Mádai Viktor A GYÖNGYÖSOROSZI FLOTÁCIÓS MEDDİ KÖRNYEZETÁSVÁNYTANI VIZSGÁLATA
Ph.D értekezés
Miskolci Egyetem Mőszaki Földtudományi Kar Mikoviny Sámuel Földtudományi Doktori Iskola A Doktori Iskola vezetıje: Dr. h.c. mult. Dr. Kovács Ferenc, az MTA rendes tagja, egyetemi tanár
Kutatási tématerület: Alkalmazott földtani és hidrogeológiai kutatások A tématerület vezetõje: Dr. habil Földessy János, egyetemi tanár Kutatási témacsoport:
Alkalmazott ásvány- és kızettani kutatások témacsoport Kutatási témacsoport-vezetı: Dr. Szakáll Sándor PhD, egyetemi docens és Dr. Mádai Ferenc PhD, egyetemi docens Tudományos vezetı: Dr. habil Földessy János, egyetemi tanár Készült: a Miskolci Egyetem Ásványtani- Földtani Intézetében
2007
Tartalom 1. Bevezetés, célkitőzések .....................................................................................................5 2. Földtani háttér ..................................................................................................................6 2.1. A Mátra hegység fejlıdéstörténete ...................................................................................6 2.2. A Gyöngyösoroszi közelében fejtett érces összlet földtani sajátosságai ............................8 2.3. A telérek, hasadék-kitöltések szerkezete, és keletkezésük ................................................9 3. Bányászattörténet ...........................................................................................................10 3.1. A bányászat korai története............................................................................................10 3.2. A gyöngyösoroszi bányászat 1949-1986 között..............................................................11 3.3. A gyöngyösoroszi ércbányászat fémmérlege..................................................................12 4. Az ércelıkészítı üzem és az alkalmazott technológia....................................................13 4.1. A törés és a nehézszuszpenziós dúsítás üzemi folyamatai...............................................14 4.2. Az ırlés és a flotálás üzemi folyamatai ..........................................................................15 5. A flotációs hányó kialakítása és kutatásának története ................................................15 6. A vas-szulfidokat tartalmazó kızetek savtermelésének kémiai háttere .......................18 6.1. A baktériumok szerepe ..................................................................................................19 6.2. A neutralizáló folyamatok..............................................................................................20 6.3. A folyamatok reakció kinetikája ....................................................................................21 6.4. A szulfidtartalmú kızethalmazok, szulfidos érctelepek oxidatív mállása, vaskalapképzıdés .................................................................................................................21 6.5. Az oxidálódó meddıhányókban zajló folyamatok ásványtani szempontból ....................23 6.6. A természetes kızeteredető savtermelés és a fémkioldási folyamatok kapcsolata ...........24 6.7. Fémkoncentrációk, és a “háttér” problémaköre ..............................................................25 7. Vasoxid-hidroxid- és szulfát ásványok szorpciós sajátosságai......................................26 7.1. A nyomelem szorpció környezeti jelentısége.................................................................26 7.2. Fém-kationok szorpciója................................................................................................27 7.3. Oxianionok szorpciója ...................................................................................................29 7.4. Az ásványok instabilitása és ennek hatása az adszorbeált fázisokra ................................30 8. A Gyöngyösoroszi közelében található flotációs hányó anyagának vizsgálata során várható elsıdleges ásványok, és a hozzájuk kapcsolódó nyomelemek .............................31 8.1. Fı ércásványok..............................................................................................................31 8.2. Járulékos ércásványok ...................................................................................................33 8.3. Fı meddıásványok ........................................................................................................33 8.4. Járulékos meddıásványok..............................................................................................34 1
8.5. A telérek másodlagos ásványai ......................................................................................34 9. Az oxidatív mállás másodlagos ásványfázisainak detektálási lehetısége távérzékeléses technika alkalmazásával Gyöngyösoroszi környékén .......................................................34 9.1. A hiperspektrális távérzékelési módszer.........................................................................34 9.1.1. N-dimenziós adatrendszer..........................................................................................35 9.1.2. A feldolgozás menete.................................................................................................35 9.1.3. Az Fe- illetve –OH tartalmú komponensek detektálásának alapelvei ..........................36 9.2. A távérzékeléses kutatás körébe sorolható konkrét megfigyelések irodalmi adatok alapján a gyöngyösoroszi flotációs hányóhoz kapcsolódóan..............................................................37 10. A flotációs hányó savtermelési és savlekötési sajátosságainak vizsgálata ..................38 10.1. A neutralizációs potenciál (NP, Neutralization Potential) vizsgálatára szolgáló eljárások .............................................................................................................................................39 10.2. A pezsgési teszt (Fizz Test (Sobek Módszer)) ..............................................................42 10.3. A savtermelı képesség (AP, Acid Producing Potential) meghatározására szolgáló eljárások...............................................................................................................................43 10.4. A környezetre gyakorolt hatás megítélése ....................................................................44 10.5. A flotációs hányó savtermelési és savlekötési sajátosságai irodalmi adatok alapján......45 11. A több száz éves ércbányászati meddıhányók, mint analógiák vizsgálata a flotációs hányó évszázadokkal késıbb tapasztalható állapotának felmérése érdekében................46 11.1. A telkibányai érces terület földtani viszonyai ...............................................................46 11.1.1. Az ércesedés jellemzése...........................................................................................47 11.2. A telkibányai bányászati technológia ...........................................................................48 11.2.1. Ércfeldolgozás .........................................................................................................48 12. A tématerületen végzett saját kutatások tematikus ismertetése.....................50 12.1. A gyöngyösoroszi flotációs hányóhoz kapcsolódó mintavételezés, adatgyőjtés ............50 12.2. A mintaanyagok makroszkópos jellemzése ..................................................................51 12.2.1. A zt-4-es fúrás anyagának makroszkópos leírása......................................................51 12.2.2. A flotációs hányó felszínérıl győjtött minták makroszkópos leírása, a minták jelölésének rendszere...........................................................................................................53 12.3. A flotációs hányóhoz kapcsolódó minták és a telkibányai területen mintázott érces hányók anyagának vizsgálata során alkalmazott mérési módszerek.......................................57 12.4. Az oxidációs és cementációs zóna elhelyezkedése a flotációs hányó mintázott anyagában a nehézfémek mélység szerinti megoszlásának figyelembevételével....................59 12.4.1. Elemzési módszerek.................................................................................................60 12.4.2. A réz, az ólom, a cink, valamint az ón, a mangán, az arzén, a nikkel, a kobalt és a kadmium illetve a kén mélység szerinti megoszlása.............................................................60 12.4.2.1. A ZT1-es fúrás.......................................................................................................60 12.4.2.2. A ZT2-es fúrás.......................................................................................................61 12.4.2.3. A ZT3-as fúrás.......................................................................................................62 12.4.2.4. A ZT4-es fúrás.......................................................................................................63 12.4.2.5. A ZT5-ös fúrás.......................................................................................................64 2
12.4.3. Következtetések.......................................................................................................64 12.5. A környezeti szempontból veszélyesnek tekintett elemek felszíni eloszlása és ásványfázisokhoz való kapcsolódása, egy a hányó hossztengelyével közel párhuzamos szelvény nyomvonalában vett mintasorozat anyagának ICP-AES és röntgendiffrakciós mérési eredményei alapján...............................................................................................................65 12.5.1. Mintavétel, Elemzési módszerek..............................................................................66 12.5.2. A réz, a cink, az ólom valamint a kadmium és a higany mennyiségi megoszlása, és a minták fázisos összetétele....................................................................................................67 12.5.2.1. Az I/a jelő gáttal lehatárolt, utoljára létesített tározótér...........................................67 12.5.2.2. A közbülsı, elıször létrehozott tározótér................................................................67 12.5.2.3. A második lépcsıben, az üzem rekonstrukciója után létesített tározórész ...............68 12.5.2.4. A hányó elıtere......................................................................................................68 12.5.2.5. A réz megoszlása és hordozó fázisai.......................................................................69 12.5.2.6. Az ólom megoszlása és hordozó fázisai..................................................................69 12.5.2.7. A cink megoszlása és hordozó fázisai.....................................................................69 12.5.2.8. Az arzén megoszlása és hordozó fázisai .................................................................70 12.5.2.9. A kadmium megoszlása és hordozó fázisai.............................................................71 12.5.2.10. A higany megoszlása és hordozó fázisai...............................................................72 12.5.3. Következtetések:......................................................................................................72 12.6. A hiperspektrális távérzékelési technika és a felszíni megfigyelések eredményeinek összevetése a flotációs hányó-felszín jelenlegi oxidációs állapotának megítélése érdekében .73 12.6.1. Saját megfigyelések leírása ......................................................................................74 12.6.2. A mérési eredmények elemzése ...............................................................................74 12.6.2.1. A II.-gáttal lehatárolt, az üzem rekonstrukciója után létesített tározótér ..................74 12.6.2.2. A közbülsı, elıször létrehozott tározótér................................................................75 12.6.2.3. A második lépcsıben, az üzem rekonstrukciója után létesített, legmagasabban fekvı tározórész ..............................................................................................................76 12.6.2.4. A hányó elıtere......................................................................................................78 12.6.3. Következtetések:......................................................................................................78 12.7. A ZT-4-es fúrás mintaanyagának savtermelı és savlekötı képessége...........................79 12.7.1. Mintavétel, elemzési módszerek...............................................................................79 12.7.2. A savtermelı és savlekötı képesség potenciál függvény szemlélete .........................80 12.7.3. A neutralizációs potenciál arány mélység szerinti változása az összes szervetlen kötésben lévı szén-tartalom alapján meghatározott neutralizációs potenciál és összkéntartalom révén meghatározott savtermelı képesség esetén ...................................................80 12.7.4. A neutralizációs potenciál arány mélység szerinti változása Sobek-módszerrel meghatározott neutralizációs potenciál és összkén-tartalom révén meghatározott savtermelı képesség esetén ...................................................................................................................82 12.7.5. A hagyományos módszerek eredményeinek összevetése ..........................................83 12.7.6. A neutralizációs potenciál arány mélység szerinti változása derivatográfiás-módszerrel meghatározott komponensekbıl számított neutralizációs potenciál és savtermelı képesség alapján.................................................................................................................................84 12.7.7. Következtetések.......................................................................................................86 12.8. A Telkibánya környékén található, középkori eredető, érces meddıhányók anyagának állapotvizsgálata ...................................................................................................................87 12.8.1. Mintavétel, elemzési módszerek...............................................................................88 3
12.8.2. A minták csoportonkénti makroszkópos leírása........................................................89 12.8.3. A mérési eredmények elemzése ...............................................................................90 12.8.3.1. A Mária-táró bejáratánál található durvaszemő meddıhányó anyaga ......................90 12.8.3.2. A Jószerencsét telér légaknájának durvaszemcsés kúpja.........................................90 12.8.3.3. A Teréz táró, durvaszemcsés hányója.....................................................................91 12.8.3.4. A Bózsva patak medre, ırlıiszap ...........................................................................91 12.8.3.5. A Gunyakúti patak medrébıl, Mátyás Király kútjánál vett ırlıiszap ......................92 12.8.3.6. A Veresvízi patak medrének ırlıiszapja.................................................................92 12.8.3.7. A Jóhegy patak medre, ırlıiszaphányó ..................................................................93 12.8.3.8. Ósva-völgyi ırlıiszap ............................................................................................93 12.8.3.9. A Telkibánya 2-es fúrás mellett található ırlıiszap hányó ......................................94 12.8.3.10. Bajor akna, dúrvaszemő meddı............................................................................94 12.8.3.11. Kaolin táró hányója, dúrvaszemő meddı ..............................................................95 12.8.4. Következtetések:......................................................................................................95 13. Összefoglalás, tézisek ....................................................................................................97 Elemmegoszlások mélység szerinti vizsgálata .....................................................................97 14. Az eredmények gyakorlati hasznosításának lehetıségei .............................................99 15. Köszönetnyilvánítás ....................................................................................................100 16. Summary, Theses........................................................................................................101 17. Irodalom......................................................................................................................103
4
1. Bevezetés, célkitőzések Az ipari termelés, így a bányászati tevékenység környezetre gyakorolt hatásának megítélése egyre szélesebb körő vizsgálatok tárgya. A környezet állapotának egyik meghatározó tényezıje a reakcióképes vas-szulfidokat tartalmazó kızetek keletkezésének pillanatától megfigyelhetı, az atmoszferíliák hatására természetes módon elinduló oxidatív mállási folyamat. Hasonló jelenségek mutathatók ki a szulfid-ásványokat, elsısorban piritet illetve pirrhotint tartalmazó bányászati meddı-anyagok esetében is. A vas-szulfidok oxidációjának feltétele a vízzel és a levegı oxigénjével való folyamatos érintkezés. A bakteriális hatásokkal kiegészülı oxidációs folyamatok eredményeként alacsony pH-jú oldatok és Fe3+ ionok keletkeznek, amelyek oldatba vihetik az egyéb jelenlévı nehézfém-szulfidokat, ha az oxidálódó ásványparagenezisben savas oldatok semlegesítésére képes ásvány-fázisok nem találhatóak. A folyamat régóta ismert, termékei másodlagos ásványfázisok, melyek a primer ásványok mállásával jönnek létre, és amelyeket már a Római Birodalomban is ércek felkutatására használtak. Az 1970-es évektıl kezdve a környezetvédelmi szempontok fokozott elıtérbe kerülésével a generált savas, nehézfémekkel terhelt oldatok kibocsátásának elıre jelezhetısége iránt megnıtt az igény. Számos u.n. statikus és dinamikus kémiai teszt-eljárást fejlesztettek ki. A statikus eljárások csak az adott pillanatban mérhetı eredményeket, így az adott pillanatban detektálható kızet-állapotot mutatják, szemben a dinamikus, (a vizsgált anyaghalmaz hosszabb idıintervallumban megfigyelhetı viselkedését modellezni képes) módszerekkel. A tesztek kifejlesztıi az egyszerőbb alkalmazhatóságra törekedtek. Célul tőzték ki azt is, hogy a kapott eredményeket egyszerőbben lehessen értelmezni a környezeti szempontokat figyelembe véve. A Miskolci Egyetem Ásványtani- Földtani Intézetében több éve foglalkoznak az érces meddıhányók okozta problémákkal. Ennek keretében felmerült az igény a gyöngyösoroszi flotációs meddıhányónak, mint savas szivárgó vizeket generáló rendszernek a vizsgálatára. Célom annak megállapítása volt, hogy a Gyöngyösoroszi határában elhelyezett, az atmoszférikus hatásoknak kitett, szulfid-ásványokat tartalmazó meddıanyag oxidációs és oldódási folyamatai révén, milyen hatást gyakorol jelenleg környezetére, veszélyezteti-e azt, illetve több száz éves, rekultiváció nélküli, zavartalan oxidációs periódust feltételezve hogyan hat majd a környezetre a jövıben. A fenti célkitőzést ásványtani oldalról megközelítve több részterületet vizsgáltam. 1. A szulfidos érctelepek atmoszférikus hatásokra kialakuló mállási folyamatát leíró, a szakirodalomban általánosan elfogadott modellbıl kiindulva, a Mecsek Öko ZRt. által rendelkezésemre bocsátott adatok, illetve mintaanyagok vizsgálata révén, a flotációs hányó 5 darab fúrás által feltárt régiójában az oxidációs és cementációs zóna elhelyezkedését vizsgáltam azzal a céllal, hogy az oxidációs front mélységbeli helyzetét, így az oxidáció jelenlegi állapotát meghatározzam, s így megállapítsam, hogy a további oxidáció inicializálhatja-e a nehézfémek kioldódását. 2. A hányó felszínérıl győjtött minták környezeti szempontból veszélyesnek tekintett nehézfém tartalmát, illetve annak felszíni eloszlását figyelemmel kísérve azt vizsgáltam, hogy a hányó egyes eltérı korú, és összetételő fedıképzıdményei milyen mértékben terhelhetik a környezetet. 3. A hányóról készült hiperspektrális légi felvételek és saját mintázásaim összevetése révén arra a kérdésre kerestem választ, hogy a flotációs hányó felszíne 5
teljes mértékben oxidálódott-e, vagyis további oxidációja révén terhelheti–e még környezetét nehézfémekkel. 4. A hányó anyaga pirit-tartalmának oxidációja révén enyhén savas pH-jú fluidumokat generál, ugyanakkor a keletkezett savakat neutralizálni képes ásványi komponensekkel is rendelkezik. Statikus kémiai tesztekkel és röntgendiffrakciós eljárással alátámasztott derivatográfiás módszerrel azt vizsgáltam, hogy a flotációs hányó ZT-4-es fúrásából származó minta anyag savtermelı és savlekötı képessége hogyan viszonyul egymáshoz, generálhat–e az anyag savas fluidumokat. 5. A hányó néhány száz évvel késıbbi várható állapotát, s így, rekultiváció nélkül a környezetre majdan gyakorolt, várható hatását, analógiás alapon, a Telkibánya környékén fellelhetı középkori durvaszemcsés érces hányók és a finomszemő ércfeldolgozási melléktermékek, (az irodalomban ırlıiszapként illetve iszaphányóként emlegetett anyagok (BENKE, 2001)) oxidációs állapotának vizsgálatával próbáltam megbecsülni, bár a Telkibánya környékén fejtett ércanyag alacsonyabb pirit-tartalommal bírt, mint a gyöngyösoroszi érc.
2. Földtani háttér 2.1. A Mátra hegység fejlıdéstörténete A Mátra hegység fejlıdéstörténetének prepaleozóos és paleozóos idıszakáról csupán harmadidıszaki vulkáni képzıdményekben talált gránit-, granodiorit- és aplitzárványok utalnak. Kızettanilag ezen képzıdmények a szlovákiai Gömöridák intruzivumaival azonosak. Feltételezhetı, hogy a Mátra hegység mélyaljzatából származó intruzív zárványok karbon korúak. A gránitos mélyaljzat a hegység középsı és keleti felére korlátozódik. Települési mélysége több ezer méter (VARGA ET AL., 1975). A Keleti Mátra aljzata győrt mezozoós képzıdményekbıl áll, míg a középsı, illetve nyugati hegységrész aljzatát középhegység típusú, mezozoós korú, elvetett szerkezeti zóna alkotja (BAKSA ET AL., 1981). A hegység keleti részének fúrásokkal elért mélyaljzatát a ladini emelet nagy vastagságú geoszinklinális üledéksorozata alkotja, mely egyre mélyülı tengermedencében képzıdött, pélites és karbonátos kızetek váltakozása jellemzi A medence fokozatos mélyülését és a fent említett üledéksorozat lerakódását a felsı ladini emelet idején erıteljes szubmarin vulkánosság szakította meg, mely döntıen effuzív jellegő volt. A ritmikusan feléledı tengeralatti vulkáni tevékenység szüneteiben agyagos-márgás üledékképzıdés zajlott. A szubmarin effuziók nagyobb szüneteiben tengeralatti fumarola és hévforrás tevékenység nyomai mutathatók ki. A vulkáni tevékenység szolgáltatta bazalt anyagban a kiömlı láva tömegétıl, megszilárdulási sebességtıl függıen üveges, finomszemcsés, mandulaköves, variolitos és spilites kifejlıdéső kızettestek jöttek létre. A fent említett vulkáni tevékenység a Mátra hegység keleti részén kis területre terjed ki. A ladini korszak után a terület kiemelkedett, szárazulattá vált. A felsıeocén priabonai emeletében dél-nyugati irányból elıtörı transzgresszió révén újra tenger alá került a vizsgált területrész. Az elöntés következtében partszegélyi-partközeli fácieső mészkımészmárga és márgarétegek keletkeztek. Az üledékgyőjtı partvonala Recsk közelében É-D-i irányban húzódott. Ettıl keletre terült el a mezozoós rétegekbıl álló szárazföld. Az üledékképzıdést a pireneusi orogén fázis kezdetén induló neutrális, szubmarin vulkánosság szakította meg. A folyamat eredménye különbözı szemcsenagyságú, nagy tömegő piroklasztikum. Az explóziót lávaömlések követték, ezt tekintjük a felsı eocén-oligocén vulkánosság elsı fázisának. A peperittel, tufával és tufittal jellemezhetı kezdeti szubmarin fázist (elsı szakasz) biotitamfibolandezit és biotitamfiboldácit lávaszintekkel és 6
piroklasztikumokkal azonosítható sztratovulkáni fázis követi (második szakasz), amelyet az intruziós fázis (harmadik szakasz) amfibolandezit-apofizái és lakkolitjai követnek. A negyedik szakaszban durvaszemcsés andezitek mikrodiorittal keverten zárják a rétegsort szubvulkáni kızetképzı rendszerre utalva. Az alsó oligocén idején a tenger elborította a területet. Erre homokos, márgás és agyagos rétegek utalnak. Az üledékes kızetek között tufa és tufit betelepülések találhatók, melyek tengeralatti explóziókból származnak. A felsı oligocénben lassú, folyamatos kiemelkedés figyelhetı meg (homokos rétegek), amely végül kavicsfelhalmozódásokban teljesedik ki. A szárazföldi üledékek képzıdését a miocén ottnangi korszakához köthetı explóziós vulkánosság szakítja meg (alsó riolittufa képzıdése) (HARTAI, 2004). Az explóziók után a süllyedı térszínen zöldesszürke anyagok ülepedtek le. A fokozatos süllyedés tette lehetıvé a hegység ÉNy-i elıterében a heteropikus sekélytengeri jellegő barnakıszén mocsárláp kialakulását. A barnakıszén telepek sorozatára a folyamatos térszínsüllyedés következtében pélites, késıbb pszammitos üledékek rakódnak. Ezt követıen a kárpáti korszakban az intenzív medencesüllyedés következtében több száz méter vastag aleuritösszlet jött létre. A keletkezett üledékekkel az idıszakot jellemzı szubmarin vulkánosság anyaga keveredik. A tufás szintekben a tengeralatti halmirolitikus elbontás igen gyakori. A kárpáti andezites vulkánosságot kisebb lepusztulás követte, amelyet egy igen heves explóziós, döntıen dácitos vulkánosság követett. A mai hegység déli elıterében egy szerkezeti árok alakult ki, amelyet explóziós vulkáni tevékenység döntıen andezites anyaga tölt fel, és csak ezután indul meg a hegység mai vulkáni felépítményének kialakulása. A kızetképzı rendszer változatossága sokféle kızetváltozatot eredményez. Így pl.: hólyagos andezitek és mandulaköves andezitek keletkeznek tömör lávakızet mellett. A vulkánosság fokozatosan kelet felé terjedt, felépítve a Nyugati Mátra felépítményének sztratosorozatát, mely néhol 2025 egymásra települı tagból áll. A Gyöngyösoroszi-2-es fúrás anyagának vizsgálata arra utal, hogy a kárpáti idıszak andezites láva és piroklasztit anyaga egy centrális típusú sztratovulkáni szerkezetet hozott létre. A sztratovulkáni mőködést egy explóziós kaldera képzıdése zárta le. A kaldera-szerkezetet képzı robbanás a korábban képzıdött vulkáni anyag jó részét szétterítette a kárpáti emelet üledékein, finomszemő tufaanyag formájában (BAKSA ET AL., 1981). A bádeni idıszak vulkanizmusa alakította ki jórészt a Mátra hegység jelenlegi arculatát. Három fı, láva és piroklasztit anyagot egyaránt szolgáltató vulkáni szakasz különíthetı el ebben a hegységképzıdési szakaszban. Az andezites kemizmusú vulkanitokra riolitos anyag települt, majd erre újabb andezites vulkáni összlet rakódott. Az egyes folyamatok eltérıen mentek végbe a nyugati és a keleti Mátra területén. A nyugati területen az andezites alsóbádeni vulkanizmust egy centrális kaldera képzıdése követte. A kaldera területén riolit-dómok, lávaömlések és ugyancsak savanyú piroklasztitok mutathatók ki. A riolitos anyag hidrotermális bontódást szenvedett el. A kaldera területéhez kapcsolható hidrotermális tevékenység egyik eredménye a teléres, döntıen ólom- illetve cink-szulfidokat tartalmazó ércesedés képzıdése, illetve a mellék kızeteket érintı kálimetaszomatózis. A kaldera kifejlıdésének végsı szakaszát kiterjedt szolfatára mőködés és ezzel egyidejő tengerelöntés jellemzi, diatómit és riolit tufa közbetelepülésével. Az ezt követı finális andezit vulkánosság, egy a korábbiaknál bázikusabb, döntıen, piroxén-olivin-andezit effuzívum halmaz képzıdésével zárul. A bádeni végére, feltételezhetıen, a jelenlegi morfológia csaknem teljességgel létrejött, melyet már csupán utóvulkáni mőködések befolyásoltak jelentısebb mértékben. 7
A keleti területrész fejlıdése a bádeni idıszakban nehezebben írható le, mint a nyugati terület kialakulása. A felszíni megfigyelések hasadékvulkáni szerkezetre utalnak, míg a fúrásos kutatások, egy a nyugati vulkáni centrummal szomszédos, andezites anyagú vulkanitokból felépülı eruptív centrum kialakulását valószínősítik a vizsgált idıszakban. Bár késıbbi kaldera-szerkezetet nem sikerült a vizsgált területrészen azonosítani, neogén intruzívumokat azonban igen. Az R92-es kutatófúrás anyaga bádeni korú dioritokból és andaluzitos, diopszidos kontakt kızetekbıl áll a neogén és oligocén üledékek mellett. A keleti területrész finális andezit-vulkánossága bázikus kemizmusú andezit lávafolyásokat és piroklasztikumokat szolgáltatott, amelyek igen hasonlóak a Nyugat-Mátra megfelelı képzıdményeihez (BAKSA ET AL., 1981). A vulkánosság végeztével a hegység DNy-i elıterében meszes, agyagos üledékek képzıdtek (Lajta mészkı, tufitos márga). A bádeni idıszakban áthalmozott tufa- és tufit-összletben nagyeséső vízfolyások meredek falú vízmosásokat alakítottak ki. A bádeni felsı tagozatát tengeri üledékképzı rendszer alakította ki, ekkor homokos-kavicsos üledékek képzıdtek. Az alsópannon regresszió után a felsıpannon idején újra tenger önti el a területet déli irányból, a vulkáni fıtömeg kiemelt helyzetben maradt. Tızeges mocsárlápok keletkeztek, melyekben a hegység déli elıterében barnakıszéntelepek képzıdtek. A hegység mai formájának kialakulása az eróziós hatások révén a felsıtortonai idıszakban indulhatott meg. Elıször a kiemelkedı vulkáni tornyok, laza, salakos vulkáni kúpok és piroklasztikum-leplek erodálódtak. A hegység végleges morfológiájának kialakulásában jelentıs szerepe volt a kızetek ellenálló képességének. A felszíni formák kialakításában a fagyhatás és az erózió játszotta a fıszerepet (VARGA ET AL., 1975).
2.2. A Gyöngyösoroszi közelében fejtett érces összlet földtani sajátosságai A vizsgált flotációs hányó a Mátra DNy-i részén, a Gyöngyösoroszi ércelıfordulás kitermelése és feldolgozása révén jött létre. Az ólom- és cinkérc dúsulások mintegy 30 km2-es területen találhatóak. A terület legmagasabban fekvı települése Mátraszentistván, mely mintegy 750-830 m tszf. Magassággal jellemezhetı. A térszín dél felé lejt. A flotációs hányóhoz legközelebb esı község Gyöngyösoroszi, 200-260 m tszf. Magasságon terül el. A bányászott érces összletet ÉNy-on a Mátraszentimrei akna + 762 m tszf-es felsı és + 424m tszf. Alsó szintje között, illetve délen a +500m tszf.-tıl +150m tszf.-ig, összesen közel 700mes függıleges kiterjedésben tárták fel. A Mátra hegység kızeteinek zöme a miocén korú vulkánosság terméke. A vizsgált összlet fı tömegében az erıteljes bádeni vulkánossághoz kapcsolódó differenciálódott andezitláva (SIKLÓSSY, 1977). Ebben alakult ki a nyersanyagot hordozó telérrendszer. A vulkáni kızetek aljzata nem egységes, több részre tagolható. Az andezites vulkáni kızet alatt nagy vastagságban miocén üledékek (kárpáti slír) mutathatók ki. A gyöngyösoroszi terület különbözı pontjain lemélyített szerkezetkutató fúrások részben a slírben (pl. Gyo-2-es fúrás), részben intrúziv kızetekben (pl. Gyo-5-ös fúrás) álltak le. Az andezit feküjét tovább vizsgálva, kelet felé haladva a darnói törési övön keresztül átlépünk a bükki mezozóos üledékekbıl felépített aljzatú területre. Az ércesedést hordozó andezites összlet mészalkáli típusú kızetekbıl felépített rétegvulkán. Végsı szerkezeti formáját tekintve egy olyan kaldera, melynek jelenlegi formája késıi beszakadás révén keletkezett. Megállapítást nyert, hogy a gyöngyösoroszi ércesedés hidrotermális telérei egy nagymérető beszakadásos szerkezethez kapcsolódnak, amely egy 8
kombinált kaldera. Szerkezetében explóziós és benyomulásos sajátságok figyelhetık meg. A bányabeli kutatások révén az említett szerkezet nagy blokkokra való feldaraboltsága jól követhetı. A kaldera magasabb részein, külszínén hidrotermális oldatokkal átjárt, egymást keresztezı töréshálózat található. A töréshálózat mentén alakultak ki az általában meredek dıléső hasadékokhoz kötött ércesedési formák. A beszakadt kaldera nagy tengelye a Darnó vonalra közel merıleges. Az andezites vulkánossághoz kötött teléres ércesedési formák mellett a bányamezı keleti oldalán telérhasadékokat és a mellékkızetet impregnáló Fe-t, Cu-t és Zn-t tartalmazó, elhatárolatlan kontúrú ércesedést tártak föl. Az új ércesedési forma megjelenésével felvetıdött, hogy a kalderaszegélyhez kötött teléres ércesedés mellett mélységi intrúzióhoz kötött impregnációs ércesedés is jelen lehet a területen (SIKLÓSSY, 1977). A telérek csapás-, illetve dılésirány szerint négy csoportba oszthatók: ÉNy-DKcsapással, DK-i dıléssel, ÉNy-DK- csapással, ÉK-i dıléssel, ÉK-DNy csapással jellemezhetı telérek, valamint É-D-i csapású, K-i dıléső telérek (SIKLÓSSY, 1977). A gyöngyösoroszi ércterület központi részén mintegy 16 hidrotermális telér vált ismertté. A hidrotermális telérek túlnyomó részükben epitermális, kisebb részük mezotermális ásványtársulásokkal jellemezhetık. A telérek alkotásában általában hat ércásvány (pirit, galenit, kalkopirit, szfalerit, wurtzit, markazit) és több mint tizenötféle különbözı meddıásvány (kvarcit, hegyikristály, kalcedon, opál, jáspis, ametiszt, kalcit, dolomit, mangántartalmú kalcit, klorit, barit, cölesztin, fluorit, gipsz, valamint agyagásványok) figyelhetık meg (VIDACS, 1966A).
2.3. A telérek, hasadék-kitöltések szerkezete, és keletkezésük A hasadék-kitöltések és a szulfidásványokat hordozó telérrendszer több, idıben elhatárolódó lépcsıben keletkezett. A hidrotermális telérek epitermális illetve mezotermális ásványparagenezisekkel jellemezhetık. Az LS típusú, alacsony szulfidizációs fokú ércesedés legalább hét fı hasadék-kitöltési, illetve telérképzıdési szakasszal jellemezhetı. Elsı szakasz: A hasadék-kitöltések anyaga kékesszürke, zöldesszürke vagy vörösesszürke, rendkívül finom szemcséjő, kovasavval átitatott, tufa, illetve a tufából keletkezett kovás agyagásványos kitöltés, amely breccsás kvarcit darabjait zárja magába. Második szakasz: Tömeges, mikrokristályos telérkvarcit jött létre. Az elsı piritgeneráció, és az elsı galenit-generáció kiválása kezdıdött meg. Sárgásbarna elsıgenerációs szfalerit és kevés elsıgenerációs kalkopirit mutatható ki a szegényesen ércásványosodott telérrészben (VARGA ET AL., 1975). A telérrész anyagában a mellékkızet darabjai is megtalálhatók. Az átitató, cementezı kovasavas oldat az elsıgenerációs galenitnemzedék roncsolását okozta. A feltöredezett és feloldott galenit helyére vált ki a kalkopirit és a magasabb vastartalma révén sötétebb, szfalerit (VIDACS, 1966A). Harmadik szakasz: Finomszalagos kvarcos, kalcedonos, opálos, kvarcdruzás telérrészek keletkeztek. Ekkor alakult ki a galenit és a szfalerit második generációja, a telérek mélyebb szintjein pedig a wurtzit. Ez a szakasz hozta létre a bánya korábban termelt ércdúsulásainak túlnyomó többségét. Ez a galenit generáció kezdetben ritmikusan váltakozik a szfalerittel, majd a szfalerit válik egyre inkább uralkodóvá. A második generációs szfalerit világosbarnagyantasárga színe révén ismerhetı fel. A harmadik szakasz kızeteihez jelentıs mennyiségő agyagásvány (kaolinit) megjelenése kapcsolódik, amely körülöleli az ércszemcséket, illetve az érces anyag közeit, hézagait tölti ki. Sokszor kovasavval átitatott kemény anyagként jelentkezik (VIDACS, 1966A). 9
Negyedik szakasz: Tömör, kriptokristályos kvarcit vált ki alacsony szulfidásványtartalommal. A megjelenı szulfidok: szfalerit, kalkopirit, és nyomokban a galenit. Az ebben a szakaszban kivált kvarcit többnyire vasoxihidroxiddal, hematittal vörösre színezett. Ötödik szakasz: Fehér és mangán tartalmú fekete kalcit váltakozása jellemzı. Ebben a szakaszban kevés, harmadikgenerációs kalkopirit, negyedik generációs pirit, illetve markazit, valamint barna színő kalcit, mangántartalmú kalcit, dolomit és barit vált ki. Hatodik szakasz: Ércnyomokat tartalmazó ásványegyüttes keletkezett. Ötödik generációs pirit, igen kevés mézsárga, harmadik generációs szfalerit, negyedik generációs kalkopirit, valamint markazit mutatható ki. Hetedik szakasz: gyakorlatilag meddı szakasz következett. Kevés kvarc, gipsz és negyedik generációs pirit, némi antimonittal írható le a hasadék kitöltés anyagáról (VARGA ET AL., 1975, GATTER, 1999).
3. Bányászattörténet 3.1. A bányászat korai története Gyöngyösoroszi bányászatának története egészen a középkorig nyúlik vissza. Az 1850 elıtti idıszakot, amely idıben több szakaszra tagolható, rövid ideig tartó bányászkodás jellemzi. A korai bányászkodásról csak szórványos adatok maradtak ránk. Az olasz származású császári hadmérnök Marsigli 1700-ban megjelent ”Danubialis operis prodromus” címő mőve szerint az aranybányákat a törökök rombolták le. 1767-ben említik elıször az okmányok a korábban már mővelt, de a török idıkben elhagyott, beszakadt táróarany-, ezüst, ólom- és rézérc bányák újranyitását. Gorové egri történetíró véleménye szerint ”A régi hagyományok szerént bizonyosnak tartyák, hogy ilyen nemő (arany) bányák a kis Oroszin felül fekvı Mátra hegyeiben találtattak legyenek, melyek még a mult (18.) századnak elején munkálásban voltak.”. A Mátra akkoriban ismert ércbányái közül jó néhányban, mint bányarészvény tulajdonos, érdekelt volt Fazola Henrik, a magyar iparszerő kohászat megalapítója. A Fazola-féle bányakutatások idıszakában Gyöngyösoroszi határa nagyrészt a Gyöngyösön lakó báró Orczy József birtokában volt. A báró birtokainak jövedelme révén megfelelı anyagi háttérrel rendelkezett az ércbányák üzemben tartásához. Zúzómővet építtetett, így zúzás és szérelés alkalmazásával réz-, ezüst- és ólomszínport állíttatott elı a különbözı mátrai bányákban fejtett ércekbıl. Orczy 1801 után már kohósíttatott is. Ezzel az eljárással rézkéneskövet állítottak elı, melyet már a finomító üzemeknél magasabb áron tudott értékesíteni (SOÓS, 1966). Említést érdemel az 1844-1860 közötti idıszak. Polony Károly nevéhez főzıdik az Oroszi völgyben ekkorra már felhagyott, beomlott bánya újranyitása. 1857-ben Polony révén zúzó és mosómő üzemelt a korábbi Orczy-féle zúzómő helyén. A termelt ezüsttartalmú ólomércet zúzás és dúsítás után Besztercebányára szállíttatta kohósítás céljából. Mivel a szállítás emelkedı költségei a vállalkozást ellehetetlenítették, 1860-körül az oroszi ércbányászat ismét megszőnt. Jelentısebb, nagyipari igényő kutatási munkálatokat az Urikány-Zsilvölgyi Magyar Kıszénbánya Rt. végzett 1926-31. között. Ebben az idıszakban 2000 folyóméter szintes vágatot hajtanak, és 12000 tonna ércet termelnek ki. Az ekkor felívelı bányászatot a világpiaci színesfémárak csökkenése akasztja meg (VIDACS, 1966B). 10
3.2. A gyöngyösoroszi bányászat 1949-1986 között A háborút követıen Magyarország területén csupán a recski ércbánya maradt. A kormány 1945-ben döntött a bánya megvételérıl. Az újranyitás oka ekkor az ország önellátásra való törekvésében keresendı. Ettıl kezdıdıen Gyöngyösoroszi az egyik legfontosabb ércbányászati beruházássá vált. A fejlesztés keretében a bánya újranyitását, feltárását, az érctermelés technológiájának kialakítását, ércelıkészítımő építését, és gazdaságos színportermelést kívántak megvalósítani. A korábbi feltárások legmélyebb szintje (+ 400 m tszf.) a Károly akna volt. A másik már meglévı akna a Péter-Pál akna. A már meglévı vágatokat az új feltárási rendszerbe illesztették be, amely rendszernek a fıfeltáró vágata az altáró lett. Az altáró irányát a feltételezett telérek között, az ismeretlen, feltehetıen produktív területekre merılegesen jelölték ki. A feltárási terv elkészítését követıen a szintes feltárási munkák és a Károly-akna mélyítési munkái párhuzamosan folytak. A területet oly mértékben próbálták a munkálatok során feltárni, hogy a kapott adatok képet adjanak a telérek mőrevalóságáról, és segítsék a további aknatelepítéseket. Az altáró révén váltak ismertté a Malombérc, Kiskút II, és a Pelyhes-telérek, valamint a Bányabérc-telér. 1952-ben létrehozták a Gyöngyösi Ércbánya Vállalatot. Ettıl kezdıdıen a kutatást és fejlesztést a termeléssel párhuzamosan folytatták. A Gyöngyösoroszi ólom-cinkérc bánya mővelési rendszere termelés közben alakult ki. A telérek anyagának változatossága miatt szükséges volt, hogy egy idıben ugyanazon a teléren többféle fejtésmódot alkalmazzon az üzem. A bánya fejtésmódjai közül a legnagyobb termelékenységet a magazin fejtésmódok adták. Sok esetben, ahol a kızetek laza szerkezete ezt a módszert nem tette lehetıvé, a tömedékeléses fejtést, a dılésmenti és diagonális pásztafejtést alkalmazták. (1, 2 ábrák)
1. ábra Magazinfejtésmód
11
2. ábra Tömedékeléses pásztafejtés
A jövesztést fúrólyukak segítségével kivitelezett robbantással végezték. A termelés beindulásával az ércelıkészítımő létesítése, valamint a segédüzemek építése is elindult. Az elıállított termék ólom-, rezes ólom-, pirit-, és cink-színpor volt. A termelés egészen az 198586-ban elrendelt tartós szüneteltetésig tartott. Az Ipari Minisztérium 1988-ban a tartós szüneteltetést bezárásra módosította. A bányában az érctermelés 1986. március 13-án szőnt meg. Az aknát 1986. június 10-én kezdték vízzel elárasztani, amely 1987. november 10-re telt fel. 1988-ban betömedékelték a Mátraszentimrei aknát is (KUN, 2002).
3.3. A gyöngyösoroszi ércbányászat fémmérlege A bánya összes ércvagyona, a letermelt anyag mennyiségével együtt mintegy 6 millió t lehetett. Az 1951-1986 között fellendült termelés következtében 3,634 millió t ércet termeltek ki, ebbıl 56,90 ezer t ólom-, illetve rezesólom-színport, (galenit-, ill. kalkopirites galenit dúsítmányt) 150,70 ezer t cinkszínport (szfalerit dúsítmányt) és 63,00 ezer t piritszínport nyertek ki. A színporok értékesült fémtartalma: 29 kt ólom, 65 kt cink, 800 kg arany és 29 t ezüst volt. Értékesítettek 280 t rezet és 60 t kadmiumot. 419,30 ezer t nehézszuszpenziós meddı keletkezett, 2944,00 ezer t végmeddı és egyéb veszteség mellett. A Száraz ér völgyébe elhelyezett flotációs végmeddı becsült térfogata mintegy 2,1 millió m3. A bányából kikerülı érc az alábbiakban közölt táblázat (1-es táblázat) szerint gyenge minıségő volt. A nyersérc ólom-tartalma 1% alatti, a cink-tartalom 3% alatti, a réz-tartalom pedig 0,15% alatti volt. A bánya csak állami támogatással volt mőködtethetı. A Pénzügy Minisztérium az 198185-ös évekre csak azzal a feltétellel engedélyezte a szükséges állami támogatás kifizetését, hogy a bányát 1985 végén a vállalat bezárja (KUN, 2002).
12
1 táblázat: A gyöngyösoroszi ércbányászat fémmérlege (Kun, 2002 nyomán)
Megnevezés
Száraz tömeg Tömegkihozatal Pb-tartalom Pb-tartalom Pb megoszlása 100% feldolgozott nyersércben Zn-tartalom Zn-tartalom Zn megoszlása 100% feldolgozott nyersércben Cu-tartalom Cu-tartalom Cu megoszlása 100% feldolgozott nyersércben
VégNehézmeddı szuszpen- és egyéb ziós meddı veszteség 419,30 2944,00 1,50 81,00 0,16 0,10 0,70 2,80
Egység
Feldolgozott nyersérc
Pbszínpor
Znszínpor
FeS2színpor
kt % % kt
3634,00 100 0,985 35,800
56,90 1,56 53,80 30,60
150,70 4,15 1,00 1,57
63,00 1,73 0,20 0,10
%
100
85,50
4,40
0,30
1,90
7,90
% kt
2,856 103,800
5,40 3,18
51,30 77,88
1,86 1,17
0,77 3,22
0,64 18,91
%
100
3,18
74,60
1,10
3,10
18,20
% kt
0,147 5,530
3,32 1,89
0,80 1,20
0,50 0,31
0,08 0,33
0,05 1,58
%
100
35,40
2,20
5,90
6,30
50,10
4. Az ércelıkészítı üzem és az alkalmazott technológia 1949-ben megkezdıdött az ércelıkészítı telepítésének elıkészítése is. Döntı szempont volt a vízbeszerzés kérdése és az érc gazdaságos, gravitációs mozgatása. Az üzemnek percenként 2-3 m3-nyi vízre volt szüksége. A tervezésben résztvevı szakemberek a bányavizet kevésnek, illetve annak fokozatos elsavanyodása miatt felhasználását, a tisztítási költségek miatt, drágának tartották. Késıbb vált világossá, hogy gazdaságosabb lett volna a bányából kifolyó vizet felhasználni, és az üzemet a bánya közelébe telepíteni. Ennek oka az volt, hogy a bányavizet úgy is folyamatosan tisztítani kellett. Az ércelıkészítı épületeit tehát az altáró bejáratától délre, attól 3 km távolságra, a Toka-patak völgyében helyezték el. Az iparivíz szükséglet kielégítésére egy 300 000 m3–nyi víz befogadására alkalmas, völgyzárógáttal elrekesztett víztározót építettek, mely 1961-ben készült el. A létesítményt övezı gát részben bányameddıbıl épült. A 75kt/év kapacitású ércelıkészítı üzemre kiírt terveket 1952-ben hagyták jóvá. 1952-ben megkezdték az üzem építését, és 1956-ban fejezték be. Az ércelıkészítı üzemben keletkezı iszapot zagyszivattyú segítségével, egy 150 mm átmérıjő acélcsövön nyomták a meddıiszap tárolóra, amelyet a Toka-pataktól K-re esı Száraz-patak völgyében alakítottak ki. Az üzem megépítését követıen, mőködés közben kellett kialakítani az optimális fémkihozatalt biztosító üzemi technológiát. Az ércben háromféle galenit, háromféle szfalerit, marmatit, wurtzit, ötféle pirit, kétféle kalkopirit volt, amelyek genetikailag és összetétel 13
szerint is különböztek. Maga az érc helyenként karbonátdús volt, máshol a karbonát majdnem teljesen kioldódott. A feladott érc minıségének egyenletessége csak bizonyos határok között volt biztosítható. Optimalizálták a feldolgozás mennyiségét, az ırlés finomságát -, a flotálás zagysőrőségét. Kísérleteket végeztek a flotálásnál komoly problémát okozó agyagásványok mennyiségének csökkentésére. A kutatások eredményeként ismerté váló érckészlet késıbb lehetıvé tette a 150 kt/év kapacitású üzemre való bıvítést. 1962-ben a törés és a flotálás közé nehézszuszpenziós elıdúsítást iktattak. Ennek következtében a feldolgozott érc 20-30 %-ánál elérték, hogy az ólom tartalom 8%-a, a cink tartalom 12%-a ment már csupán veszendıbe (KUN, 1966). Végül az ércelıkészítı üzem technológiai folyamatát négy fı részre - szárazaprítás, nedves ırlés, szelektív flotálás, szőrés-készletezés – osztották fel (KUN, 2002). Az ércelıkészítés törzsfája az 1. számú mellékletben részletesen látható.
4.1. A törés és a nehézszuszpenziós dúsítás üzemi folyamatai A bányából kikerülı ércet 2db egyenként 500t kapacitású érctárolóban tárolták (1). A tárolást és adagolást elıosztályozás követte, tárcsás darableválasztó segítségével (2). A kapott durva terméket körforgó granulátor segítségével törték finomabbra (3). A törés és osztályozás finom szemcsenagyságú termékei további osztályozás céljából kétsíkú vibrátorra kerültek (4). A leválasztott finom szemnagyságú frakció egy 150t befogadóképességő érctároló bunkerbe került (5), míg a durva terméket körforgó granulátorok (6) segítségével finomabbra aprítva újra feladták a kétsíkú vibrátorra. A 150t érc tárolására alkalmas bunkerbıl szegmenses adagoló segítségével került az érc a mosódobra (7). Az itt eltávolított szennyezıdések a flotációs meddıhányóra kerültek. A mosódobról meddıbe nem leválasztott anyag egy mosóvibrátorra került (8). Innen a feladott anyag már, mint megfelelı minıségő ércfrakció, a nehézszuszpenziós dúsítóba került (9). A mosóvibrátorban a jóminıségő érctıl elválasztott anyagot egy víz alatti szitára adták fel (10). A leválasztott termék, mint dúsítmány a 4db egyenként 250t befogadó képességő érctároló egyikébe került (11). A mosódobról illetve a víz alatti szitáról lekerülı zagyfrakció zagytartályba került, ahonnan zagyszivattyú segítségével hidrociklonra (12) adták fel. Itt két terméket állítottak elı. Az egyik az ércmosáshoz szükséges tisztított víz, a másik a golyósmalmok mőködését segítı nehézszuszpenziós zagy frakció volt. A teljesség kedvéért meg kell említeni, hogy az ábrán egyszerősítve feltüntetett nehézszuszpenziós dúsítóban (9) egy kónuszos nehézszuszpenziós szeparátor mőködött, melyben a feladott ércet az ugyancsak feladott nehézszuszpenziós zagy segítségével két frakcióra bontották. A könnyebb frakció közvetlenül, a nehezebb pedig légemelı közbeiktatásával, szeparáltan, kéttömegő zagytalanító szitákra került. A nehezebb frakciót három darab mosóvízporlasztó segítségével nedvesen szeparálták. Ebben az esetben a zagytalanító szitáról a dúsítmányt a korábban már említett 4db, 250t befogadó képességő érctárolóba emelték (11). A kéttömegő szitán még két terméket választottak le a feladott anyagból. Az egyik a tiszta nehézszuszpenziós zagy volt, melyet egy üzemi zagytároló tartályba nyomattak át, a másik pedig a regenerálásra szoruló zagyfrakció, melyet osztályozó besőrítıre adtak fel. A kónuszos nehézszuszpenziós szeparátor könnyő frakcióját a kéttömegő zagytalanító szitán meddıre, illetve regenerálandó és regenerációt még nem igénylı nehézszuszpenziós zagyra bontották. A termékek útja a fent leírtakkal megegyezı volt. Az 14
ebben a folyamatban leválasztott meddıt a nehézszuszpenziós meddıtározón (13) helyezték el. A nehézszuszpenzió képzése és regenerálása során az osztályozó besőrítıbıl kilépı regenerálandó zagy, melyet a további ércmosásra alkalmas víztıl elválasztottak egy szalagos mágneses szeparátorra került. Itt a regenerálandó zagy víztartalmát tovább csökkentették. A leválasztott vizet az ércmosáshoz használt zagytartályokba szivattyúzták, míg a már részben tisztább zagy egy csigás osztályozóra került. Két terméket állított elı a berendezés. A regenerált nehézszuszpenziós zagy az üzemi szuszpenziós tartályba, a még további regenerálásra szoruló zagy a fent leírt zagyregenerációs körfolyamba került, vagyis az osztályozó besőrítıre adták újra fel. Az üzemi nehézszuszpenziós tartály látta el nehézszuszpenziós zaggyal a kónuszos nehézszuszpenziós szeparátort (KUN, 1966).
4.2. Az ırlés és a flotálás üzemi folyamatai A 250 t befogadó képességő érctárolókból (11) az anyagot szegmenses adagolók segítségével nedvesırlı golyósmalmokra adták föl (14). A kikerülı anyag gereblyés osztályozókra (15), illetve hidrociklonra (16) került. Az osztályozó berendezésekben durva és finom frakcióra szeparált anyag durvább része visszakerült a malmokba, míg a finom frakció átlagosító tartályba, majd agitátorokba került. A folyamatábrán ezt a szakaszt kondicionálásként ábrázoltam (17). Az ólom-szulfid flotálását 24db mechanikus úsztató cellában végezték. A többlépcsıs flotálás során a tisztító flotálásból kilépı, ólom-szulfidban dús anyagot sőrítı berendezésbe vezették (18), majd vákumdobszőrın víztelenítve (19) az ólom-szulfid tárolására kialakított színportárolóban halmozták fel (20). Ugyanezen anyag egy részét még a tárolóra való elhelyezés elıtt tovább flotálták. Így különítették el a rezes ólom dúsítmányt, melynek réztartalma kalkopirithez kötıdött. Technológiai útja a korábbi dúsítmányéval analóg (25, 26, 27). Az ólom-szulfidra történı középtermék flotálásból (az ábrán utó-flotálásból) kilépı anyagot keverés (kondicionálás után (21)) cink-szulfidra flotálták, 28db mechanikus úsztató cellában. A dúsítmányt sőrítés (22) és víztelenítés után (23) a cink-szulfid számára kialakított színportárolóban (24) helyezték el (KUN, 1966). A cink-szulfid utóflotálásból kiemelt terméket egy átemelı cellán keresztül további 12darab kétcellás, mechanikus úsztatóra adták fel, melyek sorba voltak kapcsolva. Az átemelıre került termékek egy része, illetve a piritet flotáló cellákból kikerült meddı, zagyszivattyún keresztül hidrociklonra (28) került. Innen útja a flotációs hányóra vezetett. A pirit flotátum útja sőrítésen és szőrésen keresztül a pirit tárolására kialakított bunkerba vezetett (29, 30, 31) (KUN, 1966).
