4. Sorbenty krzemionkowe – miejsce występowania surowców w Polsce, skład mineralny, zastosowanie w przemyśle, kryteria jakościowe przy zastosowaniu

Ziemie krzemionkowe - powstają w wyniku hipergenicznego wietrzenia wychodni opok i gez górnej kredy i wczesnego trzeciorzędu. Zbudowane są głównie z opalu oraz niewielkiej ilości m.in. igieł gąbek, otwornic, okrzemek. Fizycznie przypominają diatomit, ale zawierają większą ilość domieszek minerałów ilastych i innych.

Występowanie: Złoża ziemi krzemionkowej występują: na obrzeżeniu Gór Świętokrzyskich (Piotrowice i Dąbrówka) w rowach tektonicznych i na Wyżynie Lubelskiej (Lechówka) w formie płatów przykrytych osadami oligocenu. Udokumentowane geologiczne zasoby bilansowe ziemi krzemionkowej wynoszą 2,2 mln t.

Zastosowanie: jako sorbenty przemyśle: naftowym (rafinacja olejów mineralnych i parafiny), mydlarskim (odbarwianie tłuszczów zwierzęcych), cukrowniczym (oczyszczanie roztworów cukru), olejarskim (bielenie olejów roślinnych), fermentacyjnym (klarowanie wina i piwa), farmaceutycznym (oczyszczanie roztworów), a także jako nośnik katalizatorów, nawozów mineralnych, środków ochrony roślin.

Diatomit i ziemia okrzemkowa – skały zbudowane głównie ze szkieletów okrzemek (glonów) żyjących w morzach na północ od wypiętrzających się Karpat, między późnym oligocenem a wczesnym miocenem. Ze względu na genezę i skład kopalina może przybierać różną postać. Należące do tej grupy diatomity to zwięzłe skały, natomiast ziemia okrzemkowa jest luźnym osadem i zwykle zawiera nieco mniej krzemionki, a więcej zanieczyszczeń. Skład: szkielet (okrzemki, igły gąbek, minerały ilaste, kwarc), spoiwo (krzemionkowo-ilaste (opal, minerały ilaste)).

Występowanie: Dotychczas udokumentowano w Polsce 4 złoża diatomitów, ze względu na słabą jakość surowca (zawartość krzemionki rzadko przekracza 75%) nazywane są skałą lub kopaliną diatomitową, natomiast ziemia okrzemkowa nie występuje w Polsce w nagromadzeniach wystarczających by je potraktować jako złoże. Zasoby perspektywiczne skały diatomitowej dla rejonu Leszczawki wynoszą około 10 mln t. Znacznie większe perspektywy odkrycia złóż diatomitów wiążą się z serią menilitową warstw krośnieńskich w rejonach: Godowa, Błażowej - Piątkowej - Harty - Bachorza oraz w rejonie Dydynia – Krzywe (podkarpackie).

Zastosowanie: jako sorbent olejów smarów i chłodziw, do oczyszczania ścieków porafineryjnych, pogarbarskich, pozostałych po produkcji tłuszczów zwierzęcych

5. Sorbenty żelaziste – surowce wykorzystywane do produkcji, miejsce występowania w Polsce, rodzaje rud darniowych i ochr, ich skład mineralny, kierunki wykorzystania, parametry fizykochemiczne i zdolności sorpcyjne.

Rudy darniowe to czwartorzędowe skały żelaziste powstające wskutek procesów biochemicznych rozwijających się na morfologicznie obniżonych, podmokłych terenach, głównie w strefie klimatu umiarkowanego gdzie następuje wytrącanie z roztworów związków żelazowych i ich osadzanie. Warunki zalegania:

- niewielka głębokość – 10-30 cm

- miąższość nagromadzeń – kilka do kilkanaście cm (10-30cm)

- nieregularna forma nagromadzeń

- w otoczeniu występują piaski, torfy, iły mułki, czasem kreda jeziorna

Występuje w 2 postaciach:

- ruda miałka – niescementowana, o barwach od żółtych do czerwono-brunatnych. występują w postaci drobnoziarnistego pyłu, lub łatwo kruszących się gródek, z widocznymi szczątkami roślin i kawałkami drewna w różnym stopniu rozkładu

- ruda kawałkowa - mają postać kawernistych, lub porowatych brył i płyt, odznaczających się twardością i spójnością o rozmiarach od kilku centymetrów do kilku metrów. Barwa na powierzchni zwykle brązowa lub rdzawa, bywa też stalowoszara, niemal czarna. Ich tekstura jest porowata – wielkość porów może dochodzić do kilkunastu milimetrów.

