Surowce ilaste – materiał niewdzięczny, ale jakże praktyczny

Surowce ilaste to kopaliny dość powszechnie występujące w Polsce, których potencjał wciąż jest na nowo odkrywany. O złożach, najnowszych badaniach i perspektywach zastosowań tych surowców rozmawiamy z dr Arkadiuszem Gąsińskim, adiunktem na Wydziale Geologii Uniwersytetu Warszawskiego, specjalizującym się w badaniach surowców ilastych.

 

 

  • Surowce ilaste - w popularnym przekonaniu kojarzą się głównie z gliną, natomiast do tej kategorii należą kopaliny o bardzo różnych właściwościach i zastosowaniach. Czym więc są te surowce, co stanowi ich cechy charakterystyczne?

 

Arkadiusz GąsińskiSurowce ilaste to takie materiały, których głównym składnikiem są minerały ilaste. Są to minerały o właściwościach specjalnych: charakteryzują się drobnym uziarnieniem – są to bardzo drobne ziarna o pokroju blaszkowym. Ponadto niektóre z nich mają właściwości pęczniejące, a także plastyczne, dzięki czemu można z nich formować różne wyroby - tak jak ceramikę, na przykład: jakieś garnuszki czy płytki. Ważne jest to, że, część tych materiałów ma właściwości ogniotrwałe, co oznacza, że po wypaleniu w wysokiej temperaturze, taki materiał jest odporny na działanie ognia. Ciekawą ich cechą są również właściwości sorpcyjne, gdzie skład chemiczny nie jest stały. Polega to na tym, że pewne jony mogą być wymieniane w ich strukturze na inne. I to wszystko czyni je interesującymi dla przemysłu.

Jeśli chodzi o wiek samych skał, są to typowo młode skały: czwartorzędowe bądź trzeciorzędowe. Wynika to z tego, że z czasem podlegają diagenezie – modyfikacji struktury i przejściu w takie może mniej interesujące, łupkowe skały, bardziej znane nam z występowania i tworzenia gazu. Zatem surowce ilaste występują typowo w skałach młodszych, aczkolwiek jednymi ze starszych utworów są surowce permskie i niekiedy starsze, mające 300 do 350 mln lat, które to, mimo wieku zachowały swoje właściwości plastyczne i są używane do wyrobu materiałów ceramiki budowlanej. Są to na przykład złoża występujące w rowie Sławkowa, tj. czerwone iły sławkowskie, zwane zwyczajowo glinami.

 

  • Wspomniał Pan o minerałach ilastych związanych z występowaniem gazu łupkowego…

 

Minerały ilaste są głównym składnikiem łupków, w których obecnie poszukiwany jest gaz ziemny. W tego typu skałach minerały te maja wiele znaczeń. Po pierwsze, badając ich strukturę, możemy wnioskować o temperaturach, jakim dana skała została poddana, co ma duże znaczenie przy generowaniu węglowodorów. Po drugie podczas przemian termicznych minerały te mogą zmniejszać swoją objętość, co sprzyja powstawaniu porowatości skały - właściwości kluczowej dla magazynowania gazu łupkowego. Niektóre typy minerałów ilastych mogą mieć tu niekorzystny wpływ. Chodzi o minerały pęczniejące, których ewentualna obecność może przyczynić się do zatykania dróg przepływu gazu przy wystąpieniu zjawiska pęcznienia tych minerałów podczas wydobycia, pod wpływem wody lub substancji organicznych. Stąd skład fluidów używanych do wydobycia gazu łupkowego musi być również niekiedy modyfikowany również pod kątem możliwości pęcznienia minerałów ilastych.

 

  • Niegdyś zarówno w samej Warszawie jak i okolicach było dużo zakładów wydobywających surowce ilaste i wykorzystujących je do produkcji cegieł. Obecnie jest ich niewiele…

 

Tak, zgadza się. Wynika to z tego, że kiedyś było tu dużo zakładów, które zostały zlikwidowane, uległy konsolidacji - weszły duże firmy, koncerny budowlane, które mają swoje własne złoża. Zdominowały produkcję i podaż na rynku i w zasadzie tych małych graczy troszkę z tego rynku wygoniły. Dla nas to także szkoda, ponieważ my jako naukowcy wykonywaliśmy dla nich badania. Natomiast te duże koncerny mają swoje własne laboratoria, pracownie.