5. A flotációs hányó kialakítása és kutatásának története A flotációs hányót, 1955-tıl, a flotációs zagy elhelyezése céljából hozták létre, Gyöngyösoroszitól északra, a Száraz ér völgyében. A zagyot, a meddıszemcsék és víz keverékét, egy csıvezetéken nyomatták át az ércelıkészítıbıl a Toka patak völgyének túloldalára. A hányó három részre osztható. 1955-ben az I-es gáttal lezárt tározórészt alakították ki. Ezt a gáttestet még, szemben a késıbb használt gátépítési technológiával, a helyszínen termelt 15
változó összetételő nyiroktalajból képezték ki. Mivel a leülepedı durva-szemő meddıiszapfrakción átszivárgó víz átnedvesítette a nyiroktalajt, a gát kétszer is megcsúszott, a mögötte tárolt nedves zaggyal elárasztva az alatta lévı területeket. Az ércelıkészítı üzem bıvítése miatt újabb tározótérre volt szükség. Ezért képezték ki az 1967-ben üzembe helyezett, II.-gáttal elrekesztett tározóteret. Az újabb gáttestet a meddı 50-60 µm-tıl kisebb szemcsenagyságú részeitıl hidrociklonnal leválasztott meddıfrakcióból képezték, illetve magasították folyamatosan. 1m-es biztonsági szintkülönbséget tartva a gáttest tetejétıl, a finomabb szemő, vízzel kevert meddıanyag a gáton belülre került. A szemcsék kiülepedése révén megtisztult víz, szivárgókon keresztül távozott a tározótérbıl. A gáttest tízszer megcsúszott, komolyabb szivárgások keletkeztek rajta, illetve átszakadt. Az állékonysági problémák megoldására hozták létre az I/a-jelő, harmadik gátat (FÜGEDI, 2006). A flotációs hányó anyagán már 1965-ben Szolnoki és Bognár kimutatta a Thiobacillus ferrooxidans megjelenését laboratóriumi körülmények között, rámutatva ezzel arra, hogy a vas-szulfidok oxidációját legalább egy nagyságrenddel felgyorsító életforma szerepet játszhat a hányó anyagának oxidációjában. Késıbb, mint Magyarország egyik jelentıs érces hányója, bejegyzésre kerül az országos meddıhányó kataszterbe is (EGERER & NAMESÁNSZKI, 1991) 1991-ben a Környezet és Természetvédelmi Minisztérium megbízásából kutatás indult a Magyarországon fellelhetı jelentısebb érces meddıhányók hatásterületének vizsgálata érdekében. Az ELTE kutatói a Toka-patak árterén magas nehézfém koncentrációt detektálnak, melynek forrásaként a Száraz ér környezetében lerakott flotációs meddıt tették felelıssé, (ZÁRAY ET AL., 1991). A kutatók a hányó fedırétegét és a mélyebben található, az atmoszférikus hatásoktól elzárt flotációs zagy anyagát is mintázták. A fedıréteg nehézfémtartalmát is magasnak találták, ám a mélyebben található flotációs zagy anyagában a fedı fémtartalmához képest is magasabb koncentrációkat mértek. Egy másik kutatócsoport a BME-rıl szintén vizsgálta mind a Száraz ér, mind a Tokapatak környezetét (GRUIZ, 1991), A Mezıgazdasági Kémiai Technológiai Tanszék szakembereivel közösen (BEKİ ET AL.,1992), többek között megállapítják, hogy a flotációs meddıhányóból szennyezı anyag jut a Száraz érbe a hányó eróziója révén, és a vizsgált hányó általuk mintázott, felsı rétegei erısen inhomogének. A hányó legutoljára üzembe állított, I/a jelő gáttal határolt tározóterében, a felszínrıl győjtött mintáikban igen magas nehézfémtartalmakat mutattak ki. Egyes kutatók véleménye szerint azonban (FÜGEDI, 2006) ez annak a következménye, hogy az üzem mőködésének legutolsó szakaszában erre a tározótérre a dúsítómő pincéibıl színporral kevert, magas nehézfémtartalmú hulladékot raktak le. Az ELTE kutatói vizsgálták a Toka–patak árterén több helyen megtalálható, sárga színő, jólosztályozott, homok illetve kızetliszt szemcseméret tartományba esı, magas nehézfémtartalmú képzıdményt és a flotációs hányó anyagának ritkaföldfém eloszlását (ZÁRAY ET AL.,1992). Megállapították, hogy az árterületen megfigyelt „sárga homok” és a flotációs hányó anyagában mért ritkaföldfémek illetve az ólom és a kadmium koncentrációk igen hasonlóak. Véleményük szerint a „sárga homok” a flotációs hányóból származik, a flotációs meddı áthalmozott, oxidált anyaga. A MÁFI Észak-magyarországi területi szolgálatának szakemberei a flotációs meddı és a sárga homok ásványos összetételét igen hasonlónak találták, noha a meddıben kalcitot és hematitot mutattak ki, az ártéri üledékek között megfigyelt „sárga homok”-ban viszont jelentısebb gipsztartalmat detektáltak (LONSTÁK, 1992). 16
Meg kell említeni a Környezetgazdálkodási Intézet Környezetvédelmi Intézete által végzett vizsgálatokat is (CSÁKI ET AL.,1992). A flotációs hányóban deponált meddı anyag a kutatók véleménye szerint a Száraz ér környezetében tapasztalt nehézfém-szennyezés egyik forrása, mivel flotációs meddıbıl kioldódnak a nehézfémek és oldott formában szállítódnak a talajvíz illetve a felszíni vízfolyások közvetítésével a területen. Mások (KOMENCZI ET AL., 1993), a flotációs hányó erózióját okolják a Száraz ér völgyében tapasztalható nehézfém anomália kialakulásáért. Halmóczki (1993), rámutat arra, hogy a szulfidásványok oxidációja révén keletkezı gipsz megtalálható a mállott flotációs meddıanyagban is, tovább erısítve azt a véleményt, hogy a „sárga homok” a flotációs meddıbıl képzıdött, erısen oxidált, áthalmozott anyag. A flotációs hányó talajmechanikai problémáival és környezetre gyakorolt hatásával foglalkozik Stickel (1999). Az ércelıkészítı üzembıl a környezetbe jutott színpor, flotációs zagy és a flotációs hányó generálta környezetszennyezés eddigi legteljesebbnek mondható komplex földtani modelljét azonban a MÁFI geokémikusai, Fügedi és Horváth (1994 A, B), illetve Ódor (1998) alkották meg. Fügedi, illetve szerzıtársai a hányó okozta környezetvédelmi gondokkal több munkájukban is foglalkoznak (pl. 1999). Felvázolják a nehézfém anomáliák kialakulásának okait. A „sárga homok” képzıdésével kapcsolatban megállapítják, hogy az ércelıkészítıbıl illetve a hányóból a környezetbe jutó flotációs zagy, közkelető nevén a „szürke oroszi homok” átalakulásával jön létre. Fontos megállapítás a szerzık részérıl, hogy a flotációs hányóban deponált szulfidásványok többlépcsıs hidrolízisen mennek keresztül, és a magas Zn, Pb, As, illetve Cd-tartalmú oldatok a rétegsorban lefelé mozognak. Elérve a talajvíz szintjét, annak közvetítésével szennyezik a területet (2000). Fügedi nagy hangsúlyt helyez a háttér-koncentrációk pontos meghatározására (2004). A flotációs hányó anyagának hasznosítási lehetıségeivel is foglalkoznak Fügedi és szerzıtársai (2005). Cikkükben megállapítják, hogy a hányó anyaga kiválóan alkalmas a közép-magyarországi meszes, illetve szikes talajok javítására. Az erısen alkalikus, lúgos, szikes talajok pH-ját, a hozzá kevert, savas kémhatású flotációs meddı, a szulfidásványok atmoszférikus hatásokra bekövetkezı oxidációja révén, a semlegesebb tartomány felé tolná el. A korábbi mintavételezési programoknál részletesebben mérte fel elsısorban a flotációs hányó felszíni rétegeit a Budapesti Fıvárosi Növényegészségügyi és Talajvédelmi Állomás (BFNTÁ) kutatócsoportja (MARTH ET AL., 1994). Megemlítendı a területrıl készült szakmai tanulmányok sorában a Szárazvölgyi zagytározó tájrendezési terve, melyben többek között a hányó anyagának összetételét és savtermelési illetve lekötési sajátságait, valamint nehézfémtartalmát is vizsgálják sekélyfúrásos mintavételezés révén. 3 darab sekélyfúrásból 5, 10, és 15m mélységbıl vett minták anyagát vizsgálva megállapítják, hogy a flotációs zagy 2,4%-ban tartalmaz szulfidos kötésben lévı ként, amelybıl egy tonna meddıre vetítve 73 kg kénsav képzıdhet. Egy tonna flotációs zagy anyagában azonban a szerzık átlagosan 118 kg kénsav semlegesítésére képes CaCO3-tartalmat adnak meg. A szerzık felhívják a figyelmet arra, hogy a gyöngyösoroszi bányászat leállítását követıen, a flotáló üzem életben tartása érdekében kísérleti jelleggel próbálkoztak hulladék akkumulátorok ólomtartalmának hasznosításával, vasércdúsítással, kriolitsalak hasznosításával, Pb, Zn, Cu, és egyéb fémeket tartalmazó salakok, illetve alumíniumtartalmú öntödei salakok feldolgozásával. A keletkezett anyagokat a flotációs hányón helyezték el, melyek néhol változatos színő foltokban azonosíthatók a hányó felszínén (SZTERMEN ET AL., 2002). A Miskolci Egyetem Eljárástechnikai Tanszékének kutatói többek között a gyöngyösoroszi flotációs hányó anyagának hasznosítási lehetıségét vizsgálták (CSİKE, 2001). 17
Megállapítják, hogy a terület szennyezéséért felelıssé tehetı nehézfémek a hányó anyagának legfinomabb szemcsefrakcióiban dúsulnak fel. Több független vizsgálati módszer alkalmazásával arra a következtetésre jutnak, hogy a hányóban oxidációs folyamatok mennek, illetve mentek végbe. Ugyenezen kutatási program keretein belül a flotációs hányó anyagának környezetkárosító potenciálját is vizsgálják. Megállapítják, hogy a réz és a cink legnagyobb mennyiségben a szerves vagy szulfid-fázishoz, a kadmium és az ólom a karbonátokhoz kötıdik (LAKATOS & KRISTÓF, 1998), valamint (LAKATOS, 2000). Böhm (2003) a bányászati tevékenység teljes körő felhagyása kapcsán közöl mőszaki szakértıi tanulmányt. Egy a bányaüregek tömedékelésére felhasználható anyagok tulajdonságaival foglalkozó tanulmány a hányó anyagával is foglalkozik (BÖHM, 2004). Ugyancsak az Eljárástechnikai Tanszék kutatói vizsgálták a nehézfémek flotációs hányóból való eltávolításának lehetıségeit, flotálás segítségével (BOKÁNYI & BOKOR 2001). A kutatók megállapították, hogy az erıteljes oxidáció ellenére a meddı anyagát flotálással részben mentesíteni lehet a nehézfémtartalmú komponensektıl. A zagytározó gátjából vett minták a zagytározó gátak pusztulási folyamatainak tanulmányozásánál játszottak szerepet (DEBRECZENI & GOMBKÖTİ, 2005). Nem elhanyagolható eleme a hányó anyagát érintı kutatásoknak a tudományos diákköri és szakdolgozatok keretén belül elvégzett vizsgálatok és elemzések összessége, melyek között nemzetközi konferenciákon elıadott anyagok is elıfordulnak. Károly (1999) diplomamunkájában a hányó anyagának keverımalomban történı fizikai feltárhatóságát, és ırölhetıségét vizsgálta. Kendelényi (2001) a hányó nehézfém-komponenseinek szelektív flotálással való kinyerhetıségével foglalkozik. Ugyanezen tématerület átfogóbb vizsgálatát tőzte ki célul Bokányi és szerzıtársa (2001). Elıadásukban az erısen oxidált szemcsék felületi sajátosságaival is foglalkoznak, megállapítva, hogy a Gyöngyösorosziban bányászott pirit zeta potenciálja eltér a piritnél általában várható értéktıl. Ákos (2002) a hányó rekultivációs megoldásait vizsgálja, míg Hudák (2003) a környéken az építkezésekhez felhasznált sárga homok okozta problémákkal is foglalkozik, a hányó jelentıs nehézfém tartalma mellett. Kristó (2004) a hévforrásképzıdményeknek a Toka-patak völgyében tapasztalható fémdúsulásokat befolyásoló szerepére világít rá. Vass (2004) a flotációs hányó savképzı potenciálját határozta meg, helyesen megállapítva, hogy annak anyaga potenciálisan savgenerálónak tekinthetı. Dobai (2005) a hányó oxidációs folyamatainak eredményeként létrejövı fázisokat, és a hányó potenciális környezetkárosító hatását vizsgálta. Megállapítja, hogy a hányóban lefelé haladó oxidációs front alatt és felett eltérı ásványi összetétel mutatható ki. A hányó, mint mintaterület, több, az Európai Unió által támogatott nemzetközi mérési program teszt területeként is szerephez jutott. Ilyen program volt a már korábban említett HYSENS 2002, a PECOMINES (VIJDEA ET AL.,2004, valamint JORDAN, & D’ALESSANDRO, 2004) és az EU TAILSAFE, 2002-2005.
6. A vas-szulfidokat tartalmazó kızetek savtermelésének kémiai háttere Az alábbi kémiai reakciókkal írható le a pirit (FeS2) oxigén, víz, és baktériumok hatására bekövetkezı oxidációja (MILLS, 1995). 4FeS2 + 15O2 + 2H2O = 2Fe2(SO4)3 + 2H2SO4 18
(1)
FeS2 + Fe2(SO4)3 = 3FeSO4 + 2S
(2)
4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 bakteriális hatás = 2Fe2(SO4)3 + 2H2O
(3)
2S + 3O2 + 2H2O bakteriális hatás = 2H2SO4
(4)
FeS2 + 7Fe2(SO4)3 + 8H2O = 15FeSO4 + 8H2SO4
(5)
S + 3Fe2(SO4)3 + 4H2O = 6FeSO4 + 4H2SO4
(6)
Ha csupán pirit illetve pirrhotin vesz részt az atmoszférikus oxidációban, akkor a folyamat végtermékei az 1-6 egyenletekkel leírtak. A víz és az oxigén jelenlétének mértékétıl függıen a leírt reakciók csak részben mennek végbe, közbülsı fázisokat (vegyületeket, ill. ásványokat) produkálva (MILLS, 1995). Ha az oxidálódó vas-szulfidokon kívül más ásványok, például galenit, PbS, kalkopirit, CuFeS2 , szfalerit, ZnS, is jelen vannak az anyagban, egy másodlagos folyamat is lezajlik. A legtöbb természetes érckibúvásban illetve érces meddıhányó esetén ez az ásvány-összetétel jellemzı. A 2,5-3,0-ás pH-érték környékén stabilizálódó kémhatás valamint az oxidáció termékei, úgy mint a kénsav és a vas(III)-szulfát olyan környezetet hoznak létre, melyben a vas(III)-ion mint oxidáló ágens játszik szerepet. 3-as pH-érték felett a vas(III)-ion vas(III)hidroxiddá hidrolizál, mely a savas kızetvíz elfolyáshoz kapcsolható jellegzetes rozsdaszínő pelyhek formájában csapódik ki. A 2,5-3,0-ás pH-érték tartományában, vas(III)-ion hányában, a kénsav oldani képes a nehézfém-karbonátokat és oxid-ásványokat, ám a nehézfémszulfidokat csak nagyon kismértékben tudja mobilizálni. A vas(III)-ion azonban képes oldott fázisba vinni ezeket a nehézfém-szulfidokat (például a telérekben így a meddıhányókban is gyakori Pb-, Cu-, Zn-, és Cd-szulfidokat) (MILLS, 1995). Ezt a folyamatot szemlélteti a következı reakció séma: NFS + nFe+++ = NFn+ + S + nFe++
(7)
Ahol: NFS = szilárd fázisú nehézfém-szulfid; Fe+++ = oldott fázisú vas(III)-ion; NFn+ = oldott fázisú nehézfém-ion; S = kén; Fe++ = oldott fázisú vas(II)-ion. Így jelentıs mennyiségő nehézfém mobilizálódhat a kızetek savgenerálása következtében. Fontos megállapítás, hogy a szulfidásványokban mg/kg-os koncentrációban jelen lévı nyomelemek, például a szfaleritban gyakori kadmium (MILLS, 1995), az oxidáció révén ugyancsak mobilizálódnak.
6.1. A baktériumok szerepe A legelterjedtebb szulfid-oxidáló baktérium a Thiobacillus ferrooxidans, mely energiaforrásként hasznosítja a szulfid-fázisban jelenlévı ként. A fent említett baktérium törzset sikerült a gyöngyösoroszi flotációs hányó anyagában is kimutatni (SZOLNOKI & BOGNÁR, 1965). Autotróf baktérium törzsrıl van szó, amely tápanyag igényét részben az atmoszférából (nitrogén, oxigén, szén-dioxid, víz) részben ásványokból (kén-, illetve foszfor19
tartalmú fázisokból) fedezi. A szó igazi értelmében nem katalizálja az oxidációt, ám ha a baktériumok számára, kedvezı életfeltételek adottak az adott területen, élettevékenységük révén jelentısen gyorsítják a vas-szulfidok oxidációját (MILLS, 1995). A reakciók tanúsága szerint az oxidációs folyamat elırehaladásához a reakció képes vas-szulfidnak érintkeznie kell mind a levegı oxigénjével, mind a vízzel. Ez a megállapítás rendkívüli fontossággal bír. Ha az oxigén nem juthat el a vas-szulfidokhoz, és így nem képes reakcióba lépni velük, az oxidáció nem megy végbe. Az oxidatív lebomlás ezen sajátosságát használják fel a folyamat gátlására a hányó-anyag víz alatti elhelyezésekor. Arid klímájú területeken a víz hiánya ugyan ilyen hatást fejt ki. Az érces hányók rekultivációjának (remediációjának) egyik fontos alapelve az elıbb említett megfigyelés. Legalább ekkora jelentıséggel bír az adott hányókra jellemzı baktérium populáció, elsısorban is a Thiobacillus ferrooxidans szaporodásának gátlása baktericid-hatású vegyszerekkel. Megállapítható, hogy jelentısen lassítható, illetve esetenként gyakorlatilag megállítható az oxidációs folyamat baktériumölı vegyszerek alkalmazásával (JAMBOR, 2000). Amennyiben az oxidációs folyamat zavartalanul halad elıre, végtermékei a kénsav és a vas(III)- szulfát. A kénsav azonban fontos közbülsı terméke is az oxidációnak. Amint a reakció képes vas-szulfidok oxidációja kezdetét veszi, a pH gyorsan esni kezd, majd stabilizálódik. Általában 2,5-3,0 pH értékek jellemzıek a már stabilizálódott kémhatású pórusoldatokra. Az adott élıhelyen (hányón, természetes érc-kibúváson) élı, baktérium populáció sajátosságai határozzák meg a végsı pH-tartományt (MILLS, 1995).
6.2. A neutralizáló folyamatok Amennyiben az elfolyó savas oldatok pH-ja megemelkedik (pl. kalcittal vagy dolomittal való kölcsönhatás révén, illetve magasabb pH-jú felszíni vagy felszín alatti vizek hatására) akkor a fémionok, mint a Fe+++ , Cu++, Zn++, Pb++ és As+++ hidroxidok formájában kicsapódnak. Ezt szemlélteti a következı reakció: Fn+ + nOH-= F(OH)n
(8)
Ahol: Fn+ = fém ion OH- = hidroxid ion; F(OH)n = fém-hidroxid. Az ilyen jellegő semlegesítıdési folyamatok inkább emberi beavatkozás révén mennek végbe. Természetes körülmények között a kicsapódó fázisok karbonátok, szulfátok illetve ezek hidratált és/vagy hidroxi-komplex módosulatai (MILLS, 1995). Mivel a természetben a savgeneráló vas-szulfidok gyakran olyan ásványok társaságában fordulnak elı melyek képesek gyorsan semlegesíteni az alacsony pH-jú oldatokat (kalcit, dolomit), a neutralizáció természetes úton bekövetkezhet. A keletkezı szulfátok közül a leggyakoribb a gipsz (CaSO4*2H2O), amely, noha rosszul oldódik vízben, kismértékben hozzájárulhat az elfolyó vizekkel kapcsolatba kerülı felszíni és felszín alatti vizek megemelkedett szulfátkoncentrációjához is. Bizonyos szilikát ásványok, mint például a plagioklászok, szintén képesek semlegesíteni a vasszulfid- oxidáció révén keletkezett savas oldatokat. Ez a reakció azonban sokkal lassabb, mint a karbonátok oldódása, semlegesítı hatása is kevésbé jelentkezik (MILLS, 1995).
20
6.3. A folyamatok reakció kinetikája A fentiekben leírt kémiai reakciók alkalmasak arra, hogy leírják a savas kızetvíz elfolyás alapvetı folyamatait. Ezek a reakciók viszont nem rendelkeznek idı dimenzióval, s így nem is alkalmasak arra, hogy leírják a lezajló folyamatok sebességét. A kémiai reakciók csoportosíthatóak aszerint, hogy koncentráció vagy transzport vezéreltek (WOGELIUS & VAUGHAN, 2000). A koncentráció vezérelte folyamatok során az egymással reagáló anyagokból létrejövı új fázisok keletkezési sebessége a kiinduló reakciópartnerek koncentráció viszonyaitól függ. Ezzel szemben, a transzport irányította reakciók esetében a képzıdı anyagok mennyiségét a kiindulási reakció partnerek reakció helyszínre, vagy onnan máshová történı szállítódási sebességei határozzák meg. A reakciók sebességének biológiai aktivitás általi meghatározottsága harmadik esetnek tekintendı. Célszerő a kızet eredető savtermelés folyamatait a fent említett reakció-típusok komplex csoportjaként kezelni, mely halmazban az egyes reakció típusok dominanciája a külsı körülményektıl függ: Csapadékos periódusokban a kızet halmaz atmoszférikus hatásokra bekövetkezı oxidációja transzport vezérelte folyamatok által meghatározott. Kevésbé csapadékos idıszakokban, amikor a hımérsékleti viszonyok megfelelıek a bakteriális élet számára, az oxidáció biológiailag kontrolált. A köztes idıszakokban az atmoszférikus oxidáció folyamatai koncentráció vezéreltek. A hımérséklet eltérıen befolyásolja a három mechanizmust. Fontos megjegyezni, hogy az oxidálódó halmaz hımérsékletét nem csupán klimatikus viszonyok határozzák meg, de az exoterm oxidációs folyamatok által termelt saját hı, és ennek a környezetbe való leadási lehetısége is beleszól a rendszer eredı hımérsékletének kialakításába. Bármely idıpontban az oxidáció, a fent említett három mechanizmus által együttesen vezérelt, csupán a lezajló folyamatokra gyakorolt hatás mértéke változik az idıjárási viszonyok függvényében. A csapadékeloszlás szezonális változásai az oxidálódó kızethalmazt érintı vízfolyások hozamainak változtatása révén hatással vannak az anyag-transzportra. Az oxidálódó rendszer hımérsékletének alakulására a hıátadás mértékének változása is hatást gyakorol, melyet befolyásol a kızethalmazt érintı vízfolyások hozamának szezonális alakulása (MILLS, 1995).
6.4. A szulfidtartalmú kızethalmazok, szulfidos érctelepek oxidatív mállása, vaskalapképzıdés A flotációs hányó szulfidos komponenseinek viselkedése legjobban a szulfidos ércek oxidatív mállási folyamataival írhatók le (MÁDAI, 2006B). A felszínre, illetve annak közelébe nyúló szulfidos érctelepekben, illetve a vasszulfidokat tartalmazó kızet halmazokban a leszivárgó csapadékvíz, a benne oldott oxigén és széndioxid hatására összetett oldási és oxidációs folyamatokat indít el. A végbemenı folyamatok intenzitása, a képzıdı fázisok dúsulásának foka és az elemmobilizáció mértéke a reakció képes ásványi komponensek kızethalmazbeli mennyiségétıl függ. A mállási zóna talajvízszint fölötti részére fıként az oxidációs folyamatok jellemzıek. Ezt a zónát oxidációs övnek nevezik. A szulfidok itt szulfátokká alakulnak. A primer szulfidok oxidációja révén keletkezett, rosszul oldódó vegyületek visszamaradnak az oxidációs övben (pl. goethit, lepidokrokit). A jól oldódó komponensek pedig lefelé mozdulnak a szivárgó oldatokkal. A mélyebb, oxidáló ágensektıl mentes zónában a 21
bomlatlan primer szulfidokkal érintkezve az oldott összetevık termésfém, vagy szulfid-, illetve egyéb ásványok alakjában kiválnak. Ezt a zónát felhalmozódási vagy cementációs övnek nevezzük. Az oxidációs öv egyik legjellemzıbb folyamata a vas-szulfidok, (pirit (FeS2), markazit (FeS2), pirrhotin) oxidációja, melynek révén vas-szulfát (FeSO4) keletkezik, mely tovább oxidálódik, és hidrolízis révén Bernalit (Fe(OH)3) válik ki, mely vízvesztéssel goethitté (Fe+++O(OH)) illetve lepidokrokittá alakul. A folyamat végtermékei a mállási öv felsı részében, az u.n. vaskalapban maradnak vissza (ROUTHIER, 1963). Általában minden vasszulfid tartalmú kızet-összlet felszínén megtalálható ez a jellegzetes, rozsdás vagy sárgás színő bevonat az oxidált, vasdús kéreg (TAYLOR & THORNBER, 1995). A vaskréta (ferricrete) olyan konszolidálatlan, vas-oxihidroxidokkal cementált laterites anyag, amelynek cementanyaga, a málló vas-szulfidokon átfolyó vizekbıl csapódik ki. Ez a jól látható színezıdés gyakran a természetes kızeteredető savtermelés bélyege. Az oxidálódó vas-szulfid ásványokból képzıdı vas-oxihidroxidos rozsdás-vasas massza vetızónákban is megjelenhet. A dilatációs zónákon átszüremlı vizek közvetítésével akár néhány száz méteres távolságra is feljuthat a felszínre a mélyben található oxidálódó forrásból. A kalkopirit (CuFeS2) vastartalma az ásvány oxidációja révén a vaskalapban, réztartalma a cementációs zónában kalkozin, bornit, kovellin (CuS) és termésréz (Cu) formájában válik ki. A galenit (PbS) ólom és ezüst-tartalma elkülönül a mállás során. Az ólom anglezitként (PbSO4) visszamarad az oxidációs övben, esetleg a galenit-szemcsék felületét szinte oldhatatlan anglezit-réteggel bevonva, megóvja az ólom-szulfidot a további oxidációtól. A galenit oxidációja révén szabaddá válik annak ezüst-tartalma, mely oldékony szulfát formájában lefelé szivárog, és a cementációs övben dúsul termésfém, vagy más vegyületek formájában. A szfalerit (ZnS) oxidációja következtében, a híg savas oldatban rendkívül oldékony cink-szulfát keletkezik, mely a réz-szulfáttal együtt, a leszálló oldatban lefelé vándorol. Az oxidációs zónában lefelé mozgó, erısen savas, literenként körül belül 0,05 mólnyi H2SO4-et tartalmazó pórusfluidum és a Fe(III) ionok a szulfid-ásványok nyomelemeinek oldatbavitelérıl is gondoskodnak. Így kerülhet oldatba az Ag, valamint a Co, As, Cd, Se, és a Ni. Ha a szulfidásványokat hordozó kızet karbonátokban gazdag, az oldat réztartalmából még az oxidációs zónában másodlagos rézásványok keletkeznek, így például malachit (Cu2(CO3)(OH)2) illetve azurit Cu3(CO3)2(OH)2, valamint (Cu2O), kovellin (CuS) és termésréz (Cu). Igaz ez a cinkre is, mely smithsonit formájában (ZnCO3) csapódik ki. Ez a zóna az oxidációs övön belül az oxidos dúsulás zónája (GRASSELLY, 1986). A felszíni és a felszín közeli talajvizek ugyancsak hatással vannak az oxidálódó rendszer közvetlen környezetére. A vaskalap kifejlıdése még ugyanazon szulfidos ásványtársulás esetén is változhat szövetben és összetételben a szulfidokat befoglaló kızet sajátosságainak megfelelıen. (THORNBER ET AL, 1981). A vaskalapot fedı talaj kifejlıdésére is hatással van a közvetlenül alatta található alapkızet. Miután az oxidált vasas fedıréteg kifejlıdött, erodálódhat, vulkáni tevékenység hatására betemetıdhet, illetve átalakulhat egyéb eróziós illetve depozíciós hatásokra. A vaskalap megjelenését savgeneráló, durvaszemcsés meddıkön és ércdúsítás után visszamaradt finomszemő hányó-anyagokon is leírták (MILLS, 1995). Brit Kolumbiában a mai napig találnak olyan több száz méteres, a vegetációtól lecsupaszított sávokat (kill zone), melyeket oxidált vaskalap alatt megbúvó, magas 22
koncentrációban szulfid-ásványokat tartalmazó kızetek természetes, évmilliók óta tartó oxidációja hozott létre. (TAYLOR & THORNBER, 1995). Sokféle, magas oldott fémtartalmat toleráló növény fordul elı a savas kızetvíz- elfolyás által érintett talajokon. Bár a toxikus nehézfémek hatására az érintett földsáv vegetációja kihal (kill zones), peremein megmaradhatnak a fent említett növényféleségek. Késıbb a vegetáció visszahódíthatja ezeket a kiölt sávokat. Sok, több millió éves vaskalap már vegetációval fedett. A biogeokémiai kutatási módszerek alkalmazásakor vizsgálják a növényzet összetételét, savtoleráló fajtákat keresve, melyek fedett ércelıfordulásokra utalhatnak (BROOKS, 1972). A felszíni vizek, (patakok, tavak) természetes kızeteredető savtermelésbıl származó oldatok hatására biológiailag sterilekké válhatnak, köszönhetıen megváltozott kémhatásuknak és ion-összetételüknek. Amikor savas vízfolyások magasabb pH-jú élıvizekkel keverednek, gyakran válnak ki jellegzetesen rozsda-színő vasoxidok az üledékek-, kavicsok-, hömpölyök felszínén (MILLS, 1995). Megállapítható tehát hogy a vaskalap-képzıdés jelenleg is zajló, illetve néhány millió évre visszamenıleg kimutathatóan végbemenı folyamat. A természetes savgenerálás okozta jelenségek a térképi megnevezésekben is tovább élnek: Példaként említhetı: Veresagyagbérc (Recsk), Veresvíz, (Telkibánya). Rio Tinto (Spanyolország), vagy akár a Coloradóban található Summitville-i bányaterületen használt elnevezések: Vörös-patak (Red Creek vagy Sulphide Creek, Bitter Creek,) Vas-patak (Iron Creek) Tímsó-patak (Alum Creek). Hasonló földrajzi nevekre lehetünk figyelmesek, például Romániában (Veres-patak, Rosia Montana)
6.5. Az oxidálódó meddıhányókban zajló folyamatok ásványtani szempontból A meddıhányók, akárcsak a felszín közelébe nyúló szulfidos érctelepek, illetve a légkörrel érintkezı szulfidtartalmú kızetek, ki vannak téve az idıjárási viszonyoknak. A hányóban kialakuló talajvízszint felszínén létrejöhet egy kezdeti szulfidoxidáció, amelynek során, a korábban ismertetett folyamatokkal analóg módon, vas-oxihidroxidok, és egyszerő, vízoldható szulfátok (elemi kén jelenlétével, vagy a nélkül) kristályosodnak ki. Ezek a reakció termékek az elsıdleges szulfid-ásványok helyettesítıi. A vas-oxihidroxidok kis mennyiségben tartalmazhatnak lepidokrokitot (χ-FeOOH), ám a megfigyelések szerint sokkal nagyobb mennyiségben van jelen másodlagos termékként a goethit (α-FeOOH). Kimutatható még a ferri-hidrit (FeO (O,(OH)1-x()x)) jelenléte. Utóbbi arányát a goethithez képest nehéz megbecsülni, mert rossz röntgendiffrakciós tulajdonságokkal rendelkezik (JAMBOR ET AL., 2000). A végbemenı folyamatok összefoglalhatóak úgy, hogy a kezdeti oxidációs szint lefelé mozdul, együtt az alacsony pH-fronttal. Erre a goethit és a vízoldható szulfátok kiválása, valamint a savas terület létrejötte utal. Az ekkor létrejövı M2+SO4* nH2O-típusú szulfátok instabilak. Víztartalmuk függ a környezet nedvesség-tartalmától. Ha elegendı víz van jelen, heptahidrátok csapódnak ki. Kristályvizük egy részét szárazabb körülmények között könnyen elveszítik, ám e folyamat reverzibilis. Egyes szerzık szerint csak idı kérdése, ezen gondolatmenet alapján, hogy olyan alacsonyabb hidratáltsági fokkal bíró ásványokat írjanak le a meddıhányókból, mint a biankit (ZnSO4*6H2O), illetve a boyleit (ZnSO4*4H2O) (JAMBOR ET AL., 2000 ). Az oxidált érces meddık felszínén is várható a monohidrátok, fıként a szomolnokit (FeSO4*H2O) kimutatása, amelyek kivirágzásként a szenes meddıhányók felszínén fordulnak elı (BAYLESS & OLYPHANT, 1993). 23
Az oxidációs zónában, a felszínhez közelebb, jarosit keletkezhet. Ennek oka az, hogy a savas oldatok megtámadják az alumo-szilikátokat. A földpátok általában nem reagálnak, de a trioktaéderes csillámok hajlamosak arra, hogy elveszítve a káliumot, hidrobiotittá alakuljanak. A vas könnyen kilúgozódik bizonyos ásványok felületérıl, pl.: pirit (FeS2), pirrhotin (Fe1-X S), kalkopirit (CuFeS2), pentlandit ((Fe,Ni)9S8) arzenopirit (FeAsS). A mobilizálódó vas ennek folytán gyakran hagy maga mögött egy belsı, kénben gazdag réteget. Bizonyos esetekben pedig egy oxidált vas-kéreg keletkezik az ásvány felületén. A pirit felületén, a vízpárával illetve a levegıvel való reakció eredményeként, elıbb Fe(III)- oxihidroxidok, majd pedig Fe-szulfátok képzıdnek. A pirrhotinban létrejövı kénben gazdag réteg, hasonló szerkezettel és összetétellel rendelkezik, mint a markazitban található megfelelıje (MYCROFT ET AL., 1995). A fémmonoszulfid-ásványok, úgy mint a szfalerit ((Zn,Fe)S), galenit (PbS), millerit (NiS), és a pirrhotin, savval való reakciójuk során vízben oldott kénhidrogént (H2S) hoznak létre, ellentétben a fém-diszulfidokkal, mint például a pirit, melyek hasonló körülmények között nem hoznak létre ilyen gázt. A kénhidrogén levegıvel érintkezve gyorsan oxidálódik kénné, tioszulfáttá és szulfittá. Ezután lassú átalakulási folyamat eredményeként szulfátok keletkeznek (NORDSTROM & SOUTHAM, 1997). Azok a vas-oxihidroxidok, melyek adszorpció révén a káros elemek fı elnyelıi voltak az oxidációs folyamat korábbi fázisában, visszaoldódnak és újra kristályosodnak. Ennek során elveszítik a korábban adszorbeált nehézfém-ionokat. Hasonlóan oldatba kerülnek a vízoldható szulfátokból keletkezı reakció termékek is. Az így szabaddá vált komponensek lefelé mozdulnak el (JAMBOR ET AL., 2000). Eltekintve a meddıhányókból leírt nagyszámú másodlagos ásványtól, meglepıen kevés, mindösszesen hat mutatható ki széles körben elterjedve. Ezek közül a goethit igen elterjedt, akárcsak a gipsz (CaSO4*2H2O), ám utóbbi vagy azért fordul elı, mert az ırlımővek meszes ércet dolgoztak fel, vagy mert meszet adagoltak a meddıhöz, így próbálván csökkenteni a hányó elfolyó vizeinek pH-ját. Réztartalmú ércek esetén majd mindig megjelenik a kovellin (CuS) az átitatott-, és az át nem itatott zóna közötti határfelületen, vagy annak közelében, amely egyben a maximális vas-oxihidroxid felhalmozódás zónája. A markazit (FeS2) és az elemi kén általában a pirrhotin tartalmú felhalmozódásokban gyakori, ahol mindkét ásvány a pirrhotin egy korai fázisú mállástermékeként jelenik meg és késıbb goethittel helyettesítıdik. A felszín közeli szulfidok elfogynak a meddıhányó érésével és a pH emelkedni kezd. Ez olymértékő, hogy a jarosit instabillá válik, hajlamossá az oldódásra. A meddı oxidációs folyamatainak elırehaladottabb állapotára utalhat olyan ásványfázisok megjelenése, melyek már az ércásványokkal együtt kitermelt és meddıre helyezett, a keletkezı savas fluidumok hatására oldódó szilikátásványokban található ionokat tartalmazzák. Noha több millió éves meddıhányók nem ismertek, az érési folyamat végterméke, a kvarc-gazdag, vastartalmú fedısapka, valószínőleg megfelel a természetes érctesteken hosszú idı alatt létrejövı érett vaskalapnak (JAMBOR ET AL., 2000).
6.6. A természetes kızeteredető savtermelés és a fémkioldási folyamatok kapcsolata A kızeteredető savtermeléshez kapcsolódó nyomelem-geokémiai folyamatok megértése kulcsfontosságú a jelenség helyes értelmezéséhez. A természetes kızetsav-generálás révén toxikus mennyiségben mobilizálódó nyomelemek erıteljesen károsíthatják a környezetet. A 24
kanadai geológiai szolgálat által közzétett egyik tanulmány (REICHENBACH, 1993) azt mutatja meg, hogy bizonyos pirites, bitumenes agyag palák komolyan “károsítják” saját, természetes környezetüket. Ezek az agyag-palák olyan komplex elem-társulással bírnak, amely szignifikánsan befolyásolja közvetlen környezetüket. A kanadai Brit-Columbia észak-keleti részén, a Yukon-folyó környezetében, például több száz négyzet-kilométeres kiterjedéső pirites agyagpala összlet található, amely erıteljes kızeteredető savtermeléssel jellemezhetı. Az összlet által generált savas víz semmilyen kapcsolatba nem hozható bányászati tevékenységgel. Ehhez a természetes folyamathoz a környezet teljes mértékben adaptálódott. Ficklin és társai 1992-ben közölt munkájukban geokémiai szempontok alapján osztályozták a bányavizeket, és a bomlásra hajlamos, vas-szulfidokat tartalmazó, az atmoszferíliák hatásának kitett ásványtársulásokkal jellemezhetı területeken átfolyó vizeket. Megállapítják, hogy a bányászati tevékenységgel érintett és a fenti természetes hatásoknak kitett vizek kémiai összetétele nagymértékben hasonló. A talajvíz közvetítésével a természetes kızetsavasodás révén keletkezett oldatok nagy távolságra juthatnak el forrásuktól, jelentısen szennyezve nagy területen a talajt. A fémek és más mobilizálódni képes komponensek adott területre vonatkozó természetes hátérkoncentrációinak meghatározása a felszíni és felszín alatti vizekben elıkövetelménye egy bányaüzem telepítésének. Megállapítható hogy gyakran az ivóvíz minıséget létrehozni igyekvı rekultivációs törekvések irreálisak, mert figyelmen kívül hagyják a terület természetes geokémiai jellegét a bányászkodás elıtt és után. Ezt az állítást támasztják alá azok a tanulmányok, melyek a bányaüzemek, a nyersanyag elıkészítést végzı üzemek és a fémkohászati üzemek környezetében a vizek természetes háttér-koncentrációit vizsgálták (RUNNELLS ET AL. 1998, ALPERS & NORDSTROM, 2000).
6.7. Fémkoncentrációk, és a “háttér” problémaköre A környezetben mérhetı fémkoncentrációk nagymértékben attól függenek, hogy milyen közegben vizsgáljuk eloszlásukat. A lokális és regionális geokémiai folyamatok ismerete segít megérteni a fémek környezetre gyakorolt hatását. A flóra és a fauna valamint a vizek összetételének változásai alapvetıen a talaj összetételének változásaihoz kapcsolódnak. A talaj jórészt az alapkızet geokémiai jellegét tükrözi. A fémek biogeokémiája a természetes vízi ökoszisztémában rendkívül összetett. Az alapelvek összefoglalása megtalálható többek között Elder munkájában (1988). A természetes környezet geokémiájával sok publikáció foglalkozik (például: FORTESCUE, 1980, valamint SPEIDEL & AGNEW, 1982). Többféle definíció létezik az un. “háttér” meghatározására. A bányászattal illetve ásványi nyersanyag feldolgozásával foglalkozó iparágakban a hátteret úgy definiálják, mint egy elem gyakorisága olyan területrıl vett mintában, ahol a vizsgált minta semmiféle ásványianyag-felhalmozódással nem zavart. A geokémiai kutatásban a “háttér” nem más, mint egy elem gyakorisága, illetve egy természetesen elıforduló anyag mennyisége olyan területrıl vett mintában, ahol a vizsgált komponens koncentrációja nem mutat anomáliát (BATES & JACKSON, 1987). Szennyezett terület lehatárolása során, a természetes eredető ásványi anyag felhalmozódáshoz köthetı, megemelkedett fémkoncentráció a háttér változékonyságának tekintendı (MILLS, 1995). Az elemek természetes háttér-koncentrációja a kızetek, a talaj, a vizek és a vegetáció kölcsönhatásának eredményeképpen alakul ki. Ha a rendszer domináns eleme egy nem anomális ásványi anyag felhalmozódással rendelkezı kızetanyag, amely nem mállott, a fémkoncentráció inkább alacsony szintet mutat majd. Ellenben ha a meghatározó forrás 25
anomális ásványi anyag felhalmozódással jellemezhetı, és/vagy mállott akkor magasabb fémkoncentrációk várhatóak. A vizekben, talajban, álló-, és folyóvízi üledékekben mért elem koncentrációk függvényei az adott vízgyőjtı geológiai és biológiai sajátosságainak. A kapott koncentráció értékek vízgyőjtı medencérıl medencére változnak és semmiképpen sem használhatóak, mint általános, a terület teljes egészére jellemzı sztenderd értékek (MILLS, 1995). Sokféle területrıl áll rendelkezésre háttér értékkészlet, ám ezek általában nem ásványosodott régiókat jellemeznek. Az elemek kéregben tapasztalható átlagos elıfordulási gyakorisága, a Clark-érték (CLARKE, 1924), alkalmas háttér meghatározására. Azonban óvatosan kell az ilyen módon meghatározott értékeket, mint hátteret kezelnünk, mivel a másodlagos vas- és mangán-oxidok erıteljesen “győjtik” a mállás során oldott fázisba lépett nehézfémeket, jelentısen eltolva néhány fém természetes háttér koncentrációját (JENNE, 1968). Nincsen általános sztenderd az anomális értékekre. Hogy pontosan mit tekintünk “kiugró” értéknek függ a mintázott területtıl, a vizsgált közegtıl, valamint a háttér és a küszöb-értékek meghatározására szolgáló statisztikai eljárástól. Egy bányaüzem telepítését a nyersanyag elıfordulási sajátosságainak szempontjából meghatározó anomális értékek nagysága nagyságrendekkel magasabb attól, mint amit az egyes országok környezeti szabályozása, mint zavartalan háttér értéket elfogad. Bradshaw és szerzıtársai készítettek egy tanulmányt, (BRADSHAW ET AL., 1975) melyben több természetes ásvány-felhalmozódást vizsgálva bemutatják a különbözı közegekben meghatározott természetes háttér és az anomális elemkoncentrációk felhasználását a nyersanyag elıfordulások lehatárolása során, figyelembe véve az egyes vizsgált területek sajátosságait. A vegetációra erıteljesen kihat a talaj és a vizek fém-koncentrációja. Dunn, 1989-es tanulmánya arra hívja fel a figyelmet, hogy rendkívül fontos a fémek növények számára való elérhetıségének vizsgálata. A talaj vagy a vizek nehézfém-tartalma nem egyenlı a növények által ebbıl a közegbıl felvehetı fém-mennyiséggel. Ennek megfelelıen kell tehát az egyes fém-kimutatási módszereket is megválasztanunk (DUNN, 1989.). Az összes és elérhetı fémtartalom közötti különbségtétel kritikus láncszem a szennyezés definiálásakor. Az un. növényi stressz (plant stress) a természetben, a kihalt zónákban (kill zones) fordul elı, az érckibúvások okozta “természetes szennyezés” következtében. A stressz-reakciókat mutató növénykolóniák felismerése, keresése érckutatási módszer.
7. Vasoxid-hidroxid- és szulfát ásványok szorpciós sajátosságai 7.1. A nyomelem szorpció környezeti jelentısége A szulfidos érc-elıfordulások kisebb-nagyobb mennyiségben tartalmaznak, a szulfidkötésben lévı elemeken kívül, egyéb nehézfémeket. Amikor a bányászati meddık oxidációja savas szivárgó vizek megjelenését eredményezi, a fent említett elemek olyan magas koncentrációban mobilizálódhatnak, hogy az már komoly befolyással bírhat az élı és élettelen környezetre. A bizonyos esetekben kicsapódó vas és alumínium hidroxi-szulfátok és oxihidroxidok (többek között jarosit, goethit, hematit) finom pelyhek formájában a szivárgó oldatból való kiülepedése enyhítheti a problémát, megkötve a nyomelemeket a szilárd fázis felületén adszorpcióval, vagy a keletkezı pelyhekben való együttes kicsapódás révén. A kicsapódó vas-oxidok illetve vas-oxihidroxidok, hidroxi-szulfátok kristályainak mérete 26
kicsiny, 10 nm alatti. Fajlagos felületük nagysága és kristály defektusaik magas sőrősége következtében jelentıs adszorpciós kapacitással bírnak (MURAD & ROJIK, 2005). Noha a bányászat révén szennyezıdı, (a vágatokból meddıhányókból kifolyó) vizek tisztítása a vízminıséget kellıképpen javítja, ám a tisztítási technológia melléktermékei (pl. magas nehézfém tartalmú meszes iszapok) szennyezhetik a környezetet oxidációs állapotuk megváltozása során, és hosszú távú stabilitásuk az elfolyás környezetében nagy jelentıséggel bír. Általánosságban azt lehet mondani, hogy a nehézfémek, illetve félfémek, mind a kationok, mind az oxi-anionok, hajlamosak kiválni oldott formából, a bányavizek üledékeiben. A lokális geokémiai és hidrológiai adottságok függvénye az oldatban maradó és kicsapódó fázisok koncentrációja. Fémszulfid-bányák csorgalékvizeinek és okker kicsapódásainak vizsgálatiból arra lehet következtetni, hogy az As, Mo, Ag, Sn, Sb, Hg, Ba, Tl, Pb, és Bi, erısen koncentrálódik a szilárd fázisban, míg más gyakori nyomelemek, mint például a Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, kisebb kicsapódási hajlamot mutatnak. Az ólom és a bárium esetében az oldékonyságot a barit és az anglezit kicsapódása határozza meg. Megállapítják, hogy szignifikáns nyomelem megkötıdés tapasztalható a vas- és alumínium csapadékokon (FUGE ET AL., 1994). Az bányavizek és üledékeik tömeges, nagy szériákban végzett kémiai elemzései csekély mélységő bepillantást engednek a nyomelem-szorpciót vezérlı geokémiai tényezık, illetve az ásványi szorbensek viselkedésébe, melyek a szilárd és fluid fázis közötti nyomelem-tartalom megoszlást befolyásolják. A különbözı elemek és vegyületek adszorpciója fémoxid felszíneken, elsısorban is a vas, mangán és alumínium-oxidok felületén, széleskörő érdeklıdés tárgya a lezajló folyamatok környezeti jelentısége révén. A nehézfém-szulfidokat tartalmazó érces hányókón másodlagos ásványfázisként igen gyakran megjelenı vas- és alumínium-oxidok, -oxihidroxidok felületi töltése, ebbıl következıen adszorpciós képessége, erısen pH-függı. A H+ és OH- ionok adott felületen adszorbeált mennyisége a nettó felületi töltés mértékének meghatározója. Minden felület rendelkezik egy rá jellemzı nulla-értékő felületi töltéssel, (pzc = Point of Zero Charge) amely az a pH-érték, amelynél a nettó felületi töltés zéró. A nettó felületi töltés pozitív a pzc alatti pH-érték esetén, ám negatívra vált a pzc-t meghaladó pH-nál. A kísérleti úton meghatározott pzc értékek vas és alumínium oxidokra, oxihidroxidokra és hidroxidokra általában 5,0 és 9,0 pH tartományba esnek (BIGHAM & NORDSTROM, 2000).
7.2. Fém-kationok szorpciója A felületi komplexek létrejötte, idegen fém-kationok víztartalmú vas- vagy alumínium oxidok felszínére való kötıdése révén, magában foglalja protonkilépés következtében az idegen ion oxigén atomhoz, mint donor atomhoz való kötıdését. Így monodentát, vagy bidentát komplexek jönnek létre (9, 10 egyenletek). Kétféle komplex keletkezhet. Ha döntıen kovalens kötés jön létre a fém és az elektrondonor oxigén atom között, akkor „belsı szférához kötıdı”, a felülethez erısebben kötött komplexnek tekintjük a dentátot, (inner sphere complex). Abban az esetben, amikor a komplex „külsı szférához kötıdı”,(outer sphere complex) a felülethez kevésbé erısen kötött. Utóbbi esetben oldószer molekulák ékelıdnek az oxid-felszín és a fémion közé. Egy idegen fémion oxid-felszínhez való kötıdése erısen pH-függı. A felületen való megkötıdést olyan pH-értékek segítik elı, melyek egy nettó negatív felszíni töltést produkálnak (a pzc. (point of zero charge) fölött). A belsı szférához kötıdı, idegen (a 27
fémoxid fém-összetevıitıl eltérı) fémionokkal létrejövı komplexek jelentısen eltolják az adszorbeáló felszín pzc.-értékét a magasabb pH-értékek felé (BIGHAM & NORDSTROM, 2000). (9) Fe
+ Pb2+
OH
Fe
OPb+
+
H+
Vagy Fe
OH
Fe
+ Fe
OH
O
Pb2+
(10) Pb
Fe
+
2 H+
O
Egyes kutatók kísérleteinek tanúsága szerint létezik egy keskeny, pH- intervallum, amelyben az egyes fémionok szorpciója, egy vizes vas-oxid (pl. ferrihidrit) felszínén nulláról majdnem 100%-ra emelkedik. A szakirodalomban ezt a pH-tartományt szorpciós élnek nevezik (DZOMBAK & MOREL, 1990). A bányavizek precipitátumainak szorpciós készsége ólom, réz, kadmium és cink esetében jelentıs pH-függést mutat. A fémek megoszlásának vizsgálata a szuszpendált részecskék és az oldott fázis között egy finomszemő meddıbıl kifolyó bányavízzel terhelt felszíni vízfolyás példáján azt mutatta, hogy növekvı pH- mellett az egyes elemek oldott formából a következı csökkenı sorrendben szorbeálódnak a szuszpendált részecskék felületén: Pb, Cu=Cd,> Zn (BIGHAM & NORDSTROM, 2000). Fuge és társai (1994) Mn, Cu, Zn és Cd okkeren történı szorpcióját vizsgálták. Walesbıl származó különbözı pH-jú bányavizek vizsgálata révén arra a következtetésre jutottak, hogy minden vizsgált fém koncentrációs faktora emelkedik növekvı pH esetén (koncentrációs faktor= okker adott elem-tartalma/ víz adott elem-tartalma). Fontos észrevétel, hogy a Cu koncentrációs faktora 5-ös pH-nál jelentısen magasabb, mint a Cd és a Zn mérıszámai (ez a szorpciós élek elhelyezkedésébıl is megjósolható). A bányavizek által érintett felszíni vizekben 6-os pH-alatt, a Mn és a Zn inkább az oldott fázist részesíti elınyben, szemben a rézzel és a kadmiummal. Webster és munkatársai (1998) réz ólom és cink szorpcióját vizsgálták mesterségesen elıállított schwertmanniton és 2-féle ferrihidriten, valamint az elfolyó bányavíz csapadékain mely nagyrészt goethitbıl állt. Azt találták, hogy az adszorpciós élek alacsonyabb pH-nál fordultak elı mind a négy vizsgált elemre a természetes kicsapódásokon. Az élek hasonlónak adódtak ólomra és cinkre nézve a két szintetikus anyagon, illetve cink és réz esetében alacsonyabb pH-nál fordultak elı schwertmanniton, mint ferrihidriten. A savas bányavizek precipitátumain illetve a schwertmannit felszínén adszorbeált szulfátionok Ba(NO3)2 segítségével való eltávolítása után általában csökkent az ólom, réz és cink adszorpció. Ez a tény arra utal, hogy az adszorbeált szulfát megváltoztatja az ásványfelszín elektrosztatikus sajátságát, vagy egy speciális három egységbıl álló felszíni komplexet hoz létre.
