Mineralogical and petrographic study of copper deposits Kibutu and Kajuba quarry’s (Democratic Republic of Congo) and slags generated after smelting processes

• Autorzy: Wróbel M.

Warianty tytułu

PL

Studium mineralogiczno-petrograficzne złóż miedzi Kibutu i Kajuba (Demokratyczna Republika Konga) i odpadów powstających po ich przeróbce

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Democratic Republic of Congo (DRC) is the second largest country in Africa, located in its central part, in the Congo basin. The word “congo” means “hunter”, and comes from the Bakongo people. The capital of Congo is Kinshasa, situated in the north of the country, on the Congo River, with a population of more than 9 million people. Katanga, province in the southern part of the country, is most abundant in deposits, and the most important city is Lubumbashi, inhabited by 2 million people. The area covered by this research paper is located in this province, north and north-east of Lubumbashi. Studies conducted as part of this research paper were aimed at presenting comprehensive mineralogical and petrographic characteristics of copper deposits near Lubumbashi and slag produced in the process of raw materials recovery, as well as at analysing environmental aspects associated with, among others, extraction and refining of raw minerals. The paper was based on samples brought by Prof. Maciej Pawlikowski, PhD, Eng., collected during two visits to the Democratic Republic of Congo that took place in 2011. The doctoral dissertation was completed by verifying the following theses: A wide range of different minerals is present in the area of Lubumashi due to the complicated genesis and composition of copper deposits. Mineralogical, petrographic, and geochemical recognition of ore and rocks will make it possible to refine them in a more efficient way. Phase composition of slag after remelting copper ore is varied. Determination of the phase composition of slag will be the basis for determining the optimal storage process minimizing negative environmental impacts Mineralogical, petrographic, and geochemical recognition of slag will determine whether the content of copper remaining in waste is high enough to be recovered with profit. Mineralogical and geochemical studies will be the basis for the preparation of a simplified analysis of the state of the environment. Achieving these assumptions required carrying out field research to collect samples for further studies, as well as numerous analyses. The following have been accomplished: Mineralogical and petrographic characterises of ore and rocks from three excavations located in the area of Lubumbashi. In situ geochemical measurements, made with DELTA Mining and Geochemistry Handheld XRF analyzer. Mineralogical, petrographic, and geochemical characteristics of slag from the process of copper ore remelting. The phase composition of slag from the process of copper ore remelting was identified, Associated minerals of copper ore were identified. Basic environmental analysis was made on the basis of mineralogical and geochemical research results, and information on the state of the environment and its changes. Based on the analysis of literature, mineralogical and petrographic research of copper deposits in Kibutu, Kajuba, Renzo, and Lubumbashi area and slag generated in the process of their remelting, as well as the environmental analysis, we can draw the following conclusions: Deposits in Lubumbashi region consist of two parts. Subsurface deposits resulting from the oxidation of copper sulphides and reaction of by-products with carbonates - purely malachite deposits. Older deposits occur as dolomite sulphide mineralisation, with large variations of minerals: bornite, chalcopyrite, arsenopyrite, pyrite, and chalcocite. Copper ore from the subsurface (malachite) area can be remelted in furnaces, with the addition of haematite or magnetite. Copper present in the sulphide portion is not directly suitable for smelting process and should be enriched with flotation method, chemical method with acids, or other method. The copper content in the sulphide portion is up to 3%. Studies have shown that the covered deposits are small and are on the verge of profitability when it comes to extraction and processing. The phase composition of slag has been identified, the following have been distinguished: -glass -metal separation (copper, iron) -silicate phases -oxygen phases When analysing microscopic images, it was found that secondary formed crystallites, oxidized metals, and metallic ore residues are found in slag more often than glass. Glass in slag behaves differently, depending on the age of waste. Slag alloy is subject to cooling only in certain weather conditions, which are not conductive to rapid cooling in the region of Central Africa. The slower the cooling, the lower the amount of glass, but e.g. silicate phases are formed in larger amounts. Economically valuable elements, such as gold, silver, were not detected in the test samples. Debris containing metallic copper constitutes about 3% of the researched material, and it should be returned for remelting during the technological process. When applying additional technological processes, it seems possible to use copper slag for construction process (e.g. as a filler for concrete) and road construction (ballast used for paving roads). The following threats to the environment of the Democratic Republic of Congo have been identified: excessive deforestation, soil erosion, improperly stored mining and metallurgical waste, poaching, and water pollution.

