Wstępna ocena możliwości pozyskiwania pierwiastków wartościowych z wód kopalnianych oraz wód termalnych i leczniczych w Polsce

Razowska-Jaworek, Lidia; Pasternak, Marcin; Karpiński, Marcin; Będkowski, Zbigniew; Kaczorowski, Zbigniew; Wysocka, Irena; Drzewicz, Przemysław

doi:10.7306/2022.13

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wstępna ocena możliwości pozyskiwania pierwiastków wartościowych z wód kopalnianych oraz wód termalnych i leczniczych w Polsce

Autorzy

Razowska-Jaworek Lidia , Pasternak Marcin , Karpiński Marcin , Będkowski Zbigniew , Kaczorowski Zbigniew , Wysocka Irena , Drzewicz Przemysław

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Razowska_L_Wstepna_PG_Vol. 70_nr 6_2022.pdf

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.7306/2022.13

Warianty tytułu

Preliminary assessment of possibility of recovering valuable minerals from mine, thermal and therapeutic waters in Poland

Języki publikacji

Abstrakty

Chemical components in groundwater from mine drainage or used in geothermal installations are a potential source of valuable minerals. At the Polish Geological Institute - National Research Institute, a study was carried out to identify the content of elements in mine waters, wells exploiting natural gas and oil as well as geothermal and therapeutic waters in Poland. The aim of the research was to recognize the concentration of potentially useful minerals in groundwater and the possibility of their recovery. It was the first project that focused on the recovery of elements from groundwater on a national scale in Poland. For this purpose, 67 sites were selected, in which 75 water samples were taken and the content of65 chemical components was determined. Then, the amount of minerals that could be recovered from mine waters and geothermal brines was calculated based on the amount of water pumped in each facility. The calculations involved the approximate efficiency and working time of the recovery installation. As a result of this research, it was found that the mine waters and geothermal brines in Poland contain resources of valuable elements in very different amounts. In more than half of the examined sites, the estimated resources of minerals are present in amounts that are not prospective. However, in 29 sites, mine waters and geothermal brines contain elevated concentrations of several elements, including - B, Br, I, K, Li, Mg and Mn. If they were successfully recovered, they could represent a potential additional income for the mining and geothermal industries. Dębieńsko Desalination Plant of mine waters in Upper Silesia is the most promising potential source of recovery of minerals from mine waters, where the total resources of minerals to be recovered from concentrated brine have been estimated as the highest. Rudna Copper Mine in Lower Silesia is in second place, with one of the highest resources and the largest amount of minerals to be recovered from groundwater. Other sites are: the SOLINO Salt Mine, “Olza” mine water collector, mine waters pumped from abandoned coal mines in the Upper Silesia (in Zabrze, Siemianowice Śląskie, Czeladź, Gliwice), and plants producing geothermal energy in Stargard, Pyrzyce and Bańska. Total amount of mineral resources that can be recovered from waters pumped from the most promising sites is over72 000 tonnes annually. Taking into account both the ecological aspect and the potential economic benefits of recovering minerals from mine waters and geothermal brines, it is necessary to continue the studies on the recovery of minerals from highly mineralized waters in Poland.

Słowa kluczowe

wody gruntowe wody kopalniane pierwiastki chemiczne odzyskiwanie minerałów z wód drenaż kopalni

groundwaters mine waters chemical elements recovery of minerals from waters mine drainage

Wydawca

Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy

Czasopismo

Przegląd Geologiczny

Rocznik

2022

Tom

Vol. 70, nr 6

Strony

435--448

Opis fizyczny

Bibliogr. 48 poz., map., tab., wykr.