28
7.3. Oxianionok szorpciója Az oxidfelszíneken bekövetkezı oxianion akkumuláció ugyancsak kifejezhetı szorpciós élek segítségével (DZOMBAK & MORELL, 1990). Ellentétben a fémkationok szorpciójával az oxianionok felületi megkötıdése növekvı pH-mellett csökken. A jelenség magyarázata egyrészt az OH- ionokkal való vetélkedésben, másrészt a pzc. pH-értékénél magasabb pH-nál megfigyelhetı, negatívan töltött oxidfelszín negatív ionokra gyakorolt taszító hatásában keresendı. Ahogy a fémkationoknál már láttuk, a létrejövı komplexek lehetnek belsı, vagy külsı szférához kötıdıek. A belsı szférához kötıdı felszíni komplexek lehetnek monodentátok, vagy bidentátok. Utóbbi esetben beszélhetünk egyetlen maghoz kapcsolódó bidentátról illetve két maghoz kapcsolódó bidentátról (11, 12 egyenletek). O FeOH+
+
H2AsO4-
FeOH
Fe
+ FeOH
Fe
As
+
O
O
O
O-
H2AsO4-
As Fe
O
(11)
OH
H2 O
(12)
+
2 H2O
O
A háromértékő oxianionok mint például a (PO4)3-, (AsO4)3- sokkal agresszívebbek a belsı szférához kötıdı komplexek képzésében, mint kétértékő megfelelıik. Megállapítást nyert az is, hogy a háromértékő oxianionok irreverzibilis szorpciós éleket mutatnak. A szulfát-ion egyértelmően domináns a legtöbb savas, szulfátos vízben. Viselkedésének nyomon követése az ásvány-víz határfelületen kiemelt fontossággal bír, a szulfát-tartalmú diszperz rendszerek felület vezérelte reakcióinak megértésében. Komoly vita bontakozott ki korábban a szulfát-anion belsı illetve külsı szférához való kötıdését tekintve. A megfigyelések tapasztalatai szerint, melyek a szulfát-anion referencia ásványokon és talajokon való szorpciójára irányultak, a szulfát-anion külsı szférához kötıdı komplexeket hoz létre. Ennek oka, hogy az ásványok pzc. értékük felett kevéssé tartják meg a szulfát-anionokat, másrészt a vizes fázis ionkoncentrációja jelentısen befolyásolja a felületi szulfát akkumulációt (CHARLET ET AL., 1993). Spektroszkópos vizsgálati technikák alkalmazásával kevésbé egyértelmő eredmények születtek a jelenség vizsgálata során. Példaként említhetı a vasoxidok szulfát-szorpciójának vizsgálata, transzmissziós infravörös spektroszkópia segítségével, melynek során Harrison és Berkheiser (1982), két maggal kötıdı felszíni komplexek (binuclear bridging) létrejöttét állapította meg. Újabb vizsgálatok eredményeképp néhány kutató arra a következtetésre jutott, hogy goethit felszínen a szulfát-adszorpció külsı szférához kötıdı komplexek képzésében nyilvánul meg. Ezen vizsgálati eredményeket diffúz reflektanciás infravörös spektroszkópia (DRIFT) szolgáltatta (PERSSON & LÖVGREN, 1996). Ezzel szemben Hug (1997) belsı 29
szférához kötıdı monodentát szulfát-komplexeket azonosított hematit felszínen 3-as és 5-ös pH értékek között. Utóbbi szerzı in situ csillapított totál reflexiós ((ATR)-FTIR) módszert használt. Peak és munkatársai (1999) hasonló mérési módszert alkalmazva, arra a következtetésre jutottak, hogy a szulfát-anion goethit felszínen, mind külsı mind belsıszférához-kötıdı felszíni komplexeket is létrehoz, 6-os pH alatt. Magasabb pHértékeknél a szulfátanion teljes mértékben külsı szférához kötıdik. Rose és Ghazi (1997) különbözı anyagok szulfát kibocsátását vizsgálta nem átfolyó rendszerő, zárt, un. batch-reaktoros kísérletek során. A kísérletek során alkalmazott oldatok az üledékekkel egyensúlyi állapotban voltak különbözı pH-értékek mellett és az alkalmazott oldatok különbözı cserélhetı ligandumokat tartalmaztak (nitrát, klorid, bikarbonát, oxalát, foszfát). Az eredmények végsı kiértékelése azt mutatta, hogy az összszulfát tartalom 70%-a kötıdött specifikus kötési helyekhez, azaz mint belsı szférához kötıdı komplex jelent meg a schwertmannit és a jarosit kristályok felszínén, illetve mint szerkezeti összetevı, az ásványban volt kimutatható. A szulfát-anion mellett a leggyakoribb oxianionok, a savas szulfátos vizekben, így az érces hányók savas elfolyó vizeiben is valószínőleg az arzenát (AsO4)3- és arzenit (AsO3)3ionok. Ennek oka, hogy a pirit, szennyezésként gyakran tartalmaz arzént, másrészt a pirit mellett egyéb arzén-tartalmú szulfidok is oldódnak savas pH, és a Fe(III) oxidatív hatásának kitéve, mint például az arzenopirit (FeAsS) és kobaltit (CoAsS). Az arzén felhalmozódása kimutatott tény finomszemő bányászati meddıkben és bányászati elfolyó vizek precipitátumaiban (HUDSON-EDWARDS ET AL., 1999). A mobilizálható formában jelen lévı arzén rendkívül toxikus az emberre nézve, még alacsony koncentrációban is, ezért biológiai hasznosíthatósága talajokban, üledékekben és savas elfolyó vizekben jelentıs környezeti probléma (MORTON & DUNNETTE, 1994). 2-nél alacsonyabb pH értékeknél és 0,01-nál alacsonyabb moláris koncentrációjú AsO4 jelenlét esetén az AsO4 vízoldhatósága a szkorodit (FeAsO4*H2O) kicsapódásával vezérelt, vagy annak amorf megfelelıje (FeAsO4*xH2O) a meghatározó tényezı. Magasabb pH értékeknél és alacsonyabb AsO4 aktivitással jellemezhetı oldatoknál az (AsO4)3- oxidfelszíneken történı szorpciója az oldott arzén mennyiségére nézve fontosabb kontrolláló mechanizmus. Következésképp az arzén szorpciójának pH-tól, az oldat-fázis összetételétıl és az arzén oxidációs állapotától való együttes függése (arzenát, arzenit) állapítható meg (KRAUSE & ETTEL, 1988).
7.4. Az ásványok instabilitása és ennek hatása az adszorbeált fázisokra A schwertmannit öregedésének vizsgálatai azt mutatták, hogy ezen ásvány kevésbé stabil, mint a goethit (PEINE ET AL., 2000). A schwertmannit szerkezetének szétesése emeli a proton és szulfát aktivitást az érintett oldatokban, feltehetıen növelve az ásványfelszíneken kötött szulfát-ion mennyiségét (BIGHAM & NORDSTROM, 2000). A szennyezett elfolyó vizek oldott arzenát tartalmában megfigyelhetı változások társíthatók a pH napi, a fotoszintézis aktivitásából adódó ingadozásával is. Ez a következtetés az arzenát koncentráció, a fényintenzitási maximum és a pH változások együttes vizsgálatából vezethetı le (FULLER & DAVIS, 1989.). A kémhatás 0,5-es pH értékkel való lúgosodása a nappali órákban nyilvánvalóan a kicsapódott vas-oxihidroxidok arzenát deszorpciójával magyarázható. A kolloidális vas-ásványok és oldott Fe3+ ionok fotoredukciója szintén jelentıs hatást gyakorolhat az oxigénnel jól ellátott felszíni vizek Fe2+ koncentrációjára. 30
McKnight és munkatársai (1988) kimutatták, hogy az oldott Fe2+ koncentrációja, bányavizek által érintett felszíni vízfolyásokban, délben éri el a maximumot. A napos órák során kimutatható Fe2+ ionok keletkezése majdnem négyszer gyorsabb, mint az éjszakai órákban tapasztalható Fe2+ termelıdés. Ezzel ellentétes hatást figyeltek meg mesterségesen elmocsarasított bányászati meddık vizsgálata során, amikor is a Fe2+ koncentráció a minimumra csökkent a nappali órákban, az algák okozta oxigenizáció következtében. Mindkét esetben a savas, szulfátos vizek napsugárzásnak való kitettsége hozzájárult a Fe oldott és precipitált fázisai közötti körforgáshoz. A ciklus során a szorbeált szennyezık is oldatba mentek. Ezzel összhangban a szabad ásványfelszínek létrejötte elısegíti a nyomelem szorpciót. A fenti megállapításokat figyelembevéve megállapítható, hogy az érces hányókban található oxid és oxihidroxid ásványok felszínén adszorbeált ionok mennyisége idıjárásfüggı, az adszorpcióra alkalmas fázisok öregedésének fény-intenzitástól, végsı soron az idıjárástól való függése révén. A bányászati elfolyó vizek napsugárzás hatására bekövetkezı fizikokémiai változásai az érces hányók pórusvizeiben kimutatható változásokkal rokoníthatók, a hasonló kémiai összetétel és a hasonló környezeti hatások folytán. Megállapítható tehát, hogy az idıjárási (csapadék-eloszlási, napsugárzási) viszonyok, az érces hányók pórusvizeibıl a hányókban kicsapódott adszorpcióra alkalmas ásványi komponensek mennyiségi változásain keresztül hatással vannak hányókból vett minták adszorbeált nyomelem-tartalmára
8. A Gyöngyösoroszi közelében található flotációs hányó anyagának vizsgálata során várható elsıdleges ásványok, és a hozzájuk kapcsolódó nyomelemek Az ásványok a természetben ritkán fordulnak elı szigorúan vett kémiai képletüknek megfelelı összetételben. Noha összetételük leírható egy, a fıbb összetevık mennyiségét leíró sztöchiometriai képlettel, izomorf helyettesítéssel, adszorpcióval illetve nyomásványszennyezıdés révén fellépı vendég elemek megjelenésével szinte mindig számolni lehet. A hányó felszínérıl győjtött minták vas-oxid, -oxihidroxid, vas-szulfát és agyagásvány komponensei a hányóra került, és ott oxidációt szenvedett érc-ásványokból származó elemeket adszorbeálták. Hozzájárulhat az adszorbeált nyomelem-társuláshoz a hányóra helyezett egyéb anyagok (pl. felületkezelési hulladékok) atmoszferíliák kiváltotta, oxidáció révén mobilizálódott elemtartalma is.
8.1. Fı ércásványok Galenit:PbS A gyöngyösoroszi bányából származó galenitben kevés ezüstöt (0,1-0,5%), arzént (0,07%), bizmutot (0,003% -0,12%), kadmiumot (0,005%-0,1%), krómot (0,005-0,1%), rezet (0,03-1,13%), vasat (0,11-3,7%), nyomokban galliumot, germániumot, indiumot, mangánt (0,001-0,32%), nikkelt (0,001% -0,1%), antimont (0,01-0,32%), ónt (0,001% -0,02%) és cinket (0,05-32,0%) mutattak ki. A detektált, jelentıseb mennyiségő cink, a galenit kristályok természetes eredető szfalerit-szennyezıdésébıl ered (SÁMSONI, 1966).
31
A Bi-, Ag-, Fe-, Sb-, As- és Cu-tartalom, zömmel a kis mennyiségben szinte mindig az ásvány kristályaiban jelenlévı szulfosóktól származik. A galenit Ag-tartalmát általában a benne lévı kicsiny akantit-zárványok okozzák (SZAKÁLL, 2005A).
Szfalerit: ZnS A bányából származó szfaleritkristályokban gyakran kevés kalkopirit is található. A legnagyobb mennyiségő ércásvány a telérekben. Vasdúsabb változatát, a marmatitot is leírták a vizsgált mintákból (VIDACS, 1966A). Kimutatták az ezüstöt (0,008-0,02%), nyomokban az aranyat, arzént (0,01%), bizmutot (0,004%), kadmiumot (0,28-0,37%), rezet (0,05-0,17%), vasat (1,92-4,1%), nyomokban galliumot, mangánt (0,02-0,10%), nikkelt (0,001%), ólmot (8,9-44,2%) antimont (0,01-0,09%), és ónt (0,001% -0,003%) a telérekbıl származó szfalerit-szemcsékbıl (SÁMSONI, 1966). A fent említett komplex összetétel nem meglepı, hiszen az ásványtani szakirodalom szerint, általában a szfalerit csak a legritkább esetben felel meg az elméleti sztöchiometriai összetételnek. A szfalerit kristályrácsában, a kimutatott komponensek közül, a cinket Fe (26 tömeg %-ig), Mn és Cd, helyettesítheti (SZAKÁLL, 2005A). Wurtzit: ZnS A gyöngyösoroszi érces összletben kristályai szfalerittel együtt fordulnak elı, de attól kisebb mennyiségben találhatók a bánya mélyebb szintjein (VIDACS, 1966A). Összetételét tekintve a vas 3,6-3,7%, a mangán 0,1%, a kadmium 0,6-0,7%-ban mutatható ki a telérek ásványaiban (DOBOSI, 1982). A Fe, Mn és a Cd a wurtzit térrácsában a cinket helyettesíti (SZAKÁLL, 2005A). Kalkopirit: CuFeS2 A jól kifejlett telérek mélyebb mővelési szintjeiben az ásvány mennyisége számottevı (VIDACS, 1966A). AZ itt talált kristályok mérete, esetenként elérte az 1-4 cm-t (SZAKÁLL, 2005B). Az ásvány kémiai összetételét tekintve, az ezüst mennyisége méltó említésre (0,030,1%) (DOBOSI, 1981). Pirit: FeS2 A bánya minden szintjén, minden telérben elıfordulnak kristályai, erek, fészkek és hintések formájában. Nemesfémeket figyelemreméltó mennyiségben nem tartalmaz (VIDACS, 1966A). Markazit: FeS2 A piritnél kisebb mennyiségben, fıként a bánya felsıbb szintjein illetve a peremi telérekben fordul elı (NAGY, 1984). A telérhasadékokban elsısorban a felülrıl lefelé szivárgó descendens oldatokból vált ki (VIDACS, 1966A). Antimonit: Sb2S3 A nyugat-mátrai ércesedések, így a gyöngyösoroszi ércesedés legfiatalabb ércásványa. Mennyisége alárendelt. Kristályait a telérek felsı részeibıl írták le. Kémiai összetételét tekintve szennyezı elemként az arzén mennyisége említésre méltó (1,65-1,70 %) (DOBOSI, 1981).
32
8.2. Járulékos ércásványok Kis mennyiségben, a telérekben elıforduló azon ércásványok sorolhatók ide, melyek meghatározása csak ércmikroszkópos, vagy elektron-mikroszondás vizsgálatokkal volt lehetséges. Ide sorolható a termésantimon, termésarany, argentit, akantit, arzenopirit, berthierit, bizmuttellurid, bournonit, boulangerit, cinnabarit, freibergit, hessit, heteromorfit, jamesonit, mátrait, miargirit, pirrhotin, semseyit, stannin, tetradimit, tetraedrit (NAGY, 1984).
8.3. Fı meddıásványok Kvarc és változatai: SiO2 Az ércek és egyéb meddı ásványok “hordozóanyaga”. A legnagyobb mennyiségő meddıásvány (VIDACS, 1966A). Leírták még az ametisztet, a kalcedont, (kriptokristályos kvarc) és a jáspist. Kalcit: Ca(CO3) A telérek üregeit, hézagait tölti ki. Elıfordul piroluzittal színezett fekete színő változatként is. Találtak mangántartalmú kalcitot is, bár ritka volt. (VIDACS, 1966A). A kalcit kisebb mennyiségben fordul elı a telérekben, mint a kvarc (NAGY, 1984). Dolomit: CaMg(CO3)2 Kifejezetten kismennyiségben fordult elı (VIDACS, 1966A). Agyagásványok: A telérszalagok hézagaiban, üregeiben, sıt az ércszemcsék között mutattak ki ebbe az ásvány-csoportba tartozó fázisokat (VIDACS, 1966A). A halloysit a leggyakoribb rétegszilikát (MEZİSI, 1957), valamint ezen felül kaolinit, dickit, nakrit és illit, hidromuszkovit változó arányú elegyei mutathatók ki a telérekben montmorillonittal, szaponittal és beidelittel kísérve (NAGY, 1984). Klorit csoportbeli ásványok: A már említett agyagásványokhoz hasonlóan fordul elı az érces összletben, tisztán illetve az agyagásványokkal kevert szerkezetek formájában (NAGY, 1984). . Barit: BaSO4 Ritkán, de a telérek ércszegény szakaszaiban jelent meg (VIDACS, 1966A), illetve a peremi telérek felsı zónáiban dúsult (NAGY, 1984). Adulár: KAlSi3O8 A kálimetaszomatizált andezit közelében kitöltéseiben gyakori összetevı (NAGY, 1984).
33
képzıdött
telérek
agyagásványos
8.4. Járulékos meddıásványok Kis mennyiségben, mikroszkópos, elektron-mikroszondás vizsgálattal kimutatható volt még: anatáz, ankerit, aragonit, apatit, kabazit, cölesztin, epidot, fluorit, inezit, laumontit, rodokrozit, sziderit, thomsonit, turmalin (NAGY, 1984).
8.5. A telérek másodlagos ásványai A másodlagos ásványok a telérek felszínközeli zónáiban, illetve a vágatokkal feltárt, levegıvel érintkezı érces anyagban alakultak ki, oxidáció hatására. Alunit, anglezit, cerusszit, cervantit, diadochit, destinezit, gipsz, geenockit, goethit, halotrichit, hematit, hemmimorfit, hidrohematit, jarosit, kalkozin, kén, kovellin, limonit, malachit, melanterit, otavit, piroluzit, pisanit, rosenit, senarmontit, smithsonit, vaad, valentinit. A felsorolt ásványok közül a melanterit és a halotrichit nagyobb tömegekben is elıfordul Mátraszentimre közelében (NAGY, 1984).
9. Az oxidatív mállás másodlagos ásványfázisainak detektálási lehetısége távérzékeléses technika alkalmazásával Gyöngyösoroszi környékén A Toka-patak völgyérıl, így a flotációs hányóról is a PECOMINES és a HYSENS programok keretén belül légi és mőholdas felvételek készültek. A kapott adatokból ásványfázisokra, nevezetesen goethitre és jarositra specifikus térképek is készültek. (KARDEVÁN ET AL., 2003). A távérzékeléses módszerek eredményeként elıállított térképek hitelességét, pontosságát a helyszínen földi, pontszerő mintavételezéssel javították. A vizsgált területrıl begyőjtött mintákat ICP-MS, XRF és XRD vizsgálatoknak vetették alá. A goethit és jarosit anomáliákat mutató hiperspektrális légifelvétel eredményeivel saját, részletes terepi mintázásaim eredményeit vetem össze a késıbbi, saját munkámat leíró fejezetben.
9.1. A hiperspektrális távérzékelési módszer A távérzékelésben és a földrajzi információs rendszerekben bekövetkezett fejlıdés jelölte ki az utat a hiperspektrális távérzékelési metodika kifejlesztéséhez. A hiperspektrális távérzékelés másik elterjedt megnevezése képalkotó spektroszkópia (imaging spectroscopy). A távérzékeléses technika fı alkalmazási területei az egy adott területre jellemzı ásványi összetétel, illetve a vegetáció azonosítása, meghatározása. Alkalmazzák még építmények, valamint a természetes háttér elkülönítése céljából. A képalkotó spektroszkópia, mint fázisazonosításra szolgáló eszköz laboratóriumi körülmények között, mint egy 100 éve ismert és alkalmazott eljárás. A spektroszkópia az egyes anyagokat azok specifikus, hullámhosszonként eltérı fény-abszorpciós sajátságai alapján azonosítja. Az egyes anyagok bizonyos hullámhossz tartományban megfigyelhetı fény-abszorpciós sajátosságait a bennük fellelhetı kémiai kötések határozzák meg. A képalkotó spektroszkópia a 80-as évek közepétıl egyre inkább a nyersanyagkutatás eszközévé vált. Az ásványok, vegyületek detektálhatósága függ az alkalmazott detektor által mért spektrum szélességétıl, annak spektrális felbontásától. A kimutathatóságot meghatározza az adott anyagféleség gyakorisága, felszíni elterjedtsége az adott területen, 34
valamint a vizsgált hullámhossz tartományban mutatott abszorpciós sajátosságainak mértéke, erıssége. A hiperspektrális adatrendszerek 100-200db, 5-10 nm szélességő, spektrális sáv adatait tartalmazzák, szemben a multispektrális adatrendszerekkel, melyek 5-10db, 70-400 nm szélességő csatorna adataiból tevıdnek össze (Pl.: Landsat TM). A hiperspektrális képalkotó technika jól szemléltethetı egy olyan derékszögő adatkockával, melyben a térbeli információ az X-Y síkban, a spektrális információ a Z-irányban jelenik meg (3-as ábra).
3. ábra, Hiperspektrális adatkocka, melyen a kaliforniai Moffett Field területe látható. (http://www.csr.utexas.edu/projects/rs/hrs/process.html)
9.1.1. N-dimenziós adatrendszer A hiperspektrális adatrendszer felfogható úgy is, mint egy pontrendszer egy Ndimenziós térben. Ekkor egy adott ponthoz tartozó adatrendszer megfelel az adott ponthoz rendelt spektrális reflektancia érték-készletnek. A hiperspektrális adatok megoszlása alapján felmérhetı a spektrális szélsıértékek száma és azok sajátságai, melyekbıl a vizsgált anyag fény-adszorpciós tulajdonságaira lehet következtetni.
9.1.2. A feldolgozás menete A szenzorfejlesztések legújabb eredményei lehetıvé tették, hogy olyan képeket detektáljanak, melyek minden egyes pontjához több száz spektrális csatornán mért adat tartozik. Minél nagyobb a detektáló csatornák száma, annál finomabban különíthetık el az egyes fázisok ismert spektrális sajátosságaik alapján. Ám a nagyszámú csatorna adatainak feldolgozása komplex analitikai technikát igényel. Az alább részletezendı adatelemzési eljárás széles körben alkalmazott többek között olyan szervezetek által mint az Egyesült Államok Geológiai Szolgálata (USGS), vagy a NASA közismert kutatóintézete a Jet Propulsion Laboratory. Természetesen más algoritmusok is ismertek a hiperspektrális felvételek információ-tartalmának kinyerésére (LEE & LANDGREBE, 1993). A hiperspektrális felvételek mőholdról illetve légifényképezés révén is elıállíthatóak. A felvételeket a felvétel módjának megfelelı felszíni reflektancia értékre kell kalibrálni. Az atmoszféra révén elıálló torzulásokat korrigálni kell. A 0,4-2,5 mikronos hullámhossztartomány mintegy felére befolyást gyakorol az atmoszférikus gázadszorpció. Erre szolgál a radiometrikus korrekció (Radiometric Correction). A colorado-i egyetem kutatócsoportja (CSES, 1992, Center from the Study of Earth from Space) az atmoszférikus korrekció számítására kifejlesztette az ATREM 3.0 programot 35
(Atmosphere Removal Program), mely AVIRIS vagy HYDICE képalkotó rendszerek adatait képes korrigálni. Az ATREM skálázott felszíni reflektancia értékeket (scaled surface reflectance) szolgáltat (CRAWFORD & NEUENSCHWANDER, 1998). A feldolgozás következı lépésében a minimális zaj frakció transzformációt hajtják végre (Minimum Noise Fraction (MNF) Transformation). A hiperspektrális felvételen az egyes pontokhoz rendelt spektrális adatok jó része redundáns, köszönhetıen a keskeny hullámhossztartományokat átfogó csatornáknak, melyekben az adatgyőjtés zajlik. Az MNFtranszformáció révén az N-dimenziós térben a felvétel pontjaihoz rendelt dimenziók száma csökkenthetı, a felvételen tapasztalható “zaj” leválasztásával. Az eljárás maga egy olyan lineáris transzformáció, mely tulajdonképpen két darab egymás után végrehajtott lényegi komponens analízis transzformációból (Principal Components Analysis (PCA)) tevıdik össze. Az elsı transzformáció kiemeli és újraskálázza a hasznos adatok mellett található zajt, megszüntetve a sávról sávra áttevıdı korrelációt. (GREEN ET AL., 1988) A második transzformáció egy sztenderd (PCA) transzformáció, melyet a zajmentes adatokon hajtanak végre. Meghatározhatók tehát azok a sajátvektorok, (eigenvectors) melyek az értékes, koherens információt tartalmazzák, és további feldolgozásra alkalmasak A feldolgozás harmadik szakaszában kiszámítják a pixel tisztasági indexet (Pixel Purity Index). Az eljárás eredményeképpen megállapítható, mely pontokhoz rendelt spektrumok a legtisztábbak, “egyedül állóbbak”. Ezt a transzformációt általában már a koherens képen végzik el, mivel itt kisebb a feldolgozandó adattömeg. A spektrális szempontból legtisztábbnak tekinthetı pontok azok, melyek spektruma jól beazonosítható spektrális szélsıértékek keverékének tekinthetı. Következı lépésként a spektrális szögtérképezési eljárást hajtják végre (Spectral Angle Mapper Classification (SAM)), melynek során összevetik a képpontokhoz tartozó spektrumokat ismert anyagokhoz tartozó spektrumokkal, vagy egy kiválasztott szélsıértékkel (endmember). Az összevetéshez felhasználható spektrumok spektrális adatbázisokban találhatók. Ilyen például az Egyesült Államok Geológiai Szolgálatának spektrális adatbázisa, melyben ásványok és talajtípusok hiperspektrális spektrumai érhetıek el. A sztenderdként szolgáló spektrumokat laboratóriumi vagy terepi mérések során vették fel. Az eljárás egy olyan képet szolgáltat, melynek minden egyes képpontjához az ott lemért spektrumhoz leginkább illeszkedı, sztenderd könyvtárbeli spektrum van hozzárendelve. A feldolgozás ezen lépcsıjének az ásványos összetételének meghatározásában van nagy szerepe. A pixel tisztasági index meghatározását a több fázistól származó összetett spektrumok lebontása (Spectral Unmixing /Matched Filtering) követi. A legtöbb képponthoz nem egyetlen fázis spektruma rendelhetı, mivel az anyag a felszínen legtöbbször kevert, nem ritkán növényzettel borított. A kevert anyagok spektrumai megfelelı matematikai eljárásokkal kezelhetıek. Megállapítható hogy mely összetevıbıl mennyi található az adott pontban. Ha a fázisok keveredése nem mikroszkopikus szintő, az összetett spektrum lineáris modellel írható le. Ha a keveredés már anyagszerkezeti léptéket ér el, a szükséges matematikai modellek sokkal összetettebbek és nem lineárisak. Ideális esetben spektrális adatbázisból származó spektrális végtagok spektrumainak lineáris kombinációjából bármely kevert spektrum felépíthetı (KETZMERICK ET AL., 1997).
9.1.3. Az Fe- illetve –OH tartalmú komponensek detektálásának alapelvei Mivel a hányóra helyezett érces meddı pirit-tartalma reakcióba lép az atmoszferíliákkal, másodlagos ásványok, fıként vas-oxihidroxidok és szulfátok keletkeznek. 36
A vasion spektrális sajátságai a következıkben foglalhatóak össze.(SIEGAL & GILLESPIE, 1980): • 0,8 és 1,1 µm között jelentıs adszorpciós minimum található a kristály-tér effektusoknak köszönhetıen. • 0,7-0,87 µm között adszorpciós minimum tapasztalható Fe(III) ion esetében a kristálytér-hatások következtében. • A 0,4 – 0,55 µm között tapasztalható adszorpció oka a ferro-ferri átmenet a különbözı kristályterekben. Az elektromágneses spektrum kék régiója felé erıteljes reflektancia csökkenés tapasztalható a töltésátmeneti adszorpciónak köszönhetıen. Utóbbi jelenség sok mállástermékre jellemzı, különösen a vas oxidokra és oxihidroxidokra (hematit, goethit, lepidokrokit). Ez okozza jellegzetes vörös színüket.
9.2. A távérzékeléses kutatás körébe sorolható konkrét megfigyelések irodalmi adatok alapján a gyöngyösoroszi flotációs hányóhoz kapcsolódóan
Mintavétel É
Flotációs hányó
500 m
4. ábra, Légifénykép a mintavételezési pontokkal, (KARDEVAN ET AL., 2003).
A HYSENS 2002-program során repülıgéprıl, hiperspektrális detektor segítségével többek között a Toka-patak völgyét is térképezték (4-es ábra). A felvételeken beazonosítható a flotációs hányó területe is (KARDEVAN ET AL., 2003). A felmérés validálásához szükséges terepi mintavételezés mintavételi pontjai a fenti ábrán láthatóak. A mintázás során 15 különbözı helyrıl vettek mintát. Pontonként mintegy 2kg anyagot győjtöttek a hányó felsı 1cm-es zónájából. A mintázások helyét GPS rendszerrel határozták meg, és fotót is készítettek a zavartalan felszínrıl az adott helyen a mintázást megelızıen. 37
A JRC (DG JRC, TP 262 Institute for Environment and Sustainability, Soil and Waste Unit) kutatói laboratóriumi körülmények között a minták spektrális sajátosságait mérték, illetve azok fémtartalmát vizsgálták röntgen fluoreszcenciás és ICP-MS mérések segítségével. 4 hiperspektrális terepi mérést is végeztek a területen 50 * 50 cm-es területen. A MÁFI (Magyar Állami Földtani Intézet) laboratóriumában röntgen-diffraktométeres és derivatográfiás mérésekkel határozták meg a minták ásványos összetételét. A Debreceni Egyetem kutatócsoportja (University of Debrecen, Centre of Agricultural Sciences (DE ATC), Dept. of Water and Environmental Management) NITON XL-700 típusú, hordozható terepi röntgen-fluoreszcens spektrométerrel végzett elemkoncentrációmeghatározásokat a helyszínen. Az ITC, (International Institute for Geo-Information Science and Earth Observation, Division of Water Resources and Environmental Studies), a JRC, a MÁFI, és a Debreceni Egyetem kutatócsoportja, valamint az Eötvös Loránd Tudomány Egyetem, (ELTE TTK), Department of Physical Geography, Water Research Centre PLC, Institute for Water Pollution control) szakemberei egy ASD FieldSpec, egy GER 3700 és egy PIMA típusú spektrométer segítségével végezték a terepi, illetve a tereprıl begyőjtött minták spektroszkópiai méréseit, illetve a hányó bizonyos területeirıl ezekkel a berendezésekkel “spektrális mintát” vettek. A minták spektrális sajátságait terepi és laboratóriumi körülmények között is lemérték, azért hogy a légi felvételeken megfelelı pontossággal azonosíthassák be az ásványfázisokhoz társítható spektrális bélyegeket. A szakemberek munkájuk eredményeként lehatárolták a goethit és a jarosit felszíni megjelenését, amely elsısorban a gátak felületén volt szembeötlı (KARDEVAN ET AL., 2003). Az ásvány-anomália térképet helyszíni mintázásom eredményeivel vetettem össze. A vizsgálatok eredményeit a 3rd Mineral Sciences in the Carpathians Conference alkalmával tettem közzé (MÁDAI, 2006C). Megállapítottam, hogy a vizsgált hányó esetében is a növényborítottság és a talajosodás szignifikánsan rontja a hiperspektrális távérzékeléses módszer ásványanomáliákat detektáló képességét.
10. A flotációs hányó savtermelési és savlekötési sajátosságainak vizsgálata A sav-bázis mérleg (Acid-Base Accounting (ABA)) elkészítése egy olyan eljárás, amelynek során a kızet, vagy meddıanyag savlekötı-képességét hasonlítjuk össze annak savgeneráló képességével. A két értékbıl kiszámítjuk az effektív neutralizációs potenciált, (a két érték különbségeként) vagy a neutralizációs potenciál és a savgeneráló potenciál hányadosát képezzük. Mindkét eredményt elıre meghatározott értéksorokkal vetjük össze, kategorizálva a vizsgált anyagot. Többféle kategorizálási eljárás létezik, attól függıen milyen teszteljárással vizsgáltuk a mintákat, és mennyire tekintjük veszélyesnek, illetve ártalmatlannak a kapott értékeket. Az eltérı kategorizálási eljárásokra példaként Price és Errington 1995-ös munkája említhetı. A sav-bázis mérleg meghatározása nagyszámú minta kémiai teszt eredményeinek figyelemmelkísérésére, kiértékelésére szolgáló eljárás, mely statikus eredményként, csupán az adott idıpillanatban a vizsgált anyagra jellemzı kızeterdető savgenerálási készség mértékét mutatja. A statikus teszt eljárásokat ásványtani illetve kızettani vizsgálatokkal egészítettem ki, és így a neutralizáció és a savasodás idıbeli lefolyásáról is képet kaphattunk. Egy adott kızet, vagy meddıanyag savtermelı illetve savlekötı potenciálját meghatározza ásványi összetétele, a felépítı ásványszemcsék mérete illetve méreteloszlása, 38
alakja, az egyes ásványfázisok térbeli eloszlása illetve viszonya más ásványfázisok szemcséinek térbeli eloszlásával. A savtermelı képesség meghatározása során valójában, az adott anyag savkibocsátási potenciáljának környezeti szempontból legrosszabbnak tekinthetı szélsıértékét határozzuk meg. Ugyan ez fordítva igaz a savlekötı képesség vizsgálatára is, amennyiben az anyag maximális savlekötı potenciáljának, adott teszteljárással mérhetı, maximális értékét határozzuk meg. Az adott területen ténylegesen tapasztalható kızetsav kibocsátás tehát egy olyan lokális egyensúlyként értelmezhetı, melyet a savtermelı és savlekötı potenciálok adott körülmények között stabilizálódó és idıben változó egyensúlya jellemez.
10.1. A neutralizációs potenciál (NP, Neutralization Potential) vizsgálatára szolgáló eljárások A kémiai vizsgálati eljárásokat azért fejlesztették ki, hogy nagyszámú minta elemzése és a kapott eredmények egyszerőbb interpretálása váljék lehetıvé, szemben az ásványtani vizsgálatok eredményeként elıálló összetett neutralizációs potenciál meghatározási módozatokkal (PAKTUNC, 1999). A legáltalánosabban használt eljárások melyek segítségével a neutralizációs készség meghatározható az alábbiak: 1. Lapakko-féle Neutralizációs potenciál vizsgálat (LAPAKKO, 1994). 2. British Columbia Research Inc. iniciális teszt eljárása. (DUNCAN & BRUYNESTEYN, 1979), 3. Lawrence-féle módosított sav-bázis mérleg meghatározási eljárás neutralizációs potenciál mérésére. (LAWRENCE & WANG, 1997), 4. Sobek-féle neutralizációs eljárás. (SOBEK ET AL., 1978), 5. Peroxidos sziderit korrekciós eljárás a Sobek-féle teszthez (SKOUSEN ET AL., 1997). A 2-es táblázatban láthatóak a fent említett eljárások, amelyek alapvetıen abban különböznek, hogy mely ásványi komponenseket vonjuk be az oldási folyamatba. Valamennyi kémiai eljárás alapelve azonos: A mintához ismert mennyiségő, fölöslegben alkalmazott savat adagolunk. A sav egy része a minta neutralizációs képességgel rendelkezı ásványaival reagál. A megmaradó fölösleget bázisos oldat adagolásával határozzuk meg. A fogyott oldatok mennyiségébıl meghatározzuk, hogy 1 kg meddı hány g kalcium karbonáttal egyenértékő (g/kg). Az értéket gyakrabban kg Ca(CO)3/tonna meddı, vagy tonna Ca(CO)3/1000 tonna meddı értékben fejezzük ki. A kapott eredmény mindig azt mutatja, hogy a vizsgált meddı illetve kızetanyag mennyi kalcium-karbonáttal egyenértékő, semlegesítı képességét tekintve. A vizsgált anyagnak nem kell szükségképpen kalcium-karbonátot tartalmaznia. Tulajdonképpen az alkalmazott sav hatására oldódó mintamennyiséget határozzuk meg. A kalcit (CaCO3) mellett a többi karbonátásvány is hozzájárulhat az adagolt sav semlegesítéséhez. Így a dolomit (Ca,Mg(CO3)2), magnezit (MgCO3), ankerit (Ca(Fe2+, Mg,Mn)(CO3)2), sziderit (FeCO3), és a rodokrozit (MnCO3). A Fe- és Mn- azonban a karbonátokból mobilizálódva hidrolizál, és így emeli az oldat savasságát. A vas- és mangánkarbonátok ezért nem rendelkeznek neutralizációs képességgel (SKOUSEN ET AL., 1997). Nem szabad tehát figyelembe venni a neutralizációs készség vizsgálatakor a vas és magnézium karbonátok sav-fogyasztását. A táblázatban nem szerepel az izzítás révén a teljes szervetlen széntartalom (TIC: Total Inorganic Carbon) meghatározására szolgáló módszer, melynek része a sósavval történı 39
savazás és a minta kiizzítása 1000oC-on. Az izzítás során távozó CO2 gáz mennyisége alapján számított eredmény %-os formában adja meg a minta karbonát-tartalmát. 2. táblázat: A neutralizációs potenciál meghatározására szolgáló kémiai eljárások összefoglalása (MILLS, 1995 nyomán)
Adagolt sav Idıtartam Hımérséklet mennyisége
Oldatba lépı ásványi komponensek
Eljárás
Alkalmazott savféleség
Lapakko
Kénsav
6,0 – os pH-ig
1 hét
20 oCközelében
Ca- és Mg-karbonátok
BCRI
Kénsav
3,5- os pH-ig
16-24 óra
20 oCközelében
Ca- és Mg-karbonátok Nem kizárt: klorit, limonit
90 oC
karbonátok Ca-földpátok, anortoklász >ortoklász >albit, vasés magnézium gazdag piroxének, hornblende, biotit, olivin-csoport elemei
90 oC
Ca- és Mgkarbonátok, Caföldpátok, anortoklász >ortoklász >albit, vasmagnézium gazdag piroxének, hornblende, biotit, olivin-csoport elemei kizárva a Fe- és Mnkarbonátok
20 oCközelében
Ca- és Mgkarbonátok Vas-karbonátok, biotit, klorit, amfibólok, az olivin-csoport elemei
Sobek
Sobek – sziderit korrekcióval
Lawrence-féle módosított Sobek
Sósav
A Pezsgési teszt gázeltávozás által befejezıdéséig meghatározott (Minimum 3 óra)
A Sósav és Pezsgési teszt gázeltávozás oxidálószerként által befejezıdéséig hidrogénmeghatározott (Minimum 3 peroxid óra)
Sósav
Pezsgési teszt által meghatározott
24 óra
Általánosságban elmondható, hogy az egyes módszerek különbözı mértékben mobilizálják a vizsgált anyagok ásványos összetevıit. A növekvı mobilizációs készség figyelembevételével a teszteljárások az alábbi módon állíthatók sorrendbe: NP-Sobek > NPMódosított Sobek > NP-BCRI > NP-Lapakko (MILLS, 1995). Míg a karbonát-ásványok neutralizációban betöltött szerepe jól követhetı, addig az alumoszilikátok oldódása sok esetben tisztázatlan (SHERLOCK ET AL., 1995). Egyes szerzık a karbonátok viselkedését egy rövidebb idıtávot felölelı NP-mérıszámmal, az alumoszilikátok oldódását pedig egy hosszabb idıintervallumot leíró NP-indexszel javasolják figyelembe venni (DOWNING & MADEISKY, 1997). 40
Lawrence és Wang véleménye szerint a meddı ásványos összetétele meghatározza mely módszerrel mérhetı eredményesen neutralizációs kapacitása (LAWRENCE & WANG, 1997) (3as táblázat ): 3. táblázat: Az ásványok reakciókészsége és az NP-meghatározás módszere közötti kapcsolat (LAWRENCE & WANG, 1997 nyomán)
Relatív reakció készség
Neutralizációs készséget meghatározó módszer
Ásvány
Erıteljesen reakció képes reakció képes
Kevéssé reakció képes
Karbonátok Ca-földpátok, olivin-csoport elemei Piroxének, Amfibólok Szoroszilikátok, Filloszilikátok Plagioklász földpátok K-földpátok Kvarc
NP-Lapakko, NP-BCRI Módosított Sobek
Sobek
Ha az ásványok reakciókészségét 5-ös pH-nál vizsgáljuk és egységnyi idı alatt egységnyi tömegő kalcit oldódott mennyiségével vetjük össze a többi ásvány oldott mennyiségét a következı eredményre jutunk (KWONG, 1993) ( 4-es táblázat). 4. táblázat: Viszonylagos ásványi reaktivitás (KWONG, 1993 nyomán)
Mállási készség
Ásvány
Relatív reakció készség
Oldatba megy
Kalcit, aragonit, dolomit, magnezit, brucit
1,0
Gyors
Anortit, nefelin, olivin- csoport tagjai, gránátok, jadeit, leucit, spodumen, diopszid, wollastonit
0,6
Közepes
epidot, zoizit, ensztatit, hipersztén, augit, hedenbergit, hornblende, glaukofán, tremolit, aktinolit, antofillit, szerpentin, krizotil, talk, klorit, biotit
0,4
Lassú
albit, oligoklász, labradorit, montmorillonit, vermikulit, gibbsit, kaolinit
0,02
Igen lassú
alkáli-földpátok, muszkovit
0,01
Nem reagál
kvarc, rutil, cirkon
0,004
Kwong (1993) véleménye szerint azon ásványok, melyek oldódnak, illetve gyors vagy közepes mállási készséggel rendelkeznek 5-ös pH-nál, természetes körülmények között hozzájárulnak a meddı, illetve a vizsgált kızet neutralizációs képességéhez. Összességében elmondható, hogy ha a vizsgálandó minta karbonátokat és reakció képes szilikátokat is tartalmaz, akkor • a Lapakko-féle eljárás a vizsgált anyag lehetı legkisebb neutralizációs potenciálját szolgáltatja, mivel csupán a karbonátok savlekötı képességét veszi figyelembe, • hasonló eredményt szolgáltat a teljes szervetlen kötésben lévı karbonát (Total Inorganic Carbonate –(TIC)) értéke is, • a Sobek módszer a legnagyobb neutralizációs potenciál értéket adja, mivel a karbonátokon kívül minden, az adott erısen savas oldatban oldódni képes ásványt számításba vesz,
41
• a BCRI Iniciális és a módosított Sobek teszt a terepi körülmények között legvalószínőbb értéket mutatja, mivel a karbonátokat és a legoldékonyabb szilikátokat méri. Igen fontos megállapítás, hogy a terepi viszonyok között megjelenı neutralizációs potenciált, adott esetben a Lapakko-féle eljárás (illetve a vele közel azonos eredményeket szolgáltató, összes szervetlen szén (TIC)-karbonát módszer) is túlbecsülheti. Ennek az oka, hogy a neutralizációt biztosító ásványok egy része nem érintkezik a kızet által termelt alacsony pH-jú vizekkel, fizikai helyzete, feltártságának elégtelen volta, vagy a neutralizációs készséggel rendelkezı szemcse felszínére kicsapódó másodlagos ásványok szigetelı rétege révén (HYMAN ET AL., 1996).
10.2. A pezsgési teszt (Fizz Test (Sobek Módszer)) A minta sósav adagolás hatására bekövetkezı pezsgésének mértéke határozza meg, hogy mennyi, és milyen töménységő sósav adagolására van szükség ahhoz, hogy a minta neutralizációs készséggel rendelkezı ásványait oldatba vigye. A jelenség megítélése szubjektív, és némi gyakorlatot követel az eljárás alkalmazójától. Lawrence és Wang (1997) 112 finom, illetve durva szemő meddı mintát és 8 hitelesített referencia mintát (koncentrátumokat, érceket, és fémeket) vizsgált azzal a céllal, hogy a pezsgési teszt eredményének a neutralizációs potenciál értékére gyakorolt hatását meghatározza. Az 5-ös táblázat a pezsgési teszt végén mért leggyakoribb vég pH-kat, és az összes vizsgált minta vég-pH értékeinek tartományát mutatja. 5. táblázat: a pezsgési sebességet vizsgáló teszt vég pH-i a Sobek eljárás alkalmával (LAWRENCE & WANG, 1997 nyomán)
A pezsgés mértéke
A pezsgési teszt végén mérhetı pH Vég-pH tartományok
Nem tapasztalható pezsgés
2,0-2,5
1,6-5,2
Enyhe
1,5
0,76-2,1
Közepes
1,0
0,77-1,83
Erıs
0,8
0,35-1,07
A pezsgés erısségének helyes megítélése kulcsfontosságú a pontos neutralizációs potenciál meghatározása érdekében. A már korábban idézett szerzık egy korábbi tanulmányukban három mintát strong, vagyis erısen pezsgınek tekintve teszteltek a Sobekmódszer szerint. Ezek után a minták valódi enyhe (slight) pezsgési készségének megfelelı oldatkoncentrációkat használva mérték ugyanazon anyag neutralizációs potenciálját. A kapott neutralizációs potenciál-értékek erıs pezsgést feltételezve háromszor-ötször nagyobbnak adódtak, mint a csekély pezsgési fokozathoz tartozó tesztelési lépések eredményeinek megfelelı töménységő oldatokkal végzett vizsgálatok eredményei (LAWRENCE & WANG, 1997). Összességében elmondható, hogy az egyes szerzık arra a következtetésre jutottak, hogy noha a pezsgési sebesség megítélése szubjektív, nem megkerülhetı eljárás. Sokusen és társai ugyanezen a véleményen vannak és javasolják egy olyan eljárás kidolgozását, mely alkalmas az adagolandó oldatok koncentrációjának meghatározására a szubjektíven megítélhetı pezsgési mérték becslése helyett (SKOUSEN ET AL., 1997).
42
10.3. A savtermelı képesség (AP, Acid Producing Potential) meghatározására szolgáló eljárások Az eljárások alapja, hogy a minta szulfid-tartalmát szulfátokká oxidáljuk. A szulfid formában a mintában jelenlévı kén oxigénnel és vízzel reagálva kénsavat hoz létre, mely pontosan meghatározható mennyiségő kalcium karbonátot képes oldani. Ennek megfelelıen fejezzük ki a vizsgált anyag savtermelı képességét kg CaCO3/tonna meddı(kızet) vagy tonna CaCO3/1000 tonna meddı(kızet) egységben. A minták kisebb-nagyobb mennyiségben szinte mindig tartalmaznak szulfát-ásványokat. Így gipszet, (CaSO4*2H2O), anhidritet, (CaSO4), baritot, (BaSO4) A szulfid ásványok oxidációja révén igen sokféle egyéb szulfát is kimutatható a mintákban, például megemlíthetı a gyakori melanterit, (FeSO4*7H2O) brochantit, (Cu4(SO4)(OH)6) jarosit, (KFe3(SO4)2(OH)6 )és alunit, (KAl3(SO4)2(OH)6 ). A szulfát ásványok oxidáció révén nem hoznak létre új szulfátionokat, ezzel emelve a pórusoldat illetve az elfolyó víz savasságát. Bizonyos szulfátok, mint például a melanterit (Fe++SO4.7H2O) oldódás, hidrolízis révén csökkentik a hányó, illetve az oxidálódó kızethalom elfolyó vizeinek, pórusvizeinek pH-ját. Utóbbi jelenség inkább a kinetikus tesztek révén tanulmányozható, mint a sokkal rövidebb ideig tartó statikus eljárások segítségével. Ha a vizsgálandó minta szulfát-ásvány tartalma és szerves fázisokhoz kötött kéntartalma jóval kisebb mint szulfid-ásvány tartalma, a minta összkén-tartalmát annak szulfidtartalmának tekinthetjük. Ebbıl a gondolatmenetbıl az is következik, hogy egy minta savtermelı képességének meghatározására az összkén-tartalom meghatározás is alkalmas lehet, ám a fázisos összetétel alapvetıen befolyásolja e tényt. Általánosságban elmondható, hogy az összkén-tartalom meghatározást célszerő egyéb fázisanalitikai módszerrel kiegészíteni azért, hogy a szulfid-fázis kéntartalma is mérhetı legyen (LAWRENCE ET AL., 1988). Általánosan elterjedt eljárás a savgeneráló képesség meghatározására a Statikus effektív savtermelı képesség mérése (Static Net Acid Generation (NAG) Procedure). Az eljárás alapja az, hogy a minta szulfid-tartalmát ismert mennyiségő és fölöslegben alkalmazott hidrogénperoxiddal szulfáttá oxidáljuk, mely savasan hidrolizál. A keletkezett savmennyiséget ismert koncentrációjú nátrium-hidroxid adagolásával határozzuk meg, mely semlegesíti a keletkezett savat. Eredményként a NAG = nettó savgenerálási értéket kapjuk kg H2SO4/tonna meddı értékben (MILLER ET AL., 1997). Sobek és munkatársai kidolgozták a különbözı fázisokhoz kötött kén-tartalom meghatározási módozatait (SOBEK ET AL., 1978). Így például tanulmányukban bemutatják a teljes kéntartalom, a szulfidos kéntartalom, a sav-oldható szulfátos kéntartalom, a savban oldhatatlan szulfátos kéntartalom, és a szerves fázisokhoz kötött kéntartalom meghatározási módszereit. A sav-oldható szulfátos kén tartalom a gipsz és az anhidrit fázisok kéntartalmát jelenti elsısorban. A savban oldhatatlan szulfátos kéntartalom pedig elsısorban a barit kéntartalmát jelenti. Ritkán válhat szükségessé a fent említett mindegyik kéntartalom meghatározása. Példaként említhetı a Kanada nyugati területein található ércbányáknál alkalmazott eljárás, melynek során a meddı szulfid formában található kéntartalmát úgy határozzák meg, hogy a Leco-kemencével meghatározott össz-kéntartalomból levonják a savoldható szulfátos kén mennyiségét. Alkalmanként szükség van az eredmények korrigálására a baritban kötött kén mennyiségével. Ekkor bárium meghatározás révén becsülik a minta feltételezhetı barit-tartalmát, majd ezzel csökkentik a szulfidos kéntartalmat.
43
Tapasztalatok szerint nem vezet jobb eredményre minden kéntartalmú fázis kéntartalmának specifikus meghatározása sem, mert minden meghatározás bír valamiféle hibával, melyek a végeredményben kumulatíve összegzıdnek (MILLS, 1995). A legelfogadhatóbb eljárásnak, a jelenleg British Columbia-ban alkalmazott gyakorlat tőnik. Minden bányát egységes, savtermelési problémák kezelésére szolgáló irányelvek alapján minısítenek (PRICE & ERRINGTON, 1995). A savtermelési készséget bányahelyspecifikusan próbálják megítélni (PRICE ET AL., 1997A). Price és szerzıtársai szerint (PRICE ET AL., 1997B) egy kızethalom jövıbeli maximális savtermelési készségének meghatározására a szulfid formában a mintában jelenlévı kéntartalom meghatározása szükséges. Minden egyes, eltérı fázishoz kötıdı kéntartalom meghatározása külön-külön nem szükséges akkor, ha nincs a mintában szerves fázisokhoz kötıdı-, illetve szulfát formában jelenlévı kéntartalom. Mivel sok, szulfid–tartalmú érces meddı, oxidációja révén jelentıs szulfát-tartalommal bír, esetükben a összkén-tartalom Lecokemencével történı meghatározása a savtermelı potenciál jelentıs túlbecsléséhez vezet.