PL

Demokratyczna Republika Konga (DRK) to drugie pod względem wielkości państwo Afryki, położone w jej środkowej części, w dorzeczu rzeki Kongo. Słowo ‘kongo’ oznacza ‘myśliwy’ i pochodzi od ludu Bakongo. Stolicą kraju jest Kinszasa, położona na północy kraju nad rzeką Kongo, posiadająca ponad 9 milionów mieszkańców. Regionem najbardziej zasobnym w złoża jest leżąca na południu kraju prowincja Katanga, gdzie najważniejszym miastem jest 2 milionowe Lubumbashi. Obszar objęty badaniami niniejszej pracy znajduje się w tej prowincji na północ i północny- wschód od miasta Lubumbashi. Badania, które zostały przeprowadzone w ramach niniejszej pracy miały na celu przedstawienie kompleksowej charakterystyki mineralogicznej i petrograficznej złóż miedziowych okolic Lubumbashi oraz żużli powstających w procesie odzyskiwania surowca, a także przeanalizowanie aspektów środowiskowych związanych m.in. z wydobyciem oraz przeróbką surowców. Praca została oparta na próbkach przywiezionych przez prof. dr hab. inż. Macieja Pawlikowskiego zebranych podczas dwóch wyjazdów do Demokratycznej Republiki Konga w roku 2011. Rozprawę doktorską zrealizowano poprzez weryfikację następujących tez: Skomplikowana geneza i budowa złóż miedzi okolic Lubumbashi predysponują występowanie w nich bogatej gamy zróżnicowanych minerałów. Rozpoznanie mineralogiczno - petrograficzne oraz geochemiczne rud oraz skał towarzyszących przyczyni się do umożliwienia poddania ich bardziej wydajnym procesom przeróbczym. Skład fazowy w żużlach po przetopie rudy miedziowej jest zróżnicowany. Określenie składu fazowego żużli będzie podstawą do określenia optymalnego procesu składowania zakładającego minimalizację negatywnego oddziaływania na środowisko. Rozpoznanie mineralogiczno – petrograficzne oraz geochemiczne żużli pozwoli stwierdzić czy zawartość miedzi pozostającej w odpadach jest na tyle wysoka, że opłacalne będzie jej odzyskiwanie. Badania mineralogiczne i geochemiczne będą podstawą sporządzenia uproszczonej analizy stanu środowiska. Realizacja tak postawionych założeń wymagała przeprowadzenia badań terenowych w celu pobrania próbek do dalszych badań, a następnie licznych prac analitycznych. Wykonano: Charakterystykę mineralogiczno - petrograficzną próbek rud oraz skał towarzyszących z trzech wyrobisk w okolicach Lubumbashi. Pomiary geochemiczne in situ przy pomocy przenośnego analizatora DELTA Mining and Geochemistry Handheld XRF. Charakterystykę mineralogiczno – petrograficzną i geochemiczną żużli z procesu przetopu rudy miedziowej. Określono skład fazowy żużli z procesu przetopu rudy miedziowej, Zidentyfikowano minerały towarzyszące rudom miedzi w wymienionych lokalizacjach. Wykonano podstawową analizę środowiskową w oparciu o