Poza tym, na dzień dzisiejszy tych surowców trochę mniej potrzeba. Teraz są inne technologie – na przykład beton komórkowy jest popularniejszy, co zmniejszyło zapotrzebowanie na samą cegłę.

 

  • Czy zastosowania surowców ilastych inne niż ceramika budowlana są teraz bardziej popularne?

 

Tak są one częstsze, przy czym nie wymagają takich dużych ilości tych materiałów. Dlatego bardziej zwraca się uwagę na jakość surowca, a nie ilość. Na przykład te wielkie złoża w okolicach Warszawy nie są na tyle dobrej jakości aby można było je stosować w kosmetyce czy w przemyśle chemicznym, tylko raczej właśnie do budowlanki.

Jeśli chodzi o surowce, powiedzmy dla ceramiki szlachetnej albo przemysłu chemicznego, to raczej obszar południowy: Dolny Śląsk, Góry Świętokrzyskie, częściowo również Małopolska, ale głównie Dolny Śląsk, okolice Bolesławca, również Strzegomia i Strzelina.

 

  • Czy są takie surowce ilaste, na które jest w Polsce zapotrzebowanie, ale nie występują tutaj lub jest ich zbyt mało i potrzebny jest import?

 

Tak, są takie surowce, których obecnie nam brakuje, dlatego się je sprowadza. Występują one w Polsce, ale nie mają odpowiednich parametrów, a my nie mamy technologii przeróbki tych surowców, żeby uzyskiwać na miejscu materiały o odpowiedniej czystości, strukturze. U nas niestety się tego jeszcze nie stosuje. Są więc takie materiały, które w zasadzie są już półproduktami, po obróbce chemicznej, które się sprowadza. Na przykład wermikulity – taki bardzo lekki materiał ilasty, ekspandowany. Występują one co prawda w naszym kraju, ale w niedużych ilościach. Wymagają obróbki termicznej, zdecydowanie trudniejszej i tego się po prostu u nas jeszcze nie robi. Ponadto takie czyste montmorillonity, na przykład jak w preparatach stosowanych na dolegliwości żołądkowe – są to złoża aż spod Paryża. W Polsce w ogóle materiały oparte na kopalinach ilastych używane do czyszczenia czy technologii chemicznej nie powstają – u nas nikt się tym nie zajmuje na skalę przemysłową, mimo że materiał z niektórych złóż po obróbce bez problemów nadawałby się do tego typu celów. Trudno powiedzieć, czy to się nie opłaca, czy po prostu technologia takiej przeróbki jest zbyt droga i trudna dla polskich przedsiębiorców.

Ponadto niektóre materiały ceramiki szlachetnej, szczególne typy glin, również są sprowadzane, między innymi z Niemiec, ale to raczej takie lokalne sprawy. Generalnie surowce ilaste są dosyć tanie w związku z tym ich transport się nie opłaca gdyż stanowiłby główną część tej ceny. 

 

  • Czy jesteśmy samowystarczalni w kwestii surowców ilastych czy uzależnieni od dostaw zagranicznych?

 

kaolinit

Kaolinit - zawarty w nim kaolin to surowiec

ilasty wykorzystywany m.in do produkcji

ceramiki (porcelany), a także

do celów kosmetycznych;

źródło: wikipedia.pl

Myślę, że Polska jest samowystarczalna jeśli chodzi o surowce ilaste. Mamy swoje złoża, z tym że w różnych miejscach w kraju występują różne typy tych złóż. Jeśli chodzi o ceramikę budowlaną złoża występują w Polsce północnej i centralnej, i są związane z iłami zastoiskowymi albo glinami polodowcowymi a także ze skałami paleogenu i neogenu. Natomiast surowce dla ceramiki szlachetnej dominują w Polsce południowej: na Dolnym Śląsku, w Górach Świętokrzyskich. Niecka Tomaszowska jest natomiast rejonem gdzie występują piaski szklarskie, w których spoiwem jest kaolin i jest on także udostępniany jako produkt uboczny, dobrej jakości. Tym zajmują się między innymi zakłady w Opocznie czy Tomaszowie Mazowieckim – używające kaolinu jako surowca do ceramiki płytkowej, łazienkowej. Zwykle tak się dzieje, że jak jest surowiec, stawia się obok zakład, unikając zarazem kosztów transportu.