10.4. A környezetre gyakorolt hatás megítélése A környezetre gyakorolt hatás meghatározására általánosan elfogadott viszonyítási értékekre van szükség. A neutralizációs potenciál és a savtermelı képesség mérése révén két érték jellemzi a vizsgált anyagot. Két széles körben elfogadott eljárás létezik a fent említett két érték információ-tartalmának kinyerésére: • A nettó neutralizációs potenciál meghatározása (NNP) a neutralizációs és savtermelı potenciál különbség képzésén alapul. (NNP = NP - AP) • A neutralizációs potenciál arány (Neutralization Potential Ratio, NPR) meghatározása a neutralizációs potenciál és a savtermelı képesség hányadosának kiszámítását jelenti. (NPR = NP/AP) 6 táblázat: Neutralizációs Potenciál Arány (NPR) minısítési kritériumai és a környezeti hatás (PRICE ET AL., 1997B)
A kızeteredető savtermelés megjelenése
NPR=Sobek NP/szulfidos kéntartalom alapján meghatározott AP
Igen valószínő
< 1:1
Valószínő
1:1 - 2:1
Kevéssé valószínő
2:1 - 4:1
Nem valószínő
> 4:1
Magyarázat Valószínőleg ARD-generáló rendszer Ha az NP-vel jellemezhetı ásványtársulás nem eléggé reakció képes, vagy hamarabb kimerül mint a vizsgált minta szulfidtartalma. Az kızet-halmaz valószínőleg nem generál ARD szituációt, csak abban az esetben, ha a szulfidásványok feltártsága jelentıs, illetve igen reakció képes szulfidok vannak jelen a mintában kevéssé reakcióképes neutralizációs készséggel rendelkezı ásványokkal társulva Nem szükséges további NP illetve AP tesztelés, ha csak nem, mint neutralizáló alkalikus anyagot kívánják felhasználni a vizsgált összletet.
44
Széles körben alkalmazzák az elsı értéket az Appalache-hegység szénbányászati régióiban. Az utóbbi eljárás pedig a Kanada nyugati területein található ércbányászati területeken eredményes (MILLS, 1995). Megállapítható hogy mind az NNP, mind pedig az NPR értéke erıteljesen függ azoktól az eljárásoktól amelyekkel az AP, illetve NP-értékeit meghatározták. Az ércbányászati meddık minısítésére alkalmas NPR-határértékek és az ehhez kapcsolható várható környezeti hatás (PRICE ET AL., 1997B) az alábbi, 6-os táblázatban látható.
10.5. A flotációs hányó savtermelési és savlekötési sajátosságai irodalmi adatok alapján A Geotechnikai, Környezetvédelmi, Kutató-fejlesztı és Szolgáltató Kft. 6701-es projektje keretében elkészítette a Gyöngyösoroszi mellett található Száraz-völgyi zagytározó tájrendezési tervét (SZTERMEN, 2002). Három darab sekélyfúrást mélyítettek a zagytározó kazettákon. A fúrásokból 5 m-enként kiemelt 1-1 kg magminta anyagát 105C0-on tömegállandóságig szárították, majd a kapott anyagot porítás után röntgen-fluoreszcens elemzési technikával vizsgálták, meghatározva többek között szulfidkötéső és szulfátkötéső kéntartalmukat. Meghatározták a minták szervetlen kötéső széntartalmát is (TIC). Megállapítást nyert, hogy a finomszemő flotációs zagyban a szulfidos kötéső kéntartalom 1,8-2,8%, és az oxidált, szulfátos kötéső kéntartalom általában alacsony, 0,020,07%. A kén tehát döntıen eredeti, szulfidkötéső formában van jelen a finomszemő flotációs zagyban. A kutatók véleménye szerint a megállapítást alátámasztja az a tény is, hogy a néhány mintában mért magas (2,5-3%) összkén-tartalom magasabb cink- és ólomtartalommal párosul. A vizsgált minták TIC meghatározási protokoll alapján mért karbonát-tartalmát 2,758,75%-ban adják meg a szerzık. A meddı semlegesítı képességét a gyorsan reagáló karbonát ásványok mellett a több nagyságrenddel alacsonyabb oldódási sebességgel jellemezhetı szilikátok is befolyásolják. A monitoring kutak vizében jelentkezı nátriumtartalomból a szerzık nátriumtartalmú ásványok, (feltehetıen plagioklász csoportbeliek) oldódására következtetnek. A flotációs meddı átlagosan 2,4%-ban tartalmaz szulfidos kötésben lévı ként. A szulfidok teljes és maradéktalan oxidációja révén mintegy 73kg kénsav keletkezhet egy tonna flotációs meddıbıl. Tekintve, hogy a szulfát-formában kötött kéntartalom alacsony a meddıben, megállapítható, hogy az oxidációs folyamatok lassan mennek végbe a zagytározóban, vagyis annak fedetlen állapotában sem jelentıs sebességő a kénsav termelıdése. A mintákból hevítés hatására eltávozó CO2 mennyisége 5,29%-nyi volt. Ez az érték 118 kg/t kénsav semlegesítésére elegendı kalciumkarbonátnak felel meg. A karbonát-tartalom mennyiségébıl kiindulva a kutatók azt feltételezik, hogy a pórusvíz pH-ja semleges közeli. Ez azért fontos megállapítás, mert az ilyen közegben a kén oxidációját erıteljesen felgyorsító Thiobacillus ferrooxidans aktivitása lényegesen kisebb, mint 3-as körüli pH-nál. Mivel a meddı ásványos összetétele inhomogén, a szerzı felhívja a figyelmet arra, hogy ahol a karbonátok mennyisége nem elegendı a képzıdı kénsav semlegesítéséhez, ott savas térrészek alakulhatnak ki a zagyban. A tározón létesített 4 darab monitoring kútból vett vízminták három esetben semleges, egy esetben pedig 2,8-es pH-t mutattak. A meddı pórusvízéhez közeli összetételő víznek 45
tekintve a monitoring kutak vízösszetételét a szerzı megállapítja, hogy a savas kémhatású víz kalcium, nátrium, és magnézium tartalma lényegesen alacsonyabb a semleges vízminták hasonló adataihoz képest. A kút tehát alacsony semlegesítı képességő ásványparagenezissel rendelkezı térrészbıl győjti a savas vizet. A szerzı valószínősíti, hogy általában a meddı pórusvize semleges, vagy ahhoz közeli kémhatású, és a képzıdı kénsav a kalcium, magnézium és szulfáttartalom vizsgálatok alapján elsısorban a meddı kalcium-karbonát tartalmával reagál. A hányó anyagának savtermelı és savlekötı sajátságait statikus nedveskémiai tesztek segítségével vizsgáltam, valamint röntgen-diffrakciós és derivatográfos fázisanalízist végeztem az ásványtársulás pontosabb meghatározása érdekében (MÁDAI, 2003, 2005, A,B,C). Megállapítottam, hogy a flotációs hányó anyaga potenciálisan savgeneráló, ám a savképzı potenciál alacsony.
11. A több száz éves ércbányászati meddıhányók, mint analógiák vizsgálata a flotációs hányó évszázadokkal késıbb tapasztalható állapotának felmérése érdekében A PHARE CBC 2002/000-604-01 számú Telkibánya címő projekt keretében alkalom nyílott a több száz éve felszínen lévı, a középkori bányászati, ércfeldolgozási technikák melléktermékeként keletkezett, telkibányai meddıhányók anyagának vizsgálatára, a gyöngyösoroszi meddı anyagokkal való összehasonlítás érdekében. Noha a középkori bányászkodás által érintett Telkibánya-környéki ércesedés alacsonyabb szulfidásvány tartalommal bírt ércgenetikai sajátosságai következtében, mint a Gyöngyösoroszi közelében fejtett polimetallikus ásványegyüttes, utóbbi feldolgozása egy sokkal modernebb módszerrel, hatékonyabban történt. Egy magasabb szulfidtartalmú, ám modernebb módszerek révén keletkezett meddıanyag analógiájaként egy alacsonyabb kiindulási pirit illetve szulfidásványtartalmú, ám középkori technológiai szintet képviselı ércfeldolgozási módszerrel kezelt anyagot választottam, így a flotációs hányó anyagának több évszázados, atmoszférikus hatásokra bekövetkezı elváltozásai megjósolhatók (MÁDAI, 2006A).
11.1. A telkibányai érces terület földtani viszonyai A vizsgált meddıhányók a Tokaji-hegység ÉNy-i részén, a Telkibánya-Pányok-KékedHollóháza-Nyíri települések által közbezárt, mintegy 70km2-es területhez kapcsolható érces vonulat mővelése során keletkeztek. A Zempléni –szigethegységben, a felszínen felismerhetı paleozóos aljzatra középidei karbonátos üledékek rakódtak. A terület a késıi mezozoikum és a harmadidıszak során szárazulat volt. Az ÉNy-i hegységrész a stájer orogén fázis során süllyedni kezdett. Ennek következtében sekélytengeri üledékképzıdés indult meg, amelyet vukanotektonikus beszakadások követtek. A terület süllyedését a vulkanitokkal és szedimentekkel való kitöltıdés nem mindig tudta követni. A tengeri környezet a piroklasztikumok gyakori áthalmozódását, üledékekkel való keveredését, az illódús közegbe nyomult lávatömegek üveges megdermedését, átgızölését, peperitesedését idézte elı, amelyet hidrotermális és metaszomatikus jelenségek sorozata kísért a bádeni és a szarmata idején. A bádeni végén a hegység csaknem teljesen a tenger szintje alá kerül, miközben riolitos piroklasztikum árak és tengeralatti andezites, dácitos áttörések kialakulása mutatható ki a 46
területen. Az ÉNy-i hegységrész ma ismert felszíni arculata a szarmata idıszaki vulkánosság és üledékképzıdés következménye. A bádeni végén a terület emelkedni kezd, amelyet összesült riolit ártufa és ortopiroxénandezit megjelenése kísér. Az ezt követı alsó szarmata savanyú vulkanizmus különbözı riolittufa változatokat hoz létre, majd vulkáni- szubvulkáni andezites magmatizmus nyomai mutathatók ki. Az utóvulkáni mőködéshez kapcsolható alacsony hıfokú, epitermális oldatok megjelenése a vulkanitok zöldkövesedését, kálimetaszomatózisát, pszeudotrachitosodását és kovakızetek tömeges megjelenését eredményezi. Az ércesedést magát, több hullámban ismétlıdı hidrotermális folyamatok hozták létre. Az alsó szarmata végén felerısödı riolitos vulkanizmus változatos kifejlıdéső riolit és perlit tömegeket szolgáltat. A felsı szarmata végén induló és az alsó pannonba átnyúló andezites, dácitos felnyomulások a területet érintı vulkanizmus befejezı szakaszához tartoznak. A terület mai morfológiáját a pleisztocén során bekövetkezı eljegesedésekhez kapcsolható kızetaprózódás, és a csapadékos interglaciális idıszakokhoz társítható lemosási folyamatok alakították ki (KOZÁK, 1994). 11.1.1. Az ércesedés jellemzése Az ércesedés a felszínközelben, a kálimetaszomatizált andezit intrúzióhoz kötıdik. Mélyebben, a különbözı mértékben kálimetaszomatizálódott, piroxénandezit összetételő, intenzíven propilitesedett kızetek is rendelkeznek érces összetevıkkel. A felszíntıl a mélyebb zónák felé haladva több ércesedési típus figyelhetı meg (HORVÁTH & ZELENKA, 1994). Kovás illetve agyagos és karbonátos telérek, amelyek telérkvarchoz kötötten termésaranyat tartalmaznak. Az arany mennyisége 1-15 g/t. A teléreket kísérı kovás breccsiák ezüsttartalma 100-750 g/t. Pirithez kötött nemesfém-ércesedés: a pirithez kötıdı komplex arany és ezüst szulfidok mennyisége a kaolinites, montmorillonitos, illites kitöltéső telérekben jelentıs. 1-70 g/t arany és 100-400g/t ezüst mutatható ki a vizsgált mintákban. Az oxidációs zónában a pirit goethites lepidokrokitos vas-oxihidroxidok keverékévé alakult át. A középkori bányászkodás ezt a zónát érintette elsısorban. Kovás breccsák: jelentıs mérető, átlagosan 3-5m vastagságú képzıdmények. Általában arany kíséretében megjelenı ezüstdúsulással jellemezhetık. Stockwerkes típusú ércesedés: A breccsás ércesedés peremi fácieseként fordul elı, átmenettel a mélység felé. A veresvízi területen a felszín közelében is megjelenik. Viszonylag alacsony koncentrációjú, ám nagytömegő arany és ezüsttartalmú ásványi paragenezis kapcsolható a képzıdményhez. Mélyebb szinti pirites, nemesfém stockwerk ércesedés: érckitöltési formái változatosak: pirites, kalcedonos kovás erek, pirites kalciterek, pirites, kalcedonos, agyagos telérek. Mélyszinti polimetallikus ércesedés: erısen pirites kálimetaszomatitban szalagos érctelérekként szfalerit, galenit, pirit volt kimutatható, míg a mélyebb zónákban propilites andezitben és kálimetaszomatitban érhálós, stockwerkes formában szfalerit és pirit jelenik meg.
47
11.2. A telkibányai bányászati technológia Telkibánya környékén a nemesfém-bányászat a felszínen, illetve a felszínhez közeli telérkibúvásokon indult meg. A telérkibúvásokon alakult ki az un. horpabányászat, ami jellemzı volt a telkibánya-környéki bányászat elsı idıszakára. 6-8 m mély aknák mélyítésével, a felszínhez közeli teléreket fejtették. A gazdagabb telérrészeknél kibıvítették a vágatot. Minimális biztosítást alkalmaztak a fejtésekben, ezért felhagyásuk után az aknák beomlottak, és helyükön horpa keletkezett. Az aknák talpát az ércesedés csapásirányában, szők vágatokkal kötötték össze. A nagyobb mélységő horpa mellett egy- egy kisebb akna is található, melynek célja az volt, hogy az okkeresedés, limonitosodás nyomán a telér vonulatát kinyomozzák. Elıfordult az is, hogy a horpasorokhoz késıbb külfejtést telepítettek. A bányászat a Kánya-hegy keleti oldalán, a Fehér-hegy nyugati lejtıjén, a Jó-hegy környékén indulhatott meg. Kezdetben csak egyszerő, a kornak megfelelı technológiával folyhatott az ércek feldolgozása. Elsısorban kézi erıvel meghajtott malomköveken végezték az ırlést, és kezdetleges széreken a nemesércek dúsítását. A vízi energiával meghajtott malmok a 15. század második felében váltak általánossá. A kızetek jövesztését csákánnyal végezték, a nyélre húzható ékek, vagy a kézi vésık alkalmazására csak a keményebb, kvarcitos kızeteknél volt szükség. Arra törekedtek, hogy minél szőkebb vágatszelvényeket képezzenek ki. Nem ritkák a 120 cm magas és 60 cm széles boltíves vágatok sem. Telkibányán a 18. században újrainduló bányászat során a vágathajtásoknál általánossá vált a robbantásos jövesztés. A még járható vágatoknál ezek a szakaszok jól követhetıek. Korszerőbb, fúrásos robbantást csak az 1950-ben meginduló kutatásoknál alkalmaztak. 11.2.1. Ércfeldolgozás A bányából kikerülı érc kohósítás elıtti feldolgozása a bányák feladata volt. Telkibányán az ércelıkészítés valamennyi szakaszának nyomai megtalálhatók a középkortól a 19. század végéig. A lefejtett érc kézi válogatása már a bányában megtörtént, a meddı részt a kifejtett üregekbe tömedékelték. A dúsításra érdemesnek tartott ércet elsı lépésként mosták, melyet általában osztályozással kapcsoltak össze. A nagyobb darabokat kézzel kiválogatták, és a meddı részektıl megtisztították. A legfinomabb iszappal elfolyó rész egy ponyvás széren ment keresztül, ahol a nemesérc-szemcsék megakadtak, leülepedtek. A középsı terméket az un. zúzóércet nyílaszúzókon, vagy szárazmalmokon ırölték tovább és széreken osztályozták. A bányászat megindulásakor ırlésre csak kézimalmokat használtak. Ezekbıl számos malomkı elıkerült a Jóhegy patak völgyében. A legelterjedtebbek a vízikerékkel meghajtott nyílaszúzók voltak, melyeknek számos változata már akkoriban elterjedt. A kisebb fémtartalmú érceknél amalgamálási eljárást alkalmaztak. A tört ércet homorú malomkı páron tovább ırölték mindaddig, amíg a finom szemcsék a vízzel továbbúsztak egy többlépcsıs kád-rendszerbe, ahová higanyt adagoltak és mechanikus keverılapáttal addig keverték, míg a nemes fémek a higannyal egyesülve amalgám formájában a keverıkádak alján összegyőltek. E technológiát igen széles körben alkalmazták Telkibánya környékén, melyre a mozsárszerő amalgamáló malomkövek utalnak. Az eljárást a 19. században is általánosan alkalmazták a magánvállalkozók. A nemesfémeket lepárlással választották el a higanytól. Az ílymódon nyert dúsítmányok jóval magasabb haszonanyag tartalmúak és tisztábbak voltak, mint széreléssel elıállított megfelelıik. 48
A magasabb kéntartalmú érceket un. klórózó pörköléssel kezelték, amelyet zárt kemencében vagy pörkölı színekben konyhasóval keverve végezték. Ezeknek a pörkölı kemencéknek a nyomai mindenhol megtalálhatóak, ahol ércelıkészítés folyt Telkibányán. A bányászat virágkorában, Telkibányán az ércek kohósítása helyben, a nagyobb aknák vagy tárók környékén folyt. Ezek nyomai a Veresvízi –völgyben, a Lipót-akna környékén és az Ósva völgyben láthatók. Ebben az idıszakban széles körben alkalmazták Telkibánya környékén is az ólmosító eljárást. Ezt bizonyítja a kohósalakok ólomtartalma. A dúsított ércet, vagy ércszínport a 16. századtól további feldolgozásra Szomolnokra, késıbb Aranyidára szállították (BENKE, 2001).
49
12. A tématerületen végzett saját kutatások tematikus ismertetése Az alábbiakban ismertetett kutatómunka kapcsán célom annak megállapítása volt, hogy a Gyöngyösoroszi határában elhelyezett, atmoszférikus málláson átesı, szulfid-ásványokat tartalmazó meddıanyag mintázott tömege oxidációs és oldódási folyamatai révén, hogyan hat jelenleg környezetére, veszélyezteti-e azt. Vizsgálataim nem csupán a jelenlegi állapot felmérésére, de analógiás alapon, több száz éves, rekultiváció nélküli, zavartalan oxidációs periódust feltételezve a jövıbeni környezeti állapot elırejelzésére is kiterjedtek. A fenti célkitőzést összetett volta több részterület vizsgálatát igényelte: A szulfidos érctelepek atmoszférikus hatásokra kialakuló mállási sémáját leíró, a nemzetközi szakirodalomban általánosan elfogadott modellbıl kiindulva a flotációs hányó mintázott anyagában az oxidációs és cementációs zóna elhelyezkedését vizsgáltam. Öt darab fúrás mélység szerinti nehézfém eloszlását követtem nyomon azzal a céllal, hogy az oxidációs front mélységbeli helyzetét, így az oxidáció jelenlegi állapotát meghatározzam. A hányó felszínérıl győjtött minták környezeti szempontból veszélyesnek tekintett nehézfém tartalmát, és a minták anyagának fázisos összetételét, illetve annak felszíni eloszlását figyelemmel kísérve azt vizsgáltam, hogy a hányó egyes eltérı korú és összetételő, ebbıl következıen eltérı oxidációs állapotú fedıképzıdményeinek mintázott részei milyen mértékben terhelhetik a környezetet. A hányóról készült hiperspektrális légi felvételek és saját mintázásaim összevetése révén arra a kérdésre kerestem választ, hogy az atmoszférikus oxidáció révén keletkezett másodlagos termékek, elsısorban az oxidatív mállás közbülsı állapotát jelzı jarosit laterális elterjedtsége alapján, a flotációs hányó fedırétegének mintázott tömege milyen mértékben oxidálódott. A hányó anyaga pirit-tartalmának oxidációja révén enyhén savas pH-jú fluidumokat generál, ugyanakkor a keletkezett savakat neutralizálni képes ásványi komponensekkel is rendelkezik. Statikus kémiai tesztekkel és röntgendiffrakciós eljárással alátámasztott derivatográfiás módszerrel azt vizsgáltam, hogy a flotációs hányó ZT-4-es fúrásának mintázott anyagának savtermelı és savlekötı képessége hogyan viszonyul egymáshoz, generálhat –e az anyag savas fluidumokat. Vizsgálataim kapcsán felhívom a figyelmet a termogravimetriás elemzési módszer, mint új statikus teszteljárás, kiváló alkalmazhatóságára. A hányó néhány száz évvel késıbbi várható állapotát, s így, rekultiváció nélkül a környezetre majdan gyakorolt hatását, analógiás alapon, a Telkibánya környékén fellelhetı középkori durvaszemcsés érces hányók és a finomszemő ércfeldolgozási melléktermékek, (az irodalomban ırlıiszapként illetve iszaphányóként emlegetett anyagok (BENKE, 2001)) környezeti állapotának vizsgálatával határoztam meg.
12.1. A gyöngyösoroszi flotációs hányóhoz kapcsolódó mintavételezés, adatgyőjtés A Gyöngyösoroszi flotációs meddıhányó anyagát, és a hányó elıterét 2005 áprilisától kezdve mintáztam. Öt egymást követı alkalommal felszíni mintavételezést hajtottam végre, alkalmanként 20-25 darab, egyenként körülbelül 200g laza, finomszemcsés mintát győjtöttem. A mintákat légmentesen záró üvegekbe helyeztem. A begyőjtött minta anyag nagy része nyers állapotban por állagú, laza anyag. A mintavételezések helyét térképen rögzítettem. A helyszínrajzokat a domborzati viszonyok, és a hányó felszínén jól beazonosítható sekélyfúrások elhelyezkedése alapján 50
készítettem, majd légifelvételek és GPS-rendszer alkalmazásával készített térképek segítségével pontosítottam. Minden szabad szemmel elkülöníthetı, eltérı színő anyagot, illetve minden területrészt reprezentatív módon próbáltam bemintázni. Célom a hányó teljes felszínét lefedı mintázás volt. A hányó hossztengelye irányában mérve, mintegy 150 m-es szélességő sávban a flotációs hányó Gyöngyösoroszi felé esı elıterét is mintáztam. Az EU TAILSAFE projekt keretében mélyített ZT-1, ZT-2, ZT-3, ZT-4, ZT-5, és ZT-6 fúrások anyagán végzett anyagvizsgálatok eredményeit, valamint a ZT-4-es fúrás mintaanyagát a MECSEK-ÖKO Részvénytársaság rendelkezésemre bocsátotta. Kiegészítve a kapott eredményeket, illetve mintaanyagot a már korábban a területen végzett fúrásos kutatások eredményeként a felszínen a fúrások mellett hagyott mintaanyaggal, lehetıvé vált, hogy a hányó mélyebb régióit is vizsgálhassam. A mintavételezési térkép a térkép mellékletben látható.
12.2. A mintaanyagok makroszkópos jellemzése 12.2.1. A zt-4-es fúrás anyagának makroszkópos leírása A fúrások mélyítése során csigafúrót használtak, és a kapott furadékok származási mélységét a hányó felszínéhez képest határozták meg. A 0,2 m mélyrıl származó minta sok növényi maradványt tartalmaz. Sárgás-szürke, jól osztályozott anyag. Jórészt a flotációs zagyból összeállt 0,5-1 mm-es szemcsék, illetve okkeres–agyagásványos mátrixszal cementált, zagyszemcsékbıl álló, 2-3 mm-es lapos, szétmorzsolható töredékek alkotják fı tömegét. Az anyag laza, földes állagú. Szabad szemmel kristálytöredékek, kristályszemcsék nem azonosíthatók benne. A 0,4 m mélységbıl vett minta növényi maradványokat szabad szemmel azonosítható mennyiségben nem tartalmaz. Sárgás-szürke, sárgás-barna, jól osztályozott, flotációs zagy. Agyagos, okkeres cementanyaggal összefogott, összeálltabb, kézzel könnyen szétmorzsolható, 2-3 cm-es szemcse-aggregátumokat tartalmaz. Az aggregátumok plasztikusak, gyúrhatók. Domináns alkotó a világos-szürke, finomszemő, mm-nél kisebb szemcsékbıl és világos-sárga ugyancsak mm-alatti szemcsékbıl álló, cementálatlan, laza zagy. A 0,6 m-bıl vett minta a 0,4 m-bıl vett minta cementáltabb megfelelıjének tekinthetı. Világos-szürke összeállt zagyszemcsék 1-2 cm-es agglomerációi ugyancsak összeállt 1-2 cm mérető, világos sárga, okkeres szemcse-agglomerációkkal figyelhetık meg a mintában. A sárgább, összeállt darabokat széttörve belsejük gyakran világos-szürke színő. Jól azonosítható az 5-6 mm vastag, világos sárga kéreg, amely a sárgásabb összeállt szemcséket színezi. A szürke aggregátumokat feltörve belsejük is világos-szürke színt mutat. A két összeállt szemcsetípus alkotó szemcséi olyan finom szemőek, hogy szabad szemmel nem lehet kristályokat azonosítani a tört felületeken. A 0,8 m mélyrıl származó minta összeállt, 1-2 cm-es szemcse aggregátumai világossárga színőek. A szemcse-aggregátumokat összetörve láthatóvá válik, hogy 1-2 mm-tıl 5-6 mm–ig terjedı vastagságú, világos sárga színő kérgek burkolják az összeállt, zagyszemcsék 51
alkotta anyagot. Az aggregátumok belseje világos-szürke. Az anyag másik része össze nem cementálódott, világos-sárga finomszemő zagy. Az 1,0 m mélyrıl származó anyagminta 0,5-1 cm-es és 3-4 cm-es összeállt, világos sárga aggregátumai ugyancsak zagyszemcsékbıl tevıdnek össze. Belsejük szintén világos szürke. Néhány nagyobb szemcse belsejében azonban a megszokott, világos szürke anyag helyett a külsı kéregtıl erıteljesebb sárga színt mutató, zagyszemcsékbıl összeállt aggregátum látható. A minta mintegy egy tizedét alkotja össze nem állt, világos-sárga, finomszemő zagy. Az 1,20 m mélyrıl vett minta, összevetve a korábbi minták anyagával, nagyobb eredeti nedvesség-tartalommal bír. Sötétebb sárga, barnássárga színő, összeállt aggregátumai plasztikusak, alakíthatók az aggregátumok folytonosságának megszakítása nélkül. A helyenként kenıdı, plasztikus, 3-4 cm-es szemcse-aggregátumok belseje barnás-sárgás és szürkés-kékes sávok váltakozását mutatja. A sávok vastagsága 3-4 mm. Az aggregátumokat sárgás okkeres színő, illetve világos szürke, helyenként kékes-szürke flotációszagy-szemcsék alkotják. A zagyszemcsék szabad szemmel alig különíthetık el egymástól. A 2,0 m mélyrıl származó minta szintén jelentısebb nedvességtartalommal bír. A korábbiakban említett zagyszemcse-aggregátumok itt is megfigyelhetık. A 3-4 cm-es mérető, plasztikus konkréciók szürkés színőek, enyhén világossárga foltozottsággal felszínükön. A konkréciókban sötétebb szürke és sötétebb, okkersárga színő, 3-4 mm-es sávok váltják egymást, a szürkés, helyenként kékesszürkés anyag túlsúlyával. A szemcsék, kristálytöredékek, szabad szemmel nehezen különíthetık el egymástól. Laza, össze nem állt fázis alig figyelhetı meg a mintában. A 3,0 m-bıl vett minta sötétszürke színő, nedves, plasztikus. Az aggregátum belseje sötétszürke, helyenként enyhén kékesszürke színő. Az aggregátumot alkotó szemcsék, akárcsak korábban, itt is alig vehetık ki szabad szemmel. A 4,0-5,0-6,0-7,0 m-es mélységbıl kiemelt minták, makroszkópos sajátságaikat tekintve, teljes egészében a 3,0 m-bıl kivett anyaggal megegyezıek. A 8,0-, 9,0- és a 10,0 m-bıl vett minták, noha ugyancsak egyetlen aggregátumot alkotnak, plaszticitásukat tekintve ridegebbek, könnyebben törnek a korábbi nedves, helyenként kenıdı mintákkal szemben. A kívül sötétszürke, barnás-szürke aggregátumok belsejében barnás-szürke, és sötétokkersárgás árnyalatú, barna színő, 4-5 mm-es sávok váltakoznak. Az aggregátumok alkotó szemcséit szabad szemmel szinte alig lehet elkülöníteni. A 12,0-, 14,0-, 16,0- és 17,5 m-bıl vett minták összeállt aggregátumai sokkal ridegebb, töredezı jellegőek. Uralkodóan barnás-szürke színő, 5-6 cm-es konkrécióikon világos-szürke, 3-4 mm átmérıjő foltok figyelhetık meg, 5-6 mm-es vastagságú szürkés-okkersárga sávok és ugyancsak 3-4 mm átmérıjő, szürkés-okkersárga színő foltok társaságában. Az aggregátumok belseje uralkodóan szürkésbarnás, 3-4 mm vastag, szürkésokkersárga, helyenként barna színő sávokkal tarkítva. A konkréciókat felépítı zagyszemcsék szabad szemmel alig kivehetık.
52
A 18,0 m mélyrıl vett minta laza, porszerő anyag. A döntıen világosabb szürke színő 1-2 cm-es aggregátumokat szürkésfehér színő, 5-6 mm-es foltok tarkítják. A korábban alig felismerhetı szemcsék helyett 0,5-1 mm-es, szabálytalan alakú, összecementálódott, könnyen szétmorzsolható, agyagos töredékek alkotják a mintát. 12.2.2. A flotációs hányó felszínérıl győjtött minták makroszkópos leírása, a minták jelölésének rendszere Az alábbiakban leírásra kerülı minták jelölésénél a következıképpen jártam el. Nagybető és arab szám együttese utal a hányó felszínén kijelölt mintavételezési pontokra. Az üzem rekonstrukciója után létesített, Gyöngyösoroszihoz legközelebb esı II.-es tározótérben, illetve annak gátján felvett mintavételezési pontokat A-val jelöltem. A legelıször használatba vett közbülsı, I-es tározótérben és annak gátján kijelölt mintavételezési pontokat F-el, míg az I/a tározótérhez és annak gátjához kapcsolható mintavételezési pontokat FV-vel különböztettem meg. Az adott mintavételezési pont közvetlen környezetében általában több képzıdményt mintáztam. Az egyes minták jelölése kisbetővel és számmal utal a mintavételezési pontra, az ezután következı bető pedig az egy adott mintavételezési pontban vett minták közötti eligazodást segíti. A jelölésrendszer egységessége érdekében, ha egy adott mintavételezési pontban csak egyetlen mintát vettem, a minta a kisbetős származási helye után írt „a” jelölést kapta. Az A1-es mintavételezési ponton vett mintacsoportba tartozó minták, a Gyöngyösoroszihoz legközelebb esı gát koronájába mélyedı, mintegy 1,5 m mély gödörbıl származnak. A gáttest belsı zonációját feltáró gödörbıl vett minták finomszemő, morzsalékos, makroszkóposan színükben eltérı anyagból álnak. A a1a, a1b, a1f minták jellegzetesen szürke színő, finomszemő anyagot reprezentálnak. A a1c minta, a világossárga-okkersárga színő, finomszemő, gy4-es mintával mintázott, a hányó felszínétıl 0,5 m-re található, összeállt szemcsék felületén megfigyelhetı, 1-2 mm átmérıjő, meggypiros gömböcskéket tartalmazza. Az a1e minta, a sárgás, a1d mintával jellemezhetı anyag felületén található, fehér, matt, 0,5-1 mm vastag, 3-4 mm2-es felülető, lemezszerő kiválásokat mintázza. A a1g sárga-okkersárga finomszemő anyag makroszkóposan az a1d mintával analóg, ám a gödör legmélyebb pontján található. Az A2-es ponton vett minta, a2a a sárgás-szürkés, agyagos, felszíni, porállagú, fedı anyagon kivált, fehér, porszerő anyagot reprezentálja. Az A3-as mintavételezési ponton vett a3a minta, az a2a, porállagú anyag cementált megfelelıje. Fehér, nehezen törhetı illetve morzsolható, 0,5-1 cm-es, szabálytalan alakú konkréciók alkotják. A a3b minta a gátkoronát fedı, vöröses-sárga, felszíni anyagon megfigyelt, fehér morzsolható, szabálytalan alakú, bevonatokat képzı, 0,5-1cm-es kivirágzásokból származik. Az A4-es mintavételezési ponton vett a4a minta szürke színő, a nedvességtıl plasztikus, finomszemő anyag. Száraz, így porállagú, ám barnásvöröses színő az a4b minta. A a4c, illetve a a4d minták szürkés-sárga színő, alacsony nedvességtartalmú, porszerő anyagokat reprezentálnak. Vörösbarna, rozsdabarna színével hívja fel magára a figyelmet a a4e porállagú minta.
53
Az A5-ös mintavételezési pont egy, a ZT-5-ös fúrás közelében, a gátkoronán mélyült jelöletlen fúrás zónáját reprezentálja. A fúrás mellett, a felszínre kihelyezett hányó-anyag felszínén, fehér, porállagú kivirágzás jelent meg a5a. A a5b minta a fúrt, és a hányóra kihelyezett anyag szürke színő, laza, finomszemő, felszíni frakcióját mintázza. A kihelyezett, fúrt anyaghalmaz felszíne alól 20-30 cm-el származik az a5c minta. A szürke, finomszemő, laza, porállagú anyag a flotációs zagy durvább frakcióját reprezentálja. Az A6-os mintavételezési pont a ZT-5-ös fúrás környékét jellemzi. A fúrás közelében mélyült, mintegy 0,5 m mély gödör, a gáton belüli zagyrégiókat tárja fel. A a6a minta világossárga, finomszemcsés, laza por, mely a gödörbıl származik. A a6b minta az ugyanitt fellelhetı, sötétebb sárga, finomszemő, magasabb nedvességtartalmú, összeállt por. A gödörben ugyancsak laza, finomszemő, porállagú, alacsony nedvességtartalmú, fekete színő anyag lelhetı fel. Ezt a a6c minta repezentálja. A már korábban is többször felbukkanó, finomszemő, szürke, laza por itt is megjelenik a6d. A a6e minta a gödörben a szürke, összeállt por felszínén kivált, néhány mm-es szabálytalan alakú, laza állagú, matt kiválásokat mintázza. Az A7-es mintavételi pont, az A6-os közelében található. A vett minták egy körülbelül 1 m átmérıjő, kiszáradó félben lévı tócsa fehér, nedves, plasztikus iszapját a7a, és okkersárga-világossárga színő, magas víztartalmú, a tócsa mélyebb részébıl származó, finomszemő, plasztikus üledékét a7b mintázzák. A tócsa mellett, újabb, jelöletlen fúrás, és annak a felszínre kihelyezett fúrt anyaga található. A kihelyezett fúrt anyaghalmazban fehéres-szürkés finomszemő, alacsony víztartalmú, porállagú anyag a7c és sárgásfehér színő, plasztikusabb, finomszemő, ugyancsak laza anyag a7d váltakozik. Az A8-as mintavételezési pont a Gyöngyösoroszihoz legközelebb esı gáton belül elhelyezkedı nádas déli partján található. A vízzel borított nádas partvonalától mintegy 1m-re fehér, helyenként citromsárga színbe hajló, porállagú, finomszemcsés, laza képzıdmény található (a8a). Ezen a területrészen 0,5 m-tıl 20 cm-ig terjedı átmérıjő andezit törmelék darabok, andezit hömpölyök találhatók. Mállott felszínükön világossárga, fehér, földes állagú, olykor cm-vastagú bevonatok láthatók (a8b). Ugyanebben a mintavételezési zónában a gátkoronát sárgásvöröses, földes állagú talajtakaró fedi. A jól osztályozott, finomszemő anyag ásványi komponensei szabad szemmel nem azonosíthatók (a8c). A Gyöngyösoroszi felé legközelebb esı gátkorona külsı, Gyöngyösoroszi felé lejtı oldalán található az A9-es mintavételezési pont. A gát rézsőjén, barnássárga, por állagú, anyag található (a9a), amelynek a tetején, fehér, szabálytalan alakú, 1-2 cm-es mérető konkréciók találhatóak (a9b). Közvetlenül a felszíni fehér képzıdmények 0,5-1 m-sugarú foltja mellett, vörösessárga, porállagú, laza, finomszemő anyag alkotja a felszínt (a9c). Kissé távolabb, fehér, agyagos, plasztikusan kenıdı állagú, 20-40 cm átmérıjő foltok figyelhetık meg a gát rézsőjén (a9d). Kelet felé haladva a gátkoronán, az A10-es mintavételezési ponton, vörösesbarna, laza, finomszemő por borítja 0,5-1 m-es sugarú foltokban a gát tetejét (a10a). A gátkoronán tovább haladva újabb fúráshoz érünk (A11-es mintavételezési pont), A felszínre kihelyezett anyag laza, finomszemő, szürke por (a11a). A szürke, enyhén összeállt furadék felszínén, 20-40 cm-es átmérıjő, sötétbarna-rozsdabarna foltokban ugyancsak laza por mintázható (a11b). Az A12-es mintavételezési ponton, a tározó náddal fedett belsı zónájának keleti peremén, a 0,2-0,4 m-es átmérıjő andezit-hömpölyök felszínén 0,5-1cm-es vastagságú, 54
összeállt, törhetı, morzsolható fehér kéreg figyelhetı meg (a12a). Az ugyanitt megjelenı, hasonló képzıdmény, világossárga színe miatt érdemel figyelmet (a12b). A Gyöngyösoroszi felé legközelebb esı tározótér gátjának külsı, keleti oldalán (A13-as mintavételezési pont) laza, finomszemő, jól osztályozott porállagú fedı figyelhetı meg. Szürke (a13a), világossárga (a13b), és barnásvöröses (a13c), 2-3 m szélességő pászmákban nyúlnak le az eltérı színő fázisok a gáttest elıtti területre, 4-5 m hosszban. A fent említett tározótér gátjának legészakibb pontján (A14-es mintavételezési pont), A gátkoronán, illetve azon belül a felszínen, 2-3 m átmérıjő foltokban, laza, finomszemő, jól osztályozott, világossárga (a14a), illetve sárgásfehér (a14b) por figyelhetı meg. Az A15-ös mintavételezési pont a legdélebbre esı gát koronáján, a hányó hossztengelyében helyezkedik el. Az itt található fúrás mellé kihelyezett anyag laza, porszerő, jól osztályozott. A finomszemő összletben sárgásfehér színő rétegek (a15a) váltakoznak szürke, világosszürke rétegekkel (a15b). A kihelyezett halmaz felszínén 20-30 cm-es átmérıjő foltokban vörösesbarna, laza, porállagú anyag figyelhetı meg (a15c). Az F1-es mintavételezési pont a legkésıbb létesített gáttestet megelızı szakaszban létrehozott gát koronáján helyezkedik el. A gát belsı oldalán található ZT-4-es fúrás mellett a felszínre kihelyezett furadék laza, finomszemcsés, fehér színő foltokban megfigyelhetı anyagát az f1a minta képviseli. A szürke, finomszemő, jól osztályozott flotációs zagyot az f1b minta reprezentálja. A talajon, a fúrástól 2 m-re, összecementált agyagos, könnyen morzsolható világossárga anyag található (f1c). Ugyancsak a fúrás helyszínétıl távolabb mintázható, a fehér, jól konszolidált, kemény, 2-3 cm-es, szabálytalan alakú konkréciókból álló 2-3 m-es sugarú foltokat alkotó anyaghalmaz (f1d). Kelet felé haladva, a gát koronáján, az F2-es mintavételi ponton, a gát belsı, zagytér felé esı oldalán, fehér, kenıcsszerően kenhetı, 20-30 cm-es vastagságú, talajtakaróval fedett összlet található (f2a). A homogén anyag lelıhelyének szomszédságában, már finomabb szemő, helyenként vízzel borított, jól osztályozott, szürke flotációs zagy figyelhetı meg (f2b, f2d, f2e), amely a tározótér felszínét uralja. A gáttesten helyenként világossárga, 2-3 m átmérıjő, laza porállagú anyagból álló foltok figyelhetık meg (f2c). Az F3-as mintavételezési pont az elsı lépcsıben kiépült tározórész finomszemő, flotációs zagy lerakására szolgáló részében helyezkedik el. Az itt található ZT-7-es fúrás furadékának felszínen hagyott anyagát az f3a és az f3b minták reprezentálják. A mintákra egyaránt jellemzı a szürke szín, az igen finom szemcseméret és a jól osztályozott, egységes szemeloszlás. Míg az f3a minta a fúrt halmaz felszínérıl származik, alacsonyabb víztartalmú és világosabb színárnyalatú, addig az f3-as minta a furadékhalmaz 20 cm-el mélyebb zónáját mutatja. Távolodva a ZT-7-es fúrástól, a hányó hossztengelye irányában, az F4-es mintavételezési pont környezetében, a már ismert, szürkés színő flotációs zagy szürkésbarna színővé sötétedik. Az f4a minta anyaga, akárcsak korábban, itt is finomszemcsés, jól osztályozott, szürkésbarna színő. 2-3 m-el távolabb, 3-4 m átmérıjő, vörösesbarna, ugyancsak finomszemő, jól osztályozott flotációs zagy figyelhetı meg (f4b). Az F5-ös mintavételezési pont az F4-es ponttól keletre 15 m-re létesült. A nedves, náddal fedett területrész talaját vörösesbarna, finomszemő, jól osztályozott, talajjal keveredı flotációs zagy alkotja (f5a). A térszínbıl alig kiemelkedı, ZT-1-es fúrás által harántolt gáttest mögötti tározótér nyugati széléhez közeledve, található az F6-os mintavételezési pont. A legfiatalabb tározótérben felvett mintavételezési pont környezetébıl származik az f6a minta. A felszínen megfigyelhetı, fehér, összeállt anyag, 2-3 mm vastag, 4-5 mm átmérıjő, csillogó, 0,5-1 mmes kristályok alkotta halmazokból áll. 55
Az F7-es pont, a ZT-1-es fúrás mellett, a hányó hossztengelyében, de a gáttesten kívül helyezkedik el. Az f7a minta vörösesbarna, 10 cm vastag, jól osztályozott, finomszemő por. Ez alatt található az f7b mintával jellemzett képzıdmény, amely finomszemő, szürke, jól osztályozott flotációs zagy. Említést érdemelnek az f7a minta összeállt, 1-2 cm átmérıjő, rozsdabarna, szférikus konkréciói. Az F8-as mintavételezési pont a legkorábban létesült gát koronájának tetején, a hányó hossztengelyében található. Az f8a minta fehér színő, finom szemő, enyhén összeállt, morzsolható anyagot reprezentál. A 2-3 m-es átmérıjő foltokban megjelenı, agyagos állagú anyag mellett, feketés barnás zöld színő, 2-3cm-es szférikus, könnyen szétmorzsolható, belül homogén konkréciók alkotják az f8b mintát. A világossárga, laza, finomszemő por, amely a sötétebb anyag mellett található, a vizsgált térrészen a legjelentısebb elterjedést mutatja. Utóbbi fázist az f8c minta reprezentálja. Az F9-es mintavételezési pontban vett f9a minta az f6a minta fehér kivirágzásai mellett megfigyelhetı, vörös, finomszemő, magasabb víztartalmú, folyósan plasztikus anyagot mutatja. A ZT-3-as fúrástól 20 m-re délnyugati irányban, a gát Toka-patak felé esı oldalán található az FV1-11 mintavételezési pont. Az egymástól 1-2 m távolságra vett minták színükben térnek el leginkább. Az fv1a minta (FV1 pont) feketés-barnás, plasztikusan alakítható, finomszemő anyaga mellett az fv2a mintával jellemzett, (FV2 pont) sárgás fehér színő, talajosodott, finomszemő, 2-3 cm-es, szabálytalan alakú konkréciókba összeállt képzıdmény említhetı. Az agyagosabb állagú, konszolidáltabb, sötétbarna fv3a jelzéssel mintázott anyag (FV3 pont) ugyancsak finomszemő, magasabb víztartalmú képzıdmény. Az fv4a minta (FV4 pont) anyagának 2-3 cm-es, szabálytalan, csak kalapáccsal feltörhetı, kívül fehér, belül világosabb és sötétebb, 2-3 mm-es rozsdabarna sávozottságot mutató anyaga valószínőleg a hányó anyagától idegen. Az fv5a és fv6a minták (FV5, FV6 pontok) laza, finomszemő, jól osztályozott anyaga narancssárga az fv5a esetében, illetve tipikusnak mondható szürke az fv6a mintánál. Az fv7a minta (FV7 pont) vörösessárga finomszemő laza, jól osztályozott anyaga helyenként 1-2 cm-es átmérıjő konkréciókba állt össze, melyek könnyen morzsolhatók. Az fv8a minta (FV8 pont) fekete színő, laza, finomszemő anyaga a korábban már többször leírt (pl. a1a, a1b), szürke zagy sötétebb megfelelıjének tekinthetı. A gát talajosodott, 2-3cm-es laza, homogén anyagú, könnyen törhetı konkréciókba összeállt, vörösbarna anyagát az fv9a minta (FV9 pont) mutatja be. Az fv10a minta (FV10 pont) rideg, alacsony nedvességtartalmú fehér, agyagos állagú anyagán 1-2 cm átmérıjő, rozsdabarna foltok figyelhetık meg. Az anyag jól osztályozott, szabad szemmel szemcsék nem különíthetık el. Közvetlenül az 1-2 m-es sugarú, agyagos foltok mellett vörösessárga, szintén agyagos állagú összeállt anyag mintázható (fv11a minta, FV11 pont). Az fv12a minta (FV12-es mintavételezési pont) fekete, finomszemő, jól osztályozott, laza anyaga 10-15 cm vastag rétegben fedi az fv13a minta által jellemzett (FV13-as mintavételezési pont), az fv12a-tıl magasabb víztartalmú, egyéb tulajdonságaiban az fv12vel azonos, ám sárgásvörös színő képzıdményt. Mindkét anyag 2-3 m széles sávokban fedi a gát kifelé nézı rézsőjét. Az FV-14-es mintavételezési ponton az fv14a minta által jellemzett, vörösbarna, laza, jól osztályozott anyag 1-2 m széles sávokat alkot a gát koronáján és külsı oldalán. A finomszemő anyag felszínén apró, 0,5-1 mm-es fehér, üvegfényő kristályokból álló, 0,5 cm-es átmérıjő, szabálytalan alakú kivirágzások figyelhetık meg. Az fv15a minta (FV-15-ös mintavételezési pont), már a gáttesthez itt közel húzódó nádas talajából származik. Szürke, kissé agyagos, konszolidált, 2-3 cm-es szabálytalan könnyen szétmorzsolható konkréciók alkotta laza anyag. 56
Délfelé haladva a zagytározót borító nádas keleti partján, a gáton belül található az FV16-os mintavételezési pont. A nádas talaját alkotó szürke, jól osztályozott flotációs zagy az fv16a mintával jellemezhetı. Az FV17-es mintavételezési ponton a szürke színő talaj felületét 20-30 cm-es átmérıjő foltokban borító, 10 cm vastag sárgásbarna színő, finomszemő, jól osztályozott képzıdményt az fv17a minta reprezentálja. A hányó Gyöngyösoroszi felé esı elıterét borító talajt 10 minta segítségével vizsgáltam. Az E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7 -es mintavételezési pontokban egy-egy talajmintát vettem a felszínrıl. A minták számozása megegyezik a mintavételi helyek számozásával: e1a, e2a, e3a, e4a, e5a, e6a, e7a. A sárgásbarna szín, az uralkodóan finom szemcseméret, és az agyagos megjelenés volt jellemzı. A mintákat alkotó szemcsék szabad szemel nem voltak elkülöníthetık. Az E8, E9, E10 -es mintavételezési pontokon győjtött minták (e8a, e9a, e10a) a hányó gátján átfolyó, csapadékvíz táplálta, a hányó alatt kiépített szivárgó rendszer továbbította ér partján kiülepedett anyagból származnak. Noha színük barnásfekete, nedvességtartalmuk pedig magas, szemcseméretüket tekintve ugyancsak agyag, és finomhomok mérettartományba esnek.
12.3. A flotációs hányóhoz kapcsolódó minták és a telkibányai területen mintázott érces hányók anyagának vizsgálata során alkalmazott mérési módszerek Mind a gyöngyösoroszi meddı, mind pedig a telkibányai ércfeldolgozási melléktermékek környezetre gyakorolt hatásának vizsgálata során fázisos összetételük meghatározásából indultam ki. Alkalmazott anyagvizsgálati módszereimet ezen szempont figyelembevételével úgy választottam ki, hogy egyrészt kiegészítsék egymást, másrészt a biztosabb eredmények érdekében eredményeim alkalmasak legyenek arra, hogy meg is erısítsék a különbözı mérési metodikák szolgáltatta adatokat. A röntgendiffrakciós fázisanalitika alapvetı és pontos eszköz, ám az orientációra hajlamos agyagásványok, illetve a másodlagosan keletkezı gipsz esetében a félkvantitatív röntgen diffrakciós metodika jól kiegészíthetı a derivatográfos analízis eredményeivel. Utóbbi mérési módszer a termikusan reaktív fázisok mennyiségi meghatározására igen alkalmas. Ilyen a fent említett fázisok mellett a vas-szulfidok és a karbonátok csoportja is. Mindkét módszer lehetıvé teszi, hogy az anyagot fázisszelektíven vizsgáljuk, az egyik módszer pontosítja a másik eredményét. A nedveskémiai tesztek a savtermelı és savképzı potenciál vizsgálata kapcsán, más elven, de tovább bıvítik, kiegészítik a vizsgált ásványparagenezisek környezetre gyakorolt hatását leíró eredményeket. A vizsgált anyagok környezetre gyakorolt nehézfém-terhelésének megállapítása újabb mérési módszert, az ICP-AES, illetve az atomabszorpciós spektrometria eszköztárának alkalmazását kívánta meg. A begyőjtött, illetve a Mecsek Öko Rt révén kapott mintákat 70 Co-on 48-óráig szárítottam. A kellıen száraz anyagot kerámia dörzsmozsárban, majd achát mozsárban ıröltem az 5µm-közeli mértékadó szemátmérı elérése érdekében. A röntgen-diffrakciós fáziselemzéseket a Miskolci Egyetem Ásvány- és Kızettan Tanszékének HZG-3 típusú, függıleges tengelyő, Θ-2Θ kiépítéső goniométerével végeztem. Az elemzésekhez kobalt antikatóddal felszerelt, 900W-teljesítményő röntgencsıvel elıállított, primér oldalon nikkel-szőrıvel monokromatizált, karakterisztikus röntgennyalábot használtam. A röntgencsı kiszolgálásáról egy TURM-62 típusú, nagyfeszültséget szolgáltató 57
generátor gondoskodott. A méréseket 30kV-os gyorsító feszültséggel és 30 mA-es csıárammal végeztem, 1 fok/perces, folytonos detektor-léptetési sebességgel. Detektorként gáztöltéső proporcionális számlálót használtam. A detektorról lejövı analóg jeleket egy National Instrument PCI-6032E-típusú, nagyfelbontású, multifunkciós mérésadatgyőjtı kártya segítségével kapcsoltam számítógépre. A beérkezı analóg feszültségjelek feldolgozását saját fejlesztéső mérésadatgyőjtı programmal végeztem. A minták elemzéséhez nélkülözhetetlen pordiffrakciós adatbázisként, az Anatholy V. Chichagov által vezetett, az Orosz Tudományos Akadémia Kísérleti Ásványtani Intézetében mőködı projekt keretében fejlesztett, szabadon felhasználható, egykristály felvételekbıl pordiffrakciós felvétellé átszámított adatokat használtam. Az eredmények pontosításához saját sztenderd-könyvtárat hoztam létre, a várható fázisokból. A sztenderdként szolgáló ásványok kiválasztásánál a lehetı legnagyobb tisztaság mellett a származási hely is igen fontos volt. A Hermann Ottó Múzeum Ásványtárában található győjtemény példányai közül igyekeztem azokat a mintákat kiválasztani, melyek lehetıleg szintén érces hányók oxidációjának másodlagos termékei. A sztenderdként szolgáló minták jórészét a Magyar Állami Földtani Intézet akkreditált röntgendiffrakciós laboratóriumában, egy Philips PV1710 típusú, röntgendiffrakciós berendezéssel is bevizsgálták. A termokémiai elemzéseket a Miskolci Egyetem Földtan- Teleptani Tanszékének MOM-Derivatograph-C-típusú, termikus elemzı berendezésével készítettem. A felvételek kiértékelését Derivatograph-PC adatkezelı programmal végeztem. A mennyiségi és minıségi adatokat itt is saját sztenderd-könyvtár létesítésével pontosítottam. Azokat az ásványfázisokat használtam termikus sztenderdként, amelyeket a diffrakciós elemzésekhez is felhasználtam. Az elemzések során 300-400 mg- súlyú mintákat használtam, így biztosítva az optimális jelzaj viszonyt. A felfőtés 25C0-tól 1100C0-ig történt, 10C0/perc-es egyenletes felfőtési sebességgel. A hányó anyagának savtermelési és sav-lekötési sajátosságait potenciometrikus titrálással vizsgáltam. A mágneses keverı segítségével folytonosan kevert vízbázisú zagyminták térfogatos elemzései során, a pH-mérésének végrehajthatósága érdekében, iszapos közegekben is használható, Orion Sure-Flow 6165SS-típusú, viszkózus mintákhoz, zagyokhoz, emulziókhoz kifejlesztett pH-elektródot kapcsoltam egy Radelkis OP205/l-típusú precíziós pH-illetve feszültség-mérıhöz. Az elektróda hitelesítésére 4-es, 7-es, és 10-es pH-jú használatra kész puffer-oldatokat használtam. Reagensként reagent grade tisztaságú hidrogén– peroxidot és sósavat, valamint analitikai reagens minıségő nátrium-hidroxidot alkalmaztam. A minták nehézfémtartalmának mérését a Magyar Állami Földtani Intézet laboratóriumaiban végezték. A Hg mennyiségét direkt atomabszorpciós spektrométerrel, AMA 254 típusú, specifikus higany-meghatározó berendezéssel mérték. A dolgozatban vizsgált, környezeti szempontból fontos többi nehézfém meghatározása Jobin Yvon ULTIMA 2C gyártmányú, monokromátorral illetve polikromátorral felszerelt, induktív csatolású, plazma emissziós spektrométerrel (ICP-AES) történt. Utóbbi elemzési módszerhez az intézetbe küldött mintákat hideg királyvizes oldásnak vetették alá, és a kapott folyékony halmazállapotú kivonatot vizsgálták.
