Studie využitelnosti ložiska štěrkopísku Pohořelice Workshop 10.-11.10 Hvězdárna Brno 2011 © xamil.cz
Bohatství Země – ESF a PřF MU
1
Program a obsah workshopu
1. Blok workshopu - teorie Geologický vývoj Země a vznik hornin - teoretický základ pro uvědomění si souvislostí se stavbou našeho území a vznikem našeho ložiska. Vznik sedimentárních ložisek (štěrkopísek, tantal, platina). 2. Blok workshopu – práce se zdroji Výpočty zásob ložiska Doporučené zdroje pro čerpání informací, mapové aplikace Zásady psaní akademické práce, citace, práce se zdroji, MS Word.
Bohatství Země – ESF a PřF MU
2016 © Atemi s.r.o.
Ale především velký prostor pro vaše dotazy, otázky či osobní konzultace! 2
Program a obsah workshopu
3. Blok Jak „fungují“ minerály Zdroje, využití a problematika surovin tantalu a platiny. Promítnutí dokumentárního filmu Krev v mobilech.
2010 © Poulsen / Blood in the mobile
Foto © Jan Loun
Bohatství Země – ESF a PřF MU
Ale především velký prostor pro vaše dotazy, otázky či osobní konzultace! 3
1. Blok – Geologický vývoj Země
Teorie - vznik Země a hornin – souvislosti, provázanost Geologie – nauka o Zemi, jejím vzniku a vývoji Stáří Země je 4,6 mld. let, téměř nepředstavitelné časové hledisko vůči lidské historii či životu. Zemské jádro, plášť, kůra Různá hloubka, různé složení a teplota směrem do hloubky stoupá tlak i teplota
Bohatství Země – ESF a PřF MU
VŠB-TU Ostrava, Jelínek © 2010
Živá planeta © 2016
4
Zemská kůra je rozlámaná do více tzv. litosférických desek (Euroasijská, Africká apod.) Desky se pohybují různými směry (navzájem se oddalují, naráží do sebe, podsouvají se), rychlost do 10 cm za rok – Wegenerova teorie kontinentálního driftu (1912)
USGS © 1996
Bohatství Země – ESF a PřF MU
5
Rozdělujeme pevninské a oceánské desky - rozdílná tloušťka, horninové složení. Desky „plavou“ na zemském plášti (astenosféře), který je horký a plastický (dal by se např. přirovnat k horkému asfaltu). Pohybují se díky tzv. konvekčním proudům v plášti (velmi pomalá cirkulace hmoty) Teplejší hmota má nižší hustotu, je lehčí, stoupá, při ochlazení se hustota zvyšuje
Přeneseně bychom konvekční proudy mohli srovnat s prouděním vody při ohřevu
VŠB-TU Ostrava, Jelínek © 2010
Bohatství Země – ESF a PřF MU
6
Vzájemné pohyby desek vytváří různé prostředí a různé typy hornin - hlavní horotvorné činnosti – orogeneze – byly způsobené právě srážkami litosférických desek Koloběh pohybů litosférických desek (rifting, rozpínání desek, oddalování, vznik oceánů, subdukce - podsouvání lehčí desky pod druhou těžší (oceánská vs. pevninská; oceánská vs. oceánská), kollize dvou pevninských desek).
© Geofyzikální ústav Akademie věd ČR, v.v.i.
