Siarka

Siarka jest surowcem użytkowanym przez człowieka od najdawniejszych lat, ze względu na swe właściwości palne.

Z pewnością siarka była znana i wykorzystywana już w kolebce cywilizacji nad Eufratem i Tygrysem. Prawdziwym kamieniem milowym w jej użytkowaniu było wynalezienie prochu strzelniczego (Chiny, XII w.). Pierwsza kopalnia siarki w Polsce działała w latach 1415-1884 w Swoszowicach k. Krakowa (obecnie w granicach administracyjnych miasta). W tym czasie była to największa kopalnia siarki w Europie środkowej. Obecnie uzdrowisko Kraków Swoszowice to jedyne w Polsce i jedno z niewielu w Europie, działające na obszarze dużej aglomeracji miejskiej.

Siarka może powstawać wskutek procesów egzogenicznych (wietrzenie termogeniczne, biochemiczne) lub endogenicznych (plutoniczno-hydrotermalne, wulkaniczne). Wulkanom drzemiącym lub wygasłym towarzyszą niekiedy tzw. solfatary - ekshalacje wulkaniczne, składające się głównie z przegrzanej pary wodnej, dwutlenku węgla i siarkowodoru, z którego wytrąca się nieraz duża ilość siarki. Solfatara to także miejsce, z którego wydobywają się te ekshalacje. Słynny krater o nazwie Solfatara leży w nadmorskiej dzielnicy Neapolu.

Zasoby, wystarczalność

Udokumentowane zasoby siarki rodzimej w Polsce związane są z mioceńską serią osadów chemicznych - skałami siarkonośnymi jest kompleks skał wapiennych i wapienno-marglistych.

W Polsce jest 15 udokumentowanych złóż siarki elementarnej, których zasoby bilansowe wynoszą 500,1 mln ton.  Spośród nich zagospodarowane są 2 złoża o łącznych zasobach bilansowych aż 20,6 mln ton. Zasoby przemysłowe złóż zagospodarowanych wynoszą już tylko 15 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. Siarkę odzyskuje się w Polsce także w procesie oczyszczania gazu ziemnego i ropy naftowej.

Zasoby siarki w Polsce wg stanu na 31.12.2022 r.

Złoża udokumentowane Złoża zagospodarowane
Liczba złóż Zasoby bilansowe Liczba złóż Zasoby przemysłowe
15 500,1 mln ton 2 20,6 mln ton

Złoża zlokalizowane są w zapadlisku przedkarpackim, w trzech rejonach: staszowskim, tarnobrzeskim i lubaczowskim. Złoża te mają genezę biochemiczną co oznacza, że powstały na skutek przemiany gipsów w wapienie siarkonośne (miocen) przy udziale gazu ziemnego i bakterii. Złoża siarki mogą występować w formie regularnych pokładów lub soczewek. Obszar złożowy Piaseczno-Machów-Jeziórko-Jamnica ciągnie się równoleżnikowo pasem o długości 35 km i szerokości 1-6 km. Lekko zapada z zachodu na wschód, co oznacza, że głębokość występowania zwiększa się z ok. 15 m do 280 m. Zasoby określono na 580 mln ton siarki.

Mapy

'

Rozmieszczenie udokumentowanych złóż siarki w Polsce

'

Obszar złożowy Piaseczno-Machów-Jeziórko-Jamnica

Eksploatację złóż siarki rodzimej metodą odkrywkową w rejonie tarnobrzeskim rozpoczęto w wyrobisku Piaseczno w 1958 r. i prowadzono do 1971 r., natomiast w wyrobisku Machów w latach 1970-1992. Pod koniec lat 80. Polska zajmowała trzecie miejsce na świecie w wydobyciu siarki. Górnictwo siarkowe stanowiło ważną dochodową gałąź gospodarki kraju. Przedsiębiorstwo Siarkopol rozpoczęło działalność w 1954 roku, a już w latach siedemdziesiątych weszło do grona największych producentów i eksporterów siarki rodzimej na świecie oraz stało się znaczącym producentem nawozów mineralnych i różnorodnych chemikaliów.

 

Eksploatacja

Wydobycie siarki rodzimej na terenach obecnej Polski ma długą, sięgającą XV wieku tradycję. Jej kopalnie znajdowały się na Górnym Śląsku, w okolicach Krakowa oraz w województwie świętokrzyskim. Złoża w Swoszowicach (obecnie w granicach administracyjnych Krakowa), eksploatowane do 1884 roku, należały do największych znanych w tym czasie w Europie.

