawiane surowcom stosowanym do wytwarzania cegły wapienno-piaskowej. Było to efektem m.in. normatywnej zawartości SiO 2 (minimum 80% wag.), jak i dopuszczalnych ilości Na 2 O, K 2 O, Fe 2 O 3 i MgO. Obecność krzemionki odpowiadała też wymaganiom stawianym w przypadku odmian stosowanych do produkcji betonów komórkowych. Tabela Skład granulometryczny piasków między- i podpokładowych zalegających w złożu węgla brunatnego Lubstów według Ratajczaka i in. (1987) Uziarnienie Odmian piasków i zawartość [% wag.] [mm] międzypokładowe podwęglowe > 2 0,00 0,00 2,0 1,0 0,25 0,30 1,0 0,5 5,45 4,20 0,5 0,125 71,35 84,50 0,125 0,1 7,80 5,00 < 0,1 15,15 6, Skały węglanowe O kierunkach praktycznego wykorzystania skał węglanowych zalegających w podłożu serii brunatnowęglowej w rejonie Konina i Turka można by wnioskować na podstawie wyników badań chemicznych, fizykochemicznych, a częściowo fizykomechanicznych. Jak dotąd 144

145 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH prac takich nie przeprowadzono na skalę półtechniczną czy przemysłową. Tym nie mniej, także w ostatnich latach, skały mezozoiczne są eksploatowane w niewielkim kamieniołomie w Rożnatowie i sprzedawane okolicznym odbiorcom do naprawy ubytków w zabudowie, jak i do licowania fundamentów oraz ścian nośnych domów a także do różnego typu ogrodzeń (Widera 2001b). Kierunki wykorzystywania tych skał prognozował Widera (1999, 2001b). Rozważał możliwość spożytkowania ich przez przemysł cementowy. Zainteresowania dotyczyły odmian tych skał znanych z odkrywki Adamów. Spekulował tak na podstawie wartości modułów krzemowego MK i glinowego MG. Pierwszy z nich miał wartość zamykającą się w przedziale od 1,9 do 3,5 (ekstremalnie nawet 11).Wartości drugiego obejmowały zakres od 1,4 do 3. Nie spełniały one obowiązujących parametrów. Badania technologiczne margli pochodzących z Lubstowa wskazują na niższe wartości parametrów technologicznych w stosunku do odmian stosowanych w przemyśle cementowym. Taki kierunek ich wykorzystania wymagałby dodawania komponentów odznaczających się wysoką zawartością CaO (wapienie), Al 2 O 3 (boksyty) i Fe 2 O 3 (pyły żelaziste). Są to zabiegi skomplikowane z punktu widzenia technologicznego i nieuzasadnione ekonomicznie. Z tych też powodów taki kierunek wykorzystania tych kopalin (przemysł cementowy) wydaje się wątpliwy. Ustalenie możliwości praktycznego wykorzystania gez wapiennych z odkrywki Adamów, a także Koźmin w charakterze kruszywa były także przedmiotem zainteresowań Widery (1999). Badania te objęły nie tylko ustalenie składu chemicznego, mineralnego, ale również niektórych właściwości fizykomechanicznych. Ich rezultaty przedstawiono w tabeli Pozwalają one zaliczyć je do ostatniej IV klasy kruszyw łamanych. Ze względu na niskie wartości parametrów wytrzymałościowych, a także mrozoodporność nie nadają się do wytwarzania kruszyw pod budowę dróg i obiektów inżynierskich o długotrwałym okresie eksploatacji. Można je co najmniej wykorzystywać do utwardzania dróg kopalnianych i placów remontowych, funkcjonujących przez przeciąg kilku miesięcy. Gezy wapienne z odkrywki Adamów zdaniem Widery (2001b) mogłyby znaleźć zastosowanie w rolnictwie. Wynika to stąd, że zawartość CaO mieści się w przedziale uznawanym przez PN-93/C za umożliwiający produkowanie nawozów wapiennych. W przypadku mezozoicznych skał węglanowych pochodzących z odkrywki Adamów przeprowadzono badania mające wykazać ich ewentualną przydatność do wytwarzania sorbentów wapiennych ograniczających wielkość emisji SO 2 z gazów elektrownianych. W tym celu zwrócono uwagę na wartości podstawowych kryteriów decydujących o takim kierunku wykorzystania (zawartość CaCO 3 ). Wyniosła ona około 70% wag. CaCO 3. Nie przesądzała o możliwościach ich stosowania zarówno w paleniskach fluidalnych (powyżej 85% wag. CaCO 3 ) czy mokrych metodach odsiarczania (powyżej 95% wag. CaCO 3 ). Tym nie mniej dokonano oceny zdolności sorpcyjnych skał węglanowych z odkrywki Adamów. Przeprowadzono to zgodnie z wytycznymi zaproponowanymi przez Ahlstrom Pyropower Development Laboratory (1991). Uzyskano następujące wartości wskaźników: CI = 141,04 a RI = 2,15. O dziwo, mimo nienormatywnych ilości CaCO 3, oznacza to, że badane skały węglanowe mogą być stosowane jako sorbenty do usuwania SO 2 z gazów odlotowych. W kontekście ich składu chemicznego (niska zawartość CaCO 3 ) sytuacja ta wydaje się być niejednoznaczna. 145

146 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tabela Skład chemiczny, mineralny oraz wartości niektórych parametrów fizykomechanicznych gez wapiennych z odkrywek Adamów i Koźmin według Widery (1999) Parametr, składnik Odkrywka i wartość parametru Adamów Skład chemiczny [% wag.] Koźmin SiO 2 24,20 24,73 Al 2 O 3 1,42 1,34 Fe 2 O 3 0,74 0,75 CaO 37,88 37,24 MgO 0,57 0,57 Na 2 O 0,09 0,08 K 2 O 0,45 0,46 Straty prażenia 31,28 30,86 Skład mineralny [% obj.] Kalcyt (niskomagnezowy) 68,8 67,7 Kwarc (detrytyczny) 21,4 22,0 Illit 5,7 5,4 Inne 4,1 4,9 Właściwości fizykomechaniczne Gęstość właściwa [Mg/m 3 ] 2,43 2,46 Gęstość pozorna [Mg/m 3 ] 1,59 1,46 Porowatość [% obj.] 34,4 40,6 Wilgotność [%] 3,1 1,5 Nasiąkliwość [%] 21,6 24,5 Wytrzymałość na ściskanie [MPa] y na sucho y na mokro 13,59 9,10 Mrozoodporność (cykle) ,52 9, Inne kopaliny Piaskowce trzeciorzędowe Aktualne znaczenie surowcowe piaskowców trzeciorzędowych, tzw. silikretów, wydaje się być niewielkie a nawet żadne. We wczesnym średniowieczu jednak te kopaliny pochodzące z odsłonięć znajdujących się w okolicach Konina były stosowane przez lokalnych kamieniarzy na użytek miejscowy. 146

147 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Głazy narzutowe Głazy narzutowe odznaczające się mniejszymi gabarytami wykorzystywano w przeszłości do produkcji kruszywa stosowanego w budownictwie lub drogownictwie. Odbywało się to drogą kruszenia w miejscowych, prywatnych kruszarniach. Wytwarzano z nich około 2,5 tys. Mg kruszywa rocznie (Widera 2001b). Duże głazy nadające się do cięcia i szlifowania służyły do wytwarzania galanterii kamiennej płyt nagrobkowych czy wykładzinowych. W latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku dokonano próby oszacowania ilości głazów zalegających w glinach zwałowych w złożu Adamów. Oceniono je na ponad 8 tys. narzutniaków o kubaturze ponad 1 m 3 każdy. W tej sytuacji COB-P Górnictwa Odkrywkowego POLTEGOR opracował koncepcję ich wykorzystywania. Wynikało to także z okresowego dużego surowcowego zainteresowania się nimi. Rocznie wydobywano wówczas nawet kilkanaście tysięcy okazów głazów. Sprzedawano je zarówno lokalnym zakładom kamieniarskim, jak i nabywcom zagranicznym z Austrii, Holandii czy Niemiec. Rychło okazało się jednak, że w trakcie cięcia i szlifowania płyty się często łamały. Stąd też ich aktualne wykorzystanie ma raczej charakter epizodyczny. Rocznie sprzedaje się niedużą ilość okazów okolicznym zakładom kamieniarskim Torfy Z północnej części złoża Pątnów III znane są dwa obszary torfowe. Kopaliny te udokumentowano w kategorii C 1. Ich zasoby wyniosły ponad 4 mln m 3. Z uwagi na niską jakość, a stąd nieprzydatność zarówno dla celów opałowych, jak i rolniczych (m.in. z racji dużej zawartości popiołu dochodzącej do 45% wag.) zakwalifikowano je do pozaklasowych. Tym nie mniej torfy są nadal sprzedawane okolicznym rolnikom. Wykorzystuje się je przede wszystkim w rolnictwie. Sprzedaż waha się w granicach od kilkunastu do kilku tysięcy Mg Wody kopalniane W ostatnich latach w kopalni Konin wypompowywano blisko 100 mln m 3 wód kopalnianych rocznie. Z tej ilości średnio 50% pochodzi ze studni, a pozostałe 50% zbierane jest powierzchniowo. W kopalni Adamów odpompowuje się średnio około 90 mln m 3 wody. W odkrywkach tej Kopalni około 65% pochodzi ze studni, a 35% z rząpia, czyli z odwodnienia powierzchniowego. Wody z odwodnienia powierzchniowego są zanieczyszczone zawiesinami mineralnymi i pyłem węglowym. Po oczyszczeniu grawitacyjnym w osadnikach ziemnych i osiągnięciu parametrów odpowiadających II klasie czystości, odprowadzane są do naturalnych cieków powierzchniowych. Natomiast wody z odwodnienia głębinowego odpowiadają II, a nawet I klasie czystości. Dlatego też nadają się bezpośrednio do celów socjalno-bytowych, technologicznych i rolniczych (Szwed 1998). 147

148 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Aktualnie wody głębinowe wykorzystywane są jedynie w kopalni Konin. Z otworu usytuowanego na zachodnim obrzeżeniu odkrywki Lubstów, zafiltrowanego w osadach kredy górnej, czerpie się wodę dla celów spożywczych. Jej ilość zaspakaja nie tylko potrzeby kopalniane, ale jest też gazowana i butelkowana pod nazwą Konaqua. Odbiorcom zewnętrznym jest dostarczana pod marketingową nazwą Licheńska. Podobne działania w latach podejmowano w kopalni Adamów. Nie zakończyły się one jednak pełnym powodzeniem. Z powodu wzrastającej konkurencji i wymagań jakościowych (a miały być wykorzystywane w sieci miejskiej Turka) zaniechano ich wykorzystania dla celów spożywczych (Grzeszczyk i Jachna-Filipczuk 1999). Skład chemiczny wód kredowo-trzeciorzędowych z odkrywki Lubstów według Widery (2001b) jest podany w tabeli Tabela Skład chemiczny kredowo-trzeciorzędowej wody mineralnej z odkrywki Lubstów według Widery (2001b) Skład chemiczny aniony mg/dm 3 kationy mg/dm 3 HCO 3 501,3 Ca ,8 Cl 45,1 Na + 25,0 SO ,3 Mg 2+ 16,9 Mineralizacja 756,7 K + 2,8 Jako perspektywiczny kierunek zagospodarowania wód kopalnianych można uznać inny sposób, realizowany od kilku lat w wielkopolskich kopalniach węgla brunatnego. Ma on charakter rekreacyjny. W 1994 roku na obszarze zwałowiska wewnętrznego nieczynnej odkrywki Bogdałów wykonano zbiornik wodny o powierzchni 10,84 ha i pojemności 600 tys. m 3. Część zasilających go wód pochodziła z odwodnienia powierzchniowego odkrywki Adamów. Następny, znacznie większy zbiornik jest budowany na zwałowisku wewnętrznym odkrywki Adamów. Planowana powierzchnia zbiornika ma wynosić 132,2 ha, a pojemność około 5 mln m 3. Podobne przedsięwzięcia są planowane w kopalni Konin. W najbliższym czasie zostanie uformowany zbiornik wodny w miejscu wyrobiska odkrywki Kazimierz. Zbiornik ten częściowo będzie napełniany wodami z odwodnienia głębinowego odkrywki Kazimierz Północ Pozostałe surowce i substancje mineralne W złożach węgla brunatnego rejonu Konina i Turka spotykane są również inne odmiany surowców czy substancji mineralnych. Są to czarne dęby, bursztyny, kreda jeziorna. Nie spełniają one kryteriów kopalin towarzyszących. Tymczasem budzą niekiedy zainteresowanie praktyczne. Najbliższa spełnienia definicji kopaliny towarzyszącej była kreda jeziorna ze złoża Lubstów. Zalegała tam w formie ciągłego przewarstwienia w nadkładzie czwartorzędowym, 148

149 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH mającego miąższość 60 cm. Jej zasoby zostały ocenione na około 130 tys. Mg. Nigdy jednak nie stanowiła przedmiotu eksploatacji i wykorzystania. Również większego zainteresowania praktycznego nie budzą tzw. czarne dęby. Zdaniem Widery (2001c) corocznie od kilku do kilkudziesięciu m 3 ich znalezisk ulega bezpowrotnej stracie. Tymczasem, polski heban (jak nazywane są dęby), dzięki swemu unikatowemu pięknu nadaje się do wyrobu tarcicy, jak i oklein. Niestety, jak dotąd nie stwierdzono zainteresowania się nimi ze strony zakładów meblarskich. W niewielkim stopniu służą one do celów dekoracyjnych, np. w pomieszczeniach Działu Geologicznego kopalni Adamów oraz sal dydaktycznych w Instytucie Geologii UAM w Poznaniu. Nie znalazły jak dotąd większego zainteresowania użytecznego również bursztyny. Znajdowane okazy mają jedynie znaczenie kolekcjonerskie. Zbiorcze zestawienie kopalin towarzyszących zalegających w odkrywkach węgla brunatnego kopalń rejonu Konina i Adamowa oraz możliwości ich wykorzystania według Widery (2001b) podaje tabela Tabela Zestawienie kopalin towarzyszących zalegających w wielkopolskich złożach węgla brunatnego według Widery (2001b), (zaktualizowana) Nazwa kopaliny Zasoby Kierunki wykorzystania Wymagany zakres przetwórstwa (uszlachetniania) Gezy wapienne kilka tys. m 3 y przemysł cementowy y kruszywo łamane słabej jakości y nawóz wapienny y sorbenty strzelanie, rozdrabnianie, mielenie Piaski trzeciorzędowe w obu kopalniach po kilkadziesiąt mln m 3 y do schudzania surowców ilastych przy produkcji ceramiki czerwonej y w hutnictwie do form odlewniczych y do produkcji tynków syntetycznych w stanie uszlachetnionym y przemysły: szklarski, farb i lakierów; materiałów ściernych, ceramiczny; materiałów budowlanych itd. przesiewanie, szlamowanie Surowce ilaste (iły poznańskie) Piaski i żwiry czwartorzędowe kopalnia Konin 45,5 mln m 3 odkrywka Pątnów III; 36,4 mln m 3. Obecne też w odkrywce Pątnów IV i odkrywkach kopalni Adamów co najmniej kilkadziesiąt mln m 3 w nadkładzie kolejnych złóż y ceramika budowlana y kruszywa lekkie, keramzyt y surowiec korekcyjny do produkcji cementu y płuczka wiertnicza y rekultywacji gruntów y sorbenty mineralne y przesłony hydroizolacyjne y budownictwo (zaprawy, tynki) y drogownictwo i kolejnictwo (podsypki pod drogi i linie kolejowe) selektywna eksploatacja, odpowiednie składowanie, stosowanie domieszek schudzających selektywna eksploatacja, przesiewanie, szlamowanie 149

150 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tab cd Głazy narzutowe ponad 8000 głazów y budownictwo y drogownictwo i kolejnictwo y pomniki przyrody, lapidaria strzelanie, cięcie Torf Czarne dęby (polski heban) Bursztyny Wody kopalniane czwartorzędowe, trzeciorzędowomezozoiczne okolice Kleczewa kilka mln m 3, w okolicach Turka zasoby można szacować w tys. m 3 kilkadziesiąt m 3 /rok kopalnia Konin 100 mln m 3 /rok kopalnia Adamów 90 mln m 3 /rok y rekultywacja y ogrodnictwo y przemysł meblarski (okleina i tarcica) y kolekcjonerstwo y jubilerstwo y kolekcjonerstwo y wody stołowe selektywna eksploatacja odpowiednie suszenie i przeróbka zbieranie u podnóża skarp i hałd oraz w rowach odwodnieniowych saturacja, butelkowanie 5. Złoża antropogeniczne Zarówno kopalnia Konin, jak i Adamów, w celu zapewnienia możliwości wykorzystania kopalin towarzyszących, problem ten usiłują rozwiązać drogą tworzenia złóż antropogenicznych. Kopalnia w Koninie posiada zresztą niezbyt dobre doświadczenia związane z tego typu złożami. Jak wspomniano, dotyczą one udokumentowanych iłów trzeciorzędowych z odkrywek złoża Pątnów jako kopaliny przydatnej do produkcji keramzytu. Z myślą o dalszym ich wykorzystaniu zgromadzone one zostały w sposób nieselektywny na składowisku. Uniemożliwiło to dalsze ich wykorzystanie, a zgromadzone w ten sposób kopaliny uległy bezpowrotnej stracie. Omówienia aktualnych zagadnień złóż antropogenicznych w złożach wielkopolskich węgla brunatnego dokonali Widera i Szczurek (2014). Podjęcie decyzji o budowie zakładów ceramicznych przez kopalnię Konin wymagało zmagazynowania na zwałowisku wewnętrznym w latach około 5,5 mln m 3 iłów nadkładowych. W latach odłożono dalszych 1,3 mln m 3. W tym samym czasie w pobliżu tych składowisk utworzono złoże wtórne gromadzące 3340 tys. m 3 piasków podwęglowych. Miały one służyć jako dodatek schudzający iły w procesach technologicz- 150

151 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH nych. Wynikało to z planowanego zintensyfikowania produkcji przez Zakłady Ceramiczne Honoratka (Jachna-Filipczuk i in. 2001). W odkrywkach należących do kopalni Adamów o gromadzeniu kopalin towarzyszących w złożach antropogenicznych zaczęto myśleć pod koniec lat sześćdziesiątych ubiegłego stulecia (Markowiak 1967). W 2012 roku w Kopalni tej istniały dwa złoża antropogeniczne. Pierwsze z nich zostało zlokalizowane na zwałowisku wewnętrznym funkcjonującej do 2009 roku odkrywki Koźmin południe (złoże Janiszew). Złoże to gromadzi neogeńskie iły nadkładowe. Zalega w nim 18 tys. m 3 tych iłów. Wykorzystywały je zakłady ceramiczne w Wieleninie. Z kolei w odkrywce Władysławów (zamkniętej w 2012 roku) odłożono czwartorzędowe piaski i żwiry. Pozostało do zagospodarowania blisko 12 tys. m 3 tych kopalin. W kopalni Konin istnieją trzy złoża wtórne przy zakładach ceramicznych Honoratka oraz przy odkrywkach Kleczew i Bilczew. Zgromadzono w nich następujące odmiany kopalin towarzyszących: iły podwęglowe, piaski podwęglowe i piaski czwartorzędowe. Pierwsze z tych złóż zlokalizowane jest na przedpolu nieistniejącej od 2011 roku odkrywki Pątnów, w bezpośrednim sąsiedztwie zakładów w Honoratce. Zgromadzono w nim neogeńskie iły i piaski. W drugim, położonym w pobliżu zamkniętej w 2011 roku odkrywki Kazimierz Północ zeskładowano iły nadwęglowe. Natomiast trzecie, usytuowane w sąsiedztwie czynnej odkrywki Drzewce, gromadzi czwartorzędowe piaski. W sąsiedztwie zakładów ceramicznych Honoratka w złożach wtórnych zalega dalej około 710 tys. m 3 iłów nadwęglowych i 640 tys. m 3 piasków podwęglowych. W złożu wtórnym Bilczew pozostaje do zagospodarowania ponad 700 tys. m 3 piasków czwartorzędowych (były one częściowo wykorzystywane pod budowę autostrady A-2). Fotografie 26 i 27 przedstawiają złoże antropogeniczne gromadzące iły poznańskie, które w przeszłości wykorzystywane były przez Zakłady Ceramiczne w Wieleninie. W celu ewentualnego przyszłego ich wykorzystania są one nadal składowane (fot. 28). W tej samej odkrywce (Koźmin) poniżej wyeksploatowanego pokładu węgla znajduje się składowisko gez. Z kolei w odkrywce Drzewce gromadzone są piaski celem przyszłego ich ewentualnego wykorzystania (fot. 29). 151

152 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Fot. 26 i 27. Odkrywka Koźmin. Złoże antropogeniczne iłów poznańskich wykorzystywanych przez Zakłady Ceramiczne w Wieleninie 152

153 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Fot. 28. Odkrywka Koźmin. Iły poznańskie zgromadzone w formie zwałów celem ich przyszłego wykorzystania Fot. 29. Odkrywka Drzewce. Piaski zgromadzone na zwałowisku z przeznaczeniem na potrzeby lokalne 153

154 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Złoże węgla brunatnego Turów 1. Wstęp Od niemal siedemdziesięciu lat, od chwili kiedy ukazały się pierwsze informacje na temat obecności kopalin towarzyszących w złożu węgla brunatnego Turów, pojawił się pogląd, że reprezentują one surowiec o bardzo interesujących właściwościach użytecznych. Stwierdzenie to dotyczyło głównie kopalin ilastych. Z uwagi na ich specyfikę zaczęto nazywać je iłami turoszowskimi. Ustalono, że stanowią one około 70% profilu osadów serii brunatnowęglowej. W złożu ich zasoby oszacowano na 4,6 mld Mg. Przez następne lata pogląd o unikalności ich charakteru surowcowego i olbrzymich zasobach zaczął się utrwalać. Wynikało to m.in. z rezultatów pierwszych badań, z treści pojawiających się publikacji i opracowań dotyczących tych iłów. Niemal entuzjastyczne opinie o ich dużych gospodarczych wartościach były też formułowane na konferencjach naukowych tematycznie dotyczących tych zagadnień. Z czasem zaczęły stanowić też przedmiot zainteresowania centralnych i regionalnych władz administracyjnych. Badania zaczęto finansować ze środków państwowych. Stały się też jednym z głównych zagadnień badawczych, którymi przez długi czas zajmował się wiodący w skali kraju w problematyce górnictwa odkrywkowego COB-P Górnictwa Odkrywkowego POLTEGOR. Były również obiektem zainteresowań naukowych innych krajowych placówek naukowo-badawczych czy uczelni wyższych. Dotyczyła ich np. Uchwała Rady Ministrów z dnia 5 grudnia 1967 roku w sprawie zatwierdzenia kierunków rozwoju Turoszowskiego Okręgu Przemysłowego. Jeden z załączników tej uchwały odnosił się do zagadnień kopalin towarzyszących. W tej sytuacji utrwalała się wspomniana opinia, że oto w krajowym bilansie kopalin pojawiły się nowe ich odmiany, w które kraj nasz dotąd nie obfitował. Powstał mit największego i najcenniejszego nagromadzenia surowców glinokrzemianowych w Polsce. W ślad za tym nastąpił okres prób i etap prac zmierzających do przemysłowego wykorzystania tych kopalin. Wymagało to wnikliwszego badania ich użyteczności praktycznej, a także realizowania prac geologiczno-złożowych stanowiących podstawę do ich udokumentowania, wydobycia i wykorzystania. I wówczas w tej dość optymistycznej jak dotąd budowli pojawiły się rysy. Okazało się, że jakość surowcowa tych kopalin nie zawsze jest tak wyśmienita jak mogłoby się wydawać na podstawie wyników pierwszych prac. Stwierdzono w nich obecność partii czy wręcz odmian zanieczyszczonych związkami żelaza, wtrąceniami substancji węglistej, z tendencjami do przechodzenia w osady piaszczyste. Powodowało to, że właściwości iłów, zwłaszcza w stanie surowym, nieprzetworzonym, stawały się ograniczone, zaś ich utylizacja wymagała opracowania i zaproponowania indywidualnych norm technologicznych umożliwiających ich wykorzystanie. Sytuacja ta zaczęła się niekorzystnie przekładać na stopień zainteresowania nimi, a przez to i na wydobycie. Znalazło to też, być 154

155 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH może mniej spektakularny wyraz w terminologii, która z upływem czasu była praktykowana w przypadku tych iłów od nazwania ich surowcami glinokrzemianowymi (termin ten figurował w tytułach niektórych konferencji naukowych) poprzez zastępowanie tego sformułowania nazwą iły pod-, między- i nadwęglowe aż do stwierdzenia obecności w złożu utworów niewęglowych o zróżnicowanych właściwościach surowcowych. To stopniowanie, być może niezamierzone, sugerowało dający się zauważyć postępujący proces obniżania przydatności iłów. Potwierdziła to rychło praktyka. Miało się okazać się, że tylko 2% iłów turoszowskich spełniało kryteria umożliwiające ich wykorzystanie praktyczne. W 2004 roku ukazała się praca Niecia i współautorów nosząca tytuł Iły turoszowskie mit kopalin towarzyszących. W sposób kompleksowy omawia ona problematykę iłów turoszowskich. Stanowi podsumowanie dotychczasowej wiedzy geologiczno-surowcowej na ich temat. Znaleźć w niej można informacje dotyczące rodzaju i jakości iłów, metodyki dokumentowania, wielkości zasobów i wydobycia, stanu rozpoznania złożowego. Płynące stąd wnioski miały dać odpowiedź na pytanie, czy iły te nadal można traktować jako kopalinę towarzyszącą. Ocenę tych zagadnień i odpowiedź na to pytanie autorzy zawarli niejako w tytule swej pracy. Dalsze ich traktowanie jako kopaliny towarzyszącej uznano za mit. Dotychczasowa opinia na temat tych iłów w kontekście traktowania ich jako tego typu kopalin wymagała zmiany. W wątpliwość stawiana jest możliwość i celowość ich dalszego wykorzystania. Uzasadnienie tej opinii wynikało z niedostatków badań geologii złoża, warunków zalegania poszczególnych odmian litologiczno-surowcowych utworów ilastych a zatem braku udokumentowanego, wiarygodnego a nie życzeniowego poglądu na temat budowy złoża ( ), wątpliwości budzi też sposób opróbowania złoża. Są to zresztą stwierdzenia nie nowe. Już wcześniej Cyganek i in. (1988) uważali, że w przypadku iłów turoszowskich brak jest systematycznych badań dokumentacyjnych ( ) na ten stan rzeczy, złożyły się zarówno duża różnorodność jak i spowodowane tym trudności określenia w miarę jednoznacznych kryteriów jakościowych. Dalsze losy tych kopalin wymagają więc kolejnych prac niezbędnych do ich udokumentowania. Dzieje się tak, mimo że w 1994 roku w ramach prowadzonej przez PIG weryfikacji złóż kopalin ilastych iły turoszowskie zostały zaliczone do grupy o najwyższych walorach surowcowych OK i A (Wyrwicka i Wyrwicki 1994). Dodatkową komplikację stanowi fakt, że racjonalne wykorzystanie tych kopalin wymagać będzie modyfikacji ich cech fizykochemicznych a także stosowania zaawansowanych metod przetwórstwa czy wzbogacania. Sytuacja ta skłoniła właśnie autorów wspomnianej pracy do użycia terminu mit w kontekście traktowania ich jako kopaliny towarzyszącej. Nie neguje ona ich niewątpliwych właściwości surowcowych, stymulujących potrzebę dalszego zainteresowania się nimi. Tym nie mniej sposób i stopień ich rozpoznania nie spełnia kryteriów decydujących o możliwościach traktowania ich jako kopalin towarzyszących. Dotyczy to w głównej mierze stanu rozpoznania geologiczno-złożowych warunków ich zalegania. Po publikacji pracy Niecia nie zanikło zainteresowanie właściwościami surowcowymi i możliwościami wykorzystania tych kopalin. Prace takie powstają nadal. Stanowią treść wystąpień na forach różnych konferencji naukowych. Autorami niektórych z nich są pracownicy Kopalni. Przez to dotychczasowa wiedza na ten temat ulega ciągłemu wzbogaceniu. Pozwala ona prognozować nie tylko inne, nowe kierunki ich wykorzystania, ale także sposoby i metody wzbogacania czy przeróbki. I właśnie potrzeba kontynuowania tego 155

156 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego rodzaju prac, a zwłaszcza zmierzających do ustalenia kryteriów geologiczno-złożowych, zdaje się gwarantować aktualność tezy o potrzebie istnienia dalszego zainteresowania się nimi jako kopalinami towarzyszącymi. Być może, w ten sposób pojęcie mitu zmieni się w pozytywną, realną rzeczywistość (m.in. Pacelt i in. 1979; Kaczerewski i Kwiatkowski 1993; Kaczerewski i in. 2007). 2. Historia eksploatacji węgla brunatnego w rejonie Zgorzelca Wiedza o obecności węgla brunatnego w okolicach Zgorzelca sięga połowy XVII wieku. Miejscowa ludność orientowała się o tym z racji pojawiających się, zwłaszcza w okresach suszy, pożarów na wychodniach tych kopalin (Ciuk i in. 1992; Ciuk 1995). Wydobywanie i wykorzystanie węgla rozpoczęło się w 1740 roku za panowania Augusta II. Początkowo prowadzono je na potrzeby lokalne. Dopiero z chwilą powstania w Bogatyni zakładów bawełnianych nabrało żywszego tempa. Zaczęto też eksploatować głębiej zalegające pokłady. Czyniono to zarówno metodą odkrywkową, jak i podziemną. Właściwy rozwój górnictwa węgla brunatnego na tych terenach rozpoczął się pod koniec XVIII wieku, w latach Wówczas to powstała pierwsza kopalnia węgla na terenie dzisiejszej Niecki Żytawskiej zlokalizowana w okolicy Zatonia. Równolegle zaczęło funkcjonować wiele małych kopalenek, w tym także podziemnych. Ich ilość jest oceniana na 50 obiektów. Wydobywano wówczas 3000 Mg węgla rocznie. Po 1890 roku nastąpiła likwidacja małych zakładów. W to miejsce powstały większe, a ich wydobycie wzrosło do 220 tys. Mg rocznie. Związane było m.in. z budową pierwszej, zlokalizowanej na zachodnim brzegu Nysy elektrowni w Hirschfelde. W 1904 roku utworzone zostało Towarzystwo Akcyjne Hercules. Jego funkcjonowanie spowodowało bardziej zintensyfikowaną eksploatację węgla. Wtedy też rozpoczęła się właściwa historia górnictwa odkrywkowego węgla brunatnego na terenie Niecki Żytawskiej. Ciuk i in. (1992) w historii rozpoznania geologicznego Niecki Żytawskiej, a w ślad za tym i eksploatacji węgla wyróżnili trzy etapy: y pierwszy sięgał do początków I wojny światowej; y drugi obejmował lata tej wojny i okres międzywojenny; y trzeci przypada na II wojnę światową i okres po jej zakończeniu. Trzeci okres okazał się o tyle brzemienny w skutki, że wówczas zainteresowanie surowcowe zaczęło dotyczyć, poza węglem, również kopalin z nim współwystępujących. Pierwsze informacje o zaleganiu użytecznych iłów towarzyszących węglom brunatnym, pochodzą z początku lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku. Ich autorami są Tokarski i Szymborski (1949) oraz Ciuk (1951). Ich rola i znaczenie surowcowe spowodowały, że nie pominięto ich w powstałym wówczas Planie Zagospodarowania Ziem Zachodnich (Kaczerewski i Krzywobłocki 1995). 156