 

 

  • Jakie są perspektywy znalezienia w Polsce nowych złóż surowców ilastych? Czy podejmuje się w kraju tego typu poszukiwania? Czy zainteresowani są nimi przedsiębiorcy?

 

W tej chwili mamy na tyle dużo złóż, że poszukiwanie nowych nie jest naszym głównym celem, choć niejako przy okazji dokumentuje się je. Na przykład jak szuka się złóż kruszyw naturalnych, czy węgli brunatnych, to wówczas bada się nadkład, który potem trzeba zdjąć. Przy okazji dokumentacji, czasem okazuje się, że skała ilasta występuje właśnie jako kopalina towarzysząca. Takim przykładem są kaoliny z Jegłowej, gdzie znane były ich wcześniejsze wystąpienia, jednak znaleźliśmy nowe żyły materiału o cennych właściwościach. Dzieje się to także przy okazji, poszukiwania surowców ilastych. Prowadzi się raczej badania właściwości, zastosowań do nowych technologii…

Być może za mało mamy kaolinów jak na nasze potrzeby, dlatego czasem je sprowadzamy, głównie z Czech, gdzie są tańsze. Tam geologicznie powstały większe masywy granitoidowe, które ulegają wietrzeniu w złożach o dużej miąższości – u nas są one troszkę mniejsze. Prawo ekonomii: nie ma granic, więc jak gdzieś jest trochę tańszy materiał to lepiej go sprowadzić, a nie poszukiwać.

 

  • Czy przedsiębiorcy interesują się i poszukują u ludzi nauki nowych informacji o badaniach właściwości surowców ilastych?

 

Tak, jest zainteresowanie, może nie duże, ale są czasem ciekawe sprawy wynikające z takich zapytań. Na przykład mieliśmy ostatnio zapytanie z cegielni, dotyczące problemu z barwą po wypaleniu materiału. Prowadzimy takie badania: z czego takie problemy mogą wynikać, jak ewentualnie poprawić żeby nie było defektów w materiale. Na pewno również AGH jest takim ośrodkiem, gdzie istnieje cały dział zajmujący się aplikacją struktur zaawansowanych, modyfikowanych pod kątem różnych zastosowań sorpcyjnych czy katalitycznych. Tam takie materiały są badane. U nas, na Wydziale Geologii UW są badane głównie właściwości ceramiczne, ogniotrwałość no i oczywiście właściwości sorpcyjne. Ostatnio również na Wydziale Geologii prowadzone są badania nad materiałami kompozytowymi z udziałem skał ilastych oraz nanomateriałami.

 

  • Czy występujące w Polsce minerały ilaste nadają się do celów kosmetycznych?

 

surowiec ilasty

Ziarna pigmentu niebieskiego perłowego, w dużym powiększeniu. Pigment o strukturze łyszczyku (minerału ilastego) pokryty jest drobnymi nanokryształami rutylu i barwiony wanadem; przykład nanomateriału wykorzystywanego jako pigment do kosmetyków, lakierów itp.; fot. A. Gąsiński

Tak, są to głównie surowce kaolinowe. Z tego co wiem były takie próby, robiono maseczki kaolinowe i sprzedawano parę lat temu. Ale produkt nie chwycił, może było w nim za dużo kwarcu, skórę „rysowało”…

Ciekawe jest zastosowanie mik jako nośnika barwników. To jest takie cienkie płaskie ziarno pokryte jeszcze cieńszą warstewką tlenku tytanu i ma różne domieszki – wanadu, żelaza – co daje różne barwy: niebieską, żółtą, czerwoną… Takie barwniki są używane do kosmetyków i dekorowania metali, czy też plastików. Z tymże w Polsce miki nie są w ten sposób wykorzystywane, bo generalnie do celów kosmetycznych lepiej sprawdzają się materiały syntetyczne – są czystsze, naturalnych raczej się nie używa. W Polsce były próby uzyskania takiego pigmentu, nawet sam w nich uczestniczyłem. Było to ciekawe, ale ewentualne zastosowanie zależy od ilości, a tutaj to nie są duże ilości, rzędu tysięcy ton, więc raczej to był jedynie ciekawy eksperyment.