Eksploatacja w Swoszowicach k. Krakowa odbywała się w licznych podziemnych kopalniach, jeszcze w XVIII w. stwierdzono ślady około 1000 szybów i 600 zwałowisk odpadów pogórniczych. Siarka była także eksploatowana na mniejszą skalę w Górach Świętokrzyskich i na Śląsku.

W roku 2023 minęłoo 70 lat od okrycia bogatych złóż siarki rodzimej w Polsce. Odkrycie to, dokonane przez zespół prof. Stanisława Pawłowskiego, zapocząkował dynamiczny rozwój górnictwa i przetwórstwa siarki w rejonie Tarnobrzega i Staszowa.

W 1956 r. uruchomiono kopalnię Piaseczno, która wydobywała siarkę do 1971 r. W roku 1992 zaprzestała eksploatacji odkrywkowa Kopalnia Siarki Machów. Z uwagi na głębokość występowania pozostałych złóż w 1967 roku uruchomiono też zakłady górnicze, w których zastosowano metodę eksploatacji otworowej. Nowa metoda wydobycia siarki zwana jest metodą podziemnego wytopu lub od nazwiska wynalazcy - metodą Frascha. Pierwsza rozpoczęła wydobycie kopalnia Grzybów, następnie otwierano kopalnie Jeziórko, Machów II, Basznia, Osiek i Basznia II.Obecnie złoża siarki rodzimej są eksploatowane w kopalniach otworowych.

Kres wielkoskalowego wydobycia siarki przyniosło pojawienie się dużo tańszego surowca pozyskiwanego z odsiarczania ropy naftowej i gazu ziemnego. Doprowadziło to, wraz ze wzrostem cen energii na rynku światowym, do ograniczenia rozwoju górnictwa siarki w Polsce w latach 90-tych XX w.

Eksploatacja w kopalni otworowej polega na wytapianiu siarki przy wykorzystaniu otworów wiertniczych wykonanych z powierzchni terenu. Otworami tłoczona jest gorąca woda (o temperaturze 165°C), która rozpuszcza siarkę, która w postaci płynnej jest wydobywana na powierzchnię. Otwory eksploatacyjne zazwyczaj rozmieszczone są w regularnej siatce trójkątów równobocznych 45 × 45 m lub równoramiennych 45 × 60 m. Są one połączone z siecią rurociągów technologicznych. Podwójne orurowanie otworu eksploatacyjnego pozwala na wprowadzenie do otworu wody technologicznej i sprężonego powietrza oraz na transport płynnej siarki ze złoża na powierzchnię. Technologia podziemnego wytapiania siarki według założeń metody Frascha wykorzystuje niską temperaturę topnienia siarki, nierozpuszczalność siarki w wodzie, niemieszanie się z wodą, a także jej gęstość prawie dwukrotnie większą od wody. W wyniku tego procesu otrzymywana jest siarka o bardzo wysokim stopniu czystości.

Eksploatacja otworowa aktualnie sięga w Polsce do głębokości 220 m. Prowadzona jest w dwóch czynnych kopalniach: Osiek (od 1993 r.) w rejonie tarnobrzeskim i Basznia II (od 2019 r) w rejonie lubaczowskim. Są to obecnie jedyne na świecie otworowe kopalnie siarki rodzimej na świecie.

Dodatkowym, znaczącym źródłem siarki jest odsiarczanie importowanej ropy naftowej w polskich rafineriach.

Główni producenci siarki elementarnej i odzyskiwanej:

  • Grupa Azoty Kopalnie i Zakłady Chemiczne Siarki Siarkopol SA (kopalnia siarki Osiek),
  • ORLEN SA (rafineria w Płocku, rafineria w Gdańsku),
  • PGNiG Grupa ORLEN SA,
  • Polska Siarka sp. z o.o. (kopalnia Basznia II).

 

Przeróbka

Siarka do zakładu dociera w postaci płynnej. W zależności od kierunku zagospodarowania jest schładzana, filtrowana, a następnie granulowana.

Zakłady Chemiczne Siarkopol SA w Grzybowie oraz Polska Siarka produkują siarkę granulowaną oraz płynną o bardzo wysokiej czystości (99,98% S). Warto podkreślić, że siarka w formie granulowanej ma bardzo niską wilgotność, co powoduje, że łatwo ją transportować. Siarka płynna natomiast jest surowcem do produkcji kwasu siarkowego. 

