1. Co oznacza tzw. klark pierwiastka, jakimi jednostkami może być wyrażony, które składnikami skorupy ziemskiej mają wysokie wartości klarka, a które niskie?
Klark pierwiastka – oznacza średnie zawartości poszczególnych składników litosfery. Nazwa „klark” powstała na cześć amerykańskiego badacza F.W. Clarke`a, który w latach 1880-1890 prowadził badania nad składem litosfery. Dane podane przez Clarke`a były później korygowane przez Goldchmidta, Fersmana, Saukowa i Winogradowa. Klarki podaje się w % lub ppm.
W miarę zmniejszania się klarku zmniejsza się częstość występowania złóż, jednocześnie rośnie też trudność ich wykrycia. Przykładem złóż rzadkich są złoża F, Ba, Sr, S.
Pierwiastki o wysokich klarkach – tworzą zazwyczaj liczne złoża, które są masowo eksploatowane. Znane są jednak przypadki, w których pierwiastki o wysokich klarkach rzadko tworzą złoża o wartości przemysłowej, np. żelazo i glin, które wprawdzie są pospolitymi składnikami skorupy ziemskiej, jednak znaczenie surowcowe mają tylko te ich skupienia, które odpowiadają wymogom współczesnej technologii hutniczej. W związku z tym nie jest wykorzystywany glin występujący w skałach ilastych w granicach 20-35% Al2O3. Nie ma także praktycznego znaczenia żelazo zawarte w bazaltach, gabrach czy amfibolitach, chociaż jego zawartość w tych skałach jest znaczna (w bazaltach – ok. 8%, w gabrach – 9%, w amfibolitach 9-10%).
Podobnie fosfor oraz tytan mimo wysokich klarków rzadko tworzą skupienia, kwalifikujące się do przemysłowego wykorzystania. Przeważnie występują w rozproszeniu, a sporadycznie ich skupienia są zdatne do eksploatacji.
Pierwiastków o klarkach wysokich: Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg.
Pierwiastki o małych klarkach – rzędu od n∙10-2 do n∙10-7 a nawet n∙10-16 %, głównie metale, rzadziej tworzą złoża. Ich rozmieszczenie w skorupie ziemskiej jest nierównomierne, mniejsza jest też ich produkcja. Duża część tych pierwiastków występuje w stanie rozproszenia i jest uzyskiwana ubocznie przy produkcji innych metali. Powoduje to że problemy związane z poszukiwaniem złóż pierwiastków o niskich klarkach są trudne.
Współczynnik koncentracji – jest miarą trudności odkrycia złoża. Wyraża ile razy klark złoża jest wyższy od klarku środowiska skalnego, np. klark złoża miedzi wynosi 1,0%, a skał 0,01%. Współczynnik koncentracji miedzi wynosi zatem 100. Współczynniki koncentracji pospolitych pierwiastków o klarkach wysokich (Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg) są małe i nie przekraczają 20. Złoża tych pierwiastków są pospolite łatwe do wykrycia. Tylko nierównomierność ich rozmieszczenia w skorupie ziemskiej powoduje lokalny deficyt tych surowców. Pierwiastki o wyższych klarkach mają mniejszy współczynnik koncentracji. Pierwiastki o niższych klarkach odznaczają się większymi współczynnikami koncentracji rzędu setek a nawet tysięcy. Prawdopodobieństwo wystąpienia skupienia pierwiastka o niskim klarku jest zatem mniejsze, a trudności wykrycia takiego skupienia większe.
Przeciętny skład chemiczny najbardziej zewnętrznej części litosfery (do 16 km) wg Winogradowa wygląda następująco:
a) 8 pierwiastków, występujących w ilości większej niż 1 % stanowi ok. 99% ogólnego składu litosfery i zalicza się do nich: tlen, krzem, glin, żelazo, wapń, sód, potas, magnez
b) 3 pierwiastki o zawartościach rzędu n∙10-1 stanowiące 0,8% składu litosfery: tytan, wodór, węgiel
c) 13 pierwiastków o zawartościach rzędu n∙10-2 stanowiące 0,487% składu litosfery: mangan, fosfor, siarka, bar, chlor, stront, rubid, fluor, chrom, cyrkon, wanad, azot, miedź
d) Pozostałe pierwiastki stanowią znikomą część litosfery
2. Podział geochemiczny pierwiastków wg .Goldschmidta (wraz z przykładami i głównymi właściwościami)
Podział Goldschmidta uwzględnia powinowactwo chemiczne pierwiastków względem tlenu i siarki w porównaniu z powinowactwem żelaza i wyróżnia 5 geochemicznych grup pierwiastków:
· pierwiastki syderofilne - pierwiastki chem. o powinowactwie chem. względem tlenu i siarki nie większym niż typowe dla żelaza; gł. składniki jądra Ziemi; np. żelazo, kobalt, nikiel, chrom, molibden, platyna, fosfor
· pierwiastki chalkofilne - grupa pierwiastków chem., które w skorupie ziemskiej występują szczególnie najczęściej w postaci siarczków; np. miedź, cynk, ołów, srebro, złoto, rtęć, cyna, siarka, arsen, antymon, bizmut, german
· pierwiastki litofilne - pierwiastki chem. występujące w skorupie ziemskiej gł. w postaci związków z tlenem będących minerałami skałotwórczymi; np. krzem, wapń, potas, glin, tlen, fluor, chlor, sód, bar, beryl, tytan, wanad, cez, wolfram, brom, jod, cyrkon,
· pierwiastki atmofilne - pierwiastki chem. odznaczające się lotnością (występujące w stanie gazowym w warunkach normalnych) lub dające z tlenem związki łatwo lotne, gromadzące się w atmosferze ziemskiej i hydrosferze; np. gazy szlachetne, azot, wodór, hel, argon,
· pierwiastki biofilne - pierwiastki chem. wchodzące w skład organizmów żywych, niezbędne do budowy ich ciała oraz do procesów przemiany materii; np. węgiel, wodór, tlen, azot, siarka, fosfor, chlor, jod, wapń, potas, glin, żelazo, magnez, sód, krzem.