Bohatství Země – ESF a PřF MU
7
© Google
Bohatství Země – ESF a PřF MU
8
Alternativní teorie pohybu kontinentů © 20th Century Fox Bohatství Země – ESF a PřF MU
9
1. Blok – Koloběh hornin a jejich vznik
Horniny magmatické (vyvřelé) krystalizují z magmatu světlejší, „kyselé“ granity (žuly) tmavé, „bazické“ př. bazalty (čediče) výlevné i žilné (např. pegmatity) Horniny sedimentární (usazené) zvětrávání ostatních hornin, transport řekami, větrem, usazování v nížinách a mořích Horniny metamorfované (přeměněné) – horniny se dostanou do vyššího tlaku a teploty, mění se jejich minerální složení (peridotit-serpentinit; žula-ortorula)
Bohatství Země – ESF a PřF MU
© The Geological Society of London
10
1. Blok – Ložiska nerostných surovin a jejich vznik
Ložisko nerostných surovin = nahromadění určitého nerostu v množství, které dovoluje jeho ekonomické využití. V žule může být několik procent železa, jsou ale vázány v minerálech se složitější stavbou (např. slída) Železo se tedy získává z železných rud, oxidy železa (magnetit, hematit, desítky procent železa, snadnější úprava) Na různé procesy a typy hornin jsou vázány rozdílné typy ložisek (kam s ropou, zlatem?) Rozdělujeme primární a sekundární ložiska
Bohatství Země – ESF a PřF MU
© The Geological Society of London
11
1. Blok - vznik sekundárního, sedimentárního ložiska
Ložiska štěrkopísků patří k sekundárním, sedimentárním ložiskům Sestává se vlastně z valounů různých typů hornin a minerálů (i těch vzácnějších minerály platiny, tantalit), které přinesla řeka. Rozdílná síla a procesy (eroze, transport, opracování, ukládání) na horním, středním či dolním toku řeky.
Valouny tantalitu - foto Jan Loun
Valouny, frakce 16-22 mm 2005-2016 © Jan Cielecký
Bohatství Země – ESF a PřF MU
12
1. Blok – Geologický vývoj oblasti okolí ložiska
Kudy teče řeka, co může rozrušovat, transportovat a ukládat? Geografie vs. geologie. Dvě základní geologické jednotky starší Český masiv a mladší Západní Karpaty.
ČM ZK Česká geologická služba 2016
Bohatství Země – ESF a PřF MU
13
Brněnský a Dyjský masiv - velmi staré horniny, datace až 725 mil. let, zejména vyvřelé horniny - žuly (granodiority), kadomská orogeneze, neoproterozoikum (starohory). Okolí Brna, „pás“ směrem na Znojmo
Brno
Pohořelice
Česká geologická služba 2016
Bohatství Země – ESF a PřF MU
14
Moldanubikum - metamorfované horniny (ortoruly, pararuly, granulity, serpentinity a další) Magmatické horniny a žíly (žuly, syenity, pegmatity), stáří konec prvohor, variské vrásnění, horotvorná činnost (vysoká pohoří, velehory, dnes již oderodovány – Vysočina.
Brno
Pohořelice
Česká geologická služba 2016
Bohatství Země – ESF a PřF MU
15
Západní Karpaty - příkrovy patřící horskému pásmu Karpat (Alpsko-himalájské vrásnění) - sedimentární horniny (pískovce, slepence, jílovce, jíly) Karpatská předhlubeň (jíly) a příkrovy, hory - Vnější Karpaty (pískovce, slepence)
Brno
Pohořelice
Česká geologická služba 2016
Bohatství Země – ESF a PřF MU
16
Ložisko štěrkopísku (platiny, niobu a tantalu) u Pohořelic - uložené kvartérní (čtvrtohorní) štěrko-hlinitopísčité říční, nivní (fluviální) sedimenty
Těžní jámy se samy zaplavují (vysoká hladina spodní vody), používají se plovoucí bagry, dopravníkové pásy, třídící linky, expedice materiálu
Bohatství Země – ESF a PřF MU
Slovenský Rybár © 2005 Foto Ivo Macek
17
Foto Ivo Macek
Ložisko štěrkopísku Tovačov - exkurze 2016 © Českomoravský cement, a.s.
Bohatství Země – ESF a PřF MU
18
Termín rešerše do 30.11.2016 Dotazy, připomínky, nejasnosti...?
2016 © Rovina Písek a.s.
Bohatství Země – ESF a PřF MU
19
2. Blok - výpočty zásob
Souřadnicový systém S-JTSK - systém jednotné trigonometrické sítě katastrální. Pravidelná pravoúhlá souřadnicová síť. Složený výpočet ze základních geometrických těles. Výpočty nutno dodat s postupem!! Nikoli pouze výsledky. Ideálně pracovat s MS Excelem. Termín odevzdání výpočtů 16.1.2017
Bohatství Země – ESF a PřF MU
20
2. Blok - práce se zdroji - mapové podklady ČGS
Česká geologická služba: on-line mapové aplikace – př. Surovinový informační portál, Geologická mapa 1 : 50 000 (http://www.geology.cz/extranet/mapy/mapyonline/mapove-aplikace).