Siarka do zakładu dociera w postaci płynnej. W zależności od kierunku zagospodarowania jest schładzana, filtrowana, a następnie granulowana. Siarkę granulowaną otrzymuje się najczęściej w wieżach granulacyjnych, w których u szczytu zainstalowane jest urządzenie rozpryskujące siarkę płynną w formie kropelek 1–2 mm. Kropelki te w przeciwprądzie chłodnego powietrza zestalają się w locie i spadają na dno wieży jako granulki. Z dna wieży transporter taśmowy odprowadza produkt do zbiorników magazynowo-załadunkowych. W fabrykach kwasu siarkowego następuje spalanie siarki, następnie chłodzenie i utlenianie.

W zakładach odsiarczania ropy naftowej i gazu ziemnego wykorzystuje się proces Clausa. Polega on na usuwaniu z paliwa siarkowodoru za pomocą specjalnych palników, które wymuszają półspalenie w reaktorze, a następnie gaz chłodzi się w skraplaczu, co wywołuje skraplanie par siarki.

Zastosowanie

Wydobycie siarki o dużej czystości pozwala na wykorzystanie jej w wielu różnych gałęziach przemysłu. Poza rolnictwem, w przypadku którego na siarce oparta jest produkcja nawozów, surowiec ten jest potrzebny przy produkcji opon, włókien sztucznych i kosmetyków, a także w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym.

Siarkę wykorzystuje się do produkcji kwasu siarkowego, a także nawozów siarkowych i fosforowych dla rolnictwa, zapałek, sztucznych ogni, prochu czy barwników. Jest składnikiem wielu środków ochrony roślin. Największa ilość siarki trafia w Polsce do produkcji kwasu siarkowego (około 90%). Stanowi ona ważny składnik do produkcji sztucznego kauczuku. Dodatkowo znajduje zastosowanie w przemyśle gumowym, medycynie i kosmetyce (łącznie około 10%). W lecznictwie uzdrowiskowym niezwykle popularne są kąpiele siarczkowe.

Bez siarki nie byłoby dzisiaj opon - jest ona stosowana w procesie wulkanizacji. Wykorzystując zjawisko tworzenia się tzw. mostków disiarczkowych pomiędzy poszczególnymi cząsteczkami polimeru, Ch. Goodyear opracował technologię otrzymywania gumy w 1839 roku.

Środowisko

Negatywne oddziaływanie kopalń otworowych siarki na środowisko jest wielokierunkowe i bardzo trudne do prognozowania, a także charakterystyczne dla każdej z kopalń. Zminimalizowanie tego wpływu jest jednak możliwe i konieczne. Aktualnie cały proces uzyskiwania siarki rodzimej opiera się na nowoczesnym i energooszczędnym procesie uzdatniania, podgrzewania i przygotowania wody technologicznej oraz zamkniętym obiegu wód złożowych.

W Polsce początki wydobycia siarki na dużą skalę sięgają lat 60. XX wieku i dotyczą obszaru staszowskiego i tarnobrzeskiego. Początkowo eksploatację prowadzono odkrywkowo. Przeróbka wapieni siarkonośnych i rafinacja siarki generowała znaczne ilości uciążliwych dla środowiska odpadów. Przemysł siarkowy prężnie się rozwijał ze względu na znaczny popyt na siarkę na świecie. Polska należała do najważniejszych producentów. Aby sprostać zamówieniom i zwiększyć produkcję w latach 80. uruchomiono także kopalnie otworowe. Na początku lat 90. na świecie zaczęto oczyszczać z siarki ropę naftową i gaz ziemny. Głównym celem było zmniejszanie emisji tlenków siarki przy spalaniu tych paliw. Efektem ubocznym była produkcja kwasu siarkowego. Szybko okazało się, że kwas siarkowy z oczyszczania paliw kopalnych jest tani i może zastąpić drogą siarkę pierwotną wydobywaną w Polsce. Nastąpiło gwałtowne zahamowanie produkcji, kopalnie odkrywkowe należało zamknąć, a produkcję znacznie ograniczyć. Skutki środowiskowe okazały się długotrwałe, trudne do usunięcia i kosztowne. Wydobycie odkrywkowe spowodowało znaczne zmiany powierzchni terenu (wyrobiska, zwałowiska nadkładu i odpadów), zmiany poziomów wodonośnych i zanieczyszczenie wód podziemnych oraz zanieczyszczenie gleb. Do tego dochodziła w trakcie eksploatacji emisja pyłów i gazów do atmosfery. 

