Důlní vody zatopených hlubinných uranových dolů

Likvidace hlubinných uranových dolů v České republice v nedávné minulosti byla po ukončení nezbytných prací v podzemí dolů v souvislosti s jejich likvidací provedena přirozeným zatopením (stejným způsobem bude likvidován i poslední uranový důl na ložisku Rožná). Po zatopení dolů jsou pak z podzemí řízeně a kontrolovaně vyváděny důlní vody, které by přesáhly stanovenou výšku hladiny v dole (dále používán pojem „nadbilanční vody“).

Tato úroveň hladiny je stanovena pro každé ložisko vzhledem k morfologii okolního terénu a je určující pro to, aby kontaminované důlní vody nemohly nekontrolovatelným únikem ohrozit okolní prostředí. Zcela zásadním úkolem uranového hornictví ve vztahu k životnímu prostředí, jak při těžbě ložiska tak následně i při likvidaci dolů a zahlazování následků těžby, je totiž minimalizace negativního vlivu uvolňovaných radionuklidů na okolní prostředí a zdraví obyvatelstva.

Obr. 1: Obsah uranu v důlních vodách v průběhu exploatace a zatápění ložiska (dle [1])

Chemismus důlních vod se v průběhu otvírky a exploatace ložisek uranu mění podle rozsahu infiltračního území, celkové plochy obnaženého povrchu důlních děl, mineralogického složení horninového prostředí včetně reziduí nevytěžených uranových a jiných radioaktivních minerálů v důlních dílech a také dosažené hloubky dobývání. V průběhu zatápění hlubinných dolů v rámci jejich likvidace dochází k dalším významným změnám obsahu rozpuštěných látek ve vodách (uran, radium, železo aj.), kdy se několikanásobně zvyšuje jejich obsah a to zejména v době, kdy výrazně převládá oxidační prostředí. Graf na obr.1 zobrazuje změny obsahu uranu v důlních vodách od počátku exploatace až po likvidaci dolů zatopením sumárně za ložiska Licoměřice, Vítkov, Zadní Chodov, Okrouhlá Radouň a Příbram. Fázi zatápění dolů v těchto lokalitách odpovídá prudký pokles množství odváděné důlní vody.

Důlní vody zatopených bývalých uranových dolů tak představují, vzhledem k jejich značným objemům (např. ložisko Olší – celkový objem vod cca 2,5 mil m3, ložisko Příbram – předpokládaný celkový objem vod cca 23 mil m3, ložisko Rožná – celkový objem vod v ložisku bude po zatopení cca 11,3 mil. m3), významný druhotný zdroj uranu. Grafy na obr. 1 a 2 zachycují hodnoty obsahu uranu v důlních vodách vyváděných z ložiska, což jsou však vesměs vody z malých hloubek, nikoliv z hlubších horizontů bývalých dolů. Dosud získané poznatky dokládají, že obsah uranu v důlních vodách se významně mění (zvyšuje) s hloubkou a zejména po ustálení vodního režimu dochází k výrazné vertikální stratifikaci vod v zatopeném dole. Tuto skutečnost dokládá např. graf na obr. 3, kde je zachycen ještě neustálený stav důlních vod v době zatápění ložiska Příbram.

Obr. 2: Srovnání obsahů uranu v důlních vodách ložiska Rožná (v těžbě) a zatopeného ložiska Olší

Obr. 3: Příklad změn obsahu uranu v důlních vodách v zatopeném dole v závislosti na hloubce (dle [2])

S ohledem na vysoké koncentrace rozpuštěných složek v důlní vodě (nad stanovenými limity pro vypouštění) je nutné v současné době nadbilanční vodu vyváděnou ze zatopených dolů před vypouštěním do vodotečí čistit a kontaminanty zachycovat (zpravidla uran na iontoměničích, radium je sráženo chloridem barnatým). Tímto způsobem je ze zlikvidovaných a zatopených uranových dolů stále získáván uran jako doprovodný efekt čištění i dlouho po ukončení klasické exploatace ložiska (viz příklad ložiska Olší, obr. 4). Technické řešení uplatňované na jednotlivých lokalitách vychází z požadavku, aby ze zatopeného dolu byly vyváděny důlní vody s minimálními obsahy rozpuštěných látek (to jsou vody z podpovrchových partií ložiska), tj. aby čištění vod bylo co nejjednodušší. Toto řešení však vyžaduje provoz čistíren důlních vod pravděpodobně po dobu více jak několik desítek let.