Jeszcze talk jest takim ważnym surowcem, do produkcji maseczek czy podkładów. W Polsce talk również występujew niewielkiej ilości, na Dolnym Śląsku, np. w skałach Masywu Ślęży.

 

  • Nasze pytanie wynika z tego, że w kosmetyce popularny ostatnio staje się nurt naturalnych, nieprzetworzonych substancji roślinnych, popularne są też naturalne gliny, dużo ich jest sprowadzanych. Czy w Polsce występują takie surowce?

 

Są takie gliny zielonkawe, czerwonawe… Oczywiście kwestia dokładnych badań laboratoryjnych i klinicznych nad właściwościami, atestami. Osobiście sądzę, że polskie kaoliny i talk byłyby tu świetnym materiałem. Cieszy mnie to, że aktualnie jest taki trend aby te materiały wykorzystywać, na przykład te z okolic Bolesławca czy Nowogrodźca, jednak są to nieduże ilości.

 

  • A inne zastosowania? Surowce ilaste to pojęcie bardzo szerokie – do tej grupy zalicza się materiał o różnej charakterystyce. Które z właściwości surowców ilastych są najbardziej poszukiwane w gospodarce?

 

Surowce ilaste mają różne zastosowania, trzeba tylko pamiętać, że ilościowo nie musi być ich dużo, ważna jest tu jakość. Materiały syntetyczne w dużej mierze zastępują materiały naturalne, bo są one dużo czystsze, a mają pożądane właściwości. Co prawda są trochę droższe, ale jeśli nie są potrzebne duże ilości, nie ma to takiego znaczenia.

W większych ilościach materiały ilaste są wykorzystywane jako izolatory szkodliwych substancji migrujących np. w składowiskach śmieci, odpadów radioaktywnych, toksycznych substancji, gdyż nie przepuszczają szkodliwych jonów czy promieniowania radioaktywnego. Głównie wykorzystywane są tak iły montmorillonitowe, iły beidelitowe, na przykład z kopalni węgla brunatnego Bełchatów, gdzie w dużej mierze są udostępniane przy eksploatacji węgla. Ważny jest tu przede wszystkim niski współczynnik filtracji: woda może filtrować przez nie wolno, niemalże w ogóle – musi to być niemalże całkowicie szczelna warstwa. Po drugie – sorpcja. Różne szkodliwe jony – chromu, miedzi, kadmu – muszą w te minerały niejako „wchodzić”. Te minerały oddają wówczas wapń czy potas z własnej struktury a umieszczają w swej strukturze pierwiastki szkodliwe. I to jest bardzo korzystne. Tak można wykorzystać ich właściwości jako naturalny sorbent. Jest to tanie i łatwo dostępne, bo te minerały często występują w Polsce. Jeśli chodzi o badania nad tym, to wyniki były interesujące. Owszem materiały syntetyczne są tu lepsze: sorbują więcej, sorbują lepiej, tylko są dużo droższe w produkcji i trudniej je uzyskać w potrzebnej ilości. A tu mamy za darmo, to co nam w zupełności wystarcza. I to jest to, o co chodzi.

 

  • A czy mogą być stosowane jako filtr do oczyszczania wody?

 

Nie bardzo, bo to taka plastelina, więc zatrzymywałaby przepływ wody, mogąc zapchać rury. Powolne przesiąkanie natomiast zajmowałoby zbyt dużo czasu. Jedynie gdyby ustalić poziom wody w zawiesinie i wychwytywać szkodliwe substancje, to może dałoby to wówczas jakiś efekt, ale trzeba najpierw mieszać a potem jeszcze odfiltrować tę wodę... Eksperymentowałem tak z jonami chromu, ołowiu i kilku innych pierwiastków. Badałem m. in. w jaki sposób wielkość promienia jonowego różnych jonów metali wpływa na ich możliwość usuwania przez minerały ilaste. I to nawet zdało egzamin, szczególnie dla chromu i cynku. Pozostałe pierwiastki (np. ołów) gorzej, bo przeszkadzał niedopasowany, zbyt duży promień jonowy. Bo tak to właśnie jest, że taka struktura, jedne pierwiastki lepiej przyjmuje, niektóre gorzej – kwestia rozmiaru jonu.