157 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Górnicza eksploatacja kopalin towarzyszących, głównie iłów, w złożu węgla brunatnego Turów, prowadzona jest z różnym natężeniem od 1951 roku. 3. Model budowy geologicznej złoża iłów turoszowskich Utwory trzeciorzędowe formacji brunatnowęglowej rozciągają się po obu stronach granicy polsko-niemieckiej na północ od zbiegu granic Polski, Niemiec i Czech. Występują tu liczne i bogate złoża węgla brunatnego niegdyś będące przedmiotem eksploatacji w trzech zagłębiach: y lubuskim, leżącym na prawym brzegu Odry i Nysy Łużyckiej; y dolnołużyckim, położonym na przeciwległym brzegu tych rzek; y górnołużyckim, zlokalizowanym na obu brzegach Nysy Łużyckiej w dolnym jej biegu. Na obszarze pasa pogranicza polsko-niemieckiego można wyróżnić dwa rejony, których budowa geologiczna jest całkowicie odmienna: y południowy, obejmujący zagłębie górnołużyckie; y północny, w skład którego wchodzą zagłębia dolnołużyckie i lubuskie. Podstawowa różnica pomiędzy dwoma wyróżnionymi rejonami sprowadza się do charakteru basenów sedymentacyjnych obu jednostek. Rozległy jednorodny region północny stanowił w czasie sedymentacji utworów trzeciorzędowych integralną część basenu obejmującego Europę północno-zachodnią. Osady trzeciorzędowe powstawały w warunkach barchiczno-lądowych, zakłócanych przez ingresje morskie. Rejon południowy nie ma jednorodnego charakteru. Sedymentacja asocjacji brunatnowęglowej odbywała się w odosobnionych, niewielkich depresjach o charakterze tektonicznym, będącymi basenami satelitarnymi w stosunku do basenu Europy północno-zachodniej. Dwa takie baseny wykształcone w strefie marginalnej Niecka Żytawska i Niecka Berzdorfsko-Radomierzycka składają się na obszar zagłębia górnołużyckiego. Sedymentacja utworów trzeciorzędowych odbywała się tutaj w środowisku limnicznym, choć nie pozbawionym wpływów fluwialnych i delt jeziornych. Dominującym elementem litologicznym są w nim osady ilaste. Seria brunatnowęglowa w rejonie kopalni Turów, wykazywane w niej następstwo serii skalnych, wskazuje na cykliczność budowy geologicznej serii litologicznej tego złoża. Kasiński (2000) wyróżnił w nim pięć cykli sedymentacyjnych o ogólnym następstwie osadów: żwir/piasek mułek/ił węgiel. Utwory tych serii osadzały się w środowisku torfowiskowojeziornym oraz stożków aluwialnych, wód napływowych i meandrujących rzek. Autor ten wykazał obecność 6 litofacji: węglowej, ilasto-węglowej, drobnoklastyczno-ilastej, soczew klasycznych, klastycznej mieszanej i gruboklastycznej. Autorem pierwszego modelu sedymentacyjnego złoża Turów był Ciuk (1951). Badania przeprowadzone przez tego autora dużo później, bo po upływie 40 lat wykazały, że kompleksy niewęglowe w złożu tworzą utwory stożków napływowych. Mają one zmienne wykształcenie litologiczne. Charakteryzuje je zróżnicowanie zawartości frakcji piaszczystej. 157

158 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Sytuacja taka prowadzi do pojawienia się licznych, nieregularnych soczew żwirowo-piaszczystych. Według Ciuka i in. (1992) oraz Matla (1993) powoduje to, że utwory ilaste o różnym, zmiennym stopniu zapiaszczenia, przechodzą w specyficzny osad litologiczny zlepieńce ilaste określane mikstytami. W seriach tych autorzy ci wyróżnili cztery facje. Łącznie z facją węglową wertykalnie i lateralnie są zmiennie rozmieszczone na obszarze Niecki. 4. Litologia złoża Złoże węgla brunatnego Turów położone jest w Niecce Żytawskiej, około 25 km na południe od Zgorzelca. Część najbardziej zasobna w węgiel zlokalizowana w granicach Polski ma powierzchnię 48 km 2. Szkic sytuacyjny turoszowskiego zagłębia węglowego przedstawiony jest na rysunku Rys Lokalizacja złoża węgla brunatnego Turów 158

159 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Geologicznie złoże posiada formę łagodnej brachyantykliny. Tworzy ją zapadlisko tektoniczne usytuowane w obrębie granitoidowego masywu łużyckiego. Budują go skały magmowe głębinowe i wylewne. Powstanie tej struktury przypada na górny oligocen miocen. Spąg dolnego pokładu węgla zalega na głębokości metrów pod poziomem terenu. Schematyczny przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Turów przedstawia rysunek Rys Schematyczny przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Turów według Rippela i Pacelta (1982) Objaśnienia: 1 czwartorzęd; trzeciorzęd: 2 piaski, 3 iły, 4 węgiel, 5 granity, 6 bazalty, 7 uskok Złoże tworzą dwa zasadnicze pokłady węgla dolny i górny. Rozdzielone są one serią ilasto-piaszczystą z wkładkami żwirów. Kompleksy skał niewęglowych oznaczone są następującymi symbolami: A podwęglowy, B międzywęglowy (rozdzielający dolny i górny pokład węgla), C nadwęglowy. Profil litologiczny złoża uzupełniają utwory czwartorzędowe oraz osady podłoża trzeciorzędowego. Profil litologiczny serii brunatnowęglowej charakteryzujący osady zalegające w centralnej i NE części złoża przedstawia rysunek Seria podwęglowa, międzywęglowa i nadwęglowa zasadnicze elementy serii brunatnowęglowej, mają złożoną budowę i skład petrograficzny. Jednak udział w nim utworów ilastych jest znaczny (tab. 2.41). Stanowią je iły o różnym stopniu zapiaszczenia, które wykazują tendencję do przechodzenia w iły mułkowe i mułki, często z domieszką materiału żwirowego i węglowego, z przeławiceniami nagromadzeń konkrecyjnych syderytów czy siarczków żelaza. 159

160 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Schematyczny profil litologiczny centralnej i północnowschodniej części trzeciorzędu oraz jego podłoża w Niecce Żytawskiej według Ciuka i in. (1992) Objaśnienia: 1 węgiel brunatny, 2 iły węgliste, 3 iły, 4 mułowce, 5 piaski, 6 piaski ze żwirem, 7 zwietrzelina skał wylewnych, 8 zwietrzelina skał krystalicznych, 9 skały wylewne, 10 skały krystaliczne, 11 syderyty, 12 strop trzeciorzędu, 13 gleba 160

161 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Tabela Ilościowy udział odmian skał w budowie serii brunatnowęglowej złoża węgla brunatnego Turów według Ciuka i in. (1992), Niecia i in. (2004) Rodzaj skał Skały ilaste czyste zapiaszczone i zawęglone Serie osadowe Zwietrzeliny nadwęglowa międzywęglowa podwęglowa bazaltowe granitowe Piaski Żwiry Gruz 0,5 ślady Węgiel Konkrecje syderytowe 4 2 1,5 2 Konkrecje siarczkowe i mieszane 1,5 0,5 ślady Podłoże trzeciorzędowe Utworom podłoża trzeciorzędowego towarzyszą głębinowe skały magmowe. Jest to odmiana granitów nosząca nazwę rumburskich. Rzadziej obecne są skały metamorficzne gnejsy czy granitognejsy, czy nawet łupki krystaliczne. Spotyka się także różne odmiany bazaltów przebijające utwory magmowe i metamorficzne. W podłożu centralno-wschodniej części złoża tworzą one elewację tzw. wysad bazaltowy. Skały głębinowe oraz granitognejsy są silnie zwietrzałe i spękane. Reprezentowane są przez wiele odmian, z których najbardziej rozpowszechniony jest wspomniany równoziarnisty granit rumburski, o szaroniebieskawym zabarwieniu. W jego obrębie obserwuje się występowanie skał żyłowych metabazaltów czy aplitów. Procesy wietrzenne, którym były poddawane te skały, doprowadziły do utworzenia zwietrzelinowych utworów ilastych. Ich pokrywa posiada miąższość dochodzącą do 80 metrów. Zostały one odsłonięte w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku. Stępisiewicz (1987), a później Ciuk i in. (1992) wyróżnili w ich profilu dwie odmiany: y spągowe iły rezydualne będące kaolinem pierwotnym, w którym zawartość minerałów ilastych wynosiła 24 42% obj., y wyżej leżące, stropowe redeponowane iły kaolinowe z obecnością minerałów ilastych obejmujących przedział 59 94% obj. oraz domieszką substancji węglistej (fot. 30 i 31). 161

162 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Fot. 30 i 31. Kaoliny redeponowane zalegające w filarze ochronnym Kopalni 162

163 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Tabela 2.42 podaje ilościowy skład mineralny tych dwóch odmian zwietrzelin. Tabela Ilościowy skład mineralny dwóch odmian iłów zwietrzelinowych z podłoża trzeciorzędowego złoża Turów według Ciuka i in. (1992) Składnik Odmiana osadów i zawartość składnika [% obj.] iły rezydualne iły redeponowane Kwarc 11,3 49,5 0,3 38,8 Skalenie 4,3 11,4 0 9,8 Miki (serycyt) 0,3 2,6 0,3 12,5 Biotyt (zwietrzały) 0 8,1 0 0,2 Kaolinit 0 4,2 0 15,8 Syderyt 0, ,7 Minerały ilaste 29,5 48,3 59,3 94 Materiał węglowy 0 12,1 Minerały ciężkie 1,4 2,3 1,4 2,2 Iły rezydualne mają cechy kaolinów pierwotnych. Są beżowe o teksturze z zachowanymi reliktami skały macierzystej. Kaolinit jest w nich wykształcony przeważnie w postaci agregatów typu domen, a rzadziej agregatów kaolinitowych. W spągowych partiach profilu spotyka się pierzaste pseudokonkrecje illitu. Ze składników autigenicznych, poza kwarcem i okruchami granitów, obecne są syderyt oraz piryt. Bogaty jest też zestaw skaleni mikroklin, ortoklaz, albit. Redeponowane iły kaolinowe to skały beżowe, często zapiaszczone z domieszką materiału węglistego. Mają teksturę masywną. Spotyka się w nich soczewki iłów o teksturze mikrorytmicznej spowodowanej obecnością lamin o grubości 0,3 mm, wzbogaconych w miki detrytyczne oraz zmacerowany detrytus roślinny. Kaolinit występuje w kilku formach. Najbardziej liczne są odmiany drobnoziarniste. Tworzą one tło skalne. Zauważono także krystaliczne formy tego minerału. Składniki ziarniste to kwarc, skalenie, miki a także mikrokonkrecje pirytu. Komponentem tych osadów jest również chloryt powstały w wyniku degradacji biotytu. Skład chemiczny zwietrzelin granitowych podaje tabela Rysunek 2.37 przedstawia przykłady krzywych dyfraktometrycznych charakteryzujących skład mineralny obu odmian zwietrzelin granitoidowych. Zjawiska wulkaniczne, z którymi związana jest obecność bazaltów w Niecce Żytawskiej, miały miejsce kilkakrotnie w trakcie rozwoju zapadliska. Z upływem czasu następowała zapewne także dyferencjacja zmieniająca charakter law wulkanicznych od bardziej zasadowych (bazaltowych) do kwaśnych (trachyfonolitowych). Obecność tych ostatnich stwierdzono w południowej i południowo-zachodniej części Niecki. W kilku miejscach w sekwencji osadowej podłoża spotykane są kominy wulkaniczne. Wśród bazaltów dominują odmiany augitowe. Tym nie mniej ich skład petrograficzny jest zróżnicowany (Jęczmyk i Kasiński 1995). 163

164 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tabela Skład chemiczny zwietrzelin granitoidów i bazaltów według Niecia i in. (2004) Odmiana zwietrzelin i zawartość składnika [% wag.] Składnik granitoidowa bazaltowa SiO 2 74,45 36,02 41,36 Al 2 O 3 16,21 18,59 26,36 Fe 2 O 3 1,28 2,84 5,26 TiO 2 0,18 3,64 5,16 CaO 0,47 0,82 3,52 MgO 0,24 0,61 5,27 K 2 O 2,48 0,18 2,50 Na 2 O 0,12 0,24 0,98 Straty prażenia n.o. 19,21 16,81 Objaśnienia: n.o. nie oznaczono. Z obecnością bazaltów związane jest występowanie brekcji tektonicznych. Są to utwory silnie zwietrzałe. Ich stopień przeobrażenia jest znaczny. Kolorystycznie niekiedy trudno je odróżnić od obecnych w tej strefie iłów. Zwietrzeliny bazaltowe występują w postaci odosobnionych kopuł lub też systemu żył wśród przeobrażonych granitów. Pełny ich profil według Heflika i Matla (1976) oraz Ciuka i in. (1992) obejmuje trzy pakiety kompleksy o wyraźnie odmiennych cechach litologicznych: y zielone regolity bazaltowe; y iły seledynowe ze skupieniami kaolinitowymi; y tufy bazaltowe z wyraźną dominacją minerałów ilastych. Pierwszy kompleks tworzą skały ilaste barwy ciemno-zielonej, które cechuje tekstura częściowo łupkowa. Przypomina ona zastygnięte potoki lawy bazaltowej. W przystropowych partiach pojawiają się szczątki zwietrzałych słupów bazaltowych. Zalegają w nich również liczne konkrecyjne nagromadzenia sferosyderytów ilastych o średnicy dochodzącej nawet do 10 cm. Wśród minerałów ilastych dominuje kaolinit. W mniejszych ilościach występują chloryt i illit. Kaolinit tworzący tło, jest minerałem drobnokrystalicznym. Inną formę ma kaolinit wykształcony w formie pseudomorfoz po oliwinach i częściowo plagioklazach. Przyjmuje on postać agregatów kolumnowych lub posiada wykształcenie włóknisto-spiralne. Występuje też autigeniczny syderyt. Skład mineralny tego typu zwietrzelin jest podany w tabeli Drugi kompleks tworzy zwarta pokrywa ilasta z wyraźnie zaznaczonymi granicami zalegania. Są to iły seledynowe, często pstre, a cechą charakterystyczną są w nich soczewkowe skupienia kaolinitu o średnicy dochodzącej do 3 cm. Zabarwienie spowodowane jest obecnością wietrzejącego drobnego syderytu lub występowaniem kaolinitu z niedużą ilością illitu i chlorytu. W prawie izotropowym cieście tkwią soczewkowate i gniazdowe skupienia kaolinitu autigenicznego powstałe w wyniku procesów bardzo zaawansowanej kaolinityzacji. Ważnym ilościowo składnikiem tych iłów są rozetowe skupienia syderytu. Wyraźnie zaznacza się tez obecność anatazu (tab. 2.44). 164

165 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Krzywe dyfraktometryczne odmian ilastych zwietrzelin granitowych ze złoża Turów według Ciuka i in. (1992) Objaśnienia: A odmiana rezydualna, B iły redeponowane; Ch chloryt, H hematyt, I illit, K kaolinit, M markasyt, S syderyt, Q kwarc 165

166 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tabela Ilościowy skład mineralny zwietrzelin bazaltowych i tufów z podłoża trzeciorzędowego w Turowie według Ciuka i in. (1992) Składnik Typ osadów i zawartość składnika [% obj.] regolity bazaltowe iły seledynowe z kaolinem tufy Kwarc 0 1,1 0 1,1 2,2 Skalenie 0 2,1 0 0,5 0,3 2,4 Hydromiki 0 0,2 0 0,2 0 0,8 Kaolinit 0 1,3 1,2 3,1 0 3,2 Okruchy 0 3, ,2 Syderyt 0 56,5 0 2 Minerały ilaste 78, , ,8 Materiał węglowy ,1 Minerały ciężkie i nieprzezroczyste 0,5 1,1 1 1,8 0,6 1,0 Zróżnicowanie składu mineralnego obu odmian zwietrzelinowych iłów bazaltowych znalazło potwierdzenie w rezultatach badan rentgenograficznych. Ich krzywe dyfraktometryczne przedstawione są na rysunku Dotyczą one próbek naturalnych i odpowiednio preparowanych. Trzeci kompleks to zespół skał powstały poprzez rozmycie górnej partii zwietrzeliny pierwotnie wykształconej w postaci tufów. Dominuje w nim materiał grubookruchowy taki jak lapille i gruz wulkaniczny, a także drobniejszy piroklastyczny. Tworzą je też okruchy zwietrzałych bazaltów, granitów oraz sferosyderyty. Obecność w skałach tego kompleksu częściowo skaolinityzowanego szkliwa oraz reliktów zasadowych skaleni, a także kwarcu o pokroju igiełkowym dowodzi ich piroklastycznej genezy. Tło skalne ma charakter kaolinitowo-illitowy. Zawiera dużo pseudomorfoz kaolinitowych po plagioklazach. Znaczna jest w nich także ilość okruchów skały macierzystej, a także materiału węglowego. Ilościowy skład mineralny tufów bazaltowych podaje tabela W utworach podłoża stwierdzono także obecność produktów wietrzenia laterytowego, w których występuje hydrargillit (Szpila i Wichrowski 1975), a także osadów wzbogaconych w smektyty (Stępisiewicz 1987). Pojawiają się także partie bogate w syderyt oraz konkrecje pirytowe. Odrębny problem stanowią zagadnienia związane z obecnością w profilu brunatnowęglowym złoża Turów oraz w osadach podłoża trzeciorzędowego mineralizacji żelazistej. Jęczmyk i Kasiński (1995) wyróżnili wśród nich trzy zasadnicze zespoły mineralne: pirytowy, syderytowy i mieszany syderytowo-siarczkowy. Gromadzą się one w formie stałych, ciągłych przewarstwień. Ich rozmieszczenie w profilu było przedmiotem badań Ciuka i in. (1992). Ilustruje to rysunek Zespół syderytowy jest genetycznie związany ze skałami wulkanicznymi. Nagromadzenia tego minerału spotyka się zwykle w sąsiedztwie kominów wulkanicznych w zwietrzelinie bazaltowej. Stanowi je syderyt automorficzny odznaczający się izomorficzną domieszką pierwiastków syderofilnych Co, Mn, Ni, Zn. Najobfitsze nagromadzenia konkrecyjnych 166

167 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Krzywe dyfraktometryczne zwietrzelin bazaltowych ze złoża Turów według Ciuka i in. (1992) Objaśnienia: An anataz, Ch chloryt, I illit, K kaolinit, S syderyt 167

168 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Schemat rozmieszczenia konkrecji żelazistych w profilu serii węglowej i w jej podłożu Kopalnia Turów według Ciuka i in. (1992) Objaśnienia: 1 konkrecje syderytowe, 2 konkrecje pirytowe, 3 konkrecje mieszane (syderytowo-siarczkowe) siarczków Fe (zespół pirytowy) stwierdzono w zwietrzelinie granitowej. Piryt przybiera w niej różne formy m.in. włóknistą. Towarzyszą mu markasyt, hematyt, syderyt, a śladowo baryt i chloryt. Trzeci zespół spotykany jest najrzadziej. Obecne w bazaltach spękania wypełnione są też chalkopirytem czy bornitem. Zabliźniają je też siarczki żelaza oraz syderyt postsedymentacyjny. Realizowane przez Ciuka i in. (1992) badania pozwoliły wykazać obecność mineralizacji syderytowej we wszystkich kompleksach serii brunatnowęglowej (rys. 2.36). Analizy rentgenograficzne wykazały z kolei zróżnicowany charakter tej mineralizacji. Ilustruje to rysunek

169 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Zestawienie krzywych dyfraktometrycznych różnych odmian syderytów ze złoża węgla brunatnego Turów według Ciuka i in. (1992) Objaśnienia: S syderyt, G goethyt, K kaolinit Problemów mineralizacji kruszcowej stwierdzonej w skałach serii brunatnowęglowej Niecki Żytawskiej dotyczyło sympozjum organizowane przez Wydział Geologii Uniwersytetu Warszawskiego w 1979 roku. Zwrócono wówczas uwagę na różnorodność tych procesów. Obok minerałów rudnych czy syderytów dotyczyły one także m.in. procesów fosforytyzacji. 169

170 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego 4.2. Utwory kompleksu podwęglowego A Trzeciorzęd Niecki Żytawskiej tworzy kompleks osadów o znacznej miąższości, przekraczającej miejscami 350 metrów. Spoczywa on bezpośrednio na zwietrzałych utworach podłoża krystalicznego i skał wylewnych. Ze względu na stosunkowo mały obszar niecki i bliskość osadów alimentacyjnych, charakter litologiczny utworów ją wypełniających, oddaje kolejne etapy niepokojów tektonicznych związanych z orogenezą młodoalpejską. Skały okruchowe Żwiry i piaski stanowią około 20% obj. skał tego kompleksu. Żwiry występują w postaci warstw o miąższości 0,1 0,3 metra jako odmiany zailone i węgliste. Są to skały luźne, polimiktyczne i rezydualne. Popielate (węgliste) o teksturze bezładnej zbudowane są ze słabo obtoczonych ziarn kwarcu (do 25% obj.), skaleni (do 5% obj.), mik (do 10% obj.) oraz ziarnistych skupień kaolinitu (2 27% obj.), które są pseudomorfozami po skaleniach, a także okruchów skalnych do 10% obj. Minerały ilaste to również detrytyczny illit. Dodatkowym elementem są okruchy węgla oraz pył węglowy. Piaski są reprezentowane przez odmiany zailone. Stanowią 20 36% profilu. Zalegają wśród iłów w postaci warstw o miąższości 0,2 0,6 metra. Są to skały luźne lub słabo zwięzłe wskutek zailenia, beżowe lub popielate dzięki obecności pyłu węglowego (do 6% obj.). Reprezentują odmiany różnoziarniste, źle wysortowane o teksturze bezładnej. Niekiedy tylko wykazują ukośne warstwowanie. Składniki okruchowe to kwarc, skalenie, hydromiki, materiał węglowy oraz okruchy toczeńców ilastych. Do składników akcesorycznych zaliczono cyrkon, turmalin, zwietrzały biotyt i strzępki muskowitu. Wedug klasyfikacji Pettijohna i in. (1972) piaski te odpowiadają wakom litycznym. Skały ilaste Są one głównymi osadami profilu kompleksu podwęglowego, stanowiąc około 77% serii. Występują w postaci warstw o miąższości do 2,6 metra. Wyróżnia się wśród nich kilka odmian: kaolinitowo-illitowe, kaolinitowe zapiaszczone i węgliste. Iły kaolinitowo-illitowe są jasnobeżowe, niekiedy popielate o zmiennej teksturze od kierunkowej do bezładnej i masywnej. Kierunkowość ma charakter ukośny lub horyzontalny. Skały te są słabo plastyczne, raczej zwarte. Ich głównym składnikiem są minerały ilaste przeważnie kaolinit będący tłem dla pierzastych agregatów illitu i mniej licznych siatkowych skupień hydromiki. Kaolinit reprezentuje odmianę słabo uporządkowaną. Występują też aleurytowe ziarna kwarcu, skaleni i mik, a także detryt zbudowany z okruchów węgla. Iły kaolinitowe zapiaszczone zawierają ponad 15% obj. składników klastycznych reprezentowanych przez kwarc, skalenie ortoklaz, mikroklin, miki. Minerały glinokrzemianowe są silnie skaolinityzowane. Materiał skalny jest źle wysortowany, kwarc przeważnie ostrokrawędzisty. Stwierdzono też domieszki węglowe. Iły węgliste są popielato zabarwione, laminowane. Materiał węglowy (15 23% obj.) impregnowany jest kaolinitem. 170

171 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Zróżnicowanie składu mineralnego zapiaszczonych skał ilastych z kompleksu podwęglowego zostało potwierdzone wynikami analiz rentgenograficznych. Ilustrują to krzywe dyfraktometryczne przedstawione na rysunku Rys Krzywe dyfraktometryczne zapiaszczonej i węglistej odmiany skał ilastych z kompleksu podwęglowego złoża Turów według Ciuka i in. (1992) Objaśnienia: K kaolinit, M hydromuskowit, Mk mikroklin, Mn montmorillonit, Q kwarc 171

172 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Przybliżony ilościowy skład mineralny trzech odmian skał ilastych wyróżnionych w kompleksie podwęglowym A złoża węgla brunatnego w Turowie jest podany w tabeli Tabela Skład mineralny skał ilastych z kompleksu podwęglowego A złoża węgla brunatnego w Turowie według Ciuka i in. (1992) zmodyfikowany Składniki Odmiana iłów i zawartość składnika [% obj.] kaolinitowo-illitowe zapiaszczone węgliste Minerały ilaste tła (kaolinit, illit) Agregaty kaolinitu do 15 do 3 do 2 Agregaty illitu do 16 do 7 do 8 Hydromiki do Kwarc Skalenie do 4 do Syderyt 0,5 do 1 do 4 Okruchy węglowe do Okruchy skalne 1,5 1 1 Skład chemiczny odmian iłów zalegających w kompleksie podwęglowym A jest podany w tabeli Głównymi ich składnikami, uzasadniającymi wyróżnienie trzech odmian tych skał, są SiO 2, Al 2 O 3 i straty prażenia. Najwyższe ilości SiO 2, prawie do 80% wag., wykazano w zapiaszczonych odmianach iłów, mniejsze w kaolinitowych, a najniższe w zawęglonych. W Al 2 O 3 obfitują iły zawęglone (nawet do 36% wag.). Charakteryzują się też największymi stratami prażenia do 17% wag. Tabela Skład chemiczny iłów kompleksu podwęglowego A ze złoża węgla brunatnego Turów według Łukwińskiego (1983) Składnik Odmiana iłów i zawartość [% wag.] kaolinitowo-illitowe zapiaszczone węgliste SiO 2 59,32 65,00 73,68 78,31 48,0 57,8 Al 2 O 3 27,47 30,00 16,56 17,00 29,81 35,90 Fe 2 O 3 1,22 1,34 0,74 0,79 1,28 1,54 TiO 2 0,67 0,74 0,53 0,56 0,80 0,96 CaO 0,09 0,09 0,08 0,12 0,15 MgO 0,07 0,09 0,11 0,12 0,50 0,60 K 2 O 2,23 2,54 2,21 2,35 2,04 2,45 Na 2 O 0,11 0,12 0,17 0,18 0,23 0,28 Strata prażenia 8,75 5,90 16,94 172

173 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH W kompleksie tym spotykane są także przejawy mineralizacji żelazistej. Są to konkrecyjne skupienia syderytów ilastych oraz pirytu i markasytu. Syderyty tworzą jeden stały poziom w przyspągowej części kompleksu podwęglowego. Konkrecje siarczkowe zaś rozproszone są głównie w iłach węglistych. We wschodniej części złoża w kompleksie tym na zwietrzelinie granitowej zalega seria osadowo-eruptyczna. Ma miąższość około 77 metrów. Wykształcona jest w postaci tufów, cienkich żyłek bazaltów, brekcji wulkanicznych. Przewarstwiają je utwory ilaste i piaszczyste Skały kompleksu międzywęglowego B Miąższość tego kompleksu jest zmienna i zamyka się w przedziale metrów. Stanowią je utwory okruchowe, ilaste, żelaziste i węglowe. Zazwyczaj reprezentują jednak ogniwa przejściowe z pogranicza osadowych skał okruchowych, mułowcowych i ilastych. Skały okruchowe i mułkowe Wyróżniono wśród nich skały klastyczne oraz klastyczno-mułowcowe. Wśród składników grubodetrytycznych daje się zauważyć wyraźną polimodalność. Pozwala ona wyróżnić gruzy, żwiry piaszczyste, piaski żwirowe, piaski mułowe, mułki. Gruzy to luźne nagromadzenia bloków kwarcu żyłowego i zwietrzałych granitów o średnicy do 0,8 metra. Częściowo są spojone materiałem żwirowo-piaszczystym. Żwiry piaszczyste to osady luźne lub słabo zwięzłe. Zawierają 57 85% obj. frakcji psefitowej. Jest to materiał kwarcowy i skaleniowy, źle wysortowany, słabo obtoczony. Tkwi w masie piaszczysto-mułkowej, tworząc rozproszony szkielet ziarnowy. Kwarc reprezentowany jest przez niebieskoszare ziarna pochodzące z granitów rumburskich oraz mlecznobiałe ziarna kwarcu żyłowego. Piaski żwirowe mają skład petrograficzny podobny do żwirów. Są to osady jasnobeżowe, gruboziarniste, słabo zwięzłe z wyraźnie wyróżniającymi się okruchami frakcji żwirowej na tle piaszczysto-mułkowym. Ziarna psamitowe tworzą szkielet na ogół zwarty zawierający mułkowy matriks o zawartości do 10% minerałów ilastych. Pozostała część matriks to cementacyjne agregaty kaolinitu wymieszane z pyłem kwarcowym i reliktami skaleni. Przeważa w nich niebieskawy kwarc. Inne składniki to skalenie występujące w formie częściowo skaolinityzowanych ziarn ortoklazu, mikroklinu, a także okruchy (granitoidy), miki i hydromiki oraz toczeńce ilaste. Składnikiem autigenicznym jest markasyt. Piaski mułkowe budują w 15% ziarna aleurytowe i 10% pelitowe. Są to skały słabo zwięzłe, masywne, przeważnie o teksturze bezładnej. Rzadko widoczne jest w nich warstwowanie przekątne. Dominującymi składnikami są kwarc i skalenie. Występują też zmienne ilości mik i hydromik, okruchów o charakterze intraklastów i drobnych skupień syderytu. Spoiwo typu matriks zawiera 10% minerałów ilastych (kaolinitu i illitu). Są to skały o strukturze różnoziarnistej. Stopień przestrzennego uporządkowania składników mineralnych jest przeważnie nieduży. 173

174 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Według klasyfikacji Pettijohna i in. (1972) żwiry i piaski można zaliczyć do szarogłazów skaleniowo-kwarcowych. Skały mułkowe to utwory jasnobeżowe lub białawe. Bywają zwykle zwarte i masywne. W tle zbudowanym z kaolinitu widoczne są ziarna sinego lub mlecznobiałego kwarcu i skaolinityzowanych skaleni. Tworzą one ziarnisty szkielet. Wyschnięte stają się bardzo zwięzłe i zalicza się je wówczas do tzw. utworów trudnourabialnych. Wśród okruchów skalnych można wyróżnić trzy odmiany: y skaolinityzowanych granitoidów i gnejsów (najliczniejsze); y kwarcu żyłowego z dużą ilością wrostków ciekłych i gazowych; y intraklastów. Głównym składnikiem mineralnym frakcji drobnoziarnistej tych skał jest kaolinit (15 45% obj.). Wyróżniono dwie formy występowania tego minerału; y agregaty kolumnowe rozwijające się na powierzchniach skaleni i mik oraz tworzące pseudomorfozy po tych minerałach; y agregaty cementacyjne będące składnikiem matriks. Skały ilaste Dominującym typem osadów w serii międzywęglowej są skały ilaste (fot. 32 i 33). Ich udział w profilu szacowany jest na 64%. Ze względu na zróżnicowanie kolorystyczne, ale głównie zmienność petrograficzną, w ich obrębie wyróżnia się następujące odmiany: y jasnoszare tzw. czyste, stanowiące około 12%; y jasnoszare, zapiaszczone (68%); y brunatne, zawęglone, około 20%. Iły czyste, jak się później okazało najbardziej interesujące surowcowo, wykazują zmienny skład ziarnowy, mineralny i chemiczny. Dominującym składnikiem chemicznym jest SiO 2, którego ilość zależy od stopnia zapiaszczenia (tab. 2.47). W próbkach uśrednionych jego zawartość wynosi około 60% wag. przy zmiennej, a niekiedy wysokiej obecności Al 2 O 3, dochodzącej do 30% wag. Cechą charakterystyczną tej odmiany iłów jest też mała zawartość CaO, na ogół nieprzekraczająca 1% wag. oraz znaczna obecność K 2 O do 3% wag. Spośród wszystkich odmian zawierają największe ilości Fe 2 O 3. Odmiany zapiaszczone cechuje najwyższa obecność SiO 2 (nawet powyżej 70% wag.) i wyraźnie mniejsza Al 2 O 3 (20% wag. i mniej). Z kolei iły zawęglone odznaczają się: y najniższą spośród odmian iłów zawartością SiO 2 (nawet mniejszą niż 50% wag.); y najwyższą ilością Al 2 O 3 (praktycznie ponad 30% wag.). Uśredniony ilościowy skład mineralny dwóch odmian iłów czystej i zawęglonej pochodzących z pokładu międzywęglowego B jest podany w tabeli Wyraźne zróżnicowanie dotyczy zawartości dwóch składników, kaolinitu (dominacja w odmianie czystej ) oraz substancji węglistej (przewaga w iłach zawęglonych). Mniejsze różnice dają się zauważyć w przypadku obecności kwarcu. Skały żelaziste obecne w tym kompleksie reprezentowane są przez diagenetyczne konkrecje syderytu i pirytu rozmieszczone w kilku poziomach (Kanasiewicz 1987). W kompleksie tym można spotkać ślady mineralizacji barytowo-hematytowej. Baryt przybiera postać minerałów automorficznych o pokroju tabliczkowatym. Wykazano również 174

