The occurrence of radioactive elements in hard coal from the Upper Silesian Coal Basin
 
More details
Hide details
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2009;25(1):5–17
 
KEYWORDS
ABSTRACT
The paper presents the survey of research conducted on the concentration of radioactive elements in hard coal from the Upper Silesian Coal Basin (USCB). The content of uranium, thorium, radium and potassium isotopes was analyzed in hard coal, (as a raw mineral material), gangue, mine waters, mining wastes and coal combustion products (fly ashes and slags). Sałdan (1965) observed the vertical and horizontal zonal distribution of the uranium mineralization. He established that the eastern margin of the coal basin is especially rich in this element. Jęczalik (1970) noticed that the uranium contained in coals concentrates in more oxidized components of the organic matter, reaching its maximum in a fraction with a specific gravity from 1.7 to 2.0 g/cm3. According to Róg (2005), for coarse- and medium-grained coal products. The concentration of radionuclides increases together with increase of total maceral content of vitrinite and carbargilite, in which mineral matter coexists with vitrinite. Michalik (2006) found that the radioactivity of coal depends on its contamination and mineral composition, and petrographical research shows that the main sources of natural radioactivity in hard coal and gangue are secondary phosphates and detrital: monazite, zircon, xenotime and uranothorite. In them, Bojakowska et al. (2008) observed that uranium and thorium contents increase from floor to roof of the USCB Paralic Series, whereas in the USCB Limnic Series uranium frequently predominates over thorium, and the lowest contents of this elements were noticed in the Saddle Strata, that begin the Limnic Series. During coal combustion process a great amount of fly ashes and aerosol particles containing natural radionuclides (uranium, radium, thorium) and products of their decay are emitted into the atmosphere. Michalik (2006) observed that the degree of environment contamination by radionuclides depends on their initial concentration in coal. For this reason it is necessary to study radioactivity of coals and to select those containing the lowest amounts of harmful components. Knowing activity of radionuclides in coal and in fly ashes, it is possible to optimize and control the amount of emitted compounds, in the way allowing to not surpassing the emission limits and preventing environment pollution.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Występowanie pierwiastków promieniotwórczych w węglach kamiennych pochodzących z GZW, w skałach przywęglowych, w wodach kopalnianych oraz w odpadach
węgiel kamienny, GZW, pierwiastki promieniotwórcze, uran, tor, rad, izotopy
W artykule przeanalizowano badania nad zawartością pierwiastków promieniotwórczych w węglu kamiennym pochodzącym z Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Prześledzono zachowanie się uranu, toru, izotopów radu i potasu w węglu jako surowcu mineralnym, w skałach przywęglowych, w wodach kopalnianych oraz w odpadach eksploatacyjnych i produktach spalania węgla. Sałdan (1965) zaobserwował wyraźnie pionową i poziomą strefowość ułożenia mineralizacji uranowej oraz stwierdził, że najbardziej zmineralizowane są brzeżne, zwłaszcza wschodnie strefy zbiornika sedymentacyjnego. Jęczalik (1970) zauważył, że uran w węglach koncentruje się w bardziej utlenionych składnikach substancji organicznej i osiąga maksymalne zawartości we frakcjach o ciężarze właściwym wynoszącym 1,7-2,0 g/cm3. Według Róg (2005) w sortymentach grubych i średnich stężenie radionuklidów wzrasta wraz ze wzrostem sumarycznej ilości macerałów grupy witrynitu i karbargilitu, w którym substancja mineralna współwystępuje z witrynitem. Michalik (2006) podaje, że na aktywność właściwą naturalnych izotopów promieniotwórczych w węglu wpływa ilość zanieczyszczeń oraz skład mineralny, zaś z badań petrograficznych wynika, że głównym źródłem promieniotwórczości w węglu kamiennym oraz skałach przywęglowych są skupienia wtórnych fosforanów, detrytyczny monacyt, cyrkon, ksenotym i uranothoryt. Natomiast Bojakowska i in. (2008) zaobserwowali wzrost zawartości uranu i toru od spągu do stropu serii paralicznej GZW, zaś w obrębie warstw serii limnicznej odnotowali częstą przewagę zawartości U nad zawartością Th, a w warstwach siodłowych rozpoczynających serię limniczną - najniższą zawartość tych pierwiastków. Spalanie węgla powoduje uwolnienie do atmosfery dużych ilości pyłów, które zawierają naturalne izotopy promieniotwórcze (uran, rad, tor) oraz ich produkty rozpadu. Michalik (2006) podaje, że stopień skażenia środowiska tymi radionuklidami jest ściśle powiązany z ich początkową zawartością w węglu. Stąd wynika konieczność badania tych pierwiastków w węglu i wybór takich węgli, które zawierają najniższe stężenia niepożądanych składników. Natomiast znając aktywności izotopów naturalnych w węglach i powstających z nich popiołów można zoptymalizować dobór spalanego węgla w taki sposób, aby nie prowadziło to do ponadnormatywnych skażeń środowiska naturalnego.
 
