Gips i anhydryt
Gips jako materiał budowlany był znany i wykorzystywany już w w starożytnym Egipcie, gdzie zapraw gipsowych używano m.in. przy wznoszeniu piramid i innych budowli już w V tysiącleciu p.n.e., a także w starożytnej Mezopotamii (III tysiąclecie p.n.e.). Jest to więc najdawniej używany budowlany materiał wiążący. Od starożytności stosowano także w budownictwie tynki i sztukaterie gipsowe.
Gips naturalny (CaSO4•2H2O) jest jedną z najpowszechniej występujących kopalin w skorupie ziemskiej, tworzących ogromne złoża w seriach skał osadowych.
Anhydryt (CaSO4) jest równie powszechną kopaliną, jednak jego znaczenie gospodarcze jest ograniczone.
Złoża siarczanów wapnia (gipsu i anhydrytu) występują w Polsce w utworach mioceńskiej i cechsztyńskiej formacji ewaporatowej, towarzysząc osadom solnym (sól kamienna i sole potasowo-magnezowe).
Gipsy syntetyczne otrzymywane są jako produkt uboczny w wielu procesach przemysłowych, a głównymi ich źródłami są technologie chemiczne. W Polsce najważniejszymi źródłami gipsów syntetycznych są instalacje odsiarczania spalin (IOS), zwłaszcza te, które stosują metodę mokrą wapienną oraz instalacje, w których produkowany jest kwas fosforowy metodą mokrą ekstrakcyjną z fosforytów i apatytów. Zaostrzane ciągle normy emisji spalin przemysłowych spowodowały, że instalacje odsiarczania spalin działają w niemal wszystkich elektrowniach lub elektrociepłowniach zawodowych opalanych węglem kamiennym lub węglem brunatnym. Natomiast w procesie produkcji kwasu fosforowego metodą mokrą ekstrakcyjną z fosforytów i apatytów powstają fosfogipsy. Nie znalazły one, jak dotąd, szerszego zastosowania gospodarczego i w Polsce nie są wykorzystywane.
Zasoby, wystarczalność
Złoża gipsu znajdują się głównie w Polsce południowej w województwie świętokrzyskim. Seria złożowa występuje w utworach mioceńskich na obrzeżeniu zapadliska przedkarpackiego. Drugie wystąpienie złóż gipsu i anhydrytu znajduje się w utworach permskich na obrzeżeniu niecki północnosudeckiej w województwie dolnośląskim. W Polsce środkowej (Kujawy) gipsy występują w czapach
Zasoby bilansowe 15 udokumentowanych w woj. dolnośląskim, podkarpackim, świętokrzyskim i wielkopolskim złóż gipsu i anhydrytu wynoszą 258 mln ton. W 2022 r. prowadzono eksploatację 4 z nich; ich zasoby bilansowe wynoszą 86 mln ton. Największe udokumentowane i eksploatowane złoże to Borków-Chwałowice z zasobami 38,1 mln ton.
Zasoby gipsu i anhydrytu w Polsce wg stanu na 31.12.2022 r.
Złoża udokumentowane | Złoża zagospodarowane | ||
Liczba złóż | Liczba złóż | ||
15 | 257,88 mln ton | 4 | 62,99 mln ton |
Więcej szczegółowych informacji o zasobach można znaleźć w Bilansie zasobów złóż kopalin w Polsce wg stanu na 31 XII 2022 r. wydanym przez Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy.
Mapy
Rozmieszczenie udokumentowanych złóż gipsu Polsce
Eksploatacja
Tradycje wydobycia i użytkowania gipsu na ziemiach polskich sięgają XI wieku. Praktycznie aż do połowy XX wieku był on pozyskiwany z reguły w niewielkich łomach i w dość prymitywny sposób wypalany. W drugiej połowie XX w. krajowy przemysł budowlanych materiałów wiążących został znacząco rozbudowany. Konsekwencją tego był szybki wzrost produkcji siarczanowych surowców wapniowych. Rozpoczęto eksploatację dużych złóż gipsów mioceńskich w zapadlisku przedkarpackim udokumentowanych koło Pińczowa i Buska Zdroju (tzw. gipsy nadnidziańskie). Te złoża do połowy lat 90. XX w. stanowiły podstawową bazę surowcową w Polsce. Surowcami o dużym znaczeniu były też anhydryty i gipsy występujące w złożach niecki północnosudeckiej.