58
12.4. Az oxidációs és cementációs zóna elhelyezkedése a flotációs hányó mintázott anyagában a nehézfémek mélység szerinti megoszlásának figyelembevételével. A szulfidos érctelepek atmoszférikus hatásokra kialakuló mállási sémáját leíró, a nemzetközi szakirodalomban általánosan elfogadott modellbıl kiindulva (5-ös ábra) a flotációs hányó mintázott anyagában az oxidációs és cementációs zóna elhelyezkedését azzal a céllal vizsgáltam, hogy az oxidációs front mélységbeli helyzetét, így az oxidáció jelenlegi állapotát meghatározzam. A felszínre, illetve a felszín közelébe nyúló érctelepekben a lefelé szivárgó csapadékvíz, a vízben oldott oxigén, és széndioxid, valamint a levegı oxigénjének együttes jelenléte, illetve a mállást katalizáló baktériumok hatására megindul a mállás. A szulfidos érctelepek talajvízszint feletti zónáját a domináns hatásra utalva oxidációs övnek nevezik. Ebben az övben a különbözı szulfidok szulfátokká oxidálódnak. A primér szulfidok oxidációja révén keletkezı vegyületek közül a rosszul oldódók visszamaradnak az oxidációs övben (limonit), míg a jobban oldódók a szivárgó oldatokkal lefelé haladnak. A mélyebb zónákban, ahol oxidáló ágens már nem érintkezik velük, a még bontatlan primer szulfidokkal kölcsönhatásba lépve termésfémként, szulfidok vagy egyéb ásványok formájában felhalmozódnak. Ezt az övet felhalmozódási vagy cementációs övnek nevezzük. Felszín
O xidációs öv, K ioldott fedı
O xidációs öv, G ossan réteg, vaskalap
C em entációs öv
Fe-M n oxidok, agyagásván yok, Pb, Sn Fe-M n oxidok, agyagásván yok,m ás odlagos ásványok Pb, Sn E pigén (szupergén) ásványok, oxidok és szulfidok (A g,Zn,C u,C o,N i) Prim ér, (hipogén) szulfidok
É rintetlen érctest
5. ábra, A felszín közeli szulfidos érctelepek oxidatív mállása során létrejövı elemtagozódás (MILLS, 1995 nyomán)
59
Néhány fém az oxidációs övben oldhatatlan vegyület formájában relatíve dúsul: Ezek: Fe, Mn, Pb, Sn, és karbonátos mellékkızet esetén a Cu-is. A cementációs övben viszont az Ag, Zn, Cu valamint Co, Ni, halmozódik fel (GRASSELLY, 1986). 12.4.1. Elemzési módszerek A fejezetben felhasznált adatokat, a MECSEK-ÖKO Rt. bocsátotta rendelkezésemre. Az EU TAILSAFE program keretében, a részvénytársaság a Gyöngyösoroszi flotációs hányó területén 6 fúrást (ZT-1, ZT-2 ZT-3, ZT-4, ZT-5, ZT-6) mélyített. Az elsı öt fúrás anyagát a grafikonokon látható mélységekben mintázták. A ZT-6-os fúrás anyagának átlag értékeit határozták meg. A fúrások helyét a 2-es számú melléklet 26-os ábrája mutatja. Meghatározták a fúrásokból származó magminták nedvességtartalmát, a 105 C0–on, tömegállandóságig történı szárítás után mért tömegveszteségbıl. A kiszárított minták anyagának nehézfémtartalmát királyvizes feltárás után, ICP-AES készülékkel határozták meg. A minták összkén-tartalmát az 1000 C0-on történı hevítés során eltávozó kén-dioxid mennyiségének visszamérésével határozták meg. A TIC (Total Inorganic Carbon) és TOC (Total Organic Carbon) értékek meghatározását több lépésben végezték. A minta TC (Total Carbon) összes széntartalmát izzítás során a mintából eltávozó szén-dioxid mennyiségébıl számították. Az újabb, nyers mintákat a TOC-meghatározásának érdekében, sósavval kisavazták, a karbonátok oldása érdekében, majd a TC-meghatározás további lépéseit követték. A TIC=TC-TOC egyenlıséget felhasználva számították az összes szervetlen formában kötött széntartalmat. 12.4.2. A réz, az ólom, a cink, valamint az ón, a mangán, az arzén, a nikkel, a kobalt és a kadmium illetve a kén mélység szerinti megoszlása
12.4.2.1. A ZT1-es fúrás Tekintve, hogy az ón, az és a mangán a szulfidos érctelepek oxidatív mállásánál elfogadott elemmobilizációs séma alapján az oxidált zónában dúsul, ólom pedig az oxidációs zónából nem mosódik ki, az egyes fúrás zónájában, pusztán a mangán mélység szerinti megoszlását figyelve, mintegy 8m-es mélységben tart az oxidációs front. Ezt nem erısíti meg az ólom mélység szerinti eloszlása. 12-és 14m között azonban jól kivehetı egy második dúsulás. Feltételezhetı, hogy egy újabb oxidált réteg a dúsulás okozója. Az ón mennyisége túlságosan kicsiny, ezért értékei jelentısebb bizonytalansággal terheltek (2. melléklet, 1, 2. ábrák). A kéntartalom százalékos megoszlása a mélység függvényében hasonló tendenciát követ, mint a fémek koncentrációi (2. melléklet, 3. ábra). A víztartalom mélység szerinti megoszlását mutató ábrát összevetve a nehézfémek mélység szerinti eloszlásával, (2. melléklet, 4, 5. ábrák) megállapítható, hogy ahol a víztartalom megemelkedik, ott nagyobb minden fém koncentrációja. 4-7m között egy magasabb víztartalmú zóna található, melyet 8m-es mélységtıl a felszín felé haladva növekvı fémtartalom kísér. 12m-tıl a feküig emelkedik a víztartalom. A fémtartalmakban 12-14m között ezt szignifikáns növekedés kíséri.
60
A felsı, magasabb víztartalmú és jelentısebb fémkoncentrációjú réteget egy 8-12m-ig tartó alacsony víztartalmú, alacsony fémtartalmú réteg követi. A kéntartalom megoszlása is követi ezt a fent vázolt tendenciát. A felsı, magasabb víztartalmú zónában alacsonyabb kéntartalom mellett magasabb fémkoncentrációk mérhetıek, mint az alsó elemdúsulás esetében. Alulról felfelé haladva a fém–kén arány növekszik, vagyis általánosságban csökkenı kéntartalmú, és nagyobb fémtartalmú vegyületek jellemzik a felsı zónát. Valószínőleg a pirit tartalom ebben az irányban csökken. A felsı, fém-dús zóna fémtartalma 1,5-2 szerese az alsó fémdúsulás megfelelı jellemzıinek. A fémtartalom alulról felfelé haladva növekszik (!). A felsı fém-dús réteg fémtartalma a fémszegény talprétegtıl kiindulva folyamatosan, lineárisan emelkedik a felszín felé. Mivel az oxidációs zónában dúsuló elemekhez képest a cementációs zónában dúsuló elemek koncentráció növekedése a felszín felé haladva jelentısebb, csupán a nehézfémek mélység szerinti megoszlását vizsgálva, nem beszélhetünk egyértelmő oxidált és cementált zónáról. Minden fém koncentrációja magasabb a felsı zónában, magasabb fém: kén arány mellett. A cementációs zónában dúsuló elemek is felfelé haladva a feltételezett oxidációs zónában dúsulnak. A fúrás környékének felszínét szemrevételezve, a ZT—1es fúrás éppen a hányó egyik leginkább megbolygatott területére esik. Egyes kutatók véleménye szerint a hányó anyagától idegen hulladékokat helyeztek el a flotációs zagytározóban (FÜGEDI, 2004, SZTERMEN ET AL., 2002). Lehetséges, hogy a felsı megbolygatott réteg fémtartalmáért az idegen eredető hulladék a felelıs, víztartalombeli változását pedig éppen a hulladék elhelyezése során alkalmazott földmunkák számlájára lehet írni. A hulladék beásása során a flotációs hányó meddı deponálás során kialakult rétegzıdését, permeabilitási viszonyait megzavarhatták.
12.4.2.2. A ZT2-es fúrás A legerısebben oxidált és kioldott zóna, melyben minden elem mobilizációja a legnagyobb volt, a hányó felsı 2m-es szakasza a ZT-2-es fúrás környezetében (2. melléklet, 6, 7. ábrák). Az oxidált zónában dúsuló elemek megoszlásait figyelve, a geokémiailag az egyik legmobilisabbnak tekintett mangán viselkedése alapján, az oxidált zóna a felszíntıl mintegy 8-mig tart. A mangán vas-tartalmú ásványokban a vas mennyiségének 1-5%-át kitevı mennyiségben mindig jelen van. Az ásványok oldódása során oldatba került vas hamarabb csapódik ki az oldatból általában, mint a mangán. A mangán ionizációs fokát a környezet redoxpotenciálja és a pH-értékek határozzák meg. Változó vegyértéke miatt nagy a migrációs készsége (KOSSUTH & POJJÁK 1982). 8-10 méter között egy átmeneti zóna definiálható az ólom megoszlásának mélységbeli alakulását a mangánéval együtt követve (2. melléklet, 6. ábra). A tulajdonképpeni cementációs-, avagy az oxidálatlan, zóna 10-14 m-es mélységközben határolható le. A galenit passziválódásával magyarázható, hogy az ólom koncentrációja alig csökken a felsı 2-8 m-es mélységközben. Az oxidációs front 8-10m között található. Ezt támasztják alá az irodalom szerint a cementációs zónában dúsuló elemek megoszlási viszonya is. Fontos megállapítás hogy a tulajdonképpeni cementációs zóna nem azonosítható be a mintavételezés mélység szerinti ritkasága folytán (2. melléklet, 7. ábra).
61
10-16 m között (a feküig) az érintetlen, nem oxidált zóna határolható le, mely a kioldott oxidált rétegekhez képest a mangán kivételével általában kétszeres fémdúsulásokkal jellemezhetı. Vízzel teltebb réteg figyelhetı meg 3-4 m–es mélységben, 7-9 m, illetve 11-15 m között. A legszárazabb zóna 5-6m-között található (2. melléklet, 9. ábra). A víztartalom ilyen finom megoszlásait nem követi az elemek koncentrálódása a ZT-2-es fúrásban. Általánosságban azt lehet mondani, hogy 8 m-es mélységben a víztartalom összességében megemelkedik, és az elemek mélység szerinti megoszlása arra utal, hogy az oxidáció lejjebb már nem érezteti a hatását. Az alsóbb régiók anyaga már nem mutat oxidációra utaló nehézfém-anomáliát. Ennek oka, hogy a levegı oxigénje nem éri el ezt a talajvízzel borított hányórégiót. A víztartalom fenti megoszlását követi az összkén-tartalom változása is (2. melléklet, 8. ábra). 2-8 m között lassú, (1%-os) növekedés tapasztalható, majd innen, a fekü zónáig még lassabb a növekedés. Gyakorlatilag a kéntartalom nem változik a magasabb víztartalmat mutató, 3 m-tıl kezdıdı és mintegy 1m–es vastagságú, magasabb víztartalmú réteg alatt. Az összes vizsgált fém koncentrációja (2. melléklet, 10. ábra) mintegy kétszeresére emelkedik az oxidálatlan zónában az oxidált réteghez képest. A fém: kén arány alulról felfelé haladva növekszik. Összevetve a két elızı megfigyelést, megállapítható, hogy az oxidált zóna fémtartalmának mobilizálódását nem követte a kén eltávozása, mely nagyrészt a meddı halmazban maradt. Akárcsak az elızı esetben, a legnagyobb mennyiségben cink található a meddıben. Figyelemre méltó az a tény, hogy egyedül a mangán nem követi a fúrás fémtartalom változásának általános trendjét. Ez jelentısebb mozgékonyságával magyarázható. A ZT-2-es fúrás esetében könnyebben beazonosítható a valószínőleg oxidált és cementált rétegek, ám itt is inkább a fémtartalmak mélység szerinti hasonló megoszlása tőnik fel. Mivel az ólom 8m alatti koncentráció növekedésével megegyezı mértékben emelkedik a réz és a cink koncentrációja ugyanezen mélységben, nem írható a másodlagos ásványok kicsapódásának számlájára a cementációs övben dúsuló elemek koncentrációnövekedése. Mivel minden vizsgált fém igen hasonló mélység szerinti eloszlást mutat, az oxidációs öv sem azonosítható kellı biztonsággal. Kivételként ismét a mangán említhetı.
12.4.2.3. A ZT3-as fúrás Az ólom és a mangán dúsulását figyelve (2. melléklet, 11. ábra) megállapítható, hogy az oxidációs front mintegy 3 és 5 m-közötti mélységben mutatható ki. Figyelemre méltó, hogy az oxidált zónában várhatóan dúsulást mutató ólom 3m körüli mélységben maximumot mutat, majd a felszín felé haladva mennyisége csökken, szemben a mangánnal, mely egészen 1m-es mélységig növekszik. Az ólom kimosódott, a mangán pedig a felszín közeli zónákban is megmaradt, sıt itt dúsult. A további megoszlások vizsgálata arra mutat, hogy minden mért elem koncentrációja hasonló trendet követ (2. melléklet, 12, 15, ábrák). 5-12m-ig folyamatosan dúsul, majd innen a fekü felé a koncentrációk csökkennek. Minden vizsgált elem dúsulása a vízzel telített felsı (4m-tıl 6m-ig tartó) réteg fölött jelentısebb, mint a mélyebb, elviekben oxidálatlanabb zónában. Csak az ólom koncentrációja csökken 3m-tıl felfelé hirtelen. A kéntartalom változásának tendenciája (2. melléklet, 13. ábra) megegyezik a fémtartalmak mélység szerinti megoszlásával, a fém: kén arány tehát nem változik (az ólom kivételével). A víztartalom enyhébb mélység szerinti oszcillációi nem mutatnak kivehetı változást azt elemtartalmakban (2. melléklet, 14. ábra). A ZT-3 fúrás esetében 4-6m között egy 62
víztelítettebb zónát találunk. E réteg felett illetve alatt vízben szegényebb rétegeket figyelhetünk meg. Említést érdemel a 8-10m közötti és a 14-16m közötti kisebb mértékő, víztartalomban megfigyelhetı dúsulás. Egyértelmően oxidált, átmeneti és érintetlen, oxidálatlan zóna nem mutatható ki, az oxidált zóna jelentıs cink és réz dúsulása ellentétes az irodalomban leírtakkal (2. melléklet, 15. ábra). Ennek oka a külsı szennyezés (galvániszap, vegyihulladék) bevitele, illetve a meddı eredeti összetételbeli jelentıs inhomogenitása lehet. Akárcsak a korábbiakban, a fémtartalmak inkább hasonló mélység szerinti megoszlást mutatnak.
12.4.2.4. A ZT4-es fúrás A ZT-4-es fúrás mintáinak víztartalmai 2-5m-es mélységben mutatnak jelentısebben kiemelkedı értékeket (2. melléklet, 19. ábra). 5m-tıl a feküig gyakorlatilag folyamatos csökkenés figyelhetı meg. A fémtartalmak viselkedése a réz koncentrációinak alakulását kivéve hasonló (2. melléklet, 20. ábra). Mind az oxidációs mind a cementációs zónában dúsuló elemek mennyisége erıteljesen emelkedik 1m-es mélységig (2. melléklet, 16, 17. ábrák). Ezután 4m-es mélységig folyamatosnak mondható csökkenés jellemzi a fémkoncentrációkat. Az oxidációs front a mangán viselkedése alapján talán mintegy 1,2m-es mélységben helyezhetı el. Ezután 14m-es mélységig emelkedik a fémek koncentrációja a meddıben (az As-kivételével), majd a fekü felé haladva csökken. Mivel egy magasabb víztartalommal bíró réteg szigeteli le 2-5m-es mélységtıl a hányót a fúrás régiójában, az oxidáció nem juthatott e mélységtartomány alá. A réz viselkedése csupán az elsı 1m-ig tér el a többi fémtıl. A felszínhez képest mennyisége 1m-ig csökken, majd a többi összetevı által mutatott trendet követi. A minták összkén-tartalma (2. melléklet, 18. ábra). a felsı kioldott, kioxidált zónából indulva 4m-es mélységig emelkedik, majd a víztartalomhoz hasonló lefutással enyhébben csökken 14m-es mélységig, majd a fekü felé erıteljes csökkenést mutat. A nem egyértelmően meghatározható oxidált zónában a fém: kén arány lecsökken. 4m-es mélységben nagyobb összkén-tartalom és kisebb fémtartalom jellemzi az anyagot. 1m-es mélységig egy növekvı fém: kén arány tapasztalható, majd a fémtartalommal konvergáló csökkenés figyelhetı meg. Mivel a ZT-4-es fúrás a többi mintavételezési helyhez képest részletesebben mintázott és vizsgált, precízebb elemváltozékonysági profil rajzolható fel az adatokból. A felsı 1m-es mélységig tartó zóna anyaga kioldott, és kimosott. Ezt egy 1,2m-es mélységig tartó csökkenés követi a fémkoncentrációkban, mely az oxidált zóna sajátosságait mutatja többé-kevésbé. Ezt egy 14m-es mélységig követhetı kevésbé oxidált anyag követi, egy újabb fémdúsulással. A cementációs zónában dúsulni nem hajlamos ólom, ám méginkább az igen mozgékony mangán dúsulásai részben lehatárolják az oxidált rétegeket. Ám a cink viselkedése igen érdekes, hiszen az oxidált zóna alatt kellene dúsulnia, ám a mangán és az ólom eloszlását követi. Igen fontos megállapítás hogy részletesebb elemváltozékonysági-profil írná le az anyag jellemzıinek valódi változását. A kezdeti 20cm-enkénti mintázás pontosabb képet rajzol az anyagról. Mivel saját megfigyeléseim szerint a hányó erıteljesen rétegzett, mintegy 20-40 cm-es vastagságú szürke, sárga, barna rétegek követik egymást, a mintavételezés sőrőségének is a hányó eredeti változékonyságát kell követnie. Akárcsak a korábbi fúrások esetében oxidációs és cementációs zónát egyértelmően nem lehet lehatárolni a fúrás anyagában, a vizsgált elemek mélység szerinti megoszlását követve. 63
Minden jelentısebb koncentrációban jelenlevı fém többé kevésbé hasonló mélység szerinti megoszlással bír.
12.4.2.5. A ZT5-ös fúrás A felsı 6m-ben folyamatosan nı a víztartalom (2. melléklet, 24. ábra), majd ingadozva, de a fekü felé folyamatosan csökken. Szélsıséges ingadozása nincs hatással az elemek mélység szerinti eloszlására (2. melléklet, 25. ábra). A hányó víztelítettebb zónája 6-7m mélyen kezdıdik. Az elemek eloszlása is ezt tükrözi. Az oxidációs front nem azonosítható be egyértelmően. A mangán mélység szerinti eloszlása a felsı kioldott zóna kiterjedését mutatja (2. melléklet, 21. ábra). A felsı 3m-ben erıteljesen kioldott zóna található. Minden elem koncentrációja igen alacsony itt. Innen kezdve mintegy 7m-es mélységig növekszik az elemek koncentrációja. Az erıteljes növekedést 7m-es mélység alatt lassabb, további növekedés váltja fel. Gyakorlatilag ez jellemzi az oxidálatlan, a fekü zónáig tartó szakaszt, melyet a magasabb víztartalmú réteg, 5-7m között, szigetel el az atmoszférikus oxigéntıl. A minták összkén-tartalmának mélység szerinti eloszlása követi a fémtartalmak alakulását (2. melléklet, 23. ábra). A kioldott felsı szakasz jól lehatárolható, ám az oxidált zónában dúsuló elemek, megfelelı koncentrációban nem mutatják az oxidációs zóna megjelenését. Cementált zónát, sem sikerült azonosítani. Az érintetlen, oxidálatlan illetve kioldás által legkevésbé érintett meddı 7m-tıl a feküig, 18-20m-ig tarthat, ám igen kevés mintavételi pont áll rendelkezésre az elemek mélység szerinti megoszlásának követése érdekében. (2. melléklet, 22. ábra). 12.4.3. Következtetések 1. Összességében elmondható, hogy a flotációs hányó mintázott anyagának atmoszférikus hatásokra történı mállása során a mangán viselkedése áll legközelebb a szulfidos érctelepek mállása során várható elem-mobilizációs sémához, szemben az ólom és a cink mélység szerinti megoszlásával, amely nem követi azt. 2. A vizsgált anyagmintákban a szulfidos érctelepek mállása során keletkezı oxidációs, illetve másodlagos ásványok kicsapódása révén elemdúsulással jellemezhetı, cementált zóna, nem mutatható ki egyértelmően. Az említet zónák összemosódnak az elemmobilizáció által nem érintett, oxidálatlan meddıvel, amely a magasabb víztartalommal jellemezhetı, vízzel teltebb rétegek alatt található. 3. A hányó-anyag vizsgált fémtartalmainak mélység szerinti eloszlása alapján, az oxidációs front helyzete nehezen azonosítható, fúrásonként eltérı, a hányó anyaga, a vizsgált öt darab fúrás anyagvizsgálati eredményei alapján, mind mélység szerint, mind laterálisan inhomogén. 4. A vizsgált fúrások anyagára az oxidációs illetve cementációs zónában várható fémmegoszlás helyett, fúrásonként eltérı, ám az adott fúrásban mélység szerint az elemek többé-kevésbé megfigyelhetı hasonló megoszlása, együttváltozása jellemzı. 5. Az anyag teljesebb, pontosabb leírásához annak kiindulási változékonyságát követı mintavételezési gyakoriság szükséges. A ZT-4-es fúrás kezdeti, 20 cm-es mélységközönkénti mintavételezése megfelelıbb minta sőrőséget biztosít. 64
6. Megállapítható, hogy a szulfidos érctelepek irodalmi adatok alapján várható mállási sémája a vizsgált elemek mélység szerinti eloszlását követve pusztán csak közelíti a mintázott flotációs hányó-anyag mállási profilját.
12.5. A környezeti szempontból veszélyesnek tekintett elemek felszíni eloszlása és ásványfázisokhoz való kapcsolódása, egy a hányó hossztengelyével közel párhuzamos szelvény nyomvonalában vett mintasorozat anyagának ICP-AES és röntgendiffrakciós mérési eredményei alapján A hányó felszínérıl győjtött mintákban (10 darab minta) a környezeti szempontból veszélyesnek tekintett elemek felszíni eloszlását figyelemmel kísérve azt vizsgáltam, hogy a hányó egyes eltérı korú és összetételő fedıképzıdményei, milyen formában tartalmazzák ezeket az elemeket, ebbıl következıen hogyan hatnak környezetükre az egyes hányórészek. A hányó-anyag (elsısorban a kaolinit, a montmorillonit és az illit) felületén megkötıdı nehézfémek vizsgálatának eredményei arra hívják fel a figyelmet, hogy a nehézfémek szorpciós jelenségek révén történı kötıdése külön figyelmet érdemel (MÁDAI, 2004A). Pásztázó elektronmikroszkóppal, pusztán energia-diszperzív detektorral is mérhetı, az agyagásványok felületén megkötıdı cink anomális mennyisége. A további pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálati eredmények is megerısítették, hogy a hányó oxidációja folyamatban van, tehát környezeti szempontból veszélyesnek tekinthetı (MÁDAI, 2004B). A környezeti szempontból veszélyesnek tekintett elemek kiválasztásánál a 10/2000. (VI. 2.) KÖM-EÜM-FVM-KHVM együttes rendeletet és az ezt kiegészítı 219/2004. (VII. 21.) kormány rendeletet vettem alapul, amely a felszín alatti víz és a földtani közeg minıségvédelméhez szükséges határértékekre ad ajánlást. Az itt közölt értékek, a törvényi szabályozást tekintve 2005 december 22-ig érvényes határértékek (7-es táblázat). 7. táblázat: a víz és a földtani közeg minıségvédelme kapcsán környezeti szempontból veszélyesnek ítélt elemek és határértékeik (10/2000. (VI. 2.) KÖM-EÜM-FVM-KHVM együttes rendelete, illetve a 219/2004. (VII. 21.) kormány rendelet alapján)
Elem króm összes kobalt nikkel réz cink arzén molibdén kadmium bárium higany ólom
C1 (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (hatályon kívül) A
B
30 15 25 30 100 10 3 0,5 150 0,15 25
75 30 80 75 200 15 7 1 250 0,5 100
150 100 150 200 500 20 20 2 300 1 150
65
C2 C3 (mg/kg) (mg/kg) (hatályon (hatályon kívül) kívül) 400 200 200 300 1000 40 50 5 500 3 500
800 300 250 400 2000 60 100 10 700 10 600
A táblázat fejlécében látható jelölések magyarázata: (A) háttér koncentráció: reprezentatív érték; egyes anyagoknak a természetes vagy ahhoz közeli állapotban általában elıforduló koncentrációja a felszín alatti vízben, illetve a talajban; (B) szennyezettségi határérték: jogszabályban, illetve ezek hiányában hatósági határozatban meghatározott olyan szennyezıanyag-koncentráció, illetve egyéb minıségi állapotjellemzık olyan szintje a felszín alatti vízben, a földtani közegben, amelynek bekövetkeztekor a földtani közeg illetve a felszín alatti víz szennyezettnek minısül. (Ci) intézkedési szennyezettségi határérték (jelen szabályozás szerint (219/2004. (VII. 21.) kormány rendelet) nem használt értékek): (C1 = Fokozottan érzékeny-, C2 = Érzékeny-, C3 = Kevésbé érzékeny területre vonatkozó érték); egy adott területre vonatkozó külön jogszabály szerinti (napjainkra már hatályon kívül helyezett 33/2000. (III. 17.) Kormány rendelet) - szennyezıdés érzékenységétıl függıen, meghatározott kockázatos anyag koncentráció. Dolgozatomban a továbbiakban jelzésként használom a Ci-értékeket, felhíva a figyelmet a vizsgált kémiai elemenként eltérı mértékő környezetkárosító potenciálra. 12.5.1. Mintavétel, Elemzési módszerek A mintákat a flotációs hányó felszínérıl, a hányó hossztengelyével közel párhuzamosan lefektetett szelvény mentén győjtöttem. A nyomvonal kiválasztásánál döntı szempont volt, hogy a szelvény, a hányó minden egyes eltérı mállottságú részén haladjon át. 8. táblázat: a szelvény mentén vett minták röntgen-diffrakcós módszerrel megállapított fázisos összetétele
Nyomok
copiapit t%
5
31
25
33
23
e10a
melanterit t%
f4b
43 Nyomok
kén t%
35
36
40
kvarc t%
27%
a10a a4b e1a
illit t%
f7a
Nyomok 5 6
kaolinit t%
Nyomok
f2c
20
22
f8c
a13c
kalcit t%
Nyomok
pirit t%
65
gipsz t%
jarosit t%
fv14a
hematit t%
goethit t%
A minta azonosítója
21
Nyomok
Nyomok
Nyomok Nyomok 5
28 Nyomok Nyomok
27
24
27 57
20 17 29
8 30
NyoMok
29
36
Nyomok
Nyomok
31
Mivel az adszorpció révén a mintákban megkötıdött nehézfémek eloszlásáról kívántam képet alkotni, a mintákat úgy válogattam meg (ha az adott mintavételi pontban több 66
mintát is győjtöttem), hogy a magas adszorpciós kapacitással jellemezhetı, vasoxidban dús anyagok kerüljenek elemzésre. A röntgendiffrakciós elemzéseket a Miskolci Egyetem Ásvány- és Kızettani Tanszékének TURM-62-es röntgen-diffraktométerrel felszerelt laboratóriumában végeztem. A minták nehézfémtartalmát a Magyar Állami Földtani Intézet ICP-AES laboratóriumában, Jobin Yvon ULTIMA 2C-típusú készülékkel határozták meg. 12.5.2. A réz, a cink, az ólom valamint a kadmium és a higany mennyiségi megoszlása, és a minták fázisos összetétele Az alábbi adatok szelvény menti grafikus ábrázolása a 3. számú melléklet 1, 2, 3ábráján látható. A mintavételi szelvény a térképmellékletben tekinthetı meg.
12.5.2.1. Az I/a jelő gáttal lehatárolt, utoljára létesített tározótér FV14-es mintavételezési pont, fv14a minta: A legjelentısebb réz- (1590 mg/kg, C3) és cink (11520 mg/kg, C3), illetve igen magas ólom (7530 mg/kg, C3) koncentrációk az fv14a mintában voltak mérhetıek. A röntgen-diffrakciós elemzés egy kvarc (65%) hematit (22%) keveréket mutat, amelyben nyomokban jarosit is kimutatható. Mivel réz-, ólom illetve cink ásvány a mintában röntgen diffrakciós módszerrel nem detektálható, illetve a jarosit mennyisége is alárendelt, döntıen a hematit-kristályok felületén adszorbeálódnak a kivételesen nagy mennyiségben kimutatott nehézfémek. Az fv14a minta a feltehetıen galvániszappal, vagy egyéb idegen anyaggal szennyezett, legmagasabban fekvı hányórész északi végébıl került elı. F8-as mintavételezési pont, f8c minta: A második legjelentısebb réztartalommal az f8c minta rendelkezik (934 mg/kg, C3). Emellett 7870 mg/kg cink (C3) és 11200 mg/kg ólom (C3) mutatható ki a mintából. A mintában jelentıs a terméskén (20%), illetve gipsz tartalom (36%), a nyomokban detektálható goethit és melanterit mellett. Irodalmi adatok alapján, mint adszorber a goethit és a melanterit jöhet szóba. Noha mennyiségük nem jelentıs, más jelentıs mennyiségő fém-ion adszorpciójára alkalmas ásványfázis nem mutatható ki a mintában. Az f8c minta a legrégebbi, középen elhelyezett, és a legészakabbra fekvı hányók határáról, a szemmel láthatóan megbolygatott gátkorona sárgás anyagából került mintázásra. A hulladéklerakás különösen az utóbbi helyen valószínő (8-as táblázat).
12.5.2.2. A közbülsı, elıször létrehozott tározótér F7-es mintavételezési pont, f7a minta: Az f7a minta a harmadik a réztartalom alapján felállított sorban (399mg/kg, C2). Ólom tartalma 4340 mg/kg (C3), cinktartalma pedig 593mg/kg (C1) Magas goethit (27%) és jarosit (35%), illetve nyomokban kimutatható kaolinit tartalma magyarázza milyen fázisokhoz kötıdhetnek a vizsgált fémek a mintában. Kvarctartalma 28%. Az f7a jelő minta az F8–as mintavételezési ponthoz közel, a legrégebbi tározó gátkoronájának északi felén, de már a közbülsı tározótérben található anyagot reprezentálja. F4-es mintavételezési pont, f4b minta: A minta 31%-os jarosit-tartalma mellett kimutatott 5%-os goethit mennyiség arra enged következtetni, hogy mindkét fázis adszorbeálja a 270 (C1) mg/kg-nyi réz- 819 mg/kg-nyi (C3) ólom-, és 1330 mg/kg-nyi (C2) cink-mennyiséget, melyet a mintából kimutattak. Az f4b minta a középsı tározótér nyugati 67
felében található nádas, és a nyugati oldalon futó gáttest határát reprezentálja. Barnás sárgás színő mállott termék. F2-es mintavételezési pont, f2c minta: Az f2c minta 222mg/kg-es réz- (C1), 630 mg/kg-os ólom- (C3) és 1890 mg/kg-os cink-tartalma (C2) valószínőleg a mintegy 33%-nyi jarosithoz kötıdik, amely a mintából kimutatható. Kaolinit 5%-ban, illit nyomokban detektálható. Az agyagásványok adszorberként (alárendelt mennyiségük okán) kisebb mértékben jöhetnek számításba. Az f2c minta a középsı tározótér déli oldalán, a dél felé esı gáttest és a középsı tározótér nyugati felén található, náddal fedett területeket elválasztó, útként is használható földsáv határát reprezentálja. Egészen a nádas határáról vettem a mintát, amely világos vöröses barna színő (8-as táblázat).
12.5.2.3. A második lépcsıben, az üzem rekonstrukciója után létesített tározórész A13-as mintavételezési pont, a13c minta: Az a13c minta, noha csak nyomokban tartalmaz goethitet, mégis a jelentıs, 339 mg/kg-os (C2) réztartalmával tőnik ki a minták közül. Ólom tartalma 699 mg/kg (C3). Cinktartalma 591mg/kg (C1). Az a13c minta a második ütemben, az üzem rekonstrukciója után létesített tározótér gáttestének külsı, keleti oldalán, az eróziós árkokkal szabdalt felszínrıl vett anyag. Ugyancsak gipsz (36%) és kvarc (24%) keveréke, melyet az alig kimutatható goethit színez. A gáttesten kívülre került flotációs zagy málladékának tekinthetı. A10-es mintavételezési pont, a10a minta: Az a10a minta 87,4 mg/kg-os réztartalma éppen csak a rézre megállapított B-érték (75mg/kg) fölötti mérési eredmény. Ólom-tartalma 662 mg/kg (C3), míg cink-tartalma 181mg/kg (A). Érdekes hogy a minta 40%-os hematit és 5%-os goethit tartalma alapján magasabb adszorbeált fémmennyiség lenne várható. Az a10a mintát a második lépcsıben elkészült tározótér gáttestén belülrıl, a tározó keleti oldaláról, a flotációs zagy és a gáttest találkozási zónájából győjtöttem. A4-es mintavételezési pont, a4b minta: A magas gipsz- (57%) és 17%-os, említésre méltó kvarc-tartalmú az a4b minta, amelynek réztartalma 366 mg/kg, (C2). Adszorberként a 6%-ban a mintában jelenlévı goethit jöhet szóba. Az ólom mennyisége 57,8 mg/kg (A). A cink mennyisége 287mg/kg (B). A a4b-es minta az A4-es mintavételezési ponton győjtött, barnás-sárgás színő anyag. A minta a legfiatalabbnak tekinthetı tározótér gátkoronájának déli oldaláról győjtött por. Természetes mállási termék (8-as táblázat).
12.5.2.4. A hányó elıtere E1-es mintavételezési pont, e1a minta: Az e1a minta 121mg/kg-es réztartalma B-érték fölötti. A kimutatott ólom tartalom 413 mg/kg (C1), cinktartalma pedig 271 mg/kg–nyi (B), ám 43 %-os jarosit és 8%-os illit tartalma alkalmas arra, hogy adszorbeáló fázisként szolgáljon. Az e1a minta a legdélebbre fekvı gáttest délnyugati elıterében, közvetlenül a gáttesten kívülrıl került begyőjtésre. E10-es mintavtelezési pont, e10a minta: A minta adszorberként számításba jövı komponense a nyomokban kimutatott jarosit és kaolinit. 150mg/kg-os réztartalma a vizsgált minták között nem kiugró érték, a rézre megállapított B érték fölötti csupán. Ólom tartalma 638 mg/kg (C3), cinktartalma 304mg/kg (B). A mintavételezési szelvényben a hányótól a lehetı legtávolabb elhelyezkedı pontról van szó (8-as táblázat).
68
12.5.2.5. A réz megoszlása és hordozó fázisai Megállapítható hogy az adszorpcióra alkalmas fázisok mennyisége nem korrelál teljes mértékben a réztartalommal. Az a10a minta magas hematit-tartalommal, (40%) és a röntgendiffrakciós technikával a mennyiségi meghatározhatóságot tekintve még megbízhatóan kimutatható goethit-tartalommal bír, (5%). Az adszorbeált rézmennyiség mégis alacsonyabb, mint az f8c, pusztán alacsony goethit tartalommal (nyomok) jellemezhetı anyag esetén. Ha a minták származási helyét is figyelembe veszem, ásványos összetételük mellett, megállapítható hogy dél felé, a késıbb létesített II-tározótér felé haladva csökken a réztartalom. 400 mg/kg fölött csupán az I/a tározótér mintáiban mutatható ki réz. Ennek oka például a flotálómő életben tartását célzó kísérletek termékeinek elhelyezése az I/a tározótérben, vagy az ebben a lezáró bányászati periódusban termelt és feldolgozott érc ásványos összetételének változékonysága lehet. A 400 és 200 mg/kg közötti értékek a hányó majd minden pontján várhatónak tekinthetık, a szulfid tartalmú zagy mállásának következményeként jelenhetnek meg a mintákban. Ezt az állítást támasztja alá az a megfigyelés, hogy a hányó déli elıterébıl vett talajmintákban csupán 200mg/kg alatti réztartalom mutatható ki. Utóbbira a csapadékvíz által kimosott flotációs meddı mállása, másrészt a hányóból kioldott elsıdleges ásványokból mobilizálódott elemekbıl a hányó elıterében kicsapódott másodlagos ásványfázisok jelenléte szolgál magyarázatul.
12.5.2.6. Az ólom megoszlása és hordozó fázisai Az f8c, az fv14a és a f7a minták rendkívül magas ólomtartalmat mutatnak. A legmagasabban fekvı tározótérbıl, illetve az ahhoz közeli, de már a közbülsı tározótérbıl vett mintákról van szó. Az f2c, e10a, e1a, a13c illetve a10a-es minták ólomtartalmai közel azonos tartományban mozognak a kiugró, legdélebbi, fiatalabb hányórészen mért értékekhez képest. A minták a késıbb létesített II-es tározótér kivételével a teljes hányót és környezetét is reprezentálják. Az adszorbeált, kristályos és amorf fázishoz egyaránt kötıdı ólom mozgékonysága alacsonynak mutatkozik. Szinte a teljes vizsgált területet egyenletesen szennyezi. A a4b minta ólomtartalma a fenti eloszlás tükrében érdekes. Lokális minimumként kezelendı, véleményem szerint nem reprezentálja az ólom eloszlását a mintázott pont környékén. Az ásványos összetételbeli változások nem tükrözıdnek erıteljesen az ólom megoszlásában. A réztartalom és az ásványos összetétel kapcsolatának vizsgálatakor kiemelt f8c-a10a mintapáros az ólom esetében is hasonló következtetések levonására ad lehetıséget.
12.5.2.7. A cink megoszlása és hordozó fázisai Az fv14a és f8c minták kiugróan magas cinktartalma az ólom megoszlásánál tapasztaltakhoz hasonló. A vizsgált anyag a hányóra való kihelyezéskor vagy magas szfalerit, illetve wurtzit tartalmú anyag, vagy magas cink tartalmú egyéb (esetleg felületkezelési hulladék) lehetett, amely oxidatív mállás hatására a hematithoz illetve esetlegesen a gipszhez adszorptíve kötött cinket hordozó öszletté alakult. 69
Az f2c és f4b minták közel azonos cink-tartalma arra enged következtetni, hogy valószínőleg a mállás közel azonos fokán állnak és hasonló összetételő szulfidos meddıbıl képzıdtek. A késıbb, a délebbi tározótérben közel egy idıben lerakott zagy átalakulása, oxidációja hasonló mértékben elırehaladott. Ezzel magyarázható az a4b és az a10a minta közel azonos cinktartalma. A hányó elıterébıl származó talaj-minták eltérı ásványos összetételük ellenére hasonló cinktartalmat mutatnak. A hányóból kimosott flotációs zagy cinktartalma egyenletesen terheli a hányó elıterét Összességében megállapítható hogy az ásványi összetétel mellett az elıfordulási hely szignifikánsan befolyásolja a mérhetı cinktartalmat. Így van ez a réztartalom esetében is.
12.5.2.8. Az arzén megoszlása és hordozó fázisai Valamennyi vizsgált minta arzéntartalma meghaladja a C3-as értéket. Legmagasabb értékkel az f8c minta (570 mg/kg) és az f4b-es minta (542 mg/kg) bír. Mintavételezési helyüket tekintve a közbülsı tározótér északi végét reprezentálják. Noha az f8c-as minta alacsony goethit tartalommal bír, közelebb van a megbolygatott zónához. Így kevesebb meghatározó adszorpciós kapacitással bíró komponenstartalma ellenére jelentıs arzénmennyiséget kötött meg. A feltételezett szennyezési gócponttól távolabb, déli irányban vett f4b minta jelentıs (31%-os) jarosit-tartalma nem szolgál magyarázatul arra, hogy a feltételezhetıen pontszerő szennyezéstıl távolodva és térben folytonosan csökkenı arzénkoncentrációkat feltételezve miért mérhetı ennyire kiugró arzéntartalom itt. Valószínő, hogy az arzén tartalom a hányó „természetes velejárója”, anomális értékeit nem egy késıbbi, hulladéklerakásból eredı szennyezés okozza. Az arzén forrásaként a galenit arzéntartalmú szulfosóktól eredı, akár 0,07%-os, és a szfalerit akár 0,01%-os (SÁMSONI, 1966) arzéntartalma jelölhetı meg. Az f7a (393mg/kg) és f2c (360mg/kg) minták közel azonos arzéntartalma hasonló gondolatmenettel értelmezhetı. Az f7a minta magas, (27%-os) goethit tartalma és 35%-os jarosit tartalma révén jelentıs mennyiségő arzént adszorbeálhatott. Az f2c minta a közbülsı tározótér déli végében fellelhetı anyagot mintázza. Jelentıs jarosit-tartalma (33%) és kicsiny agyagásvány-tartalma figyelembe veendı adszorpciós-kapacitásról árulkodik. Az e10a (289mg/kg), e1a (229) és a13c (245mg/kg) közel azonos arzéntartalma érdekes lehetıséget vet fel. Az e10a minta, a flotációs hányó déli elıterében a hányóból kifolyó vízfolyás mentén lerakódott anyagból származik. Alapvetıen kvarc (31%) és gipsz (30%) keveréke. Arzéntartalma alacsony adszorpciós kapacitása és a hányótól való jelentısebb távolsága (100m) ellenére azonos tartományba esik az e1a mintáéval, mely 43%-os jarosittartalmával és a hányó déli gáttestéhez való közelségével érthetıen viszonylag magas arzéntartalommal bír. Az e10a minta esetében akárcsak a már korábban vizsgált fémek estében is felvetıdik a gipsz, mint adszorbeáló fázis fémmegkötésének lehetısége. Ha a gipszet, mint figyelembe veendı adszorpciós kapacitással bíró fázist veszem figyelembe, a hányó elıterébıl győjtött minták fémtartalmának hasonlósága érthetıvé válik. A fenti gondolatmenetet támasztja alá az a13c minta fázisos összetételének vizsgálata is. A hányó keleti oldalán, a gáttest külsı palástján győjtött minta arzéntartalma az e1a-e10a minták arzéntartalmának tartományába esik. Gipsztartalma (36%) adszorberként szolgálhat, s így érthetı viszonylag magas arzén-tartalma. Mindhárom minta a hányó környezetét reprezentálja. 70
Érdekes az a10a minta, mely a késıbb használatba vett tározótér keleti oldaláról, a zagy anyagából származik. Arzéntartalma mintegy fele (159mg/kg) összevetve a hányó környezetébıl származó minták arzéntartalmának. Kevés goethit (5%) és jelentıs hematit (40%) tartalma 27%-os gipsztartalma mellett jelentıs adszorpciós kapacitásról árulkodik. Valószínőleg, lévén felszíni anyag, az atmoszferíliák hatásának kitéve arzéntartalma kimosódott. Külön érdekesség, hogy réz és cink-tartalmát tekintve a legerıteljesebben szennyezı anyagnak számító fv14a minta, magas hematit-tartalma ellenére, arzéntartalma (94,5mg/kg) majdnem a legkisebb. A legalacsonyabb, (85 mg/kg) arzéntartalom jellemzi a késıbb, a második ütemben elkészült tározótér gátkoronájának délnyugati szegmensébıl vett mintát. Alacsony goethit tartalma (5%) ám magas gipsztartalma (57%) olyan oxidált termékre utal, mely adszorpciós képességét tekintve jelentısnek mondható, ám feltehetıen kimosódott, vagy eleve nem is szennyezıdött a vizsgált fémmel. Összességében megállapítható, hogy az arzéntartalom megoszlása nem korrelál a réz és a cink területi megoszlásával, ám sokkal inkább az ólom megoszlását követi. Ebbıl arra következtetek, hogy a flotációs hányó anyagának természetes alkotója. Adszorberként számításba véve a másodlagosan keletkezı gipszet, a minták fázisos összetétele és adszorbeált fémtartalmai szorosabb korrelációt mutatnak.
12.5.2.9. A kadmium megoszlása és hordozó fázisai Az fv14a és az f8c minták kadmium-tartalma a legmagasabb (37,2-32,7mg/kg), C3-as szint fölötti értékek. Ebben a két mintavételezési pontban a réz és a cink eloszlásához hasonlóan viselkedik a kadmium is. Mindkét esetben a második ütemben az üzem rekonstrukciója után elkészült legészakibb tározótérbıl származnak a minták. Feltételezhetı a lokális, utólagos szennyezés (esetleg galvániszap lerakás) a két vizsgált pont környezetében, ám magas színpor tartalmú meddı hányóra kerülése esetén a hányó „természetes”, a málló galenithez, szfalerithez és esetleg wurtzithoz kapcsolható komponensérıl lehet szó. C1-C2–es értékhatárok tartományában mozognak az f2c (7,56 mg/kg), az a13c (4,51mg/kg) és az f4b (3,87mg/kg) minták kadmium-tartalmai. Az f2c és az f4b minták esetében a középsı tározótér viszonylag egyenletes kadmium eloszlása mutatható ki. A hasonló ásványos összetétel (magas jarosit-tartalom) az adszorpciós kapacitások hasonlóságára enged következtetni. Az a13c mintát a fiatalabb tározótér gátjának keleti oldalából győjtöttem. Adszorpciós kapacitását fıként jelentısebb gipsztartalma (36%) határozhatja meg. Mivel a hányó gátjának külsı oldalán győjtött, erısen oxidált termékrıl van szó, valamint mind a legalsó tározótér tetejérıl mind a hányó elıterébıl győjtött minták kadmium-tartalmai sokkal alacsonyabbak (1,01mg/kg illetve ez alatt), helyi anomáliának tekintem a viszonylag magas kadmium-tartalmat. Az e1a, e10a minták alacsony kadmium-tartalma a hányó környezetét reprezentálja, mely már A illetve B értékhatárok zónájában mozog (1,01mg/kg-0,854mg/kg). A kadmium-terhelés itt minimálisnak tekinthetı. Az f7a minta alacsony (0,679mg/kg) kadmium-tartalma azért érdekes, mert viszonylag közel fekszik az f8c-as jelő, kiemelkedı kadmium-tartalommal bíró minta mintavételezési pontjához, másrészt magas goethit (27%) és jarosit (35%) tartalma magas adszorpciós kapacitást feltételez.
71
A a4b és a10a minták alacsony (0,335mg/kg illetve 0,1mg/kg alatti ) kadmium-tartalma már az A–szint alattinak adódott. Adszorpciós kapacitását tekintve az a10a minta 40%-os hematit tartalma ellenére figyelemreméltóan kevés kadmiumot tartalmaz. A kadmium-tartalom megoszlását vizsgálva megállapítható, hogy alapvetıen a már eddig is szennyezett gócpontnak tekintett legkésıbb létesített, I/a jelő tározótér bír a legmagasabb kadmium-tartalommal. A hányó egyéb felszíni régióiban a kadmium kimosódásának köszönhetıen alacsonyabb koncentrációk mérhetıek, amelyek közel azonosak a hányó környezetében mérhetı értékekkel. Néhány helyen (közbülsı tározótér, alsó tározótér keleti gátjának külsı pereme) lokális anomáliák tapasztalhatók.