Skład mineralny: najistotniejsza z punktu widzenia właściwości sorpcyjnych jest obecność minerałów autogenicznych. Dominują wśród nich tlenowodorotlenki, wodorotlenki i tlenki żelaza, ale pojawiają się też tlenki i wodorotlenki Mn, fosforany, węglany a sporadycznie również siarczany, szczawiany i autogeniczna krzemionka. Ważnym składnikiem jest ponadto substancja organiczna. Pośród skrytokrystalicznych tlenków żelaza wyróżnić można ferrihydryt, goethyt i lepidokrokit. Hematyt stwierdzany jest tylko wyjątkowo.

Najważniejszymi składnikami chemicznymi rud darniowych są Fe2O3 i SiO2. W ilościach do kilkunastu procent występują P2O5 i MnO2. Pozostałe tlenki obecne są w ilościach co najwyżej kilkuprocentowych, nie przekraczających 2-3% wag. Są to Al2O3, CaO, MgO. Istnieje pewne zróżnicowanie składu chemicznego pomiędzy głównymi odmianami rud. Jest to szczególnie widoczne w przypadku zawartości dwóch głównych chemicznych komponentów – żelaza i krzemionki. Koncentracje tych składników są ze sobą ujemnie skorelowane. Zmienna jest też koncentracja węgla całkowitego. W odmianach miałkich jest go niemal pięciokrotnie więcej.

Do najważniejszych właściwości fizykochemicznych rud darniowych wpływających na zdolność wiązania różnych mediów należy powierzchnia właściwa i porowatość. Wielkość powierzchni właściwej odmian rud może się zmieniać w szerokich granicach. Obejmują one zakres od około 30 do 240 m2/g. Drugim istotnym parametrem jest porowatość. Największe znaczenie dla procesów adsorpcyjnych ma rozkład wielkości porów. Ich promienie w rudach darniowych wahają się pomiędzy 5 a 25 Å. Są one liczniejsze w odmianach posiadających większe powierzchnie właściwe. Rudy darniowe charakteryzują się zróżnicowanymi pojemnościami wymiany kationów (CEC). Ich wielkości wahają się od kilku do ponad 50 mval/100 g (większe dla miałkich). Pojemność wymiany anionów jest niższa niż CEC i nie przekracza wartości kilku mval/100 g.

Występowanie w Polsce: W Polsce zasób ten jest dość powszechny na Niżu Polskim, występuje szczególnie na Mazowszu, Podlasiu, Mazurach, w Wielkopolsce. Polskie zasoby ocenia się na 535 tys. ton. Obecnie istnieje tylko jedno udokumentowane złoże: Dębe Małe w rejonie Mińska Mazowieckiego.

Kierunki wykorzystania: Hutnictwo żelaza, oczyszczanie gazów H2S i HCN, budownictwo, pigmenty, katalizatory, elementy filtrów, sorbent do usuwania niektórych zanieczyszczeń i metali ciężkich.

Ochry:

1 – samorodnie występujące minerały żelaziste, ziemiste, tworzące własne skupienia

2 – proszkowe, ziemiste odmiany tlenkowych i wodorotlenkowych minerałów żelaza z domieszkami innych faz: minerałów ilastych, krzemionkowych, węglanów

3 – tlenki i wodorotlenki niektórych metali (Sb, As, Cr, Cd, Cu…….)

4 – surowiec ilasty do produkcji farb mineralnych zawierający proszkowe i ziemiste odmiany tlenkowych i wodorotlenkowych minerałów żelaza z domieszkami minerałów ilastych

Odmiany:

Ochra- żółta lub czerwona

Umbra – ciemnobrązowa

Sjena – żółtobrązowa

Ugier – złocistobrunatny

Skład mineralny: w składzie mineralnym występują przede wszystkim skrytokrystaliczne tlenki żelaza (goethyt i ferrihydryt), syderyt, hydroglinokrzemiany Fe oraz w mniejszych ilościach minerały ilaste, kwarc i substancja organiczna. Najistotniejsza z punktu widzenia właściwości sorpcyjnych jest obecność tlenków żelaza.

Skład chemiczny: głównie: Fe2O3 (40-60%) SiO2 (4-70%) LOI – straty prażenia (12-24%)

Właściwości fizykochemiczne. – powierzchnia właściwa związana jest z obecnością tlenków żelaza i waha się w szerokim zakresie od 30 do 210m²/g i zależy ona od porowatości całkowitej która może wynosić od 40-70%, przy czym im większa porowatość tym większa powierzchnia właściwa.

Występowanie: W Polsce udokumentowane są tylko dwa złoża ochry, iłów i iłowców ochrowych: Buk i Baczyna. Znajdują się one w województwie Świętokrzyskim. Udokumentowane geologiczne zasoby bilansowe ochry w złożu Baczyna wynoszą 578 tys. Ton – złoże nie było nigdy eksploatowane. Złoże Buk - wydobycia zaniechano ze względu na wyczerpania się zasobów.

Kierunki wykorzystania: produkcja farb olejnych i pokostowych, emalii, kitów okiennych, naturalnych barwników mineralnych (to dawniej)