45% mniej radu w wodach kopalnianych wyrobisk
Fot. Główny Instytut Górnictwa

45% mniej radu w wodach kopalnianych wyrobisk

15/04/2016

Dzięki realizacji projektu RATZEO, którego głównym zadaniem jest „Opracowanie technologii oczyszczania wód z naturalnych nuklidów promieniotwórczych z wykorzystaniem materiałów zeolitowych”, przy znajdującej się w Lędzinach w województwie śląskim Kopalni Węgla Kamiennego „Ziemowit” uruchomiona została pilotowa instalacja oczyszczania wód kopalnianych. Jest to kolejny projekt, w ramach którego współpracują ze sobą przedstawiciele świata nauki i przemysłu: Główny Instytut Górnictwa (koordynator), Politechnika Lubelska oraz KOPEX-EX-COAL Sp. z o.o. (partner przemysłowy). Dzięki temu RATZEO jest elementem Programu Badań Stosowanych Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Głównym zadaniem tego programu horyzontalnego jest wspieranie prac badawczych, które podejmowane w celu zdobycia nowej wiedzy mającej mieć konkretne zastosowania praktyczne.

Wrzące kamienie w służbie nauki
Podstawą technologii, która została zastosowana w instalacji w KWK Ziemowit jest wykorzystanie specjalnie dobranej mieszaniny naturalnych i syntetycznych zeolitów. Służą one do procesu adsorpcji izotopów radu, dzięki czemu proces oczyszczania z promieniotwórczych pierwiastków jest nie tylko możliwy, ale przede wszystkim efektywny. Zeolity, będące dużą grupą minerałów glinokrzemianowych, posiadają wiele unikatowych właściwości chemicznych. Pierwotnie powstawały one w momentach, w których wulkaniczny popiół osadził się w dawnych zasadowych jeziorach. W związku z tym, w momencie podgrzewania tego typu skał, woda w nich się znajdująca pokrywa jej powierzchnię pęcherzykami (dlatego też nazwa minerałów pochodzi z języka greckiego i przetłumaczyć ją można jako „wrzące kamienie”, gdzie dzeo oznacza wrzeć (kipieć), zein gotować, a lithos to kamień lub skała). Dla potrzeb projektu RATZEO syntetyczne zeolity wytwarzane są w Politechnice Lubelskiej.

W ten sposób charakteryzują produkowane prze siebie syntetyczne minerały, naukowcy tej uczelni w artykule „Przemysłu chemicznego” „Charakterystyka zeolitów i ich zastosowanie jako adsorbentów substancji ropopochodnych”: wśród mineralnych adsorbentów ważną rolę odgrywają zeolity. Są to porowate glinokrzemiany o krystalicznej strukturze zawierającej system kanałów i komór, którym zawdzięczają swoje wyjątkowe właściwości. Wśród nich można rozróżnić zdolności jonowymienne, adsorpcyjne, molekularno-sitowe oraz katalityczne. W grupie zeolitów na szczególną uwagę zasługują zeolity syntetyczne, zwłaszcza te, które mogą być wytwarzane z surowców odpadowych, m.in. z popiołów lotnych. Odpowiednio dobrane warunki prowadzenia procesu syntezy umożliwiają otrzymanie różnych typów struktur zeolitów. Uzyskany w ten sposób materiał mineralny wyróżnia się niskim kosztem produkcji, trwałością, obojętnością chemiczną, niepalnością i dużymi pojemnościami adsorpcyjnymi.
Dzięki posiadaniu takich właściwości zeolity syntetyczne , które wytwarzane są przez lubelską uczelnię, wykorzystywane mogą być do skutecznego usuwania różnego typu zanieczyszczeń, w tym również nuklidów promieniotwórczych, znajdujących się w składzie chemicznym wód z kopalnianych wyrobisk.

Nowoczesne górnictwo
W ramach prac nad projektem RATZEO przeprowadzono szereg badań laboratoryjnych. Potwierdziły one w pierwszej kolejności, że zarówno naturalne, jak i sztuczne zeolity będzie można z powodzeniem stosować do oczyszczania wód kopalnianych. Jednocześnie, co szczególnie istotne z perspektywy możliwości rozwojowych tworzonej technologii, specjalnie dobrana mieszanka zeolitu naturalnego i sztucznego umożliwić może znaczne polepszenie parametrów tego procesu.