Obr. 4: Výnos uranu při čištění vyváděných důlních vod ze zatopeného ložiska Olší

Využití důlních vod zatopených bývalých uranových dolů na endogenních ložiscích, tj. v oblastech Příbram, západní Čechy a Dolní Rožínka, jako druhotného zdroje uranu s doprovodným efektem snížení nutné doby čištění vyváděných vod bude řešit výzkumný grantový projekt, který byl pro léta 2006 – 2008 schválen a přijat Grantovou agenturou České republiky pod názvem „NETRADIČNÍ VYUŽITÍ LOŽISEK URANU PO UKONČENÍ HLUBINNÉ TĚŽBY“. Nositelem projektu a hlavním řešitelem je Institut geologického inženýrství Hornicko – geologické fakulty VŠB – TU Ostrava za spolupráce Přírodovědecké fakulty MU Brno a státního podniku DIAMO. Pro tento projekt se podařilo sestavit řešitelský tým, který sdružuje významné vědecké kapacity v oborech hydrogeologie a geochemie spolu se zkušenými provozními techniky státního podniku DIAMO. Cílem projektu je najít odpovědi na následující okruhy otázek:

1. MECHANISMUS ROZPOUŠTĚNÍ URANU V DŮLNÍCH VODÁCH
• Jaká je závislost procesu rozpouštění uranu ve vodách na mineralogickém složení uranové rudy a průvodních hornin?
• Jaká je závislost procesu rozpouštění na chemismu důlních vod, jejich pH, teplotě, tlaku aj. vlastnostech?
• Jak se mění chemismus vod v průběhu zatápění ložiska, jaký vliv mají průsakové vody na intenzitu rozpouštění uranu?

2. STANOVENÍ ČASOVÉHO PRŮBĚHU ROZPOUŠTĚNÍ
• Existuje rozdíl v intenzitě rozpouštění uranu v průběhu zatápění a po zatopení ložiska?
• Kdy, a zda vůbec, dojde k ukončení rozpouštění uranu v důlních vodách?

3. ROZDĚLENÍ VOD V LOŽISKU PODLE OBSAHU URANU
• Jaký je mechanismus vertikální stratifikace vod v zatopeném dole?
• Jak ovlivňuje prostorové rozložení původních rudních těles obsah uranu ve vodách zatopeného ložiska?
• Jak ovlivňuje proudění důlních vod, které je vyvolané řízeným vyváděním vod z ložiska, obsah uranu ve vodách?

4. VÝSLEDEK ŘEŠENÍ
• Jaké teoretického množství uranu se rozpustí v důlních vodách po zatopení dolu?
• Existují v bývalém dole důlní vody a kde, které mají zvýšený obsah uranu?
• Existuje technické řešení intenzivního „vytěžení“ uranu z důlních vod?
• Jaký bude vliv „těžby“ uranu z důlních vod na proces a nutnou dobu čištění důlních vod vyváděných z ložiska?

Možný výsledek řešení celého vědecko – výzkumného projektu je znázorněn schématicky na obr. 5. V bývalém zatopeném dole je lokalizována oblast důlních vod s vysokým obsahem uranu, těžebním vrtem jsou tyto vody čerpány na povrch do sorpční stanice, kde je z vody získáván uran, a poté jsou vody dalším vrtem zapouštěny zpět do podzemí. Vyvádění nadbilančních vod z ložiska je v této fázi nezměněno a prováděno přes čistící stanici.

Obr. 5: Využití důlních vod jako druhotného zdroje uranu (schéma možného řešení projektu)

Logickým důsledkem nastíněného řešení by mělo být relativně rychlé a významné snížení obsahu uranu v mělkých podpovrchových vodách zatopeného dolu a tudíž možnost vypouštění těchto vod do vodoteče i bez nutnosti čištění (za předpokladu, že další látky rozpuštěné ve vodě nebudou svými obsahy nad stanovenými limity). Schématicky je tento proces možného snižování obsahu uranu ve vodách znázorněn na obr. 6.

Obr. 6: Předpoklad snižování obsahu uranu ve vodách (očekávaný výsledek řešení projektu)

Je zřejmé, že rozsah projektu je značný a jeho úspěšnost bude do značné míry záviset na tom, kolik údajů z jednotlivých lokalit bývalých dolů se podaří shromáždit. Z tohoto důvodu bude vítaná spolupráce všech, kteří k dané problematice mohou poskytnout své znalosti a zkušenosti. Otázkou rovněž je, zda výstup řešení projektu potvrdí výše nastíněné předpoklady a očekávání či nikoliv, v každém případě však přispěje k dalšímu poznání přírodních procesů, které byly vyvolány předchozí hornickou činností.

Literatura:
[1] Hájek, A. a kol. (2003): Analýza zaplavování uranových dolů v České republice, DIAMO státní podnik
[2] Kalous, J., Zeman, J. (2004): Výsledky zonálního monitoringu na lokalitě Příbram – jáma 19 (závěrečná zpráva), zpracováno pro DIAMO státní podnik


Ing. Bedřich Michálek, Ph.D.
Mgr. Pavol Zábojník
DIAMO státní podnik, odštěpný závod GEAM, Dolní Rožínka