175 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH obecność minerałów kruszcowych galeny, arsenopirytu, chalkopirytu, sfalerytu, kowelinu. Taka asocjacja mineralna dowodzi hydrotermalnej genezy mineralizacji mającej miejsce w tym kompleksie. Fot. 32 i 33. Iły pokładu międzywęglowego B, Kopalnia Turów 175

176 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tabela Skład chemiczny iłów turoszowskich z pokładu międzywęglowego B według Łukwińskiego (1983) Składnik Odmiana iłów i zawartość składnika [% wag.] czyste zapiaszczone zawęglone SiO 2 55,25 61,25 68,01 72,89 49,62 58,51 Al 2 O 3 22,70 30,71 18,96 20,32 29,13 34,35 Fe 2 O 3 2,07 2,29 1,13 1,21 1,63 1,92 TiO 2 0,93 1,03 0,73 0,78 0,64 0,75 CaO 0,85 0,94 0,91 0,97 0,88 1,04 MgO 0,33 0,36 0,23 0,25 0,31 0,36 K 2 O 2,60 2,88 2,88 3,09 2,46 2,90 Na 2 O 0,14 0,15 0,10 0,11 0,11 0,13 Strata prażenia 9,82 6,71 15,20 Tabela Uśredniony ilościowy skład mineralny czystej i zawęglonej odmiany iłów turoszowskich z pokładu międzywęglowego B według Szpili i Widaja (1978) Składniki mineralne Odmiana iłów i zawartość składnika [% obj.] czysta zawęglona Kaolinit Illit Kwarc Substancja węglista 6 45 Inne Kompleks nadwęglowy C Miąższość kompleksu nadwęglowego C jest zróżnicowana i wynosi od kilku metrów w części północno-zachodniej złoża do około 200 metrów w partiach południowych. Na znacznym obszarze osady tego kompleksu zostały zebrane. W całości można go obserwować jedynie w południowej części odkrywki. Podobnie jak w przypadku kompleksu międzywęglowego charakteryzuje się on wyraźną zmiennością litologiczno-petrograficzną zalegających w nim skał. Wyróżniono w nim skały: okruchowe (żwiry, piaski i mułki), ilaste, utwory konkrecyjne żelaziste (syderyt), węgiel brunatny. Skały okruchowe są znacznie zailone. Są to utwory różnoziarniste, źle wysortowane, luźne lub słabo zwięzłe. Tworzą soczewy lub przewarstwienia. Są beżowe, popielate, niekiedy z zielonkawym odcieniem. Piaski są też skałami różnoziarnistymi o znacznym zaileniu. Przybierają postać rozległych soczew. Są to osady luźne lub rzadziej słabo zwięzłe o zabarwieniu beżowym, niekiedy zielonkawym. Posiadają teksturę bezładną, rzadziej warstwowaną przekątnie, często zaburzoną. Zaliczyć je można do arkoz właściwych i arkoz niższego rzędu (waki arkozowe). 176

177 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Skały ilaste, przeważające w tym kompleksie, petrograficznie są bardzo urozmaicone z uwagi na zmienną zawartość materiału detrytycznego. Wyróżniono wśród nich odmiany: kaolinitowo-illitowe, zapiaszczone, węgliste, a także syderytowe. Wyniki badań dyfraktometrycznych wykazały w nich obecność podobnej asocjacji minerałów ilastych (rys. 2.42). Zmianie ulegały jedynie proporcje ilościowe pomiędzy nimi. Głównym składnikiem jest kaolinit, stanowiący autogeniczną odmianę tego minerału. Wykształcony jest on w postaci włókien ułożonych w sposób promienisty wokół zarodków okruchowych. Reprezentuje odmianę o uporządkowanej strukturze. Illit i hydromuskowit występują w postaci pierzastych agregatów. Syderyt wykształcony jest jako sferolity o budowie promienistej. Niekiedy w profilu tej serii widoczne są strefy podkreślone kolorystycznie czerwonawymi nagromadzeniami tlenków Fe. Są to skały dość plastyczne. Po wysuszeniu stają się zwięzłe i twarde. Rys Zestawienie krzywych dyfraktometrycznych odmian skał ilastych zalegających w kompleksie nadwęglowym w Kopalni Turów według Ciuka i in. (1992) Objaśnienia: I illit, K kaolinit, Q kwarc, Mi mikroklin, S syderyt 177

178 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Skład mineralny odmian iłów wyróżnionych w kompleksie nadwęglowym C jest podany w tabeli Tabela Skład mineralny skał ilastych kompleksu nadwęglonego C w złożu węgla brunatnego Turów według Ciuka i in. (1992) Składniki mineralne kaolinitowoillitowe Odmiana iłów i zawartość składnika [% obj.] zapiaszczone węgliste syderytowe Minerały ilaste tła (kaolinit i illit) 73,4 91,3 64,0 85,6 56,5 80,5 41,5 90,8 Kaolinit 1,0 4,3 0,0 3,8 0,0 1,6 0,0 15,1 Hydromiki 0,0 4,1 0,0 5,3 0,0 1,6 0,0 Kwarc 0,3 5,8 7,2 27,4 0,0 7,3 0,5 13,6 Skalenie 0,0 1,3 1,0 7,1 0,0 3,1 0,0 3,7 Syderyt 0,0 3,5 0,0 3,8 0,0 1,0 5,0 18,6 Materiał węglowy 0,5 10,2 0,0 10,6 10,6 40,1 0,0 7,2 Minerały ciężkie i kruszcowe 0,0 2,1 0,1 2,8 0,0 5,0 0,0 4, Nadkład czwartorzędowy Kompleks czwartorzędowy w złożu węgla brunatnego Turów stanowią osady plejstocenu. Są to głównie piaski, pospółki oraz gliny zwałowe zlodowacenia południowo-polskiego. Osady klastyczne i ilaste holocenu zalegają jedynie w dolinach rzek. 5. Kopaliny towarzyszące i możliwości ich wykorzystania Ocena rzeczywistych i możliwych kierunków wykorzystania iłów turoszowskich stanowi efekt badań prowadzonych z różną intensywnością od niemal 70 lat. Ich apogeum zdaje się przypadać na lata siedemdziesiąte i osiemdziesiąte ubiegłego wieku. Aktualne rozpoznanie właściwości surowcowych tych iłów wskazuje, że mogą one być przydatne do produkcji wyrobów: y ceramiki budowlanej; y materiałów ogniotrwałych; y ceramiki szlachetnej i elektrotechnicznej; a ponadto wykorzystywane w przemysłach cementowym i chemicznym. Spełniają też kryteria umożliwiające ich zastosowanie do rekultywacji gruntów, a częściowo jako masy uszczel- 178

179 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH niające, hydroizolujące przy budowie składowisk odpadów. Po wzbogaceniu (szlamowaniu) wachlarz ich przydatności użytecznej ulega dalszemu rozszerzeniu. Mogą wówczas znaleźć zastosowanie do wytwarzania elastomerów (gumy). Niektóre z innych kierunków ich wykorzystania można uznać za perspektywiczne. Są nimi produkcja zeolitów, materiałów izolacyjnych, włókien mineralnych, bielących ziem fulerskich, tworzyw sztucznych, farb, lakierów, kitów. Ponadto przeprowadzone w ich przypadku eksperymenty na skalę laboratoryjną wykazały przydatność do wytwarzania ceramizowanych materiałów stabilizujących środowiska glebowe czy też uzyskania metalicznego glinu. Górnicza eksploatacja iłów turoszowskich była prowadzona od 1951 roku. Objęła ona: y iły biało wypalające się (po wzbogaceniu stosowano je jako dodatek wybielający do mas ceramicznych); y iły szare tzw. czyste mogące znaleźć zastosowanie do produkcji wyrobów ogniotrwałych, wyrobów ceramicznych, izolacyjnych, palonek wysokoglinowych * ; y gliny klinkierowe, czerwone stosowane do wytwarzania wyrobów ceramiki budowlanej Iły ogniotrwałe Iły o właściwościach ogniotrwałych występują przede wszystkim w kompleksie międzywęglowym B. Ten kierunek ich wykorzystania był początkowo głównym przedmiotem zainteresowania i wykorzystania iłów turoszowskich. Niezależnie od obowiązujących kryteriów bilansowości za ogniotrwałe uznano wpierw ich odmiany o ogniotrwałości powyżej 163 sp, a po roku 1987 większej od 169 sp. Okazało się, że wśród ich trzech odmian litologicznych za ogniotrwałe można było uznać około 54,5% odmian zapiaszczonych, 43,5% zawęglonych i 1,8% czystych (Pacelt 1964; Rippel i Pacelt 1979; Szymborski i Łukwiński 1986). Wbrew wypowiadanym opiniom na temat ich znakomitych właściwości surowcowych, stanowią one odmianę o niezbyt wysokiej jakości w kontekście wymogów przemysłu materiałów ogniotrwałych. Ich wartość użytkowa jest obniżona poprzez zmienne zapiaszczenie, obecność wkładek syderytowych, pirytowych czy węglistych. Nie spełniają również wymogów tego przemysłu z uwagi na wysokie (nawet po wzbogaceniu) zawartości Fe 2 O 3. Szlamowanie tylko nieznacznie rozwiązywało ten problem. Ilość Al 2 O 3 wzrastała nieznacznie, a obecność Fe 2 O 3 ulegała tylko niedużemu obniżeniu. Tabele 2.50 i 2.51 podają skład chemiczny i mineralny odmian iłów turoszowskich pochodzących z pokładu międzywęglowego B, w przypadku których Nowak i Sztaba (1989) dokonali prób technologicznych, mających wykazać ich ogniotrwałość. Eksperymenty te dotyczyły surowej i wzbogaconej odmiany iłów. Wykazały też, że zawęglenie iłów stawało * Palonka substytut służący do produkcji materiałów ogniotrwałych. Palonka wysokoglinowa zawiera podwyższone ilości Al 2 O 3. Również utwór powstały w efekcie termicznych przemian skał ilastych. 179

180 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego się źródłem powstawania w trakcie procesu technologicznego środowiska redukcyjnego, obniżającego jakość wyrobów. Drobnodyspersyjny węgiel był też przyczyną powstawania mikroporowatości wyrobów. Cechą niekorzystną pozostawała również zawartość K 2 O dochodząca do 3% wag. Tabela Skład chemiczny ogniotrwałych odmian iłów turoszowskich pochodzących z kompleksu międzywęglowego B odmiana surowa i wzbogacona według Nowak i Sztaby (1989) Odmiana iłów i zawartość składnika [% wag.] Składnik surowe wzbogacone SiO 2 52,5 71,0 45,0 59,2 Al 2 O 3 18,2 29,3 24,9 31,7 Fe 2 O 3 0,93 2,32 1,23 1,77 TiO 2 0,63 0,74 0,53 1,09 MgO 0,33 0,52 0,38 0,80 CaO 0,32 0,49 0,32 0,84 K 2 O 1,90 3,50 1,69 3,30 Na 2 O 0,10 0,23 0,21 0,26 Strata prażenia 6,9 11,0 8,5 13,3 Tabela Skład mineralny odmian ogniotrwałych iłów turoszowskich pochodzących z kompleksu międzywęglowego B odmiana surowa i wzbogacona według Nowak i Sztaby (1989) Odmiana iłów i zawartość składnika [% obj.] Składniki mineralne surowe wzbogacone Kaolinit 30,0 58,0 47,6 75,0 Kwarc 25,0 49,0 3,0 29,0 Łyszczyki i illity 5,3 22,0 13,5 27,0 Skalenie 2,5 10,0 1,5 9,8 Z wymienionych wyżej powodów w celu praktycznego wykorzystania iłów zaproponowano indywidualne, zakładowe kryteria bilansowości, oceniające przydatność dla przemysłu materiałów ogniotrwałych. Opracowane zostały przez COB-P Górnictwo Odkrywkowe POLTEGOR. W ten sposób wyróżniono gatunki TG1, TG2, TG3 odpowiadające w przybliżeniu odmianom normatywnym G2, G3 i G4. Okazało się, że dominowała wśród nich odmiana odznaczająca się ogniotrwałością o wartości sp odpowiadająca gatunkom G3 i G4. 180

181 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Kolejne eksperymenty wykazały, że iły te można było wykorzystać do produkcji palonek, a także szamotowych materiałów izolacyjnych. Przez pewien czas iły te były wykorzystywane przez Zakłady Surowców Ogniotrwałych w Chrzanowie (właśnie do produkcji palonek wysoko ogniotrwałych). Do wytwarzania wyrobów szamotowych (a także porcelitu stołowego) stosowała je Kopalnia Surowców Mineralnych SURMIN w Nowogrodźcu. Nie powiodła się zaś próba użycia ich przez Zakłady w Opocznie do produkcji płytek okładzinowych i elewacyjnych. Na przeszkodzie temu stanęła m.in. wspomniana wysoka zawartość substancji węglistej Iły ceramiczne kamionkowe i biało wypalające się Znaczna część iłów turoszowskich niespełniających wymagań surowców ogniotrwałych posiada właściwości pozwalające uznawać je za przydatne do produkcji do ceramiki szlachetnej. Z kolei kwalifikacja ich jako odmian kamionkowych lub biało wypalających się dokonana została na podstawie norm branżowych BN-69/ i BN-69/ (vide Nieć i in. 2004). Iły bełchatowskie uznawane jako gliny kamionkowe posiadają parametry gatunku M. Wymagania te spełniają tylko częściowo iły czyste z kompleksu międzywęglowego w stanie surowym. Z iłów zapiaszczonych można uzyskiwać odpowiedni surowiec dopiero po przeszlamowaniu. Odmiany te stanowią surowiec służący wytwarzaniu takich rodzajów wyrobów ceramicznych jak półporcelana (porcelit) i fajans. Po wypaleniu w temperaturze 1200 C charakteryzuje je białość co najmniej 50%, a po wypaleniu w 1300 C około 60%. Niektóre parametry technologiczne tej odmiany iłów przedstawia tabela Tabela Niektóre parametry technologiczne wzbogaconych odmian iłów ogniotrwałych z kompleksu międzywęglowego B złoża węgla brunatnego Turów według Nowak i Sztaby (1989) Parametr Wartości Skurczliwość suszenia [%] 4,3 7,4 Skurczliwość po wypaleniu [%] w temperaturze: 1200 C 1250 C 1300 C Nasiąkliwość po wypaleniu [%] w temperaturze: 1200 C 1250 C 1300 C 11,1 14,1 11,8 15,0 12,1 15,4 0,3 5,7 0,2 5,1 0,0 3,7 Wytrzymałość na zginanie w stanie surowym [MPa] 3,0 4,4 Ogniotrwałość zwykła [sp] Barwa po wypaleniu jasnokremowa do szarej 181

182 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Największe nadzieje na wykorzystanie iłów turoszowskich, ale pod warunkiem odpowiedniego ich wzbogacenia, stwarza przemysł ceramiczny wytwarzający płytki okładzinowe (Wyszomirski i in. 2003). Nadają się do tego przede wszystkim iły dające po wypaleniu jasny czerep (biało wypalające się) i charakteryzujące się niższą od 1% wag. zawartością Fe 2 O 3. Jednak iły o takich właściwościach występują w złożu Turów zupełnie podrzędnie. Dominują iły o wysokiej, z reguły ponad 3% wag. zawartości FeO 3. Ponadto zawierają one często zbyt dużo substancji węglistej oraz składników szkodliwych syderytu i pirytu. Iły biało wypalające stwierdzono w odosobnionych wystąpieniach przede wszystkim w kompleksie podwęglowym A. Ich cechą charakterystyczną jest duża zmienność jakości surowcowej. Część z nich nadaje się do wykorzystania jako mieszanki ilasto-kwarcowe. Po szlamowaniu uzyskuje się surowiec kaolinitowy wyraźnie wzbogacony w Al 2 O 3 (Rippel i Pacelt 1982). Zwietrzelina granitowa z kompleksu podwęglowego A okazała się kaolinem wysokiej jakości. Z tego powodu surowiec ten stał się przedmiotem dalszych badań (Szpila 1968, 1971) i opracowań dokumentacyjnych (Dokumentacja geologiczna surowca kaolinowego ). Wykonano analizy mające na celu ustalenie przydatności praktycznej tej kopaliny. Przeprowadzono je na skalę laboratoryjną i półtechniczną. Okazało się, że koncentrat uzyskany z tej zwietrzeliny może być wykorzystany do produkcji płytek ceramicznych i wyrobów półporcelanowych, a także stosowany jako dodatek w zestawach mas porcelanowych lub w przemyśle celulozowo-papierniczym do wytwarzania najniższych klas papieru. W trakcie prac dokumentacyjnych przeprowadzonych w ubiegłym wieku stwierdzono, że zwietrzelina granitowa tylko niekiedy spełnia wymagania jakościowe stawiane glinom biało wypalającym się i to zazwyczaj po procesach szlamowania (Ocena możliwości udokumentowania ). Na przeszkodzie temu stał m.in. stopień białości, który wynosił 70 71%. Przez to kaoliny te nie kwalifikowały się do produkcji materiałów ceramicznych, wymagających surowca o wyższej białości. Natomiast spełniają kryteria przemysłu papierniczego i gumowego. W takiej sytuacji w przypadku kaolinów z kompleksu podwęglowego A złoża Turów przyjęto indywidualne kryteria bilansowości. Według nich wymagany stopień białości kaolinu ceramicznego po wypaleniu w temperaturze 1350 C miał wynosić co najmniej 64% a dla przemysłu papierniczego po wysuszeniu 70%. Były to kryteria niższe od wymaganych przez odpowiednie normy branżowe. Niepełna charakterystyka odmian iłów pochodzących z kompleksu podwęglowego jest podana w tabelach i Kaoliny te przez kilka lat były na niewielką skalę eksploatowane i pozyskiwane. Zaniechano tego w 1977 roku. Powodem tego była obniżająca się jakość surowca. Wynikało to m.in. z powszechnej obecności konkrecji żelazistych o charakterze syderytowym i pirytowo-markasytowym (Narębski 1974). Informacje na temat praktycznego wykorzystania zwietrzelin bazaltowych można znaleźć u Kaczerewskiego i Krzywobłockiego (1995). Okazało się, że stanowią one kopalinę mogącą znaleźć zastosowanie do produkcji materiałów wysoko ogniotrwałych. Ich specyficzne właściwości spowodowały też, że można z nich wytwarzać koagulanty wykorzystywane do uzdatniania wód i ścieków poprzemysłowych a także do wytwarzania ziem fulerskich. 182

183 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Tabela Niektóre ceramiczne parametry technologiczne iłów turoszowskich pochodzących z kompleksu podwęglowego A według Nowak i Sztaby (1989) Odmiana litologiczna iłów Ogniotrwałość zwykła [sp] Pozostałość na sicie 0,06 mm [% wag.] Strata prażenia [% wag.] Po wyprażeniu [% wag.] Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Ił kaolinitowo-illitowy ,6 9,7 12,6 12,8 33,3 35 1,4 1,7 Ił zawęglony ,5 1,7 Ił zapiaszczony ,0 1,5 Tabela Niektóre parametry ceramiczne iłów pochodzących z kompleksu podwęglowego A złoża węgla brunatnego Turów według Nowak i Sztaby (1989) Parametr Wartość Skurczliwość suszenia 6,3 7,8% Strata prażenia Domieszki gruboziarniste o średnicy od 2 do 5 mm Domieszki o średnicy od 0,5 do 2 mm 0 18,0% wag. śr. 3,1% wag. śr. 4,9% wag. Nasiąkliwość po wypaleniu w temperaturze 1250 C 5,4 23,9% Skurczliwość suszenia 3,2 8,5% Skurczliwość po wypaleniu w temperaturze 1250 C 7,6 19,7% Stopień białości po wypaleniu w temperaturze 1250 C 52,3 72,0% Wytrzymałość na zginanie po wysuszeniu 10,8 44,6 MPa Niewielkie ilości iłów pochodzących z kompleksu międzywęglowego B, po wzbogaceniu w zakładach SURMIN w Nowogrodźcu są wykorzystywane do wytwarzania granulatów biało wypalających się. Po wypaleniu w temperaturze 1250 C charakteryzują się następującymi parametrami: y całkowita skurczliwość 7,2%; y nasiąkliwość 10%; y wytrzymałość na zginanie 3,2 MPa. Interesował się również nimi przemysł papierniczy. Z kolei w okresie zakłady Borel Polska, a następnie Hanson Polska (toruńskie filie firmy z Jankowej Żagańskiej) zakupiły ponad 30 tys. ton iłów biało wypalających się. Stosowano je jako dodatek schudzający przy produkcji cegły klinkierowej. Poczynając od 2010 roku, iły zalegające w kompleksie B stanowią przedmiot zainteresowania zakładów ceramicznych z Czech i Niemiec. Są wydobywane i wykorzystywane przez dwie firmy niemieckie Kaolin und Tonwerke Seidlitz oraz Stephan Schmidt Kamen. Natomiast w przypadku Czechów importuje je zakład Lasselsberger Skalna. 183

184 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego 5.3. Iły do produkcji ceramiki budowlanej Iły, które mogą stanowić surowiec ceramiki budowlanej występują przede wszystkim w kompleksie nadwęglowym C. Są one zwykle silnie zapiaszczone. Zawierają ponad 30% ziarn większych od 0,6 mm. Charakteryzują się niską zawartością Al 2 O 3 i na ogół wysoką obecnością Fe 2 O 3, dochodzącą do 8% wag. Wypalone w temperaturze 950 C wyróżniają się ciemno czerwoną barwą czerepu. Kwalifikują się do produkcji wyrobów ceramiki budowlanej i wysokogatunkowych produktów klinkierowych (Furczak 1978). Wartości niektórych parametrów technologicznych iłów pochodzących z kompleksu nadwęglowego C są podane w tabeli Tabela Niektóre właściwości ceramiczne iłów z kompleksu C (Nieć i in. 2004) Parametr Wartość Skurczliwość suszenia [%] 5,8 Skurczliwość całkowita po wypaleniu w 1050 C [%] 12,6 Nasiąkliwość po wypaleniu w 1050 C [%] 15,5 Wytrzymałość na ściskanie w stanie surowym po wysuszeniu w 110 C [MPa] 27 Barwa po wypaleniu ciemnoczerwona Badania laboratoryjne, półtechniczne i przemysłowe iłów z kompleksu B wykazały, że te odmiany mogą być przydatne do wytwarzania zestawów mas ceramicznych przy produkcji przede wszystkim klinkieru budowalnego klasy 350 i 500, klinkieru perforowanego budowlanego klasy 250 i 350, płytek klinkierowych i elewacyjnych, pustaków ściennych i stropowych oraz rur kamionkowych. Według Pacelta i in. (1983) możliwość takiego wykorzystania wynika z wykazywanych przez nie strat prażenia. Nie powinny one przekraczać 18% wag. Oznacza to, że parametrem ograniczającym ten kierunek zastosowania może być podwyższona obecność substancji organicznej Iły zawęglone Nieć i in. (2004), dokonując charakterystyki surowcowej odmian skał ilastych obecnych w złożu węgla brunatnego Turów, wyróżnili ze względu na wykazywaną specyfikę, odmianę iłów zwaną zawęglonymi. Zawierają one nawet do 45% rozproszonej, drobnodyspersyjnej substancji węglistej. Jest ona trudna do usunięcia w procesach wzbogacania. Wydaje się, że mogą one znaleźć zastosowanie jako komponent mas ceramicznych służących do wytwarzania porowatych, lekkich ceramicznych materiałów budowlanych czy izolacyjnych. Zdaniem Simiczyjewa i Jasińskiego (1995) szczególnie predysponowane są 184

185 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH jednak do wykorzystania w innym kierunku, mianowicie do poprawy jakości gleb piaszczystych. O negatywnym oddziaływaniu tej odmiany iłów na przebieg procesów technologicznych w sytuacji wykorzystania ich jako odmian ogniotrwałych była mowa w rozdziale Inne kierunki wykorzystania iłów Zróżnicowanie litologiczne skał ilastych ze złoża węgla brunatnego Turów wynikające z ich zmiennego składu chemicznego i mineralnego, a w ślad za tym urozmaicone właściwości fizykochemiczne i technologiczne stały się przyczyną sytuacji uzasadniającej możliwości innych, nowych kierunków ich wykorzystania. Z tego względu od lat prowadzone są prace mające przydatność taką wykazać. Zaawansowanie tych badań jest różne. Zazwyczaj jednak obejmuje eksperymenty laboratoryjne czy też co najwyżej przeprowadzane są na skalę półtechniczną. Poniżej omówiono niektóre z tych potencjalnych kierunków wykorzystania iłów turoszowskich. Przesłony hydroizolacyjne W 1994 roku Kasza i in. a nieco później Simiczyjew i Jasiński (1995) przeprowadzili badania nad możliwością wykorzystania iłów turoszowskich jako surowców, które z uwagi na ich wykazywane właściwości hydroizolacyjne mogłyby być wykorzystane przy budowie przesłon w składowiskach odpadów. Ich wyniki są podane w tabeli Porównano je z aktualnie obowiązującymi kryteriami zawartymi w Aprobacie technicznej (2002) czy proponowanym przez Wysokińskiego (2007). Materiał analityczny (autorzy nie podają odmiany iłów turoszowskich stanowiących przedmiot zainteresowania) charakteryzował się zróżnicowanym składem chemicznym i mineralnym. Z tych to m.in. powodów iły te tylko częściowo można traktować jako przydatne do budowy przesłon hydroizolacyjnych. Jednak ostateczna decyzja w tym zakresie może ulec zmianie. Niezbędne będzie w tym celu dysponowanie wynikami badań dotyczącymi: y składu chemicznego, mineralnego, uziarnienia iłów wykazujących predyspozycje hydroizolacyjne ; y efektów procesów transformacji zmierzających do zmiany ich właściwości fizykochemicznych, mogących przydatność tę zmienić. W 2010 roku, w czasie katastrofalnej powodzi, która nawiedziła Nieckę Żytawską, woda zalała odkrywkę węgla. Spowodowała również rozmycie skarp, powstanie osuwisk, a przez to przemieszczenie się znacznych ilości osadów. Osadziły się one na dnie odkrywki (fot. 34). Sedymenty te stanowiły przedmiot zainteresowania praktycznego, a dokładnie możliwości wykorzystania ich w charakterze materiału do budowy przesłon hydroizolujących przy budowie składowisk odpadów, a także w celach rekultywacyjnych. Jeden i drugi kierunek utylizacji okazał się możliwy. 185

186 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tabela Przydatność iłów turoszowskich do budowy przesłon hydroizolacyjnych Wartości Parametr wykazane przez Kaszę i in. (1994) wymagane* oraz Simiczyjewa i Jasińskiego (1995) Granica płynności maks. 70% 51,3 66,8% Granica plastyczności min. 25% 25,5 36,0% Uziarnienie Zawartość minerałów ilastych Rodzaj minerałów ilastych Zawartość związków organicznych Zawartość węglanów ziarn <2 µm ponad 20% ziarn >0,063 mm do 30% ponad 50% we frakcji <2 µm grupa smektytu lub mieszanopakietowe illit-smektyt, kaolinit-smektyt do 10% w formie drobno rozproszonej poniżej 15% (obniża wartość izolacyjną) ziarn <2 µm 37,7 63% wag. ziarn >0,063 mm 8,9 18,7% wag % we frakcji <1 µm mieszanopakietowe illit-smektyt we frakcji <1 µm 0,2 2,5% wag. poniżej 1% wag. Współczynnik filtracji 1, m/s < m/s 2, m/s 3, m/s * Według Aprobaty technicznej (2002) i Wysokińskiego (2007). Sorbenty mineralne O właściwościach sorpcyjnych surowców ilastych w głównym stopniu decyduje charakter i ilość obecnych w nich minerałów ilastych. Iły turoszowskie z uwagi na ich w przewadze illitowo-kaolinitowy charakter oraz przeciętny zbyt mały udział odmian smektytowych, nie wydają się reprezentować odmian mogących zostać zaliczone do sorbentów mineralnych. Jednak ostateczna decyzja w tym względzie wymaga przeprowadzenia dodatkowych badań. Wynika to głównie stąd, że dotychczasowe zaawansowanie i zakres analiz mających na celu wykazanie takiego kierunku wykorzystania należy uznać za niewystarczający. Kasza i in. (1994) podjęli próbę oznaczenia przydatności sorpcyjnej łów na podstawie wartości sorpcji błękitu metylenowego. Wyniosła ona mg/g błękitu. Okazała się wyraźnie mniejsza od wymaganych. Według Brańskiego (2007) wartość ta powinna wynosić przynajmniej 80 mg/g błękitu. Poza tym oznaczenie jedynie tego parametru jest niewystarczające. Istnieje potrzeba znajomości innych cech m.in. powierzchni właściwej czy pojemności jonowymiennej decydujących o sorpcyjnych właściwościach iłów. Nawozy ceramizowane stabilizujące środowisko glebowe Nowym, proponowanym kierunkiem zastosowania iłów turoszowskich jest wykorzystanie ich jako nawozu stabilizującego biochemiczne środowisko glebowe, a także do produkcji agrospieków nawozowych, tzw. nawozów ceramizowanych (Puff i in. 1997). Eksperymenty przeprowadzone przez tych autorów dotyczyły iłów pochodzących z kompleksu 186

187 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH B. W pierwszym etapie uzyskiwano masę lejną. Była ona niezbędna w celu stworzenia optymalnych warunków do homogenizacji skał ilastych z innymi surowcami oraz przygotowania plastycznej nadawy koniecznej do realizacji dalszych badań. W efekcie szlamowania nastąpiła eliminacja z niej zanieczyszczeń gruboziarnistych, związków żelaza i siarki oraz substancji węglistej. Drugi etap to homogenizacja uzyskanej masy (uszlachetnionego iłu) z magnezytem, kredą jeziorną oraz popiołami lotnymi. Tak uzyskana mieszanina stanowiła podstawę do produkcji seminaturalnych ekologicznych nawozów ceramizowanych. Ich matrycą nośną są granule o średnicy 3 5 mm. Granulat taki w koloidalnym, kwaśnym środowisku glebowym ulegał powolnej korozji związanej z rehydroksylacją minerałów ilastych. Procesy te stymulowały uwalnianie zawartych w granulach składników (pierwiastków biochemicznych), użyźniając glebę. Fot. 34. Pozostałości po rozlewisku powstałym w 2010 roku. Widoczne odsłonięcie iłów międzypokładowych stanowiących przedmiot zainteresowania firm czeskich i niemieckich Zeolity W przypadku iłów będących rezydualną zwietrzeliną granitową zalegającą w kompleksie podwęglowym A, wykonano badania eksperymentalne mające na celu wykazanie ich przydatności do wytwarzania zeolitów (Cyganek 1990). Zastosowano metodykę badawczą praktykowaną w przypadku innych krajowych surowców niskoglinowych w tego typu technologiach. Jednym z produktów uzyskanych w trakcie szlamowania tej zwietrzeliny był kaolin mułkowy. Zawierał on m.in % wag. Al 2 O 3. Okazał się półproduktem umożliwiającym uzyskanie zeolitów. 187

