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

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.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