Přednáška IX.
Nerostné zdroje surovin klíčová slova: ložisko nerostných surovin, ložisková geologie, rudy, nerudy, energetické suroviny
1
Nerostné zdroje surovin • Mezi nerostné suroviny patří: půda a voda, ložiska nerudních surovin, ložiska rud, dále pak uhlí, rašeliny a ropy • základní dělení nerostných surovin je na obnovitelné a neobnovitelné, respektive udržitelné a neudržitelné (v reálném čase)
2
• Ložisko je přírodní nahromadění nerostů, jakož i zakládka v hlubinném dole, opuštěný odval, výsypka nebo odkaliště, které vznikly hornickou činností a obsahují nerosty. (Zák.č.44/1988 Sb. ve znění novely č.541/1991) • Ložisko je ekonomicky významné a průmyslově využitelné přirozené nahromadění určité nerostné suroviny, která se jinak v zemské kůře vyskytuje rozptýleně a v nedobyvatelném množství. • Ložisková geologie se zabývá výzkumem ložisek. Popisuje jejich tvar, poměr k okolním horninám, charakterizuje jejich nerostný obsah, zkoumá složení a snaží se vysvětlit vznik a vývoj (genezi). • Výskyt je geologicky ověřená přírodní lokalita minerálů nebo hornin, o nichž je obecně známo, že jsou průmyslově využitelné, ale jejich charakter nebyl dosud zkoumán ani kvantitativně ani kvalitativně, nebo výzkum vedl k negativním výsledkům. Může sloužit jako prospekční indikátor • Zdroj nerostné suroviny je přírodní akumulace minerálů nebo minerálních agregátů (hornin), jejichž průmyslová využitelnost nebyla 3 dosud prokázána.
Význam a cíle ložiskové geologie • výměna informací s regionální geologií, upřesňování geologických a geotektonických pochodů s pomocí metod ložiskové geologie. • praktické využití hornin a minerálů (surovin) a zajištění zásob nerostných surovin • hledání „nových“ – netradičních surovin s určitými vlastnostmi • zjišťování nových vlastností u tradičních surovin
4
Suroviny a ekonomické strategie
Surovinová politika každého státu
5
6
Životnost surovin odvíjí se od investic do průzkumu a dalších faktorů: např. scénáře A, B, C
é k c i m o n ko e a é k í c i n g á o l ňov o ge řes up
7
Ložiska nerostných surovin - nerudy • Při studiu ložisek nerudních surovin je rozhodující technologické hodnocení suroviny. Podle toho dělíme nerudné suroviny následovně: • nerostné suroviny používané v průmyslu (např. mastek, azbest, grafit, křemelina, bentonit, okr) • suroviny, které slouží k získávání nekovových prvků (pyritS, fluorit-F, apatit-P) • stavební suroviny (žula, štěrkopísek, cihlářské hlíny)
8
• podle způsobu vzniku dělíme ložiska nerud na: a. endogenní (vznikala zároveň s okolním prostředím) patří sem ložiska: – magmatogenní (apatit, diamant, grafit, zeolity, vyvřeliny jako stavební kámen) – pegmatitová (křemen, živec, slída, beryl, korund) – karbonatitová (kalcit) – kontaktně metasomatická (apatit, pyrit, beryl) – hydrotermální (křemen, baryt, fluorit) – sublimáty (síra) – metamorfogenní (mramor, metamorfity jako stavební kámen) 9