188 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Produkcja tlenku glinu Duże zainteresowanie w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku zaczęły budzić możliwości wykorzystania krajowych skał ilastych do produkcji tlenku Al metodą kwaśną Bretsznajdera czy spiekowo-rozpadową prof. Grzymka. Wagę tej problematyki doceniły nawet władze centralne. Dowodzi tego stosowna uchwała Komitetu Ekonomicznego Rady Ministrów z 1963 roku. W zabiegach tych nie pominięto iłów turoszowskich. Została sporządzona dokumentacja geologiczna ich odmian mających stanowić bazę do eksploatacji w celu produkcji tlenku glinu metodą kwaśną. Bocheńska (1966) jest autorką opracowania geologicznego tego typu iłów z terenów odkrywek Turów I i Turów II. Problematyką tą zajmował się też Nowacki (1968). Zakładano przydatność na użytek tych technologii iłów pochodzących z kompleksu B (międzywęglowego) reprezentujących gatunek G3 G5 o ogniotrwałości sp i zalegających w formie pokładów o miąższości przynajmniej 3 metrów. Eksperymenty zakończyły się powodzeniem. Uzyskano tlenek Al. Był on półproduktem o właściwościach fizykochemicznych porównywalnych z tlenkami importowanymi. Zawartość Al 2 O 3 wyniosła w nim 99,7% wag., a α-al 2 O 3 stanowił prawie 100%. Mógł stanowić produkt przydatny dla hutnictwa aluminium. Nie spełniał jednak kryteriów technologii elektrotechnicznej. Wyniki tych badań oceniono jednak negatywnie. Nie zostały zaakceptowane. Nie znalazły się we wspomnianej dokumentacji geologicznej, w jej części dotyczącej praktycznego wykorzystania iłów turoszowskich. Eksperymenty tego rodzaju trwały jednak nadal. Realizowali je m.in. Mazanek i in. (1989). Również dotyczyły one możliwości uzyskania metalicznego Al metodą Bretsznajdera. Ich zakres nie wyszedł jednak poza eksperymenty laboratoryjne. W 1963 roku ponad 13 tys. Mg iłów turoszowskich wykorzystano do produkcji siarczanu glinu. Wysokie koszty wytwarzania tego związku spowodowały zaprzestanie użytkowania ich do tych celów (Pacelt 1964) Kruszywa naturalne Innym typem kopalin towarzyszących poza skałami ilastymi w złożu węgla brunatnego Turów jest kruszywo naturalne. Występuje ono w formie czwartorzędowej pospółki piaszczysto-żwirowej zanieczyszczonej substancją ilastą i zażelazionej (Kaczerewski i Kwiatkowski 1993). Jest wykorzystywane przy budowie dróg lokalnych i na potrzeby budownictwa. Eksploatowane było w dwóch miejscach: y w rejonie północnego obrzeżenia zwałowiska wewnętrznego. Jego zasoby w tym miejscu szacowano na około 800 tys. Mg; y na przedpolu południowym odkrywki (rejon Rybarzowice Białopole) o dużo większych zasobach, ocenianych na 50 mln Mg. Jako niemal unikatową możliwość wykorzystania w charakterze kruszywa do utwardzania dróg należy traktować zastosowanie w tym celu tzw. palonek. Tworzą się one niekiedy współcześnie czy powstawały wcześniej w wyniku procesów egzogenicznych (pożarów węgla) wkładek węgla. Wskutek przemian minerałotwórczych utworzyły się lokalne odmiany iłów 188

189 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH tzw. metamułowców odznaczających się bardzo dobrymi parametrami fizykomechanicznymi, m.in. twardością, umożliwiającymi takie ich zastosowanie. Ponadto powstawały tam porcelanity jako produkty przemian wysokotemperaturowych kaolinów (Barczuk i in. 1997) Hutnictwo żelaza W profilu każdego z trzech brunatnowęglowych kompleksów litologicznych w Turowie zalega kilka poziomów konkrecji żelazistych (syderytowych, siarczkowych i mieszanych). Według Stępisiewicza (1994) w kompleksie nadwęglowym jest ich sześć (wszystkie mają charakter syderytowy), w międzywęglowym cztery (o zróżnicowanym typie), w węglowym dwa (siarczkowe) i podwęglowym cztery mieszane. Szczególnie obfite z uwagi na miąższość czy sposób zalegania są w tym względzie poziomy z kompleksu nadwęglowego C. Według H. Pacelta (1964) sytuacja taka może stać się przesłanką ku temu, aby nagromadzenia te traktować jako kopalinę towarzyszącą w celu ewentualnego wykorzystania syderytów w hutnictwie. W tym celu oszacowano nawet ich zasoby oceniając je na 1,1 mln Mg. Do praktycznej realizacji tych zamierzeń nie doszło. W pokładzie międzywęglowym B napotkano odmianę iłów o podwyższonej zawartości Fe 2 O 3 (ok. 20% wag.) i TiO 2 (ok. 5% wag.). Zainteresowali się nimi Mazanek i in. (1989). W wyniku przeprowadzonych zabiegów technologicznych uzyskali produkty koncentraty odznaczające się obecnością około 50% wag. Fe 2 O 3. Autorzy uważają, że w przypadku przemysłowego zainteresowania się tymi iłami i związanym z tym wzbogacaniem ich produkty mogłyby stać się przedmiotem zainteresowania hutnictwa. W tabeli 2.57 podano zestawienie zbiorcze dotyczące występowania, eksploatacji i możliwości wykorzystania kopalin towarzyszących ze złoża węgla brunatnego Turów. Tabela Występowanie, eksploatacja i wykorzystanie kopalin towarzyszących z KWB Turów iły turoszowskie y iły czerwone (klinkierowe) z pokładu C y iły szare z pokładu B Rodzaj kopalin towarzyszących y iły biało wypalające się z pokładu A kruszywo naturalne iły kaolinitowo-montmorillonitowe impregnaty i mieszanki ilasto-węgliste kompleks ilasty międzywęglowy B złożony z twardych Skały trudnourabialne zlepieńców, syderytów i markasytów iły turoszowskie tys. Mg/rok Wykorzystanie kopalin kruszywo naturalne 110 tys. Mg/rok towarzyszących palonki tys. Mg/rok Zakład Uzdatniania Kruszywa (ok. 30 tys. Mg/rok) Zakłady przetwórcze Zakład Wzbogacania Iłów (projekt 200 tys. Mg/rok) Zakład Mieszanek Iłowo-Popiołowych (projekt) Złoża wtórne pospółka żwirowa (ok. 40 tys. m 3 ) 189

190 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego 6. Eksploatacja i wykorzystanie iłów turoszowskich Informacje o wielkości zasobów iłów turoszowskich można znaleźć u Niecia i in. (2004). Po raz pierwszy oszacowano je jednak już w roku 1951, czyli wówczas gdy pojawiły się wstępne informacje na temat ich obecności. Uczyniono to w kategorii D (według obecnych wymagań). W rozpoznanej części złoża węgla brunatnego wykazano 15 mln Mg iłów spągowych i 14,7 mln Mg odmian stropowych. W 1960 roku iły ogniotrwałe i ceramiczne udokumentowane zostały jako kopalina towarzysząca. Ogółem wykazano wówczas ponad 3300 mln m 3 kopalin, których zasoby uznano za bilansowe. 376 mln m 3 to odmiany ogniotrwałe z gatunku G3 i G4, a 483 mln m 3 ceramiczne. Wielkość zasobów iłów turoszowskich ustalonych w wyniku weryfikacji złóż kopalin w Polsce oraz Bilansu zasobów złóż (2002) są podane w tabeli Tabela Udokumentowane zasoby bilansowe kopalin ilastych w KWB Turów zasoby zatwierdzone (Nieć i in. 2004) Kategoria udokumentowania A + B + C1 + C2 Rodzaj iłów według weryfikacji złóż Zasoby [tys. Mg] według Bilansu zasobów... (2002) ogniotrwałe kamionkowe biało wypalające się 687 ceramiki budowlanej kaolinowe 245 Rysunek 2.43 przedstawia łączna kubaturę zdjętego przez Kopalnię w latach nadkładu. Ilość ta wykazuje wyraźną tendencję zwyżkową. Zbieranie odbywało się w sposób nieselektywny. Z racji tego trudno zorientować się o udziale poszczególnych odmian iłów. Istnieją natomiast dane na temat wykorzystania tych kopalin (rys. 2.44). Inwentaryzacja ta jest prowadzona od 1951 roku. Początkowo nie przekraczała ona 25 Mg rocznie, a w latach osiągnęła 10 tys. Mg (Dudzik i Kaczerewski 1989). Wyraźny wzrost wydobycia nastąpił po 1981 roku. W 1985 roku osiągnięto jego rekordową wielkość 155 tys. Mg. Dorównywała ona niemal ówczesnej zdolności wydobywczej Kopalni ocenianej na 200 tys. Mg rocznie. Od tego roku dał się jednak zauważyć systematyczny spadek zainteresowania iłami. W 2001 ich wydobycie wyniosło 31,6 tys. Mg, a w 2002 roku 13,7 tys. Mg. Łączne wykorzystanie iłów od 1951 do 2002 roku według Niecia i in. (2004) wyniosło Mg. Stanowiło to zaledwie 0,087% ich zasobów szacowanych i 0,049% objętości usuniętego wówczas nadkładu. 190

191 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Wielkość skał nadkładu zdejmowanego przez kopalnię Turów w latach (według Działu Geologicznego Kopalni Turów 2016) Rys Wielkość wydobycia iłów przez Kopalnię Turów według Niecia i in. (2004) 191

192 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego W latach iły turoszowskie były dostarczane 20 odbiorcom. Wielkość dostaw była zróżnicowana. Zamykała się w przedziale od 47 do 11 tys. Mg rocznie. Głównymi odbiorcami były Zakłady Surowców Ogniotrwałych Górka w Trzebini, Zakłady Porcelitu Stołowego Tułowice, Zakłady Płytek Ceramicznych Opoczno, a także Zakłady Ceramiki Budowlanej Tubądzin, Zakłady Materiałów Ogniotrwałych w Chrzanowie czy wspomniane już Zakłady Borel Polska. Od 1993 roku niewielkie ilości iłów biało wypalających się są wykorzystywane przez KSM SURMIN-KAOLIN w Nowogrodźcu. 7. Złoża antropogeniczne W 1973 roku Uchwała Rady Ministrów, a w ślad za nią decyzja Prezydium Rządu podjęta w sprawie zagospodarowania iłów turoszowskich zobowiązywała Kopalnię do składowania ich w formie złóż wtórnych. Po raz kolejny do potrzeby ich tworzenia powrócono w Dokumentacji geologicznej (Krzyśków 1990). W przeszłości składowanie iłów było związane z miejscami służącymi do ich przeładowywania celem przekazania odbiorcom. Zlokalizowano je w rejonie stacji kolejowej. Służyło temu 10 tzw. sektorów o pojemności 500 Mg każdy. Składowano w nich iły ogniotrwałe (Kaczerewski i Strempski 1995). Drugie składowisko zarówno iłów ogniotrwałych, jak i ceramicznych zostało zlokalizowane w Wigancicach. Miało ono powierzchnię około 50 ha. Z czasem jednak w celu rozwiązania tego problemu podjęto działania i prace koncepcyjno-projektowe zmierzające do budowy centralnego składowiska iłów. Miało ono umożliwić gromadzenie odmian ogniotrwałych w ilości tys. Mg (z pokładu B) i około 200 tys. Mg (z pokładu A) przeznaczonych do wzbogacania. Od 1994 roku przez kilka lat istniało też składowisko wewnętrzne Kopalni zlokalizowane w południowej części odkrywki. Gromadziło iły z pokładu B. Jego planowana pojemność miała wynosić 100 mln m 3. Gromadzenie iłów w złożach antropogenicznych pociągało za sobą konsekwencje dotyczące zmiany ich jakości surowcowej. Wynikały one z obecności w iłach turoszowskich przede wszystkim pirytu, ale także syderytu. Powszechne są wówczas zjawiska utleniania siarczków Fe, a w wyniku tego zasiarczenia i zakwaszenia gromadzonej kopaliny. Obserwacje poczynione przez Pytlińskiego i Strempskiego (1994) wskazywały, że właściwości fizykochemiczne iłów turoszowskich ze złóż wtórnych już po dwóch latach ulegały widocznemu pogorszeniu. Wzrastała w nich ilość Fe 2 O 3, dyskwalifikując je niekiedy jako surowiec ceramiczny. Zwiększała się też obecność SO 3, również niekorzystnego składnika. Jednocześnie zauważono jednak zjawiska pozytywne. Poprawie uległy np. właściwości reologiczne iłów. Stanowiło to zapewne efekt postępującej dezintegracji granulometrycznej zachodzących w warunkach hipergenicznych. 192

193 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Złoże węgla brunatnego Sieniawa 1. Historia eksploatacji węgla brunatnego Informacje na temat nagromadzenia węgla brunatnego w rejonie obecnej kopalni Sieniawa jego badań i eksploatacji można znaleźć m.in. u Ganeckiego (1993) i Zdanowicza (2010). Złoże węgla brunatnego w Sieniawie należy do najdłużej eksploatowanych na ziemiach polskich. Historia odkrycia węgla sięga przełomu XV i XVI wieku. Wspomina o tym Jakub Schickfuss w Kronice Śląskiej wydanej we Wrocławiu w 1625 roku. Już bardziej współcześnie obecność tej kopaliny została stwierdzona w 1824 roku, kiedy przy głębieniu studni, w pobliżu miejscowości Lubrza, natrafiono na pokład węgla. Nadanie górnicze pozwalające na eksploatację węgla przez Pruski Urząd Górniczy pochodzi z 6 kwietnia 1853 roku. Wydobycie węgla rozpoczęto w 1872 roku. Prowadzono je systemem podziemnym. Węgiel wykorzystywany był w licznych funkcjonujących wówczas lokalnych cegielniach i hutach szkła, gorzelniach, zakładach przetwórczych i przykopalnianych brykietowniach. Zaspakajał też rosnące zapotrzebowanie komunalne jako opał. Po II wojnie światowej w Sieniawie w latach prowadzono roboty przygotowawcze celem wznowienia wydobycia węgla. Jednocześnie budowano Zakład Doświadczalny Chemicznej Obróbki Węgla Brunatnego. Wydobycie węgla rozpoczęto 1 sierpnia 1950 roku. Systematyczne prace geologiczno-poszukiwawcze za węglem brunatnym zmierzające do odkrycia nowych pokładów w okolicach Sieniawy, rozpoczęto w 1949 roku. Realizowano je z przerwami do 1992 roku. Rzadko przewiercały jednak cały profil serii węglowej. W 1978 roku rozpoczęto w Sieniawie budowę kopalni odkrywkowej, przy prowadzonej jednocześnie eksploatacji podziemnej. W 1997 roku zdecydowano o likwidacji kopalni węgla brunatnego. W 2002 roku nastąpiła zmiana tej decyzji. Kopalnia zaczęła funkcjonować na nowo. 2. Budowa geologiczna złoża Teren złoża stanowi fragment rozległego obszaru węglonośnego położonego między Ośnem Lubuskim na zachodzie i ciągnącym się przez Sulęcin, Trzemeszno w kierunku 193

194 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego wschodnim mniej więcej po Międzyrzecz, skąd dalej przedłuża się w kierunku południowym przez Lubrzę, Świebodzin aż do doliny Obry (Ganecki 1993). Charakterystyczną cechą budowy geologicznej złoża węgla brunatnego w Sieniawie jest występowanie szeregu struktur fałdowych, powstałych w wyniku działań zlodowaceń plejstoceńskich. Fałdy te zwane siodłami są do siebie równoległe i oddzielone bywają synklinami o szerokości metrów. Są one w różnym stopniu spiętrzone i obalone w kierunku południowo-zachodnim (rys. 2.45). Rys Przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Sieniawa według Kołodziejczyk i Asani (2012) Objaśnienia: 1 piaski, 2 piaski z domieszką żwiru, 3 iły, 4 węgiel brunatny Złoże to należy do glacitektonicznych. Geologiczno-górnicze warunki udostępnienia i eksploatacji są dość trudne. Wskutek zaburzeń zaleganie pokładów węgla zostało silnie zdeformowane. Węgiel występuje w formie kilkunastu oddzielonych siodeł, których nachylenie sięga nawet 45. Według Piwockiego (2003) i Szwed-Lorenc (1972) profil trzeciorzędowy w złożu Sieniawa rozpoczynają utwory dolnego oligocenu i reprezentowane przez nie piaski glaukonitowe oraz mułki z szarozielonymi iłami septariowymi. Ponad nimi zalegają osady mioceńskie, których przeciętna grubość wynosi metrów. Miąższość osadów miocenu wykazuje dużą zmienność. W niższej części miocenu dolnego występują jasnoszare i szarobrunatne, drobnoziarniste piaski kwarcowe z jasnymi łyszczykami. Zawierają miejscami wkładki piasków średnioziarnistych, a nawet gruboziarnistych z drobnym żwirem. Mają grubość około 80 metrów. Wyższą część miocenu dolnego budują szare i szarobrunatne mułki oraz pylaste piaski z obfitymi blaszkami jasnego łyszczyku, z domieszką pyłu węglowego, często drobno warstwowane. W otulinie obecnego w tej serii głównego pokładu węgla zalegają mułki węgliste, często ilaste. 194

195 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Miocen środkowy stanowią szare i szarobrunatne mułki piaszczyste oraz kwarcowe piaski pylaste z licznymi blaszkami jasnego łyszczyku. Miejscami zawierają cienkie wkładki drobnych piasków kwarcowych z glaukonitem. Ich grubość wynosi metrów. Górną część miocenu środkowego budują, występujące sporadycznie, szarozielone i żółtawe iły o łącznej grubości do 10 metrów. Zawierają soczewki węgla brunatnego. Wyżej zalegają ocalałe z erozji resztki formacji serii poznańskiej. Obecność i geneza osadów czwartorzędowych w rejonie Sieniawy stanowi efekt kilkukrotnej obecności lodowców na tym obszarze. Ich grubość wykazuje dużą zmienność i waha się od kilku do 200 metrów. Dominują wśród nich utwory piaszczysto-żwirowe poprzedzielane kilkoma (trzema) poziomami glin zwałowych oraz bruków morenowych. Utwory zastoiskowe spotykane są rzadko. 3. Litologia serii brunatnowęglowej Z uwagi na charakter litologiczny osadów serii brunatnowęglowej w Sieniawie można je podzielić na trzy kompleksy: podwęglowy, węglowy i nadwęglowy. Kompleks podwęglowy reprezentowany jest przez szarobrunatne, pylaste i drobnoziarniste piaski z nielicznymi przewarstwieniami brunatnych mułków i sporadycznymi wkładkami węgla. Piaski składają się głównie z kwarcu, podrzędnie występują skalenie i minerały ciemne. Miąższość tej serii, stanowiącej w głównej mierze osady typu limnicznego, wynosi około 100 metrów. W obrębie serii węglowej występują zawęglone iły z dużą domieszką materiału pelitycznego. Są one opisywane jako mułowce. Seria nadwęglowa składa się głównie z mułków i piasków pylastych. Uderzający jest w niej wzrost materiału pelitycznego. Podrzędnie spotyka się wtrącenia mułowców. Są to głównie osady typu jeziornego. Do serii tej zaliczane są też holoceńskie osady pochodzenia lodowcowego i fluwioglacjalnego gliny zwałowe, iły zastoiskowe, piaski i żwiry. 4. Charakter petrograficzny skał nadkładu Przedmiotem badań mineralogiczno-surowcowych Ratajczaka i in. (1988) były osady pochodzące z XIV wieku siodła węgla brunatnego w Sieniawie. Reprezentowały one osady piaszczyste i ilasto-mułkowe. 195

196 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego 4.1. Osady ilasto-mułkowe Podstawową treść tych osadów stanowi substancja ilasta. Jest poprzetykana materiałem detrytycznym złożonym przede wszystkim z ziaren kwarcu, blaszek mik i hydromik oraz minerałów węglanowych. Do tego typu składników należy zaliczyć też fragmenty ksylitów, agregaty zbudowane z minerałów ilastych, okruchy skał. Sporadycznie pojawiają się skalenie, a jeszcze rzadziej glaukonit. Badania Szwed-Lorenz (1972) wskazują na kaolinitowo-haloizytowy charakter substancji ilastej w tych osadach. Wyniki badań Ratajczaka i in. (1988) pozwalają ją określić jako kaolinitowo-mikową. Stwierdzono także domieszki hydrargillitu. Wykazano także obecność chlorytu. Wśród ziarn większych występują muskowit i biotyt, natomiast illit obecny jest we frakcjach najdrobniejszych. Spośród węglanów przeważa syderyt. Dominującym składnikiem chemicznym tych osadów są SiO 2 i Al 2 O 3, obydwa te tlenki z szerokim interwałem zawartości (tab. 2.59). Niekiedy ilość Al 2 O 3 jest jednak wyraźnie niska, nie przekracza 10% wag. Ta sytuacja, jak i znaczne niekiedy ilości krzemionki sugerują znaczne zapiaszczenie części badanych osadów. Pozostałe składniki chemiczne charakteryzuje niższa obecność, a ich ilości są zbliżone. Niekiedy zanotowano znaczne wartości strat prażenia. Wynika to zapewne zarówno z obecności węglanów, jak i substancji węglistej. Tabela Skład chemiczny skał osadów ze złoża węgla brunatnego Sieniawa według Ratajczaka i in. (1988) Składnik ilasto-mułkowe Osady i zawartość składnika piaszczyste SiO 2 64,23 41,53 (57,82) 80,49 69,02 (74,97) TiO 2 0,90 0,55 (0,74) 0,80 0,60 (0,68) Al 2 O 3 27,91 8,70 (16,58) 11,45 6,00 (9,43) Fe 2 O 3 1,62 1,04 (1,29) 1,60 1,24 (1,37) CaO 10,10 1,50 (3,77) 8,20 1,90 (3,86) MgO 1,65 0,39 (0,90) 1,26 0,74 (0,97) Na 2 O 1,35 0,60 (1,02) 1,18 0,64 (0,94) K 2 O 2,70 1,09 (1,87) 2,52 1,40 (1,96) SO 3 4,35 0,40 (1,41) n.o. Straty prażenia 25,00 9,20 (14,14) 7,00 2,45 (4,82) Objaśnienia: n.o. nie oznaczono. Uwaga: w nawiasach podano wartości średnie. 196

197 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Szwed-Lorenc (1972) w profilu węglonośnym złoża Sieniawa wyróżniła także mułowce. Charakteryzują się one ciemnoszarą, szarobrązową lub nawet ciemną barwą. Intensywność zabarwienia uzależniona jest od ilości substancji węglistej. Częste są w nich laminacje pylastym piaskiem. Część tych skał jest wyraźnie zailona, stanowią one przejście do utworów ilastych Piaski Uziarnienie osadów piaszczystych jest znacznie zróżnicowane. Niekiedy ilość okruchów większych od 1 mm przekracza w nich 40% wag. Z kolei inne partie piasków są drobnoziarniste. Wyliczone wskaźniki uziarnienia wskazują, że można je zaliczyć do umiarkowanie a nawet dobrze wysortowanych. Krzywe uziarnienia badanych piasków są zbliżone do odmian uważanych za typowe dla osadów rzecznych. We frakcjach piasków o uziarnieniu powyżej 60 μm dominuje kwarc. Stanowi on ponad 70%, a niekiedy nawet 90% wag. Pozostałymi składnikami są okruchy skaleni, uwęglone szczątki roślinne, minerały ciężkie. Niekiedy stwierdzono też obecność okruchów skalnych, minerałów węglanowych, blaszek mik. Skalenie reprezentowane są najczęściej przez odmiany potasowe (mikroklin, mikropertyt ortoklazowy i mikroklinowy). Rzadziej obserwowano plagioklazy, zazwyczaj silnie zserycytyzowane. Łyszczyki to głównie blaszki muskowitu i hydromuskowitu, sporadycznie biotytu. Okruchy skał mają dość urozmaicony skład. Stanowią je fragmenty metamułowców, metapiaskowców, kwarcytów, skał krzemionkowych, granitoidów lub gnejsów, skał węglanowych. Wśród minerałów ilastych występują głównie smektyt i kaolinit, a poza tym miki lub illit. W piaskach stwierdzono dość znaczną ilość SiO 2 (tab. 2.59). W dość dużych ilościach występuje też niekiedy Al 2 O 3. Również koncentracje CaO należy uznać za wysokie. Sytuacja ta w połączeniu z wykazywanymi alkaliami (ich suma sięga 4% wag.) stanowi potwierdzenie obecności skaleni w tych utworach. 5. Przydatność surowcowa skał niewęglowych Skały ilasto-mułkowe ze złoża węgla brunatnego Sieniawa badano w kontekście wykorzystania ich na użytek ceramiki budowlanej (Ratajczak i in. 1988). Część z nich po wypaleniu daje wyroby odznaczające się kremowym kolorem czerepu. Dotyczy to tych partii, które charakteryzują się wysoką zawartością Al 2 O 3. Spiekają się one w temperaturze wyższej aniżeli glinki ceglarskie. Można więc wnioskować, że jest szansa na to, aby znalazły zastosowanie w przemyśle kaflarskim. 197

198 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Wyniki badań wykluczają możliwość wykorzystania piasków przez przemysł szklarski. Odznaczają się one niekorzystnym rozkładem uziarnienia oraz niską zawartością SiO 2. Z kolei z ilości TiO 2, a zwłaszcza Fe 2 O 3 należy uznać za zbyt wysokie w stosunku do wymagań stawianych chociażby przez najniższą klasę piasków szklarskich.

199 Rozdział 3. Złoża satelitarne W grupie złóż perspektywicznych węgla brunatnego do ważniejszych, z uwagi na możliwość zagospodarowania, należą obiekty położone w sąsiedztwie nagromadzeń eksploatowanych czy udokumentowanych. Stanowią one naturalną rezerwę zasobową węgla dla przemysłu energetycznego z chwilą wyczerpania się zasobów aktualnie wydobywanych. Noszą nazwę satelitarnych lub rezerwowych. W okręgu konińsko-adamowskim są to m.in. złoża Bilczew, Główiew, Ochle, Rumin, a także Uniejów. W zagłębiu Bełchatowskim jest nim złoże Złoczew, a w turoszowskim Radomierzyce. W przypadku przyszłej, ewentualnej eksploatacji złóż węgla z rejonu Legnica Ścinawa rezerwowym mogą okazać się nagromadzenie tej kopaliny z rejonu miejscowości Ruja. Złoże Złoczew 1. Wstęp historia badań Historię badań geologiczno-poszukiwawczych za węglem brunatnym w rejonie Złoczewa omówił Duczmal (2007). Obecność tej kopaliny wykazano w rezultacie wyników prac geofizycznych. Miało to miejsce w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku. Wykonane wówczas badania wykazały istnienie niewielkiej anomalii grawimetrycznej. Dziesięć lat później prace te zostały uszczegółowione przez Przedsiębiorstwo Geofizyczne z Warszawy. Ustalono przyczyny tej anomalii oraz jej zasięg przestrzenny. Stanowiły one też wystarczającą rękojmię do wykonania prac wiertniczych. Zaczęto je realizować w maju 1960 roku. Już pierwszy otwór na głębokości około 300 metrów natrafił na węgiel brunatny. Sytuacja ta uzasadniała wykonanie dalszych odwiertów. Zaczęto je głębić w 1962 roku. Ich podstawę stanowił Projekt geologiczno-poszukiwawczy za węglem brunatnym w rejonie Złoczewa 199

200 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego przygotowany przez Instytut Geologiczny. Zakładał odwiercenie 15 otworów do stropu podłoża mezozoicznego. Cztery z tych otworów okazały się pozytywne. Wykazana miąższość pokładu węgla wyniosła od około 44 do 56 metrów. Efekty przeprowadzonych prac poszukiwawczych i badań potwierdziły obecność węgla brunatnego w tym rejonie. W 1963 roku przystąpiono do dalszych prac wiertniczych. Odwiercono wówczas 10 otworów. Ich celem było uściślenie zasięgu bilansowej części złoża, określenie jakości węgla, przybliżenie warunków inżyniersko-hydrogeologicznych. Umożliwiło to sformułowanie wstępnej oceny możliwości eksploatacji i energetycznego wykorzystania węgla brunatnego. Zaproponowany wówczas sposób rozmieszczenia otworów wiertniczych stwarzał podstawy dla dalszego rozpoznania złoża w kolejnych, wyższych kategoriach dokumentowania. Wyniki wszystkich prac stały się podstawą do opracowania przez Przedsiębiorstwo Geologiczne w Kielcach w 1965 roku Opinii geologicznej o przydatności przemysłowej złoża węgla brunatnego Złoczew. Na podstawie istniejących wówczas materiałów złoże to oceniono jako perspektywiczne. Kolejne zainteresowanie węglem brunatnym tym rejonie miało miejsce pod koniec lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku. Wówczas to Kombinat Geologiczny Zachód we Wrocławiu przygotował Projekt prac geologiczno-rozpoznawczych na złożu Złoczew w kategorii C 2. Zakładano odwiercenie 39 otworów wiertniczych. W wyniku tego w 1979 roku wykonana została Dokumentacja geologiczna złoża węgla brunatnego Złoczew w kategorii C 2. Jego zasoby zatwierdził Prezes Centralnego Urzędu Geologii decyzją z dnia 11 lipca 1980 roku. Na podstawie tej dokumentacji COB-P Górnictwa Odkrywkowego POLTEGOR we Wrocławiu w ramach programu rządowego PR-8 dotyczącego Kompleksowego rozwoju energetyki wydobycie węgla brunatnego w 1984 roku wykonał opracowanie dotyczące Analizy możliwości zagospodarowania złoża węgla brunatnego Złoczew w kategorii C 2. Jednak zaplanowane na podstawie projektu prace geologiczne mające dokładniejsze rozpoznanie złoża w kategorii C 1, nie zostały zrealizowane. Do problematyki geologiczno-złożowej tego nagromadzenia węgla brunatnego powrócono po ponad dwudziestu latach, w 2009 roku. Wówczas to, z racji realnej przyszłej eksploatacji węgla, powstały dwa projekty służące realizacji tego celu. Jeden z nich nosił tytuł Projekt prac geologicznych dla rozpoznania złoża węgla brunatnego Złoczew w kategorii B + C 1 a drugi to Projekt prac geologiczno-rozpoznawczych dla opracowania dodatku nr 1 do dokumentacji geologicznej złoża węgla brunatnego Złoczew w kategorii C 1. Stan wiedzy dotyczący wielkości zasobów oraz warunków geologiczno-górniczych złoża Złoczew stał się powodem rozpoczęcia dyskusji na temat możliwości jego udostępnienia i eksploatacji. Na szanse takie wskazywała ekspertyza wykonana przez Komitet Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN (Ney red. 1984). Również Kasiński i in. (2006) oraz Uberman i Ostręga (2008) w proponowanych przez siebie rankingach wysoko plasowali to złoże (tab. 1.1). Tak więc od momentu wykazania obecności węgla brunatnego w rejonie Złoczewa minęło ponad pół wieku. Powstało przez ten czas kilka projektów, opracowań, dokumentacji geologicznych, a także prac naukowych. Można zatem postawić pytanie, jakie znaczenie, czy jaka rola przypadła w tych przedsięwzięciach kopalinom towarzyszącym? Odpowiedź na nie jest daleka od optymizmu. Były one traktowane raczej marginalnie, bardzo często 200

201 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH wręcz pomijane. Spośród opracowań archiwalnych wiedzę na ten temat można znaleźć jedynie w Dokumentacji geologicznej (1979). Również w sposób sygnalny napotyka się ją w opublikowanych pracach naukowych m.in. Ciuka (1964, 1994a) czy też Borowicza i in. (2007). Pozytywny wyjątek w tym stanowi treść artykułu Duczmala (2007). Autor podjął w nim próbę usystematyzowania istniejącej wiedzy geologicznej na temat kopalin towarzyszących w przypadku złoża Złoczew. Wykorzystał w tym celu program Mine Scape firmy Mincom Model. Pozwoliło to na m.in. oszacowanie udziału poszczególnych odmian litologicznych osadów współwystępujących z węglem brunatnym w tym złożu. Podsumowanie i analizę stanu wiedzy na temat towarzyszących w złożu węgla brunatnego Złoczew dokonali Ratajczak i in. (2010). 2. Problematyka kopalin towarzyszących 2.1. Litologia Złoże węgla brunatnego Złoczew położone jest w północno-wschodniej części monokliny przedsudeckiej. Posiada wąski i wydłużony kształt. Jest to efektem utworzenia w obrębie tektonicznej strefy zapadliskowej, powstałej w podścielających je utworach mezozoicznych. Jego długość wynosi około 15 km,a szerokość 1 1,5 km. Głębokość rowu dochodzi do 350 metrów. Dno budują utwory jury górnej. W blokach stanowiących ściany rowu odsłaniają się osady jury środkowej i kredy. Sam rów wypełniony jest grubym kompleksem osadów trzeciorzędowych. Wydzielić w nim można trzy serie: podwęglową, węglową i nadwęglową. Litostratygraficznie stanowią je skały następujących kompleksów: y paleogeńskiego (podwęglowego); y mioceńskiego (węglowego); y nadwęglowego zbudowanego z osadów górnego miocenu i pliocenu; y plejstoceńskiego. Schematyczny przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Złoczew według Widery (2016) przedstawia rysunek 3.1. Seria podwęglowa zalega bezpośrednio na wapieniach mezozoicznych. Tworzą je warstwy szaroniebieskawych iłów poprzerastanych mułkami z domieszką piasków. Ich pokłady są nieciągłe. Stąd też stwierdzono partie złoża, w których bezpośrednio na podłożu mezozoicznym zalegają utwory kompleksu węglowego gytie wapienne czy nawet węgiel. W iłach tego kompleksu obserwować można zlustrowania, ślady falistego uwarstwienia czy obecność okruchów skał wapiennych. Seria węglowa wykazuje dużą różnorodność litologiczną. Ciuk (1964) wyróżnił w niej trzy części: 201