Twórcy

autor

Razowska-Jaworek Lidia

lidia.razowska-jaworek@pgi.gov.pl

Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, Oddział Górnośląski, ul. Królowej Jadwigi 1, 41-200 Sosnowiec

autor

Pasternak Marcin

Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, Oddział Górnośląski, ul. Królowej Jadwigi 1, 41-200 Sosnowiec

autor

Karpiński Marcin

Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, Oddział Górnośląski, ul. Królowej Jadwigi 1, 41-200 Sosnowiec

autor

Będkowski Zbigniew

Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, Oddział Górnośląski, ul. Królowej Jadwigi 1, 41-200 Sosnowiec

autor

Kaczorowski Zbigniew

Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, Oddział Górnośląski, ul. Królowej Jadwigi 1, 41-200 Sosnowiec

autor

Wysocka Irena

Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, ul. Rakowiecka 4, 00-750 Warszawa

autor

Drzewicz Przemysław

Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, ul. Rakowiecka 4, 00-750 Warszawa

Bibliografia

1. BAILEYM.T. 2016 - Recovering resources from abandoned metal mine waters: An assessment of the potential options at passive treatment systems. Uniwersytet Newcastle. https://theses.ncl.ac.uk/jspui/bitstream/10443/3433/1/Bailey%2C%20M%202016.pdf
2. BOJARSKI L. 1978 - Solanki paleozoiku i mezozoiku w syneklizie perybałtyckiej. Prace Inst. Geol., 88.
3. BOJARSKI L., SOKOŁOWSKI A. 1995 - Charakterystyka hydrodynamiczna i hydrochemiczna poziomów zbiornikowych czerwonego spągowca łącznie z wapieniem cechsztyńskim w aspekcie występowania złóż gazu ziemnego na obszarze Niżu Polskiego. Nr CDBG 86457.
4. BOURCIER W., BRUTON C., ROBERTS S., VIANI B., SCOTT S., MARTIN S. 2009 - Pilot-scale geothermal silica recovery at Mammoth Lakes. Public interest Energy Research (PIER). Program Final Project Report, Lawrence Livermore National Laboratory, p. 94.
5. BOWELL R., SMITH K.S., PLUMLEE G.S., HAGEMAN P.L., KLEINMANN R. 2016 - Metal recovery from Mine waters: Feasibility nad Options - An Example Assessment from the Colorado Mineral Belt, USA. Proceeding IMWA. Freiberg. Niemcy.
6. BUNDSCHUH J., TOMASZEWSKAB. (red.)2017 - Geothermal water management. CRC Press, 402.
7. CHANDIJM., GARLICKI A., GRABSKI W., SZYBISTA. 1988 - Charakterystyka przemysłu solnego w Polsce i jego możliwości produkcyjne. Wydaw. AGH, Kraków.
8. CHUDY K., WORSA-KOZAK M. 2017 - Pierwiastki użyteczne w solankach dopływających do wyrobisk kopalń rud miedzi na monoklinie przedsudeckiej. Biul. Państw. Inst. Geol., 469: 93-104.
9. DOWGIAŁŁO J. 2007 - Obszary perspektywiczne dla ujmowania wód przydatnych w lecznictwie i ciepłownictwie oraz mogących stanowić źródło surowców chemicznych. [W:] Paczyński B., Sadurski A. (red.), Hydrogeologia regionalna Polski, t. II: Wody mineralne, lecznicze i termalne oraz kopalniane Państw. Inst. Geol., Warszawa: 97-102.
10. DOWGIAŁŁO J., KLAECZKOWSKI A.S., MACIOSZCZYK T., RÓŻKOWSKI A. 2002 – Słownik hydrogeologiczy. Państw. Inst. Geol., Warszawa.
11. DUGAMIN EJM, RICHARD A., CATHELINEAU M., BOIRON M.C., DESPINOIS F., BRISSETA. 2021 – Groundwater in sedimentary basins as potential lithium resource: a global prospective study. Scientific report 11, 21091; https://doi.org/10.1038/s41598-021-99912-7