Proces rekultywacji kopalń odkrywkowych był ogromnym wyzwaniem. W miejscu wyrobiska poeksploatacyjnego Machów zlokalizowanego nad Wisłą utworzony został zbiornik wodny o charakterze rekreacyjnym (Jezioro Tarnobrzeskie) mający powierzchnię 500 ha i głębokość 42 m. Woda w zbiorniku jest I klasy czystości. Dla utrzymania tego efektu, co roku jej część jesienią jest spuszczana do Wisły, a wiosną zastępuje się ją czystą wodą. Wymianie podlega około 5 milionów m3 wody!

Na terenie Odkrywkowej Kopalni Siarki Piaseczno prowadzona jest rekultywacja wyrobiska poeksploatacyjnego w kierunku wodno-leśnym na obszarze ok. 169 ha.

Otworowa eksploatacja siarki była prowadzona w kopalniach Grzybów, Jeziórko, Machów II i Basznia. Otwory sięgały na głębokość 230-280 m. Na skutek rozwoju pustek po wytopieniu siarki z czasem pojawiły się znaczne szkody na powierzchni terenu. Doszło do rozwoju niecek zapadliskowych, wyrzutu na powierzchnię zasiarczonych, gorących wód i skażenia gleby. Otwarty system użytkowania wód technologicznych stanowił zagrożenie dla jakości wód powierzchniowych. Emisja siarkowodoru z procesu wydobywczego była poważnym czynnikiem oddziaływującym na atmosferę. 

Zaostrzające się rygory prawne dotyczące warunków korzystania ze środowiska spowodowały jednak znaczący postęp technologiczny w otworowej eksploatacji siarki. W szczególności:

  • ograniczenie czy wręcz eliminację zrzutu zanieczyszczonych wód złożowych do cieków powierzchniowych,
  • ograniczenie emisji siarkowodoru i pyłów siarki do powietrza atmosferycznego;
  • eliminację zjawisk erupcyjnych.

Zakończenie eksplotacji otworowej w dawnych koplaniach wymagało przeprowadzenia rekultywacji terenów pogórniczych. W przypadku kopalni Jeziórko rekultywacja terenów poeksploatacyjnych o powierzchni ok. 1300 ha przeprowadzona została w kierunku wodno-leśno-łąkowym.

Warto wiedzieć, że w Tarnobrzegu funkcjonuje Muzeum Polskiego Przemysłu Siarkowego. Muzeum gromadzi geologiczne okazy siarki rodzimej, dokumentacje techniczne, fragmenty maszyn i urządzeń pracujących niegdyś w głębinowych, odkrywkowych i otworowych kopalniach siarki, pamiątki, mundury górnicze, fotografie archiwalne oraz dokumentuje historię wydobycia i przetwórstwa siarki, zarówno w dawnych polskich ośrodkach wydobywania siarki, jak i w Tarnobrzeskim Zagłębiu Siarkowym.

W Swoszowicach - miejscu w którym działała pierwsza kopalnia siarki w Polsce, uruchomiono Szlak Górnictwa Siarkowego. Trasa usytuowana jest wzdłuż najważniejszych historycznych miejsc związanych z górnictwem i hutnictwem siarki w tej miejscowości. 

Materiały źródłowe

Dla ciekawych wiedzy o siarce
  1. Bolewski A. (red.), 1986 - Surowce mineralne świata. Siarka - S. Wyd. Geol., Warszawa.
  2. Galos K., Lewicka E. (red.), 2023 - Gospodarka surowcami mineralnymi w Polsce w latach 2013-2022.  Wyd. IGSMiE PAN, Kraków
  3. Nieć M., Sermet E., 2023 - Odkrycie, badania, eksploatacja i przysz³oœæ z³ó¿ siarki w Polsce. Przegląd Geologiczny, vol. 71, nr 12
  4. Sermet E., Górecki J., 2020 - Od "dołka machowkskiego" do Jezioro Tarnobrzeskiego czyli zagospodarowanie terenu pogórniczego odkrywkowej kopalni siarki w Machowie. Hereditas Minariorum, 6, 2020, 51−55
  5. 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.
  6. Ślizowski K., Nieć M., Lankof L. (red.), 2000 - Surowce chemiczne. Siarka. [W]: Ney R. (red.). Surowce mineralne Polski. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków.
  7. http://ksmachow.pl/
Slide 1 Content

Polityka Plików Cookies - dowiedz się więcej... [Akceptuję]