Obr. 16: Diamantový důl, Kligpat, Afrika Zdroj: www.old-picture.com
Obr. 18: Horníci v diamantových dolech, Kimberley, Afrika Zdroj: www.old-picture.com
10
Obr. 19: Turmalínová ložiska v pegmatitových žilách, Namibie Zdroj: http://hem.fyristorg.com/
Obr. 20: Vzácný, tzv. „melounový turmalín“, Madagaskar Zdroj: R. Pokorný
11
Obr. 21: Princip geneze hydrotrmálních ložisek Zdroj: http://cache.eb.com
Obr. 22: Unikátní monokrystal křemene. Arkansas. Zdroj: http://giantcrystals.strahlen.org
12
Obr. 23: Sublimační ložisko síry na úpatí Etny (kráter Bocca Nuova) Zdroj: ww.decadevolcano.net
Obr. 24: Mramorový lom, Turecko Zdroj: www.kafkasmermer.com/
13
b. exogenní (vznikala později než okolní prostředí) • ložiska zvětrávací – úlomkovitá - křemenný písek; zvětrávací kůry - laterit; infiltrační - fluorit; cementační - diatomové břidlice, tmelový křemenec • ložiska sedimentární – aluviální rozsypy - granát, diamant, rutil; biogenní horniny guano, křemelina, vápenec, spongilit; užitkové horniny písek, štěrkopísek, pískovec, opuka, jíly; biochemické nerosty a horniny - síra, fosfáty; chemické suroviny - soli, sírany) • mořská voda, vzduch 14
Obr. 25: Pískovna Čeperka Zdroj: www.holcim.cz
Obr. 26: Pískový „lom“ poblíž Dubaje Zdroj: http://i.pbase.com 15
Obr. 27: Opukový lom, Přední Kopanina. Zdroj: www.cgu.cz
Obr. 28: Třídící linka těžebny granátu, Vestřev Zdroj: http://geologie.vsb.cz/
16
Obr. 29: Ložisko guana - Peru Zdroj: http://classifieds.agriscape.com Obr. 30: Safíronosné náplavy řeky Jizerky Zdroj: VŠB Ostrava
17
Použití nerud • Člověk používá nerudní suroviny od doby kamenné (pěstní klíny, škrabadla z křemenců a pazourků. Vedle těchto materiálů používal k výrobě nástrojů i amfibolity, spility, výjimečně např. také křišťál. • Ve středověku se staly důležitým stavebním materiálem, potravinou, surovinou na výrobu skla, ozdobou. • Nerudy jsou nezbytné při získávání kovů (žáruvzdorné materiály, tavidla, látky vážící SiO2 a Al2O3). • V novověku se rozšířilo hnojení kyselých půd drceným vápencem, byla zavedena výroba žáruvzdorných, kyselinotvorných, filtračních a izolačních hmot. • V současné době se začínají používat nové materiály: žáruvzdorný forsterit, perlit a vermikulit s vysokou sorpční kapacitou, leukofilit na výrobu varného nádobí, grafit jako moderátor v atomových reaktorech, křemík jako polovodič. 18
Obr. 31: Sorbenty minerálního původu - vermikulit Zdroj: http://forum.garten-pur.de
Obr. 32: Sorbenty minerálního původu - perlit Zdroj: http://forum.garten-pur.de
19
Obr. 33: Základní schema jaderného reaktoru Zdroj: http://astronuklfyzika.cz
Obr. 34: Asbest, v minulosti využívaný jako žáruvzdorná izolace Zdroj: http://www.hvsadvies.com
20
Ložiska nerud v ČR • vysokoprocentní vápence v Barrandienu a v devonu Jeseníků • Severočeské pánve jsou vedle uhlí zdrojem žáruvzdorných jílů, křemenců, bentonitů, písků atd.