12. FARLEYE.P., WATSON E.L., MACDONALD D.D., BARTLETT R.W., KRISHNAN G.N. 1980 - Recovery of heavy metals from high salinity geothermal brine. SRI International, open file report, U.S. Bureau of Mines, Reno, Nevada.
13. GALLUP D.L. 1998 - Geochemistry of geothermal fluids and well scales, and potential for mineral recovery. Ore Geol. Rev., 12 (4): 225-236.
14. HARRISON S. 2014 - Technologies for extracting valuable metals and compounds from geothermal fluids. Final report for Department of Energy Geothermal Technologies Program. Grant DE-EE0002790. Pleasanton CA.
15. HERMASSI M., GRANADOS M., VALDERRAMA C., AYORA C., CORTINAJ.L. 2022 – Recovery of rare earth elements from acidic mine waters: An unknown secondary resource. Sci. Total Environ., 810. 152258. http://geoportal.pgi.gov.pl/surowce/export_import
16. http://pl.wikipedia.org/
17. https://www.pgi.gov.pl/oferta-inst/analityka-chemiczna.html
18. https://geolog.pgi.gov.pl/#name=kob30dg043
19. https://www.medianauka.pl/fizyka-portal
20. IGLIŃSKI B., BUCZKOWSKI R., KUJAWSKI W., CICHOSZ M., PIECHOTAG. 2012 - Geoenergy in Poland, Renewable and Sustainable. Energy Rev., 16: 2545-2557.
21. JABŁOŃSKA M., CIEPLIŃSKA A., SZYMANEK A., OCHODEK T. 2010 - Use of geothermal energy to produce clean energy in the Stirling engine. Chem. Process Eng., 31: 905-917.
22. KACZMARCZYK M., TOMASZEWSKA B., BUJAKOWSKI W. 2022 - Innovative desalination of geothermal wastewater supported by electricity generated from low-enthalpy geothermal resources. Desalination, 524, 115450.
23. KHALIL A., MOHAMMED S., HASHAIKEH R., HILAL N. 2022 - Lithium recovery from brine: Recent developments and challenges. Desalination, 528. 115611. https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.115611
24. KUCZYŃSKA A., KOWALCZYK A., PALAK-MAZUR D., RAZOWSKA-JAWOREK L., MIKOŁAJCZYK A., WOŹNICKA M., CABALSKA J., ROJEK A., PISKOREK K. 2019 - Opracowanie dotyczące kryteriów oceny stanu chemicznego jednolitych części wód podziemnych. GIOS, Warszawa.
25. MACIOSZCZYK A., DOBRZYŃSKI D. 2002 - Hydrogeochemia strefy aktywnej wymiany wód podziemnych. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.
26. MAIMONI A. 1982 – Minerals recovery from Salton Sea geothermal brines: a literature review and proposed cementation process. Geothermics, 11: 239-258.
27. MERTINEIT M., SCHRAMM M. 20 19 - Lithium Occurrences in Brines from Two German Salt Deposits (Upper Permian) and First Results of Leaching Experiments. Minerals 9 (12): 766. https://doi.org/10.3390/- min9120766
28. MUDD M. 2000 - Acid In Situ Leach Uranium Mining: 1 USA and Australia (PDF). Tailings & Mine Waste '00. Fort Collins, CO, USA. Archived from the original (PDF) on 2009.
29. NEUPANEG.,WENDTD.S. 2017a - Assessmentof Mineral Resources in Geothermal Brines in the US. Proceedings of 42nd Workshop on Geothermal Reservoir Engineering. Stanford University. California. SGP-TR-212.
30. NEUPANE G., WENDT D.S. 2017b - Potential economic values of minerals in brines of identified hydrothermal systems in the US. GRC Annual Meeting; https://www.osti.gov/servlets/purl/1402042
31. NOBAHAR A., MELKA A.B., PUSTA A., LOURENÇO J.P., CARLIER J.D., COSTAM.C. 2022 – A new application of solvent extraction to separate copper from extreme acid mine drainage producing solutions for electrochemical and biological recovery processes. Mine Water Environ., https://doi.org/10.1007/s10230-022-00865-8