12.5.2.10. A higany megoszlása és hordozó fázisai Kiugró értékkel (C2) az f8c minta (6,91 mg/kg) jellemezhetı. Az egyik feltételezett, felületkezelési hulladékkal, vagy egyéb a flotálóüzem mőködésének lezáró periódusában keletkezett, szennyezett gócpontot jellemzi. Adszorberként nyomokban mérhetı melanterit és 36%-os gipsztartalma jöhet szóba. Viszonylag egyenletes higanyterhelés detektálható az e10a (3,35 mg/kg), az f4b (3,19 mg/kg), f2c (2,41 mg/kg), és az f7a (2,45 mg/kg), mintákkal jellemzett területeken (C1,C2). A szennyezı elem feltehetıen a flotációs zagy mállásából, a hányóra került mállott szfaleritbıl származik. Ki kell emelni a hányóból kifolyó ér mentén győjtött e10a mintát. Az anyag feltehetıen a hányóból kimosott, mállott zagy. A középsı tározótér felszíni mintáihoz közeli higany-tartalma erre enged következtetni. Az e1a (1,51 mg/kg), az a13c (1,45 mg/kg), az a10a (0,816 mg/kg), az fv14a (0,672 mg/kg), és a4b (0,194 mg/kg) higanytartalommal jellemzett minták B illetve C1-es határértékkel jellemezhetı szennyezést mutatnak. A hányó környezete és a külsı gáttest mintázott régiója (e1a, a13c) magasabb higanytartalmat mutat, mint a legalsó tározórészt (a10a, a4b) reprezentáló minták. Ennek oka a higanytartalom mállás következtében bekövetkezı mobilizációja. Az fv14a-es minta anomálisan alacsony higanytartalma arra enged következtetni, hogy a hányó leghátsó, feltehetıen hulladéklerakásra használt zónáját nem terhelte akkora, hulladékokból származó Hg-koncentráció, mivel magas (65%-os) hematit-tartalma jelentıs adszorpciós kapacitást enged feltételezni. 12.5.3. Következtetések: 1. A röntgen-diffrakciós fáziselemzés révén meghatározott fázisos összetételt és a vizsgált elemek koncentráció-megoszlását figyelve a magas adszorpciós kapacitással rendelkezı ásványfázisok mennyisége korrelál a minták adszorpció révén megkötött nehézfémtartalmával. Erıteljes befolyást gyakorol a vizsgált mintákban az elemek koncentrációjára az a tény is, hogy a hányó mely területén áthaladó szelvényrészbıl származik az adott minta. 2. Az üzem rekonstrukciója után létesített I/a jelő tározótér mintáinak magas réz-, ólom- és cinktartalmát magyarázhatja a nehézszuszpenziós elıdúsítási eljárás hatékonyabb mőködése ellenére a hányóra került magas szulfidásvány tartalmú flotációs meddı mállása. A tározótér jelentıs nehézfém tartalommal rendelkezik. Szennyezı forrásként, az elemarányok figyelembevételével, a hányóra kikerült színpor jelölhetı meg. Ez az anyag, mivel röntgen-diffrakciós elemzési technikával a színpor alkotói közül csupán a piritet lehetett nyomokban kimutatni, egy az idık folyamán a kvarcszemcsékre tapadó amorf, ám 72
az eredeti ásványoknál leírt elemarányokkal jellemezhetı mállási termékké alakulhatott. A magas réz, ólom illetve cink-tartalom a hematit és goethit kristályok felületére adszorbeálva van jelen a fent említett tározótér mintázott anyagában. 3. A kapott eredmények, elem-eloszlások vizsgálata során figyelembe kell venni, hogy a galenitben szulfosó formájában, szennyezésként jelen lehet az arzén. A szfalerit kristályrácsában a cinket kadmium és higany helyettesítheti. A wurtzitban a cink rácspozícióit részben kadmium helyettesítheti, míg a piritben a kén rácshelyeit töltheti részben fel arzén (SZAKÁLL, 2005A). A grafikus ábrázolást nyomon követve megállapítható, hogy a cink és a kadmium szelvénybeli eloszlása igen hasonló. Valószínősíthetı tehát, hogy a szfaleritbıl illetve a wurtzitból nyomelemként kimutatott kadmium jelenik meg a mérési eredményekben. A higany és a cink eloszlását figyelve ugyancsak szoros kapcsolat mutatható ki a vizsgált szelvényben. Megállapítható, hogy a kimutatott higany a felszínen mállott szfalerithez kapcsolható. Mivel az arzén az ólom eloszlását követi leghívebben, ezért a galenit mállási folyamatai révén dúsulhat a mintákban. 4. Az arzén mennyiségi eloszlását figyelve felvetıdik a másodlagosan képzıdött gipsz, mint jelentısebb adszorpciós készséggel jellemezhetı fázis fém-adszorpciójának lehetısége. Az elvégzett röntgen-diffrakciós vizsgálatok eredményei a gipsz esetében azonban csak tájékoztató adatnak tekinthetıek, mert nem belsı sztenderdes mennyiségi meghatározással mértem az orientálódni elsısorban magas koncentrációban hajlamos kalcium-szulfát mennyiségét. 5. Nem zárható ki a hányó legkésıbb létesített, I/a jelő részén illetve, ezen tározótér gátjának déli traktusában lerakott felületkezelési hulladékok szennyezı szerepe sem. A kérdéses tározótér déli traktusában a talaj jól láthatóan meg van bolygatva.
12.6. A hiperspektrális távérzékelési technika és a felszíni megfigyelések eredményeinek összevetése a flotációs hányó-felszín jelenlegi oxidációs állapotának megítélése érdekében Irodalmi adatok (JAMBOR ET AL., 2000) tanúsága szerint a szulfidásvány tartalmú meddıhányók oxidációjának jellegzetes másodlagos ásványa a jarosit. A hányók oxidációjának elırehaladtával azonban a felszín közeli szulfid-tartalom elfogy, és a pórusfluidumok pH-ja fokozatosan emelkedni kezd. Ennek következtében a jarosit instabillá válik, oldódni kezd. Az oxidatív mállási folyamat végterméke egy vas-oxihidroxidokat, vasoxidokat tartalmazó, kvarc-gazdag fedıréteg, amely igen hasonló a szulfidos érctelepek oxidációnak kitett felszínén kifejlıdı vaskalaphoz. A hányóról készült hiperspektrális légifelvételek és saját felszíni mintázásaim összevetése révén arra a kérdésre kerestem választ, hogy a gyöngyösoroszi flotációs hányó felszínének mintázott anyaga a jarosit és a vasoxidok, vas-oxihidroxidok felszíni elterjedését figyelembe véve milyen mértékben oxidálódott.
73
12.6.1. Saját megfigyelések leírása A flotációs hányó felszíni régiójából, és elıterébıl 95 db mintát győjtöttem. A hányó teljes bejárható felszínét és közvetlenül a depozítum elıtt található zónát igyekeztem mintázni. A minták győjtésénél a lehetı legteljesebb területi lefedés mellett a szemmel látható színbeli eltérésre is figyeltem. Ha egy mintavételezési ponton több eltérı színő képzıdménnyel találkoztam, azokat mintáztam is. A mintavételi pontokat (egy adott helyrıl vett minta csoportokat) nagybető és szám együttese, a konkrét mintát kisbető és szám, valamint még egy kisbető jelöli. A leírásban használt fúrás megnevezések a térképmellékletben közölt térképen jelöltek. Számozásuk a terepen, a fúrások béléscsövére karcolt jelzéssel egyezik, és nem azonos a 2-es melléklet 26os ábráján feltüntetett jelzéső fúrásokkal. Utóbbiak ZT jelöléssel, elıbbiek SZT jelöléssel bírnak. A mintázás során pontonként (illetve mintázandó képzıdményenként) mintegy 200250g finomszemő, laza állagú anyagot győjtöttem. A mintákon röntgen-diffraktométeres fázisanalízist végeztem, egy HZG-3 típusú röntgen-diffraktométerrel. A fáziselemzés pontosságát saját sztenderd-könyvtár lemérésével javítottam. A sztenderdek kiválasztásánál a területrıl eddig leírt ásványokból és a nemzetközi irodalomban az oxidálódó érces hányókon eddig megfigyelt ásvány-fajokból indultam ki. Mivel a Kardeván és munkatársai által közölt cikkben (2003) a szerzık csupán a goethit és a jarosit elterjedését vizsgálják, szükségesnek éreztem a diffrakciós felvételek alapján jól beazonosítható hematit megjelenését is követni. A mintavételezési pontokhoz kapcsolható eredmények táblázata, és az anomáliák térképi ábrázolása a 4. mellékletben található. 12.6.2. A mérési eredmények elemzése
12.6.2.1. A II.-gáttal lehatárolt, az üzem rekonstrukciója után létesített tározótér Az A1-es mintavételezési pont esetében a gáttestbe mélyített gödör erıteljesen rétegzett struktúrát tár fel. Szürke és sárga rétegek követik egymást. A gödör mellıl a felszínrıl vett minta jarosit-tartalma nem jelentıs (a1g minta), mindössze nyomokban tudtam kimutatni a szín alapján várt és a légifelvételen erıteljes anomáliát adó komponenst. Az A2-es pont mintája (a2a) alátámasztja a hiperspektrális felvétel eredményét. Sem goethit, sem jarosit nem található a mintában. A jarosit mennyisége az A3-A9 mintavételezési pontok között jelentısebb értékeket mutat. A légifelvétel adatai szerint itt magasabb jarosit-tartalom várható. Egyes, ezen területrıl származó mintákban, 20-25 % jarosit-tartalom detektálható (a8b, a9c, 25%), de nem minden ebbıl a zónából származó minta jarosit-tartalma magasabb, mint az A1-es pont esetében (jarosit nyomok), pl: a3b, 0% jarosit. A nedves környezetbıl vett mintákban magasabb jarosit-tartalom volt tapasztalható, mint a kitett, száraz felszínen begyőjtöttek esetében, (a4c 20%, vagy a4d 20%). A hidrotermálisan elmállott andezit-hömpölyök átalakult felületérıl vett minták jarosittartalma is magasabb (a8b, 20%) mint, a flotációs hányó kitett felszínrıl begyőjtött, ám ígéretesen citromsárga színő mintánál tapasztalható érték (a8a, 15%). Az A10-A14-es mintagyőjtési helyekrıl mintázott anyagok vizsgálata során a következıket állapíthatom meg: Az A12-es mintacsoport helyén mutat a hiperspektrális felvétel jelentısebb jarosit anomáliát, kisebb mértékő goethitesedés kíséretében. Az A10-es 74
mintavételezési helyen szemmel láthatóan vöröses anyag színezte a felszínt (a10a). Jarositot nyomokban itt is ki lehet mutatni a röntgenfelvételen, és a minta vörösesbarna színét tekintve a várakozásnak megfelelıen jelentıs goethit (5%) és még jelentısebb hematit tartalom (40%) detektálható. Sajnos a hiperspektrális légifelvételen csupán a goethitet jelölték. Az A11-es mintavételezési hely esetében figyelmet érdemel egy jelöletlen fúrás mellett található fúrt anyag halmaz, melynek felszínén barna foltok láthatóak. A porminták színét alapul véve, a várakozásnak megfelelıen itt is detektálható goethit (a11a, 6%), melyet némi jarosit (10%) kísér. Mivel a halmazok kiterjedése kicsiny (néhány m2-es), a légifelvételen nem is várható a vasoxid illetve jarosit anomália erıteljes megjelenése. Az A12-es mintacsoport olyan területet reprezentál, ahol hidrotermálisan elbontott, durva szemő andezit-málladék fedi a területet. Az andezit-málladék fehér részében jelentısebb jarosit-tartalom (20%) detektálható, mint a sokkal ígéretesebb citromsárga anyagban (15%), (a12a, a12b). Noha az A12-es mintacsoport anyagában goethit nem volt azonosítható, a légifelvételeken nyomokban goethitre utaló folt látható. (apró sárgás elszínezıdés a világoszöld anomália mellett.) Az A13-as mintacsoport a gátkorona külsı, a völgy felé esı lejtıjét reprezentálja. Itt a goethit tartalom jelentısnek mondható. A vas-oxihidroxid a nyomokban detektálható mennyiségtıl egészen a hányón mért mintahalmazban kiugró értéknek számító 14%-os értékekig terjed. A minták színe alátámasztja a diffrakcióval meghatározott ásványi összetételt (sárga, vörös). Mivel a hányó nagyobb kiterjedéső lejtıjét fedi a vizsgált mintákkal reprezentálható anyag, a hiperspektrális felvételeken jelentısebb anomáliát kellene látni. A felvétel e zónájának szürkeségére magyarázatot adhat, hogy a vöröses és sárgás anyag néhány m széles sávokban követi egymást, szürke, csak nyomokban goethitet tartalmazó anyag kíséretében, valamint az a tény, hogy a mintázott területet ritkás nád borítja. Az A14-es mintacsoport a legdélebbre esı zagytározó gátjának találkozási pontját reprezentálja a korábbi, magasabb gáttesttel övezett flotációs zagytározó lejtıs gátjával. Ezt a zónát ritkás bozót, cserjék, helyenként vékonytörzső fák borítják. A sárgás-fehér színő talaj jelentéktelen 10%-os jarosit-tartalommal és némi goethit mennyiséggel rendelkezik. A kis mennyiség a fent említett ásványokból és a jelentısebb növényborítottság magyarázhatja az anomália hiányát a légifelvételen.
12.6.2.2. A közbülsı, elıször létrehozott tározótér Az F1 mintavételezési terület mintái az SZT-4-es fúrás közvetlen környezetét reprezentálják. A mintacsoport anyaga legfeljebb 15%-ban tartalmaz jarositot. Goethit nem volt kimutatható. Ezzel teljesen egyezı eredményt mutat a hiperspektrális légi fénykép. Jelentısebb goethites, jarositos anomáliát mutat az SZT-4es fúrástól keletre a légifelvétel. Valószínőleg a növényzettel csak elvétve borított gáttest felsı, és Gyöngyösoroszi felé meredeken lejtı felülete reflektál kiválóan. Tovább haladva a tározó hossztengelye mentén, az F2-es mintavételezési ponthoz érkezünk. Erıteljes agyagásványosodás (f2a) és foltokban goethitesedés állapítható meg errıl a területrıl. A goethit-tartalom eléri az f2b mintában a területen magasnak számító 14%-os szintet. Nem elhanyagolható az erısen kitett gát felszínének világossárga színe sem, mely jarosit, esetleg kén elıfordulására utal. A röntgen-diffrakciós elemzés eredménye igazolja a jarosit-anomália létét (f2b, 15% és f2c, 33%). Az SZT-7-es fúrástól távolabb, a tározó hossztengelye felé, vöröses felszíni kiválások azonosíthatók. Noha a légifelvételen csak a sárgás foltok utalnak igazán meggyızı goethit anomáliára, röntgen-diffrakciós méréssel az errıl a területrıl származó mintákban, 75
nyomokban még kimutatható a hiperspektrális felvételen nem jelölt, vas-oxihidroxid megjelenése, (f4a, és f4b minták) minimális, már a röntgendiffrakciós mennyiségi meghatározás megbízhatósági határát súroló 5%-os illetve jelentısnek mondható 32%-os jarosit-tartalommal kísérve. A felvételen egy elmosódó sötétbarna folt jelzi ezt a zónát. Az F5-ös pontban győjtött f5a minta a hányó közbülsı részének keleti oldaláról, a gáttest rézsőjérıl származik. Noha a zagy a gáttesten belülre került lerakásra, több helyütt, így itt is, a gáttest külsı oldalán erısen oxidálódott flotációs zagy nyomok lelhetık fel. Akárcsak a késıbb készült gáttest keleti oldalán, itt is ritkás növényzet fedi a rézsőt, melyen szürkés, vöröses sávok váltják egymást. Olyan benyomást kelt a tározó centrumához viszonyított radiális irányuk, mintha a gáttesten átbukott volna a nedves zagy és lerakódott a gát külsı oldalán. A minta (f5a) színe alátámasztja röntgen-diffrakcióval kimutatott goethit-tartalmát (10%). A 10% -os jarosit-tartalom viszont kevésnek tőnik a légifelvételen erıteljes anomáliát mutató területrészrıl származó minta esetében. Magyarázható viszont a jelenség azzal, hogy a hányó ezen régiójának igen ritka vegetációja, és a rézső nagy felülete erıteljesebb reflexiót eredményezhetett ebben a spektrális tartományban, összevetve a vegetációban dúsabb, magasabb jarosit-tartalmú zónákkal (a8b, 20%). A legkorábban létesített zagytér észak-nyugati gátja legfeljebb 1m-el emelkedik a közbülsı tározó konszolidált zagyszintje fölé. A gáttest tetején helyezkedik el az SZT-1-es fúrás. A fúrás környezetét az F7 és F8 mintacsoport reprezentálja. A fúrás mellett megmozgatták a talajt. Ebben a régióban a MÁFI kutatócsoportja (FÜGEDI & ÓDOR) felületkezelési-hulladékok lerakását valószínősíti. Valóban, a hányó oxidált felszínétıl eltérı állagú, agyagos, sárgás talajtakaró található a fúrás közvetlen környezetében. A felszínen rozsdás fémdarabok, meghatározhatatlan rendeltetéső mőanyagdarabok, és vörös színő téglatörmelék látható. Az F7-es ponton győjtött f7a minta meglepıen sok (35%) jarositot tartalmaz a röntgenfelvétel alapján. Színe vöröses, goethit 27%-ban hematit azonban nyomokban sem azonosítható anyagában. A gáttest másik oldalán, sőrőbben tenyészı fás szárú növényekkel körülvéve, erısen agyagos, nedvesen kenıcs-szerően kenhetı anyag található foltokban (f8a). Csupán egyetlen minta mutat jelentıs goethit anomáliát (f8b). 23%-os goethit-tartalma több mint figyelemreméltó. Felvetül a kérdés, vajon nem a flotációs meddıtıl idegen anyagról, esetleg felületkezelési hulladék oxidációjából származó termékrıl van-e szó? Érdekes, továbbá az a tény is, hogy a hiperspektrális felvételeken miért látható jelentıs jarosit anomália az SZT-1-es fúrás környezetében, amikor csupán az f7a minta mutat jelentıs (35%) jarosittartalmat, szemben az ugyanezen területrészrıl származó három másik minta röntgendiffrakciós eredményeivel (F8-as mintacsoport, 0%). Magyarázatul ismét a kitettség kínálkozik. Noha a területen nagykiterjedéső világossárga foltok észlelhetıek, ezek jarosittartalma alacsony, a diffrakciós mérési módszer detektálhatósági határán van. A gáttest ezen része, mely akár földútként is használható, igen gyér vegetációval bír, tehát erıteljesen reflektál. Így magyarázható a felvételen a jarosit-anomália megjelenése.
12.6.2.3. A második lépcsıben, az üzem rekonstrukciója után létesített, legmagasabban fekvı tározórész A legjelentısebb növényborítottsággal bíró tározórész észak-nyugati szomszédja a közbülsı, elsı lépcsıben létesített tározónak. Méretét tekintve ez a legkisebb tározó. A tározó közepén nádassal és bozóttal körülölelt tavacska húzódik meg. Nyugati felén andezit-hömpöly nyelvek nyúlnak egészen a víz pereméig. Az andezit-hömpölyök és andezittörmeléknyelvek között nedves, fekete iszappal fedett, néhányszor 10m2-es területek 76
találhatóak. Noha a hiperspektrális felvételen sem goethit sem jarosit anomália nem látszik ezen a területen, enyhén vöröses árnyalatú folt vehetı ki a légifotó szürke háttérbıl. Ezt reprezentálja az F6-os minta csoport. Az f6a minta 15%-os jarosit-tartalma mellett nyomokban goethitet is tartalmaz, ám goethit kismennyiségben sem azonosítható be a légifelvételen a jarosit-anomália környékén. Az F9-es pontról származó f9a minta a fekete iszapos részt mintázza. Az iszap felszínén vöröses foltok, illetve vöröses színő, kígyózó, néhány cm vastag sávok láthatók. Az iszap felszínén fehér, törékeny kristályok váltak ki. Az f9a minta diffraktométeres vizsgálata, a vöröses-feketés laza porszerő anyagot, kvarc hematit keverékként azonosítja. A minta hematit-tartalma 50%-os. A véleményem szerint a hiperspektrális felvételen az F9-es, hematitban gazdag mintavételi zónát elmosódó vöröses folt azonosítja. Mivel a legkésıbb létesült hányórészrıl vettem mintát, itt a szulfid oxidáció a legkevésbé elırehaladott kellene hogy legyen. A vasszulfidok, elsısorban is a pirit oxidációjából származó jelentıs mennyiségő másodlagos ásványi komponens (hematit) elıfordulását a feldolgozott érc magasabb pirittartalma magyarázhatja. Természetesen egyéb magyarázatként felmerülhet a flotálóüzem mőködésének utolsó szakaszában, kísérleti jelleggel feldolgozott, és a hányó ezen részére kihelyezett, egyéb anyagok mállásából adódó magasabb vasoxid tartalom is. A legkésıbb létesített tározótér dél-keleti sarkánál, egy a völgy tengelye felé húzódó földút található. A hányó gátjának külsı felületét láthatóan megbolygatták. A talajt vöröses, szürkés, feketés foltok, téglatörmelék, rozsdás fémdarabok borítják. Elképzelhetı, hogy ide is a flotációs zagy anyagától eltérı, fémipari, vagy felület-kezelési hulladékot helyeztek el. Az FV1-8-as mintacsoport, egy a hiperspektrális felvételen látható, Kardeván és munkatársai (2003) által anomáliaként be nem azonosított területet reprezentál, mely spektrális sajátságaiban a hiperspektrális felvételen hasonló, ám erıteljesebb színnel jelenik meg, mint a vizsgált tározó centrumában elhelyezkedı tó partján látható, enyhén barnás, hematitban gazdag folt. A minták röntgen-diffrakciós felvételei olyan jarosit tartalomról árulkodnak, mely a hiperspektrális felvételen meg kellene hogy jelenjen (10-25%). Jelentısebb jarosit-anomáliát a légifotó nem mutat. A goethit azonban nyomokban majd minden, ebbe a mintacsoportba tartozó anyagban kimutatható. Ha a barna folt a goethit anomális, ám csupán nyomokban meghatározható elıfordulását mutatja, a felvétel és a diffrakciós mérések adatai jól korrelálnak. A Kardeván-féle cikk szerzıi nem említik a barna foltokat a hamis színes felvételen. Külön említést érdemel az Fv-8-as ponton vett fv8a minta. Hasonló fázisos összetétellel jellemezhetı, mint az F9-es ponton győjtött f9a minta. Állagában kifejezetten a jól osztályozott, flotációs zagyra emlékeztet. Sötét – fekete - színére magyarázatot ad magas (60%-os) hematit-tartalma, melyet nyomokban goethit kísér az elmaradhatatlan kvarc mellett. A minta vas-oxid illetve oxihidroxid ásványai magas vastartalmú oldatokból kicsapódott, másodlagos fázisokként azonosíthatók. A rozsdás, összeállt darabok ugyancsak érdekes összetevıi az ezen a mintavételi körzetben azonosított, figyelemre méltó anyagoknak. Összetörve egy kívülrıl rozsda-réteggel fedett tömböt, belsejében fehér kivirágzások láthatóak. (fv4a). Valószínő, hogy a flotációs zagytól eltérı anyagú, késıbb a tározóra helyezett anyagról van szó. A fehér kivirágzások a diffrakciós vizsgálatok tanúbizonysága szerint gipszkristályok. Közvetlenül az Fv1-8-as mintavételezési pontok mellett, a gátnak a Toka patak völgytengelye felé esı rézsőjét, és a gátkoronát is reprezentáló minta az fv9a. Noha színét tekintve valószínősíthetıen goethit, esetleg lepidokrokit tartalmú, a diffrakció, csupán jelentısebb jarosit-tartalmára hívja fel a figyelmet. Tovább haladva a gátkoronán újabb vöröses árnyalatú kiterjedt folt vonja magára a figyelmet. Az Fv10-11-es pontokon fv10a és fv11a minták által 77
reprezentált anyagban goethitet nem, ám 15-20% jarositot sikerült kimutatni. A hiperspektrális felvételen újabb világos barna színő anomália tőnik fel ebben a zónában. Az Fv12-13 és az Fv14-15-ös mintavételezési pontokon győjtött minták, noha kissé egymástól távolabbról származnak, ugyan azokat a sajátosságokat mutatják. 20-tól 35%-ig terjedı jarosit-tartalmukkal, a korábbi elemzések eredményei alapján, olyan területre utalnak, melyen jarosit anomáliát várnánk. Ám csak nagyon elmosódott zöldes-barnás foltok azonosíthatók a hányó ezen zónájában. A vizsgált tározótér centrumában található belsı tó keleti-partja már jelentıs növényborítottsággal bír (Fv16-Fv17-es mintavételi pontok mintái). A talaj jól láthatóan szürkés árnyalatú, jól osztályozott flotációs zagy, helyenként barnás foltokkal. A diffrakciós elemzés szolgáltatta 15-20%-os jarosit-tartalom meglepı. A talaj színe nem utal ezen ásványi komponens jelenlétére. Ebben a zónában a hiperspektrális felvétel szolgáltatta információ (szürkés háttér) inkább a területen szabad szemmel megfigyelhetı és feltételezhetı ásványi összetétellel (fıként kvarc, alárendelt mennyiségben jelenlévı másodlagos ásványokkal kísérve) cseng össze. Összességében megállapítható, hogy a legkésıbb létesített hányórész talajfedettsége a legerıteljesebb, összevetve a két, korábban létrehozott hányórésszel. Az oxidáció a legelırehaladottabb állapotú, ezt támasztja alá a minták fázisos összetétele, melyre elsısorban a magas hematit tartalom alkalmankénti megjelenése utal. Az oxidáció és a talajképzıdés elırehaladását mutatja az erıteljesebb növényfedettség is. Ezen körülmények magyarázhatják a helyenként magas jarosit-tartalom ellenére jelentısebb jarosit-anomáliát nem mutató hiperspektrális képet. A világosbarna foltok a hamisszínes légifelvételen valószínőleg a talaj ásványi összetételének jarositban való jelentısebb dúsulására utalnak.
12.6.2.4. A hányó elıtere A hányó elıterébıl vett minták némelyike jelentısebb jarosit-tartalommal bír, (e9a, 30 %) (e1a, e3a, 20%), A hiperspektrális felvételen ebben a régióban goethit és jarosit anomália azonosítható. A terület helyenként dús vegetációval, elsısorban bozóttal borított. Ennek ellenére a növényfedettség hatása kevésbé zavarta a hiperspektrális detektálást, helyesen mutatva a hányóból kifolyó, vastartalmú oldatokból kicsapódó ásványok anomális elıfordulását. Az e9a minta kiugróan magas jarosit-tartalma azzal magyarázható, hogy egy, a hányó gátjából kifolyó ér partjáról vettem mintát. A finomszemő, laza por állagú, a hányóban másodlagosan keletkezı jarositot a kis vízfolyás itt rakhatta le. A hányóra hulló csapadék egyik levezetı ere került napvilágra az éppen a mintavételezés idıszakában beindított hányórekultivációs munkák révén. A hányó déli, Gyöngyösoroszi felé esı gátjának megtámasztási munkálatait készítették elı. Ennek során a gáttest lábánál található talajtakarót is megmozgatták. Így került napvilágra a vékony, talajvizet szállító ér. A kis vízfolyás valószínőleg idıszakos, és az oldott, illetve diszpergált, pelyhekben kicsapódott oxidációs termékeket szállítja el a hányóból. 12.6.3. Következtetések: 1. A hiperspektrális légifényképezés hatékony eszköz a másodlagos felszíni ásványkiválások anomális elıfordulásainak kutatásában, ám a kapott kép minısége, használhatósága nagymértékben függ a talajjal való fedettség és a növényborítottság zavaró hatásától. Kisebb jarosit tartalmú területek erıteljesebb kitettségük révén erıteljesebb anomáliát 78
mutathatnak egy hiperspektrális felvételen, mint a jelentısebb vasszulfát-tartalommal bíró, ám vegetációval jobban fedett zónák. 2. Noha a felhasznált hiperspektrális felvételen hematit anomáliát nem azonosítottak be a felvételt közzétévı kutatók (KARDEVÁN ET AL. 2003), a barnás elmosódott foltok valószínőleg jelentıs hematit és nyomokban elıforduló goethit dúsulásra utalnak az ilyen módon feldolgozott képek esetén. 3. Mivel a hányó anyaga jórészt kvarckristályokból áll, melyre finom vékony hártyák formájában épül rá a másodlagos oldatokból kicsapódott ásványok zöme, az anyag színe félrevezetı lehet. Az elıkészítetlen mintákon, csekély felületi behatolási mélységgel dolgozó elemzési eljárások, így a hiperspektrális légifényképezési technika is alacsony koncentrációban, csupán a minta felszínén jelenlévı komponenseket, reflexiós sajátságaik függvényében, már erıteljes anomáliaként detektálhatja.
4. A felszínen végzett részletes terepi mintázás a valós ásványösszetétel meghatározása céljából nem helyettesíthetı hiperspektrális légi fényképezéssel. 5. A kvarcból és szulfidásványokból álló ásványhalmazok fedırétegének atmoszférikus oxidációja akkor tekinthetı befejezettnek, ha az kvarc-gazdag, vas-oxihidroxidokból és vasoxidokból álló halmazzá alakult és a jarosit a pH fokozatos emelkedése révén fokozatosan instabillá válva oldatba ment, esetleg goethitté alakult. Mivel a gyöngyösoroszi flotációs hányó fedırétegének mintázott tömege átlagosan 11 %-os jarosit tartalommal bír, oxidációja nem tekinthetı befejezettnek. 6. A hiperspektrális és röntgendiffrakciós fázisanalitikai módszerek eredményeinek egybevetésével megállapítható, hogy a gátak fedıjének oxidációs állapota nem tér el a finomabbszemő zagytestek fedıjének oxidációs állapotától, figyelembe véve jarosittartalmukat. 7. A részletes felszíni mintázások révén győjtött anyag röntgendiffrakciós vizsgálatai alapján a jarosit szélesebb körő elterjedése mutatható ki a hányó fedıképzıdményeiben.
12.7. A ZT-4-es fúrás mintaanyagának savtermelı és savlekötı képessége 12.7.1. Mintavétel, elemzési módszerek Mivel a hányó anyaga, pirit-tartalmának oxidációja révén, enyhén savas pH-jú fluidumokat generál, ugyanakkor a keletkezett savakat neutralizálni képes ásványi komponensekkel is rendelkezik (SZTERMEN ET AL., 2002, MÁDAI, 2002, FÖLDESSY ET AL., 2005), statikus kémiai tesztekkel és röntgen-diffrakciós eljárással alátámasztott derivatográfiás módszerrel azt vizsgáltam, hogy a flotációs hányó ZT-4-es fúrásának anyaga milyen mértékő savtermelı és savlekötı képességgel bír. A térfogatos kémiai elemzéseket a Miskolci Egyetem Ásvány- és Kızettani Tanszékének kémiai laboratóriumában végeztem. A röntgendiffrakciós fázisanalízishez a tanszék TURM-62-es diffraktométerét használtam fel. A derivatográfos méréseket a FöldtanTeleptan Tanszék MOM Derivatograph-C típusú készülékével végeztem. 79
Az EU TAILSAFE-projekt keretében mélyített ZT-4-es fúrás mintaanyagát, valamint a fúrás anyagának TIC, (összes szervetlen kötésben lévı széntartalom) és összkén-tartalom elemzéseit rendelkezésemre bocsátotta a Mecsek-Öko Rt. A fúrás elhelyezkedésérıl a 2-es számú melléklet 26-os ábrája tájékoztat. 12.7.2. A savtermelı és savlekötı képesség potenciál függvény szemlélete Érces meddıhányóknál a savlekötı (NP, Neutralizing Potential, illetve Sobek NP, Sobek-módszerrel mért savlekötı képesség) és savtermelı (AP, Acid-generating Potential, vagy NAG, Static Net Acid Generation Procedure által mért érték) képesség hányadosa alapján határozzák meg az anyagra jellemzı neutralizációs potenciál arányt (NPR, Neutralization Potential Ratio), amelybıl a vizsgált anyag környezetre gyakorolt károsító hatásának mértéke megítélhetı (9-táblázat). Az NPR-értéktartományok arra a lehetıségre utalnak, hogy az oxidálódó rendszerbıl kifolyó víz (ha van ilyen) pH-ja 5,5 alatti értékő, savas kémhatású, vagy ezen pH-érték feletti, tehát a környezetre ártalmatlannak tekintett kémhatású lesz. Vizsgálataim során az NPR-értékét használom a vizsgált anyag minısítésére. Figyelembe véve azonban a savtermelı és savlekötı sajátosság meghatározására szolgáló módszerek sokféleségét, más és más NPR-értékek határozhatók meg ugyanazon anyagról. 9. táblázat, a környezetre gyakorolt hatás megítélése során használt minısítési kategóriák (MILLS, 1995).
A kızet eredető savtermelés megjelenése
NPR=Sobek NP/szulfidos kéntartalom alapján meghatározott AP
Igen valószínő valószínő Kevéssé valószínő Nem valószínő
< 1:1 1:1 - 2:1 2:1 - 4:1 > 4:1
Attól függıen, hogy a savtermelı képesség meghatározása során csupán a ténylegesen reagáló és savasan hidrolizáló szulfátokat produkáló, vas-szulfidokat vesszük figyelembe, avagy minden kéntartalmú fázist potenciálisan savgenerálónak tekintünk, más savtermelı képesség jellemezheti a vizsgált anyagot. A neutralizációs készség meghatározása során a savas fluidumokat lekötni képes fázisok savas oldatokkal szembeni eltérı reakció sebessége szintén több neutralizációs potenciál érték meghatározását teszi lehetıvé. Tekinthetjük úgy is egy adott anyag savlekötı és savtermelı készségének hányadosát, mint egy függvényt. Ezt a potenciálfüggvényt más és más helyeken határozzuk meg, más és más teszteljárásokkal. 12.7.3. A neutralizációs potenciál arány mélység szerinti változása az összes szervetlen kötésben lévı szén-tartalom alapján meghatározott neutralizációs potenciál és összkéntartalom révén meghatározott savtermelı képesség esetén A mérés során a teljes szervetlen karbonát-tartalmat savtartalom lekötésére alkalmas kalcium-karbonátnak tekintjük, elhanyagolva azt, hogy a sziderit vastartalma fokozhatja a pórusoldat oxidáló képességét. Nem veszi figyelembe a módszer a lassabban reagáló földpátokat és reakció képesebb rétegszilikátokat sem, mert, azok nem adnak termikus reakciót a karbonát-szétesés hımérséklet tartományában. Utóbbi ásványok azonban, noha 80
enyhébben, de folytonosan neutralizálják a savgeneráló mintán átáramló oldatokat. Ebbıl következik, hogy a neutralizációs potenciált alulbecsüli a módszer. NPR (NP-TIC-bıl/AP-S%-ból) 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0,00 2,00 4,00
Mélység (m)
6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00
6. ábra, az NPR (neutralizációs potenciál arány) értékek mélység szerinti megoszlása, TIC (összes szervetlen kötésben lévı széntartalom) és összkén tartalom figyelembevétele esetén
Az összes kéntartalom meghatározása során mind a szulfid-formában, mind pedig a már csaknem oldhatatlan szulfátok formájában jelenlévı anyagot mérjük és azt savtermelı, oxidálódni képes anyagnak tekintjük. Így például a pirit bomlásából keletkezı gipsz is, ebben a megközelítésben, savgeneráló kéntartalommal bír, dacára vízben való alacsony oldhatóságának, kémiai stabilitásának. Megállapítható, hogy a módszer a savtermelı képességet túlbecsüli. Az NPR érték, az NP/AP hányados, a vizsgált meddıt veszélyesebbnek mutatja a valóságosnál. Ha a mélység szerinti eloszlást is figyelembe vesszük, érdekes tendenciát láthatunk (6. ábra). A felsı kioldott zónában az elırehaladott oxidáció révén alacsony pirit tartalomra, így alacsony savtermelı készségre számítanánk. A meddı neutralizációs készségét biztosító ásványoknak a pirit oxidációja révén generált savas oldatok hatására jórészt oldódnia kellett volna, tehát alacsony neutralizációs készséget várnánk. Az NP/AP hányadosnak pedig az elırehaladott oxidáció következtében magas, veszélytelen, 4 körüli értéket kellene mutatnia. Lefelé haladva mindkét értéknek emelkednie kellene olyan mértékben, hogy a hányados a jelentısebb kockázatot elırejelzı 1-es érték felé konvergáljon. Különösen igaz ez a még nem teljesen oxidált régiókra. A grafikon azonban csak a 80cm-es mélység elérése után 81
követi az elméleti trendet. Magyarázza a fenti eredményeket az a tény, hogy a felsı zónákban a kén a diffrakciós és derivatográfos felvételek tanúsága alapján gipsz-ként jelenik meg. Késıbb a kevéssé oxidált zónákban mennyisége visszaszorul, de folytonosan jelen van, akár csak a kalcit. 12.7.4. A neutralizációs potenciál arány mélység szerinti változása Sobek-módszerrel meghatározott neutralizációs potenciál és összkén-tartalom révén meghatározott savtermelı képesség esetén
NPR (Sobek NP/ S%-ból AP) 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0,00 2,00 4,00
Mélység (m)
6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00
7. ábra, az NPR (neutralizációs potenciál arány) értékének mélység szerinti változása Sobek-módszerrel meghatározott NP (neutralizációs potenciál) és összkén-tartalom révén meghatározott AP (savtermelı képesség) esetén
A neutralizációs potenciál Sobek-módszerrel történı meghatározása nem csupán a savas közegben gyorsan oldódó karbonátokat, de a Ca-földpátokat, az anortoklászt, az ortoklászt, albitot, és kismértékben a vas- és magnézium gazdag piroxéneket, hornblende-féléket, biotitot, és az olivin-csoport elemeit, mint neutralizációs készséggel rendelkezı ásványokat veszi figyelembe. Mivel a karbonátok oldódási sebessége savas közegben nagyobb a többi, fent említett komponensnél, a Sobek–féle neutralizációs potenciál a késıbb oldatba menı, ezért hosszabb távon neutralizációs készséggel rendelkezı ásványokat is méri. A rövid-távon, azonnal tapasztalható, a meddıhalmaz kifolyó vizeire azonnal hatást gyakorló neutralizációs kapacitást a módszer túlbecsüli. A savtermelı képesség kéntartalom alapján történı becslése a már korábban ismertetett félrevezetı eredményre vezet. A kapott eredmények gyakorlatilag megegyeznek a TIC-értékek felhasználásával kiszámított NPR értékhalmazzal, bár a második grafikonon minden, ugyanazon mélységhez 82
tartozó hányados nagyobb. Ennek oka, hogy minden Sobek NP-érték nagyobb a tisztán karbonátokat figyelembe vevı TIC –értéknél, mert a néhány százalékban a mintázott anyagban jelen lévı földpátokat is rövidtávon savlekötı képességgel rendelkezınek mutatja (7. ábra). 12.7.5. A hagyományos módszerek eredményeinek összevetése A fenti eredmények annak a kísérleti eredménynek a fényében válnak igazán érdekessé, melyet a statikus nettó savgeneráló képesség (NAG, Static Net Acid Generation Procedure által mért érték) meghatározása során mértem. Hidrogén-peroxiddal oxidálható formában, vagyis szulfidos kötésben lévı kéntartalmat nem sikerült kimutatnom az NAG meghatározására széles körben alkalmazott térfogatos elemzési eljárással.
Gipsz-tartalom (%), DTA alapján 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0,00 2,00 4,00
Mélység (m)
6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00
8. ábra, derivatográfiás módszerrel meghatározott gipsztartalom a mélység függvényében
A szulfáttartalom olyan jelentıs a vizsgált szelvényben, hogy éppen a már kioldott, erıteljesen oxidált fedıréteg NPR értéke mutat savtermelı sajátosságot. A 4 m-es mélységtıl lefelé kezdıdı oxidálatlan zóna pedig 1-2 közötti NPR hányadosával arra utal mindkét meghatározási mód alkalmazása esetén, hogy a hányó mintázott anyagának fı tömege valószínőleg enyhén savas kifolyó oldatokat generál, ha az NP-vel jellemezhetı ásványtársulás nem eléggé reakció képes, vagy hamarabb kimerül, mint a vizsgált minta szulfid-tartalma. Noha a szulfid tartalom alacsony, a kalcium-karbonát-tartalom pedig magas, a minısítési kategóriák alapján a vizsgált meddıminták anyaga a környezetre erıteljesen károsnak minısül. 83
A probléma az alkalmazott kémiai módszerek nem kielégítı mértékő fázisszelektivitásával kapcsolatos. Ha a gipsz mélység szerinti eloszlását vizsgáljuk (8. ábra), világossá válik, hogy az összkén-tartalom jelentıs részét 4 m-es mélységig, a vízben már nehezebben oldódó, a kifolyó vizek savasságát szinte alig befolyásoló kalcium-szulfát adja. A hányóból kifolyó víz pH-ja 6,5-7,5 körüli, fémtartalma pedig a kadmium (3,78 µg/l) és a cink (2850 µg/l) esetében lépi túl az MSZ 12749-es szabvány tolerálhatóságra vonatkozó határértékét (Cd-esetén 2 µg/l, míg Zn-esetén 100 µg/l a tőrhetı határérték). Az MI 10-172/91990–es elıírás tőrhetıségre vonatkozó értéke alatt van mindkét komponens koncentrációja, vagyis Cd-esetén 20 µg/l, míg Zn-esetén 5000 µg/l a tőrhetı határérték. Említést érdemel a zagytározóból kifolyó víz magas, 990 mg/l-es szulfáttartalma is, amely az utóbb említett szabvány 250 mg/l-es oldott szulfáttartalomra vonatkozó tőrhetıségi határértéke fölött van (SZTERMEN ET AL, 2003). A hányó anyagának túlnyomó többsége több évtizede kihelyezett, vagyis az oxidáció heves periódusa jórészt valószínőleg véget ért. Ebbıl következik, hogy a vizsgált minták olyan NPR értéke tőnik valóságosnak, mely a hányót, ásványi összetétele okán kevéssé veszélyesnek mutatja. Fontos azonban hangsúlyozni, hogy az ílymódon számolt NPR-értéknek is tükröznie kell az ásványparagenezisbeli eltéréseket. 12.7.6. A neutralizációs potenciál arány mélység szerinti változása derivatográfiásmódszerrel meghatározott komponensekbıl számított neutralizációs potenciál és savtermelı képesség alapján Ha a ZT-4-es fúrás anyagát termogravimetrikus elemzésnek vetjük alá, kiegészítve röntgen-diffrakciós elemzéssel, a környezeti szempontból érdekes ásványfázisok mennyisége és minısége kellı pontossággal megállapítható. Az oxidációra hajlamos vas-szulfidok erıteljes termikus reakciót produkálnak, normál oxidáló atmoszférában 450-500C0környékén. Exoterm oxidációjuk, ha mennyiségük 5-6 % alatti, a DTA-görbén jól azonosítható, mennyiségük a tömegvesztés pontos mérésével, és az oxidációs reakció sztöchiometriai viszonyainak ismeretében pontosan kiszámítható (FÖLDVÁRI 1986). A Gyöngyösoroszi flotációs hányó pirit-markazit tartalma éppen ebbe a tartományba esik. A keletkezı savas pórusvizek semlegesítésére a meddıben a karbonátok jöhetnek nagyobb mennyiségben számításba. A savas oldatokkal lassabban reagáló, néhány %-ban röntgen diffrakcióval kimutatott káliföldpátok (5-10%), plagioklászok (5-7%) mennyisége alárendelt. A 9. ábrán két grafikon látható. Az egyik a korábban már közölt, Sobek-módszerrel meghatározott NP, és összkén-tartalomból számított AP értékek összevetésével számított NPR értékek mélység szerinti eloszlását mutatja. A másik görbe a derivatográfiás módszerrel meghatározott kalcium-karbonát mennyiségébıl számított NP(DTA), és az ugyancsak ílymódon mért vas-szulfid tartalomból számított AP(DTA) hányadosának, vagyis az NPR(DTA)-nak a mélység szerinti változását szemlélteti. A két görbe közötti különbség szemmel látható. Míg a derivatográfos fázisanalízisen alapuló görbe a felsı kioxidált, kimosott zónában rendkívül alacsony környezeti kockázatot valószínősít, addig az összkéntartalmat mint lehetséges savgeneráló forrást figyelembe vevı eljárás túlbecsli a környezeti kockázatot. Ennek oka az 1m-es mélységig domináns kéntartalmú fázisként kimutatható gipsz jelenléte. Mindkét görbe jelentıs oszcillációt mutat 1,2 m-es mélységig, tükrözve a hányó anyag fázisos összetételének változékonyságát.
84
NPR 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0,00 2,00 4,00 6,00
Mélység (m)
NP(DTACaCO3)/AP(DTAFeS2) 8,00 NP(Sobek NP)/AP(S%) 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00
9. ábra, az NPR (neutralizációs potenciál arány) értékének mélység szerinti változása derivatográfiásmódszerrel meghatározott NP (neutralizációs potenciál) és AP (savtermelı képesség) esetén
Tovább figyelve mindkét görbe lefutását, az oxidációs front helyzete 4m és 1,2 m közé tehetı. Pontosabb meghatározását nehezíti a mintavételezés ritkább volta. Derivatográfos mérésekkel, 3 m-es mélységtıl már 1,56%-os pirit tartalom határozható meg a fúrási mintákból. Valószínőleg az oxidáció ezt a mélységet még nem érte el, mivel 4m mélyen hasonló (1,59 %) pirit-tartalom volt mérhetı. 2m-es mélységben azonban csupán 0,6 %- pirit mutatható ki. Az oxidációs front helyzetét tehát 2-és 3m közé valószínősítem. A 4m-tıl 14mig tartó zóna már egyértelmően az oxidációs front alatti, még igen csekély mértékben oxidált anyagot jellemzi. Látszólagos homogenitása az ábrázolásnak is köszönhetı, mivel itt csak a 4 és 14m-bıl vett anyagminták kéntartalma állt rendelkezésemre. A minták DTA felvételei 10m-en 3,24 % 12m-en 1,29 % pirit-tartalmat mutatnak. Jól látható tehát, hogy az anyag inhomogén. A lefelé haladó oxidációs front, a gipsz mennyiségének mélység szerinti változását figyelembe véve, különbözı oxidáltsági fokú meddı-frakciókkal találkozva, eltérı összetételő paragenezist hagyott hátra. A 14-18m-es mélységköz ábrázolása is félrevezetı lehet. 18m-en már nem azonosítottam piritet a vizsgált anyagban. Ezért 0,01% TG tömegcsökkenést vettem alapul önkényesen, mely 0,03%-nyi pirit tartalomnak felel meg. Ílymódon az NPR(DTA) értéke 85
kiszámítható és a valós környezetre ártalmatlan jelleget tükrözi ebben a mélységközben. Ha a valós 0%-os pirit tartalmat használom fel, az NP(DTA)/AP8DTA) görbe a végtelenbe tartana. Ha figyelembe vesszük a pirit-tartalmat derivatográfos elemzések alapján, 14-1617,5m–es mélységközben, mely 1,08- 1,09-0,96 %-ot ad, megállapítható hogy a döntı összetételbeli változás, vagyis a pirit eltőnése a paragenezisbıl, csupán a hányó feküjét jelzi 18m mélyen. 12.7.7. Következtetések Figyelembe véve, hogy a hányó teljes tömegének jellemzésére egyetlen fúrás anyagának vizsgálata nem ad módot, a ZT-4-es fúrás minta anyagának elemzése alapján az alábbi megállapításokat tehetem: 1. Az alkalmazott teszteljárások eredményeinek mélység szerinti eloszlása arra utal, hogy a fúrás anyagának összetétele a mélység függvényében változik. Az NPR-értékek illetve NPR(DTA) értékek mélység szerinti eloszlása a vizsgált meddıhalmaz ásványos összetételbeli változását jól tükrözi, bármely, a fejezetben említett elemzési eljárással határozzuk is meg a kiinduló NP, illetve AP értékeket. 2. Ha a Sobek-féle eljárással mérjük a savlekötı képességet, és összes kéntartalmat veszünk figyelembe AP-értékként, az ílymódon kapott értéksor igen hasonló lefutású görbét produkál, összevetve azzal az esettel, amikor az NPR-értékeket összkén-tartalom - TIC értékpárokból határozzuk meg. 3. Mindkét, teljes kéntartalomból kiinduló NPR meghatározási módszer, 1,5-2,1 közötti értékő NPR értéket ad az oxidálatlan (4m alatti) zónában. A minısítési kategóriákat figyelembe véve ez valószínősíti a savasabb jellegő kifolyást (9. táblázat), ha az NP-vel jellemezhetı ásványtársulás nem eléggé reakció képes, vagy hamarabb kimerül, mint a vizsgált minta szulfid-tartalma. Azonban a hányóból kifolyó víz pH-ja nem esik a kızetsav-generálásra utaló 5,5-es érték alá. 4. A szervetlen kötésben jelenlévı karbonátok mennyiségét mérı eljárással kiegészített hagyományos kémiai tesztek a hányó anyagának környezetre gyakorolt hatását a savas kızetvíz kibocsátásának szempontjából túlságosan veszélyesnek mutatják. 5. Ha röntgen-diffraktométeres eljárással alátámasztott derivatográfos elemzéssel vizsgáljuk az anyagot, fázis-szelektíven kiemelhetjük a környezeti szempontból meghatározó ásványi összetevıket. Mind minıségi, mind mennyiségi meghatározásra módunk nyílik. Ha az így meghatározott fázisos összetételt vesszük figyelembe az NP(DTA)- AP(DTA) értékek meghatározásakor a becsült környezeti kockázat alacsonyabbnak adódik. 6. Ha az ásványos összetételt fázis-szelektíven vizsgáló termokémiai eljárással meghatározott AP(DTA) és NP(DTA)-értékeket vesszük figyelembe, a fúrási mintasor oxidálatlan tömege (4m-es mélység alatt) 8-10 közötti, oxidáltabb régiói pedig 9-és 41 közötti NPR(DTA) értékekkel jellemezhetıek. Savtermelı képességgel a mért minták és az alkalmazott eljárás alapján a hányó vizsgált része nem rendelkezik.
86
7. A nedveskémiai eljárásokkal szemben, a röntgen-diffraktométeres meghatározással alátámasztott derivatográfos mérési eljárás eredményébıl, attól függıen, hogy mely fázisokat veszünk figyelembe a savtermelés és a sav lekötés képességének meghatározása során, figyelembe véve az egyes ásványfázisok erısen eltérı reakciókészségét, következtethetünk a savtermelés idıbeli lefolyására. 8. Összevetve a teszteljárások eredményeit, a hányó vizsgált zónájában a teljes kéntartalom meghatározását felhasználó NPR értékek alapján becsült környezeti kockázat, az oxidált zónában akár tízszerese, az oxidálatlan zónában pedig ötszöröse az ásványos összetételt szelektíven vizsgáló derivatográfos mérések eredményeibıl számított NPR(DTA) értékek alapján valószínősíthetı környezeti kockázatot jellemzı értékeknek.
12.8. A Telkibánya környékén található, középkori eredető, érces meddıhányók anyagának állapotvizsgálata A Gyöngyösoroszi határában elhelyezett flotációs hányó néhány száz évvel késıbb várható állapotát, s így, rekultiváció nélkül a környezetre majdan gyakorolt hatását, analógiás alapon, a Telkibánya környékén fellelhetı középkori finomszemő ércfeldolgozási melléktermékek, (közkelető néven örlıiszaphányók illetve iszaphányók (BENKE, 2001.)) és durva-szemő érces hányók környezeti állapotának vizsgálatával határoztam meg. A Gyöngyösoroszi közelében található, illetve a Telkibánya környékén fejtett ércesedés földtani szempontból eltéréseket mutat. A telkibányai ércesedés LS-típusú összlet, vagyis a kitermelt érc szulfidásvány-tartalma, így pirit-tartalma is alacsonyabb volt, mint a Gyöngyösoroszi közelében bányászott anyag szulfid-tartalma. A jobb minıségő ércet azonban korszerőbb technológiával dolgozták fel, így a keletkezett meddıanyag összevethetı mállási sajátosságait tekintve a rosszabb minıségő, ám középkori technológiával feldolgozott érc meddıjével. Mivel eleve alacsonyabb mennyiségő oxidációra képes pirit jelenhetett meg az örlıiszapok anyagában, a flotációs hányó anyaga hosszabb, hasonló körülmények között zajló oxidációs periódus után érheti csak el az örlıiszap hányók jelenlegi oxidáltsági állapotát. A PHARE CBC 2002/000-604-01 számú Telkibánya címő projekt keretén belül (FÖLDESSY, 2005) általam végzett sav-bázis egyensúlyt vizsgáló statikus kémiai tesztek és röntgen-diffrakciós fázis-elemzések arra irányultak, hogy megállapítsam, a több száz éve felhagyott ércbányák durvaszemő meddıhányói és a korabeli ércdúsítási technológia melléktermékei, az ırlıiszapok a szulfidásványok oxidációja révén, milyen hatást gyakorolnak környezetükre. A statikus kémiai tesztek mellett termogravimetriás mérési módszer segítségével mértem a durvaszemő és a jól osztályozott ırlıiszap meddık kalcium-karbonát, és vas-szulfid tartalmát. A vizsgált meddıhányók pontszerő szennyezı forrásoknak minısíthetık, s koruknál, az egykori technológiák jellegénél fogva semmiféle mőszaki védelemmel nem rendelkeznek, azaz sem aljzatuk, sem a felszínük nincs védve az eróziós, illetve csapadékvíz kiváltotta oldási hatások elıl. A területen elıforduló ırlıiszaphányók vizsgálata révén képet lehet kapni a jól osztályozott, erıteljesen feltárt, szulfidásvány-tartalmú ércelıkésztési meddık több száz éven át tartó oxidációjának végsı szakaszáról.