wyniki badań mineralogicznych i geochemicznych oraz informacji o stanie środowiska i jego zmianach. Na podstawie przeprowadzonej analizy literatury, badań mineralogiczno- petrograficznych złóż miedziowych Kibutu, Kajuba i Renzo, okolic Lubumbashi oraz żużli powstających w procesie ich przetopu, a także sporządzenia analizy środowiskowej, można wyciągnąć następujące wnioski: Złoża rejonu Lubumbashi są dwudzielne. Przypowierzchniowe złoża powstały w wyniku utleniania siarczków miedzi i reakcji ich produktów utleniania z węglanami – jest to typ złoża czysto malachitowy. Złoża starszego wieku występują jako siarczkowe okruszcowanie dolomitu, posiadają duże zróżnicowanie minerałów kruszcowych: bornit, chalkopiryt, piryt, arsenopiryt oraz chalkozyn. Ruda miedzi ze strefy przypowierzchniowej (malachitowa) może być przetapiane tradycyjną metodą piecową z dodatkiem hematytu lub magnetytu. Miedź występująca w siarczkowej części złoża nie nadaje się bezpośrednio do procesu hutniczego i powinna być wzbogacana metodą flotacji, chemiczną z użyciem kwasów lub inną. Zawartość miedzi w strefie siarczkowej sięga 3%. Badania wykazały, że złoża objęte badaniami są małe i ekonomiczne znajdują się na granicy opłacalności wydobycia i przeróbki. Zidentyfikowano skład fazowy żużli , wyróżniono: -szkliwo -wytrącenia metali (miedź, żelazo) -fazy krzemianowe -fazy tlenowe - Analizując obrazy mikroskopowe stwierdzono, że w żużlach częściej niż szkliwo występują wtórne wykształcone krystality, utlenione metale oraz metaliczne pozostałości rudy. - Szkliwo w żużlach wykazuje zróżnicowany stopień zachowania, w zależności od wieku odpadów. - Stop żużlowy podlega chłodzeniu wyłącznie w warunkach atmosferycznych, które w rejonie Afryki Środkowej nie sprzyjają szybkiemu schładzaniu. Im wolniejsze jest chłodzenie tym mniejsza jest ilość szkliwa, natomiast w większej ilości powstają, np. fazy krzemianowe. - W badanych próbkach nie stwierdzono podwyższonych, istotnych pod względem ekonomicznym, ilości cenniejszych pierwiastków takich jak np. złoto, srebro. Niewielkie ilości srebra stwierdzono jedynie w pojedynczych żyłkach chalkozynowych. - Okruchy odpadów zawierających miedź metaliczną stanowią w badanym materiale około 3%, powinny być zawracane w procesie technologicznym do ponownego przetopu. Po zastosowaniu dodatkowych procesów technologicznych wydaje się możliwym wykorzystanie żużli pomiedziowych do celów budowlanych (np. jako wypełniacz do niektórych betonów) oraz drogownictwa (podsypki do utwardzania dróg). - Zidentyfikowano największe zagrożenia dla środowiska naturalnego DRK, którymi są: nadmierne wylesiane, erozja gleb, niepoprawnie składowane odpady górnicze i hutnicze, kłusownictwo oraz zanieczyszczenia wód.

