BIULETYN PAÑSTWOWEGO INSTYTUTU GEOLOGICZNEGO 439: 371–374, 2010 R.
Z£O¯A TLENOWYCH RUD CYNKU W OKRÊGU ŒL¥SKO-KRAKOWSKIM
NONSULFIDE ZINC DEPOSITS IN THE SILESIA-CRACOW DISTRICT BO¯ENASTRZELSKA-SMAKOWSKA1
Abstrakt. Rudy tlenowe (galmany) cynku prze¿ywaj¹ renesans w górnictwie œwiatowym. Jest on spowodowany odkryciami geologicz- nymi, przyczynami technologicznymi i ekonomicznymi. W Polsce, która by³a przez wieki du¿ym producentem, zaniechano ich eksploatacji z pocz¹tkiem lat 90. i przypuszczalnie nie bêd¹ ju¿ one mia³y znaczenia przemys³owego. Galmany s¹ œciœle zwi¹zane ze stref¹ utlenienia rud siarczkowych obszaru œl¹sko-krakowskiego. Przewa¿aja tam tzw. czerwone galmany, wystêpuj¹ce na wychodniach dolomitów kruszcono- œnych w pasie Trzebinia–Krzeszowice–Olkusz–Siewierz, w okolicy Tarnowskich Gór oraz w nieckach bytomskiej i chrzanowskiej. Du¿o rzadsze s¹ tzw. bia³e galmany, znane g³ównie z kopalni Matylda ko³o Chrzanowa. W artykule wskazano na ró¿nice sk³adu mineralnego, che- micznego, izotopów stabilnych H i O, temperatury powstania galmanów, okreœlono formy wystêpowania i czas wietrzenia.
S³owa kluczowe: galmany, wietrzenie rud Zn–Pb, okrêg œl¹sko-krakowski.
Abstract. The discoveries of large nonsulfide zinc deposits and development of new technologies of zinc recovery resulted in renewed in- terest in the calamine ores worldwide. In Poland such ores have been exploited for centuries, but in 1990s the exploitation ceased, and proba- bly they will have not economic importance in the future. The nonsulfide zinc ores are connected with supergene zone of sulphide ores.
So called “red galmei” were commonly distributed on the outcrops of Ore-bearing Dolomite in the belt Trzebinia–Krzeszowice–Ol- kusz–Siewierz, near Tarnowskie Góry and in Bytom and Chrzanów troughs. Uncommon, white galmei were known mainly from Matylda mine near Chrzanów. The differences in mineralogical, chemical, stable isotope H–O compositions, crystallization temperatures were indi- cated and their forms and the weathering time determined.
Key words: nonsulfide Zn ores (calamine, galmei), weathering, Silesia-Cracow district.
Okrêg œl¹sko-krakowski by³ przez stulecia jednym z naj- wiêkszych producentów cynku i o³owiu na œwiecie. Eksploa- tacja górnicza galmanów w rejonie Bytomia datuje siê od XII w., a od XIII w. górnictwo rudne rozwinê³o siê w oko- licach Tarnowskich Gór, S³awkowa, Olkusza, Chrzanowa, Trzebini i Siewierza (Grzechnik, 1978). Z pocz¹tkiem XIX w.
produkcja cynku metalicznego z rud tlenowych na obszarze œl¹sko-krakowskim siêga³a 8,9 tys. Mg (74% produkcji œwiatowej). W latach 50. i do po³owy lat 60. XX w. udzia³ rud tlenowych w ca³kowitych zasobach rud Zn–Pb w Polsce stanowi³ oko³o 33% (Przenios³o i in., 1992). Rudy utlenione by³y skupione g³ównie w z³o¿ach niecki bytomskiej (kopal-
nie Waryñski, Marchlewski, Orze³ Bia³y, Nowy Dwór i D¹brówka Wielka), w z³o¿u Boles³aw k. Olkusza (czêœæ wyniesiona) i w kopalni Matylda (niecka chrzanowska).