202 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Schematyczny przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Złoczew według Widery (2016) y dolną, zbudowaną z cienkiego pokładu węgla lub niezbyt miąższej wiązki warstw węgla poprzerastanego skałami węglanowymi (gytie); y środkową, złożona głównie z gytii przewarstwionych ich odmianami marglistymi lub cienkimi pokładami węgla; y górną, pokładu węgla o miąższości metrów. W centralnej części złoża może jednak dochodzić do 100 metrów. Kompleks ten budują m.in. gytie. Są to skały zwięzłe, jasno-szare z odcieniem żółtawym lub ciemno-brunatnym. Posiadają strukturę pelitową, a tekstury bezładne lub kierunkowosmużyste. Miąższość warstw może dochodzić do 24 metrów. Zwłaszcza w dolnej części serii węglowej uzyskują zdecydowaną przewagę nad węglem brunatnym oraz kredą jeziorną. Ma to miejsce głównie w południowo-zachodniej części złoża. Kreda jeziorna tworzy w węglu przerosty dochodzące do 4,5 metra grubości. Jest to skała zwięzła. Posiada barwę jasnoszarą lub jasnożółtą. Niekiedy bywa wyraźnie porowata. Obficie występuje w niej fauna ślimaków. Niepełny skład litologiczny tych utworów przedstawia tabela 3.1. W stropie serii węglowej, niekiedy bezpośrednio na węglu, leży cienka warstwa iłu. W niektórych partiach facjalnie przechodzi w mułki, a nawet w piaski. W serii tej wydaje się zaznaczać jednak przewaga osadów piaszczystych nad ilastymi. Spotyka się w niej również żwiry rogowcowe. 202

203 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Tabela 3.1. Niepełny skład petrograficzny gytii wapiennej i kredy jeziornej ze złoża węgla brunatnego Złoczew (według Dokumentacji geologicznej ) Typ osadów Odmiana osadów i zawartość [% obj.] gytia wapienna kreda jeziorna Tło ilasto-wapienne 46,4 98,7 87,6 99,0 Fauna 0,1 7,8 0,4 2,5 Substancja węglista 0,5 49,1 0,6 5,7 Kwarc 0,0 0,6 brak Seria nadwęglowa zbudowana jest z przewarstwień piaszczysto-ilastych. Ilość sedymentów piaszczystych zdaje się w niej dominować. Tworzą one potężne miąższościowo kompleksy dochodzące do kilkudziesięciu metrów. Piaski są słabo wysortowane, a ich ziarna i okruchy niezbyt intensywnie obtoczone. Skały ilaste stanowią około 15% tej serii. Iły a także mułki nie tworzą większych warstw. W dolnej części kompleksu zaczynają dominować barwy brunatnoszare lub wręcz brunatne. Są one efektem obecności rozproszonego pyłu węglowego. Na znacznym obszarze złoża na utworach ilastych kompleksu nadwęglowego lub bezpośrednio na kompleksie węglowym występują tzw. bruki krzemienne. Według dotychczasowego stanu wiedzy przypominają one te same utwory znane ze złoża węgla brunatnego Bełchatów. Seria utworów czwartorzędowych ma zmienną miąższość. Budują ją głównie gliny zwałowe oraz fluwioglacjalne piaski i żwiry. Należą do sedymentów zlodowacenia środkowopolskiego. Ich miąższość wynosi od około 14 do ponad 140 metrów. Podścielają je mady, mułki, piaski i żwiry rzeczne. Piaski to odmiany drobno- i średnioziarniste, rzadziej gruboziarniste. Mają charakter kwarcowo-skaleniowy z okruchami skał krystalicznych. Są słabo wysortowane i posiadają jasne barwy. Najmłodszymi utworami czwartorzędowymi bywają osady pochodzące z rozmycia starszych sedymentów, m.in. morenowych, a także utwory eoliczne. Na potrzeby utworzenia Bazy Danych Geologicznych złoża węgla brunatnego Złoczew utworzono jego syntetyczny profil litologiczny. Stanowił on podstawę koncepcji cyfrowego opisu złoża (Duczmal 2007). Na jego użytek wydzielono 6 kompleksów litostratygraficznych: czwartorzędowy (Q), nadwęglowy (KN), węglowy (KW), podwęglowy (KP), utworów zwietrzelinowych (ZW) oraz podłoża mezozoicznego (P). Procentowy skład petrograficzny niektórych tych kompleksów przedstawia tabela 3.2. Tabela 3.2. Skład petrograficzny niektórych kompleksów litostatygraficznych złoża Złoczew wyróżnionych przez Duczmala (2007) Kompleks glina piaski muły Składnik petrograficzny i jego udział w kompleksie [% obj.] żwiry i pospółki iły skały trudnourabialne inne gytie kreda jeziorna węgiel Czwartorzędowy (Q) 48,02 47,85 3,56 0,41 0,15 0,02 0,0 0,0 0,0 0,0 Nadwęglowy (KN) 73,64 4,17 0,58 20,01 1,06 0,30 0,12 0,0 0,12 Węglowy(KW) 0,31 0,80 2,36 0,0 0,29 27,32 1,55 66,42 203

204 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Duczmal (2007) dokonał też próby określenia średniego procentowego składu litologicznego nadkładu. Według tego autora dominują w nim piaski stanowiąc 67% ogólnej kubatury (47,8% w przypadku czwartorzędu oraz 76,3% w sytuacji trzeciorzędowego kompleksu nadwęglowego). Są to w przewadze odmiany drobnoziarniste (45%) i średnioziarniste (33%). Udział iłów jest oceniany na 14,5%, a glin 13,9%. Mułki występują w ilości 3,3%, żwiry i pospółki 0,5%, a skały trudnourabialne 0,8%. W obrębie czwartorzędu dominują dwie odmiany litologiczne gliny zwałowe i piaski. Dane te są kompatybilne z wcześniejszymi szacunkami Ciuka (1964). Zdaniem tego autora wśród skał nadkładu w złożu węgla brunatnego Złoczew przeważają utwory luźne. Jest ich około 70%, a spoistych 30%. Natomiast w jego północno-wschodniej części proporcje ulegają zmianie. Udział utworów sypkich jest tutaj oceniany na około około 40%, a spoistych wynosi około 60% Właściwości surowcowe W przypadku skał spoistych glin i iłów pochodzących ze złoża węgla brunatnego Złoczew wykonano badania mające na celu ustalenie ich cech surowcowych. Dokonano tego w aspekcie wytwarzania z nich: y wyrobów ceramiki budowlanej; y glinoporytu; y keramzytu. Na etapie prac penetracyjnych w latach opróbowano 4 otwory wiertnicze pobierając z nich 67 próbek glin i iłów. Ich badania pod kątem przydatności na użytek ceramiki budowlanej zostały przeprowadzone w Kombinacie Geologicznym Południe. W ramach rozpoznania złoża w kategorii C 2, pobrano 537 próbek tych samych odmian kopalin. Badania wykonało Biuro Projektowo-Badawcze CERPROJEKT w Warszawie. Badania na możliwością wykorzystania glin zwałowych i iłów przeprowadzono zgodnie z Instrukcją dotyczącą zakresu i metodyki badań surowców ilastych do produkcji glinoporytu. Ocena ta objęła: y analizę sitową na zawartość zanieczyszczeń ziarnistych powyżej 2 mm; y badania areometryczne; y ustalenie zawartości SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3. Zakres tych badań dotyczył również: y oznaczenia zawartości i ustalenie charakteru okruchów skalnych i margla ziarnistego; y ustalenia składu granulometrycznego wraz z ciężarem właściwym; y określenia zdolności do termicznego pęcznienia surowców w stanie naturalnym i po wzbogaceniu dodatkami. Przeprowadzone badania wykazały, że gliny zwałowe zawierają znaczne ilości domieszek szkodliwych. Stanowią je ziarna kwarcu, okruchy wapieni i skał krystalicznych. Zawartość tych domieszek dochodzi do 13% wag. przekraczając w ten sposób graniczne kryteria techno- 204

205 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH logiczne. Okruchy wapienne charakteryzowały się bardzo wysoką aktywnością rzędu 96 98%. Z tych powodów ten typ osadów należy ocenić jako odmianę kopalin nieprzydatną na użytek ceramiki budowlanej. Wykazano, że czwartorzędowe gliny zwałowe nie nadają się też do produkcji glinoporytu. Wynika to z ich nadmiernego zamarglenia związanego z powszechną obecnością ziarn wapieni oraz ponadnormatywną zawartością frakcji piaskowej i żwirowej. Skład granulometryczny tych glin dyskwalifikuje również ich przydatność do produkcji keramzytu (tab. 3.3). Próbki wykazywały zawartość marglu w ilościach przekraczających 1% wag. Całkowita ilość zanieczyszczeń ziarnistych osiągała w krańcowych przypadkach 25% masy. Tabela 3.3. Skład ziarnowy glin zwałowych i iłów pochodzących ze złoża węgla brunatnego Złoczew (według Dokumentacji geologicznej 1979) Frakcja Odmiana osadów i zawartość [% obj.)] gliny zwałowe Iłowa Pyłowa Piaskowa Żwirowa 1,3 1,6 0 1,4 iły Iły trzeciorzędowe charakteryzują się niską zawartością zanieczyszczeń ziarnistych. Jedynie w około 10% z przebadanych próbek przekraczała ona 2% wag. zawartości. Są to głównie konkrecje syderytowe. Ponadnormatywną zawartość margla i węglanów wykazano incydentalnie. Ale chyba właśnie z powodu obecności konkrecji marglistych niektóre partie iłów odznaczają się wysoką reaktywnością rzędu 75,2 91,4%. Poza marglem i syderytem oraz śladowo obecnym pirytem w iłach nie występują w zasadzie inne domieszki szkodliwe. Stwierdzono natomiast obecność niewielkich ilości siarczanów (średnio około 0,3%). W połączeniu z pirytem te domieszki mogą stać się odpowiedzialne za pojawienie się na wyrobach nalotów. Iły mają charakter pylasto-piaszczysty (tab. 3.3). Odznaczają się słabą plastycznością i znaczną wrażliwością na wysychanie. Badania technologiczne wykazały znaczne zróżnicowanie surowcowe. Do produkcji cegły pełnej i drążonej nadawać się będą tylko niektóre ich partie. Tylko niektóre ich partie spełniają kryteria surowcowe niezbędne do produkcji glinoporytu. Badania zdolności termicznego pęcznienia iłów zarówno w stanie naturalnym, jak i po wzbogaceniu dodatkami intensyfikującymi węglem brunatnym i olejem wykazały, że nie nadają się one do produkcji keramzytu. Wynika to przede wszystkim z ich małej skłonności do pęcznienia. Zbyt małe zawartości Al 2 O 3 (tab. 3.4) wykluczają wykorzystanie tych iłów jako surowca do produkcji tlenku Al, a także na użytek przemysłu materiałów ogniotrwałych. Nierealna będzie także możliwość wykorzystania ich w przemyśle cementowym. 205

206 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tabela 3.4. Niepełny skład chemiczny iłów zalegających w kompleksie nadwęglowym złoża węgla brunatnego Złoczew (według Dokumentacji geologicznej 1979) Składnik Zawartość [% wag.] SiO 2 60,35 79,88 Al 2 O 3 + TiO 2 11,93 21,78 Fe 2 O 3 1,73 6,40 CaO 0,82 4,32 MgO 0,39 1,55 K 2 O 0,47 2,52 Na 2 O 0,09 0,30 SO 3 0,16 1,73 Utwory piaszczyste nie zostały przebadane pod kątem możliwości praktycznego wykorzystania. Nie wykonano też jak dotąd żadnych analiz fizykochemicznych czy technologicznych w przypadku gytii i kredy jeziornej ze złoża Złoczew. Także skały podłoża mezozoicznego nie były obiektem badań surowcowych Zasoby osadów niewęglowych Ilość osadów niewęglowych zalegających w złożu węgla brunatnego Złoczew nigdy nie była przedmiotem dokładniejszych zainteresowań. Szacunkowe, dalece niekompletne informacje na ten temat można znaleźć w Dokumentacji geologicznej (1979) oraz u Duczmala (2007). Są one wyraźnie rozbieżne. Dokumentacja geologiczna (1979) szacunkowe zasoby iłów przydatnych w technologiach wyrobów ceramiki budowlanej ocenia na 88,5 mln m 3. W przypadku odmian mogących być wykorzystanymi do produkcji glinoporytu, wynoszą one 78,1 mln m 3. Część z nich, oceniana na około 13,7 mln m 3 spełnia kryteria umożliwiające wytwarzanie z nich keramzytu. Duczmal (2007) ilość odmian osadów współwystępujących z węglem w złożu Złoczew ocenił przy pomocy skonstruowanego modelu numerycznego. Na tej podstawie zasoby dominujących odmian litologicznych ocenił następująco: y piaski około 1,3 mln m 3 ; y żwiry i pospółki 10,5 mln m 3 ; y bruki krzemienne 15 mln m 3 ; y iły 281 mln m

207 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH 3. Wskazania na przyszłość Złoże węgla brunatnego Złoczew może być uznawane za satelitarne w stosunku do Bełchatowa. W 1994 roku E. Ciuk stwierdził, że Bełchatów jest doskonałym poligonem doświadczalnym dla ( ) górnictwa odkrywkowego złóż Rogóźno i Złoczew, przy czym egzystencja zagłębia bełchatowskiego opierać się będzie m.in. także na złożu Złoczew. Wydaje się, że tę diagnozę można rozciągnąć także na problematykę kopalin towarzyszących. Istnieje wielu analogii w tym względzie. Budowa geologiczna złoża Złoczew, charakter litologiczny osadów zalegających z węglem brunatnym bardzo często przypominają sytuację z Bełchatowa. Przy ich rozwiązywaniu będzie można skorzystać z doświadczeń Kopalni Bełchatów. Według Ratajczaka i in. (2010) ewentualne zainteresowanie surowcowe może dotyczyć: y gytii i kredy jeziornej. Te odmiany kopalin, atrakcyjne surowcowo, nie stanowiły jak dotąd przedmiotu zainteresowań badawczych w przypadku złoża Złoczew; y surowców ilastych. Są one zróżnicowane litologicznie, genetycznie i petrograficznie. Ta zmienność może stanowić o możliwościach ich różnorodnego praktycznego wykorzystania, poza ceramiką budowlaną. Do rozsądzenia pozostaje ocena stanu obecności w tym złożu odmiany iłów beidellitowych znanej z Bełchatowa; y żwirów i pospółki tzw. bruków krzemiennych; y skał podłoża pochodzących z kontaktu trzeciorzęd mezozoik. Doświadczenia kopalni Bełchatów wskazują na potrzebę osobnego i wnikliwego potraktowania tego kompleksu w kontekście surowcowym. Złoże Radomierzyce Pierwsze prace za węglem brunatnym w okolicach Radomierzyc przeprowadzono w latach Wykazały one obecność tej kopaliny. Wstępne wiercenia wykonano znacznie później, bo dopiero w 1955 roku. Potwierdziły, że seria węglonośna w Radomierzycach stanowi przedłużenie położonego na lewym brzegu Nysy Łużyckiej niemieckiego złoża Berzdorf, które w latach było przedmiotem eksploatacji (rys. 3.2). Charakterystyka geologiczna wraz z omówieniem litostratygrafii osadów zalegających w złożu Radomierzyce została dokonana przez Kasińskiego i Saternusa (2002). Złoże to jest położone kilka kilometrów na południe od Zgorzelca i około 15 km na północ od elektrowni Turów (rys. 3.3). Zalega wśród osadów trzeciorzędowych wypełniających zapadlisko tektoniczne, znane pod nazwą Niecki Berzdorfsko-Radomierzyckiej. 207

208 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Złoże węgla brunatnego Radomierzyce na tle budowy geologicznej Niecki Berzdorfsko- -Radomierzyckiej według Kasińskiego i Saternusa (2002) Objaśnienia: 1 granica złoża; trzeciorzęd: 2 skały osadowe, 3 wulkanity, 4 fyllity i łupki szarogłazowe, 5 granity łużyckie; eokambr: 6 łupki i piaskowce szarogłazowe, 7 hornfelsy, 8 granodioryty zawidowskie, 9 granity rumburskie, 10 granity izerskie Niecka ta ma powierzchnię około 70 km 2. Otoczona jest wyniesionymi blokami tektonicznymi. Wypełniają ją utwory trzeciorzędowej formacji wulkanicznej oraz osadowe sedymenty brunatnowęglowe i czwartorzędowe. Krystaliczne podłoże budują skały magmowe i metamorficzne. Reprezentowane są przez trzy odmiany granitów: rumburskich, zawidowskich oraz łużyckich. Skały te uległy procesom metamorfizmu. Najważniejszą pozycję wśród tak powstałych skał zajmują granity izerskie będące de facto granitognejsami. W północno-zachodniej części niecki w podłożu występują także skały epimetamorficzne kompleksu staropaleozoicznego, a na północnym obrzeżeniu zapadliska paleozoiczne skały osadowe. Skały trzeciorzędowej formacji wulkanicznej zalicza się do kilku generacji. Spotyka się je w podłożu utworów serii brunatnowęglowej. Przybierają też formy wulkanitów śróddeformacyjnych obecnych w niższej części profilu. W skład trzeciorzędowej serii osadowej niecki wchodzą utwory detrytyczne, osady ilaste oraz węgle brunatne. W profilu tych osadów zaznacza się wyraźna cykliczność sedymentacji. W spągowych ich częściach, obok piasku kwarcowego często ze żwirem, spotkać można utwory piroklastyczne. Wyżej zalegają iły mułkowe i piaszczyste oraz piaski kwarcowe. Przykrywają je niekiedy utwory formacji gozdnickiej. W stropie spotykany jest też pokład węgla. 208

209 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Projekt lokalizacji odkrywki kopalni Radomierzyce i zwałowiska zewnętrznego na tle infrastruktury polskiej części zagłębia górnołużyckiego Objaśnienia: odkrywkowe kopalnie węgla brunatnego: 1 istniejące, 2 projektowane; zwałowiska zewnętrzne: 3 istniejące, 4 projektowane, 5 obszar nieczynnej kopalni odkrywkowej w rekultywacji 209

210 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Nadkład czwartorzędowy budują głównie utwory wykształcone w postaci odmian sypkich, rzadziej gliny piaszczyste czy mułki. Miąższość tych utworów jest zmienna i waha się od 0,5 do 40 metrów. Osady sypkie reprezentowane są przez fluwialne piaski. Stanowią je także żwiry. W stropowych częściach zalegają gliny piaszczyste oraz mułki. W 2007 roku podjęto prace mające na celu opracowanie projektu zagospodarowania złoża węgla brunatnego Radomierzyce (Nowak 2007a). W tym celu wykonano jego model cyfrowy. Dla identyfikacji kolejnych serii skalnych sporządzono syntetyczny profil litologiczny, umożliwiający identyfikację kompleksów geologicznych. Uzyskano w ten sposób założenia mogące być wykorzystane do opracowania projektu geologiczno-inżynierskiego złoża oraz założeń jego eksploatacji. Przedmiot badań surowocwych w przypadku złoża węgla brunatnego Radomierzyce stanowiły także iły zalegające nad węglem oraz między jego pokładami. Uzyskano zróżnicowane wyniki. Na ich podstawie można sądzić o różnorodnej możliwości wykorzystania tych osadów. Część z nich zakwalifikowano do odmian iłów ogniotrwałych (gatunki G3 i G4). Inne nadają się do produkcji wyrobów ceramiki budowlanej. Niektóre odpowiadają też kryteriom wymaganym w przypadku iłów kamionkowych. Nowak (2007b) procentowy udział iłów w nadkładzie złoża Radomierzyce ocenił na 62%. Mając na uwadze ich przydatność praktyczną wyróżnił wśród nich trzy odmiany różniące się zabarwieniem: y białe, charakteryzujące się dużą plastycznością i nieznacznie zapiaszczone; y zielonkawoszare i niebieskawe wykazujące większą domieszkę piasku, obniżającą ich plastyczność; y brunatne, zalegające zazwyczaj w stropie i w spągu węgla. Przeważają wśród nich odmiany piaszczyste, stanowiące 45%. Złoże Ruja Złoże węgla brunatnego Ruja zostało odkryte na początku lat dziewięćdziesiątych XX wieku. Zalega ono na bloku przedsudeckim, w obrębie fałdowej struktury starowaryscyjskiej strefy kaczawskiej (Dyląg 1995). W podłożu osadów trzeciorzędowych, z którymi jest związany pokład węgli brunatnych, występują staropaleozoiczne fyllity i proterozoiczne granitoidy. Utwory te są w znacznym stopniu zwietrzałe, zwłaszcza w stropowej części. Poddawane były procesom kaolinityzacji, lokalnie silnie rozwiniętym, a zachodzącym w paleogenie. Doprowadziły one do utworzenia pokryw zwietrzelinowych kaolinów zarówno rezydualnych, jak i osadowych. Te ostatnie zawierają bardzo często detrytus roślinny bądź zżelifikowane ksylity. Wyżej w profilu spotyka się bazalty, leżące na utworach starszego podłoża, tworzące ko- 210

211 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH puły o małym rozprzestrzenieniu. Wiek ich jest trudny do ustalenia przyjmuje się, że jest to najniższy miocen. Nad strefą zwietrzelinową skał magmowych występują trzeciorzędowe lądowe osady asocjacji brunatnowęglowej reprezentowane przez iły, mułki, piaski i żwiry oraz węgle brunatne. Grubość serii trzeciorzędowej wynosi od 8,3 do 207,7 m. Złoże to może być uważane jako satelickie dla legnickiego kompleksu złóż węglowych. Rejon Konina i Turka Profil osadów węglonośnych w złożach satelitarnych tego rejonu jest zbliżony, a w zasadzie tożsamy, do znanego z nagromadzeń w nim eksploatowanych. Obejmuje on utwory miocenu górnego złożone z piaszczystych zazwyczaj osadów podwęglowych, pokładów węglowych oraz iłów nadwęglowych serii poznańskiej. W niektórych miejscach strop miocenu jest zerodowany przez glacjalne utwory plejstoceńskie. 1. Złoże Główiew Stwierdzono w nim obecność osadów serii poznańskiej. Stanowią je iły i różnoziarniste piaski. Badania technologiczne wykazały ograniczoną przydatność surowcową jednej i drugiej odmiany surowców w kontekście wykorzystania w przemyśle budowlanym czy szklarskim. W nadkładzie węgla zalegają także torfy i głazy narzutowe. 2. Złoże Ochle W nadkładzie spotyka się odmiany piasków interesujące z punktu widzenia przemysłu szklarskiego. Zalegają na terenach zalewowych Warty. Występują na głębokości 2 3 me- 211

212 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego trów. Na podstawie wstępnych badań technologicznych wykazano, że mogą one być wykorzystane do produkcji szkła. 3. Złoże Rumin Główną odmianą kopalin towarzyszących węglom brunatnym są piaski mioceńskie. Ich udokumentowane w kategorii C 2 złoże jest położone w pradolinie Warty na terenach terasy zalewowej. Zasoby piasków wynoszą około 15 mln Mg. Jest to piasek o barwie jasnoszarej. Dość często bywa zanieczyszczony okruchami węgli brunatnych. Zawiera około 90% obj. kwarcu, a poza tym skalenie, glaukonit, okruchy piaskowców i krzemieni. Analizy chemiczne stwierdziły w nich 98,39% wag. SiO 2, 1,10% wag. Fe 2 O 3, 0,13% wag. TiO 2, 0,57% wag. Al 2 O 3. Reprezentuje on odmiany drobnoziarniste. Udział frakcji szklarskiej, tj. o uziarnieniu 0,1 0,5 mm, wynosi w nich około 96% wag. Badania technologiczne piasków przeprowadzono pod kątem określenia ich przydatności dla potrzeb przemysłów odlewniczego i szklarskiego. Wykazano, że piaski niepłukane można stosować do wytwarzania odlewów z metali kolorowych. Piaski płukane kwalifikują się natomiast do wytwarzania barwnego szkła technicznego. 4. Złoże Uniejów Zlokalizowane w okolicach Uniejowa złoże węgla brunatnego stanowić może ewentualną alternatywę dla wyczerpujących się zasobów tej kopaliny z odkrywek położonych w okolicach Adamowa i Konina. Profil litologiczny węglonośnych utworów trzeciorzędowych tego złoża jest zbliżony do wykazywanych w kopalniach adamowsko-konińskich. Jednak złoże to wykazuje skomplikowaną budowę geologiczną. Przecina je dolina Warty, przez to wyraźnie wzrasta w nim zawodnienie trzeciorzędowego górotworu. Nie wykonano badań technologicznych osadów niewęglowych zalegających w tym złożu. Lokalizacja satelitarnych nagromadzeń węgla brunatnego rejonu Konina i Turka jest przedstawiona na rysunku 2.26.

213 Rozdział 4. Złoża perspektywiczne Analizując problem kopalin towarzyszących w perspektywicznych złożach węgla brunatnego, należy się zgodzić z Noworytą (2016), że ich ewentualna przyszła eksploatacja będzie wymagała rozwiązania wielu zagadnień nie tylko geologiczno-górniczych, ale i prawnych. Liczne tego typu złoża zlokalizowane są bowiem na terenach prawnie chronionych. Utrudni to, a może wręcz uniemożliwi, wydobywanie węgla. Należą do nich m.in. złoża Cybinka, Mosty, Uniejów, Rzepin, Trzcianka, a także większość nagromadzeń z terenu rowu poznańskiego. Sytuacja ta wymagać będzie (poza sferą formalo-prawną) wykonania swoistego rachunku kosztów i korzyści uwzględniających, z jednej strony problemy ochrony środowiska naturalnego, a także likwidację dotychczasowej infrastruktury czy nakładów związanych z udostępnieniem i eksploatacją węgla, a z drugiej przeprowadzenia bilansu zysków wynikających z wydobycia oraz wykorzystania zarówno kopaliny głównej (węgla brunatnego), jak i kopalin towarzyszących. Złoże Legnica i Ścinawa 1. Litologia skał niewęglowych Złoża węgla brunatnego rejonu Legnicy i Ścinawy należą do najzasobniejszych wśród rozpoznanych i niezagospodarowanych nagromadzeń tej kopaliny w Polsce. Prace geologiczno-poszukiwawcze za węglem zostały podjęte w tym rejonie przez Instytut Geologiczny w końcu lat pięćdziesiątych XX wieku. Ich podstawę stanowiły wyniki uzyskane z wierceń za rudami miedzi. Stwierdzono w nich obecność serii węglonośnej z pokładami węgla. Dalsze prace realizowane były przez Przedsiębiorstwo Geologiczne z Wrocławia. Ich wynikiem stała się Kompleksowa dokumentacja geologiczna złoża w kategorii C 2 i C 1. Obydwa złoża Legnica i Ścinawa ciągną się pasmem o długości około 30 km i szerokości niemal 15 km. Ich powierzchnia wynosi w przybliżeniu 500 km 2. Charakteryzuje je nie tylko bliskość zalegania ale i zbliżona budowa geologiczna (rys. 4.1). 213

214 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Szkic sytuacyjny lokalizacji złóż węgla brunatnego Legnica i Ścinawa według Jaronia i in. (1978) Nagromadzenia węgla w Legnicy i Ścinawie występują w obrębie trzeciorzędowej serii węglonośnej osadzonej na podłożu paleozoicznym. Osady trzeciorzędowe cechuje zmienna miąższość, od kilkudziesięciu metrów w części południowej złoża Legnica do ponad 350 metrów w skrajnie północnej części tego nagromadzenia. Przekrój geologiczny przez złoża węgla brunatnego Legnica i Ścinawa jest pokazany na rysunku 4.2. Rysunek 4.3 przedstawia uproszczony profil litostratygraficzny serii brunatnowęglowej w złożu Legnica wraz z osadami nadkładu i podłoża. Rys Przekrój geologiczny przez złoża węgla brunatnego Legnica i Ścinawa według Jaronia i in. (1978) Objaśnienia: 1 piasek, 2 glina zwałowa, 3 mułek, 4 ił, 5 węgiel brunatny, 6 czerwony spągowiec 214

215 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Profil litostratygraficzny serii brunatnowęglowej w złożu węgla brunatnego Legnica według Maliszewskiego i in. (2016) Utwory trzeciorzędowe spotykane w tych złożach są częściowo pochodzenia lądowego, a częściowo morskiego (Dyjor 1970). W ich dolnej spągowej części spotyka się bazalty i towarzyszące im utwory tufogeniczne oraz zwietrzałe skały podłoża. Nad nimi zalega seria ilasto-piaszczysta z pokładami węgla. Trzeciorzęd przykrywają osady czwartorzędowe o różnej grubości, od kilku do kilkudziesięciu metrów, a w skrajnych przypadkach przekraczające 150 metrów. Przybierają one postać piasków, żwirów oraz glin zwałowych. Osady młodszego trzeciorzędu, wśród których zalegają pokłady węgla, można podzielić na trzy serie: podwęglową, węglową i nadwęglową. Młodszy trzeciorzęd (miopliocen) tworzy podstawowy kompleks serii nadwęglowej. Jego pełny profil jest znany zarówno 215

216 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego z Legnicy, jak i Ścinawy. Stanowi go seria poznańska wykształcona w postaci kompleksu skał ilastych z cienkimi warstwami piasków drobno- i średnioziarnistych. Iły te są szare, zielone i niebieskawe, a w stropie z plamami brunatnymi i czerwonawowiśniowymi. Spotyka się w nich często konkrecje pirytowe i okruchy skał wapiennych. Odznaczają się one niekiedy kierunkowym ułożeniem składników mineralnych. Wykazują przez to tendencję do tworzenia krzyżowych, falistych lub spływowych tekstur. Nagromadzenia tych iłów mają charakter horyzontalny, a grubość wynosi około 40 metrów. Są uznawane za odpowiednik brzeżnej facji iłów poznańskich. 2. Kopaliny towarzyszące w złożu Legnica 2.1. Litologia, skład mineralny i chemiczny Przedmiot badań mineralogiczno-surowcowych Ratajczaka i in. (1987) stanowiły dwie odmiany kolorystyczne iłów poznańskich zielone i płomieniste. Skład chemiczny obu odmian iłów jest zbliżony (tab. 4.1). Dominującym komponentem chemicznym jest SiO 2. Al 2 O 3 nie występuje w znacznych ilościach. Zastanawiająca jest zbliżona zawartość Fe 2 O 3 w obu odmianach iłów. Należałoby się spodziewać, że iły płomieniste winny być bogatsze w ten tlenek, będący pigmentem barwiącym. Tabela 4.1. Skład chemiczny iłów mioplioceńskich zalegających w nadkładzie złoża węgla brunatnego Legnica według Ratajczaka i in. (1987) Odmiana iłów i zawartość [% wag.] Składnik iły zielonkawe iły płomieniste SiO 2 68,60 61,50 (65,25) 75,10 61,40 (66,87) TiO 2 1,30 0,76 (1,11) 1,30 0,70 (0,84) Al 2 O 3 15,30 12,70 (13,83) 17,60 11,90 (14,77) Fe 2 O 3 9,90 4,50 (6,73) 9,10 3,50 (6,10) CaO 1,90 1,40 (1,68) 2,25 0,90 (1,38) MgO 1,90 0,80 (1,30) 1,50 0,80 (1,11) Na 2 O 0,40 0,32 (0,36) 0,50 0,28 (0,34) K 2 O 1,90 1,50 (1,66) 2,06 1,20 (1,59) SO 3 0,10 0,08 (0,08) 0,38 0,10 (0,21) Straty prażenia 8,60 6,60 (7,55) 9,14 3,70 (6,29) Uwaga: w nawiasach podano wartości średnie. 216