kaolínů,
• Velké zásoby nerud jsou na Plzeňsku a Podbořansku - kaoliny • V České křídě se vyskytují sklářské písky, jílovce a lupky • V jihočeských terciérních pánvích jsou ložiska jílů a křemeliny • Významné jsou i mladé usazeniny cihlářských hlín a štěrkopísků • na území celé České republiky se vyskytují ložiska kvalitního stavebního a dekoračního kamene 21
Obr. 35: Velkolom Čertovy schody, Koněprusy. Zdroj: http://st.blog.cz
Obr. 36: Kaolínové doly, Hosín. Zdroj: http://janbraum.unas.cz/
22
Obr. 37: Evidovaná ložiska bentonitu v ČR (zdroj: www.geofond.cz)
23
Obr. 38: Evidovaná ložiska vápence v ČR (zdroj: www.geofond.cz)
24
Obr. 39: Bilance zásob nerudných surovin (zdroj: www.geofond.cz)
25
Obr. 40: Těžba ložisek nerudných surovin (zdroj: www.geofond.cz)
26
Stavební kámen • Průmyslově využitelná ložiska stavebního kamene jsou rozšířena na celém území Českého masivu. V Západních Karpatech jsou ložiska přítomna jen ojediněle. • Hlavním zdrojem stavebního kamene jsou ložiska hlubinných vyvřelin (zejména žuly až křemenné diority). Těží se především ve středočeské a moldanubické oblasti. Jen malý význam mají samostatná ložiska žilných hornin. • Ložiska výlevných hornin jsou hlavním zdrojem suroviny pro výrobu drceného kameniva v ČR. Paleovulkanická ložiska se vyskytují prakticky jen v Barrandienu a v podkrkonošské pánvi (spility, diabasy). Z neovulkanických ložisek mají největší význam bazické (zejm. čedičové a znělcové) horniny především v Českém 27 středohoří a v Doupovských horách.
• Mezi ložisky usazených hornin převládají ložiska zpevněných klastických sedimentů (prachovce, droby aj.). Přední místo zaujímají sedimenty České křídové pánve. Dále se vyskytují v proterozoiku Barrandienu, moravském devonu a flyšovém pásmu Karpat. • Ložiska chemogenní a organogenní představují karbonáty (barrandienské starší paleozoikum, moravskoslezský devon) a silicity (buližníky v algonkiu na Plzeňsku). • Významné postavení mají ložiska regionálně metamorfovaná - jedná se obecně o krystalické břidlice, které jsou vázány výhradně na krystalické komplexy Českého masivu.
28
Obr. 41: Žulový lom v Mrákotíně Zdroj: www.cgu.cz
Obr. 42: Znělcový lom Mariánská skála 29
Zdroj: www.cgu.cz
Obr. 43: Evidovaná ložiska stavebního kamene v ČR (zdroj: www.geofond.cz)
30
Ložiska nerostných surovin - rudy • Název ruda označuje v širším smyslu každou nerostnou surovinu, ze které je možné získat kov. • Rudní ložisko je pak nahromadění rudy v litosféře. Každé dobyvatelné ložisko je místní anomální koncentrace daného prvku. • Podle výskytu dělíme rudní ložiska na: – primární - syngenetická (tzv. konkordantní, magmatické vyloučeniny, sedimentární ložiska) - epigenetická (tzv. diskordantní, žilná ložiska, impregnace, ložiska metasomatická a kontaktní) – sekundární (vznikají chemickou nebo mechanickou koncentrací rudy po rozrušení starších hornin nebo ložisek - náplavy) 31
I. Primární ložiska • V primárním ložisku vznikly rudy na původním místě, buď vykrystalizováním z magmatu, nebo usazením z roztoků. I.A Syngenetická ložiska vznikla současně s okolní horninou. Ložisko i okolní hornina jsou výsledky stejného horninotvorného pochodu. - magmatická: vznikla vykrystalizováním z magmatu a. oxidická (ložiska chromitu, ilmenitu), b. sulfidická (nikelín, pyrrhotin), c. metalická (železo, platina) - sedimentární - př. ložiska bahenních železných rud (limonit) Tato ložiska mají většinu podobu vrstev, tzv. loží. 32