Eksploatacjê z³ó¿ tlenowych rud Zn i Pb w rejonie olku- skim zakoñczono w 1985 roku, nie wyczerpuj¹c zasobów.
Nadal jednak w obrêbie zlikwidowanych kopalñ Boles³aw (1996) i Olkusz (2001) oraz w z³o¿u Krzykawa rudy tlenowe stanowi¹ potencjaln¹ rezerwê zasobow¹. Podane poni¿ej wielkoœci zasobów dotycz¹ wy³¹cznie stref przypowierzch- niowych do g³êbokoœci kilkudziesiêciu metrów. W zestawie- niu pominiêto natomiast gniazda rudy tlenowej obecne na ró¿nych poziomach eksploatacji podziemnej dawnych ko-
1Wydzia³ Geologii, Geofizyki i Ochrony Œrodowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków;
e-mail: bozenasmakowska@wp.pl
palñ. Nie analizowano równie¿ zwa³ów w okolicy Bytomia, na których gromadzono rudy uznawane dawniej za ubogie, natomiast wykorzystywane przez przemys³ z powodzeniem w po³owie XX w.
Analiza rozmieszczenia rud tlenowych pozwala oszaco- waæ ich zasoby geologiczne (wg kryteriów bilansowoœci z 1975 r.; w mln Mg rudy) nastêpuj¹co:
– w z³o¿u Boles³aw (pola Pod Szybami, Ujków, dawna kopalnia Ulisses) – 5,5 (5,05/0,23% Zn/Pb);
– w z³o¿u Krzykawa – 3,0 (3,65/0,51% Zn/Pb);
– w z³o¿u Olkusz (zr¹b i rów Olkusz-Boles³aw) – 2,4 (6,02/2,19% Zn/Pb).
Zasoby geologiczne rud tlenowych wynosz¹ ³¹cznie oko³o 10,9 mln Mg rud, zawieraj¹cych ponad 500 tys. Mg Zn i 80 tys. Mg Pb. Zasoby te, pomimo niekorzystnej relacji mi¹¿szoœci z³o¿a do nadk³adu, powinny byæ obecnie przed- miotem powtórnej analizy ekonomicznej.
W 1989 r. zaniechano wydobycia rud ze z³ó¿ D¹brówka Wielka i Orze³ Bia³y oraz zwa³ów rudy utlenionej. W 1991 r.
zasoby z³o¿a Orze³ Bia³y skreœlono, a D¹brówki Wielkiej w strefie nienaruszonej robotami górniczymi, przekwalifiko- wano do pozabilansowych (Bilans zasobów..., 1992). Kopal- nia D¹brówka Wielka dostarczy³a w 1989 r. 244,3 tys. Mg rudy utlenionej o œredniej zawartoœci 6,5% Zn. W 1990 r. za- niechano produkcji cynku z rud utlenionych w Wydziale Tlenku Cynku HC Miasteczko Œl¹skie ze wzglêdów ekono- micznych (niska efektywnoœæ procesu produkcji) oraz œro- dowiskowych (Przenios³o i in., 1992).
W 1990 r. udzia³ rud tlenowych spad³ do oko³o 18%
w zasobach bilansowych, zagospodarowanych, a œrednia za- wartoœæ Zn w tych rudach wynosi³a oko³o 5,9%.
Rudy tlenowe w Polsce to w przewadze tzw. czerwone galmany. S¹ one œciœle zwi¹zane ze stref¹ utlenienia rud siarczkowych obszaru œl¹sko-krakowskiego (Coppola i in., 2009). Wystêpuj¹ na wychodniach dolomitów kruszconoœ- nych w pasie Trzebinia–Krzeszowice–Olkusz–Siewierz, w okolicy Tarnowskich Gór, w nieckach bytomskiej i chrza- nowskiej (fig. 1). Tworz¹ warstwy, gniazda lub soczewy w ca³ym profilu dolomitu kruszconoœnego. Wiêkszoœæ gal- manów czerwonych rozwinê³a siê bezpoœrednio nad rudami siarczkowymi, w miejscach nara¿onych na wietrzenie, jak zrêby tektoniczne, strefy zbrekcjowania i skrasowienia pier- wotnego z³o¿a.