REFERENCES (39)
1.
Aleksa H., Dyduch F., Wierzchowski K., 2007 - Chlor i rtęć w węglu i możliwości ich obniżenia metodami przeróbki mechanicznej. Kwartalnik Akademii Górniczo-Hutniczej, Górnictwo i Geoinżynieria r. 31, z. 3/1, s. 35-48, Kraków.
 
2.
Bojakowska I., Lech D., Wołkowicz S., 2008 - Uran i tor w węglach kamiennych i brunatnych ze złóż polskich. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 24, z. nr 2/2, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków, s. 53-82.
 
3.
Dubiński J., Turek M., Aleksa H., 2005 - Węgiel kamienny dla energetyki zawodowej w aspekcie wymogów ekologicznych. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa, Górnictwo i Środowisko, Kwartalnik nr 2, s. 5-21.
 
4.
Chałupnik S., Wysocka M., Molenda E., 2000 - Oczyszczanie wód kopalnianych z radu - podziemna stacja oczyszczania w KWK "Piast". [W:] VII Konferencja nt.: "Problemy geologii w ekologii i górnictwie podziemnym". Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa, Seria Konferencje Nr 35. s. 443-455.
 
5.
Chałupnik S., Krella J., Mielniczuk J., Molenda E., 2004 - Unikatowa instalacja oczyszczania wód dołowych z radu - doświadczenia i perspektywy funkcjonowania. Wiadomości Górnicze nr 11, s. 490-494.
 
6.
Czaplicka K., 2001 - Stan środowiska naturalnego na terenach poddanych wpływom działalności górniczej w obszarze GZW. W: Człowiek środowisko wobec procesu restrukturyzacji górnictwa węgla kamiennego (red. Dubiński K.). Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Kraków, Seria z Lampką Górniczą nr 6, s. 189-210.
 
7.
Informacja Statystyczna o Energii Elektrycznej. Agencja Rynku Energii SA, 2007 - Biuletyn miesięczny nr 12 (168), grudzień 2007, s. 1-21.
 
8.
Instrukcja Instytutu Techniki Budowlanej ITB nr 234/95 - Wytyczne badania promieniotwórczości naturalnej surowców i materiałów budowlanych.
 
9.
Jęczalik A., 1970 - Geochemia uranu w uranonośnych węglach kamiennych w Polsce. Biuletyn Instytutu Geologicznego nr 224, t. IV, s. 103-204.
 
10.
Kabata-Pendias A., Pendias H., 1993 - Biogeochemia pierwiastków śladowych.Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, s. 1-364.
 
11.
Koperski T., Lech B., 2007 - Produkcja kruszyw z odpadów powęglowych. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej nr 119, Seria: Konferencje nr 48, s. 87-94.
 
12.
Lebecka J., Chałupnik S., Skubacz S., Skowronek J., 1991 - Skażenia promieniotwórcze na Górnym Śląsku powodowane przez wody kopalniane i wytrącające się z nich osady. Wiadomości Górnicze nr 6, s. 149-152.
 
13.
Lebecka J., Chałupnik S., Śliwka M., 1992 - Wyniki badania zachowania się radu podczas transportu słonych wód rurociągami (na przykładzie kolektora wód słonych "Olza"). Wiadomości Górnicze nr 5, s. 128-133.
 
14.
Lorenz U., Grudziński Z., 2007 - Perspektywy dla międzynarodowych rynków węgla energetycznego. Polityka Energetyczna. Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN Kraków, t. 10, zeszyt specjalny nr 2, s. 497-513.
 
15.
Mazurkiewicz M., Piotrowski Z., Tajduś A., 1997a - Lokowanie odpadów w kopalniach podziemnych. cz. I Ekologia i Technologia. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, s. 124.
 
16.
Mazurkiewicz M., Piotrowski Z., Tajduś A., 1997b - Lokowanie odpadów w kopalniach podziemnych. cz. II Geoinżynieria. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, s. 129.
 
17.
Michalik B., 2006 - Naturalna promieniotwórczość w węglu kamiennym i stałych produktach jego spalania. Karbo nr 1, s. 2-12.
 
18.
Michalik B., Chałupnik S., Skowronek J., 1986 - Występowanie naturalnych izotopów promieniotwórczych w węglach na terenie GZW - metodyka i wstępne wyniki badań. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: Górnictwo, z. 149, s. 501-509.
 
19.
Parzentny H., 1995 -Wpływ substancji mineralnej na zawartość niektórych pierwiastków śladowych w węglu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Uniwersytet Śląski, Katowice, s. 1-90.
 
