Cynk i ołów

Oba metale występują zazwyczaj w tych samych złożach. Ich zastosowanie jest jednak inne. Ołów wykorzystywano już w starożytności. Jego podatność na obróbkę, duży ciężar właściwy oraz łatwość wchodzenia w skład stopów powodowały, że dobrze nadawał się do produkcji blach, polew ceramicznych i odważników. Obecnie ołów jest stosowany w akumulatorach samochodowych, przemyśle zbrojeniowym, stopach lutowniczych i łożyskach. Metal ten jednak jest toksyczny, co ogranicza możliwości jego użycia (dlatego ograniczono wykorzystanie ołowiu w produkcji paliw samochodowych oraz rur wodociągowych).

Cynk jest metalem, którego zastosowanie wymagało wcześniejszego opracowania nowoczesnych technik wytapiania. Stąd też znalazł on szersze zastosowanie dopiero w XVIII wieku. Metal ten wykorzystywany jest obecnie do cynkowania, czyli pokrywania stopów żelaza warstwą chroniącą przed rdzewieniem. Znajduje też zastosowanie przy produkcji stopów (w tym mosiądzu), a także w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym.

Złoża cynku i ołowiu

Złoża rud cynku i ołowiu mają zbliżoną charakterystykę geologiczną do złóż miedzi. Główne minerały rudne to siarczki cynku (sfaleryt, ZnS) oraz ołowiu (galena, PbS). Cynk i ołów występują w następujących typach złóż:

• złoża warstwowe (stratyfikowane) typu Sedex,
• złoża typu Missisipi Valley (Mississippi Valley, MVT),
• złoża wulkaniczne (masywne, typu VMS),
• złoża hydrotermalne (żyłowe),
• złoża tlenkowe cynku,
• złoża skarnowe miedzi i cynku.

Złoża typu Sedex

Złoża warstwowe typu Sedex (inaczej: złoża statyfikowano-ekshalacyjne; ang. sedimentary-exhalative) są najważniejszym rodzajem złóż cynku i ołowiu. Powstały one w skałach osadowych okruchowych, zwłaszcza tych zbudowanych z ziaren o niewielkich średnicach – są to tak zwane łupki. Cynk i ołów występują w nich razem z miedzią. Złoża te w wielu przypadkach są bardzo stare (pochodzące z eonu proterozoicznego), a ich geneza nie jest całkowicie wyjaśniona. Tworzyły się one na terenach rozpadających się kontynentów, w miejscach, gdzie skorupa kontynentalna pęka – czyli w okolicy tak zwanych ryftów. Doliny ryftowe wypełniane były osadami, popiołami wulkanicznymi oraz lawą. Lawa była ochładzana wodami jezior (lub morskimi, gdy ryft zaczynał stawać się nowym oceanem). Rozpoczynało to cyrkulację wód wzbogaconych w rozpuszczone metale. Ich mieszanie z wodą morską powodowało wytrącanie siarczków metali. Współczesnym zbiornikiem przypominającym te, w których tworzyły się złoża Sedex jest basen Morza Czerwonego. Stare złoża proterozoiczne zazwyczaj ulegały na przestrzeni milionów lat procesom przeobrażania, w związku z czym dzisiaj występują one w skałach przeobrażonych, a nie osadowych i wulkanicznych, jak było to początkowo.

Złoża typu Sedex są znane z Australii (Broken Hill w Nowej Południowej Walii; Mount Isa w stanie Queensland), a także z USA (Alaska), Indii oraz Chin. Złoża te są bardzo bogate, a zawartość cynku i ołowiu w urobku może wynosić kilkanaście procent (10-15% cynku oraz 2-5% ołowiu). Zawierają też sporo miedzi, więcej niż w przypadku złóż typu Missisipi Valley.

Złoża typu Missisipi Valley

Złoża typu Missisipi Valley (inaczej MVT) występują w skałach osadowych chemicznych należących do grupy skał węglanowych – wapieniach oraz dolomitach. Minerały rudne wypierają w nich węglan wapnia i/lub magnezu budujący te skały lub wypełniają pustki pomiędzy okruchami skały. Metale są dostarczane do takich złóż poprzez roztwory hydrotermalne, które jednocześnie rozpuszczały węglany.

Złoża typu MVT są mniejsze niż Sedex, zazwyczaj zawierają 2-6% cynku oraz 1-3% ołowiu. Często występuje w nich również miedź i/lub srebro.

Nadające się do eksploatacji złoża Missisipi Valley znane są z USA, z terenu stanów Kentucky, Missouri, Oklahoma, Tennessee oraz Wisconsin, znajdujących się w zlewni rzeki Missisipi. To stamtąd pochodzi nazwa tego rodzaju złóż. Ten sam typ złóż występuje też w Australii, Kanadzie i w Rosji. W Polsce taki charakter mają złoża cynku i ołowiu na obszarze śląsko-krakowskim, znajdujące się między innymi w okolicach Bytomia, Chrzanowa, Olkusza i Zawiercia.