3. Definicja złoża (cechy szczególne złóż; cechy decydujące o wartości ekonomicznej złoża)
Złoże – naturalne nagromadzenie kopaliny użytecznej które może być przedmiotem eksploatacji, która może przynieść korzyść gospodarczą.
Złoże – to takie miejsce w litosferze, gdzie klark pierwiastka jest większy w złożu niż w skorupie ziemskiej.
Cechy szczególne złóż:
a) ograniczoność złoża – wyraża się określoną ilością. Stanowi ona trudną do przekroczenia barierę rozwoju gospodarczego i tym samym zmusza do dążenia powiększenia bazy surowcowej i szukania najkorzystniejszych sposobów pokrywania krajowych deficytów surowcowych np. przez import. Ograniczoność jest spowodowana jest głównie tym, że granice złóż są określone i zamknięte. Każdy kraj posiada określony, lecz ograniczony zasób kopalin, który wystarczy na określony czas.
b) wyczerpalność zasobów – wynika ona z pomniejszenia wskutek eksploatacji górniczej złóż aż do ich zupełnego wybrania. Zależy ona od wielkości produkcji urobku w określonym okresie czasu.
c) nieodnawialność zasobów – wyraża się tym, że nadaje się one tylko do jednorazowego wydobycia i wykorzystania. W ogromnej większości zasoby nie wykazują zdolności regeneracji – tylko niektóre zasoby są częściowo odnawialne, np. zasoby piasków i żwirów eluwialnych, złóż okruchowych niektórych kopalin użytecznych. Odnawialne są natomiast zasoby soli Na, K, Cl, Br w wodzie morskiej, wody powierzchniowe i wgłębne (w ograniczonym zakresie).
d) trudna dostępność do złoża dla człowieka – spowodowana przede wszystkim głębokością występowania i panującymi na danej głębokości czynnikami górniczo-geologicznymi
e) zniszczalność zasobów – polega na tym, że otrzymane z nich, raz użyte surowce mineralne ulegają na ogół bezpowrotnemu zniszczeniu, np. surowce energetyczne, chemiczne, ceramiczne (zasoby paliw spalone są tracone na zawsze). Tylko pewna część może być użytkowana wielokrotnie, np. niektóre metale.
f) Nierównomierność geograficznego rozmieszczenia – jest uwarunkowana przede wszystkim budową geologiczną poszczególnych obszarów.
O wartości ekonomicznej złoża czyli o opłacalności jego eksploatacji decydują m.in.:
a) rodzaj i jakość kopaliny – kopaliny o niskiej jakości mogą się okazać nieopłacalne.
Na jakość kopaliny wpływ ma m.in. zawartość składników użytecznych.
b) wielkość złoża – ma znaczenie przy określeniu zdolności wydobywczej kopalni
(funkcja ilości zasobów oraz okresu amortyzacji nakładów inwestycyjnych)
c) koszt udostępnienia i eksploatacji złoża – wielkość nakładów inwestycyjnych i okres ich amortyzacji
d) spełnienie kryteriów bilansowości (bilansowe – opłaca się eksploatować, pozabilansowe – w danej chwili nie opłaca się eksploatować ale przypuszczalnie w przyszłości eksploatacja stanie się opłacalna)
e) głębokość zalegania i forma występowania złoża – co przekłada się na trudność wydobycia i konieczność zastosowania odpowiedniej metody eksploatacji – a to z kolei ma znaczenie przy określaniu kosztów wydobycia (różnica w kosztach poszczególnych metod urabiania itd.)
f) cena rynkowa surowca i popyt – określa czy na daną kopalinę istnieje zapotrzebowanie (zbyt) i czy jej cena rynkowa pozwoli na zwrot kosztów poniesionych podczas jej wydobywania
g) negatywny wpływ eksploatacji na środowisko – złoże może się okazać nieopłacalne (jego eksploatacja), jeśli w wyniku wydobywania kopaliny spowodowałoby się znaczną degradację środowiska, zwłaszcza jeżeli złoże zalega na obszarze szczególnie ważnym i wymagającym ochrony (np. gdy na powierzchni znajdują się cenne zabytki, rezerwaty przyrody, parki narodowe itp.)
h) straty zasobów kopaliny - należy również rozpatrzyć, czy nie powstaną zbyt duże straty
i) czynniki regionalne - o geologiczno-ekonomicznej wartości złoża decydują również czynniki regionalne (położenie geograficzne, stosunki klimatyczne, stosunki komunikacyjne, stosunki demograficzne, możliwości zaopatrzenia w wodę, energię, materiały, itp.)