20.
Pindel T., 2002 - Źródła promieniotwórczości naturalnej w wybranych kopalniach węgla kamiennego GZW. Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi. Katowice. Praca doktorska, s. 188.
 
21.
Pluta I., 1998 - Przeszłość i przyszłość kolektora "Olza" w świetle badań chemizmu wód południowo-zachodniego obszaru GZW. Przegląd Górniczy nr 1, s. 29-32.
 
22.
Pluta I., 2000 - Likwidacja kopalń w Rybnickim Okręgu Przemysłowym a odprowadzanie wód słonych do kolektora "Olza". Przegląd Górniczy nr 7-8, s. 46-49.
 
23.
Pluta I., 2002 - Odpady energetyczne i wody kopalniane jako surowce ekologiczne w technologiach górniczych. Materiały Szkoły Eksploatacji Podziemnej, s. 535-546.
 
24.
Pluta I., 2005 - Wody kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego - geneza, zanieczyszczenia i metody oczyszczania. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa, Studia, Rozprawy, Monografie Nr 865, 169.
 
25.
Pluta I., Dulewski J., 2006 -Wody kopalniane w świetle dawnej i aktualnej terminologii oraz ich klasyfikacji obowiązującej w górnictwie. Wiadomości Górnicze nr 1, s. 37-41.
 
26.
Pluta I., Wałeczek E., Badurski R., 1997 - Możliwość lokowania zasiarczonych odpadów w kopalniach Jastrzębskiej Spółki Węglowej SA. Przegląd Górniczy nr 5, s. 26-29.
 
27.
PN89/Z-70073 - Ochrona radiologiczna w podziemnych zakładach górniczych. Oznaczenie stężeń naturalnych nuklidów promieniotwórczych w osadach dołowych metodą spektrometrii i promieniowania gamma.
 
28.
PN-EN 1744-2:2000 - Badania chemicznych właściwości kruszyw.
 
29.
Radioactive Elements in Coal and Fly Ash: Abundance, Forms, and Environmental Significance. USGS Science for Changing World. Central Region Energy Resources Team. Fact Sheet FS-163-97. October, 1997 (http://greenwood.cr.usgs.gov).
 
30.
Ratajczak T., Gaweł A., Górniak K., Muszyński M., Szydłak T., Wyszomirski P., 1999 - Charakterystyka popiołów lotnych ze spalania niektórych węgli kamiennych i brunatnych. [W:] Masy popiołowo-mineralne i ich wykorzystanie w górnictwie węglowym. Polskie Towarzystwo Mineralogiczne Prace Specjalne z. 13, s. 9-34.
 
31.
Rocznik Statystyczny, 2007a - Ochrona Środowiska. Główny Urząd Statystyczny, Rok LXVII Warszawa, s. 1-548.
 
32.
Rocznik Statystyczny, 2007b - Główny Urząd Statystyczny, Rok LXVII Warszawa, s. 1-902.
 
33.
Róg L., 2005 - Promieniotwórczość naturalna węgli kamiennych i frakcji gęstościowych węgla o zróżnicowanej budowie petrograficznej i chemicznej. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa. Górnictwo i Środowisko. Kwartalnik nr 3, s. 81-101.
 
34.
Sałdan M., 1965 -Metalogeneza uranu w utworach karbońskich Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Biuletyn Instytutu Geologicznego nr 193, t. V, s. 111-169.
 
35.
Schmid S., Wiegand J., 2004 - Radionuclide contamination of surface waters, sediments, and soil caused by coal mining activities in the Ruhr District (Germany). NORM IV Conference Naturally Occurring Radioactive Materials, Maj-Szczyrk 2004. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa, Komunikat, Kwartalnik Nr 1, s. 86.
 
36.
Smoliński A., 2006 - Gospodarka zasolonymi wodami kopalnianymi. Prace naukowe Głównego Instytutu Górnictwa. Górnictwo i Środowisko. Kwartalnik Nr 1, 5-15.
 
37.
Srogi K., 2007 - Pierwiastki śladowe w węglu. Wiadomości Górnicze nr 2, s. 87-96.
 
38.
Tomza I., Lebecka J., 1981 - Radium-bearing waters in Upper Silesian Coal Mines. [In:] Proceedings International Conference on Radiation Hazards in Mining. Golden Co., USA, s. 943-945.
 
39.
Wysocka M., Lebecka J., Mielnikow A., Chałupnik S., Skubacz K., Michalik B., 1997 - Rad w wodach kopalnianych w Polsce: występowanie i wpływ na wody rzeczne. Second World Mining Environment Congress, 13-16 May 1997 Katowice. Proceedings v. IV s. 1108-1115.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953