Du¿o rzadsze s¹ tzw. galmany bia³e, znane g³ównie z ko- palni Matylda k. Chrzanowa. Ró¿ni¹ siê od poprzed- nich sk³adem mineralnym, chemicznym, izotopowym H–O i prawdopodobnie genez¹.
Sk³ad mineralny galmanów ze z³ó¿ œl¹sko-krakowskich jest prosty. G³ównym sk³adnikiem wysoko¿elazistych galma- nów czerwonych jest smitsonit (ZnCO3), cerusyt (PbCO3), getyt (FeOOH), hydrocynkit (Zn5[(OH)6|(CO3)2]), rzadziej hemimorfit Zn4[(OH)2|Si2O7]×H2O, dolomit cynkowy (Ca,Mg,Zn)[CO3]2, tarnowicyt (Ca,Pb)CO3, galena (PbS), dolomit (Ca, Mg)[CO3]2, kalcyt CaCO3, baryt BaSO4i gips Ca[SO4]×2H2O (¯abiñski, 1960). Tworz¹ one tekstury ziemi- ste, brekcjowe, konkrecyjne lub pojedyncze agregaty krysta- liczne. W galmanach bia³ych z kopalni Matylda dominuj¹:
smitsonit, Fe-smitsonit (monheimit) (Zn,Fe)CO3, dolomit cynkowy i kalcyt.
Sk³ad mineralny i formy rud tlenowych s¹ zró¿nicowane.
W okolicach Tarnowskich Gór przewa¿a³y gniazda rudy li- monitowej i srebronoœnej galeny. W niecce bytomskiej do- minowa³y rudy galmanowe i sfalerytowe. W z³o¿u Olkusz resztki rud siarczkowych s¹ skupione w utlenionej masie ziemistej, znajduj¹cej siê, podobnie jak w pobliskim z³o¿u Boles³aw, na zrêbach tektonicznych (Radwanek-B¹k, 1983).
Rudy siarczkowe le¿¹ w rowach pod nieprzepuszczalnymi utworami kajpru (Nieæ i in., 1993). W niecce chrzanowskiej w kopalni Trzebionka rudy tlenowe tworz¹ nieci¹g³¹ war- stwê nad rudami siarczkowymi. W pobliskiej kopalni Matyl- da wystêpuje kilka nieregularnych soczew bia³ych i czerwo- nych galmanów. Pierwsze z nich s¹ zlokalizowane g³ównie w zewnêtrznych czêœciach z³o¿a lub w formie pojedynczych p³atów w obrêbie galmanów czerwonych. Granice miêdzy tymi dwoma typami petrograficznymi galmanów s¹ stopnio- we (Panek, Szuwarzyñski, 1974; Kucha, 2005).
Procesy wietrzenia rud Zn–Pb w okrêgu œl¹sko-krakow- skim zachodzi³y prawdopodobnie od póŸnej kredy a¿ do póŸnego miocenu. W tym czasie zdarza³y siê krótkotrwa³e okresy dŸwigania kompleksu utworów permomezozoicz- nych buduj¹cych monoklinê œl¹sko-krakowsk¹ oraz ich zuskokowanie, pêkanie, tworzenie form krasowych i nisz- czenie czêœci utworów pokrywy. Sprzyja³o to przenikaniu wód meteorycznych i rozwojowi procesów wietrzeniowych.
