Odczyn i przewodnictwo elektrolityczne wybranych mater.powęgl.stosowanych w rek.pdf

O chrOna Ś rOdOwiska i Z asObów n aturalnych nr 41, 2009 r .

Krzysztof Boroń*, Sławomir Klatka*, Marek Ryczek*,

Tadeusz Koperski**, Barbara Lech**

ODCZYN I PRZEWODNICTWO ELEKTROLITYCZNE WYBRANYCH

MATERIAŁÓW POWĘGLOWYCH STOSOWANYCH W REKULTYWACJI

REACTION AND ELECTROLYTIC CONDUCTIVITY OF CHOSEN COAL

MINE WASTE USED IN LAND RECLAMATION

Słowa kluczowe: odpady powęglowe, rekultywacja biologiczna.

Key words: mine wastes, land reclamation.

Among many methods of management of wastes, the most eficient one is their use. Such

wastes instead of to be stored in special heap, can be use in civil engineering and in land

reclamation. The example of coal mine wastes used in land reclamation are wastes from

the Szczygłowice Hard Coal Mine in Knurów and Carbohumus and Geodex-bio produced

based upon technologies worked out by Stock Company Haldex. The results of reaction and

electrolytic conductivity of examined material measurements taking into account possibility

of their use in land reclamation were presented in the work. The results show that exam-

ined wastes are characterized by optimal reaction for plants. Determined values of electro-

lytic conductivity for Carbohumus and Geodex-bio exceeded the ones taken as hazard for

not irrigated soils after Nowosielski [1974]. Raised salinity is connected with origin of mate-

rial and its chemical and mineralogical compound. The analysis of obtained results allows

to state, that they can be suitable diagnostic properties facilitating selection of proper spe-

cies for biological land reclamation. Taking into account raised salinity of examined mate-

rial, using of it in land reclamation should be followed by application of various methods for

substratum improvement.

* Prof. dr hab. Krzysztof Boroń, dr inż. Sławomir Klatka i dr inż. Marek Ryczek – Katedra

Rekultywacji Gleb i Ochrony Torfowisk, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie im. H. Kołłątaja,

Al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków; tel.: 12 662 40 15; e-mail: rmboron@cyf-kr.edu.pl

** Mgr inż. Tadeusz Koperski, mgr Barbara Lech – HALDEX Spółka Akcyjna,

pl. Grunwaldzki 8-10, 40-951 Katowice; tel.: 32 786 95 52.

385

Krzysztof Boroń, Sławomir Klatka, Marek Ryczek...

1. WproWadzenie

Koncentracja przemysłu wydobywczego na Górnym Śląsku oraz to, że węgiel ka-

mienny stanowi podstawowe paliwo energetyczne w kraju sprawia, że ilość odpadów wy-

twarzanych przez sektor wydobywczy będzie nadal głównym i dominującym strumieniem

odpadów przemysłowych w tym regionie [Boroń, Klatka 1999, Boroń i in. 2007]. W ustawie

o odpadach wydobywczych [Ustawa... 2008] określono zasady wydobywania i składowa-

nia odpadów wydobywczych oraz procedury uzyskiwania zezwoleń na prowadzenie takiej

działalności. Zgodnie z przywołaną ustawą każdy wytwórca odpadów został zobowiązany

do stosowania takich sposobów poszukiwania i wydobywania rud i innych kopalin, które

zapobiegną lub zminimalizują ilość powstających odpadów oraz ograniczą ich negatyw-

ne oddziaływanie na środowisko i zdrowie oraz życie ludzi. Przedsiębiorcy wydobywający

kopaliny przed rozpoczęciem prac muszą mieć opracowany program gospodarowania od-

padami wydobywczymi. Materiały odpadowe powstające w wyniku działalności przemysłu

wydobywczego oraz powstałe na bazie odpadów powęglowych są coraz częściej wykorzy-

stywane w budownictwie drogowym i hydrotechnicznym oraz w rekultywacji terenów zde-

gradowanych.