217 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH W zielonej odmianie iłów minerały ilaste występują w ilości 50 90% obj. Ze względu na skład kompleksu ilastego można przyjąć, że skały te mają charakter illitowo-kaolinitowo-smektytowy. Ich ważnym składnikiem jest kwarc. Występuje w ilości dochodzącej do 50% obj. Stopień obtoczenia jego ziarn jest różny. Zauważa się w nim obecność wrostków mineralnych (głównie rutylu). Zawartość węglanów jest zmienna, zwykle nieznaczna. Ich obecność wiąże się głównie z konkrecjami marglistymi. Inne składniki chloryty, plagioklazy, skalenie potasowe, glaukonit obecne są w łącznej ilości około 15% obj. Minerały ciężkie to przede wszystkim granaty, turmalin, dysten, a w mniejszych ilościach także cyrkon i staurolit. Zauważono, że w kierunku stropu serii ilastych tej odmiany iłów wzrasta ilość smektytu. Skład mineralny iłów płomienistych jest nieco odmienny. Ze względu na obecność minerałów ilastych ich charakter można określić jako kaolinitowo-illitowo-smektytowy. Wśród minerałów nieilastych dominuje kwarc. Obok niego obecne są niewielkie ilości skaleni (zarówno potasowych, jak i plagioklazów) oraz węglany (kalcyt, syderyt, dolomit). Występuje też goethyt decydujący o ich kolorystyce. W dolnych partiach profili iłów zmniejsza się niekiedy ilość kaolinitu. W miejsce tego minerału pojawiają się m.in. odmiany minerałów ilastych o strukturze typu illit-smektyt. Piaski z serii nadwęglowej przewarstwiające iły poznańskie zbudowane są głównie z kwarcu. Zawartość tego minerału wynosi 70 95% obj. Jest on w przewadze pochodzenia magmowego, rzadziej metamorficznego. Sporadycznie stwierdzono obecność autigenicznych odmian, których genezę należy wiązać z rekrystalizacją chalcedonu. Ziarna tego minerału zawierają wrostki głównie rutylu. Innymi składnikami piasków są skalenie potasowe (ortoklaz, sanidyn, rzadziej mikroklin). Występują w ilości do 7% obj. Część z nich jest zwietrzała. Tylko w niektórych partiach piasków stwierdzono muskowit oraz odbarwione lub schlorytyzowane blaszki biotytu. Ich udział dochodzi do kilku procent. Spotyka się też pojedyncze ziarna zielonkawego lub oliwkowego glaukonitu. Występują również piryt i magnetyt. Materiał okruchowy piasków jest na ogół dobrze obtoczony, ale nie zawsze wystarczająco wysortowany. Część piasków ze złoża Legnica wykazuje charakter zailony. Wynika to z podwyższonej obecności illitu, a w dalszej kolejności kaolinitu. W tych odmianach zauważa się reliktowe ślady dotyczące kierunkowego ułożenia składników mineralnych Możliwości wykorzystania surowcowego Odmianami surowców spełniającymi kryteria kopalin towarzyszących w złożu węgla brunatnego Lubin Legnica zdają się być głównie iły i piaski trzeciorzędowe. Procentowy udział poszczególnych ich odmian w serii nadwęglowej przedstawia się następująco: y iły trzeciorzędowe około 57,5%, y mułki trzeciorzędowe około 10%, y piaski i żwiry trzeciorzędowe około 32,5%. 217

218 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Przeprowadzono badania fizykochemiczne i technologiczne w skali półtechnicznej surowców ilastych z Legnicy (Jaroń i in. 1978). Okazało się, że są one przydatne do wytwarzania glinoporytu. Natomiast nie nadają się do produkcji keramzytu. Badając możliwości wykorzystania iłów poznańskich do produkcji materiałów budowlanych wydzielono ich sześć odmian granulometrycznych: iły, iły pylaste, glinę pylastą zwięzłą, glinę zwięzłą, glinę pylastą i glinkę. Dominują wśród nich iły. One też wykazały najlepszą przydatność technologiczną. Kopaliny te należą do odmian plastycznych, a nawet bardzo plastycznych. Z tego powodu w procesach technologicznych będą wymagały schudzania piaskiem w ilości nawet 15% obj. Reprezentują odmiany bardzo wrażliwe na suszenie. Częściowo są zanieczyszczone okruchami węglanowymi lub węglowymi. Zawierają też rozpuszczalne w wodzie siarczany. Jednak mimo to zdaniem Jaronia i in. (1978) w przewadze nadają się do wytwarzania różnego rodzaju typu materiałów budowlanych, tj. cegły pełnej wszystkich klas (począwszy od 250), elementów drążonych, rurek drenarskich oraz wszelkiego rodzaju pustaków. Odmiany z domieszką okruchów węgla brunatnego wydają się być przydatne do produkcji wyrobów izolacyjnych o czerepie porowym, np. cegły termalitowej. Przeprowadzone badania wykazały ponadto przydatność tych skał do produkcji materiałów ogniotrwałych, jak również do otrzymywania tlenku glinu. Iły poznańskie z uwagi na charakter asocjacji minerałów ilastych uznawane są za jedną z lepszych krajowych odmian sorbentów mineralnych. W tym też charakterze bywają wykorzystywane. Badania przydatności odmian spotykanych w złożu węgla brunatnego Legnica przeprowadzili Chodak i in. (1979). Okazało się, że ich właściwości sorpcyjne są zróżnicowane. Część z nich wykazuje znaczną możliwość sorbowania kationów. Jak można było się spodziewać, dotyczy to odmian wzbogaconych w montmorillonit. I właśnie te odmiany iłów po odpowiedniej przeróbce mogłyby być traktowane i wykorzystane jako sorbenty mineralne. Istnieje zapewne szansa ich spożytkowania przy budowie przesłon hydroizolacyjnych w przypadku składowisk odpadów. Czwartorzędowe gliny zwałowe (stanowiące około 7% nadkładu) zawierają znaczne ilości różnorakich domieszek. Spotyka się wśród nich partie wykazujące małą plastyczność wynikającą ze znacznej obecności frakcji piaskowej. Otrzymane z nich wyroby ceramiczne często bywają spękane, mają małą wytrzymałość na ściskanie, wykazują brak mrozoodporności. Stąd też będzie można je stosować, co najwyżej jako komponent mas ceramicznych. W południowo-wschodniej części złoża Legnica przeprowadzono poszukiwania kruszyw naturalnych. Ich rezultaty przyniosły pozytywne efekty i pozwoliły na udokumentowanie złoża tej kopaliny Szczytniki w kategorii C 1 + C 2 z jakością w kategorii B. Zasoby kopaliny w złożu wynoszą około 400 mln Mg. Charakteryzował się dobrą jakością, tzn. na przykład niskim punktem piaskowym 59%. Odsiewy piaskowe mogą zaś być wykorzystane do podsadzania wyrobisk górniczych. Z kolei w części północno-zachodniej udokumentowano złoże piasków podsadzkowych. Są to odmiany wodno-lodowcowe, zróżnicowane granulometrycznie. Stanowią je piaski grubo- i średnioziarniste, a częściowo żwiry i pyły. Obecność tych ostatnich znacznie obniża możliwości ich wykorzystania. Skały ilaste, a także częściowo piaski, zalegają w złożu węgla brunatnego Legnica w formie zazwyczaj oddzielnych, a przy tym miąższych kompleksów skalnych. W sytuacji 218

219 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH uruchomienia tego złoża, w celu wykorzystania tych kopalin niezbędne wydaje się istnienie kilku poziomów eksploatacyjnych. Umożliwiłyby to racjonalne wydobycie. Z uwagi na znaczne zasoby ich systematyczne, a przede wszystkim bieżące wykorzystanie może okazać się utrudnione, a nawet niemożliwe. W tej sytuacji jawi się potrzeba utworzenia złóż antropogenicznych gromadzących te kopaliny. Problemy związane z obecnością węgla brunatnego w rejonie Legnicy należy rozpatrywać również w aspekcie sąsiedztwa LGOM. W tym kontekście kopaliny towarzyszące mogłyby znaleźć jeszcze inne zastosowanie: y piaski (w tym także mioceńskie) w charakterze podsadzki do wyrobisk kopalnianych; y iły do budowy przesłon hydroizolacyjnych osadników poflotacyjnych powstałych po wzbogacaniu rud miedzi. Kubatura skał nadkładu w złożu Legnica szacowana jest na około 16,4 mld m 3. Przewiduje się, że jej ilość zdejmowana rocznie będzie wynosiła około 250 mln m 3. Zasoby iłów z nadkładu złoża, a także zalegające między pokładami węgla w granicach bilansowości, są oceniane na około 9 mld Mg, natomiast ilość kruszywa określono na 250 mln Mg. Planowane jest utworzenie zwałowiska zewnętrznego o powierzchni około 16 km 2 i wysokości 80 m. Kopaliny towarzyszące będą eksploatowane selektywnie i w ten sam sposób składowane. Zapewniona zostanie przez to możliwość korzystania z nich jeszcze przez wiele dziesiątków lat po zakończeniu eksploatacji węgla (Libicki i Tarasewicz 2005). 3. Kopaliny towarzyszące w złożu Ścinawa Złoże to stanowią dwa pola: A Siedlce, B Parszowice (rys. 3.1). Litologia skał serii węglowej w złożu Ścinawa jest bardzo zbliżona do wykazanej w przypadku Legnicy. Dominującą ich odmianę stanowią nadkładowe iły poznańskie. W spągu bywają wyraźnie zawęglone. Pod nimi zalegają pokłady węgla. Podściela je metrowa seria utworów piaszczystych, miejscami mułkowych lub ilastych. Utwory czwartorzędowe to glacjalne i fluwioglacjalne żwiry, piaski i gliny zwałowe. W północno-wschodniej części złoża zwartą masą zalegają piaski i żwiry ozów oraz moreny czołowej. W dolinie Odry spotyka się mady, a także torfy. Niepełny skład chemiczny osadów ilastych serii węglowej tego złoża przedstawia się następująco (% wag.): Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 gliny zwałowe 7,01 13,92 2,37 5,23 0,12 0,2 iły nadwęglowe 6,61 21,54 1,34 8,89 0,05 0,87 iły podwęglowe 16,31 33,95 2,06 6,64 0,1 0,21 219

220 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego W przypadku iłów nadkładowych określono ich niektóre właściwości technologiczne: ogniotrwałość zwykła sp zawartość wody zarobowej 18 19,2% wag. skurczliwość wysychania 6,6 12,4% 850 C 950 C 1050 C skurczliwość wypału [%] 6,0 11,6 6,0 14,4 8,0 16 porowatość względna [%] 7,42 28,14 6,29 28,0 0,54 27,2 ciężar objętościowy [G/cm 3 ] 1,95 2,04 1,6 2,29 1,75 2,34 nasiąkliwość [%] 6,02 14,54 2,75 17,3 0,22 17,1 wytrzymałość na ściskanie [MPa] Uzyskane wartości wskazują na możliwość wykorzystania tych surowców do produkcji ceramiki czerwonej. Złoża środkowego Nadodrza Środkowe Nadodrze stanowi fragment mioceńskiej prowincji węglowej. Występują tutaj liczne złoża węgla brunatnego typu pokładowego lub zdeformowanego glacitektonicznie. W polskiej części środkowego Nadodrza udokumentowano m.in. złoża Brody, Cybinka, Gubin, Mosty. Eksploatowane jest złoże Sieniawa (rys. 4.4). Mioceńska prowincja węglowa rozciąga się dalej na zachód, na tereny Niemiec. Złoża środkowego Nadodrza należą do najzasobniejszych w Polsce. Obok legnickich zaliczane są do najważniejszych nagromadzeń o charakterze strategicznym z punktu widzenia przyszłego wykorzystania węgla przez krajową energetykę. 1. Złoże Babina Pierwsze prace poszukiwawcze, a w ślad za nimi i górnicze, na obszarze złoża węgla brunatnego Babina zaczęto prowadzić w latach siedemdziesiątych XIX stulecia. Kopalnia została jednakże uruchomiona dopiero w 1921 roku. W jej skład wchodziła także brykietownia i pobliska cegielnia. Początkowo wydobycie węgla wynosiło od 45 do 97 tys. Mg rocznie. W latach trzydziestych ubiegłego wieku wzrosło do ponad 200 tys. Mg. Ilość 220

221 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Lokalizacja złóż węgla brunatnego na środkowym Nadodrzu według Kołodziejczyk i Asani (2012) Objaśnienia: 1 iły lub gliny, 2 złoża perspektywniczne, 3 czynne kopanie, 4 kopalnie zamknięte, 5 granice województw, 6 granice państw wytwarzanych brykietów przekraczała 70 tys. Mg. Ich głównymi odbiorcami była elektrownia w Nowych Czaplach oraz cegielnia i huta szkła w Łęknicy. Trudne warunki geologiczno-górnicze i narastające w związku z tym problemy eksploatacyjne stały się jednym z powodów zamknięcia kopalni w 1973 roku. Niewielka działalność górnicza trwała jeszcze do lat dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia. Związana była z pozyskiwaniem 221

222 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego piaszczystych iłów i glin kaolinowych serii poznańskiej dla potrzeb pobliskich zakładów ceramicznych w Łęknicy. Po II wojnie światowej opracowano i zrealizowano kilka projektów geologiczno-poszukiwawczych dotyczących węgla brunatnego. Ich wynikiem było rozpoznanie i udokumentowanie Pola Pustków i Żarki oraz rozwiercono Pola Trzebiel i Tuplice. Osady miocenu, wśród których zalegają pokłady węgla, wykształcone są głównie w facji ilastej. Są to iły plastyczne, zwarte, szaro-brunatne. Wykazują zróżnicowanie litologiczne zarówno w ujęciu lateralnym, jak i wertykalnym. Spotykane są wśród nich przewarstwienia piasków. Są to odmiany drobnoziarniste wykazujące niekiedy duże zawęglenie (rys. 4.5). Rys Schematyczny przez złoże węgla brunatnego Babina według Kołodziejczyk i Asani (2012) Objaśnienia: 1 piaski czwartorzędowe, 2 żwiry, 3 piaski neogenu, 4 iły, 5 węgiel brunatny Zainteresowanie surowcowe w złożu Babina mogą budzić zarówno skały ilaste, jak i piaski. Piaski zawierają około 97% wag. SiO 2. Ilość Al 2 O 3 jest nieduża, zamyka się w przedziale 0,7 2,4% wag., a Fe 2 O 3 wynosi od 0,26 do 0,96%. Chemizm ten, jak i ogniotrwałość zwykła wynosząca 1715 C mogą świadczyć, że istnieją możliwości ich wykorzystania do wyrobu opakowań szklanych i szkła budowlanego. Iły częściowo spełniają wymagania dotyczące przydatności surowcowej do produkcji materiałów ogniotrwałych. Mogą być też stosowane do wyrobu cegieł i kształtek szamotowych. Historia wykorzystania kopalin towarzyszących w rejonie złoża Babina posiada długie tradycje. Otóż wznowienie produkcji wyrobów ceramicznych przez zakłady zlokalizowane w tym rejonie okresie powojennym, było związane z eksploatacją węgla w tej kopalni. Był on wykorzystywany jako opał w procesach technologicznych (Koźma 2005). 222

223 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH 2. Złoże Cybinka Obecność węgla brunatnego w rejonie Cybinki stwierdzono już przed II wojną światową. Stopień rozpoznania geologicznego tego wystąpienia pozwolił na uruchomienie niewielkiej kopalni. Eksploatowała ona silnie zaburzony pokład węgla metodą głębinową. Miał miąższość 6 14 metrów. Zalegał na głębokości 45 metrów. Wydobywany węgiel przerabiano na brykiety. Wykorzystywała je miejscowa elektrownia. Ponownie węglem brunatnym zainteresowano się po II wojnie światowej, w 1958 roku. Wówczas to na podstawie wyników wykonanych wierceń, jak i materiałów archiwalnych opracowano dokumentację geologiczną złoża w kategorii C 2. Stopień rozpoznania budowy geologicznej złoża węgla w Cybince pozwala na wyróżnienie w serii węglonośnej trzech części podwęglowej, węglowej i nadwęglonej (rys. 4.6). Rys Schematyczny przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Cybinka według Kołodziejczyk i Asani (2012) Objaśnienia: 1 piaski czwartorzędowe, 2 żwiry, 3 iły, 4 gliny, 5 mułki i mułowce, 6 piaski neogenu, 7 węgiel brunatny Seria podwęglowa to głównie piaski drobno-, niekiedy średnioziarniste. Reprezentują prawdopodobnie pogranicze oligocenu i miocenu. Ku górze stają się wyraźnie zawęglone, przechodząc stopniowo w pokład węgla. W odległości 1 m od ich stropu obserwuje się niekiedy zaleganie zbitych szarobrunatnych piaskowców. Są to skały dość twarde o spoiwie zapewne żelazisto-krzemionkowym. Seria węglowa to pokład węgla. Ponad nim zalega warstwa mułków ciemnobrunatnych z wkładkami piasków pylastych i drobnoziarnistych, niekiedy z blaszkami muskowitu. Ma 223

224 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego ona miąższość metrów. Na kontakcie z piaskami w mułkach daje się zauważyć warstwowanie. Stają się też mniej zwięzłe. Seria nadwęglowa to mułki i piaski o zmiennej grubości i rozprzestrzenieniu. Piaski miejscami mają charakter pylasty i drobnoziarnisty. Są szare, ciemnoszare lub szarobrunatne. Zarówno mułki, jak i piaski, są zwykle drobno warstwowane. Zawierają także znaczne ilości łyszczyków. Czwartorzęd to pakiet utworów zmienny miąższościowo i litologicznie. Jego grubość od 10 do 140 metrów stanowi efekt działalności erozyjnej i sedymentacyjnej lądolodów oraz doliny Praodry. Stanowią go gliny zwałowe, piaski fluwioglacjane z wkładkami żwirów, piaski wydmowe, iły szare a podrzędnie szare mułki oraz gleba. Budowa geologiczna terenu zalegania złoża węgla brunatnego w Cybince i charakter litologiczny osadów wykazują obecność kopalin użytecznych surowcowo. Spotyka się mianowicie odmiany glin rdzawo-żółtych, eksploatowanych niegdyś przez nieczynne obecnie cegielnie w pobliżu Franciszkowa, Gęstowic, Lubogoszczy. Najbardziej perspektywiczne zaleganie umożliwiające dalszą eksploatację dotyczy cegielni w Gęstowicach. Pokład glin osiąga tutaj miąższość 11 metrów. Na terenie złoża węgla brunatnego Cybinka istnieje też jedna żwirownia położona przy drodze z Rzepina do Bytomia. Na północ od Rzepina natrafiono na warstwę torfu o miąższości około 2 metrów. Jednak złoże to jak dotąd nie zostało geologicznie przebadane. 3. Złoże Gubin Badania geologiczne w rejonie Gubina prowadzone z myślą o wykazaniu występowania węgla brunatnego realizowane były jeszcze przed 1945 rokiem. Z okresu przedwojennego zachowała się mapa w skali 1: z zaznaczonymi przypuszczalnymi strefami obecności tej kopaliny oraz zasięgiem i rozmiarami wymyć erozyjnych (Ney i in. 1982), Systematyczne badania geologiczno-złożowe rozpoczęto po II wojnie światowej. Wykazały obecność płytko zalegających pokładów węgla ze śladami zaburzeń glacitektonicznych (Dyląg 1994). Stanowią one zachodnią część wielkiego zbiornika węglonośnego Niżu Polskiego. Można przypuszczać, że w kierunku północnym łączą się ze złożem Cybinka. Prawdopodobnie ma miejsce również jego przedłużenie w kierunku wschodnim oraz istnieje możliwość połączenia z rejonem Mużakowa. Zbiornik ten stanowi kontynuację serii brunatnowęglowej rozwiniętej na terenie Niemiec w Brandenburgii i Saksonii w obrębie tzw. łużyckiego zagłębia węglowego. Pierwsza dokumentacja geologiczna dotycząca tego złoża w kategorii C 2 pochodzi z 1961 roku. W 1969 roku wykonano kolejną Kompleksową dokumentację geologiczną w kategorii C 2 + C 1 + B. Wykazały, że złoże to należy do odmian pokładowych, niezaburzonych tektonicznie. Pokłady węglowe zostały podzielone głębokimi rozmyciami erozyjnymi. Budowa geologiczna tego złoża odznacza się pewną specyfiką. Zawdzięcza ją erozyjnej działalności plejstoceńskiego lądolodu, który podzielił je na pięć izolowanych od siebie tzw. kier węglowych. Przedstawiają płaty węgla o erozyjnym charakterze granic. Są to obszary 224

225 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH węglowe, na które składają się pola: Mielno-Brzozów, Sadzarzewice, Strzegów, Węgliny (rys. 4.7). Zajmują 60% powierzchni złożowej. Pozostałe 40% wypełniają rynny subglacjalne wyżłobione przez lądolód, rozdzielający poszczególne pola węglowe. Wymycia erozyjne przekraczają miejscami głębokość 120 metrów, a ich szerokość wynosi 1500 metrów. Rys Rozmieszczenie pól górniczych w obrębie złoża Gubin na tle mapy złóż węgla brunatnego w Polsce według Kasińskiego i in. (2006) Charakter budowy geologicznej sprawił, ze w złożu wyróżniono trzy serie litologiczne: podwęglową, węglową i nadwęglową (rys. 4.8). Seria podwęglowa to głównie różno- i drobnoziarniste piaski. Są szare i szaroniebieskie. Zawierają często znaczne ilości łyszczyków. Grubość serii waha się od 65 do 72 metrów. W spągu występuje warstwa szarozielonego iłu lub mułku marglistego o miąższości 2,6 6,1 metra. Również wyżej wśród piasków spotykane są warstwy osadów ilasto-mułkowych. Seria węglowa (poza węglem) obejmuje kompleks osadów mułkowych i ilastych. Prócz tego spotyka się też soczewki drobno- i średnioziarnistych piasków kwarcowych z domieszką łyszczyków. Występuje także kilka przewarstwień iłów szarych lub brunatnych mniej lub bardziej zapiaszczonych. W bezpośrednim sąsiedztwie pokładów węgla zalegają utwory mułkowo-mułowcowe. Są ciemnoszare lub brunatnawe. Przeławicają je piaski pylaste. Grubość serii węglowej wynosi od 50 do 60 metrów. Seria nadwęglowa zbudowana jest głównie z osadów piaszczystych. Wkładki utworów mułkowych mają charakter podrzędny. Piaski są z reguły drobnoziarniste, miejscami dobrze wysortowane, szare a ku spągowi brunatnawe. Zawierają dość liczne blaszki łyszczyków. Miąższość tej serii jest zmienna. Jest to rezultat rozmyć lodowcowych i redepozycji osadów czwartorzędowych. 225

226 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Schematyczny przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Gubin według Kołodziejczyk i Asani (2012) Objaśnienia: 1 piaski czwartorzędowe, 2 żwiry, 3 gliny, 4 piaski neogenu, 5 iły, 6 mułki, mułowce, 7 węgiel brunatny Utwory czwartorzędowe reprezentowane są przez osady plejstoceńskie i holoceńskie. Plejstocen to głównie sedymenty lodowcowe o bardzo zmiennej grubości. Głównie są to gliny zwałowe, ciemno-szare zawierające otoczaki. Spotyka się w nich soczewy różno- i drobnoziarnistych piasków. Miejscami występują też cienkie warstwy żwirów. W ramach koordynowanych przez Poltegor-Instytut prac projektowych uściślono koncepcję przemysłowego okonturowania kompleksu złóż gubińskich (Nowak-Szpak i Duczmal 2012). Przewiduje on budowę trzech wyrobisk: południowego, północnego i wschodniego. W nadkładzie tych wyrobisk zalegają odmiany surowców pretendujące do miana kopalin towarzyszących. Są to torfy, żwiry, piaski, głazy narzutowe, mułki, iły i gliny. Kubaturę utworów przydatnych do wykorzystania oszacowano na niemal 150 mln m 3. Spośród nich zaleganie osadów żwirowych stwierdzono w zachodniej części wyrobiska południowego, w dolinie Nysy Łużyckiej. Miąższość warstw tej kopaliny waha się od 2 do 18 metrów. Drugi, mniejszy obszar zlokalizowany został w zachodniej części wyrobiska północnego, również w dolinie tej rzeki. Łączne zasoby ocenione zostały na około 130 mln m 3. Do eksploatacji i przetwarzania głazów narzutowych (5,38 mln m 3 ) planowane jest wykorzystanie mobilnego zakładu przeróbczego. Jego roczna zdolność produkcyjna miałaby wynosić około 1 mln Mg kruszywa. Planuje się także wydobycie torfów z przedpola wyrobiska. Zasoby tej kopaliny są szacowane na 9,6 mln m Złoże Mosty 4.1. Historia odkrycia i litologia skał niewęglowych Złoże węgla brunatnego Mosty położone jest nad Nysą Łużycką. W sposób naturalny dzieli się na cztery pola: Mosty (środkowe), Przewoźniki (zachodnie), Dąbrówka 226

227 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH (wschodnie) i Niwnica (północne). Ich istnienie stanowi efekt działalności erozji górnomioceńskiej. Rozcięła ona obszar zalegania węgla brunatnego wymyciami o charakterze kanionów (Dyjor i Chlebowski 1973). Złoże to jest fragmentem basenu formacji trzeciorzędowej węgla brunatnego obejmującego zachodnią część naszego kraju. Posiada swoją kontynuację po stronie niemieckiej. Położone jest pomiędzy dwoma obszarami o intensywnie zaburzonych osadach kenozoicznych. Od zachodu przylega do tzw. Łuku Mużakowa a od wschodu graniczy ze strefą Mirostowic (Ciuk 1966; Dyjor 1970). Pokłady węgla zalegają wśród osadów miocenu środkowego oraz dolnego w otulinie piasków, mułków i iłów serii Mużakowa. Węglem brunatnym w okolicach Mostów zainteresowano się w latach dwudziestych ubiegłego stulecia. Wówczas na obszarze położonym na wschód od Łuku Mużakowa odwiercono kilkadziesiąt otworów wiertniczych. Ich wyniki potwierdziły wcześniejsze przypuszczenia o obecności w tym rejonie węgla. Nie zachowały się jednak żadne bliższe dane na ten temat, np. profile wierceń. W 1926 roku materiały pochodzące z tych wierceń zostały opracowane i zestawione przez Webera (vide Ney i in. 1982). Została też zinterpretowana budowa geologiczna tego nagromadzenia węgla, a na przekrojach geologicznych zaznaczono występowanie dwóch pokładów. W okresie powojennym inicjatorem badań geologicznych na terenie złoża był Zakład Węgli Brunatnych Instytutu Geologicznego. Pierwszy projekt takich prac został opracowany na początku lat pięćdziesiątych ubiegłego stulecia przez Przedsiębiorstwo Geologiczno-Inżynierskie Energetyki w Krakowie. Kolejne wiercenia rozpoczęto w 1958 roku. Wykonało je Przedsiębiorstwo Geologiczne Górnictwa Węglowego we Wrocławiu. Ich celem było sprawdzenie i skorygowanie dotychczasowej wiedzy na temat zalegania węgla a także rozpoznania granic złoża i wykonanie dokumentacji geologicznej w kategorii C 2. Pozytywne wyniki prac dały podstawę do kolejnych badań w celu rozpoznania geologicznego w wyższych kategoriach. W latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku zaczęto realizować dalsze prace wiertnicze. Miały one na celu udokumentowanie węgla w kategoriach C 1 i B. Zakończono je w latach (Zygar i in. 1987). Miąższość utworów trzeciorzędowych w złożu węgla brunatnego Mosty waha się w szerokich granicach. Maksymalnie może dochodzić do 200 metrów. Zależna jest od intensywności procesów erozyjnych wynikających z działalności lądolodu i najprawdopodobniej związana bywa z głębokością oraz powierzchnią morfologiczną podłoża mezozoicznego. Płaszcz utworów czwartorzędowych w rejonie złoża jest niemal ciągły. Charakteryzuje się zmienną miąższością. Waha się od kilku do 50 metrów. W miejscach wymyć erozyjnych dochodzi nawet do 100 metrów. Osady te reprezentowane są przez piaski rzeczne i wydmowe, piaski i żwiry fluwioglacjalne, a także gliny zwałowe moren czołowych. Spotyka się również iły zastoiskowe. Lokalizacja pól górniczych wyróżnionych w złożu Mosty a także profil litologiczny podaje rysunek 4.9. Z kolei 4.10 przedstawia schematyczny przekrój geologiczny przez to złoże. Widoczne są głębokie wymycia erozyjne oraz ślady tektoniki glacjalnej. 227

228 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Lokalizacja pól górniczych w obrębie złoża Mosty oraz profil litologiczny jednego z otworów wiertniczych wykonanych na terenie złoża według Ratajczaka i in. (1995a) Objaśnienia: 1 gleba, 2 żwiry, 3 piaski, 4 mułki, 5 łupki, 6 iły, 7 piaskowce, 8 mułowce, 9 węgiel brunatny, 10 toczeńce ilaste 228

229 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Schematyczny przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Mosty według Kołodziejczyk i Asani (2012) Objaśnienia są zamieszczone na rysunku Charakterystyka mineralogiczna kopalin towarzyszących Trzeciorzędowe skały płone formacji brunatnowęglowej ze złoża Mosty były przedmiotem badań Ratajczaka i in. (1995a). Wyniki analiz granulometrycznych pozwoliły zidentyfikować badane osady jako mułki silnie iłowe i silnie piaszczyste oraz iły mułkowo-piaskowe (tab. 4.2). Tabela 4.2. Skład ziarnowy osadów pochodzących ze złoża węgla brunatnego Mosty w zakresie 60 2 μm według Ratajczaka i in. (1995a) Uziarnienie [μm] i nazwa frakcji mułki silnie piaskowe Typ osadów i zawartość frakcji [% wag.] mułki silnie iłowe iły mułkowo- -piaskowe iły silnie mułkowe Piaskowa > 60 24,2 5,5 19,0 0,7 Mułkowa ,1 54,0 30,1 25,5 Ilasta < 2 4,7 40,5 50,9 73,8 Mułki W składzie chemicznym tego typu osadów zauważa się dominację SiO 2 (tab. 4.3). Ilości Al 2 O 3 są zróżnicowane. Mułki silnie iłowe zawierają wyraźnie więcej Al 2 O 3. Podobnie kształtują się relacje w ilości Fe 2 O 3. Sądząc po zawartości CaO i MgO nie należy spodziewać się w obydwóch odmianach mułków większej ilości węglanów. Osady tego typu odznaczają się teksturą bezkierunkową. Ich szkielet ziarnowy tworzą: kwarc, okruchy skalne, blaszki mik, agregaty glaukonitowe, minerały ciężkie. 229

230 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Tabela 4.3. Skład chemiczny odmian mułków pochodzących ze złoża węgla brunatnego Mosty według Ratajczaka i in. (1995) Typ mułków i zawartość składnika [% wag.] Składnik silnie piaskowe silnie iłowe SiO 2 79,32 66,12 67,86 TiO 2 1,30 1,29 1,71 Al 2 O 3 8,71 16,54 19,09 Fe 2 O 3 1,80 2,37 3,60 CaO 1,15 0,92 1,50 MgO 0,0 0,0 0,57 K 2 O 1,54 1,65 2,13 Na 2 O 0,20 0,12 0,47 Straty prażenia 5,63 5,83 8,64 Ziarna kwarcu wykazują zmienne obtoczenie. Drobne osobniki są ostrokrawędziste, a odznaczające się większymi rozmiarami bywają średnio, a nawet dobrze obtoczone. Ich kształty są zróżnicowane, niekiedy nieprawidłowe, w innych przypadkach nieco wydłużone. Osiągają wielkość 0,15 mm. Rzadko wykazują budowę mozaikową. Sporadycznie obserwowano w nich wrostki. Skalenie są reprezentowane przez odmiany alkaliczne mikroklin, ortoklaz, mikropertyty, plagioklazy (człon albit-oligoklaz). Są one różnie zachowane. Część z nich posiada wyraźne zbliźniaczenia. Niekiedy wokół ziarn kwarcu i skaleni dostrzega się lekko oblekającą otoczkę minerałów ilastych. Ich cechy optyczne odpowiadają hydromikom bądź smektytowi. Wśród mik stwierdzono muskowit i hydromuskowit oraz sporadycznie oliwkowo-zielony najczęściej silnie zmieniony biotyt. W przypadku tego ostatniego minerału obserwuje się jego zastępowanie przez chloryt. Niekiedy jest on zupełnie odbarwiony. Rozmiary blaszek są wyraźnie mniejsze aniżeli pozostałych składników ziarnowych. Niekiedy wyodrębniają się agregaty zielonkawego lub brunatno-zielonkawego glaukonitu. Mają one nieprawidłowe lub zaokrąglone zarysy, a rozmiary dochodzą do 0,1 mm. Dominującym składnikiem okruchów skalnych są fragmenty piaskowców i mułowców. Pobocznie zauważono łupki kwarcowo-łyszczykowe, kwarcyty lub granitognejsy i gnejsy. Reprezentowane są ponadto mikrokrystaliczne skały krzemionkowe typu lidytów czy rogowców. Zauważono także skupienia brunatnej i nieprzezroczystej substancji węglistej. Towarzyszą im niekiedy kuleczkowe mikroagregaty bakteryjnego pirytu, a także goethyt. Podstawowe tło skalne tych osadów stanowi drobnołuseczkowa substancja zabarwiona nierównomiernie na kolor brunatny przypuszczalnie przez substancję organiczną. Wykazano w niej obecność kaolinitu. Wyraźna koncentracja tego minerału ma miejsce wśród ziarn mniejszych (zwłaszcza poniżej 2 µm). Jego stopień uporządkowania struktury okazał się niski, około 1,4 (Stoch 1974). We frakcji drobnej zidentyfikowano też illit oraz śladowe ilości minerału o strukturach mieszanopakietowych typu illit-smektyt. 230