Na podstawie badañ sk³adu izotopowego tlenu w smitsoni- tach z galmanów czerwonych i w wodach paleometeorycz- nych z prowincji œl¹sko-krakowskiej, temperaturê tworzenia wêglanowych minera³ów cynku okreœlono na 7–18°C (Cop- pola i in., 2009). S¹ to temperatury odpowiadaj¹ce konty- nentalnemu œrodowisku przypowierzchniowemu w klimacie umiarkowanym. Temperatury te s¹ zbli¿one do temperatury tworzenia smitsonitów w z³o¿ach wietrzeniowych Belgii (Moresnet), lecz nieco ni¿sze od temperatur powstawania tlenowych minera³ów cynku i o³owiu w z³o¿ach Bawarii (Freihung), w po³udniowo-zachodniej Sardynii (Iglesiente) i Portugalii (Vila Ruina) (Gilg i in., 2008). Temperatury pre- cypitacji kalcytu (11–21°C), póŸniejszego od wêglanów cynku i o³owiu, œwiadcz¹ tak¿e o warunkach klimatu umiar- kowanego w czasie procesów wietrzeniowych (Coppola i in., 2009).
Trudniejsze jest wyjaœnienie genezy bia³ych galmanów.
Powszechnie uwa¿a siê, ¿e s¹ one wynikiem precypitacji z tych samych roztworów bogatych w ¿elazo i cynk, z któ- rych powsta³y rudy siarczkowe (¯abiñski, 1958, 1986; Pa- nek, Szuwarzyñski, 1974; B¹k, Nieæ, 1978) lub ¿e faza wê- glanowa poprzedza³a diagenetyczn¹ precypitacjê siarczków w warunkach redukcyjnych, bezsiarkowych (Kucha, Czajka, 1984; Kucha, 2005). Pozycja stratygraficzna bia³ych galma- nów z kopalni Matylda jest analogiczna do pozycji rud siarczkowych w pobliskiej kopalni Trzebionka. G³ównym sk³adnikiem bia³ych galmanów jest Fe-smitsonit (monhei- mit) i dolomit cynkowy, zawieraj¹ce Fe+2, co œwiadczy o bardziej redukcyjnych warunkach ich powstawania w po- równaniu z czerwonymi galmanami, obfituj¹cymi w getyt
372 Bo¿ena Strzelska-Smakowska
i hematyt. Temperatury tworzenia Fe-smitsonitu (35–53°C) i dolomitu cynkowego (30–38°C oraz obecnoœæ aureoli smit- sonitowo-syderytowej wokó³ cia³ siarczkowych w Trzebion- ce (Kucha, 2003) oraz Fe-smitsonitowo-barytowej w kopal- ni Boles³aw (B¹k, 1993) mog¹ œwiadczyæ o ich tworze- niu w ni¿ej temperaturowej fazie hydrotermalnej. Nie mo¿- na jednak wykluczyæ ich powstania w warunkach super- genicznych.
Najbardziej sprzyjaj¹cy okres do rozwoju procesów wie- trzeniowych trwa³ od wczesnego paleogenu do œrodkowego miocenu (Dubiñska i in., 2000; Migoñ, 2007). W okrêgu œl¹sko-krakowskim czêste s¹ powierzchnie erozyjne z lejami
i kana³ami krasowymi. Niektóre z tych lejów s¹ wype³nione l¹dowymi utworami paolegeñskimi i okruchami galmanu (Szuwarzyñski, 1978). Inne kana³y krasowe rozwiniête w dolomitach kruszconoœnych, a nawet w warstwach go- goliñskich, wype³niaj¹ piaszczyste i ilaste utwory paleogeñ- skie, przykryte mu³owcami piaszczystymi morza tortoñskie- go (Panek, Szuwarzyñski, 1975; Szuwarzyñski, 1978). Wy- daje siê wiêc, ¿e g³ówne stadium wietrzenia rud siarczko- wych Zn–Pb w okrêgu œl¹sko-krakowskim mia³o miejsce we wczesnym neogenie, tu¿ przed transgresj¹ morza mioceñ- skiego. Z tym okresem jest zwi¹zane równie¿ powstawanie kaolinów pierwotnych (Gilg, 2003) czy niklonoœnych po-
Z³o¿a tlenowych rud cynku w okrêgu œl¹sko-krakowskim 373
Fig. 1. Z³o¿a i zwa³y rud Zn–Pb w okrêgu œl¹sko-krakowskim Silesian-Cracow Zn–Pb ore deposits and wastes
kryw zwietrzelinowych (Dubiñska i in., 2000) na Dolnym Œl¹sku.