4. Podział złóż ze względu na:
a) Budowę:
Grupa I - złoża o prostej budowie geologicznej, łatwe do interpretacji, ciągłe co najwyżej stopnie zaburzenia, zmienności miąższości, jakość kopaliny i zasobność; zmienność parametrów złożowych do 30%
Grupa II - złoża o zróżnicowanej budowie geologicznej –część złoża posiada prostą budowę; zmienność parametrów 30-60%
Grupa III - złoża o skomplikowanej i zróżnicowanej budowie geologicznej lub nie dającej się przedstawić na mapach i przekrojach w sposób jednoznaczny, silnie zaburzone tektonicznie, nieciągłe, zmienność miąższości i jakości kopaliny; zmienność parametrów pow.60%
b) częstość występowania:
Wg książki Kozłowskiego:
- złoża unikatowe
- złoża rzadkie
- złoża pospolicie występujące
LUB:
- złoża unikatowe – unikatowe w skali kraju, o wyjątkowej wartości (np. złoto, alabaster)
- złoża rzadkie w skali kraju (znane tylko kilka złóż) lub złoża skoncentrowane w danym regionie (np. złoże rud Zn-Pb, Cu, S)
- złoża rzadkie w skali regionu – rzadkie tylko w regionie, w którym występują udokumentowane złoże
- złoża powszechnie występujące
5. Definicja surowca mineralnego i podział ze względu na: pochodzenie (genezę) i głębokość przetworzenia
Surowiec mineralny - składnik litosfery, hydrosfery, atmosfery lub biosfery, odłączony od środowiska naturalnego i przystosowanego do użytkowania praktycznego przez człowieka.
Podział ze względu na genezę:
a) Pierwotne:
- główne
- towarzyszące (wydobywane obok surowca głównego)
- współwystępujące (surowce o znaczeniu równorzędnym)
b) wtórne – zużyte wyroby wykonane na bazie tego surowca, który ma być z niego wykorzystany
c) pochodne – uzyskiwane przez przeróbkę chemiczną surowców pierwotnych
d) syntetyczne – posiadają skład chem., wartości fizyczne co ich naturalne odpowiedniki ale wyprodukowane wg formuły przygotowanej przez człowieka, np. kwarc syntetyczny, kamienie szlachetne
e) substytuty – pozwalają zastąpić surowce naturalne, mają zbliżone właściwości użytkowe lecz inny skład chemiczny i inne własności fizyczne.
Podział ze względu na głębokość przetworzenia:
- urobek górniczy – gliny, węgiel brunatny
- rudy w stanie nieprzetworzonym przekazywane do huty – aluminium
- koncentraty po przeróbce mechanicznej – cynku, ołowiu, miedzi, piryt, ruda siarki
- koncentraty po przeróbce termicznej – rudy węglanowe, gliny ogniotrwałe
- wyroby wielkopiecowe – surówka, stal
- żelazostopy – żelazokrzem, żelazochrom, żelazo nikiel
- metale staliwne
- metale nieżelazne – miedź, cynk, ołów
- metale lekkie – aluminium, magnez, beryl
- surowce przemysłu petrochemicznego – koks, oleje, benzyna, smary
- surowce przemysłu chemicznego – karbit, soda, kwas siarkowy, kwas fosforowy
- materiały budowlane – wapno, cement, gips budowlany
6. Scharakteryzować krótko etapy działalności na złożu (cel; efekty)
- poszukiwanie złoża (działalność geologiczna na złożu)
- porównanie obszaru, na którym mogą znajdować się złoża, do analogicznego obszaru geologicznego, na którym nie ma złóż (lub są złoża)
- badania terenowe polegające na wierceniu (finansowane przez Ministerstwo Środowiska)
- bilansowanie złoża
- wyznaczenie granicy obszaru złoża (przy pomocy kryteriów bilansowania)
- sporządzenie mapy geologicznej złoża (która obejmuje rozpoznanie i budowę złoża, jego granice, obszar udokumentowany, rodzaj, jakość i ilość kopaliny, określenie górniczo-geologicznych warunków wydobycia)
- projektowanie (ocena technicznych możliwości zagospodarowania złoża, sporządzanie dokumentacji hydrograficznej, hydrogeologicznej, hydrotechnicznej, rozpoznanie infrastruktury)
- eksploatacja (powstają straty eksploatacyjne – wydobywcze, gdy nie można w całości złoża eksploatować)
...
madziula0001