Teraz mówi się dużo o tym, że zapewne będzie w Polsce elektrownia jądrowa i pojawi się kłopot gdzie składować materiały radioaktywne. I tu mamy trzy wyjścia: albo możemy to zrobić w skałach solnych – w dawnej kopalni, w wydrążonej w pokładzie soli komorze umieszczamy odpady. Sól jest dobra, jeśli jest jej gruba warstwa, bo nie przepuszcza wody i szkodliwych substancji. Po drugie – są skały granitowe, w których też można wydrążyć głęboko komory i umieścić odpady. Ale również świetne są tu skały ilaste, bo izolują od szkodliwego oddziaływania, mają duże miąższości i mogą wchłonąć szkodliwe pierwiastki do swojej struktury. W Belgii i Francji tak właśnie składuje się odpady radioaktywne.

 

  • Czy przed surowcami ilastymi rozwijają się nowe perspektywy zastosowań? 

 

Nowe perspektywy jak najbardziej są. Tu takie magiczne słowo – nanomateriały. Surowce ilaste są zbudowane z takich bardzo cienkich płytek o bardzo drobnych rozmiarach, w związku z tym się je dysperguje i robi się z nich różne ciekawe materiały. Polega to na tym, że materiał musi być rozdrobniony do nano wymiarów. Ciekawostką jest, że podstawowa komórka kryształu, na przykład illitu, ma wymiar niemal dokładnie 1 nanometra – taki symboliczny wymiar. Najczęściej do nanomateriałów są wykorzystywane minerały z grupy montmorillonitu i kaolinitu. Poddane odpowiednim modyfikacjom powierzchni, mogą być rozproszone np. w matrycy polimerowej w postaci płaskich, ultracienkich blaszek o grubości rzędu nanometrów, i dużo większych dwóch pozostałych wymiarach. Współcześnie tego typu materiały służą do otrzymywania nanokompozytów, do regulowania właściwości reologicznych, jako absorbenty gazów oraz jako nośniki lekarstw lub nawozów sztucznych.

Warte uwagi jest to, że samym tylko surowcom ilastym są poświęcone aż cztery pisma naukowe o najwyższej randze światowej. W Polsce jest to temat wyraźnie mniej zauważany. Naukowcy z innych uczelni mają tu pewne osiągnięcia, my też się staramy. Ale wciąż jest to temat pomijany, trudny, niewdzięczny. Trzeba się troszkę w błocie pobawić, materiały nie są takie ciekawe jak na przykład rubiny. Natomiast technologicznie szuka się dla nich aplikacji i znajduje się ich coraz więcej. Ciekawym przykładem zastosowań, właśnie jako nanomateriały, są tu katalizatory w przemyśle chemicznym – do produkcji np. ogniw paliwowych. Szuka się materiałów, które obniżą temperaturę spalania różnych plastików, z których później uzyskuje się węglowodory, gaz. Póki co koszt przeprowadzenia takiej reakcji jest wyższy niż wartość surowców energetycznych, które się w ten sposób uzyskuje – i w tym cały kłopot. Szuka się więc materiału, który obniży temperaturę rozkładu plastiku na węglowodory prostsze i tu właśnie obiecująco wypadają minerały ilaste. Prowadzone są badania i pewne pozytywne już osiągnięcia, jednak wciąż nie jest to opłacalne na skalę przemysłową.

 

  • Czy prowadzi się takie badania na Wydziale Geologii?

 

Tego typu badań samodzielnie nie prowadzimy. Głównie zajmujemy się badaniami właściwości podstawowych – najczęściej sorpcyjnych, krystalochemicznych i strukturalnych, pozostałe badania wykonywane są we współpracy z innymi ośrodkami np. Instytutem Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie, czy AGH w Krakowie. To wymaga funduszy, sporych funduszy i wysiłku wielu osób. Jednak nasza uczelnia ostatnio uzyskała dofinansowanie w ramach kilku programów UE i trwa wyposażenie pracowni w nowoczesny sprzęt, który umożliwi przeprowadzanie zaawansowanych badań m. in. nad właściwościami minerałów ilastych. Chciałbym, by badania te dotyczyły głównie możliwości wykorzystania kopalin ilastych w celu ochrony środowiska oraz w innych nowoczesnych technologiach. Wzrasta również zainteresowanie tymi materiałami wśród studentów, czego efektem jest kilka napisanych i kilka opracowywanych prac magisterskich i doktorskich.