I.B Epigenetická ložiska vznikla, tak, že rudní obsah vnikl do starších horninových souborů po puklinách a vyplnil je. – představují především: a. žilná ložiska (=rudní žíly) výplň rudních žil je tvořena rudami (Fe, Pb-Ag, Sn…) a žilovinou (křemen, vápenec, baryt) b. impregnace - vyskytují se v okolí žil, kdy rudní minerál vyplňuje póry v okolní hornině (uran) c. metasomatická ložiska - na základě výměny prvků dochází ke vzniku nových minerálů především ve vápencích a dolomitech (ložiska Fe, Mg, Mn) d. kontaktní ložiska - vznikla na dotyku s eruptivním tělesem (ložiska magnetovce, hematitu) 33
II. Sekundární ložiska • Vznikají chemickou nebo mechanickou koncentrací rudního obsahu po rozrušení starších hornin nebo ložisek. • Hlavním typem jsou náplavy. Jsou to přirozená nahromadění sypkého horninového materiálu na zemském povrchu, která vznikla rozrušením a přemístěním dříve vytvořených hornin a obsahují dobyvatelné množství rud. • V náplavech se nacházejí rudy, které jsou odolné proti chemickému působení, mají vysokou hustotu, nejsou unášeny a sedimentují. • Z náplavů se suroviny těží rýžováním. •
Jedná se o nerosty, které jsou značně tvrdé a odolávají transportu. Jsou to především drahé kovy (zlato, platina, osmium a iridium). Z rud bývají nejčastěji rýžovány kasiterit, magnetovec a chromit.34
Obr. 44, 45: Princip ukládání sekundárních ložisek ve fluviálním prostředí (zdroj: www.natur.cuni.cz)
35
Ložiska rud v ČR • Ložiska železitých skarnů v Krušných horách • polohy pyritů a manganových rud uložených ve starohorních břidlicích Železných hor • sedimentární krevelová a chamositová ložiska v Barrandienu a v devonských útvarech Jeseníků • Rudný revír v Jeseníkách se značnými zásobami rud Pb-Zn a Cu • Zlatá rýžoviště se u nás vyskytují na Otavě u Sušice a Písku • Cínovcové náplavy v Krušných horách • uranová mineralizace v Dolní Rožínce, na Českolipsku
36
Obr. 46: Polymetalické ložisko Krupka (zdroj: http://podzemi.solvayovylomy.cz) 37
Obr. 47: Rýžování zlata na Otavě (zdroj: www.zlatokop.cz)
Obr. 48: Sedimentární ložisko bauxitu Halimba - Maďarsko (zdroj: www.strahlen.org) 38
Obr. 49: Evidovaná ložiska zlata v ČR (zdroj: www.geofond.cz) 1 Jílové u Prahy 2 Kašperské Hory 3 Mokrsko 4 Mokrsko - východ 5 Sepekov 6 Suchá Rudná - střed 7 Újezd u Kasejovic 8 Vacíkov 9 Voltýřov 10 Voltýřov - rozsyp 11 Zlaté Hory - západ
39
Obr. 50: Evidovaná ložiska wolframu v ČR (zdroj: www.geofond.cz)
40
Uran • Uran je zastoupen v několika desítkách nerostů (vesměs kyslíkatých sloučenin), z nichž ekonomicky nejdůležitější jsou oxidy (uraninit smolinec), fosfáty (torbernit, autunit), silikáty (coffinit) a organické sloučeniny (antraxolit). • Minimální těžené kovnatosti se pohybují kolem 0,1% U3O8 v závislosti na typu ložiska, množství zásob a způsobu těžby. Produktem úpravy uranové rudy je chemický koncentrát obsahující 70 až 90 váhových % oxidů uranu. • Původně byly sloučeniny uranu využívány pouze k výrobě barev pro sklářství a keramiku. V současné době uran slouží k výrobě palivových článků pro jaderné reaktory a k přípravě radioizotopů pro medicínu, defektoskopii aj. Značné množství vytěženého uranu je deponováno ve formě náloží jaderných zbraní. 41
Obr. 51: Evidovaná ložiska uranu v ČR (zdroj: www.geofond.cz) 1 Rožná 2 Brzkov 3 Břevniště 4 Hamr pod Ralskem 5 Jasenice-Pucov 6 Osečná - Kotel 7 Stráž pod Ralskem Z bilancovaných ložisek uranových rud bylo v roce 2004 využíváno pouze ložisko Stráž pod Ralskem v české křídové pánvi v rámci likvidačních prací a ložisko zónového typu 42 Rožná.