Obecnie rudy tlenowe cynku prze¿ywaj¹ swój renesans w górnictwie œwiatowym. Jest on spowodowany odkrycia- mi geologicznymi, przyczynami technologicznymi i ekono- micznymi. Odkryto du¿e z³o¿a tlenowych rud cynku, m.in.
w Iranie (Anguran), Kazachstanie (Shaimerden) i Namibii (Skorpion) oraz udokumentowano znaczne zasoby tego typu rud w znanych z³o¿ach m.in. Beltana w Australii oraz Va- zante w Brazylii. Udzia³ zasobów tlenowych rud cynku w ca³kowitych zasobach tego metalu na œwiecie siêga obec- nie 10% (Sangster, 2003).
W ostatnich latach technologia ³ugowania rud kwasami, ekstrakcji rozpuszczalnikowej (SX) i elektrolizy roztworu (EW, solvent extraction-electrowinning) zosta³a adoptowa- na do przerobu tlenowych rud cynku. Technologia ta umo¿- liwia otrzymywanie cynku metalicznego lub wysokiej jako- œci tlenku cynku bezpoœrednio w zak³adzie górniczym. Oce-
nia siê (Large, 2001), ¿e w obecnym stuleciu udzia³ nie- siarczkowych rud cynku w globalnej produkcji metalu siêg- nie 10%. Koszt produkcji metalu jest ni¿szy ni¿ w technolo- giach pozyskiwania cynku z rud siarczkowych.
Najprawdopodobniej w Polsce galmany nie prze¿yj¹ swojego renesansu, g³ównie z powodu niskiej jakoœci i za- ostrzenia przepisów œrodowiskowych oraz konfliktów z go- spodark¹ przestrzenn¹. Z³o¿a polskie s¹ zlokalizowane na obszarach silnie zurbanizowanych, a w³adze lokalne naj- czêœciej nie s¹ zainteresowane ponownym rozwojem gór- nictwa na swoim terenie (Strzelska-Smakowska, 2006).
Osobne zagadnienie stanowi¹ czêœciowo utlenione, ubogie (ok. 1,1/0,7% Zn/Pb) odpady poflotacyjne ZGH Boles³aw SA, zgromadzone w iloœci oko³o 42 mln Mg w stawach osa- dowych, które w przysz³oœci mog¹ stanowiæ ³atwo dostêpne Ÿród³o poszukiwanych metali.
Praca wykonana w ramach badañ statutowych AGH nr 11.11.140.560.
LITERATURA
B¥K B., 1993 — Ferroan dolomites and ankerites from the Sile- sian–Kraków deposits of zinc and lead ores. Geol. Quart., 37:
279–290.
B¥K B., NIEÆ M., 1978 — The occurrence of monheimite in the Boles³aw Zn–Pb ores deposit near Olkusz. Miner. Pol., 9:
123–128.
BILANS zasobów kopalin i wód podziemnych w Polsce (red.
S. Przenios³o). 1992. Pañstw. Inst. Geol., Warszawa.
COPPOLA V., BONI M., GILG A., STRZELSKA-SMAKOWSKA B., 2009 — Nonsulfide zinc deposits in the Silesia–Cracow di- strict, Southern Poland. Miner. Dep., 44, 5: 559–579.
DUBIÑSKA E., SAKHAROV B.A., KAPRON G., BYLINA P., KOZUBOWSKI J.A., 2000 — Layer silicates from Szklary (Lower Silesia): from ocean floor metamorphism to continental chemical weathering. Geol. Sudet., 33, 2: 85–106.
GILG H.A., 2003 — Ein Beitrag zur Isotopen-Geochemie von Ton- mineralien und Tonen. Habilitationschrift. Fakultät Chemie, Technische Universität München, Monachium.
GILG H.A., BONI M., HOCHLEITNER R., STRUCK U., 2008 — Stable isotope geochemistry of carbonate minerals in supergene oxidation zones of Zn–Pb deposits. Ore Geol. Rev., 33: 117–133.