Inne typy złóż

Złoża masywne (typu VMS, ang. volcanogenic massive sulphide) są pochodzenia wulkanicznego. Nie zawsze nadają się do eksploatacji, ponieważ część z nich nie pozwala na uzyskanie koncentratów rudy dla metalurgii. Złoża te są jednak szeroko rozprzestrzenione i znane z Australii i Kanady (największe zasoby posiadają te dwa kraje), a w Europie ze Szwecji. Zazwyczaj zawierają one, oprócz cynku i ołowiu, także miedź oraz srebro.

Złoża hydrotermalne powstają w wyniku oddziaływania roztworów hydrotermalnych – gorących roztworów wodnych przepływających pod ciśnieniem przez szczeliny skalne. Podczas stygnięcia dochodzi do krystalizacji minerałów, głównie kwarcu, ale także różnych minerałów rudnych. Powstają wydłużone, wąskie ciała skalne nazywane żyłami, wzbogacone między innymi w cynk oraz ołów. Zazwyczaj są one zbyt małe, by stanowić złoża nadające się do eksploatacji, jednak niektóre z nich – zwłaszcza znajdujące się na terenie Peru oraz USA – mają znaczenie gospodarcze.

Złoża tlenków cynku są nieliczne. Najważniejsze z nich znajduje się w Namibii. Złoża te tworzą się w wyniku utleniania pierwotnych siarczków cynku. Mają więc one genezę związaną z niszczeniem skał w pobliżu powierzchni, czyli ich wietrzeniem.

Złoża skarnowe powstają w wyniku procesów przeobrażenia skał węglanowych (na przykład wapieni, dolomitów i marmurów) pod wpływem oddziaływania znajdującej się w pobliżu magmy. Mają one zazwyczaj niewielkie rozmiary, choć duża kopalnia miedzi i cynku eksploatująca takie złoża znajduje się w Antamina w Peru.

Polskie złoża cynku i ołowiu

Polska posiada bogatą historię związaną z eksploatacją rud cynku i ołowiu. Najważniejsze złoża tych metali znajdują się na obszarze śląsko-krakowskim, w północnym i wschodnim obrzeżeniu Górnośląskiego Zagłębienia Węglowego. Są one związane ze skałami osadowymi chemicznymi triasu – są to więc złoża typu Missisipi Valley. W 2020 roku zakończono ich eksploatację, ale jeszcze w drugiej połowie XX wieku wydobywano je między innymi w Bytomiu, Piekarach Śląskich oraz Trzebini. W złożach z obszaru śląsko-krakowskiego metale znajdują się w siarczkach, głównie z sfalerycie (cynk) oraz galenie (ołów).

Cynk oraz ołów towarzyszą również rudom miedzi na Dolnym Śląsku. Przeciętna zawartość ołowiu wynosi tam około 0,5-2%, co umożliwia jego odzyskiwanie i rafinację. Ruda ołowiu jest przetwarzana w hucie miedzi Głogów.

W przeszłości znaczenie miały również rudy ołowiu w Górach Świętokrzyskich oraz w Sudetach. Obecnie nie są one eksploatowane ze względu na niewielkie rozmiary złóż.

Wykorzystanie i zasoby cynku oraz ołowiu

Cynk ma duże znaczenie dla gospodarki. Jest wykorzystywany między innymi w:

• galwanizacji (cynkowaniu) stali chroniącej ją przed korozją (galwanizacja polega na pokrywaniu stalowych elementów cienką warstwą cynku, co wydłuża ich trwałość; podobny proces stosowany jest także z użyciem miedzi, chromu, niklu oraz złota),
• produkcji stopów, zwłaszcza takich jak mosiądz (stop miedzi i cynku) oraz stopów odlewniczych stosowanych w produkcji części samochodowych, sprzętu AGD i innych wyrobów przemysłowych,
• przemyśle chemicznym, w wytwarzaniu związku wykorzystywanych w produkcji gumy, barwników luminescencyjnych i pigmentów, kosmetyków, farb i leków,
• rolnictwie, jako składnik nawozów,
• przemyśle kosmetycznym (kremy chroniące przed promieniowaniem UV),
• produkcji leków oraz zwłaszcza suplementów diety,
• wytwarzaniu baterii.

Ze względu na toksyczność ołowiu jego użycie ulega systematycznej redukcji. Wciąż jest on jednak stosowany w:

• produkcji akumulatorów,
• wytwarzaniu produktów ochrony radiologicznej, zwłaszcza na potrzeby medycyny (radiologii) oraz przemysłu jądrowego,
• procesach metalurgicznych,
• specjalistycznych stopach dla przemysłu lotniczego i kosmicznego,
• produkcji szkła i specjalistycznych pigmentów,
• wytwarzaniu amunicji,
• produkcji rur i osłon – ze względu na toksyczność ołowiu to zastosowanie uległo znaczącej redukcji.

Znane aktualnie złoża cynku i ołowiu pozwalają przypuszczać, że nie jesteśmy zagrożeni wyczerpaniem źródeł tych metali. Zwłaszcza dotyczy to ołowiu, który ze względu na swoją toksyczność nie będzie zapewne wykorzystywany na dużo większą skalę niż obecnie.

Największymi producentami cynku są Australia, Chiny, Kanada, Peru oraz USA. Najważniejszymi dostarczycielami ołowiu pozostają Australia, Chiny, Indie, Meksyk, Peru, Rosja oraz USA.