Uhlí • vznikají na místě původních bažin (jezer, mořských zálivů) v prostředí tropů až subtropů v pánvích vzniklých intenzivními horotvornými pochody (variské, alpínské vrásnění). Díky anoxickému prostředí docházelo k uhelnatění organické hmoty. • vznik především v prvohorách (karbon, perm) a ve třetihorách (miocén), v malém rozsahu rovněž ve druhohorách (svrchní křída). • Uhelné vrstvy označujeme jako sloje. Jejich mocnost je různá od centimetru až přes 100 m. Vložky jílovitých nebo písčitých sedimentů v uhelných slojích nazýváme proplástky. Uhelné sloje vznikaly zpravidla ve formacích usazujících se v kotlinách nebo ve stále klesajících sedimentačních prostorech (depresích), proto užíváme pro formace obsahující uhelné sloje název pánve. 43
• podle vzniku se dělí na autochtonní a allochtonní – autochtonní ložiska vznikla nahromaděním rostlinné organické hmoty v místě růstu rostlin. Hlavními znaky je velká plošná rozloha slojí, neporušené uložení kmenů, které bývají postaveny kolmo na vrstvy. – allochtonní ložiska vznikla sekundárním naplavením (nahromaděním) rostlinných úlomků. Pro allochtonní ložiska je typická hojná příměs přimíšeného klastického materiálu a chaotické uložení a stav zachování rostlinných zbytků. Kmeny bývají uloženy vodorovně.
44
• podle původního ekosystému se dělí ložiska uhlí na: – paralická (vznikají v přímořských, periodicky zaplavovaných oblastech) - př. ložiska černého uhlí na severní Moravě (Ostravsko) – limnická (vznikají ve sladkovodních pánvích) - př. ložiska černého uhlí na Kladensku, podkrušnohorská hnědouhelná pánev
druhy uhlí (uhelná řada): (rašelina) - lignit - hnědé uhlí - černé uhlí - antracit - (gagát, šungit)
45
Vznik uhelných ložisek - mechanická akumulace organického materiálu
http://darkwing.uoregon.edu/~millerm/slides.html
Cypress Swamp, SW Florida
Mangrove Swamp in the Everglades, SW Florida
46 SW Florida
Charakteristika uhlí DRUH PALIVA DŘEVO RAŠELINA HNĚDÉ UHLÍ ČERNÉ UHLÍ ANTRACIT
C 50% 60% 73% 82% 94%
H 6% 6% 6% 5% 3%
O 43% 33% 19% 10% 2%
ostatní 1% 1% 1% 1% 1%
• Energetická hodnota koresponduje s obsahem uhlíku. • Uhlí obsahuje i různé nečistoty, jako jsou například jílové minerály, vápnité a železité uhličitany, pyrit, NaCl atd. Tyto složky limitují využití uhlí. Například jílové minerály zvyšují popelnatost, NaCl zvyšuje korozi kotlů, pyrit způsobuje emise SO2. 47
Ložiska uhlí v ČR • Karbonská ložiska černého uhlí se nacházejí v pánvi Ostravsko Karvinské, Kladensko - Rakovnické, Plzeňské, Žacléřsko Svatoňovické, Rosicko - Oslavanské. • Ve třetihorách vznikla ložiska hnědého uhlí. Ta vyplňují značnou část podkrušnohorského prolomu na Ústecku, Teplicku, Mostecku, Chomutovsku, Sokolovsku a Chebsku. • V minulosti se na několika místech republiky těžily i slojky hnědého uhlí vzniklého v druhohorách (Moravská Třebová, Mladějov).