32. NORDSTROMD.K., BOWELLR.J.,CAMPBELLK.M., ALPERSC.N. 2017 - Challenges In Recovering Resources From Acid Mine Drainage. [W:] Wolkersdorfer C., SartzL., Sillanpää M., Häkkinen A. : Mine Water & Circular Economy (Vol II): 1138-1146.
33. PAJĄK L., BUJAKOWSKI W. 20 13 - Energia geotermalna w systemach binarnych. Prz. Geol., 61: 699-705.
34. PLUTA I. 2005 - Wody kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego - geneza, zanieczyszczenia i metody oczyszczania. Pr. Nauk. GIG 865: 169.
35. PAŁYS J. 1969 - Możliwość praktycznego wykorzystania mikropierwiastków rozpoznanych w wodach kopalnianych Górnego Śląska. Prz. Górn., 6: 304-308.
36. PŁOCHNIEWSKI Z., WAŻNY H. 1971 - Wody magnezowe Polski na tle geochemii magnezu. Kwart. Geol., 15 (1): 209-227.
37. RAZOWSKA L. 2000 - Zmiany hydrogeochemiczne w rejonie częstochowskim spowodowane zatopieniem kopalń rud żelaza. Biul. Państw. Inst. Geol., 390: 35-96.
38. RAZOWSKA-JAWOREK L., PASTERNAK M., KARPIŃSKI M., BĘDKOWSKI Z., KACZOROWSKI Z., WYSOCKAI., DRZEWICZ P., SOKOŁOWSKI K., KONIECZYŃSKA M. 2020 – Wstępna ocena możliwości pozyskiwania metali i pierwiastków z wód podziemnych. Raport końcowy realizacji zadania w ramach „Wsparcia działań Głównego Geologa Kraju w zakresie prowadzenia Polityki Surowcowej Państwa”. Narod. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa.
39. SHARKH B.A., AL-AMOUDI A.A., FAROOQUE M. I IN. 2022 - Seawater desalination concentrate-a new frontier for sustainable mining of valuable minerals. Clean Water 5 (9);https://doi.org/10.1038/s41545- 022-00153-6
40. SZUFLICKI M., MALON A., TYMIŃSKI M. (red.) 2019 - Bilans zasobów złóż kopalin w Polsce wg stanu na 31 XII 2018 r. Państw. Inst. Geol., Warszawa.
41. TOMASZEWSKA B. 2011 - Utylizacja wód termalnych, korozja i ska- ling. Wstępne wyniki realizacji projektu badawczo-rozwojowego. Technika Poszukiwań Geologicznych Geotermia, Zrównoważony Rozwój, 1-2: 403-412.
42. TOMASZEWSKA B., TYSZER M., BODZEK M., BUJAKOWSKI W. 2016 - Wstępne wyniki badań w kierunku uzyskania koncentratu na bazie wybranych wód zmineralizowanych. Technika Poszukiwań Geologicznych Geotermia, Zrównoważony Rozwój, 2: 169-1784.
43. TOMASZEWSKA B., red. 2018 - Pozyskanie wód przeznaczonych do spożycia oraz cieczy i substancji balneologicznych w procesie uzdatniania wód geotermalnych. Wydaw. IGSMiE PAN.
44. ULIASZ-MISIAK B. 2016 - Wody towarzyszące złożom węglowodorów jako potencjalne źródło jodu, litu i strontu. Gosp. Sur. Min., 32 (2): 31-44.
45. ULIASZ-MISIAK B., WINID B. 2018 - Brines from the Mesozoic formations of nothern and central Poland as a prospective source of chemical raw materials. Gosp. Sur. Min. - Min. Res. Manag., 34 (2): 5-20.
46. WITCZAK S., KANIA J., KMIECIK E. 2013 - Katalog wybranych fizycznych i chemicznych wskaźników zanieczyszczeń wód podziemnych i metod ich oznaczania. Biblioteka Monitoringu Srodowiska. Warszawa.
47. www.zerobrine.eu
48. WYSOCKAI., KACZOR-KURZAWA D., POROWSKI A. 2022 - Development and validation of sea FAST-ICP-QMS method for determination of rare earth elements total concentrations in natural mineral waters. Food Chemistry, 388, 133008.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-3b70bb00-8397-425f-85b1-b9e522b5f77c