Słowa kluczowe

EN

copper deposits; Democratic Republic of Congo; copper slags

PL

złoża miedzi; odpady miedzionośne; Demokratyczna Republika Konga

• Wydawca: nakł. Maciej Pawlikowski
• Czasopismo: Auxiliary Sciences in Archaeology, Preservation of Relics and Environmental Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 21
• Strony: 1--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 75 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Wróbel M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Katedra Mineralogii, Petrografii i Geochemii, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Axelrod A., Phillips C., 2000. Władcy, tyrani, dyktatorzy. Leksykon, Politeja, Warszawa, s. 130-133.
• 2. Balon J., 1997. Encyklopedia Geograficzna Świata: Afryka. OPRES, Kraków.
• 3. Bisson M., Vogel. J, 2000. Ancient African Metallurgy. The Sociocultural Contest. Altamira Press. Oxford, str. 53-56 oraz 110-125.
• 4. Bolewski A., Manecki A., 1984. Mineralogia opisowa. Skrypty Uczelniane Akademii Górniczo – Hutniczej, nr 932, Kraków.
• 5. Boyang F., 2010. Climate change implications for agricultural development and natural resources conservation in Africa. FAO Regional Office of Africa, Ghana. Voliume 25, Issue 1.
• 6. Burgess N., D’Amico Hales J., Underwood E., 2004. Terrestrial Ecoregions of Africa and Madagascar: A Conservation Assessment. Island Press, Washington DC.
• 7. Buzgar N., Apopei A.,2009. The Raman study of certain carbonates. Analele Ştiintifice Ale Universitatii „Universitatea Alexandru Ioan Cuza” Iasi. Geologie. Tomul LV, nr. 2, str. 97 - 112.
• 8. Chodyniecka L., 2003. Wpływ zwałowisk odpadów hutniczych na środowisko Górnego Śląska. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria Górnictwo, 256, str. 57-61.
• 9. Ciroi M., Nistor Cristea L., Cretescu I., 2010. The treatment and minimization of metallurgical slag as waste. Environmental Engineering Management. Journal, 1, str. 101 – 106.
• 10. Decrée S., De Putter T. , Nemery B., Banza C., 2011. Mining the Katanga Copperbelt: geological aspects and impacts on public health and the environment. Raport Royal Museum for Central Africa. GECO project – Belgian Ministry of Foreign Affairs.
• 11. Devlin L., 2007. Chief of Station Congo. Wydawnictwo Public Affairs, str. 20-76
• 12. Dias E., 2009. First blood diamonds. Now blood computers? Time Magazine (www.time.com, dostęp 20.10.2013).
• 13. Edelman - Boren M., 2001. Student resistance. A story of Unruly Subject. Routledge, New York, str. 240-241.
• 14. Ettler V., Kříbek B., Majer V., Knésl I., Mihaljevič M., 2011. Differences in the bioaccessibility of metals/metalloids in soils from mining andsmelting areas (Copperbelt, Zambia). Journal of Geochemical Exploration.
• 15. Frost R., Martens, W., Rintoul L., Mahmutagic E., Kloprogge J., 2002. Raman spectroscopic study of azurite and malachite at 298 and 77 K. Journal of Raman Spectroscopy. Tom 33, str. 252–259.
• 16. Gaweł A., Muszyński M., 1996. Tablice do identyfikacji minerałów metodą rentgenograficzną. Skrypt nr. 1463, Wydawnictwa AGH. Kraków 1996
• 17. Hołdys A., 2015. Wielkie tamy, wielki kłopot. Wiedza i życie, nr 08/2015, s. 16-21.
• 18. Jaremczuk E., 2012. Czy Demokratyczna Republika Konga ma szansę stać się afrykańskim mocarstwem energetycznym? Forum Politologiczne, Tom 13, Str. 13-26.
• 19. Jonczy I., 2011. Charakterystyka mineralogiczno - chemiczna szkliw z żużli hutniczych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 27, str. 155-163.