48
Obr. 55: Povrchová těžba hnědého uhlí na Mostecku (zdroj: www.ecmost.cz)
Obr. 56: Těžební věž dolu Jindřich v Ostravě (zdroj: www.ostravainfo.cz)
49
Obr. 57: Evidovaná ložiska černého uhlí v ČR (zdroj: www.geofond.cz) 1. Hornoslezská pánev 2. Vnitrosudetská pánev 3. Podkrkonošská pánev 4 Středočeské pánve 5 Mělnická pánev
50
Obr. 58: Evidovaná ložiska hnědého uhlí v ČR (zdroj: www.geofond.cz) 1 Chebská pánev 2 Sokolovská pánev 3 Severočeská pánev 4 Žitavská pánev
51
Obr. 59: Evidovaná ložiska lignitu v ČR (zdroj: www.geofond.cz) 1 Vídeňská pánev 2 Jihočeská pánev 3 Žitavská pánev
52
Ropa a zemní plyn • Ropa je přírodní, kapalná směs rozpuštěných, plynných a pevných uhlovodíků a jejich derivátů. Hustota kolísá mezi 0,75 a 1 t/m3, průměrný obsah C mezi 80 a 87,5 %, H mezi 10 a 15 % a výhřevnost mezi 38 a 42 MJ/kg. • Zdrojem uhlovodíků je organická hmota vznikající podvodním biochemickým rozkladem biomasy. Ke vzniku ropy dochází při teplotách 60 - 140oC, v hloubkách 1 300 - 5 000 m v jemnozrnných matečných sedimentech. Odtud migruje a akumuluje se v propustných, porézních příp. rozpukaných horninách - kolektorech. • Podle chemického složení se rozlišují 4 základní typy - ropa parafinická, naftenická, aromatická a asfaltická. 53
• Zemní plyn je tvořen směsí plynných a těkavých n-alkanů s dalšími plyny (vodíkem, dusíkem, sirovodíkem a inertními plyny). Ve směsi z více než 75 % převažuje metan. V surové těžbě bývá určitá příměs ropy, vody a písku. • V ČR jsou rozlišovány 3 základní druhy zemního plynu: – suchý plyn ( s obsahem CH4 98 - 99 %) – vlhký plyn (85 - 95 % CH4 a příměs uhlovodíků) – plyn se zvýšeným podílem inertních složek (50 - 65 % CH4, přes 10 % N2 a přes 20 % CO2).
54
Ložiska ropy v ČR • jižní Morava (Vídeňsko - moravská ropoplynonosná provincie) v hloubkách do 2 800 m. Nejproduktivnější jsou pískovce středního miocénu (třetihory). Největším bylo ložisko Hrušky, jehož převážná část je již vytěžena a slouží jako podzemní zásobník plynu. • moravská část karpatské soustavy, kde stále probíhá průzkum. Nejdůležitější akumulace jsou vázány především na zvětralé krystalinikum a paleozoikum. Významnějšími ložisky jsou Uhřice a Klobouky (Ždánice).
55
56 Obr. 60: Těžební kozlíky na ropném ložisku Klobouky (zdroj: Moravské naftové doly)
Obr. 61: Využití surové ropy (zdroj: www.gm-volt.com)
57
Ložiska zemního plynu v ČR • Severní Morava (Příbor, Český Těšín) • Jižní Morava (Dolní Dunajovice) • Ostravsko - hornoslezská uhelná pánev (zde se těží karbonský plyn)
58
Obr. 62: Evidovaná ložiska ropy v ČR (zdroj: www.geofond.cz) 1. Vídeňská pánev 2. Karpatská předhlubeň
59
Obr. 63: Evidovaná ložiska zemního plynu v ČR (zdroj: www.geofond.cz) 1 Oblast jižní Moravy 2 Oblast severní Moravy
60
61
Perspektivy nerostných surovin v budoucnosti…
Obr. 67. Zjednodušená geologická mapa Marsu. Obr. 66. Geologická mapa Mt. Olympus, Mars.
62
Ale především – RECYKLACE!!!!!!