Česká geologická služba 2016
Bohatství Země – ESF a PřF MU
21
2. Blok - zásady pasní akademického textu, citace, literatura, zdroje, práce s MS Wordem
Norma - ISO 690 - citace (odkazy) i v textu a pak na konci práce. Možnost využití webu citace.com - http://www.citace.com/vytvorit-citaci. Nestačí pouze zkopírovat webovou adresu - i ta se musí citovat správně. Akademická práce - gramatika, pravopis, stylistika - nechte si vždy přečíst text od někoho dalšího, kdo se nepodílel na vaší práci, nepsal ji - určitě tam uvidí chyby či prostor ke zlepšení. Vyvarovat se nevhodných slovních spojení, expresivních, citově zbarvených výrazů. Práce musí mít hlavičku (název, autory, anotaci), obsah a členění kapitol (automatický obsah, víceúrovňové členění), úvod, vlastní práce, závěr. Je vhodné pracovat s odstavci, raději více členit text, kapitoly (číslovat). Použité obrázky (pokud nejsou vaše vlastní) musí také obsahovat odkaz na zdroj a měly by se číslovat (Obr. 1, Obr. 2, Obr. n), takto očíslované je také uvést v textu.
Bohatství Země – ESF a PřF MU
22
2. Blok - další doporučené studijní zdroje
Wikipedie je dobrá k uvědomění si základních pojmů, ale i zde se pracuje s externími zdroji! STARÝ, Jaromír, Ivo SITENSKÝ, Dalibor MAŠEK, Tereza HODKOVÁ, Mirko VANĚČEK, Jaroslav NOVÁK, Anna HORÁKOVÁ a Pavel KAVINA. 2015. Surovinové zdroje České republiky: Nerostné suroviny (Ročenka 2015). Praha: Česká geologická služba. ISBN 978-80-7075-903-5. Dostupné také z: http://www.geology.cz/extranet/publikace/online/surovinove-zdroje/SUROVINOVEZDROJE-CESKE-REPUBLIKY-2014.pdf Internetové studijní materiály VŠB-TU Ostrava (http://geologie.vsb.cz/loziska/loziska/) ZIMÁK, Jiří. 2005. Skripta Ložiska nerostných surovin část 1.-3. Katerdra geologie PřF UP Olomouc (http://www.geology.upol.cz/upload/studijni_materialy/plne_texty_skript/) KACHLÍK, Václav. 2003. Geologický vývoj území České republiky: Doplněk k publikaci „Příprava hlubinného úložiště radioaktivního odpadu a vyhořelého jaderného paliva. 1. Praha: SÚRAO. Dostupné také z: http://is.muni.cz/el/1431/jaro2008/Z4066/reggeol.pdf Česká geologická služba: on-line mapové aplikace – př. Surovinový informační portál, Geologická mapa 1 : 50 000 (http://www.geology.cz/extranet/mapy/mapy-online/mapove-aplikace)
Bohatství Země – ESF a PřF MU
23
3. Blok - Mineralogie Celá Země, všechny horniny a všechny nerostné suroviny (kromě ropy a vody) jsou složeny z minerálů. Pokud nerozumíme minerálům, nemůžeme rozumět ani výše uvedenému. Co musí splňovat minerál? Kolik jich známe?