231 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Skały ilaste W składzie chemicznym iłów dominują SiO 2 i Al 2 O 3 (tab. 4.4). Z racji większego zapiaszczenia iły mułkowo-piaskowe są bogatsze w krzemionkę. Z kolei odmiany silnie mułkowe zawierają więcej Al 2 O 3. Ilość pozostałych składników jest zbliżona. Nieznaczna obecność tlenków Ca i Mg pośrednio dowodzi niedużych zawartości węglanów. W odmianach silnie mułkowych stwierdzono większe ilości Fe 2 O 3 oraz wartości strat prażenia. Tabela 4.4. Skład chemiczny odmian iłów pochodzących ze złoża węgla brunatnego Mosty według Ratajczaka i in. (1995a) Odmiana iłów i zawartość [% wag.] Składnik mułkowo-piaskowe silnie mułkowe SiO 2 66,00 53,14 TiO 2 1,08 1,58 Al 2 O 3 23,24 27,48 Fe 2 O 3 2,10 3,45 CaO 1,40 1,20 MgO 0,0 0,46 K 2 O 1,31 1,86 Na 2 O 0,32 0,26 Straty prażenia 4,67 10,56 Substancję ilastą stanowiącą podstawowy składnik tych osadów cechuje oliwkowo-zielona barwa. Zmienia ona swą intensywność, a niekiedy wskutek obecności rozproszonej substancji organicznej, pojawiają się w niej brunatne naloty. Szkielet skał tworzą okruchy kwarcu, a pobocznie skalenie oraz blaszki mik. Sporadycznie identyfikowano okruchy skalne. Rozmiary składników szkieletu ziarnowego dochodzą do 0,15 mm. Są one rozmieszczone w tle skalnym bezładnie i nierównomiernie. Stanowiące je drobnołuseczkowe minerały ilaste wykazują miejscami zgodną orientację. Podkreślona jest ona jednoczesnym wygaszaniem światła. Ziarna kwarcu odznaczają się różnym stopniem obtoczenia. Część z nich posiada czystą i gładką powierzchnię, na innych zauważono wżery i blizny. Niektóre z nich pozostają wypełnione minerałami ilastymi. Spotyka się także słabiej obtoczone o przełamach muszlowych. Niekiedy są pokruszone. Większość posiada kształty nieprawidłowe. Sporadycznie można było obserwować formy izometryczne. Częściowo wykazują budowę mozaikową. Rzadko zauważa się wrostki. Są nimi zazwyczaj łuseczki mik. Skalenie reprezentowane są przez odmiany alkaliczne: ortoklaz, mikropertyt ortoklazowy, a rzadziej kwaśne plagioklazy. Niekiedy ich stopień przeobrażenia (procesy kaolinityzacji i serycytyzacji) bywa znaczny, powodując trudności identyfikacyjne. Miki posiadają cechy optyczne hydromuskowitu lub rzadziej muskowitu. Są znacznie przeobrażone. 231

232 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Część z nich przybiera formy agregatów. Wśród okruchów skalnych stwierdzono obecność fragmentów łupków krystalicznych, kwarcytów, granitoidów, gnejsów. Ponadto zauważono skupienia mikrokonkrecyjne zbudowane z przeświecającej na brunatno substancji żelazistej. Zidentyfikowano też bardzo porowate okruchy pirytów utlenione na brzegach. Posiadają one niekiedy strukturę zbliżoną do pirytu framboidalnego. Obecna jest także substancja organiczna oraz śladowe ilości syderytów. Wśród minerałów ilastych wykazano obecność kaolinitu, illitu i odmian o strukturach mieszanopakietowych typu illit-smektyt. Minerały te występują w postaci agregatów. Dla wszystkich odmian osadów obecnych w złożu węgla brunatnego Mosty oznaczono wartość współczynnika Al 2 O 3 /TiO 2. Połączenia te zajmują ostatnie miejsce w szeregu ruchliwości geochemicznej pierwiastków. Prowadzi to do ich jednoczesnego, a więc bez zmiany stosunku A/T gromadzenia w produktach wietrzenia. Stwarza też możliwość wykorzystania wartości A/T jako wskaźnika skały macierzystej. W sytuacji osadów pochodzących z Mostów wartości A/T mieszczą się w przedziale od 6,7 (zapiaszczone) do 21,5 (bardziej mułkowe). Należy je uznać za niskie. Sytuacja ta najprawdopodobniej jest efektem tego, że część osadów bywa stosunkowo uboga w Al 2 O 3. Można stąd przypuszczać, że w procesie powstawania skał, transportowi uległ materiał niezupełnie zwietrzały, a przez to zawierający nierozłożone skalenie czy też inne glinokrzemiany. Mechanizm przemieszczania mógł doprowadzić do separacji frakcji grubszej tzn. tej, w której minerały te zazwyczaj się gromadzą. Spowodowało to zubożenie osadu ilastego w glin, a w rezultacie obniżyło wartość wskaźnika A/T Przydatność praktyczna kopalin towarzyszących W nadkładzie pokładu górnego złoża węgla brunatnego Mosty dominują utwory sypkie (piaski i żwiry). Stanowią one 60 65% profilu. Pozostałe 34 40% przypada na osady zwięzłe: iły i gliny (14 17%), mułki (20 21%) i wkładki węglowe. Ney i in. (1982) za kopaliny towarzyszące uznali utwory ilasto-mułkowe oraz drobno- i średnioziarniste odmiany piasków. Wykonane badania wykazały, że mogą one być wykorzystywane do produkcji opakowań szklanych i szkła budowlanego. Niektóre ich odmiany spełniają wymagania przemysłu materiałów ogniotrwałych. Istnieje także szansa zastosowania utworów ilastych do produkcji wyrobów ceramicznych (różnych odmian cegieł), a nawet kształtek ogniotrwałych. Wykazano również, że osady piaszczysto-żwirowe zalegające w Mostach mogą być wykorzystane w charakterze kruszywa naturalnego w budownictwie. 232

233 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH 5. Kopaliny towarzyszące w złożach węgla brunatnego Zagłębia Łużyckiego W przyszłej eksploatacji złóż węgla brunatnego zlokalizowanych na terenie środkowego Nadodrza będzie można skorzystać z doświadczeń dotyczących zagospodarowania kopalin towarzyszących w nagromadzeniach niemieckich, na terenie Łużyckiego Okręgu Węgla Brunatnego. W Niemczech tereny wydobycia węgla brunatnego traktowane są w specjalny sposób. Wynika to z odrębnych zasad dotyczących kopalin niewęglowych. Niezbędne jest sporządzanie szczegółowych planów ich zagospodarowania, będących częścią składową planów wydobycia węgla brunatnego. Budowa geologiczna niemieckiej części zbiornika, litologia skał niewęglowych, ich charakter surowcowy, są bardzo zbliżone do znanych z polskich nagromadzeń (m.in. złoża Gubin i Mosty). W przypadku, gdy stopień rozpoznania surowcowego kopalin towarzyszących w polskiej części zbiornika jest dalece niewystarczający, jawi się sytuacja, w której można wykorzystać niemieckie doświadczenia dotyczące tych zagadnień. Historia Łużyckiego Zagłębia Węglowego obejmuje bowiem również zagadnienia kopalin towarzyszących. Na jego terenie stwierdzona została obecność specyficznej odmiany skał ilastych nazywanych iłami łużyckimi (Nowel 1994; Mader 1994). Ich eksploatacja i wykorzystanie rozpoczęły się w latach siedemdziesiątych XIX wieku. Okazały się one wysokowartościowym surowcem służącym do produkcji ceramiki budowlanej oraz klinkieru. Wyroby z nich uzyskiwane cieszyły się uznaniem całej Europy. Wykorzystywano je m.in. przy budowie reprezentacyjnych budowli na terenie Niemiec, przedrewolucyjnej Rosji, Szwecji. Stanowiły także materiał budowlany w przypadku wiaduktów drogowych czy kominów przemysłowych. W tym samym czasie powstała duża hałda (złoże antropogeniczne) gromadząca te skały ilaste, a mająca zabezpieczyć przyszłe zapotrzebowanie na ten surowiec. Okazało się również, że właściwości tych iłów umożliwiają ich wykorzystanie w charakterze przesłon hydroizolacyjnych uszczelniających składowiska odpadów. Inną kopaliną towarzyszącą w kopalniach Zagłębia Łużyckiego jest piasek szklarski. Był wydobywany i wykorzystywany już w latach trzydziestych ubiegłego wieku. Również w przypadku tej kopaliny w celu zabezpieczenia jej przed stratą, zostało utworzone złoże wtórne. Okazało się, że także osady czwartorzędowe obecne w nadkładzie złóż Zagłębia spełniają kryteria kopalin towarzyszących. Dotyczy to żwirów i pospółek. Są one wykorzystywane w budownictwie, najczęściej jako kruszywo do betonów a także do utwardzania dróg kopalnianych. Wydobywany jest także torf stosowany w rolnictwie do rekultywacji gleb. Z kolei głazy narzutowe znajdują zastosowanie w budownictwie i jako kruszywo. 233

234 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Złoża węgla brunatnego rejonu rowu poznańskiego 1. Historia odkrycia węgla brunatnego Na obszarze rowu poznańskiego płytko zalegające utwory trzeciorzędowe z węglem brunatnym znane były już w XIX wieku. Stanowiło to efekt prac geologiczno-wiertniczych przeprowadzonych przez władze pruskie. Jednocześnie jednak wielu posiadaczy ziemskich poszukiwało węgla na własną rękę. M.in. z incjatywy Władysława Taczanowskiego w 1905 roku na terenie jego dóbr, w okolicach Jerki koło Kościana prace takie doprowadziły do zlokalizowania na głębokości około 90 m pokładów węgla (Skoczylas 1987). Dalsze prace wiertnicze (odwiercono 28 otworów) pozwoliły na okonturowanie perspektywicznej strefy węglonośnej. Jej powierzchnię szacowano na około 50 km 2, a zasoby na 2,4 mln Mg. Podzielono ją na 22 pola górnicze. Otrzymały one nazwy wzięte od imion bohaterów powieści Henryka Sienkiewicza Quo vadis (Skoczylas 2011). Miąższość nawierconego pokładu dochodziła do 6 m. Podjęto decyzję o drążeniu szybu i chodników, a następnie uruchomieniu kopalni eksploatującej węgiel systemem podziemnym. Według sprzecznych danych była ona zlokalizowana o okolicach Jerki, w Bielewie (Skoczylas 1987, 2011). Istniała do 1912 roku. Zakładano, że węgiel miał być wykorzystywany nie tylko na cele opałowe przez miejscową ludność, ale również na użytek planowanej elektrowni. Jednak nagły i gwałtowny wypływ wody spowodował nie tylko zaniechanie wydobycia węgla, ale i dalsze prace poszukiwawcze. Najprawdopodobniej w tym samym czasie przez krótki czas eksploatowano węgiel w Szczodrowie koło Kościana (Skoczylas 2011). W okresie międzywojennym geologią obszarów zasobnych w węgiel brunatny na terenie Wielkopolski w tym także na obszarach rowu poznańskiego, zajmował się Arnold Sarjusz Makowski. Rezultaty swych prac zreferował na kilku posiedzeniach naukowych PIG w latach Na terenie Wielkopolski wyróżnił on pięć zagłębi węglowych. Za największe uznał zlokalizowane pomiędzy Lesznem, Kościanem, Czempiniem a Gostyniem, a więc w granicach rowu poznańskiego. Wykorzystując rezulaty prac Sarjusz Makowskiego Polski Komitet Energetyczny wydał atlas geologiczny noszący tytuł Węgle brunatne w Polsce w skali 1: Obejmował on obszar 1820 km 2. W skład tego atlasu wchodził m.in. arkusz okolic Jerki (rys. 4.11). Godny uwagi jest fakt, że A. Sarjusz Makowski w trakcie swych badań serię węglonośną rowu zaliczył do miocenu a także stwierdził w jej nadkładzie i dokonał charakterystyki litologicznej iłów uznawanych obecnie za poznańskie. Ich miąższość w rejonie Jerki ocenił na 70 m. Węglonośnością tego rejonu zainteresowano się też po II wojnie światowej. W 1948 roku prace wiertnicze wykonało Zjednoczenie Węgla Brunatnego. Wykazały one obecność czterech pokładów węgla. Przeprowadzone kolejne prace poszukiwawcze przez Instytut Geologiczny w latach pozwoliły na wstępne rozpoznanie tych nagromadzeń. 234

235 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Fragment arkusza atlasu Makowskiego dotyczący okolic Jerki z zaznaczonym granicami pól górniczych (Skoczylas 1987) Prowadzone w tym okresie prace wiertnicze, mające na celu znalezienie nagromadzeń węgla brunatnego, nie miały charakteru systematycznego. Były raczej wyrywkowe. Ich zasięg był nieduży. Sytuacja zmieniła się na początku lat sześćdziesiątych XX wieku (Ciuk 1974, 1978). Wówczas to Przedsiębiorstwo Poszukiwań Geofizycznych w Warszawie przeprowadziło z inicjatywy i na zlecenie Instytutu Geologicznego oraz Zjednoczenia Poszukiwań Naftowych szeroko zakrojone badania grawimetryczne na obszarze monokliny przedsudeckiej i jej przedpola m.in. w rejonie poznańskim. W wyniku tych prac wykryto dużą anomalię grawimetryczną, ciągnącą się od Szamotuł przez Poznań, Mosinę, Czempiń, Krzywiń po Gostyń. Związana była z obecnością wąskiego rowu tektonicznego wypreparowanego w osadach mezozoicznych. Wynikało to zaś z nagromadzenia się w nim znacznych sedymentów luźnych osadów trzeciorzędowych w tym także węgla brunatnego. W obrębie tego rowu wykazano zaleganie następujących nagromadzeń węgla brunatnego: Mosina, Środa Wielkopolska, Czempiń, Cykowo Sepno Racot, Krzywiń, Gostyń, Góra, Poniec Krobia, Oczkowice, Pogorzela. Ich lokalizacja jest przedstawiona na rysunku Na północ od Poznania z tą samą strukturą związane jest kolejne złoże Naramowice. W latach Zakład Geologii Złóż Węgla Brunatnego Instytutu Geologicznego kontynuował badania tej struktury, przesuwając się stopniowo w kierunku południowym. Wykazały one przedłużenie się rowu w tym kierunku. W 1962 roku opracowany został projekt robót geologiczno-poszukiwawczych dotyczących tego obszaru. Objął on wykonanie 15 otworów wiertniczych. Potwierdziły one istnienie rowu wypełnionego osadami trzeciorzędowymi, zawierającymi liczne pokłady węgla 235

236 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego o sumarycznej miąższości kilkadziesiąt metrów. Uzyskane w tym toku prac wyniki badań pozwoliły ustalić: y zarys budowy geologicznej kenozoiku w strefie rowu tektonicznego; y rzeźbę powierzchni podtrzeciorzędowej; y węglonośność i węglozasobność wraz z prognostycznymi zasobami; y geologiczno-górnicze warunki zalegania oraz możliwości wykorzystania węgla brunatnego i kopalin towarzyszących. Rys Lokalizacja rozmieszczenia złóż węgla brunatnego w obrębie rowu poznańskiego według Piwockiego (1991) 236

237 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Kasiński i in. (2016) w przygotowywanym Atlasie geologicznym wybranych złóż węgla brunatnego w Polsce zaproponowali zgrupować je w 8 rejonów. Jednym z nich jest rejon wielkopolski. Według autorów tego Atlasu są nimi złoża: Czempiń, Gostyń, Góra, Krzywiń, Mosina, Naramowice, Oczkowice, Poniec Krobia, Sulmierzyce, Szamotuły. Propozycja ta jest nieco rozbieżna z przedstawioną przez Widerę (2016). Autor ten obok 10 złóż wymienionych przez Kasińskiego i in. (2016) wyróżnił ponadto inne nagromadzenia węgla, interesujące surowcowo. Są to Poznań Miasto, Środa Wielkopolska, Cykowo Sepno Racot, Pogorzela. Jednak lokalizacja niektórych z nich stawia w wątpliwość możliwości przyszłej eksploatacji. 2. Litologia kopalin towarzyszących Złoża węgla brunatnego zlokalizowane w obrębie rowu poznańskiego charakteryzują się zbliżonym modelem budowy geologicznej. Dotyczy to ich formy złożowej, wieku, jakości węgla, litostrafygrafii skał nadwęglowych, a nawet składu mineralnego tych utworów. Serię węglonośną tworzą w tych złożach zbliżone pod względem charakteru litologicznego odmiany osadów. Stąd też zachodzi możliwość dokonania wspólnej charakterystyki mineralogiczno-surowcowej kopalin towarzyszących w tych złożach. Wspólnym rysem geologicznym i litostratygraficznym tych złóż jest fakt, że pomiędzy pokładami węgla brunatnego a osadami czwartorzędu zalega gruby kompleks ilastych osadów neogeńskich serii poznańskiej. Jest on notowany we wszystkich nagromadzeniach. Stanowi też wspólny, niemal reperowy, ich rys litologiczny. Daje się zauważyć na schematycznych przekrojach przez złoża Góra, Krobia-Poniec, Oczkowice (rys. 4.13) oraz Krzywiń (rys. 4.14). Miąższość tych osadów jest znaczna. Np. w złożach Czempiń czy Krzywiń wynosi od 86 do 136 metrów a w rowie Gostynia przekracza 150 metrów. Spągowe partie tego kompleksu reprezentują według podziału litostratygraficznego Ciuka (1967) dolną część warstw poznańskich. Są to iły szare, ciemnoszare oraz brązowawe, zazwyczaj ze szczątkami roślin, a nawet zawęglone. W schemacie litostratygraficznym zaproponowanym przez Dyjora (1970) noszą one nazwę iłów szarych. Górna część kompleksu reprezentującego według Ciuka (1967, 1974) stropowe warstwy poznańskie to poziom iłów zielonych i nadległych płomienistych. Osady te odznaczają się zmienną kolorystyką. Bywają szare, szarozielone, niebieskawe, a także pstre i oliwkowe z żółtymi, brązowawymi i czerwonawymi plamami. Przeławicane są dość często warstwami mułków ilastych a także piasków drobnoziarnistych niekiedy kwarcowych. Występują w nich także utwory węglanowe przybierające formę przewarstwień marglistych oraz konkrecji syderytowych. Wyrwicki i Wiewióra (1976) identyfikowali skład mineralny iłów poznańskich z rejonu Rogaczewa (położonego na obszarze rowu poznańskiego). Stąd uzyskane przez tych autorów wyniki można uznać za tożsame w stosunku do odmian spotykanych w rowie. 237

238 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Badania te wykazały, że iły płomieniste odznaczają się obecnością następującej asocjacji minerałów ilastych kaolinit-beidellit-illit, iły zielone tworzy zespół beidellit-illit-kaolinit, a w poziomie iłów szarych dominuje układ beidellit-kaolinit-illit. Każdorazowo minerałem akcesorycznym, towarzyszącym tym minerałom, jest chloryt. Poza tym obecne są fazy mieszanopakietowe beidellit-illit. Rys Przekrój geologiczny przez złoża węgla brunatnego Góra, Poniec-Krobia, Oczkowice według Urbańskiego i Widery (2016) Rys Przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Krzywiń według Urbańskiego i Widery (2016) Objaśnienia są zamieszczone na rysunku

239 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Iły płomieniste zawierają 50 65% minerałów ilastych, 25 40% obj. kwarcu, do 7% obj. goethytu i hematytu. W składzie mineralnym iłów zielonych brak goethytu czy hematytu, pojawiają się natomiast piryt i gips. Odmiany szare odznaczają się znacznymi domieszkami zmacerowanej substancji węglistej. Czwartorzęd to gliny zwałowe, mułki i żwiry. Zalegają one na obszarze całego rowu. Miąższość ich płaszcza dochodzi do 100 metrów. 3. Właściwości ceramiczne iłów poznańskich Zainteresowanie surowcowe w przypadku skał niewęglowych obecnych w złożach węgla brunatnego rowu budziły przede wszystkim iły poznańskie. One też pretendowały do miana kopalin towarzyszących. Prace geologiczno-poszukiwawcze oraz dokumentacyjne prowadzone za węglem brunatnym wykazały, że zasoby współwystępujących z nimi iłów należy uznać za znaczne. Informacje na temat właściwości użytecznych iłów obecne w dokumentacjach są nader skąpe. Nieco danych na ten temat można znaleźć u Neya i in. (1982). Zawarte w tym opracowaniu wyniki badań dotyczą złoża Czempiń (próbki pochodziły z okolic Gołębina Starego). Wykazano, że iły górnych warstw iłów poznańskich nadają się do produkcji lekkich tworzyw ceramicznych typu keramzytu oraz do wykorzystania w przemyśle ceramiki budowlanej. Niektóre ich partie odznaczają się jednak zbyt dużą, wręcz dyskwalifikującą ilością margla. Natomiast czwartorzędowe gliny zwałowe nie są przydatne dla ceramiki budowlanej. Stwierdzono też, że iły mioceńskie z nadkładu złoża Gostyń są dobrym surowcem ceglarskim. Niektóre ich parametry technologiczne posiadają następujące wartości: y woda zarobowa 13,8 19,3% wag. y skurczliwość suszenia 13,8 19,3% y skurczliwość całkowita po wypaleniu w temperaturze 900 C: 4,6 16,8%; w temperaturze 1000 C: 6 16,3% y nasiąkliwość po wypaleniu w temperaturze 900 C: 9,4 21,8%; w temperaturze 1000 C: 7,1 19,9% y wytrzymałość na ściskanie po wypaleniu w temperaturze 1000 C: 375 MPa y ogniotrwałość zwykła: sp. Gliniaste utwory czwartorzędowe z nadkładu węgla brunatnego w złożu Poniec Krobia z uwagi na niewielkie rozprzestrzenienie, a zwłaszcza niską jakość, nie przedstawiają większej wartości gospodarczej. Znaczenie przemysłowe posiadają natomiast trzeciorzędowe iły poznańskie zalegające w tym złożu. Wszystkie ich odmiany litostratygraficzne nadają się do produkcji wyrobów ceramicznych. Przeszkodę stanowić mogą znaczne niekiedy koncentracje margla oraz podwyższona zawartość siarczanów rozpuszczalnych w wodzie. 239

240 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Gliny zwałowe ze złoża Oczkowice nie nadają się do praktycznego wykorzystania. Wartość przemysłową posiadają natomiast poznańskie iły mioplioceńskie obecne w tym nagromadzeniu. Badania Marca i Wyrwickiego (1982) wykazały, że można z nich produkować wyroby grubo- i cienkościenne, kratówkę, płytki okładzinowe, dachówki, rurki drenarskie, pustaki stropowe, a także szczelinowe. Przeświadczenie o dużych, a także różnorodnych możliwościach praktycznego wykorzystania iłów poznańskich zalegających w rowie poznańskim wynika stąd, że kopaliny te zaliczane są do najlepszych krajowych surowców ilastych przydatnych do produkcji różnorakic,h wyrobów ceramicznych. Stanowią one też bazę zasobową większości zakładów cegielnianych na obszarze rowu poznańskiego. Np. w rejonie Leszno Kalisz jest znanych było 38 złóż surowców ilastych eksploatujących i przetwarzających iły poznańskie. Zresztą i bieżąca sytuacja potwierdza tę tezę. Iły z rejonu zalegania złoża węgla brunatnego Poniec Krobia były wykorzystywane przez miejscowe cegielnie do produkcji cegły pełnej, rurek drenarskich, a także wyrobów drążonych. Z kolei iły mio-plioceńskie z okolic Oczkowic eksploatowano i przetwarzano w zakładach ceramicznych w Miejskiej Górce i Rozstępowie. O takich rokowaniach w przypadku iłów z rowu poznańskiego można sądzić też na podstawie badań Marca i Wyrwickiego (1982). Dotyczyły one rejonu Leszno Kalisz, a więc jak już wspomniano, częściowo pokrywającego się z obszarem rowu poznańskiego. Autorzy ci wykazali, że zalegające tu iły stanowią odmianę surowców wysokoplastycznych. Udział tej odmiany jest wśród nich dominujący i wynosi prawie 80%, zaś resztę stanowią surowce plastyczne 15% oraz średnio plastyczne 5%. Przyjmują one od 18 do ponad 28% wag. wody zarobowej. Są surowcami niskotopliwymi, a ich ogniotrwałość zmienia się w przedziale sp. Do wyjątków należą surowce o ogniotrwałości wynoszącej 138 sp. Część z nich spieka się maksymalnie już w zakresie temperatur C (niżej spiekające), inne zaś wyżej spiekające, w temperaturze C. Bardzo nisko spiekają się surowce zalegające w poziomie iłów zielonych z wykazaną asocjacją beidellit-illit-kaolinit. Spiekające się w wyższej temperaturze należą do odmian uboższych w minerały ilaste. Wykazują one obecność zespołu kaolinit-beidellit-illit, charakterystycznego dla poziomu iłów płomienistych. Wartości niektórych parametrów ceramicznych iłów poznańskich z nadkładu złóż węgla brunatnego położonych w rejonie Leszno Kalisza według Marca i Wyrwickiego (1982) są podane w tabeli 4.5. Zdaniem Marca i Wyrwickiego (1982) w przypadku eksploatacji węgla brunatnego ze złóż zlokalizowanych w rowie poznańskim, generalnie rysują się duże możliwości powiększenia bazy surowców ilastych związanych z neogeńską serią poznańską. Według tych autorów w rejonie tym zlokalizowane są 33 obszary, których powierzchnie zalegania są kompatybilne ze złożami węgla brunatnego. Można spodziewać się w nich surowców ilastych już na głębokości 5 10 metrów. Za najbardziej perspektywiczne uznali obszary zlokalizowane w byłym województwie leszczyńskim okolice miejscowości Kościan, Śmigiel, Wilkowo Polskie. Szacują, że zalega tutaj ponad 5000 mln m 3 surowców ilastych. Natomiast ich kubaturę w kolejnych złożach węgla brunatnego oceniają następująco (w mln m 3 ): Czempiń 747, Gostyń 1665, Góra 228, Krzywiń 1007, Oczkowice

241 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Tabela 4.5. Właściwości ceramiczne iłów serii poznańskiej z nadkładu złóż węgla brunatnego (Marzec i Wyrwicki 1992) Grupa surowców S w [%] Odmiana surowca W z [%] Nasiąkliwość Nz [% wag.] po wypaleniu w temperaturze [ C] R c [MPa] Chude 5,0 niżej spiekająca 18,0 18,3 19,3 20,6 14,8 Średnio plastyczne 5,1 8,0 wyżej spiekająca 19,8 15,4 15,7 14,1 24,4 Plastyczne 8,1 10,0 Wysoko plastyczne Bardzo wysoko plastyczne 10,1 12,0 12,1 wyżej spiekająca niżej spiekająca wyżej spiekająca niżej spiekająca wyżej spiekająca niżej spiekająca 22,9 23,0 25,6 26,6 27,9 28,5 13,5 13,5 13,0 11,7 13,2 13,0 11,4 10,4 11,2 10,2 10,0 10,4 11,2 5,0 9,1 4,7 7,8 3,8 36,6 66,0 50,3 58,6 52,5 53,3 Objaśnienia: S w skurczliwość wysychania, W z woda zarobowa, R c wytrzymałość na ściskanie. Marzec i Wyrwicki (1982) wykonali również badania technologiczne iłów poznańskich zalegających w nadkładzie złoża węgla brunatnego w Koźminie. Uzyskane przez nich wyniki dowodzą, że nadają się one do produkcji wyrobów grubościennych. Uzyskane po wypaleniu w temperaturze 950 C kształtki miały beżową barwę i wydawały metaliczny dźwięk. Analizując możliwości przyszłego wykorzystania iłów poznańskich ze złóż węgla brunatnego zlokalizowanych na obszarze rowu poznańskiego trzeba pamiętać i o tym, że głównie z uwagi na ich skład mineralny, a przede wszystkim charakter minerałów ilastych od dawna budzą one zainteresowanie z racji możliwości wykorzystania w innych niż przemysł mineralny technologiach. Wykazano, że stanowią one jedną z lepszych krajowych odmian sorbentów mineralnych. Istnieją także szanse ich zastosowania w odlewnictwie czy przemyśle chemicznym. I tych kierunków nie należy pomijać z myślą o ewentualnym przyszłym wykorzystaniu złóż węgla brunatnego w rowie poznańskim. Charakter litologiczny skał nadkładu złóż węgla brunatnego z rowu poznańskiego sprawia, że nie tylko iły mio-plioceńskie spełniać mogą kryteria kopalin towarzyszących. Są nimi także piaski trzeciorzędowe. Ich odmiany ze złoża Czempiń maja charakter kwarcowy. Nie wyklucza to możliwości ich wykorzystania przez przemysł szklarski. Inną kopalinę użyteczną stanowią licznie występujące w strefach przypowierzchniowych tych złóż głazy narzutowe. Jak wykazują doświadczenia innych kopalń węgla brunatnego, są one przydatne do produkcji kruszyw łamanych, zaś ich bogata kolorystyka sprawia, że służyć mogą również do produkcji galanterii kamiennej czy elementów wykładzinowych. 241

242 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Inne złoża węgla brunatnego 1. Złoże Trzcianka Złoże węgla brunatnego Trzcianka stanowi część rozległego węglonośnego trzeciorzędowego basenu sedymentacyjnego zachodniej Polski. Pierwsze prace geologiczno-poszukiwawcze za węglem przeprowadzono w nim jeszcze przed I wojną światową. Wykonano wówczas 42 otwory wiertnicze. Ich wyniki były na tyle zachęcające, że władze pruskie wydały nadania górnicze, stanowiące podstawę eksploatacji węgla. Wynikało to m.in. z pokładowego charakteru występowania. Wydobycie odbywało się metodą podziemną przy pomocy szybu i krótkich chodników. Po II wojnie światowej systematyczne prace geologiczno-dokumentacyjne podjęto w latach Ich wyniki umożliwiły wykonanie dokumentacji geologicznej złoża w kategorii B + C 1. W złożu węgla brunatnego Trzcianka trzeciorzęd zalega niezgodnie na mezozoiku. Jego dolną część stanowią iły przewarstwione pokładami węgla. Zasadniczy pokład ma grubość dochodzącą do 14 metrów. Nad nimi występują różnobarwne, mioplioceńskie iły poznańskie. Zostały one silnie zerodowane. Bywa, że w efekcie tego osady czwartorzędowe zalegają bezpośrednio na węglu. Miąższość nadkładu trzeciorzędowego jest nieduża. Wynosi od kilku do kilkunastu metrów. Wyjątkowo przekracza 20 metrów. Czwartorzęd stanowią przede wszystkim gliny zwałowe. W ich obrębie spotyka się soczewy piasków i żwirów. Przykrywają je mady rzeczne, piaski i torfy. Grubość tych osadów jest zmienna i wynosi od kilkunastu do 30 metrów. Uproszczony przekrój geologiczny oraz profil litologiczny złoża węgla brunatnego Trzcianka przedstawiają rysunki 4.15 i Rys Przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Trzcianka według Ciuka (1978) Objaśnienia: 1 2 czwartorzęd: 1 gliny zwałowe; 2 piaski i żwiry, 3 5 trzeciorzęd: 3 węgiel brunatny, 4 piaski, 5 iły i mułki 242