Pojawienie się w połowie lat 90. systematycznie rosnących ilości gipsu syntetycznego z procesu odsiarczania spalin metodą mokrą wapienną zostało skorelowane z intensywnym rozwojem użytkowania siarczanowych surowców wapniowych w przemyśle materiałów wiążących, w szczególności dzięki rozwojowi produkcji płyt gipsowo-kartonowych. Dzięki temu w ostatnich kilkunastu latach już około 80% krajowej podaży i zużycia siarczanowych surowców wapniowych przypadało na gipsy syntetyczne, a w roku 2022 ich produkcja osiągnęła poziom 4 mln ton.
Eksploatacja złóż naturalnych kopalin siarczanowych w Polsce prowadzona jest metodami podziemną i odkrywkową.
Kopalnia podziemna - Nowy Ląd SA eksploatuje złoża Nowy Ląd i Nowy Ląd-Pole Radłówka w woj. dolnośląskim.
Istnieją dwie kopalnie odkrywkowe położone w woj. świętokrzyskim: kopalnia Leszcze (firmy Dolina Nidy sp. z o.o. w Gackach) oraz kopalnia Borków-Chwałowice (Rigips Polska Stawiany sp. z o.o. w Szarbkowie).
Przeróbka
Urobek pozyskiwany zarówno z kopalni odkrywkowej, jak i kopalni podziemnej, poddaje się kruszeniu, przesiewaniu, mieleniu, a następnie kalcynacji (prażeniu).
Gips w temperaturze około 128oC ulega częściowej dehydratacji (odwodnieniu) do półwodzianu CaSO4·0,5H2O, który zarobiony wodą szybko przekrystalizowuje ponownie w gips. Produkt wypalania w zmielonej postaci to gips budowlany. W procesie produkcji otrzymywane są różniące się właściwościami odmiany gipsu, z których najczęściej spotykany jest: gips budowlany (zwykły), gips szpachlowy (gips wolniej wiążący) i gips tynkarski.
W ostatnich latach gipsy otrzymywane z odsiarczania spalin metodą mokrą wapienną stały się równorzędnym substytutem gipsu naturalnego. Są one bowiem bardzo zbliżone do gipsu naturalnego pod względem składu chemicznego i właściwości fizykochemicznych. W procesie ich kalcynacji otrzymywane są gatunki gipsów budowlanych zbliżone do tych pozyskiwanych z gipsów naturalnych.
Zastosowanie
Gips (CaSO4•2H2O) jest jednym z podstawowych budowlanych materiałów wiążących. W stanie surowym jest stosowany jako dodatek regulujący czas wiązania cementu portlandzkiego.
Gips naturalny, podobnie jak i gips syntetyczny, poddawany jest procesowi kalcynacji (prażenia), w wyniku którego powstaje gips palony (tzw. gips półwodny). Stanowi on podstawowy składnik gipsowych zapraw budowlanych oraz gipsowych prefabrykatów budowlanych, spośród których największe znaczenie mają płyty gipsowo-kartonowe.
Znaczenie gospodarcze anhydrytu jest ograniczone i sprowadza się głównie do produkcji cementu portlandzkiego oraz posadzki samopoziomującej. W przeszłości anhydryt był też surowcem do produkcji kwasu siarkowego.
W Polsce jest silnie rozwinięty przemysł materiałów i wyrobów budowlanych wykorzystujących gips i anhydryt. Szacunkowa struktura zużycia gipsu i anhydrytu w Polsce jest następująca:
- produkcja gipsowych spoiw, tynków i gładzi szpachlowych – ok. 38% zużycia,
- produkcja płyt gipsowo-kartonowych – ok. 38%,
- produkcja cementu (dodatek do klinkieru cementowego jako regulator czasu wiązania; najczęściej stosowany jest kamień gipsowy surowy) – ok. 22%,
- pozostałe – gipsy specjalne, np. modelarskie, o podwyższonej białości; dodatek do podłoża w uprawie pieczarek i in. – łącznie ok. 2%.