 

  • Czy badana są inspirowane przez naukowców czy gospodarkę? Czy przedsiębiorcy zlecają takie badania?

 

Tak zlecają takie badania, również nam. Widać też, że temat rośnie w oczach: jeśli chodzi o te energetyczne sprawy – ogniwa paliwowe, zastosowania kosmetyczne. Jest coraz więcej firm, które inwestują w tego typu technologie. Jednak wciąż w Polsce to się tak dzieje, że albo technologie są sprowadzane, albo sprowadza się gotowy materiał, niekiedy nie zdając sobie sprawy, że podobny albo i lepszy materiał można uzyskać z naszych własnych złóż. Niestety technologia zaawansowanej przeróbki materiałów nie jest u nas szeroko rozpowszechniona, może nasz kraj jeszcze nie dojrzał, żeby takie zaawansowane technologie wprowadzać… Na pewno to wymaga sporych inwestycji finansowych a gwarancji, że uzyskamy produkt o pożądanych właściwościach nie ma. Ryzyko jest zatem dość duże.

 

Dziękujemy za rozmowę

 

Rozmawiały Joanna Kiełczewska i Ilona Szymańska,

 surowce-naturalne.pl

05-11-2012

Poleć znajomemu

Ogłoszenia promowane

OBSŁUGA KOPALŃ SUROWCÓW Nasze usługi obejmują: Pozyskiwanie nieruchomości na cele wydobywcze Gospodarka złożami surowców naturalnych...
Kupię kopalnię pospółki Poszukuję złoża pospółki pod Warszawą. Preferowany punkt piaskowy 80%. Nadkład do 3 m. Preferowan dobra lokalizacja w...
Systemy oczyszczania wody Mamy przyjemność zaprezentować Państwu technologię i możliwości firmy CONSPAN®, która posiada opatentowaną najnowszą...
Regulacje stanów prawnych i administracyjnych nieruchomości Kompletowanie dokumentacji geodezyjnej i prawnej Opracowywanie i ustalanie założeń inwestycyjnych Opracowywanie...
teren pod inwestycje po rekultywacji przy drodze S7 Teren „Nowa Wieś” położony jest na północnym skraju Pojezierza Iławskiego, około 4 km od Pasłęka (woj. warmińsko-...
Dozór Górniczy Oferujemy usługi kompleksowego prowadzenia eksploatacji kopalni odkrywkowych kopalin pospolitych na ternie Polski...
ZŁOŻE PIASKU KUPIĘ Poszukuję złoża grubszego piasku o minimalnej powierzchni 10 ha zlokalizowane na obszarze województwa Mazowieckiego,...
Rekultywacje wyrobisk pogórniczych Kompletowanie dokumentacji geologicznej, geodezyjnej i prawnej dotyczącej nieruchomości Ustalanie założeń...
Złoże piaskowca sprzedam Złoże Jankowice 6 położone jest w województwie mazowieckim, w odległości około 3,3 km od Szydłowca i około 3 km od...
Masło SHEA nierafinowane HURT Jesteśmy importerem nierafinowanego Masła SHEA z Afryki Zachodniej. Zajmujemy się tylko sprzedażą hurtową. Surowiec w...
Sprzedam przemysłową nieruchomość w Mławie Nieruchomość o łącznej pow. 3,3244 ha na którą składa się siedem działek. Położona w obrębie geodezyjnym Miasto Mława....
Nadzór inwestycji budowlanych Świadczymy usługi związane z nadzorem inwestycji budowlanych obiektów kubaturowych i drogowych na terenie całej Polski...
szukam INWESTORA branżowego - wdrożenie energooszczędnej technologi ogrzewania Posiadamy zupełnie nową technologię. Piec wodny jest najbardziej zaawansowanym, energooszczędnym urządzeniem grzewczym...
Ekspertyzy budowlane Przeprowadzamy oceny/audyty jakościowe wykonawstwa budowlanego: - ekspertyzy - opinie techniczne - inwentaryzacje...

Biuletyn surowce-naturalne.pl

Bądź na bieżąco!

Subskrybuje zawartość

Partnerzy