243 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Uproszczony profil litologiczny złoża węgla brunatnego Trzcianka według Ratajczaka i in. (1987) Objaśnienia: 1 gliny zwałowe, 2 iły, 3 mułki, 4 piaski, 5 skały węglanowe, 6 węgiel brunatny Iły mioplioceńskie z nadkładu węgla brunatnego Trzcianka stanowiły przedmiot zainteresowania Ratajczaka i in. (1992). Ich skład chemiczny podaje tabela 4.6. Zawartość SiO 2 jest w nich zróżnicowana (78,50 51,85% wag.), Al 2 O 3 mieści się też w szerokim przedziale od 17,64 do 10,3% wag. Ilość Fe 2 O 3 jest raczej stabilna, średnio ponad 3,5% wag. CaO przeważa nad MgO. Jego ilość średnio 3,58% wag. można uznać za dość wysoką. Sód występuje w niewielkich ilościach. Więcej jest w nich potasu (K 2 O w granicach od 1,29 do 2,04% wag.). Dominującym składnikiem okruchowym iłów jest kwarc. Jego ziarna odznaczają się różnym stopniem obtoczenia. Minerał ten występuje w dwóch formach jako drobne ziarna ostrokrawędziste lub większe dobrze obtoczone. Zauważono też agregaty wieloziarnowe. Bywają one silnie spękane. Spotyka się też okruchy gnejsów, granitów, fragmenty skał wylewnych, drobnoziarnistych piaskowców, węglanów (wapieni mikrytowych), kwarcytów. Obecne są też rozłożone szczątki roślinne. Stwierdzono również minerały żelaza (goethyt i hematyt). Zidentyfikowano gips. Pozostałe składniki detrytyczne to muskowit, rzadziej chloryt, biotyt. Zauważono ziarna skaleni (mikroklin, niekiedy dobrze zachowany ortoklaz, kwaśne plagioklazy). Obecne są także agregaty ziarnowe. Są to konkrecyjne skupienia wę- 243

244 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego glanów. Charakteryzują się one budową promienisto-sferyczną. Badania mineralogiczne wykazały, że mają one charakter syderytu dwufazowego oprócz normalnego węglanu, jego domieszkę stanowi odmiana wapniowa. Zwraca też uwagę stosunkowo duża ilość MnO we frakcji grubej, powyżej 60 µm. Najprawdopodobniej gromadzi się on w węglanach. Sugeruje to obecność w nich członu rodochrozytowego. Tabela 4.6. Skład chemiczny iłów mioplioceńskich ze złoża węgla brunatnego Trzcianka według Ratajczaka i in. (1991) Składnik Zawartość [% wag.] SiO 2 78,50 51,85 (66,30) TiO 2 0,85 0,60 (0,70) Al 2 O 3 17,64 10,30 (14,02) Fe 2 O 3 3,68 1,32 (2,66) CaO 12,45 1,45 (3,58) MgO 0,63 0,25 (0,42) MnO 1,15 0,55 (0,90) K 2 O 2,40 1,29 (1,71) Na 2 O 3,48 0,40 (1,02) Straty prażenia 21,26 4,90 (8,82) Uwaga: w nawiasach podano wartości średnie. Wśród minerałów ilastych dominują fazy o strukturach mieszanopakietowych typu smektyt-illit. Ilość pakietów pęczniejących wynosi w nich około 90% a przestrzenie między pakietami wypełnia kation Ca 2+. Ponadto wykazano obecność illitu i kaolinitu. Zasadniczym składnikiem frakcji ciężkiej są mikrokonkrecje. Niekiedy stanowią one 90% obj. Nieprzezroczyste, przyjmują formy pojedynczych kulek pirytowych o zróżnicowanej wielkości lub różnokształtnych agregatów framboidalnych. Iły mioplioceńskie ze złoża węgla brunatnego Trzcianka reprezentują odmiany tłuste, bezwapniste. Są plastyczną, a nawet bardzo plastyczną odmianą surowca. Niektóre ich partie są zanieczyszczone węglem brunatnym i siarczanami rozpuszczalnymi w wodzie (w ilości ponad 3% wag. SO 3 ). Zdecydowana ich większość stanowi odmianę surowca nadającą się do produkcji szerokiego wachlarza wyrobów materiałów budowlanych. Są przydatne do wytwarzania zarówno wyrobów grubościennych, cienkościennych, jak i drążonych. Z uwagi na dużą wrażliwość na suszenie w procesie technologicznym wymagać one będą jednak schudzania piaskiem. Odmiany z podwyższoną zawartością węgla i siarczanów wydają się być przydatne do produkcji wyrobów izolacyjnych o czerepie porowatym, np. cegły termalitowej. Wykonano badania mające na celu ustalenie właściwości sorpcyjnych iłów. Dotyczyły one sorpcji metali ciężkich, błękitu metylenowego i amoniaku. Okazało się, że możliwe jest ich zastosowanie jako nie najlepszych sorbentów mineralnych w ochronie środowiska, m.in. do oczyszczania wód czy ścieków przemysłowych, skażonych metalami ciężkimi. Po 244

245 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH aktywacji kwasowej ich jakość sorpcyjna ulega polepszeniu. Mogą wówczas znaleźć zastosowanie jako tzw. ziemie odbarwiające, oleje mineralne lub jadalne. Udział iłów w nadkładzie złoża w Trzciance wynosi około 60%. Całkowita kubatura nadkładu w bilansowej części złoża ma wielkość 1800 mln m 3. W tej masie około 250 mln m 3 stanowią mioplioceńskie iły poznańskie. 2. Złoże Rogóźno Złoże węgla brunatnego Rogóźno leży około 25 km na południe od Łodzi. Jego nagromadzenie zostało stwierdzone w trakcie geofizycznych prac poszukiwawczych prowadzonych już przed II wojną światową i w pierwszych latach powojennych. Badania te były wykonywane pod kierunkiem profesora S. Pawłowskiego. Późniejsze prace obejmujące prace geologiczne i hydrogeologiczne wykazały, że zaleganie węgla w okolicach Rogóźna związane jest z obecnością diapiru solnego. Tworzą go cechsztyńskie masy skalne, które przebiły formacje mezo- i kenozoiczne. Stąd też z myślą o przyszłej eksploatacji węgla opracowano wstępne założenia pod budowę kombinatu górniczo-chemicznego. Projekt ten poza eksploatacją i przetwórstwem soli kamiennej, przewidywał budowę opartej na wykorzystaniu węgla elektrowni, a także zakładów ceramicznych, bazujących na nadkładowych trzeciorzędowych i czwartorzędowych iłach oraz glinach. Wykonana później, bo w roku 1954 ekspertyza wykazała jednak, że ze względu na głębokość zalegania węgiel w Rogóźnie należy eksploatować głębinowo. Podjęto więc decyzję o zaniechaniu budowy odkrywki. Zalecono natomiast przeanalizowanie możliwości podziemnej eksploatacji. Projekt ten nie został zrealizowany. Zagadnienie to ponownie odżyło w latach Powrócono do studiów nad odkrywkową eksploatacją węgla. Stało się to możliwe dzięki zmianom kryteriów bilansowości, które zaczęły obowiązywać przy odkrywkowej eksploatacji węgla. Złoże ma kształt wydłużonej, nieregularnej soczewy, której dłuższa oś wykazuje przebieg z NW na SE o długości 2 km i szerokości około 1,5 km. Osady mioceńskie, tworzące formację brunatnowęglową ułożone są na starszym cechsztyńskim podłożu. Grubość warstw trzeciorzędowych jest zmienna, ze względu na istnienie w spągu szeregu wymyć wypełnionych odsadami trzeciorzędowymi. W takich miejscach dochodzi ona do 250 metrów miąższości. Są one przykryte utworami czwartorzędowymi. Schematyczny profil litologiczny złoża podaje rysunek W nawierconych osadach trzeciorzędowych można wyodrębnić całkowity profil osadów mioceńskich (rys. 4.18). Pod względem litologicznym składają się one z piasków, iłów oraz węgla. Około 70% mas skalnych nadkładu przypada na utwory luźne. W iłach, zalegających poniżej dolnego pokładu węgla, występują skupienia i warstewki węglanowe zbudowane z odmiany kalcytu-lublinitu (Kruszewski 1966, 1996). 245

246 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Uproszczony przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Rogóźno według Widery (2016) Rys Schematyczny profil litologiczny przez złoże węgla brunatnego Rogóźno według Kruszewskiego (1966) Objaśnienia: 1 węgiel brunatny, 2 piasek, 3 minerały węglanowe, 4 ił, 5 ił z piaskiem, 6 glina, 7 gips 246

247 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Utwory czwartorzędowe wykształcone są w postaci piasków, żwirów, mułków, glin zwałowych oraz iłów warwowych. Grubość ich waha się w przedziale od 22 do 60 metrów. Gliny zwałowe i piaski z głazami to efekt działalności akumulacji lodowcowej. W sąsiedztwie dolin rzecznych zalegają piaski i żwiry stożków napływowych. Dna tych dolin wypełniają mady i piaski rzeczne oraz w niewielkiej ilości torfy. Nie przeprowadzono badań technologicznych skał niewęglowych obecnych w złożu Rogóźno. Tym nie mniej historia prac geologiczno-poszukiwawczych w tym rejonie wykazała obecność kopalin uzasadniających budowę kombinatu górniczego. W tej sytuacji zarówno utwory solne, jak i różnorodne osady ilaste winny spełniać kryteria kopalin towarzyszących. Projekt kombinatu przewidywał funkcjonowanie zakładów ceramicznych opartych na eksploatacji nadkładowych iłów i glin. Rozważano także możliwość zagospodarowania niektórych partii piasków mających charakter kwarcowy do wykorzystania w przemyśle szklarskim.

248

249 Rozdział 5. Lokalne złoża węgla brunatnego 1. Definicje złóż lokalnych i dzieje ich eksploatacji Pojęcie małych, nazywanych także lokalnymi czy przypowierzchniowymi, czy płytko zalegającymi złożami węgla brunatnego, nie zostało do końca i jednoznacznie zdefiniowane. Mimo kilkakrotnych podejmowanych prób nie ustalono też w ich przypadku zasad dotyczących dokumentowania ich zasobów i górniczego zagospodarowania. Swoistego studium pojęć i definicji złóż lokalnych węgla brunatnego dokonała Blajda (red. 1983). Według tej autorki bodajże pierwsza taka próba wynikała z treści Zarządzenia Prezesa CUG z 1964 roku zawartej w Wytycznych dotyczących sposobu dokumentowania złóż węgla przeznaczonych do lokalnego wykorzystania. Za lokalne uznawały one nagromadzenia o zasobach mniejszych od 3 mln Mg, zalegające na głębokości do 10 m. Stosunek nadkładu do miąższości węgla powinien być w nich nie większy niż 4:1. Kryteria te uległy zmianie w 1969 roku również w wyniku odpowiednich rozporządzeń CUG. Za małe uznawały one złoża o zasobach nieprzekraczających 100 mln Mg (czyli kryterium zasobowe uległo wyraźnemu zwiększeniu w porównaniu z 1964 rokiem), zaś spąg pokładu powinien zalegać nie głębiej niż 50 m pod powierzchnią terenu. Znamienne, że ówczesne kryteria wprowadzały i rozróżniały pojęcie złóż lokalnych i płytko zalegających. Problem definicji złóż lokalnych w tym okresie był też przedmiotem treści odpowiednich norm branżowych. Matl (1988) za graniczną wielkość zasobów dla małych złóż podawał 50 mln. Mg. Ciuk i Piwocki (1983) uważali z kolei, że należą do nich płytko zalegające nagromadzenia węgla brunatnego (na głębokości m) o miąższości przekraczającej 1 m i zasobach od kilku do kilkunastu mln Mg. Kolejną próbę zdefiniowania tych złóż według Blajdy (red. 1983) można znaleźć w Zarządzeniu Prezesa CUG pochodzącym z 1980 roku (Informacja w sprawie prac ). Za lokalne uznawane są w niej złoża w których: y geologiczne zasoby udokumentowane, zarejestrowane lub szacunkowe są nie większe niż 50 mln Mg; 249

250 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego y pokłady węgla zalegają na głębokości do 20 m, a ich minimalna miąższości wynosi 1,5 m; y stosunek miąższości nadkładu do węgla nie przekracza wartości 4:1; y wartość opałowa węgla jest nie niższa niż 1200 kcal/kg. Według Neya i Matla (1983) zaleganie tych złóż charakteryzują korzystne warunki hydrogeologiczne i łatwość udostępnienia. Sprawia to, że geologiczno-górnicze warunki eksploatacji wydają się być w ich przypadku niezbyt uciążliwe. Na inny aspekt charakteryzujący te złoża zwrócili uwagę Kasiński i Piwocki (1992). Zdaniem tych autorów lokalność takich nagromadzeń wynika z ich usytuowania, utrudniającego podjęcie eksploatacji na skalę przemysłową. W ostatnim półwieczu kilkakrotnie podejmowano próby inwentaryzacji małych złóż węgla brunatnego. Zdaniem różnych autorów na terenie całego kraju zlokalizowanych jest około 360 nagromadzeń węgla spełniających kryteria złóż lokalnych (rys. 5.1). Tylko w przypadku około 60 obiektów zostały przeprowadzone badania złożowo-surowcowe obejmujące kopaliny towarzyszące (Malt 1991). Rys Lokalizacja lokalnych złóż węgla brunatnego na terenie Polski według Ratajczaka 1991 Objaśnienia: liniami ciągłymi zaznaczono granice makroregionów 250

251 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Małe złoża węgla brunatnego nie były dotąd w Polsce w sposób systematyczny i długotrwały eksploatowane. Wydobycie z nich miało charakter incydentalny i dotyczyło tylko niektórych. Miało to miejsce przed II wojną światową czy w latach czterdziestych i pięćdziesiątych ubiegłego wieku, a w przypadku złóż zlokalizowanych w zachodniej części kraju, nawet w XIX stuleciu. Tym niemniej kilkakrotnie stanowiły przedmiot zainteresowania resortu górnictwa i energetyki. Miało to miejsce zazwyczaj wówczas, kiedy sygnalizowano dające się przewidzieć w krótszym czy dalszym horyzoncie czasowym trudności wynikające z bilansu paliwowego kraju. Planowano wtedy ich wykorzystanie zazwyczaj przez jednostki spoza centralnego, państwowego przemysłu węgla brunatnego, np. przez przedsiębiorstwa gospodarki rolnej, terenowe lub spółdzielcze, a nawet inwestorów czy spółki prywatne. Jednak w zasadzie żadna z podejmowanych przez dziesiątki lat uchwał czy programów dotyczących zagospodarowania tych złóż nie doczekała się realizacji. Tym nie mniej kilkakrotnie miało miejsce zainteresowanie władz centralnych sugerujące możliwość ich eksploatacji. Dotyczyło to roku 1957, lat oraz przełomu lat siedemdziesiątych i osiemdziesiątych ubiegłego wieku. Kończyło się jednak zazwyczaj wykonaniem różnorakich opracowań inwentaryzacyjnych i weryfikacyjnych, nieobjętych planami inwestycyjnymi. Przyczyn takiej sytuacji było wiele. Jedną z nich stanowił zapewne brak w ich przypadku jednoznacznie jasnej koncepcji rozwiązań prawnych i organizacyjnych (a w dalszej kolejności i technicznych). Również przemysł energetyczny, kluczowy jeżeli chodzi o ich wykorzystanie, traktował te zagadnienia jako marginalne. W ostatnich jednak latach brak zainteresowania tymi złożami, a nawet dająca się zauważyć utrata perspektyw i szans ich eksploatacji, wynikała w znacznym stopniu z szeroko rozumianych problemów ochrony środowiska. Okazało się, że część z nich jest zlokalizowana na terenach chronionych czy wręcz na obszarach parków krajobrazowych, uniemożliwiających jakąkolwiek działalność górniczą. Kolejną, ostatnią jak dotąd, próbę rozwiązania zagadnień lokalnych złóż węgla brunatnego podjęto, jak wspomniano, w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku. W czasach tych funkcjonował energochłonny model rozwoju gospodarki krajowej. Głównymi konsumentami energii pozostawały przemysł i budownictwo. Ważną rolę w bilansie energetycznym odgrywały też inne działy rolnictwo, gospodarstwa domowe i tzw. usługi zbiorowe. Jednocześnie o prognozach dotyczących możliwości pozyskiwania surowców energetycznych formułowany był pogląd, że w horyzoncie czasowym do 2000 roku nasz kraj miał dotknąć deficyt energii. W związku z tym zaczęto podejmować kroki zmierzające do złagodzenia lub zlikwidowania tego ewentualnego kryzysu. Wówczas to po raz kolejny przypomniano sobie o niedocenianych i zapomnianych złożach lokalnych węgla. Próby rozwiązania tego problemu przybierały różne formy. Jedną z nich było finansowanie przez władze państwowe m.in. Ministerstwo Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa oraz Ministerstwo Edukacji Narodowej tematów naukowo-badawczych dotyczących zagadnień krajowych zasobów kopalin energetycznych. Dwa z nich, odnoszące się do lokalnych złóż węgla brunatnego, były realizowane w Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie przez funkcjonujące wówczas jednostki organizacyjne tej uczelni Instytut Surowców Energetycznych oraz Instytut Geologii i Surowców Mineralnych. Dotyczyły one: 251

252 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego y Kierunków zagospodarowania naturalnych surowców energetycznych ze złóż lokalnych na potrzeby regionalne; y Analizy możliwości wykorzystania kopalin towarzyszących małym złożom węgla brunatnego. Uzyskane w trakcie realizacji tych tematów rezultaty dotyczące kopalin towarzyszących w złożach lokalnych, stały się m.in. treścią dwóch opracowań o charakterze monograficznym (Ratajczak 1991; Ratajczak i in. 1992). Podejmowane w przeciągu ostatnich kilkudziesięciu lat prace geologiczno-dokumentacyjne nie doprowadziły do sytuacji, aby w przypadku chociażby jednego ze złóż lokalnych podjęto eksploatację. Tak więc nie tylko charakterystykę surowcową kopalin towarzyszących, stanowiącą treść tej monografii, ale i wszystkie dotychczasowe wyniki prac geologiczno-złożowych dotyczących tych złóż, należy uznać w ich przypadku za swego rodzaju podzwonne. Raczej nie istnieją realne przesłanki rokujące ich wykorzystanie w dającej się przewidzieć przyszłości. Również obecna sytuacja dotycząca szeroko rozumianego energetycznego przetwarzania węgla brunatnego, a wynikająca m.in. z prerogatyw Unii Europejskiej dotyczących problemów środowiska, każe raczej pesymistycznie oceniać możliwości zagospodarowania tych złóż. Klasyfikacja kopalin towarzyszących w rejonach płytkiego zalegania złóż węgla brunatnego powinna uwzględniać następujące czynniki: y kryterium wieku i charakteru litologicznego, y ustalenie zasobów, y lokalizację, tzn. obecność w złożu czy też w jego sąsiedztwie (wielkość oddalenia), y określenie kierunku utylizacji, tzn. przeznaczenia surowcowego, y możliwość wykorzystania i przetwarzania na miejscu lub poprzez przekazanie innym odbiorcom. Problem kopalin towarzyszących w złożach lokalnych wynikał ze specyfiki tych złóż. A ta związana była m.in. z wielkością zalegających w nich zasobów węgla. Pozwalało to na inne podejście do zagadnień kopalin towarzyszących i miało szansę być rozpatrywane w korzystniejszych układach obejmujących całą problematykę geologiczno-górniczą tych nagromadzeń. Sytuacja wyglądała nieco inaczej, aniżeli miało to miejsce w przypadku złóż eksploatowanych. Prace studialne prowadzone w odniesieniu do małych złóż wykazały bowiem niską efektywność zagospodarowania samego węgla. Ekonomiczne kryteria działalności gospodarczej przyszłych kopalń w tej sytuacji mogłyby się okazać, w niektórych przypadkach, barierą utrudniającą podjęcie eksploatacji. Konieczne zatem stało się poszukiwanie obniżenia kosztów pozyskiwania węgla. W tym celu poczyniono próby oceny ekonomicznej celowości wykorzystania kopalin towarzyszących z tych złóż. Okazało się, że zagospodarowanie tych kopalin może w istotny sposób podnieść efektywność funkcjonowania zakładów górniczych eksploatujących te nagromadzenia. W zagadnieniach związanych z kopalinami towarzyszącymi w małych złożach węgla pozytywna i optymistyczna wydaje się być jeszcze inna okoliczność. Jest nią fakt, że te same jednostki gospodarcze czy administracyjne, które miałyby udostępnić oraz wykorzystać złoże, mogą i powinny zagospodarować kopaliny towarzyszące. 252

253 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Na nierozerwalność tych zagadnień zwrócili uwagę Ciuk i Piwocki (1983), a także Pajda i Ratajczak (1990). Uważali oni i dowodzili, że wykorzystanie kopalin towarzyszących w przypadku złóż lokalnych może stać się źródłem dodatkowych korzyści gospodarczych. Doprowadzić też powinno do powiększenia lokalnej bazy surowcowej. Aby zrealizować te cele, należało rozwiązać dwa problemy: y określić jakość surowcową tych kopalin; y zaproponować sposób ich zagospodarowania (przetwórstwo i zbyt) przy wykorzystaniu w tych procesach węgla brunatnego jako źródła energii. W monografii charakterystykę geologiczno-surowcową kopalin towarzyszących zalegających w lokalnych złożach węgla brunatnego oparto na klasyfikacji zaproponowanej przez Blajdę i Góreckiego (1988). Dotyczyła ona ówczesnego podziału administracyjnego kraju z podziałem na makroregiony, województwa i gminy. Proponując tę klasyfikację, autorzy posłużyli się stopniem udokumentowania i rozpoznania złóż węgla brunatnego. Wyróżnili w związku z tym złoża o zasobach udokumentowanych, zarejestrowanych i szacunkowych. Uwzględnili też złoża eksploatowane w przeszłości lub stwierdzone otworami wiertniczymi. Szczególną uwagę zwrócili na rejony odznaczające się znaczną ilością złóż, nagromadzeń i wystąpień węgla brunatnego. Matl (1988) wyróżnił na obszarze Polski dziesięć takich stref. Nazywał je właśnie makroregionami. Największe ilości małych, przypowierzchniowych złóż zlokalizowane są w makroregionach południowo-zachodnim i południowo-wschodnim (rys. 5.2). Z kolei makroregion środkowo-zachodni (zlokalizowany jest w nim konińsko-turkowski okręg eksploatacji węgla) charakteryzuje się tym, że istnieje w nim szereg małych złóż, z których część można traktować jako satelitarne lub rezerwowe dla istniejących kopalń węgla brunatnego. Są to m.in. omówione w rozdziale III Główiew, Ochle, Rumin, Uniejów a także Bilczew, Drzewce, Zarzewek. Lokalne złoża węgla brunatnego to przede wszystkim trzeciorzędowe nagromadzenia tej kopaliny. Występują głównie na terenie Niżu Polskiego, na przedpolu Karpat (zapadlisko przedkarpackie) i w niektórych nieckach zapadliska w obrębie fliszu karpackiego. Szczególnie korzystne warunki sprzyjające ich powstaniu miały miejsce wzdłuż południowej i południowo-zachodniej krawędzi zasięgu trzeciorzędu w Polsce (Dolny Śląsk i przedpole Sudetów). Marginalnie zalicza się do tych złóż także ich nagromadzenia związane z węglonośnymi utworami liasu zlokalizowanymi w okolicach Siewierza i Zawiercia. Również one w przeszłości miały znaczenie gospodarcze. Na Niżu Polskim zalegają też odosobnione małe złoża węgla brunatnego zlokalizowane poza istniejącymi strefami czy makroregionami. 2. Makroregion południowo-zachodni W makroregionie południowo-zachodnim zlokalizowane są dwie strefy charakteryzujące się znaczną obecnością nagromadzeń węgla brunatnego o charakterze lokalnym. 253

254 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Są nimi strefa świdnicka i zgorzelecko-bolesławiecka (Matl 1988). Budowa geologiczna niektórych złóż tego makroregionu oznacza się pewną specyfiką. Polega ona na tym, że węgiel brunatny nie stanowi w nich kopaliny podstawowej. Są nią bardzo często kaoliny i iły czy gliny kaolinowe. Ze względu na swoją przydatność surowcową kopaliny te zalicza się do odmian ogniotrwałych. W wielu przypadkach zostały udokumentowane, są eksploatowane a surowce przetwarzane. Tworzą one m.in. Jaroszowski Okręg Eksploatacji Glin Ogniotrwałych i Surowców Kaolinowych. Tym niemniej od wielu lat notowane jest zainteresowanie węglem brunatnym obecnym w tych nagromadzeniach. Niekiedy zostały one udokumentowane geologicznie. Lokalizacja niektórych tych złóż jest przedstawiona na rysunku 5.3. Rys Strefy koncentracji małych złóż węgla brunatnego w Polsce według Matla (1988) Objaśnienia: strefy: I świdnicka, II zgorzelecko-bolesławiecka, III żarska, IV zielonogórska, V świebodzińsko-ośniańska, VI gorzowska, VII bydgoska, VIII konińska, IX radomska, X zawierciańska; złoża: A Sulechowo, B Łączki, C- Polska Nowa Wieś, D Ciągowice, E Trzydnik Mały, F i G nagromadzenia we fliszu podhalańskim, H Grudna Dolna 254

255 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Małe złoża węgla brunatnego w Jaroszowskim Okręgu Eksploatacji Glin Ogniotrwałych i Surowców Kaolinowych według Matla (1991) Objaśnienia: 1 złoża iłów i węgla brunatnego, 2 krawędź zasięgu pokrywy trzeciorzędu Strefa świdnicka obejmuje Nieckę Strzegomską. Stanowi ona brzeg przedsudeckiego zalegania miocenu na przedgórzu Sudetów. Jej osady spoczywają na metamorficznym i krystalicznym podłożu. Procesy genetyczne związane z powstawaniem trzeciorzędowych nagromadzeń węgla stały się przyczyną znacznych przeobrażeń tych skał, prowadzących do utworzenia kaolinowych zwykle pokryw zwietrzelinowych. W strefie tej zlokalizowane są następujące złoża: Kalno, Lusina Udanin, Pichorowice, Rusko Jaroszów, Sadlno, Siedlimowice, Żarów. Strefa zgorzelecko-bolesławiecka obejmuje silnie rozczłonkowane fragmenty pokrywy trzeciorzędowej na obszarze niecki północno-sudeckiej. Produktywne utwory miocenu powstały tutaj w szeregu małych basenów sedymentacyjnych, sprzyjających utworzeniu nagromadzeń węgla brunatnego. Makroregion ten obejmuje również Ziemię Lubuską. Obfitowała ona i nadal obfituje w liczne nagromadzenia węgla brunatnego, które w przeszłości eksploatowano. Według obecnej terminologii spełniały one kryteria złóż lokalnych. Zlokalizowane były m.in. na 255

256 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego terenie Łuku Mużakowa czy w okolicach Łęknicy. Specyfika ich dotyczyła tego, że istniały warunki do swoistego sprzężonego współdziałania eksploatacji węgla i współwystępujących z nim kopalin niewęglowych. Należały do nich piaski szklarskie, iły ceramiczne, a w wśród nich rzadko spotykane gliny ałunowe*. Intensywny rozwój przemysłu ceramicznego na skalę przemysłową rozpoczął się na tych terenach w XIX wieku, z chwilą uruchomienia kopalń węgla brunatnego. Powstał wówczas bardzo wydajny przemysł ceramiczny, a także szklarski. Koźma (2016) w obrębie polskiej części Łuku Mużakowa wykazał funkcjonowanie 28 kopalń węgla brunatnego czynnych w latach (rys. 5.4). Współwystępowanie w nich lub bliskie sąsiedztwo złóż iłów ceramicznych oraz piasków i żwirów uzasadniało obecność hut szkła oraz cegielni. Działalność górnicza w okolicach Mużakowa rozpoczęła się w 1821 roku i pierwotnie dotyczyła właśnie eksploatacji iłów i mułków ałunowych występujących wśród węglonośnych utworów neogenu ponad pokładami węgla. Do podgrzewania surowca i ługowania gorącą wodą ałunu używano początkowo drewna, a później zaczęto stosować w tym celu węgiel brunatny. W całym rejonie wydobywano też iły ceramiczne (gliny garncarskie) początkowo z samodzielnych odkrywek a następnie jako kopaliny towarzyszące. Powszechnie występujące w obrębie węglowych serii mioceńskich drobnoziarniste piaski kwarcowe wykorzystywane były jako surowiec szklarski. W mniejszej skali do celów budowlanych stosowano także piaski i żwiry czwartorzędowe. Często zakłady górnicze i cegielnie czy huty szkła znajdowały się pod jednym zarządem. W gminie Żary przez długi czas odbiór węgla gwarantowała np. cegielnia w Twardocicach. Trwało to aż do roku W Chwaliszowicach przez szereg lat kopalnia węgla należała do miejscowych zakładów ceramicznych. Poniżej przedstawiono charakterystykę kopalin towarzyszących zalegających w niektórych lokalnych złożach tego makroregionu Złoże Siedlimowice Węgiel brunatny w tym złożu był eksploatowany już w XIX wieku. Jego dokumentowanie rozpoczęto jednak dopiero w latach sześćdziesiątych ubiegłego stulecia. Wstrzymane na pewien czas prace zaczęto kontynuować na nowo w roku Zgodnie z przedłożonym przez CUG Ramowym programem prac geologicznych na obszarach płytko zalegających złóż węgla brunatnego było ono przewidziane do rozpoznania w pierwszej kolejności (Dyląg 1982). O budowie geologicznej złoża węgla brunatnego Siedlimowice informuje schematyczny przekrój geologiczny (rys. 5.5). * Ałun to uwodniony siarczan glinowo-potasowy, występuje w formie ziarnistych skupień będących zwietrzeliną skał ilastych oraz węgli brunatnych, zawierających piryt i inne siarczki. Na skalę przemysłową jest stosowany w garbarstwie (wyprawianie skór), w farbiarstwie, w papierniach czy do produkcji wyrobów kosmetycznych. 256

257 GEOLOGICZNO-SUROWCOWE ASPEKTY ZAGOSPODAROWANIA KOPALIN TOWARZYSZĄCYCH Rys Rozmieszczenie kopalń węgla brunatnego i surowców mineralnych w polskiej części Łuku Mużakowa według Koźmy (2016) 257

258 kopaliny towarzyszące W złożach węgla brunatnego Rys Schematyczny przekrój geologiczny przez złoże węgla brunatnego Siedlimowice według Matla (1991) Objaśnienia: 1 gliny zwałowe, 2 piaski, 3 iły, 4 iły zamulone, 5 węgiel brunatny, 6 zwietrzelina skał magmowych Iły kaolinowe Złoże położone jest w obrębie masywu granitoidowego Strzegom Sobótka. Jego podłoże bywa zróżnicowane litologicznie. Stwierdzono obecność w nim łupków: kwarcowo-łyszczykowych i kwarcowo-skaleniowych. Lokalnie zalegają też granity oraz orto- i paraamfibolity. Wiek tych skał jest interpretowany rozmaicie od proterozoiku do ordowiku. W swych partiach stropowych w okresie paleogenu uległy intensywnemu wietrzeniu. Przeważały zapewne procesy kaolinityzacji i serycytyzacji. W ich efekcie utworzyła się strefa zwietrzelinowa, której grubość jest zmienna. Waha się w granicach od 3 do prawie 40 metrów. Utwory te zalegają bezpośrednio na podłożu magmowo-metamorficznym. Stanowią je jasnoszare lub białawe kaoliny. Ich podstawowym składnikiem mineralnym jest kaolinit (rys. 5.6). Obecność tego minerału w naturalnych odmianach iłów wynosi 65 70% wag. Towarzyszą mu niewielkie ilości illitu, smektytu, substancji organicznej, a zwłaszcza kwarcu. Utwory te należą do odmian bardzo drobnoziarnistych. Udział w nich ziarn mniejszych od 2 μm przekracza 94% wag. Zawartość Al 2 O 3 jest w nich stosunkowo duża ponad 32% wag. Ilość Fe 2 O 3 wynosi 3,82% wag. (tab. 5.1). Ogniotrwałość iłów jest dość wysoka. Wynosi 173 sp. Stwarza realne przesłanki do zastosowania ich przy produkcji szamotowych wyrobów ogniotrwałych. Inne możliwości wykorzystanie przez przemysł papierniczy, gumowy czy szklarski wydają się być dyskusyjne. Wynika to ze zbyt dużej w nich zawartości Fe 2 O 3 prawie 4% wag. i związanej z tym zbyt niskiej białości, jak również składu ziarnowego. Iły te częściowo spełniają wymagania stawiane kaolinom klasy III B dla przemysłu ceramicznego. Realna była perspektywa eksploatacji tych kopalin po wybraniu pokładu węgla. Sytuację tę komplikował jednak fakt, że w niektórych partiach złoża węgiel podścielała seria osadów mioceńskich, utrudniająca wydobywanie kaolinów. 258