Po zakończeniu tego etapu prac projektowych, i otrzymaniu satysfakcjonujących wyników, KOPEX-EX-COAL, opracował założenia projektowe. Zostały one następnie zrealizowane przez KOPEX-EX-COAL i Budoserwis Z.U.H. Sp. z o.o. Innowacyjne rozwiązania techniczne, bezpośrednio związane z górnictwem węgla kamiennego, to podstawowy obszar działalności KOPEX-EX-COAL. Przemysłowy partner projektu, wchodzący w skład KOPEX Group, znany jest z planowanej inwestycji w podziemną kopalnię węgla kamiennego, która umiejscowiona będzie w Przeciszowie w województwie małopolskim. Kopalnia wydobywać ma od 3 do 4 mln ton węgla rocznie, w okresie ok. 30 lat. Surowiec przeznaczony będzie dla energetyki i ciepłownictwa.

Jak informuje spółka: dla udostępnienia złoża została wybrana nowoczesna metoda TBM (tunnel boring machine), co oznacza technologię wykonania upadowych za pomocą maszyny podobnej do tej, jakie używane są przy budowach między innymi tuneli: pod Kanałem La Manche, tunelu łączącego Europę z Azją pod Cieśniną Bosfor, warszawskiego metra i tarczy użytej w Gdańsku do budowy tunelu pod Martwą Wisłą. Zaplanowany sposób udostępnienia złoża polega na wykonaniu trzech upadowych (wyrobisk korytarzowych) o łącznej długości ok. 5 km. Upadowe te służyć będą zarówno do transportu węgla, sprzętu, materiałów, przewozu załogi oraz do wentylacji wyrobisk. Dzięki tego typu rozwiązaniom technicznym kopalnia nie będzie posiadać wież szybowych, a także ograniczona będzie wielkość infrastruktury naziemnej kopalni. Podobną metodą jest obecnie budowana kopalnia węgla kamiennego Grosvenor w Australii.

1

Fot. Główny Instytut Górnictwa

Jak efektywna jest technologia?
Instalacja w KWK Ziemowit, która realizowana jest przez Główny Instytut Górnictwa, Politechnikę Lubelską oraz KOPEX-EX-COAL Sp. z o.o., zaprojektowana została w ten sposób, że składa się ona ze stanowisk modułowych. Wewnątrz nich znajduje się zeolit, który umieszczono w specjalnych kartridżach z tworzywa sztucznego. Zdaniem twórców tego rozwiązania pozwala to na elastyczne prowadzenie procesu oczyszczania. Oprócz tego ta technologia uproszcza wymianę zużytego złoża zeolitowego w kartridżach. Co szczególnie istotne dla powodzenia całego projektu, wstępne testy na stanowisku roboczym wskazały, że wydajność usuwania radu kształtuje się na tym etapie projektu na poziomie około 45%.
Nie dziwi wiec fakt, że projekt RATZEO posiada dla jego uczestników duży potencjał aplikacyjny, zarówno w zakresie usuwania radu z wód kopalnianych, ale również w kontekście oczyszczania wód pitnych z ujęć podziemnych z naturalnych nuklidów promieniotwórczych. W związku z tym, tworzona technologia będzie mogła być zastosowana nie tylko w wyrobiskach górniczych, ale również m.in. w kopalniach miedzi czy górnictwie ropy naftowej i gazu, gdzie także występują wody radowo-siarczanowe.

Zakończenie projektu i jego pełna realizacja planowana jest w 2017 roku. Obecnie, w jego ramach prowadzone będą badania w warunkach polowych. Zakończone one zostaną z końcem tego roku. – Mamy nadzieję, że pozwolą one odpowiedzieć na pytanie, jak efektywna jest zaproponowana technologia oczyszczania wód kopalnianych z radu z wykorzystaniem zeolitów – mówi kierownik projektu dr hab. inż. Stanisław Chałupnik, prof. GIG.

O tym, że jest to w pełni realne świadczą od wielu lat realizowane przez GIG projekty. Instytut jest obecnie jednym z najbardziej cenionych na rynku polskim partnerów w takich obszarach działalności jak: zagospodarowanie odpadów, recykling surowców, przeglądy energetyczne, optymalizacja gospodarki wodno-ściekowej, a także program Czystszej Produkcji. Wśród badań, które prowadzi obecnie GIG wymienić należy: zrównoważone zarządzania zasobami surowców mineralnych; rozpoznanie złóż metodami geofizycznymi, geologicznymi i górniczymi; technologie bezpiecznej eksploatacji złóż surowców mineralnych; technologie czystego węgla (Clean Coal Technology); a także metody izotopowe dla potrzeb górnictwa i geoinżynierii. Instytut otrzymał w ostatnim czasie tytuł „Firma Roku 2015” w Ogólnopolskim Plebiscycie „Orły Polskiej Przedsiębiorczości”, organizowanym przez Mazowieckie Zrzeszenie Handlu, Przemysłu i Usług. Te fakty wskazują, że również projekt RATZEO ma wszelkie szanse by zakończyć się sukcesem.