GRZECHNIK Z., 1978 — Historia dotychczasowych poszukiwañ i eksploatacji. W: Poszukiwanie rud cynku i o³owiu na obszarze œl¹sko-krakowskim (red. J. Paw³owska). Pr. Inst. Geol., 83:
23–42.
KUCHA H., 2003 — Mississippi Valley type Zn–Pb deposits of Upper Silesia, Poland. W: Europe’s major base metals deposits (red. J.G. Kelly i in.): 253–271. Irish Ass. Econom. Geol., Du- blin.
KUCHA H., 2005 — Oxysulfides, smithsonite-siderite and Fe-free smitshonite as indicators of conditions of formation of primary and supergene non-sulfide Zn–Pb deposits, Upper Silesia, Po- land. EFS Workshop on Nonsulfide Zn–Pb deposits, 21th–23rd April, 2005, Iglesias, Italy. Abstract: 24–25.
KUCHA H., CZAJKA K., 1984 — Sulfide-carbonate relationships in Upper-Silesian Zn–Pb deposits (MV type), Poland and their genesis. Trans. Inst. Min. Metall., 93: B12–B19.
LARGE D., 2001 — The geology of non-sulphide zinc deposits – an overview. Erzmetall, 54, 5: 264–273.
MIGOÑ Z.P., 2007 — Geomorphology of granite terrains in Poland.
W: Granitoids in Poland (red. A. Koz³owski, J. Wiszniewska).
AM Monograph, 1: 355–366.
NIEÆ M., BLAJDA R., NIEDZIELSKI B., 1993 — Zinc-lead ore deposit in Lower Triassic (Roethian) dolomite at Boles³aw (Olkusz region, Poland). Geol. Quart., 37: 265–278.
PANEK S., SZUWARZYÑSKI M., 1974 — Rudy utlenione cynku w z³o¿u kopalni Matylda. Rudy i Metale Nie¿elazne, 19: 71–74.
PANEK S., SZUWARZYÑSKI M., 1975 — Fossil sinkholes with galena mineralization in the vicinity of Chrzanów (Kraków–Si- lesian region). Rocz. PTG, 45: 177–189.
PRZENIOS£O S., B¥K B., RADWANEK-B¥K B., SMAKOW- SKI T., 1992 — Analiza gospodarki rudami cynku i o³owiu w Polsce. Centr. Arch. Geol. Pañstw. Inst. Geol., Warszawa.
RADWANEK-B¥K B., 1983 — Charakterystyka petrograficzna utlenionych rud cynku ze z³ó¿ obszaru Boles³awia i Olkusza.
Rocz. PTG, 53: 235–254.
SANGSTER D.F., 2003 — A special issue devoted to nonsulfide zinc deposits: A new look. Econom. Geol., 98, 4: 683–684.
STRZELSKA-SMAKOWSKA B., 2006 — Renesans zaintereso- wania tlenowymi rudami cynku. Gospodarka Sur. Miner., 22, Zesz. Sp., 1: 253–261.
SZUWARZYÑSKI M., 1978 — Eluwialne i supergeniczne kruszce w utworach trzeciorzêdowych z okolic Chrzanowa. Rudy i Me- tale Nie¿elazne, 23: 345–349.
¯ABIÑSKI W., 1958 — Ferrogalmei (monheimite-galmei) from K¹ty near Chrzanów. Bull. Pol. Acad. Sci., ser. Sc. Chemist.
Geol. Geogr., 6: 389–393.
¯ABIÑSKI W., 1960 — Charakterystyka mineralogiczna strefy utlenienia œl¹sko-krakowskich z³ó¿ kruszców cynku i o³owiu.
Pr. Geol. KNG PAN Kraków, 1: 1–99.
¯ABIÑSKI W., 1986 — Zincian dolomite: the present state of knowledge. Supp. Miner. Pol., 17: 69–71.
374 Bo¿ena Strzelska-Smakowska