Na możliwość stosowania odpadów powęglowych, a zwłaszcza mułów węglowych,

w rekultywacji zwraca uwagę Strzyszcz i Łukasik [2008].

Według tych autorów muły te mogą być wykorzystywane do rekultywacji zwało-

wisk odpadów skalnych i przeróbczych górnictwa węgla kamiennego. Aby możliwe było

wykorzystanie materiałów powęglowych w rekultywacji technicznej i biologicznej, ko-

nieczna jest wiedza na temat ich oddziaływania na środowisko przyrodnicze. Do tego

celu niezbędne jest przede wszystkim rozpoznanie składu chemicznego materiałów,

ich właściwości izycznych i izykochemicznych oraz parametrów geotechnicznych. Do

czynników itochemicznych, mających wpływ na proces rekultywacji biologicznej z wy-

korzystaniem materiałów powęglowych zalicza się między innymi: odczyn i zasolenie

[Boroń, Klatka 1999].

Przykładowymi materiałami wykorzystywanymi do rekultywacji są odpady powęglowe

Kopalni Węgla Kamiennego „Szczygłowice” w Knurowie oraz Carbohumus i Geodex-bio.

Dwa ostatnie, wytwarzane za pomocą specyicznych technologii opracowanych przez Spół-

kę Akcyjną HALDEX, stanowią przykład przekształcania odpadów węglowych w produkty

wykorzystywane gospodarczo [Koperski i in. 2008].

Celem pracy była analiza odczynu i przewodnictwa elektrolitycznego właściwego mate-

riałów powęglowych Kopalni „Szczygłowice” oraz Geodexu-bio i Carbohumusu pod kątem

ich rekultywacyjnego wykorzystania.

386

Odczyn i przewodnictwo elektrolityczne wybranych materiałów powęglowych...

2. ZAKRES I METODY BADAŃ

Badaniami objęto trzy typy materiałów stosowanych w rekultywacji:

● materiały wykorzystywane na terenach rekultywacyjnych Kopalni „Szczygłowice”

w Knurowie, wśród których dominują odpady powstające przy poszukiwaniu i wydo-

bywaniu kopalin oraz odpady z lotacyjnego wzbogacania węgla; w ich składzie wy-

stępują głównie iłowce, w mniejszej ilości mułowce i piaskowce karbońskie [Klatka

i in. 2007]; aktualnie odpady przeróbcze i polotacyjne Kopalni są poddawane odzy-

skowi oraz wykorzystywane do rekultywacji terenów zdegradowanych eksploatacją

górniczą;

● Carbohumus, który stanowią muły popłuczkowe przetworzone w łatwo transportowalny

granulat według technologii „Haldex S.A” [Koperski i in. 2008];

● Geodex-bio, wytwarzany na bazie kruszyw powęglowych z dodatkiem stabilizowanych

osadów ściekowych według opatentowanej technologii Haldex S.A. [2008].

Badania terenowe na obszarze Kopalni „Szczygłowice” prowadzono na czterech

obszarach zwałowisk pogórniczych o łącznej powierzchni ok. 150 ha. W ich ramach, po

wstępnym rozpoznaniu, pobrano do badań laboratoryjnych 20 próbek materiału z czterech

obszarów oznaczonych: „Korfanty”, „Bierawka1” „Jagielnia” i „Wilcza”. Analizy laboratoryjne

Geodexu-bio i Carbohumusu przeprowadzono na reprezentatywnych próbach pobranych

z wegetacyjnych poletek doświadczalnych na obiekcie „Haldex S.A.-Makoszowy” w Za-

brzu, na których prowadzony jest eksperyment dotyczący możliwości wzrostu roślin na

tych podłożach. Próbki do badań pobierane były losowo w kilku miejscach i zmieszane,

tworząc tak zwaną próbkę mieszaną. W laboratorium oznaczono odczyn w 1 n KCl i H 2 O

oraz przewodnictwo elektrolityczne. Oznaczenie odczynu wykonano metodą potencjome-

tryczną przy użyciu elektronicznego pH-metru C-315m. Wartość pH H 2 O i pH KCl oznaczo-

no w roztworach w stosunku 1:2,5 H 2 O lub 1n KCl. Przewodnictwo elektrolityczne właści-

we wyznaczono metodą konduktometryczną, w roztworach w stosunku badany materiał :

woda = 1 : 2,5, za pomocą konduktometru typu OK 102/1 i CC-318.

3. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Przeprowadzone badania wykonane zostały zgodnie z procedurami stosowanymi

w ocenie gruntów podlegających rekultywacji i metodami standardowo stosowanymi w gle-

boznawstwie [Namiernik i in. 1995]. W tabeli 1 zamieszczono średnie wyniki oznaczeń od-

czynu i przewodnictwa elektrolitycznego.

Wyznaczone wartości pH H 2 O dla materiału „Szczygłowice” zawierały się w przedziale

7,18 do 7,75, natomiast wartości pH KCl od 7,12 do 7,62. Dla Carbohumusu i Geodexu-bio

wartości pH H 2 O wynosiły odpowiednio 6,52 i 7,52, natomiast wartości pH KCl – 6,41 i 7,36.

Badane materiały wykazywały odczyn od słabo kwaśnego do słabo alkalicznego.

387

Krzysztof Boroń, Sławomir Klatka, Marek Ryczek...

W rekultywacji biologicznej odczyn podłoża wywiera bezpośredni wpływ na wzrost, roz-

wój i plonowanie roślin. Najbardziej korzystny w odniesieniu do większości roślin jest od-

czyn od słabo kwaśnego do obojętnego. Wyniki oznaczenia pH badanych materiałów wska-

zują, że charakteryzuje je odczyn optymalny dla większości roślin uprawnych. W próbkach

pobranych z terenów rekultywacyjnych Kopalni „Szczygłowice” odczyn charakteryzuje pew-

na zmienność. Zmienność ta jest efektem zmienności mineralogicznej i różnej podatności

na procesy wietrzenia. Według Greszty i Morawskiego [1972] największa zmienność cha-

rakteryzuje materiały pobrane z terenów rekultywacyjnych młodych, ale w dłuższym okresie

dochodzi na tych terenach do wyrównania pH. Odczyn badanych materiałów jest szczegól-

nie istotną cechą w razie ich wykorzystania jako środka ulepszającego techniczne podłoże

na zwałowiskach górnictwa węgla kamiennego. W większości przypadków odczyn takich

hałd jest kwaśny, a wykorzystanie omawianych materiałów w metodzie dekoncentracji (roz-

cieńczenia) może zmniejszyć lub wykluczyć konieczność wapnowania.

Tabela 1. Odczyn i przewodnictwo elektrolityczne właściwe badanych materiałów

Table 1. Reaction and electrolytic conductivity of chosen materials

Materiał

Badany obiekt

pH H 2 O

pH 1 n KCl

Przewodnictwo

eletrolityczne

[mS·cm -1 ]

„Korfanty”

7,75

7,62

1,35

„Szczygłowice”

„Bierawka”

7,52

7,35

0,84

„Jagielnia

7,64

7,41

0,74

„Wilcza”

7,18

7,12

0,68

Carbohumus „Haldex-Makoszowy”

6,52

6,41

2,25

Geodex-bio „Haldex-Makoszowy”

7,52

7,36

4,35

Wyznaczone wartości przewodnictwa elektrolitycznego zawierały się w przedziale od

0,68 do 1,35 [mS·cm -1 ] materiałów z terenów Kopalni „Szczygłowice” oraz 2,25 [mS·cm -1 ]

dla Carbohumusu i 4,35 mS·cm -1 dla Geodexu-bio. W próbkach pobranych z obszaru „Kor-

fanty” oraz dla Carbohumusu i Geodexu-bio wartości przewodnictwa elektrolitycznego wła-

ściwego przekroczyły granicę 1,0 mS·cm -1 , uznawaną za krytyczną dla gleb nienawadnia-

nych [Nowosielski 1974].