Bohatství Země – ESF a PřF MU
24
3. Blok - Definice minerálu
Chemická látka v pevném skupenství vzniklá přírodními procesy Musí mít unikátní krystalovou strukturu (pravidelné uspořádání atomů v krystalové mřížce) např. grafit a diamant (C); kalcit a aragonit (CaCO3) Nebo stejnou strukturu a unikátní chemické složení – Mg2SiO4 – forsterit a Fe2SiO4 fayalit. Minerály musí být elektroneutrální (součet kladných a záporných nábojů musí být 0 www.pinterest.com
Bohatství Země – ESF a PřF MU
25
3. Blok - Jak atomy vytvářejí minerály Každý atom (iont) je jinak veliký Funguje to jako lego Struktura minerálu je stavebnice a můžete do ní dát jen kostičky (atomy), které se do ní (velikostí a valencí) hodí. Aby se mohly atomy zastupovat neměly by se lišit o více než 15% Iontové poloměry vybraných prvků v pm (pikometrech). Bohatství Země – ESF a PřF MU
26
Minerály skupiny kolumbitu Kolumbit-(Fe)
FeNb2O6
Kolumbit-(Mg)
(Mg,Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6
Kolumbit-(Mn)
(Mn,Fe)(Nb,Ta)2O6
Qitianlingit
(Fe,Mn)2(Nb,Ta)2WO10
Tantalit-(Fe)
FeTa2O6
Tantalit-(Mg)
(Mg,Fe2+)(Ta,Nb)2O6
Tantalit-(Mn)
MnTa2O6
Bohatství Země – ESF a PřF MU
Složení kolumbit-tantalitu z různých lokalit – Wise et al. 1998 27
Složení tantalitu ze zadání Zcela přesně se jedná o tantalit-(Mn) (Mn0,29Fe0,71) ∑1(Ta1,3Nb0,7)∑2O6 Jeden mol tantalitu ze zadání obsahuje 1,3 molu Ta
Zdroj obrázků: Wikipedia
Bohatství Země – ESF a PřF MU
28
Niob a tantal
Tantal - minerály ze skupiny kolumbitu a tantalitu, obecný vzorec (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6 – nachází se v pegmatitech (žilné magmatické horniny). Oba jsou těžké a koncentrují se v náplavech.
Tantalové kondenzátory © wikipedia Bohatství Země – ESF a PřF MU
Tantalit © magmacoltan.com
29
Vznik pegmatitů
Žilné magmatické horniny odvozené z žul Většina vzácnějších prvků (Li, Be, Nb, Ta, Sn ...) se nehodí do struktur běžných minerálů (živce, křemen, slídy) a hromadí se ve zbytkové tavenině Ta poté utuhne ve formě samostatných žil Nejbližší lokalita Rožná
Bohatství Země – ESF a PřF MU
30
Těžba a využití Ta
© USGS 2016
© Petr Rambousek a Jaromír Starý
Světová produkce tantalu v tunách
Bohatství Země – ESF a PřF MU
31
Těžba v Kongu
Fotografie: Jan Loun Fotografie: Jan Loun Bohatství Země – ESF a PřF MU
32
Těžba v Kongu
Fotografie: Jan Loun Bohatství Země – ESF a PřF MU
Fotografie: Jan Loun 33
Platina
Nachází se často ryzí, nebo ve formě slitin v bazických a ultrabazických magmatických horninách (málo Si a hodně Mg, především v zemském plášti). Největší ložiska v jižní Africe (Bushveld Complex – cca 2/3 světové produkce) a Rusku. Katalyzátory, investice. Zvětráváním primárních ložisek se dostává do sedimentů Krychle platiny, 0,5 cm, Konder - Rusko © Van king
Bohatství Země – ESF a PřF MU
34
Jak moc je platina vzácná?
Sluneční soustava celkově asi 1 ppm (g/t) (Anders and Grevesse, 1989) Silikátová část Země (plášť) - 7,1 ppb (mg/t) (Mc.Donaugh and Sun, 1995) Svrchní kůa 0,4 ppb (Wedepohl, 1995) Primární ložiska od 5g/t, sedimenty od 0,5 http://www.periodni.com/rare_earth_elements.html
Bohatství Země – ESF a PřF MU
35
Vznik platinových ložisek
Přesné procesy velmi komplikované Váže se buďto na vrstvy chromitu (FeCr2O4) – Merensky Reef – Bushweld complex Nebo se koncentruje v oddělené tavenině se sulfidy (likvační ložiska) společně s Ni, Cu – Sudbury, Noril`sk Koncentrace v sedimentech
Bohatství Země – ESF a PřF MU
Vrstva chromitu, Merensky Reef, Jižní Afrika © www.geologyforinvestors.com
36
Těžba a využití Pt
© USGS 2016
Světová produkce platiny (v kilogramech)
Bohatství Země – ESF a PřF MU
© Petr Rambousek a Jaromír Starý
37