• 20. Jonczy I., 2012. Badania morfologii składników fazowych żużli stalowniczych przy wykorzystaniu mikroskopii skaningowej. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 452, str. 87-100.
• 21. Kadima E., Delvaux D., Sebagenzi S., Tack L., Kabeya S., 2011. Structure and geological history of the Congo Basin: an integrated interpretation of gravity, magnetic and reflectionseismic data. Basin Research, 23: 499–527.
• 22. Konstanciak A., Sabela W., 1999. Odpady w hutnictwie żelaza i ich wykorzystanie. Hutnik – Wiadomości Hutnicze. 12, str. 572-579.
• 23. Korzekwa W., Niedbał M., 2008. Górnictwo w Zagłębiu Tenke-Fungurume na tle wydarzeń historycznych w Demokratycznej Republice Konga. Dzieje górnictwa – element europejskiego dziedzictwa kultury, pod red. P.P. Zagożdzona i M. Madziarza, Wrocław 2008.
• 24. Laznicka P., 2010. Giant Metalic Deposits. Futures Sources of Industrial Metals. Second Edition. Springer. Australia, str. 443-444.
• 25. Mattei, E., Vivo, G., Santis, A., Gaetani, C., Pelosi, C., Santamaria, U., 2008. Raman spectroscopic analysis of azurite blackening. Journal of Raman Spectroscopy, nr 39, str. 302-306.
• 26. Muchez, P., Vanderhaeghen, P., El Desouky, H., Schneider, J., Boyce, A., Dewaele, S., Cailteux, J., 2008. Anhydrite pseudomorphs and the origin of stratiform Cu–Co ores in the Katangan Copperbelt (Democratic Republic of Congo). Mineralium Deposita 43, 575-589.
• 27. Nsokimieno E., Shouyu Ch., Qin Z., 2010. Sustainable Urbanization’s Challenge in Democratic Republic of Congo. Journal of Sustainable Develo. Vol. 3, No 2, str. 242-254.
• 28. Oberg K., Shelton J., Gardiner N., Jackson P., 2008. Discharge and Other Hydraulic Measurements for Characterizing the Hydraulics of Lower Congo River.
• 29. Oxfam Annual Report 2009/2010. Roczny raport organizacji Oxfam, 2010, praca zbiorowa, str. 1-22.
• 30. Oxfam Annual Report 2010/2011. Roczny raport organizacji Oxfam, 2011, praca zbiorowa, str. 1-64.
• 31. Patry M., Basselt C., Leclerq B., 2005. Word Heritage Forests. 2nd Word Heritage Forest Meeting, Francja. (http://whc.unesco.org/documents/publi_wh_papers_21_en.pdf).
• 32. Piestrzyński A., 1992. Wybrane materiały do ćwiczeń z petrografii rud. Skrypty Uczelniane Akademii Górniczo Hutniczej, nr 1306. Kraków.
• 33. Pourret O., Lange B., Bonhoure J., Colinet G., Decrée S., Mahy G., Séleck M., Shutcha M., Faucon M., 2016. Assessment of soil metal distribution and environmental impact of mining in Katanga (Democratic Republic of Congo). Applied Geochemistry. Vol. „Environmental impacts of mining and smelting”
• 34. Przylibski T., 1994. Występowanie i znaczenie radonu w środowisku naturalnym Dolnego Śląska. Ochrona Środowiska, vol.1 (52), str. 15-20.
• 35. Rai A., Prabakar J. , Raju C.B. , Morchalle R.K., 2002. Metallurgical slag as a component in blended cement. Construction and Building Materials, nr 16, str. 489–494.
• 36. Raport Departamentu Stanu USA: Democratic Republic of the Congo.Bureau of Democracy, Human Rights, and Labor, 2008. (http://www.state.gov/documents/organization/236558.pdf dostęp 20.09.2015).
• 37. Raport Food and agriculture organization of the united nations for a world without hunger (http://faostat.fao.org).
• 38. Raport Holenderskiego Instytutu dla Afryki. Governance, mining and the transitional regime in the Democratic Republic of Congo. 2000. NiZA. Netherlands institute for Africa. PO Box 10707, str. 1-79.
• 39. Raport Ministerstwa Spraw Wewnętrznych USA dotyczący zasobów złożowych w wybranych krajach Afryki, 2015 (https://www.usaid.gov/powerafrica, dostęp 15.04.2015).
• 40. Raport firmy górniczej Teal mining, 2008.
• 41. Reyntjens F., 2009. The Great African War: Congo and Regional Geopolitics, 1996-2006. Cambridge: Cambridge UP, str. 62.
• 42. Shabad T., Atlas Mira, 1956. Geographical Review, Vol. 46, No. 2. Moskwa.
• 43. Snellgrove L. and Greenberg K., 1973. Longman History of Africa. Longman, London.
• 44. Sobczyński P., 1999. Żużle hutnicze – ich natura oraz przydatność gospodarcza. Materiały konferencji naukowo - technicznej „Odpady przemysłowe i komunalne. Powstawanie oraz możliwości ich wykorzystania”, Kraków. Strony internetowe:
• 45. http://encyklopedia.pwn.pl
• 46. http://innews.org/report/88115/drc
• 47.http://kolegia.sgh.waw.pl/pl/KAE/struktura/ISiD/struktura/ZAHZiAW/publikacje/Documents/rozdzial4.pdf
• 48. http://ucblibraries.colorado.edu/govpubs/for/DRCongo.htm
• 49. http://visitvirunga.org - oficjalna strona Parku Wirunga
• 50. http://www.afrika-sued.org
• 51. http://www.aljazeera.com/info
• 52. http://www.bbc.com/news/business-17769472
• 53. http://www.britannica.com
• 54. http://www.congo-pages.org
• 55. http://www.goafrica.gov.pl
• 56. http://www.katangamining.com - roczne raporty udostępnione przez firmę Katanga Mining
• 57. http://www.mbendi.com/indy/ming/cppr/af/zr/p0005.htm - a. Copper Mining in Democratic Republic of The Congo – Overview.
• 58. http://www.rp.pl/artykul/511909-Surowce-z-Konga-pod-federalna kontrola.html
• 59. http://www.theglobeandmail.com/news/world/the-child-miners-of-congo/article4486038/
• 60. http://www.whc.unesco.org/eu/list/63
• 61. http://www.worldwildlife.org/ecoregions/at0129 jako część publikacji WWF. 2003. Biological Priorities for Conservation in the Guinean-Congolian Forest and Freshwater Region. Proceedings of Workshop held on March 30 - April 2, 2000 in Libreville, Gabon. Kamdem Toham, A., D. Olson, R. Abell, J. D'Amico, N. Burgess, M. Thieme, A. Blom, R. W. Carroll, S. Gartlan, O. Langrand, R. Mikala Mussavu, D. O'Hara, H. Strand, and L. Trowbridge.
• 62. https://www.cia.gov
• 63. https://www.eximcon-group.com
• 64. Olympus-ims.com -> parametry i dane techniczne przenośnego spektrometru HANDHELD XRF Delta.
• 65. www.africanarcheology.net
• 66. www.eppthinktank.eu/2013/01/04/mining-in-the-eu
• 67. www.focus.pl/przyroda/goryle-we-krwi-4435?strona=1
• 68. www.kpmg.com - Raporty KMPG, Global Mining Institute: Democratic Republic of Congo.
• 69. www.wikimapa.org/DRB
• 70. www.wikimedia.org
• 71. Turner T., 2007. The Congo Wars: Conflict, Myth, and Reality. New York: Zed Books.
• 72. Van Langendonck S., Muchez P., Dewaele S., Kaputo – Kalubi A., Cailteux J., 2013. Petrographic and mineralogical study of the sediment-hosted Cu-Co ore deposit at Kambove West in the central part of the Katanga Copperbelt (DRC). Geologica Belgica. Nr 16/1-2, str. 91-104.
• 73. Werner K., Weiss H., 2009. Czarna lista firm. Intrygi światowych koncernów, tłum. J. E. Franek, Wydawnictwo Hidari, Szczecin.
• 74. Wolifore D., Brunner J., Sizer N., 1998. Forests and the Democratic Republic of Congo. Opportunity in a time of crisis. World Resources Institute and Forest Frontiers Initiative.
• 75. Zientek M., Bliss J., Broughton D., Christie M., Denning P., Hayes T., Hitzman M., Horton J., Frost-Killian S., Jack D., Master S., Parks H., Taylor C., Wilson A., Wintzer N., Woodhead J., 2014. Sediment-Hosted Stratabound Copper Assessment of the Neoproterozoic Roan Group, Central African Copperbelt, Katanga Basin, Democratic Republic of the Congo and Zambia. Scientific Investigations Report 2010–5090–T. U.S. Geological Survey, Reston, Virginia.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).