87
12.8.1. Mintavétel, elemzési módszerek A Telkibánya környékén végzett terepbejárások során 11 mintavételezési pontban összesen 36 darab, felszíni illetve felszínhez közeli, 10-20 cm-vastag talajtakaróval fedett ırlıiszap halomból és durvaszemcsés hányóból származó mintát győjtöttem (5 számú melléklet 1-es ábra). A mintákat 70 C0-on tömegállandóságig szárítottam, majd porcelán, késıbb achát mozsárban 1µm-közeli mértékadó szemátmérıre ıröltem. A minták nehézfémtartalmát a Magyar Állami Földtani Intézet laboratóriumában, hideg királyvizes kioldást követıen, Jobin Yvon ULTIMA 2C típusú, monokromátorral, illetve polikromátorral felszerelt, ICP-AES készülékkel határozták meg. A minták higanytartalmát AMA 254 típusú, elıkészítést nem igénylı, specifikusan higany mennyiség meghatározására alkalmas, direkt AAS készülékkel mérték. Az Ásvány- és Kızettani Tanszék TURM-62-es röntgen-diffraktométerén végeztem a pordiffrakciós vizsgálatokat, meghatározva a minták fázisos összetételét. Derivatográfos eljárással a jelentısebb termokémiai reakciót adó komponensek mennyiségét határoztam meg. A meghatározott kalcium-karbonát és vas-szulfid tartalom révén az anyag savlekötı és savtermelı képességét határoztam meg. A két elemzési technika azért egészíti ki harmonikusan egymást, mert a diffrakciós módszerrel már nehezen mérhetı, a vizsgált minta néhány százalékát kitevı karbonát illetve szulfid-tartalom is jól detektálható derivatográffal. Ugyanakkor a diffrakcióval meghatározott fıbb összetevık segítik a derivatográfos elemzési technikát pontosítani. A minták savlekötı képességét (NP) a Sobek-féle nedveskémiai módszer segítségével mértem, a savtermelı képességet pedig a szulfidokat hidrogén-peroxidos kezelés révén oxidáló, nettó savgeneráló potenciált (NAG) mérı eljárással határoztam meg, amelyet AP savtermelı képességre számítottam át úgy, hogy kiszámítottam a minta által termelt kénsav révén feloldható kalcium-karbonát tonnánkénti mennyiségét. Mivel a környezeti szempontból jelentıs vas-szulfidok és karbonát ásványok termikus reakciói igen erıteljesek, termikus módszerekkel jól mérhetı mennyiségük. A széndioxid eltávozás okozta tömegvesztés mennyiségi meghatározása révén mért kalciumkarbonáttartalomból a savlekötı képesség termikus úton mért megfelelıje (NP(DTA)) meghatározható. A vasszulfid-ásványok erıteljes exoterm reakciót produkálnak 450 C0-felett. A DTA-görbe kitérését még akkor is detektálni lehet, ha a minta agyagásvány és szervesanyag-tartalma elhúzódó exoterm reakciót mutat. A DTA-görbe exoterm reakcióra utaló kitérése során mért tömeg-vesztésbıl a pirit tartalom meghatározható a mintában. Ha a mért szulfidos kötéső kéntartalmat kénsav-tartalomra számítjuk át, a fázisok móltömegének figyelembevételével, meghatározható a mintában oxidáció révén keletkezı kénsav mennyisége. A minta százalékosan meghatározott kénsavtartalmát ezrelékben megadva a minta NAG(DTA)- értékét (statikus nettó savgeneráló képesség, termikus úton mért megfelelıje) határoztam meg. Az NPR(DTA)-érték (neutralizációs potenciál arány, termikus adatokból számítva) megfelelı pontosságú kiszámítása érdekében a kapott NAG(DTA)-értéket AP(DTA)-értékre (savtermelı képesség termikus úton mért megfelelıje) kell átszámolni. Figyelembe véve azt, hogy 1mól kénsav 1mól kalcium-karbonátot fogyaszt el, átszámítható az NAG(DTA)-érték AP(DTA)-értékre. A továbbiakban az NPR(DTA) érték már az ismert módon az NP(DTA)/AP(DTA) hányados révén határozható meg. A környezetre gyakorolt hatás megítélése érdekében az érces hányók NPR-érték alapján történı minısítési kategóriáit használom (10-es táblázat). 88
Alábbiakban az egyes mintacsoportokból egy, a csoportot leginkább reprezentáló minta vizsgálati eredményeit ismertetem.A minták röntgen-diffraktométeres elemzési eredményei az 5-ös számú mellékletben tekinthetık meg (2-12-es ábrák). 12.8.2. A minták csoportonkénti makroszkópos leírása A Mária-táró bejáratánál található durvaszemő meddıhányó anyaga (V-01-es csoport, 1. számú minta): 10-20 cm vastag talajjal fedett, döntıen 2-3cm-es szabálytalan alakú kızetdarabokból, és finomabb, laza, homokos, agyagos összetevıbıl áll. Az anyag sötétebb világos sárga, helyenként okkeres foltokkal. Az összeállt kızetdarabok kemények, szívósak, kalapáccsal is nehezen törhetık. Friss törési felületükön szürkéssárga színő, tömött szövettel jellemezhetı andezitre emlékeztetnek. Néhány igen kicsiny, 1-2 mm-es, szabad szemmel alig kivehetı zsírfényő-üvegfényő kvarc-kristály azonosítható a törött felszíneken. Jószerencsét telér légaknájának durvaszemcsés kúpja (V-02-es csoport, 6. számú minta): A mintázott összlet a Mária-táró szomszédságában található anyagra emlékeztet, ám durvább szemő, 5-6cm átmérıjő darabok is bemintázásra kerültek. Itt is megtaláljuk a laza, finomabb szemő frakciót. Teréz táró, durvaszemcsés hányója (V-03-as csoport, 10. számú minta): A mállott, kálimetaszomatózist szenvedett andezit sárgás-szürke, kékesszürke, 5-6cm-es átmérıjő, kemény szívós kızetdarabok formájában uralja a minta anyagát. Kevesebb laza képzıdmény figyelhetı meg a mintában, mint a két elızıleg leírt anyag esetében. Bózsva patak medre, ırlıiszap (V-04-es csoport, 14. számú minta): A patak meder szélén található, nemezszerően tömött, gyökerekkel átszıtt, 10-15cm vastag talajréteggel fedett, sárgásbarna, vörösessárga, jól osztályozott, középszemő, finomszemő laza összlet. Szabad szemmel csupán a helyenként vasoxidokkal bevont, helyenként apró, 1-2 mm-es kristályokként üvegfénnyel megcsillanó kvarckristályok azonosíthatók. A Gunyakúti patak medrébıl, Mátyás Király kútjánál vett ırlıiszap (V-05-ös csoport, 20. számú minta): A korábban leírt, a területen bemintázott ırlıiszapokra általában jellemzı ismertetıjegyeket mutató anyag. Középszemő, finomszemő, jól osztályozott, laza, vas-oxihidroxidokkal színezett anyag. A már korábban megfigyelt 1-2mm-es inkább zsírfényő, 1-2mm-es kvarckristály-töredékek ebben a mintában is felismerhetık. A Veresvízi patak medrének ırlıiszapja (V-06-os csoport, 21. számú minta): Fıbb ismertetı jegyei a korábban bemutatott ırlıiszapokéival megegyezık. Szembetőnı azonban vörösebb, barnásvörösesebb árnyalatú színe, és a korábbi ırlıiszapoktól is egyenletesebb, valamivel finomabb szemcsemérete, jobb osztályozottsága. Jóhegy patak medre, ırlıiszaphányó (V-07-es csoport, 23. számú minta): Tipikus ırlıiszap. Barnás-sárga színe azonban valamivel alacsonyabb vas-oxihidroxd tartalomra utal. Óva-völgyi ırlıiszap (V-08-as csoport, 28. számú minta): Az ırlıiszapok jellegzetes sajátosságai a jól osztályozott finomszemő, középszemő szemcseméret laza, konszolidálatlan vas-oxihidroxidokkal színezett barnássárga szín itt is megfigyelhetık. 89
A Telkibánya 2-es fúrás mellett található ırlıiszap hányó (V-09-es csoport, 31. számú minta): Jórészt 10-15cm vastag talajjal fedett, finomszemő, jól osztályozott, barnásvöröses vas-oxihidroxidokkal színezett anyag. Bajor akna (V-10-es csoport, 33. számú minta): a Bajor aknát környezı középszemő, finomszemő, homokos, agyagos frakció túlsúlyával jellemezhetı mintában is megfigyelhetık durvaszemcsés 2-3cm-es szabálytalan sárgás-szürke, szürke andezit darabok. A minta világos okkersárga laza komponensei, helyenként vasoxidos foltokkal tarkítottak. Kaolin táró hányója (V-11-es csoport, 35. számú minta): A finomszemő, döntıen sárgásfehér színő, agyagos képzıdmény a terepen plasztikus, kézzel gyúrható képzıdmény, kiszárítva könnyen porítható fehéressárga agyag. A hányó világosabb, fehéres-sárga anyagán, 2-3cm-es sugarú, goethites, lepidokrokitos foltok láthatók. 12.8.3. A mérési eredmények elemzése
12.8.3.1. A Mária-táró bejáratánál található durvaszemő meddıhányó anyaga (V-01-es csoport, 1. számú minta) A Mária-táró bejáratánál található durvaszemő meddıhányó a táróból a fejtés során kihordott anyagól épül fel. Kızetösszetételét tekintve kálimetaszomatózist-szenvedett andezit alkotja az érces zónák környezetét. A diffrakciós vizsgálatok tanúsága szerint egy kvarc ortoklász keverék alkotja a minta fı tömegét, melyben kevés agyagásvány nyomokban jarosit és alunit mutatható ki. Mivel a minta kalcit-tartalma rendkívül alacsony, és igen kismennyiségben, nyomokban kimutatható szulfátos, tehát savasan hidrolizálni képes komponensekkel is rendelkezik, neutralizációs potenciálja nedveskémiai úton történı meghatározása nem adott valós eredményt (NP=0). Savtermelı képessége AP=9,20 értéket mutatott. A nedveskémiai meghatározások eredményeként az évszázadok óta az atmoszferíliák hatásának kitett, eleve alacsony érctartalmú anyag nehezen minısíthetı, ám savtermelı sajátosságokat mutató összletnek tőnik. A derivatográfos elemzés 0,998% kalcium-karbonátot és 0,36% vas-szulfid tartalmat detektált a mintában. Az NP(DTA) így 9,98 t CaCO3-nak adódik 1000t meddı esetén. Az AP(DTA) 3,00- t savtartalomnak megfelelı CaCO3-at mutat 1000t meddıben. Így a termokémiai úton meghatározott NPR(DTA) érték 3,32. A savtermelés ilyen NPR-érték mellett kevéssé valószínő. A termokémiai alapokon nyugvó meghatározás a valóságot inkább tükrözı eredményt szolgáltat a Mária-táró hányójának esetében. A minta nehézfémtartalma minden vizsgált elem esetében a természetes háttér koncentráció közelében mozog. Csupán krómtartalma (39,8 mg/kg) haladja meg kissé a 30 mg/kg–os összes krómtartalomra elfogadott B szennyezettségi határértéket (8. táblázat, 5. számú melléklet, 3. táblázat).
12.8.3.2. A Jószerencsét telér légaknájának durvaszemcsés kúpja (V-02-es csoport, 6. számú minta) A Jószerencsét telér légaknájának durvaszemcsés kúpját vizsgálva ugyancsak durva-szemcsés kálitrachit anyagú meddıre bukkanunk. A röntgen-diffrakciós vizsgálat a vizsgált anyagot egy kvarc ortoklász keveréknek mutatja, melyben a döntıen kaolinites agyagásvány-frakció mellett alunit és jarosit mutatható ki nyomokban. Az évszázadok óta folyamatosan az atmoszféra hatásának kitett, erıteljesen oxidált, eleve alacsony szulfid-tartalommal bíró meddı halmaz a nedves kémiai tesztek tanúsága szerint erısen veszélyezteti környezetét szignifikáns savtermelı sajátossága révén 90
(NPR=0,081). A neutralizációs potenciál 5 tonna CaCO3-at mutat 1000t meddıben, míg a savtermelést jellemzı AP-érték 62,01 t CaCO3-al egyenértékő savtermelı komponenst mutat 1000t meddıben. Termokémiai oldalról megközelítve a problémát, a minta 0,839 % CaCO3-at tartalmaz. Vagyis az NP(DTA)=8,39. A mintázott anyag 0,3%-os vas-szulfid tartalommal rendelkezik, mely megfelel 2,50 AP(DTA)-értéknek. Az NPR(DTA) érték termogravimetrikus alapon számolva 3,35-nek adódott, mely kevéssé valószínőnek mutatja a mintázott anyag savtermelését, illetve kızeteredető savtermelését. Utóbbi megállapítás helytállóbbnak tőnik egy évszázadok óta kitett, egykoron eleve alacsony szulfidásványtartalmú kızethalmaz esetében. Minden környezeti szempontból jelentısnek tekintett nehézfém koncentrációja A-érték körüli, csupán az ólom (101mg/kg) mennyisége éri el az ólomra általánosan alkalmazott Bszenyezettségi határértéket (100mg/kg) (8. táblázat, 5. számú melléklet, 3. táblázat).
12.8.3.3. A Teréz táró, durvaszemcsés hányója (V-03-as csoport, 10. számú minta) A Teréz táró elıtt található, növényzettel fedett durva szemcsés hányó kálitrachit törmelékének vizsgálata hasonló eredményre vezet, mint a Jószerencsét telér anyagának vizsgálata. A röntgen-diffraktométeres elemzés a korábban tárgyalt meddıhalmazhoz igen hasonló fázisos összetételt mutat. A kvarcos földpátos összetevık mellett döntıen kaolinites agyagásvány halmaz és másodlagosan képzıdött szulfátos komponensek (alunit, jarosit) mutathatók ki a mintában. A nedveskémiai tesztek erısen savgenerálónak mutatják a vizsgált meddıhalmazt. A Sobek-féle NP 4-es értékő, a savtermelés pedig AP=14,00 értéket mutat. Az NPR-értéke így 0,286. A minta savasan hidrolizáló, nyomokban detektált szulfátos komponensei és szervesanyag-tartalma, valamint a savakat semlegesíteni képes komponensek hiánya magyarázza az erıs savgeneráló képességet tévesen mutató NPR-értéke. Természetes körülmények között a szerves komponensek, illetve a semleges közeli pH-nál gyakorlatilag oldhatatlan szulfátok alig generálnak savat. Termikus elemzések révén a kızethalmaz környezetre gyakorolt hatása merıben eltérınek adódik a nedveskémiai elemzésekbıl számítható értékeknél. A minta kalciumkarbonát-tartalma 2,156% , vagyis 21,56t CaCO3 mutatható ki 1000t meddıben. A savtermelésért felelıssé tehetı vas-szulfidok mennyisége 0,57%, mely 4,75-os AP(DTA) értéknek felel meg. Az NPR(DTA) értéke így 4,53, mely olyan nagy, hogy a vizsgált anyag további gondos tesztelés után, esetleg, mint savat semlegesítı komponens jöhetne szóba. A termikus elemzés itt is a várakozásnak inkább megfelelı értéket szolgáltatta. A mintában minden a 10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes rendelet által szabályozott nehézfém koncentrációja az adott fémekre megadott A érték körüli (8. táblázat, 5. számú melléklet, 3. táblázat).
12.8.3.4. A Bózsva patak medre, ırlıiszap (V-04-es csoport, 14. számú minta) A Bózsva patak medrében fellelhetı jól osztályozott vörösesbarnásra színezett finomszemő anyag az egykori ércdúsítási technológia mellékterméke. A diffrakciós elemzés tanúsága szerint, a döntıen kvarcból és albitból felépülı anyagban, nyomokban lepidokrokit mutatható ki. A vas-oxihidroxid feltehetıen a korábban az anyagban megtalálható vas-szulfidok mállásterméke. A nedveskémiai tesztek eredménye szerint az anyag nem rendelkezik savat gyorsan lekötni képes ásványi komponensekkel. Neutralizációs potenciálja 0-értékő. Ugyanez igaz 91
savtermelı képességére is. Nem tartalmaz hidrogén-peroxiddal oxidálható ként, a nedveskémiai eljárások által meghatározható mennyiségben. Termikus vizsgálatok révén 2,58% kalcit és 1,17% vas-szulfidot azonosítottam a mintában. Ennek megfelelıen 25,87-os NP-értékkel és 9,76-os AP-értékkel jellemezhetı a vizsgált anyag. NPR(DTA) értéke 2,65. A kapott érték alapján kızetsav-generálás nem várható az anyagtól. Az erıteljesen oxidált anyag valós környezetre gyakorolt hatását a termokémiai megközelítés ebben az esetben is feltehetıen reálisan határozza meg A 10/2000. (VI. 2.) KÖM-EÜM-FVM-KHVM együttes rendeletben megadott szennyezı nehézfémek koncentrációja az egyes nehézfémekre megadott A háttér érték környékén mozog (8. táblázat, 5. számú melléklet, 3. táblázat).
12.8.3.5. A Gunyakúti patak medrébıl, Mátyás Király kútjánál vett ırlıiszap (V-05-ös csoport, 20. számú minta) A patakmeder jól osztályozott, vöröses színő anyaga, az elvégzett röntgen-vizsgálatok eredménye szerint, egy döntıen kvarcból, kisebb mennyiségben albitból fölépülı, lepidokrokittal színezett, erısen oxidált összlet. A nedveskémiai vizsgálatok alapján a neutralizációs potenciál 39,75 t kalcitnak felel meg ezer tonna meddı neutralizációs kapacitása. Savtermelı képességgel az NAG- teszt eljárást követve, nem rendelkezik az anyag. Az NPR-érték így meghatározhatatlan, illetve végtelennek tekinthetı. Termikus vizsgálataim szerint 3,336% CaCO3 található az ırlıiszapban. Ennek megfelelıen 33,36t kalcium-karbonát tartalom számítható ezer tonna ırlıiszapot alapul véve. A savtermelésért felelıssé tehetı vas-szulfidok 0,27% -át teszik ki a finomszemcsés összletnek. Ez megfelel 2,25 t tiszta kalcit elbontására képes savtartalomnak ezer tonna meddıt vizsgálva. A derivatográfos elemzés alapján 14,81 NPR(DTA) érték adható meg, mely valószínőleg jól jellemzi az eredetileg is kis mennyiségben vas-szulfidokat tartalmazó, erıteljesen feltárt, legalább két évszázada az atmoszferíliáknak kitett anyag környezetre gyakorolt hatását. Az érték alapján az összlet nem képes savas vizeket a környezetbe bocsátani. A 10/2000. (VI. 2.) KÖM-EÜM-FVM-KHVM együttes rendeletben megadott környezeti szempontból problematikus nehézfémek közül csupán a minta 34,7 mg/kg–os krómtartalma haladja meg a krómra megállapított 30 mg/kg-os B-szennyezettségi határértéket (8. táblázat, 5. számú melléklet, 3. táblázat).
12.8.3.6. A Veresvízi patak medrének ırlıiszapja (V-06-os csoport, 21. számú minta) A Veresvízi patak medrébıl vett ırlıiszap minta, akárcsak a korábbi ırlıiszapok, lepidokrokittal színezett, döntıen kvarcból és albitból álló, jól osztályozott keverék. A Sobek-féle neutralizációs potenciál 0,25, amelyhez 6,80 savtermelı képesség társul. Az így kapott 0,037-es NPR érték egy erıteljesen savgeneráló rendszert mutat. Derivatográfos elemzéseim tanúsága szerint a vizsgált anyag 5,67-os neutralizációs készséggel rendelkezik, kalcit-tartalma alapján. 0,3%-os vas-szulfid tartalma révén a minta 2,50 értékő savtermelı potenciállal bír. Az NPR(DTA) 2,26–os értéke kevéssé valószínősíti savas elfolyó vizek környezetbe juttatását. Utóbbi érték az évszázadokon át tartó oxidáció és az alacsony, normál pordiffrakciós technikával kimutathatatlan szulfidásvány-tartalom következtében reálisabbnak tőnı eredmény. 92
A 10/2000. (VI. 2.) KÖM-EÜM-FVM-KHVM együttes rendeletben megadott, környezeti szempontból veszélyes nehézfémek közül csupán a 35,1 mg/kg–nyi réztartalom haladja meg a rézre megállapított 30 mg/kg-os B-szennyezettségi határértéket (8. táblázat, 5. számú melléklet, 3. táblázat).
12.8.3.7. A Jóhegy patak medre, ırlıiszaphányó (V-07-es csoport, 23. számú minta) Az eddig vizsgált ırlıiszapoknál megszokott röntgen-diffrakciós képet láthatunk a Jóhegy patak medrébıl vett vas-oxihidroxiddal színezett anyag vizsgálata kapcsán. Noha a kvarc mellett ortoklász földpát jelenik meg, a vasoxihidroxidos komponens most is az eloxidálódott szulfid-tartalomra utal. Az anyag neutralizációs potenciálja 0 értékő, mely arra utal, hogy savlekötı képességgel bíró ásványt, a meleg sósavas oldás nem mobilizált. A savtermelı képesség 2 tonna kalcit oldására képes savat generálni képes ásványtársulást mutat ezer tonna meddıben. A két érték hányadosaként elıálló 0-értékő NPR erısen savtermelı, a környezetet veszélyeztetı összletet mutat. Termokémiai vizsgálataim 1,157% kalcitot, vagyis 11,57 tonna kalcitot mutatnak ezer tonna meddıben. Az anyag vas-szulfid tartalma 0,36%, mely 3,00tonna kalcitot oldani képes savat generálhat, ezer tonna meddıt számításba véve. Ennek megfelelıen az NPR(DTA) értéke 3,85, mely érték erısen oxidált, a környezetbe savat nem juttató anyag halmazt valószínősít. A 10/2000. (VI. 2.) KÖM-EÜM-FVM-KHVM együttes rendeletben szabályozott mennyiségő nehézfémek közül a kadmium (1,81mg/kg), a réz (132mg/kg), és a cink (373mg/kg) koncentrációja haladja meg az ezen fémekre elıírt B szennyezettségi határértékeket (Cd: 1mg/kg, Cu: 75mg/kg, Zn: 200mg/kg). Figyelemre méltó azonban az 500 mg/kg-os (C2) ólomtartalom. A minta a legszennyezettebbnek tekinthetı a vizsgált anyagok közül (8. táblázat, 5. számú melléklet, 3. táblázat).
12.8.3.8. Ósva-völgyi ırlıiszap (V-08-as csoport, 28. számú minta) Az Ósva-völgyben található kıgát romja mögötti területrıl vett ırlıiszap minta abban különbözik a korábban vizsgált ırlıiszapoktól, hogy röntgen-diffrakciós módszerrel a kvarc albit keverékben nem mutatható ki vas-oxihidroxid. A savasan hidrolizáló szerves komponensek 0,00 neutralizációs potenciált mutatnak. Karbonát, illetve savat rövidtávon megkötni képes egyéb komponens jelenlétére nem utal a Sobek teszt eredménye. A peroxidos tesztek 13,80 savtermelı készséget mutatnak. A kapott NPR érték így 0,00 amely savtermelı rendszerre enged következtetni. A derivatográfos vizsgálat 2,48 tonna kalcitot mutat ezer tonna anyagra vetítve. Ezzel szemben 3 tonna pirit detektálható ezer tonna meddıben a DTA görbe exoterm folyamatra utaló kitérését alapul véve. A kapott NPR(DTA) 0,99-es értékő, mely megfelelı neutralizációt biztosítani képes ásványtársulás hiányában savgeneráló sajátságra utal. Nem valószínő, hogy az erıteljesen oxidált meddıhalmaz ílymódon veszélyeztetné környezetét. Enyhe savgeneráló készség azonban elképzelhetı. A környezetre ártalmas nehézfémek közül minden komponens koncentrációja a természetes háttérértékek tartományában mozog (8. táblázat, 5. számú melléklet, 3. táblázat).
93
12.8.3.9. A Telkibánya 2-es fúrás mellett található ırlıiszap hányó (V-09-es csoport, 31. számú minta) A fúrás mellett található hányóról vett minta anyagában röntgen diffrakciós elemzéssel a káliföldpát a korábbi ırlıiszapok anyagához képest jelentısebb mennyiségben mutatható ki. A minta vas-oxihidroxidtartalma diffrakciós technikával nem volt mérhetı. 44,5 t CaCO3 található a vizsgált anyag 1000t-ját alapul véve, mely jelentıs neutralizációs készséget mutat. Különösen akkor igaz ez, ha tekintetbe vesszük a peroxidos tesztek révén a mintában ki nem mutatható vas-szulfid mennyiségét. A két érték hányadosa a végtelenbe tart, jelezve, hogy nem mutatható ki a környezetet terhelı savtermelı sajátság a mintából. Ezt megerısíti a termikus vizsgálati eredmény is. A 8,694%-os kalcit-tartalom 86,94t kalcitra enged következtetni ezer tonna meddıben. A mintában mért pirit tartalom 0,39%, mely 3,25 t kalcitot oldani képes savat generál 1000t meddı teljes oxidációja révén. A kapott NPR(DTA) érték 17,68, mely jól jellemzi a környezetbe savat kibocsátani már nem képes, erısen oxidált anyagot. A környezeti szempontból káros nehézfémek közül a mintában a króm (208mg/kg), a réz (298mg/kg), a nikkel (82,3mg/kg), az ólom (109mg/kg), és a cink (346mg/kg) mennyisége haladja meg a Cr-esetében C1>150 mg/kg, a Cu-esetében C1>200 mg/kg, a Ni-esetében B>80 mg/kg, az Pb-esetében B>100 mg/kg, a Zn-esetében B>200 mg/kg-os értéket (10/2000. (8. táblázat, 5. számú melléklet, 3. táblázat). Összevetve az eddigi minták sajátosságaival az anyag króm és réztartalmát tekintve okozhat környezeti terhelést.
12.8.3.10. Bajor akna, durvaszemő meddı (V-10-es csoport, 33. számú minta) A Bajor akna mellett található, vas-oxihidroxidokkal színezett durvaszemcsés meddı anyag röntgen-diffraktométeres vizsgálata egy döntıen ortoklászból és kvarcból álló ásványhalmazt mutat. A felvételen a színezı goethites lepidokrokitos anyag nem azonosítható be. Sem agyagásvány, sem másodlagos szulfát nem mutatható ki röntgen segítségével a mintából. A nedveskémiai tesztek tanúsága szerint a neutralizációs potenciál 0,00 értékő. A Savgeneráló készség 16,00-os értéket mutat. Az eredmény a minta szerves anyagtartalmának savas hatásával magyarázható, mivel szulfátos komponens nem azonosítható az anyagban. A két érték hányadosaként meghatározható NPR így 0,00 értéket mutat, melyet savgenerálónak tekinthetünk. A termokémiai elemzések 0,4%-os kalcit-tartalmat mutatnak, mely 4,08t CaCO3-nak felel meg 1000t meddıt tekintve. 0,42%-os vas-szulfid tartalomnál az anyag savtermelı képessége 3,50-es AP(DTA) értéket ad. 1,16-os NPR(DTA) értékével az anyag valószínőleg kızetsavat generál a minısítési kritériumok szerint. Mindkét mérési módszer savgenerálónak mutatta az anyagot. Valószínőbb azonban, hogy olyan kis mennyiségben van jelen mind szulfidos kötéső kén, mind pedig karbonát a mintában, hogy mennyiségük arányából már nem vonható le valós környezeti állapotukat leíró következtetés. A vizsgált anyag valószínőleg nem generál ARD-szituációt. Érdemes megjegyezni, hogy a termikus mérés még ilyen koncentráció-viszonyok között is reálisabbnak tőnı eredményt szolgáltatott, mint a nedveskémiai elemzés. A környezeti szempontból veszélyes nehézfémek koncentrációja a természetes háttér értékek közelében mozog, csupán a króm 36,1 mg/kg-os koncentrációja haladja meg a 94
rendeletben elıírt 30 mg/kg-os B szennyezettségi küszöbértéket (8. táblázat, 5. számú melléklet, 3. táblázat).
12.8.3.11. Kaolin táró hányója, durvaszemő meddı (V-11-es csoport, 35. számú minta) A táró bejárata elıtt található, agyagos állagú, fehér színő meddıhalmaz hidrotermális hatásra elbontódott, kaolinitben gazdag kızet. A röntgendiffrakciós elemzés olyan kvarcban gazdag anyagot mutat, melyben kaolinit található, a korábban megszokott káliföldpátok helyett. Nedveskémiai teszteknek alávetve a meddı anyagát, a neutralizációs potenciál 0,00értéket mutat. A savtermelı képesség 8,40-es értéke a kaolinit kristályok felületén megkötıdı hidroxil-gyökök oldat-fázisban való elszegényedésével magyarázható. Nagyobb mennyiségő nátrium-hidroxid adagolására volt szükség az oldat, eljárásban elıírt, szabványos, 3,5-es vég pH–jának eléréséhez. Az NPR-érték 0,00-nak adódik, melyet savtermelı készségre utalónak tekinthetünk. Az érték nem tükrözi a hányó környezetre gyakorolt hatását. Erıteljes savtermelési-képességgel valószínőleg nem rendelkezhet az évszázadok óta a térszínen eloxidált anyag. Termokémiai vizsgálatok révén mintegy 0,97% kalcitot sikerült kimutatni a mintában. Az NP(DTA) értéke 9,76-nak adódott. A 0,51%-os pirit-tartalom 4,25-os AP(DTA)-t ad eredményül. Az NPR(DTA)-értéke 2,29-nek adódik, mely kevéssé valószínősíti a kızetsavgenerálást. Utóbbi megállapítás a hányó környezetre gyakorolt hatását reálisabban írja le. A környezetre káros nehézfémek közül a minta Hg-tartalma figyelemreméltó (1,37 mg/kg), mely az rendeletileg higanyra meghatározott C1-es értéket meghaladja (8. táblázat, 5. számú melléklet, 3. táblázat). 12.8.4. Következtetések: 1. A durvább szemő hányók anyagának nedveskémiai eljárásokkal történı vizsgálata azt mutatja, hogy még mindig rendelkeznek savtermelı képességgel. Ennek oka, az hogy a neutralizációt biztosító ásványok, elsısorban a karbonátok, részben az évszázadokon át tartó oxidatív kioldás eredményeként titrimetriás módszerekkel már nem mérhetıek az anyagban. A savtermelı képességet a térfogatos nedveskémiai elemzés a szerves anyagok jelenléte miatt becsülheti túl (5. számú melléklet, 2. táblázat). 2. A finomszemő ércelıkészítési melléktermékek, az ırlıiszapok vizsgálata révén megállapítható, hogy anyaguk igen hasonló környezeti hatást gyakorol savtermelı illetve savlekötı képességük révén a környezetre, mint a durvaszemcsés hányók mintázott tömege. A nedveskémiai teszteljárás a karbonátok hiánya, illetve a szerves anyagok jelenléte miatt mutatja esetenként sav-generálónak a vizsgált anyagokat. Akárcsak a durvább szemő hányók esetében a kifolyó vizek pH-ja 7 körüli, vagyis itt sem mutatható ki, hogy szulfidoxidációból eredı kızet eredető savtermelés révén savas oldatok jelentısebb mértékben magas nehézfémtartalommal terhelhetnék a környezetet. Nehézfém tartalmuk pedig általában alacsony, az egészségre ártalmatlan háttérkoncentrációk értéke alatt marad (5. számú melléklet, 1, 2, 3.táblázat). 3. Ásványtani szempontból a durvaszemő, darabos meddı kızetanyagok általában kvarcból földpátokból és agyagásványokból állnak. Ezek mellett másodlagos ásványok: vasoxidok, vas-oxihidroxidok, alunit, jarosit, illetve agyagásványok mutathatók ki (5. számú 95
melléklet, 2, 3, 4. ábrák). Az ırlıiszapok ásványtani összetétele szignifikánsan eltér (szegényesebb) a durvaszemő hányókétól. A kvarc földpát keverékeket rosszul kristályos vasoxidok színezik. Ezen ırlıiszapok jól osztályozott anyagok, melyek éppen feltártságuk illetve finomabb szemcseméretük révén az oxidációs folyamat gyorsabb lefolyását tették lehetıvé, így annak elırehaladottabb állapotát reprezentálják (5. számú melléklet, 5, 6, 8. ábrák). 4. A több száz éves oxidációs folyamat már jórészt további kızetsav generálásra alkalmatlanná tette a vizsgált bányászati meddıket, függetlenül szemcseméretüktıl. Ezt bizonyítja egyrészt, hogy a természet teljes egészében birtokba vette e kisebb lerakókon deponált anyagokat. Másrészt vas-szulfidokat csak nyomokban sikerült kimutatni a vizsgált anyagokban. Ezek oxidációja illetve oldódása már lezajlott (5. számú melléklet, 1, 2. táblázat). 5. Az alkalmazott kémiai teszteljárások csak egyéb fázisanalitikai módszerekkel együtt alkalmazhatóak, eredményük önmagában alkalmazva félrevezetı lehet. A savtermelı képesség meghatározása során alkalmazott hidrogén-peroxidos kezelés a minta összes oxidálható komponensével reagál. Esetünkben szulfidos komponens nem is volt kimutatható a mintában, mégis egyes esetekben jelentıs savtermelı képességet mutatott a tesztmódszer (5. számú melléklet, 8, 9.-ábra, 23-28 minták NP-AP eredményei az 1, 2 táblázatban). 6. Derivatográfos teszteljárással kiegészítve a röntgen-pordiffrakciós eljárást illetve a nedveskémiai teszteket, reális környezetre gyakorolt hatás határozható meg. Még a tized százalékos karbonát illetve vas-szulfid tartalom esetén is kiszámítható az NP(DTA) illetve AP(DTA) értéke, melybıl képezhetı minısítésre alkalmas NPR(DTA) érték. 7. Ha egy anyaghalmaz rendelkezik is savtermelı képességgel, ám nincs elegendıen magas környezetre káros koncentrációban olyan nehézfém, amelyet mobilizálhatnának a savas oldatok, a környezetet érı fémterhelése folytán nem gyakorol káros hatást az ıt körülvevı ökoszisztémára. Mivel jelentısnek mondható nehézfémtartalmat csupán a Jóhegy-patak ırlıiszapjában sikerült kimutatni (500mg/kg-nyi ólom), a többi hányó anyaga pedig jórészt a természetes háttérnek megfelelı koncentrációkban tartalmazott nehézfémeket, a vizsgált középkori érces hányók mintázott anyaga már nem terheli környezetét káros mennyiségő nehézfémmel. 8. A Telkibánya környékén található durva és finomszemő ércbányászati meddık anyaga a középkortól napjainkig tartó periódus alatt jórészt a környezetre ártalmatlan anyaggá oxidálódott. Az élıvilág teljes egészében birtokba vette a hányókat. Figyelembe kell venni azt a tényt, hogy a Telkibánya környékén a középkorban kitermelt ércesedés alacsonyabb szulfid tartalommal rendelkelzett, mint a Gyöngyösorosziban feldolgozott, magasabb szulfidásványtartalmú ércanyag. Ugyanakkor a két ércesedés anyagának eltérését részben kiegyenlíti a feldolgozási technológiák fejlettségének különbsége. Igen valószínő, hogy a Gyöngyösoroszi flotációs hányó anyaga is az örlıiszap halmok jelenlegi környezeti állapotához hasonló képet mutatna az atmoszferíliák megfelelıen hosszú ideig tartó, folytonos és zavartalan oxidációs hatása következtében.
96
13. Összefoglalás, tézisek 1951-1986 között a gyöngyösoroszi ércbányában 3,634 millió t ércet termeltek ki, ebbıl 2944,00 ezer t végmeddı keletkezett. A flotációs hányón elhelyezett zagy becsült térfogata mintegy 2,1 millió m3(KUN 2002). Az ércelıkészítı üzem tervszámait és tervezett fémkihozatalát szelektív termelés feltételezésével állapították meg. A laboratóriumban megállapított értékek elérését a tömegtermelés körülményei nem tették lehetıvé. A keletkezı meddı tehát nagyobb fémtartalommal bírt, mint azt a laboratóriumi kísérletek mutatták (KUN, 1966). A pirit flotálását 1962-ig nem is sikerült megoldani, (KUN, 1966) a nehézszuszpenziós elıdúsítás alkalmazása elıtti idıszak meddıje tehát nagyobb pirittartalommal bír. A feladott érc minıségének változása kihatott a keletkezı meddı minıségére, utóbbi követte az elıbbi változásait. Példaként említhetı, hogy az ércelıkészítıben feladott termelvény agyagásványtartalmának növekedése rosszabb fémkihozatalt, tehát magasabb fémtartalmú meddıt eredményezett. Megállapítható tehát, hogy a Gyöngyösoroszi határában deponált flotációs hányó anyaga már a lerakás során inhomogén volt, mely inhomogenitásért az ércelıkészítıbe feladott ércanyag természetes minıségi változékonysága, és az ércfeldolgozási technológia változása együttesen felelıs. Vizsgálataim a flotációs hányó oxidációs folyamatának állapotára, ennek révén a környezetre gyakorolt jelenlegi és jövıbeli hatásának felmérésére irányultak. Megállapításaimat az alábbiakban összegzem: Elemmegoszlások mélység szerinti vizsgálata 1. tézis: A flotációs hányó mintázott anyagának atmoszférikus hatásokra történı mállása során a mangán viselkedése áll legközelebb a szulfidos érctelepek mállása során várható elem-mobilizációs sémához, szemben az ólom és a cink mélység szerinti megoszlásával, amely nem követi azt. A szulfidos érctelepek mállása során keletkezı oxidációs, illetve a másodlagos ásványok kicsapódása révén elemdúsulással jellemezhetı, cementált zóna, a vizsgált elemek eloszlását tekintve a flotációs zagytározó minta anyagában nem mutatható egyértelmően ki. Felszíni elemmegoszlások szelvény menti vizsgálata 2. tézis: A flotációs hányó minta anyagának, mind a zagy, mind pedig a gátak alkotóinak elemzése során megállapítható, hogy a magas szorpciós kapacitással rendelkezı vas-oxidok, vas-oxihidroxidok, és agyagásványok mennyisége korrelál a minták szorpció révén megkötött elemtartalmával. A flotációs hányó-felszín oxidációs állapotának vizsgálata hiperspektrális légifényképezés és felszíni mintavételezés révén 3. tézis: A kvarcból és szulfidásványokból álló ásványhalmazok fedırétegének atmoszférikus oxidációja akkor fejezıdik be, ha az kvarcgazdag, vasoxi-hidroxidokból és vasoxidokból álló halmazzá alakult és a jarosit a pH fokozatos emelkedése révén fokozatosan instabillá válva oldatba ment (JAMBOR ET AL., 2000). Mivel a gyöngyösoroszi flotációs hányó 97
gátjainak fedıjérıl valamint a zagykazetták felszínérıl győjtött minták anyaga átlagosan 11 %-os jarosit tartalommal bír, oxidációja nem tekinthetı befejezettnek. A hiperspektrális és röntgendiffrakciós fázisanalitikai módszerek eredményeinek egybevetésével megállapítható, hogy a gátfelszínek mintaanyagának oxidációs állapota nem tér el a finomabbszemő zagytestek fedıjébıl származó mintaanyag oxidációs állapotától, figyelembe véve jarosittartalmukat. A savtermelı és a savlekötı képesség vizsgálata A ZT-4-es fúrás vizsgált mintaanyagára vonatkozóan az alábbi megállapításokat teszem: 4. tézis: Az NPR-értékek, vagyis a neutralizációs potenciál arány mélység szerinti eloszlása a vizsgált meddıhalmaz ásványos összetételbeli változását jól tükrözi. Az anyagot fázisszelektíven vizsgáló derivatográfos eljárással meghatározott kalciumkarbonát-vasszulfid arány, illetve a kémiai eljárásokkal mért neutralizációs potenciál (Sobek NP), és a savtermelı képesség (összes kéntartalom alapján) hányadosa hasonló lefutású görbét ad. A Sobek féle neutralizációs potenciált illetve a szervetlen kötésben lévı karbonáttartalmat mérı, a savtermelı képességet teljes kéntartalomból meghatározó módszerrel számított neutralizációs potenciál arány (NPR) meghatározási módszer, 1,5-2,1 értékő NPR értéket ad a fúrás mintázott anyagának kevésbé oxidált (4m alatti) zónájában. A minısítési kategóriákat figyelembe véve ez valószínősíti a savgenerálást. 5. tézis: Röntgen-diffraktométeres eljárással alátámasztott derivatográfos elemzéssel vizsgálva a fúrás szolgáltatta mintákat, és az így meghatározott meghatározott fázisos összetételt figyelembe véve az NP(DTA)- AP(DTA) értékek meghatározásakor, az érces meddık minısítésére már jól bevált NPR-skála alapján a becsült környezeti kockázat a vizsgált flotációs meddı mintaanyagának esetében jóval alacsonyabbnak adódik mint a nedveskémiai tesztek alkalmazása esetén. Az idıbeli lefolyás vizsgálata 6. tézis: A Telkibánya környékén található, középkori eredető, finomszemő ércelıkészítési melléktermékek, az ırlıiszapok és dúrvaszemcsés középkori meddıhalmazok igen hasonló hatást gyakorolnak savtermelı, illetve savlekötı képességük révén a környezetre. Egyik típusú meddıanyag esetében sem mutatható ki, hogy szulfidoxidációra visszavezethetı kızet eredető savtermelés révén savas oldatok jelentısebb mértékben magas nehézfémtartalommal terhelhetnék a környezetet. (5. számú melléklet, 1, 2, 3. táblázat). 7. tézis: A Telkibánya környékén található durva és finomszemő ércbányászati meddık mintaanyaga a középkortól napjainkig tartó periódus alatt jórészt a környezetre ártalmatlan anyaggá oxidálódott. Valószínő, hogy az örlıiszap halmok oxidációs periódusától hosszabb ideig tartó, idıszak alatt, néhány évszázad múlva, a Gyöngyösoroszi flotációs hányó anyaga, noha magasabb kiindulási szulfidtartalommal jellemezhetı ércanyagból képzıdött, hasonló képet mutatna az atmoszferíliák folytonos és zavartalan oxidációs hatása következtében, figyelembe véve a vizsgált meddıanyagokat szolgáltató technológiák fejlettségében fennálló különbséget.
98
A dolgozatom bevezetıjében feltett kérdésre, miszerint a Gyöngyösoroszi határában elhelyezett, az atmoszférikus hatásoknak kitett, szulfid-ásványokat tartalmazó meddıanyag, oxidációs és oldódási folyamatai révén milyen hatást gyakorol jelenleg környezetére, veszélyezteti-e azt, illetve több száz éves, rekultiváció nélküli, zavartalan oxidációs periódust feltételezve hogyan hat majd a környezetre a jövıben, összetett választ adok.: Jelenleg is kimutatható a mintaanyag, (elsısorban a felszíni régió mintái esetén) oxidációja, amely még nem zárult le. Ebbıl következıen különösen az I/a tározórészben adszorptíve kötött nehézfémek várhatóan a környezetet terhelik majd. A kızet eredető savtermelési jelenség inkább csak valószínősíthetı a ZT-4-es fúrás mintaanyagára vonatkozóan, hagyományos kémiai tesztek alkalmazása esetén. Termokémiai elemzéssel a környezetet károsító hatás jóval alacsonyabbnak tőnik, ám a termokémiai elemzések eredményeinek pontosabb értelmezéséhez szükség lenne egy specifikusan a termogravimetriához kapcsolható minısítési skála kidolgozására. Az oxidációs folyamat végállapotának több évszázadra elıretekintı, analógiás alapon nyugvó vizsgálata azt mutatja, hogy a természet, ha lassan is de végül birtokba veszi majd a flotációs hányót.
14. Az eredmények gyakorlati hasznosításának lehetıségei A Gyöngyösoroszi határában kialakított flotációs zagytározó anyagának oxidatív mállása közelítıleg leírható a szulfidásványokat tartalmazó kızetösszletek atmoszférikus hatásokra kialakuló mállásának sémájával. Tekintettel a vasszulfid-ásványok széleskörő elterjedtségére, a hányó ásványos összetételéhez közel álló összetétellel rendelkezı kızetek oxidációs állapota, elemmobilizációs sémája vizsgálataim révén nagyobb biztonsággal jósolható meg. Építési célokra történı felhasználás esetén az ilyen kızetek kémia reakciói, a kızetek idıállóságára, környezetre gyakorolt hatására nézve jobban követhetıvé váltak. A flotációs hányó elemmobilizációs sémájának vizsgálata révén kialakított kép alkalmas lehet más finomszemő flotációs zagytározók oxidációs állapotának pontosabb meghatározására, kiegészítve a már eddig is alkalmazott eljárásokat. A hiperspektrális távérzékelési módszer alkalmazása révén lehatárolható, szulfidásványok oxidatív mállása következtében másodlagosan keletkezı, felszíni ásványelıfordulások területi elterjedésének pontosabb lehatárolása, részletesebb terepi bejárással megoldható. Az ílymódon beszerzett minták fázisos összetételének röntgendiffrakciós vizsgálata a felvételeken a hematitos zónák pontosabb lehatárolását is lehetıvé teszi. A flotációs hányó anyagának Sobek és NAG kémiai eljárásokkal történı vizsgálataiból, akárcsak az összeskén és a TIC meghatározások eredményeibıl számítható NPR értékek mellett, a derivatográfiás eljárás eredményeibıl is számítható NPR érték. A röntgendiffrakciós technikával kombinált termokémiai eljárás fázisszelektivitása a kifejezetten alacsony szulfid- illetve karbonáttartalmú bányászati meddık savtermelési sajátosságainak vizsgálatában nyújthat értékes új eredményeket. A középkori érces hányók oxidatív mállásának vizsgálata arra hívja fel a figyelmet, hogy a természet regenerációs képességének erıteljesebb kihasználásával, hosszabb távon olcsóbb, egyszerőbb rekultivációs eljárások is alkalmazhatók a jelenleg oxidálódó finomszemő érces hányók kızeteredető savtermelésébıl fakadó problémák megoldására. Vizsgálataim révén tisztábban látható, hogy több száz éves oxidációs periódust tekintve, minimális technológiai védelem alkalmazása esetén is, a természet regenerálja a bányászat okozta környezeti károkat. 99
15. Köszönetnyilvánítás Köszönettel tartozom tudományos vezetımnek, Dr. Földessy Jánosnak hasznos tanácsaiért, és azon erıfeszítéseiért, amelyek révén munkám anyagi alapját is igyekezett megteremteni fáradhatatlan pályázati tevékenységével. A dolgozat felépítésében és szakirodalmi anyagok felkutatásában nyújtott segítségéért köszönet illeti Dr. Szakáll Sándort, Dr. Mádai Ferencet. Fuchs Péternek a felmerülı informatikai jellegő kérdések megoldásában, valamint a kapcsolódó szakirodalmi adatok feldolgozásában nyújtott segítségéért jár köszönet. Dr. Zelenka Tibornak a Telkibányai mintagyőjtésben és a szakirodalom értelmezésében nyújtott segítségéért mondok köszönetet. Köszönettel tartozom továbbá a Mecsek Öko zRT vezetésének, mert kérésemre rendelkezésemre bocsátották a flotációs hányóval kapcsolatos vizsgálataik eredményeit, és a ZT-4-es fúrás anyagát. Munkám végeztével köszönetemet szeretném kifejezni feleségemnek, valamint családomnak biztatásukért és türelmükért.
100
16. Summary, Theses Between 1951-1986 3,634 million tons of ore was exploited in the Gyöngyösoroszi ore mine, from this matter 2944,00 thousand tons of waste was produced. Volume of the refuse ore, placed on the waste impoundment about 2,1 million m3 (KUN 2002). The produced waste originaly had greater metal content than the tailing material, generated in the laboratory. (KUN, 1966). Flotation of pirite until 1962-ig was unsuccessful, (KUN, 1966) so before the heavy suspension concentration the tailing has higher pirite content. Alteration of quality of the served ore has an affect on the quality of the produced waste. For example the rising of clay mineral content of the ore reduced the metal content of the processed ore, and produced higher metal concentration in the waste. Ascertainable, that the tailing was not homogeneous during the disposal already. My study aimed the examination of the status of the oxidation of the tailing material, to assess the environmental affects in the present and in the future. My statements are summarised hereinafter: Element segregation according to the depth 1. thesis: In the sampled material of the flotation tailing impoundment the Mn distribution according to the depth is the closest to the element segregation of the weathered sulphidic ore deposit. The Pb and Zn distributions did not follow the conceptual element distribution. The cemented and oxidized layers produced the weathering of the sulphidic ore deposits were not pointed out in the samples unanimously. Superficial element segregation in a segment 2. thesis: Ferro-oxihidroxides and clay mineral content of the sampled material of the tailing impoundment with high adsorption capacity correlates with the adsorbed metal content of the samples. Examination of the surface material of the tailing impoundment by hyperspectral airborne and superficial sampling methods 3. thesis: The oxidation of the surface of the quartz- and sulphide-containing mineral assemblages is ended, when gossan is produced and jarosite is dissolved by the rising of the pH (JAMBOR ET AL., 2000). Because the average jarosite content of the samples gathered from the surface of the tailing impoundment has 11% jarosite content generally, the oxidation process is not finished. The surface of the dams and the fine-grained tailings are in the same oxidation status, considering their jarosite contents, using x-ray diffractometry and hyperspectral remote sensing methods. Acid producing an acid neutralizing capacity Considering the sampled material of the ZT-4 drill hole: 4. thesis: Distribution of the Neutralization Potential Ratio (NPR) according to the depth, reflects the changing of the mineral content of the sampled material. Calcium carbonate 101
and ferrosulphide-content ratio determined by phase selective thermochemical method (DTA) and traditional chemical method gives a similar curve. The traditional NPR values (using Sobek Neutralization Potential (NP) or Total Inorganic Carbon (TIC) and Acid Producing Potential from total sulphure content (AP)) are between 1.5-2 in the unoxidized part of the drill-hole samples (under 4m). Using traditional limiting values of the environmental effect the examined material is probably acid generating. 5. thesis: Examining the drilled samples with x-ray diffractometry and thermochemical methods the new NP(DTA) and AP(DTA) values show on the traditional environmental effect scale a significantly lower environmental risc, than using traditional chemical methods. Oxidation process in time 6. thesis: The fine grained waste materials, the so called grinding sludges and rough grained waste, produced near Telkibánya in the Middle Ages has similar NPR values and they has similar environmental effect. Neither of the examined waste nor tailing impoundments produce acid leaches containig heavy metals in harmful concentration. (5. supplement, 1, 2, 3. tables). 7. thesis: Material of samples of rough and fine grained waste, are obtainable near Telkibánya, oxidized heavily during the period from the Middle Ages. Harmful environmental effect could not be pointed out. The Gyöngyösoroszi tailing material during a longer oxidation period than from the Middle Ages until now, probably transform into a material, which has no harmful environmental effect. But the processed ore of Gyöngyösoroszi had higher sulphide so higher heavy metal content, the difference between the two technological levels of ore processing equalize the differences. The answer to the question asked in the introduction of my study is complex. The environmental effect of the examined tailing impoundment by the oxidation of its sulphide content in the present and in the future is measurable: The oxidation process is ongoing in the sampled material, primarily in the surfacial samples. It is not ended. In the I/a tailing depot the heavy metals sorbed in the waste material prospectively will load the environment. The Acid Rock Drainage process is rather likely in the sample materials of ZT-4 drill hole, using traditional liquid chemistry. Results of thermochemical methods give a significantly lower environmental risc, but the latter method needs a specific scale to asses the environmental risc properly. The nature will take possession of the Gyöngyösoroszi tailing impoundment considering the status of the waste materials near Telkibánya.