Producentami surowców gipsowych w Polsce są:
- Dolina Nidy sp. z o.o. w Gackach,
- Rigips Polska Stawiany sp. z o.o. w Szarbkowie,
- Nowy Ląd SA w Niwnicach,
- PGE SA (elektrownie: Bełchatów, Opole, Turów i Dolna Odra),
- Tauron Wytwarzanie SA (elektrownie: Jaworzno III i Łaziska),
- ZE PAK SA (elektrownie: Pątnów I oraz Pątnów II),
- ENEA SA (elektrownie: Kozienice i Połaniec),
- ENERGA SA (elektrownia Ostrołęka),
- PGE Energia Ciepła SA (elektrownia Rybnik, elektrociepłownie: Gdańsk, Gdynia, Wrocław, Kraków),
- PGNiG Termika SA (elektrownia Siekierki),
- PKN ORLEN SA (elektrownia zakładowa).
Środowisko
Eksploatacja podziemna gipsów w Polsce prowadzona jest na stosunkowo małych głębokościach i nie powoduje zbyt dużych szkód w środowisku naturalnym. Główne skutki negatywne eksploatacji podziemnej złóż gipsu i anhydrytu to zaburzenie stosunków wodnych i powstawanie odpadów wydobywczych, które deponowane są na składowiskach.
Natomiast eksploatacja odkrywkowa wpływa przede wszystkim na przekształcenia terenu z uwagi na duże powierzchnie i głębokości powstających wyrobisk. Ponadto zaburza stosunki wodne wokół kopalni. Powoduje również emisje uciążliwego hałasu oraz pyłów i gazów do atmosfery.
Stosowane w górnictwie gipsu i anhydrytu procesy technologiczne przyczyniają się do powstawania stosunkowo niewielkiej ilości odpadów, które są składowane. Procesy mielenia, kruszenia, załadunku i transportu wiążą się z emisją do atmosfery pyłów oraz gazów. Ponadto proces kalcynacji gipsu prowadzi do powstawania emisji gazów do atmosfery.
Najczęściej rekultywacja wyrobisk odkrywkowych po eksploatacji gipsu prowadzona jest w kierunku leśnym oraz rekreacyjnym i/lub leśnym.
Materiały źródłowe
- Galos K., Lewicka E. (red.), 2023 - Gospodarka surowcami mineralnymi w Polsce w latach 2013-2022. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków
- Galos K., Szlugaj J., Burkowicz A., 2016 - Źródła sorbentów wapiennych do odsiarczania spalin w Polsce w kontekście potrzeb krajowej energetyki. Polityka Energetyczna 19(2). Wyd. IGSMiE PAN, Kraków
- Gawlicki M., Galos K., Szlugaj J., 2009 - Mineralne surowce odpadowe z elektrowni, elektrociepłowni i ciepłowni. [W:] Ney R. (red). Surowce mineralne Polski. Surowce skalne. Mineralne surowce odpadowe. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków
- Szuflicki M., Malon A., Tymiński M. (red.), 2023 - Bilans zasobów złóż kopalin w Polsce wg stanu na 31 XII 2022 r. Wyd. PIG-PIB, Warszawa
- Szlugaj J., Naworyta W., 2015 - Analiza zmian podaży gipsu w Polsce w świetle rozwoju odsiarczania spalin w elektrowniach konwencjonalnych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 31(2). Wyd. IGSMiE PAN, Kraków
- Szlugaj J., Wyszomirski P., Galos K., 2012 – Innowacyjne technologie produkcji siarczanowych surowców wapniowych. [W:] E. Lewicka (red.). Innowacyjne technologie pozyskiwania najważniejszych surowców ceramicznych i szklarskich. Studia, Rozprawy, Monografie 177. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków
- Szlugaj J., Galos K., 2006 – Źródła i użytkowanie gipsów syntetycznych z odsiarczania spalin w Polsce. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 22(1). Wyd. IGSMiE PAN, Kraków
- Szlugaj J., Wyszomirski P., 2006 – Pozyskiwanie wapniowych surowców siarczanowych. [W:] Surowce mineralne Polski. Surowce skalne. Surowce siarczanowe. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków