The influence of thermal transformation of coal mining wastes on their petrographic and mineralogical composition

Wydobycie węgla kamiennego nierozerwalnie związane jest z wytwarzaniem odpadów. Wiele z nich zdeponowanych zostało na zwałowiskach (hałdach) i stanowi z jednej strony źródło uciążliwości dla środowiska, z drugiej zaś potencjalne źródło kruszywa. Odpady powęglowe zdeponowane na zwałowiskach narażone są na oddziaływanie czynników hipergenicznych. W wyniku oddziaływania tlenu atmosferycznego może dojść do samozagrzewania tych odpadów, a nawet do powstania pożarów endogenicznych. Spalanie substancji organicznej oraz oddziaływanie ciepła będącego efektem tego procesu powoduje zmiany składu mineralnego odpadów, a także ich struktur i tekstur. Badania przeprowadzone na zwałowiskach odpadów pogórniczych, które w minionych latach wykazywały aktywność termiczną, a także analiza danych literaturowych pozwoliły stwierdzić, że stopień termicznego przeobrażenia odpadów powęglowych jest zróżnicowany. Na zwałowiskach wydzielono strefy: nieprzeobrażoną termicznie, umiarkowanie przeobrażoną termicznie oraz intensywnie przeobrażoną termicznie. Odpady powęglowe z tych stref różnią się barwą, stopniem zachowania pierwotnej struktury skał oraz składem mineralnym. Barwa stref nieprzeobrażonych termicznie jest szara do czarnej, odpady zachowały pierwotne struktury skał, z których powstały, skład mineralny uległ jedynie niewielkim zmianom związanym z procesami wietrzenia. Strefy umiarkowanie przeobrażone termicznie cechują się barwą pomarańczowo-czerwoną, wynikającą z wypalenia substancji organicznej i utlenienia związków żelaza. Pomimo oddziaływania wysokiej temperatury pierwotne struktury skał są dobrze zachowane. Skład mineralny uległ wyraźnej zmianie, część minerałów uległa przeobrażeniom termicznym (rozpadowi termicznemu uległy minerały węglanowe, w minerałach ilastych nastąpiła dehydroksylacja). Odpady w strefach intensywnie termicznie przeobrażonych cechują się częściowym lub całkowitym przetopieniem materiału skalnego. W wyniku tego doszło do przeobrażeń pierwotnych struktur i tekstur, całkowitej zmianie uległ także skład mineralny – powstały zupełnie nowe minerały, które nie występowały w odpadach w chwili ich deponowania na zwałowisku. Dla odpadów ze stref intensywnie termicznie przeobrażonych charakterystyczne jest występowanie szkliwa, a także minerałów wysokotemperaturowych (np. mullitu, kordierytu, sillimanitu, spineli i innych), które w warunkach naturalnych powstają najczęściej w wyniku metamorfizmu kontaktowego.The excavation of hard coal is inseparably connected with the production of wastes. Many of these wastes are disposed of in waste dumps (tips). On the one hand this is a nuisance to the environment, while on the other hand – it represents a potential source of aggregates. Coal mining wastes disposed of in the dumps are exposed to hypergenic factors. In particular cases, self-ignition of these wastes may occur, even becoming the cause of endogenous fires. The combustion of organic substances and interaction with heat, which is an effect of this process, causes changes in the mineral composition of wastes and their structures and textures. Examinations conducted on coal mining waste dumps – which in previous years showed thermal activity – as well as an analysis of existing data allowed for the conclusion that the grade of thermal transformation of coal mining wastes is differentiated. The waste dumps were assigned the following zones: thermally untransformed zone, moderately thermally transformed zone, and intensively thermally transformed zone. Coal mining wastes from these zones vary in colour, the grade of conservation of the primary rock structure, and mineral composition. The colour of the thermally untransformed zone is grey and black, the wastes have preserved the primary structures of the rocks from which they originated, and the mineral composition indicated small changes connected with weathering processes. Moderately thermally transformed zones are characterized by an orange-red colour, implying the combustion of organic substances and oxidation of iron compounds. In spite of the influence of high temperature, the primary structures of the rocks are well preserved. Mineral composition distinctly changed; a part of the minerals (carbonates, clay minerals) were thermally altered. The wastes in intensively thermally transformed zones are characterized by partial or total melting of the rock material. As a result, transformations of the primary structures and textures occurred. The mineral composition has also been totally changed – new minerals originated which did not occur in the wastes at the time of their disposal in the waste dump. The occurrence of glaze as well as high-temperature minerals is characteristic for the wastes from intensively thermally transformed zones, most often originating under natural conditions as an effect of contact metamorphism