102
17. Irodalom 10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes rendelet 1., 2., 3. számú rendeletei. 33/2000. (III. 17.) Kormány rendelet. 219/2004. (VII. 21.) Kormány rendelet a felszín alatti vizek védelmérıl. Alpers, N., & Nordstrom, K. (2000): Estimation of pre-mining conditions for trace metal mobility in mineralized areas: an Overview, In: Proceedings 5th International Conference Acid Rock Drainage, May. 2000. pp. 463-472. Ákos, K., (2002): Gyöngyösoroszi Szárazvölgyi tározó környezeti problémái Diplomaterv. Miskolci Egyetem, Geofizikai Tanszék. Bates, L. & Jackson, A. (1987): Glossary of Geology 3rd Edn., American Geological Institute. Bayless, E. & Olyphant, A. (1993): Acid generating salts and their relation ship to the chemistry of groundwater and storm runoff at an abandoned mine site in southwestern Indiana, U.S.A. J. Contam. Hydrol. Vol. 12. pp. 313-328. Bekı, J., Csiszér, E., Horváth, B., Munkácsi, Z., Pap, F. & Zsilák, V. (1992): Gyöngyösoroszi és környéke nehézfém-szennyezettségének vizsgálata Szakdolgozat. Kézirat, BME Mezıgazdasági és Kémiai Technológiai Tanszék. Benke, L. (2001): Telkibánya bányászatának története In: Zsámboki, L. (2001): Közlemények a magyarországi ásványi nyersanyagok történetébıl XI. Miskolci Egyetem könyvtára, levéltára és múzeuma, Érc- és Ásványbányászati Múzeum, MiskolcRudabánya. Bigham, J. & Nordstrom, K. (2000): Iron and aluminum hydroxysulfates from acid sulfate waters, In: Alpers, N., Jambor, L. & Nordstrom, K. (2000): Reviews in Mineralogy & Geochemistry, Vol. 40. Sulfate Minerals, Crystallography, Geochemistry, and Environmental Significance, pp. 351-392. Bokányi L. & Kendelényi Á. (2001): Surface Properties of Long-time Discarded Heavy Metal-Containing Particles, Presentation. 8. Ungarisches-Deutch Seminar, Miskolc 2001 júl. pp. 9-13. Bokányi, L. & Bokor, V. (2001): Az ércelıkészítési meddıbıl származó anyag flotálhatóságának kísérleti vizsgálata In: Csıke, B. (2001): Ércbányászati meddıhányók hasznosításának komplex eljárástechnikai alapvizsgálata 3. Részjelentés, Ércbányászati meddıkomponensek szétválasztása mechanikai eljárásokkal (OTKA T 022028 19972000) Miskolc, pp. 1-18. Böhm J. (2003): A Gyöngyösoroszi ércbányászat teljeskörő felhagyása témában a Mecsekérc Környezetvédelmi Rt. által adott ajánlat auditálása, Mőszaki Szakértıi Tanulmány (4030500) Miskolci Egyetem, Mőszaki Földtudományi Kar. Böhm J. (2004): Bányaüregek tömedékelésére felhasználható anyagok meghatározása, tömedékelési technológia kidolgozása Mőszaki Szakértıi Tanulmány (4040517) Miskolci Egyetem, Mőszaki Földtudományi Kar. Bradshaw, P. et al. (1975), Conceptual Models in Exploration Geochemistry, Journal of Geochemical Exploration, special vol. 4. no.1, pp. 15-106. Brooks, R. (1972): Geobotany and Biogeochemistry in Mineral Exploration, Harper & Row. Charlet, L., Dise, N., & Stumm, W. (1993): Sulfate adsorption on a variable charge soil and on reference minerals Agric Ecosys Environ vol. 47. pp. 87-102. Clarke, W. (1924), The Data of Geochemistry, Bulletin 770. Department of the Interior, United States Geological Survey. 103
Crawford, M. & Neuenschwander L. (1998): Mapping of wetland vegetation using AVIRIS data: Year 3 Report to UTSA and NASA/Dynamac, May 5. Csáki F., Gopcsa E., Jerszi L., Máthé I., Nagy Zs.-né, & Petrásné Lıcs A. (1992): Környezetvédelmi Program a Gyöngyösoroszi érrcbánya és Dúsítómő hatásterületének táj- és környezetrehabilitációs vizsgálataihoz (kézirat). Környezetgazdálkodási Intézet Környezetvédelmi Intézete, Budapest, p. 74. CSES (Center for the Study of Earth from Space) (1992): ATREM (Atmosphere Removal Program) Users Guide University of Colorado Csıke, B. (2001): A gyöngyösoroszi flotációs meddı szerkezetének, ásványos összetételének és összenövésének, flotálhaóságának és kémiai kioldásának vizsgálata, valamint a rudabányai érc komplex elıkészíthetıségének vizsgálata, in Ércbányászati meddıhányók hasznosításának komplex eljárástechnikai alapvizsgálata 3. Részjelentés (OTKA T 022028 1997-2000 Miskolc, 2001) pp. 1-34. Csıke, B. (2001): Ércbányászati Meddıhányók hasznosításának komplex eljárástechnikai alapvizsgálata Beszámoló jelentés (OTKA T 022028 1997-2000 Miskolc, 2001). Debreczeni, Á., & Gombkötı I. (2005): A pasztaszállítás szerepe a zagytározó gátak biztonságának növelésében. VII. Bányászati- Kohászati- Földtani Konferencia-2005 Nagyvárad Bányászati szekció, absztrakt kötet p. 27. Dobai, E. (2005): A Gyöngyösoroszi flotációs meddıhányó mállottságának és környezeti veszélyességének vizsgálata XXVII Országos Tudományos Diákköri Konferencia FizikaFöldtudományok-Matematika Szekció Környezettudomány I. (Környezetföldtudomány és környezetkémia) tagozat. p. 60. Dobosi, G. (1981): A Mátra és Rudabányai -hegység ércesedésének genetikai kérdéseit megvilágító mikroszonda vizsgálatok MTA GKL jelentés MÁFI Adattár kézirat T. 10.p. 299. Dobosi, G. (1982): Ny-mátrai ércminták mikroszondás vizsgálata MTA GKL jelentés MÁFI Adattár kézirat. Downing, W. & Madeisky, E. (1997): A Lithogeochemical Method for Acid Rock Drainage Prediction, 4th International Conference on Acid Rock Drainage, Vancouver, BC, p. 16. Dzombak, A. & Morel, M. (1990): Surface Complexation Modeling: Hydrous Ferric Oxide, John Wiley, New York Egerer F., Namesánszki K. (1991): Magyarország meddıhányói Építıanyag 43. évf., 6 szám pp. 230-236. Elder, F. (1988): Metal Biogeochemistry in Surface-Water Systems - A Review of Principles and Concepts, U.S. Geological Survey Circular 1013, pp.43. Ficklin, H., Plumlee, S. & McHugh, B. (1992): Geochemical Classification of Mine Drainages and Natural Drainages in Mineralized Areas, Proceedings, 7th International Symposium on Water-Rock Interaction, Park City, Utah. Fortescue, C. (1980): Environmental Geochemistry, A Holistic Approach, SpringerVerlag New York Inc., publisher. Földessy, J., Böhm J., Mádai V., Fredriksson C. & Banik J. (2005): Closure of the Gyögyösoroszi Base Metal Mine, Hungary – Preliminary Technical Assessment Securing the Future International Conference on Mining and Environment, Metals and Energy Recovery, Sweden, Skellefta, Proceedings, Vol. 1, pp. 297-306. Földessy, J. (2005): Telkibánya, a középkori bányászat környezeti hatása, oktatási és túrisztikai potenciálja. Megvalósíthatósági tanulmány, PHARE CBC 2002/000-604-01, ME., Mőszaki Földtudományi Kar, Földtan- Teleptani Tanszék, Technická Univerzitá v 104
Kosiciach, Fakulta BERG, Katedra geológie a mineralógie, Telkibánya Önkormányzata, Miskolc Földvári, M. (1986): A földtani kutatásban alkalmazott termoanalitikai módszerek. MÁFI, Módszertani közlemények Fuge, R., Pearce, F., Pearce, N. & Perkins, W. (1994): Acid mine drainage in Wales and influence of ochre precipitation on water chemistry In Alpers, S. & Blowes, D Environmental Geochemistry of Sulfide Oxidation. Am Chem Soc Symp Series 1994. vol. 550: pp. 261-274. Fuller, C. & Davis, A. (1989): Influence of coupling of sorption and photosynthetic processes on trace element cycles in natural waters Nature vol. 340. pp. 52-54. Fügedi, U. & Horváth I. (1994a): Szakértıi vélemény a Gyöngyösi Városi Bíróság dr. Szereminé dr. Sike Gabriella tanácsa számára a Szőcs István felperes és az Országos Ércés Ásványbányák alperes közötti polgári (kártérítési) perhez Gyöngyösi Városi Bíróság, MÁFI Adattár, Ter: 16129 p. 15 Fügedi, U. & Horváth I., (1994b): Válasz az Országos Érc- és Ásványbányák 1994. jan. 10-én kelt szakértıi véleményünkkel kapcsolatos észrevételeire. Gyöngyösi Városi Bíróság, MÁFI Adattár p. 6 (+ 1 melléklet). Fügedi, U. (2004): Geokémiai háttér és nehézfémszennyezés Gyöngyösoroszi térségében. Földtani Közlöny, 134/2, pp. 291–301. Fügedi, U. (2006): A Gyöngyösoroszi környezetszennyezés geokémiai vizsgálata doktori értekezés, kézirat, Miskolci Egyetem Földtan Teleptani Tanszék Fügedi, U. & Purator Hungaria Kft. (1999): A gyöngyösoroszi környezetszennyezés A környezetvédelem helyzete és feladatai a bányászatban és a kohászatban, konferencia és kiállítás, Balatonfüred 1999. október 4-6. Fügedi, U., Horváth I. & Ódor L. (2000): Changes in the mineralogical composition of the Gyöngyösoroszi mine waste spread out on the floodplain of the Toka Creek Acta Mineralogica-Petrographica Tomus XLI. Supplementum B Symposia on Environmental Mineralogy (Budapest, May 18–19, 2000.) Abstracts, p. 29. Fügedi, U., Kuti L. (2005): Mit kell tenni a gyöngyösoroszi flotációs meddıhányóval? Földtani Közlöny vol. 135/1 pp. 77-91. Grasselly, Gy. (1986): A Geokémia alapjai Kézirat, Tankönyvkiadó, Budapest, pp 236245. Green, A., Berman, M., Switzer, P. & Craig, D. (1988): A transformation for ordering multispectral data in terms of image quality with implications for noise removal, IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, 26 (1): pp. 65-74, Gruiz, K. (1991): Nehézfémszennyezés felmérése Gyöngyösoroszi környékén (kézirat). BME Mezıgazdasági Kémiai Technológiai Tanszék. Halmóczki, Sz. (1993): Környezetgeokémiai vizsgálatok Gyöngyösoroszi térségében. Szakdolgozat. ELTE TTK Alkalmazott és Mőszaki Földtani Tanszék. Kézirat, p. 78. Harrison, B. & Berkheiser, E. (1982): Anion interactions with freshly prepared hydrous iron oxides Clays Clay Minerals vol. 30. pp. 97-102. Hartai, É. (2004): Magyarország földtana. Oktatási segédlet, Miskolci Egyetem, Mőszaki Földtudományi Kar. Horváth, J. & Zelenka, T. (1994): Új eredmények a telkibányai érces terület kutatásában In: Szakáll, S. & Weiszburg, T. (1994): Topographia Mineralogica Hungariae II., 1994 A telkibányai érces terület ásványai Miskolc, Herman Ottó Múzeum pp. 87-112. http://www.csr.utexas.edu/projects/rs/hrs/process.html 105
Hudák, Sz (2003): Szárazvölgyi flotációs iszap anyagvizsgálatát elıkészítı környezetgeofizikai vizsgálatok Diplomaterv. Miskolci Egyetem, Geofizikai Tanszék. Hudson-Edwards, A., Schell, C. & Macklin, G. (1999): Mineralogy and geochemistry of alluvium contaminated by metal mining in the Rio Tinto area, southwest Spain Appl. Geochem. vol.14. pp.1015-1030. Hug, J. (1997): In situ Fourier transform infrared measurements of sulfate adsorption on hematite in aqueous solutions J. Colloid Interface Sci. vol. 188. pp. 415-422. Hyman, M., Hawkins, W., Kleinmann, P. & Watzlaf, R. (1996): The Art and Science of Mine Drainage Prediction, 41p. Jambor, J. Blowes, W. & Ptacek, J. (2000): Mineralogy of Mine Wastes and Strategies for Remediation. In Vaughan, D. & Wogelius, R. EMU Notes in Mineralogy, Vol. 2. Environmental Mineralogy Budapest: Eötvös Univ. Press, pp. 255-290. Jenne, A. (1968): Controls on Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn Concentrations in Soils and Water: the Significant Role of Hydrous Mn and Fe Oxides, Advances Chemistry Series 73, pp. 337-388. Jordan, Gy. & D’Alessandro M. (2004): Mining, mining waste and related environmental issues: problems and solutions in Central and Eastern European Candidate Countries Inventory, Regulations and environmental impacts of toxic mining wastes in Preaccession Countries A report of JRC Enlargement Project PECOMINES Inventory, Regulations and Environmental Impact of Toxic Mining Wastes EUR 20868 EN Kardeván, P., Vekerdy, Z., Róth, L., Sommer, St., Kemper, Th., Jordan, Gy., Tamás, J., Pechmann, I., Kovács, E., Hargitai, H. & László, F. (2003): Outline of scientific aims and data processing status of the first Hungarian hyperspectral data acquisition flight campaign, HYESNS 2002 HUNGARY. 3rd EARSEL Workshop on Imaging Spectroscopy Herrsching 13-16 May 2003.pp. 324-332. Károly, P. (1999): A Gyöngyösoroszi érces meddıhányó ásványi komponensei keverımalomban való fizikai feltárhatóságának ésırölhetıségének kísérleti vizsgálata, Diplomaterv Miskolci Egyetem Eljárástechnikai Tanszék. Kendelényi, Á. (2001): A gyöngyösoroszi meddıhányó anyagának eljárástechnikai alapvizsgálata, különös tekintettel a szelektív flokkulálás-flotálás alkalmazhatóságára, Diplomaterv. Miskolci Egyetem Eljárástechnikai Tanszék. Komenczi, B., Tóth, T., Szamosvölgyi, P. & Sándor, A., (1993): Vélemények és kiegészítések a Gyöngyösoroszi Hulladék Akkumulátor Feldolgozó Üzem Környezeti Hatástanulmányához az Ipari és Kereskedelmi Minisztériumban készített Indító feljegyzéshez kézirat Gyöngyösoroszi–Gyöngyös–Budapest Kossuth, G. & Pojják T. (1982): Ásványtan Kézirat Tankönyvkiadó pp. 149-154. Kozák, M. (1994): Telkibánya környékének kızetföldtani felépítése és fejlıdéstörténete in: Szakáll S. & Weiszburg T.: Topographia Mineralogica Hungariae II., 1994. A telkibányai érces terület ásványai Miskolc, Herman Ottó Múzeum. pp. 45-80. Krause, E. & Ettel, A. (1988): Solubility and stability of scorodite FeASO4*H2O : New data and further discussion Am. Mineral vol. 73. pp. 850-854. Kristó, Á, (2004): A gyöngyösoroszi ércbánya jelenlegi felszíni környezeti állapotának vizsgálata. Szakdolgozat (kézirat), Miskolci Egyetem Ketzmerick, R., Kruse, K. & Kraut, S. (1997) : What determines the spreading of a wave packet? Physical Review Letters 79. 1959.
106
Kun, B. (1966): A gyöngyösoroszi ércbányászat és ércelıkészítés története In: Pantó, E. (1966): A gyöngyösoroszi tarkaérc és a Bakony mangánércbányászata, Országos Érc- és Ásványbányászati Vállalat, Budapest, pp. 61-146. Kun, B. (2002): A nyugat-mátrai érckutatások In: Szakáll, S. & Morvai, G. (2002): Közlemények a magyarországi ásványi nyersanyagok történetébıl XIII., Érckutatások Magyarországon a 20. században, pp. 135-154. Kwong, J. (1993): Minesite Acid Rock Drainage Assessment and Prevention - A New Challenge for a Mining Geologist, Proc. International Mining Geology Conference, Kalgoorlie, WA, pp. 213-217. Lakatos, J. & Kristóf, I. (1998): Vizsgálati jelentés az Ércbányászati Meddıhányók hasznosításának komplex eljárástechnikai alapvizsgálata c. OTKA témához (OTKA T 022028 1997-2000) Miskolci Egyetem Alkalmazott Kémiai Kutatóintézet, Miskolc. pp. 111. Lakatos, J. (2000): Ércbányászati meddıkomponensek szétválasztása kémiai eljárásokkal (A gyöngyösoroszi érc fémtartalmú komponenseinek oldhatósági vizsgálata ) In:Ércbányászati Meddıhányók hasznosításának komplex eljárástechnikai alapvizsgálata Beszámoló jelentés OTKA T 022028 1997-2000 Miskolci Egyetem Alkalmazott Kémiai Kutató intézet, Miskolc 2001.pp 1-8. Lapakko, A. (1994): Determinations for Metal Mine Waste and a Proposed Alternative, Proc. International Land Reclamation and Mine Drainage Conference and 3rd International Conference on the Abatement of Acidic Drainage, Pittsburgh, PA; USBM SP 06A-94, v1, pp. 129-137. Lawrence, W. & Wang, Y. (1997): Determination of Neutralization Potential in the Prediction of Acid Rock Drainage, Proc. 4th International Conference on Acid Rock Drainage, Vancouver, BC, pp. 449-464. Lawrence, W., Jaffe, S. & Broughton, M. (1988): In-House Development of the Net Acid Production Test Method, Coastech Research. Lee, C. & Landgrebe, D.A. (1993): Feature extraction based on decision boundaries IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, 15 (4). pp. 388-400. Lonsták, L. (1992): Kutatási jelentés a MÁFI Északmagyarországi Területi Földtani Szolgálatának 1991-ben a Gyöngyösoroszi Toka-patak völgyében végzett környezetföldtani kutatásáról. Kézirat, MÁFI. Madai, V. (2002): Alteration of Sulphides in the Tailings of the Gyöngyösoroszi Flotation Dump Interfaces Against Pollution-2002 (Role of Interfaces in Environmental Protection) The 2nd IAP Conference, Miskolc, Lillafüred, Hungary, abstract volume, p. 134. Madai, V. (2003): The Environmental Hazard of the Gyöngyösoroszi Flotation Waste Dump, Mátra Mountains, Hungary, 2nd Mineral Sciences in the Carpathians Conference, Miskolc Hungary, Acta Mineralogica-Petrographica, Abstract Series, Volume 1, Szeged, 2003, p. 67. Mádai, V. (2004a): Toxic Heavy Metals in the Clay Minerals of Flotation Waste Dump of Gyöngyösoroszi, North-eastern Hungary MECC04-2nd Mid-European Clay Conference, Miskolc, Acta Mineralogica-Petrographica, Abstract Series, vol. 4, p. 68. Mádai, V. (2004b): A gyöngyösoroszi flotációs meddı anyagának vizsgálata Doktoranduszok Fóruma, A Mőszaki Földtudományi Kar Szekciókiadványa, pp. 19-22. Madai, V. (2005a): XRD Examination of the Oxidized Matter of Flotation Waste Dump of Gyöngyösoroszi, Hungary microCAD 2005, International Scientific Conference, Section C: Geology, Mineral Resources, konferenciakiadvány, pp. 19-26. 107
Mádai, V. (2005b): A gyöngyösoroszi flotációs meddıhányó anyagának vizsgálata környezeti szempontból Erdélyi Magyar Mőszaki Tudományos Társaság VII. Bányászati Kohászati Földtani Konferencia, Nagyvárad, konferenciakiadvány p. 37. Madai, V. (2005c): Chemical- and XRD-test of Flotation Tailing Dump of Gyöngyösoroszi, Hungary 5th International Conference of PhD Students, Natural Science, Miskolci Egyetem, konferenciakiadvány, pp. 107-114. Mádai, V. (2006a): Environmental Status of the Medieval Tailing Impoundments of Telkibánya, Hungary microCAD 2006 International Scientific Conference, Miskolc, pp. 59-65. Mádai, V. (2006b): Similarities between Natural Ore Bodies and Tailing Impoundments from Environmental Point of View microCAD 2006 International Scientific Conference, Miskolc, pp. 55-59. Mádai, V. (2006c): Cross-checking of aerial images and results of local sampling of Gyöngyösoroszi flotation tailing impoundment, north-eastern Hungary 3rd Mineral Sciences in the Carpathians Conference, Miskolc Acta Mineralogica-Petrographica, Abstract Series, Volume 5, Szeged, 2006, p. 69. Marth, P., Szabados, I., Kiskéri, R., Iklády, G. & Petró, E. (1994): Összefoglaló jelentés „A Toka-patak nehézfémekkel szennyezett árterületének mentesítését megalapozó vizsgálatok” címő kutatási szerzıdésrıl. Budapest Fıvárosi Növényegészségügyi és Talajvédelmi Állomás, Környezetvédelmi Osztály, Kézirat. McKnight, M., Kimball, A. & Bencala, E. (1988): Iron fotoreduction and oxidation in an acidic mountain stream Science vol. 240. pp. 637-640. Mezısi, J. (1957): Clay minerals from Asztagkı of Gyöngyössolymos Acta Mineralogica Petrographica, vol. 10. pp. 59-66. Miller, S., Robertson, A. & Donahue, T. (1997): Advances in Acid Drainage Prediction using the Net Acid Generation (NAG) Test Proc. 4th International Conference on Acid Rock Drainage, Vancouver, BC, pp. 533-549. Mills, C. (1995): Acid Rock Drainage Lecture Presentation to Teachers, Cordilleran Roundup, Vancouver, February 10. www. Molnár F., Földessy J., Zelenka T., Kiss J. & Szebényi G. (1999): High and low sulfidation epithermal mineralizationof the Matra Mountains, NE Hungary In Gatter, I Epithermal Mineralization of the Western Carpathians. Guie Book for Field Conference 1999 Vol. 31 ser ed. Thomphson T. B. Soc. Econ. Geol. pp. 155-179. Morton, W. & Dunnette, A. (1994): Health effects of environmental arsenic In: Nriagu, O. (1994): Arsenic in the Environment, Part II. Human Health and Ecosystem Effects John Wiley, New York pp. 17-34. Murad, E., & Rojík, P. (2005): Mine-drainage precipitates in the Czech Republic, Clay Minerals vol. 40. pp. 427-440. Mycroft, R., Nesbitt, W. & Pratt, R. (1995): X-ray photoelectron and Auger electron spectroscopy of air-oxidized pyrrhotyte: Distribution of oxidized species with depth Geochim. Chosmochim. Acta, vol. 59. pp. 721-733. Nagy, B. (1984): A gyöngyösoroszi ércesedés ásványtani felépítése. A Magyar Állami Földtani Intézet Évi Jelentése az 1984. évrıl. pp.403-422. Nordstrom, K. & Southam, G. (1997): Geomicrobiology of sulfide mineral oxidation In: Banfield, F. & Nealson, H. (1997): Geomicrobiology: interactions between microbes and minerals, Review on Mineralogy, vol. 35. pp. 361-370.
108
Ódor, L., Wanty, B., Horváth I., Fügedi, U. (1998): Mobilization and attenuation of metals downstream from a base-metal mining site in the Mátra Mountains, northeastern Hungary Journal of Geochemical Exploration vol. 65. pp. 47–60. Ötvös, K., (2003): A Gyöngyösoroszi ércbánya teljes körő felhagyása Ötvös és Társa Kft., Pécs. Kézirat. Paktunc, D. (1999): Characterization of mine wastes for prediction of acid mine drainage In: Azcue, M. (1999): Environmental Impacts of Mining Activities: Emphasis on Mitigation and Remedial Measures, Springer-Verlag Environmental Science Series, Chapter 3. pp. 19-40. Peak, D., Ford, G. & Sparks, L. (1999): An in situ ATR-FTIR investigation of sulfate bonding mechanisms on goethite J. Colloid Inter. Sci. vol. 218. pp. 289-299. Peine, A., Tritschler, A., Küsel., K., & Peiffer, S. (2000): Electron flow in an iron rich acidic sediment, evidence for an acidity-driven iron cycle Limnol. Oceanogr. vol. 45. pp. 1077-1087. Persson, P. & Lövgren, L. (1996): Potentiometric and spectroscopic studies of sulfate complexation at the goethite-water interface Geochim. Cosmochim Acta vol. 60. pp. 2789-2799. Price, A. & Errington, C. (1995): ARD Guidelines for Mine Sites in British Columbia BC Ministry of Energy, Mines and Petroleum Resources, Victoria, p. 29. Price, A., Errington, J. & Koyanagi, V. (1997a): Guidelines for the Prediction of Acid Rock Drainage and Metal Leaching for Mines in British Columbia: Part I - General Procedures and Information Requirements, Proc. 4th International Conference on Acid Rock Drainage, Vancouver, BC, pp. 1-14. Price, A., Morin, K. & Hutt, N. (1997b): Guidelines for the Prediction of Acid Rock Drainage and Metal Leaching for Mines in British Columbia: Part II - Recommended Procedures for Static and Kinetic Testing, Proc. 4th International Conference on Acid Rock Drainage, Vancouver, BC, pp. 15-30. Reichenbach, I. (1993): Black Shale As An Environmental Hazard: a review of black shales in Canada. Geological Survey of Canada Open File 2697. Natural Resources Canada. p. 62. Rose, S. & Ghazi, M. (1997): Release of sorbed sulfate from iron oxyhydroxides precipitated from acid mine drainage associated with coal mining Environ Sci Technol vol. 31. pp. 2136-2140. Runnells, O., Dupon, P., Jones, L. & Cline, J., (1998): Determination of Natural Background Concentrations of Dissolved Components in Water at Mining, Milling and Smelting Sites Mining Engineering February, pp. 65-71. Sámsoni, Z. (1966): Galenit és szfalerit nyomelem vizsgálatok Földtani Közlöny vol. XCVI. 4. füzet pp. 387-401. Sherlock, J., Lawrence, W. & Poulin, R. (1995): On the Neutralization of Acid Rock Drainage by Carbonate and Silicate Minerals Environmental Geology, vol. 25, pp. 43-54. Siegal, B. & Gillespie, C. (1980): Remote sensing in geology Wiley, New York Siklóssy, S. (1977): Gyöngyösoroszi és környékének szerkezeti értékelése Földtani Közlöny vol. 107. pp. 348-357. Skousen, J., Renton, J., Brown, H., Evans, P., Leavitt, B., Brady, K., Cohen, L. & Ziemkiewicz, P. (1997): Neutralization Potential of Overburden Samples Containing Siderite J. Environmental Quality, vol. 6, n 3, pp. 673-681. Sobek, A., Schuller, A., Freeman, R., & Smith, M. (1978): Field and laboratory methods applicable to overburden and minesoils, EPA 600/2-78-054, 203pp. 109
Soós I. (1966): A Mátra ércbányászata 1850-ig In: Pantó, E. (1966): A gyöngyösoroszi tarkaérc és a Bakony mangánércbányászata, Országos Érc- és Ásványbányászati Vállalat, Budapest, pp. 11-22. Speidel, H. & Agnew, F. (1982): The Natural Geochemistry of Our Environment, Westview Special Studies in Natural Resources and Energy Management. Stickel, J. & ELGOSCAR Kft. (1999): A gyönögyösoroszi meddıhányó környezetvédelmi talajmechanikai álapota A környezetvédelem helyzete és feladatai a bányászatban és a kohászatban Balatonfüred konferencia és kiállítás, p. 378. Szakáll, S. (2005a): Ásványrendszertan Egyetemi Jegyzet Miskolc, 2005 Szakáll, S. Gatter, I. & Szendrei, G. (2005b): A magyarországi ásványfajok Kıország Kiadó, Budapest Szolnoki, J. & Bognár, L. (1965) : Baktériumok szerepe a szulfidércek oxidációjában Földtani Közlöny XCV. I. füzet, pp. 86-93. Sztermen, G., Ötvös, K., Csıvári, M., Wéber, B., & Jenei, A. (2002): Gyöngyösoroszi, Száraz-völgyi zagytározó tájrendezési terve. GEOPARD Kft. Pécs. Taylor, F., & Thornber, R. (1995): The Mechanisms of Sulphide Oxidation and Gossan Formation Proceedings of the 17th International Geochemical Exploration Symposium, Townsville, Queensland, Australia, pp. 115-138. Thornber, T., Allchurch, D. & Nickel, H. (1981): Variations in Gossan Geochemistry at the Perseverance Nickel Sulphide Deposit, Western Australia: A Descriptive and Experimental Study, Economic Geology, vol. 76, pp. 1764-1774. Varga, Gy., Csillagné Teplánszky, E. & Félegyházy, Zs. (1975): A Mátra hegység földtana Magyar Állami Földtani Intézet Évkönyve vol. 57. Vass E, (2004): A gyöngyösoroszi flotációs meddıhányó és várható környezeti hatásának elemzése Szakdolgozat (Kézirat), Miskolci Egyetem. Vidacs A. (1966a): Gyöngyösoroszi és a nyugati Mátra bányageológiája In: Pantó E. (1966): A gyöngyösoroszi tarkaérc és a Bakony mangánércbányászata, Országos Érc- és Ásványbányászati Vállalat, Budapest, pp. 30-61. Vidacs A. (1966b): A gyöngyösoroszi bányászat története 1850-1945-ig In Pantó E. (1966): A gyöngyösoroszi tarkaérc és a Bakony mangánércbányászata, Országos Érc- és Ásványbányászati Vállalat, Budapest, pp. 25-29. Vidacs A. (1966c): Ásványtelepeink földtana, Nyersanyag lelıhelyeink Mőszaki Könyvkiadó, Budapest Vijdea, A., Sommer, S. & Mehl, W. (2004): PECOMINES, Use of remote sensing for mapping and evaluation of mining waste anomalies at national to multy-country scale, Esettanulmány, Luxemburg 1-31. Webster, G., Swedlund, J. & Webster, S. (1998): Trace metal adsorption onto an acid mine drainage (III) oxy-hydroxy sulfate Environ Sci Technol vol: 32: pp. 1361-1368. Wogelius, A. & Vaughan, J. (2000): Analytical, experimental, and computational mineralogy In: Vaughan, J. & Wogelius, A. (2000): EMU Notes in Mineralogy vol. 2, Environmental Mineralogy pp. 7-88. Záray, Gy., Varga I., Horváth Zs., Lásztity A. & Kántor T., (1991): Érces meddıhányók hatásterületének környezetvédelmi vizsgálata. I. Toka-patak völgye. ELTE TTK Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék. Kézirat, p. 10. Záray, Gy., Varga I., Horváth Zs., Lásztity A. & Kántor T., (1992): Nehézfémszennyezés komplex környezetanalitikai vizsgálata XXXV. Magyar Színképelemzı Vándorgyőlés VIII. Magyar Molekulaspektroszkópiai Konferencia elıadásai Székesfehérvár június 9-11. 110
111
Térkép melléklet
FV-14,15 (Idegen anyag)
É FV12,13 SZT-3
I/a. tározó FV16,17
F6
FV1-11
SZT-1
F9
F8
Idegen anyag F7 I. tározó F4 SZT-7
F5
ZT-4
F3 F2
A14
SZT-4 F1
A13 A10,11,12 Gödör2
A8 II. tározó A5,6,7
A9
A1
Gödör1
A2 E1
A3
A15
E3
E4 E2
Hányó elıtti földmunkák
E7
SZT-5
A4
E5 E8, 9, 10
E6 A tározóterek, a mintavételi pontok, és a mintavételi szelvény elhelyezkedése. M: 1:2500 Mintavételi hely A1
Fúrás
Mintavételi szelvény 1. ábra, (Ötvös, 2003 nyomán)
VESZ-szelvény, Mecsekérc Rt
1. melléklet
Bánya
Érctárolók, (1)
Elıosztályozás, (2)
Elıaprítás, (3)
Osztályozás, I., (4)
Utántörı I.,(6)
Utántörı II.,(6)
Osztályozás, II., (4)
s,szitaII. Érctartályok, (11) Bunker, (5)
Mosás, (7) G. malom 1 (14).
G. malom 2 (14)
G. malom 3 (14)
Osztályozás, III., (8) Gerebly. 1 (15)
Gerebly. 2 (15)
Oszt. Hidrociklon (16)
Osztályozás, IV., (10)
Osztályozó Hidrociklon (12).
Nehézszuszpe nziós dúsító (9)
Nehézszuszpenziós Meddıtározó, (13)
PbS Tisztító Flotálás
Kond. (17)
PbS Alapflotálás
PbS UtóFlotálás
PbS, CuFeS2 A.-F.
PbS, CuFeS2 U.-F.
Kondicionálás (21)
ZnS Tisztító Flotálás
PbS Tisztító Flotálás
ZnS Tisztító Flotálás
ZnS Tisztító Flotálás
ZnS Alaptisztító
ZnS Utótsztító
Osztályozó Hidrociklon (28)
Dorr Sőrítı (25)
Dorr Sőrítı (22)
Dorr Sőrítı (18)
Dorr Sőrítı (29)
Vákuum Dobszőrı (26)
Vákuum Dobszőrı (23)
Vákuum Dobbszőrı (19)
Vákuum Dobszőrı (30)
Színpor tároló CuFeS2 (27)
Színpor tároló ZnS, (24)
Színpor tároló PbS (20)
Színpor tároló FeS2 (31)
FeS2 Tisztító Flotálás
FeS2 Alapflotálás
Meddıiszap tároló
2. melléklet
ZT-1-es fúrás, az oxidált zónában várhatóan dúsuló elemek koncentráció (mg/kg)
mélység (m)
0,01 0 2 4 6
0,10
1,00
10,00
100,00
1 000,00 10 000,00
Pb Mn Sn
8 10 12 14 16
1. ábra
ZT-1-es fúrás, a cementációs zónában várhatóan dúsuló elemek koncentráció (mg/kg) 0,01 0
mélység (m)
2 4 6 8
0,10
1,00
10,00
Co Cu Ni Zn
10 12 14 16
2. ábra
100,00
1 000,00 10 000,00
ZT-1-es fúrás, a kéntartalom megoszlása százalékos megoszlás (%)
mélység (m)
0
1
2
3
4
5
6
7
0 2 4 6 8 10 12 14 16
3. ábra
ZT-1-es fúrás, a víztartalom mélység szerint víztartalom (%) 0
10
20
0
mélység (m)
2 4 6 8 10 12 14 16
4. ábra
30
40
50
ZT-1-es fúrás, az ércesedés fıbb elemei, és a szennyezık koncentráció (mg/kg) 0,01 0
0,10
10,00
100,00
1 000,00
10 000,00
Cu Pb Zn As Cd
2 4 6 8 10 12 14 16
5. ábra
ZT-2-es fúrás, az oxidált zónában várhatóan dúsuló elemek koncentráció (mg/kg) 0,01
mélység (m)
mélység (m)
1,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0,10
1,00
10,00
Pb Mn Sn
6. ábra
100,00
1 000,00
10 000,00
ZT-2-es fúrás, a cementációs zónában várhatóan dúsuló elemek
mélység (m)
koncentráció (mg/kg) 0,01 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0,10
1,00
10,00
100,00
1 000,00 10 000,00
Co Cu Ni Zn
7. ábra
ZT-2-es fúrás, a kéntartalom megoszlása százalékos megoszlás (%)
mélység (m)
0
1
2
3
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
8. ábra
4
5
6
ZT-2-es fúrás, a víztartalom a mélység szerint víztartalom (%)
mélység (m)
0
5
10
15
20
25
30
35
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
9. ábra
ZT-2-es fúrás, az ércesedés fıbb elemei, és a szennyezık koncentráció (mg/kg)
mélység (m)
0,01 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0,10
1,00
10,00
100,00
Cu Pb Zn As Cd
10. ábra
1 000,00 10 000,00
40
Az oxidációs zónában várhatóan dúsuló elemek
0,01 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0,10
1,00
10,00
100,00
1 000,00
10 000,00
Pb Mn Sn
11. ábra
ZT-3-as fúrás, a cementációs zónában várhatóan dúsuló elemek koncentráció (mg/kg)
mélység (m)
mélység (m)
koncentráció (mg/kg)
0,01 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0,10
1,00
10,00
Co Cu Ni Zn
12. ábra
100,00
1 000,00
10 000,00
ZT-3-as fúrás, a kéntartalom megoszlása százalékos megoszlás (%)
mélység (m)
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 13. ábra
ZT-3-as fúrás, a víztartalom a mélység szerint víztartalom (%) 0
10
20
30
0 2 mélység (m)
4 6 8 10 12 14 16 18
14. ábra
40
50
60
70
ZT-3-as fúrás, az ércesedés fıbb elemei, és a szennyezık koncentráció (mg/kg)
mélység (m)
0,01
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0,10
1,00
10,00
100,00
1 000,00
10 000,00
Cu Pb Zn As Cd
15. ábra
ZT-4-es fúrás, az oxidált zónában várhatóan dúsuló elemek
mélység (m)
0,01 0,1
1
0,10
koncentráció (mg/kg) 1,00 10,00 100,00
Pb Mn Sn
10
100 16. ábra
1 000,00 10 000,00
ZT-4-es fúrás, a cementációs zónában várhatóan dúsuló elemek koncentráció (mg/kg) 0,01
0,10
1,00
10,00
100,00
1 000,00 10 000,00
mélység (m)
0,1
1 Co 10
Cu Ni Zn
100 17. ábra
ZT-4-es fúrás, a kéntartalom megoszlása
százalékos megoszlás (%) 0
0,5
1
1,5
mélység (m)
0,1
1
10
100 18. ábra
2
2,5
3
3,5
ZT-4-es fúrás, a víztartalom a mélység szerint víztartalom (%) 0
10
20
30
40
50
60
mélység (m)
0,1
1
10
100 19. ábra
ZT-4-es fúrás, az ércesedés fıbb elemei, és a szennyezık koncentráció (mg/kg) 0,01
0,10
1,00
10,00
0,1 mélység (m)
Cu 1
Pb Zn As
10
Cd
100 20. ábr
100,00
1 000,00 10 000,00
ZT-5-ös fúrás, az oxidált zónában várhatóan dúsuló elemek koncentráció (mg/kg) 0,01 0
1,00
10,00
100,00 1 000,00
Pb
5 mélység (m)
0,10
10 000,00
Mn Sn
10 15 20 25
21. ábra
ZT-5-ös fúrás, a cementációs zónában várhatóan dúsuló elemek koncentráció (mg/kg)
mélység (m)
0,01 0
0,10
1,00
10,00
5 10 15 20
Co Cu Ni Zn
25 22. ábra
10 100,00 1 000,00 000,00
ZT-5-ös fúrás, a kén-tartalom megoszlása százalékos megoszlás (% )
mélység (m)
0
1
2
3
4
5
6
7
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 23. ábra
ZT-5, víztartalom a mélység szerint víztartalom (% ) 0
10
20
0
mélység (m)
5 10 15 20 25 24. ábra
30
40
50
ZT-5, az ércesedés fıbb elemei, és a szennyezık koncentráció (mg/kg) 0,01 0
mélység (m)
5 10
0,10
1,00
10,00
Cu Pb Zn As Cd
15 20 25
25. ábra
100,00
1 000,00 10 000,00
É
ZT-1
ZT-4
ZT-3
ZT-2
ZT-5
A vizsgált fúrások elhelyezkedése M: 1:2500
26. ábra, (Ötvös, 2003 nyomán)
3. melléklet
12000
10000
Cu Zn Pb
6000
4000
Fv-14, fv14a
F8, F7, F4, f8c f7a f4b
F2, f2c
A13, a13c
A10, a10a
A4, a4b
E1, e1a
E10, e10a
2000
0 0
50
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
A szelvény É-i kezdıpontjától, a nyonvonal mentén mért távolság (m)
1. ábra
600
As CdX10 HgX10 400
mg/kg
mg/kg
8000
200
FV14, fv14a
F8, f8c
F7, f7a
F4, f4b
200
250
A13, a13c
F2, f2c
A4, a4b
A10, a10a
E10, e10a
E1, e1a
0 0
50
100
150
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
A szelvény É-i kezdıpontjától, a nyonvonal mentén mért távolság (m)
2. ábra
850
900
80
goethit t% (rtg) hematit t% (rtg) agyagásvány t% (rtg)
tömeg %
60
gipsz t% (rtg) Fe t% (ICP) Fv-14, fv14a
F8, f8c
F7, f7a
F4, f4b
F2, f2c
A13, a13c
A10, a10a
A4, a4b
E1, e1a
E10, e10a
40
20
0 0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
A szelvény É-i kezdıpontjától, a nyonvonal mentén mért távolság (m)
3. ábra
850
900
4. melléklet
É
f6a, (15% jarosit)
fv12a, 13a, és fv15a minták, (20-35 % jarosit )
a8a,b,c, (15-20% jarosit)
f2b,c,d,e, minták (5-33% jarosit), f4a,b, minták (5-31% jarosit) f7a minta (35% jarosit)
Hamis színes hiperspektrális légifénykép. A világoszöld foltok a jarosit, a világossárga foltok goethit mennyiségének felszíni anomális megnövekedésére utalnak (KARDEVÁN ET AL. 2003). A fehér győrőkkel jelzett területeken a felszíni mérések eredményei a hiperspektrális légifénykép adataitól eltérnek. M: 1:2500
1.ábra
1. táblázat:a minták vizsgált fázisainak megoszlása
Minta hely
Minta jele
A1 A2 A3 A3 A4 A4 A4 A4 A4 A5 A5 A6 A7 A7 A8 A8 A8 A9 A9 A9 A10 A11 A11 A12 A12 A13 A13 A13 A14 A14 F1 F1 F1 F2 F2 F2 F2 F2 F4 F4 F5 F6 F7 F8 F8 F8 F9 Fv1 Fv2 Fv3
a1g a2a a3a a3b a4a a4b a4c a4d a4e a5a a5b a6d a7a a7b a8a a8b a8c a9b a9c a9d a10a a11a a11b a12a a12b a13a a13b a13c a14a a14b f1a f1c f1 f2a f2b f2c f2d f2e f4a f4b f5a f6a f7a f8a f8b f8c f9a fv1a fv2a fv3a
Jarosit –tartalom (t%)
Goethit –tartalom t%)
Hematit –tartalom (t%)
nyomokban 0 15 0 15 0 20 20 15 nyomokban 10 nyomokban 15 nyomokban 15 20 15 10 25 15 nyomokban 10 10 20 15 15 10 0 10 10 nyomokban nyomokban 15 0 15 33 5 10 5 31 10 15 35 0 0 0 0 0 25 20
0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 6 0 0 0 nyomokban 10 nyomokban nyomokban 0 0 0 0 0 14 0 0 0 nyomokban 5 10 nyomokban 27 0 23 nyomokban 0 nyomokban nyomokban nyomokban
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 50 0 0 0
Fv4
fv4a
15
0
0
Minta hely
Minta jele
Jarosit –tartalom (t%)
Goethit –tartalom t%)
Hematit –tartalom (t%)
Fv5 Fv6 Fv7 Fv8 Fv9 Fv10 Fv11 Fv12 Fv13 Fv14 Fv15 Fv16 Fv17 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10
fv5a fv6a fv7a fv8a fv9a fv10a fv11a fv12a fv13a fv14a fv15a fv16a fv17a e1a e2a e3a e4a e5a e6a e7a e8a e9a e10a
10 15 15 0 15 15 20 35 20 nyomokban 20 15 20 43 15 20 5 15 5 nyomokban 5 30 nyomokban
nyomokban nyomokban nyomokban nyomokban 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 nyomokban nyomokban 0
0 0 0 60 0 0 0 0 0 65 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
5. melléklet
V -0 2
V -1 0 T e lk ib á n ya
V -0 2
V -1 1
V -0 1 V -0 3 V -0 7
V -9
V -0 5
V -0 6 V -0 4
É V -10
V -8
0 m
1000 m
2000 m
1. ábra: a Telkibánya térségében végzett terepi mintázások áttekintı térképe
2. ábra: a Mária-táró bejáratánál található durvaszemő meddıhányó (V-01) 1, Mária táró, hányója, tetı, B1 40
mV
30 20 10 0 5
10
15
20
25
30
35
40
CoKalpha, Theta fok
3. ábra: a Jószerencsét telér légaknájának durvaszemcsés kúpja (V-02)
6, Jószerencsét telér légaknájának kúpja
40
mV
30 20 10 0 5
10
15
20
25
30
35
40
35
40
CoKalpha, Theta fok
4. ábra: a Teréz táró, durvaszemcsés hányója (V-03)
10, Teréz táró, hányója, tetı 30
mV
20
10
0 5
10
15
20
25
CoKalpha, Theta fok
30
5. ábra: a Bózsva patak medre, ırlıiszap (V-04)
14, Bózsva patak medre, H-4 40
mV
30 20 10 0 5
10
15
20
25
30
35
40
CoKalpha, Theta fok
6. ábra: a Gunyakúti patak medrébıl, Mátyás Király kútjánál vett ırlıiszap (V-05) 20, Gúnyakúti patak medrébıl, Mátyás Király kútjánál, F-18 40
mV
30 20 10 0 5
10
15
20
25
30
35
40
CoKalpha, Theta fok
7. ábra: a Veresvízi patak medrének ırlıiszapja (V-06)
21, Veresvízi patak medre (a híd alól), H-6 40
mV
30 20 10 0 5
10
15
20
25
CoKalpha, Theta fok
30
35
40
8. ábra: a Jóhegy patak medre, ırlıiszaphányó (V-07)
23, Jóhegy patak medre, H-7 40
mV
30 20 10 0 5
10
15
20
25
30
35
40
30
35
40
CoKalpha, Theta fok
9. ábra: az Ósva-völgyi ırlıiszap (V-08)
28, Ósva-Völgy gát fölött , G-20 40
mV
30 20 10 0 5
10
15
20
25
CoKalpha, Theta fok
10. ábra: a Telkibánya 2-es fúrás mellett található ırlıiszap hányó (V-09) 31, Telkibánya 2-es fúrás mellıl, B-7 40
mV
30 20 10 0 5
10
15
20
25
30
35
40
CoKalpha, Theta fok
11. ábra: a Bajor akna dúrvaszemcsés kúpja (V-10)
33, Bajor akna, a hányó okkeres részébıl
40
mV
30 20 10 0 5
10
15
20
25
CoKalpha, Theta fok
30
35
40
12. ábra: a Kaolin táró hányója (V-11)
35, Kaolin táró hányója 2, fehér fázis
40
mV
30 20 10 0 5
10
15
20
25
CoKalpha, Theta fok
30
35
40
1. táblázat: a Telkibánya környékén található középkori érces hányók termokémiai módszerekel meghatározott savlekötı és savtermelı képességének viszonya
MintaMinta csoport sorszáma száma V-01
1
V-02
6
V-03
10
V-04
14
V-05
20
V-06
21
V-07
23
V-08
28
V-09
31
V-10
33
V-11
35
Helye Mária táró, durvaszemcsés hányója Jószerencsét telér légaknájának durvaszemcsés kúpja Teréz táró, durvaszemcsés hányója Bózsva patak medre, ırlıiszap Gunyakúti patak medrébıl, Mátyás Király kútjánál, ırlıiszap Veresvízi patak medre, ırlıiszap Jóhegy patak medre, ırlıiszap Ósva-völgyi gát fölött, ırlıiszap Telkibánya 2es fúrás mellıl, ırlıiszap Bajor akna durvaszemcsés hányója Kaolin táró durvaszemcsés hányója
VasNPR(DTA) CaCO3% NP AP szulfid% (NP(DTA)/ (DTA) (DTA) (DTA) (DTA) AP(DTA) 0,998
9,98
0,36
3,00
3,32
0,839
8,39
0,3
2,50
3,35
2,156
21,56
0,57
4,75
4,53
2,587
25,87
1,17
9,76
2,65
3,336
33,36
0,27
2,25
14,81
0,567
5,67
0,3
2,50
2,26
1,157
11,57
0,36
3,00
3,85
0,249
2,49
0,3
2,50
0,99
2,655
26,55
0,18
1,50
17,68
0,408
4,08
0,42
3,50
1,16
0,976
9,76
0,51
4,25
2,29
2. táblázat: a Telkibánya környékén található középkori érces hányók nedveskémiai módszerekel mért savlekötı és savtermelı képességének alakulása a termokémiai módszerekkel mért savtermelı/savlekötı képességekhez képest
Mintacsoport száma
Minta sorszáma
V-01
1
V-02
6
V-03
10
V-04
14
V-05
20
V-06
21
V-07
23
V-08
28
V-09
31
V-10
33
V-11
35
Helye
Mária táró, durvaszemcsés hányója Jószerencsét telér légaknájának durvaszemcsés kúpja Teréz táró, durvaszemcsés hányója Bózsva patak medre, ırlıiszap Gunyakúti patak medrébıl, Mátyás Király kútjánál, ırlıiszap Veresvízi patak medre, ırlıiszap Jóhegy patak medre, ırlıiszap Ósva-völgyi gát fölött, ırlıiszap Telkibánya 2-es fúrás mellıl, ırlıiszap Bajor akna durvaszemcsés hányója Kaolin táró durvaszemcsés hányója
NPR (NP/AP)
NPR (DTA) (NP(DTA)/ AP(DTA))
Környezetre gyakorolt hatás: nedves kémiai tesztek/ termokémiai vizsgálatok alapján
0,00
3,32
Savtermelı/valószínőleg nem savtermelı
0,08
3,35
Savtermelı/valószínőleg nem savtermelı
0,28
4,53
0,00
2,65
0,00
14,81
0,03
2,26
0,00
3,85
0,00
0,99
Savtermelı/Savtermelı
0,00
17,68
Savtermelı / igen kicsi a savtermelés valószínősége
0,00
1,16
Savtermelı/valószínőleg savtermelı
0,00
2,29
Savtermelı/valószínőleg nem savtermelı
Savtermelı/igen kicsi a savtermelés valószínősége Savtermelı / valószínőleg nem savtermelı Savtermelı / igen kicsi a savtermelés valószínősége Savtermelı/valószínőleg nem savtermelı Savtermelı/ valószínőleg nem savtermelı
3. táblázat: a Telkibánya környékén található középkori érces hányók anyagában a környezeti szempontból veszélyesnek tekinthetı elemek mennyisége. Az értékek környezeti hatásának minısítése a 10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes rendeletben megszabott határértékek alapján történt. A betővel nem jelzett értékek B-érték alattiak. A Ci-értékek pedig csupán viszonyítási alapként szolgálnak mert a jelenlegi törvényi szabályozás (219/2004. (VII. 21.) kormány rendelet) nem használja Ci határérték-készletet.
Minta- Minta csoport sorszáma száma V-01
1
V-02
6
V-03
10
V-04
14
V-05
20
V-06
21
V-07
23
V-08
28
V-09
31
V-10
33
V-11
35
Helye Mária táró, durvaszemcsés hányója Jószerencsét telér légaknájának durvaszemcsés kúpja Teréz táró, durvaszemcsés hányója Bózsva patak medre, finomszemcsés Gunyakúti patak medrébıl, Mátyás Király kútjánál, finomszemcsés Veresvízi patak medre, finomszemcsés Jóhegy patak medre, finomszemcsés Ósva-völgyi gát fölött, finomszemcsés Telkibánya 2es fúrás mellıl, finomszemcsés Bajor akna durva szemcsés hányója Kaolin táró durva szemcsés hányója
Ba
Cd
Co
Cr
Cu
Hg
Mo
Ni
Pb
Zn
mg/ kg
mg/ kg
mg/ kg
mg/ kg
mg/ kg
mg/ kg
mg/ kg
mg/ kg
mg/ kg
mg/ kg
12,6
0,1
14,8
39,8 B
18,9
0,107
0,2
23,1
7,68
71,1
70,6
0,305
15,2
13,9
23,0
0,231
0,2
24,9
101 B
103
60,4
0,1
5,67
29,1
12,7
0,207
0,2
11,6
13,5
39,0
80,8
0,384
14,1
18,0
23,5
0,191
0,2
29,6
72,1
95,3
81,3
0,124
11,4
34,7 B
12,2
0,088
0,721
31,4
22,7
53,5
56,6
0,147
10,1
19,8
35,1 B
0,272
0,2
14,2
23,0
98,4
66,4
1,81 B
22,4
19,1
132 B
0,354
0,472
18,5
500 C2
373 B
40,1
0,1
4,38
7,99
5,4
0,037
0,2
4,6
18,1
24,5
49,2
1,17
29,0
208 C1
298 C1
0,207
3,54
82,3 B
109 B
346 B
40,6
0,305
11,5
36,1 B
22,3
0,356
0,2
14,5
17,3
70,6
39,6
0,1
0,736
3,81
4,87
1,37 C1
0,466
1,95
17,0
20,6