Przewodnictwo elektrolityczne jest uznawane za miarę zasolenia gleby. Wpływ wyso-

kich wartości zasolenia podłoża na rośliny przejawia się głównie w utrudnieniach pobo-

ru wody [Boroń, Szatko 2000]. W próbkach pobranych z obiektu „Korfanty” przekrocze-

nie wartości normatywnych nastąpiło jedynie w niewielkim zakresie. W Geodexie-bio na

wartość przewodnictwa elektrolitycznego wpływa suma soli rozpuszczalnych półproduktów

wykorzystywanych na etapie jego produkcji. Strzyszcz i Leśniak [2008] zwracają uwagę

na znaczną zawartości siarczków (głównie pirytów) w mułach popłuczkowych z niektórych

kopalń. Czynnik ten może decydować o wartości przewodnictwa elektrolitycznego Carbo-

humusu. Tereny rekultywacyjne kopalń węgla kamiennego cechuje na ogół duża zawar-

388

Odczyn i przewodnictwo elektrolityczne wybranych materiałów powęglowych...

tość soli rozpuszczalnych w wodzie. Tereny te, szczególnie świeżo usypane, charakteryzuje

również duża zmienność w rozmieszczeniu soli [Greszta i Morawski 1972]. Prawidłowość tą

zaobserwowano na badanych obszarach Kopalni „Szczygłowice”.

Przeprowadzona analiza odczynu oraz przewodnictwa elektrolitycznego właściwego

badanych materiałów wskazuje, że mogą być one wykorzystywane w rekultywacji i zago-

spodarowaniu biologicznym. Rozwój roślin może jednak ograniczać zasolenie.

4. WNIOSKI

1. Odczyn badanych materiałów był mało zróżnicowany i posiadał wartości w granicach

pH H 2 O od 6,52 do 7,75 oraz pH KCl od 6,42 do 7,62. Carbohumus charakteryzował odczyn

lekko kwaśny, Geodex-bio oraz materiały powęglowe Kopalni „Szczygłowice” zaś od-

czyn lekko zasadowy. Jest to odczyn korzystny dla większości roślin uprawnych i sto-

sowanych w rekultywacji biologicznej. Wyznaczone wartości przewodnictwa elektro-

litycznego właściwego przekraczały normy przyjmowane dla gleb nienawadnianych

określone przez Nowosielskiego [1974]. Najniższe zasolenie zanotowano w odniesie-

niu do materiałów z Kopalni „Szczygłowice”, a następnie w odniesieniu do Carbohumu-

su i Geodexu-bio.

2. Wyznaczone wybrane właściwości izykochemiczne badanych materiałów mogą być

przydatną cechą diagnostyczną, umożliwiającą dobór i zastosowania odpowiednich

gatunków roślin do rekultywacji biologicznej. Ze względu na podwyższone wartości

przewodnictwa elektrolitycznego właściwego, na etapie wykorzystywania omawianych

materiałów w rekultywacji rozważyć należy możliwość stosowania różnych metod ulep-

szania podłoża, np. przemywanie i dekoncentracja. Innym rozwiązaniem może być do-

bór odpowiednich gatunków roślin odpornych na zasolenie lub stosowanie dodatków

substancji biologicznie czynnych, wspomagających rozwój roślin.

PIŚMIENNICTWO

BOROŃ K., KLATKA S. 1999. Evaluation of farmland degradation induced by coal mine ac-

tivity. 10 th International Soli Conference, May 23-28, 1999, Purdue University, USA,

118–121.

BOROŃ K., SZATKO E. 2000. Biological aspect of soda waste decanters reclamation in the

former Kraków Soda Plant “SOLVAY”. The Forth International Conference of the Inter-

national Afiliation of Land Reclamationis. Nottingham, United Kingdom.

GRESZTA J., MORAWSKI S. 1972. Rekultywacja nieużytków poprzemysłowych. PWRiL.

KLATKA S., BOROŃ K., RYCZEK M. 2007. Wybrane właściwości odpadów powęglo-

wych w aspekcie możliwości ich rekultywacji i zagospodarowania przyrodniczego.

Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych. Instytut Ochrony Środowiska. Zeszyt 33.

389

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: