Politechnika Śląska w Gliwicach

Wydział Mechaniczny Technologiczny

Edukacja Techniczno Informatyczna

Projekt z Ekologii

„Wytwarzanie miedzi i aluminium”

Wykonali:

Piotr Przytocki

Dariusz Skórniewski

1. Technologia wytwarzania miedzi i aluminium.

1.1. Miedź.

Miedź uzyskuje się za pomocą metod piro i hydrometalurgicznych z czego pierwszą z nich wytwarza się miedź z koncentratów siarczkowych. Produkcja tą metodą wynosi około 85% całości wytworzonej miedzi. Metodami hydrometalurgicznymi odzyskuje się miedź z rud, odpadów i półproduktów, w których przeważają minerały utlenione.

Najpopularniejszymi technologiami pirometalurgicznymi są proces zawiesinowy Outokumpu (1/3 produkcji), oraz wytapianie kamienia miedziowego w piecach płomiennych (1/4 produkcji).

W procesie Outokumpu wykorzystuje się suchy drobnoziarnisty flotacyjny koncentrat siarczkowy, który jest stapiany w strumieniu powietrza. Koncentrat ten wraz z powietrzem wzbogaconym w tlen jest podawany do pionowego szybu reakcyjnego. W wannie ostojowej następuje grawitacyjny rozdział żużla i kamienia miedziowego. Produkty te są usuwane okresowo. Przez szyb wyprowadza się gazy technologiczne i wysokiej koncentracji SO₂.

1.2. Aluminium.

Aluminium wytwarza się w temperaturze około 960 °C poprzez redukcję elektrolityczną tlenku glinu, który jest rozpuszczany w stopionym elektrolicie. Głównym składnikiem tego elektrolitu są sole fluorowe. W wyniku przepływu prądu rozpuszczony tlenek glinu ulega redukcji do aluminium, a to odkłada się na dnie katody w stanie ciekłym. Powstają też tlenek i dwutlenek węgla poprzez połączenie się tlenu z anodą węglową.

2. Odpady powstające podczas wytwarzania miedzi i aluminium.

2.1. Emisja do powietrza.

2.1.1. Miedź.

Poniżej zestawiono główne źródła zanieczyszczeń powietrza powstające podczas produkcji miedzi w trzech polskich hutach.

2.1.2. Aluminium.

Źródłem zanieczyszczeń powietrza podczas produkcji aluminium, są elektrolizery, które wytwarzają gazy anodowe i halowe. Ponadto przy rozładunku wagonów i załadunku pojazdów tlenkiem i fluorkiem glinu do powietrza przedostaje się dużo pyłu.

Gazy i pyły zawierają takie substancje jak: dwutlenek siarki, tlenek i dwutlenek węgla, fluorki gazowe i stałe, tlenek glinu oraz tlenki azotu.

Wskaźniki emisji przy produkcji aluminium w „Aluminium Konin” i ich

porównanie z danymi BREF'u dla elektrolizerów z anodami Söderberga.

2.2. Odpady stałe.

2.2.1. Miedź.

Do grupy odpadów stałych należą między innymi: żużel szybowy, żużel z pieca elektrycznego, szlamy z mokrego odpylania gazów szybowych, pyły konwertorowe, pyły z pieca elektrycznego i szlamy konwertorowe oraz odpady z odsiarczania spalin.

2.2.2 Aluminium.

Największą ilość odpadów stałych podczas procesu elektrolizy tlenku glinu są zużyte materiały wyłożenia katod remontowanych elektrolizerów. Następna jest piana węglowa, która jest usuwana z elektrolitu. Trzecim rodzajem odpadów stałych jest węgiel z anod, który powstaje podczas usuwania nierówności na anodach. Podczas neutralizacji gazów anodowych i halowych, oraz regeneracji soli fluorowych pozostają pyły z elektrolitów i szlamy kriolitowe.

Zestawienie odpadów powstających w procesie termoelektrolizy tlenku glinu

w „Aluminium Konin” (wg. danych za 2003 rok).

2.3. Ścieki.

2.3.1. Miedź

Huty posiadają systemy kanalizacyjne, które odpowiednie ścieki odprowadzają do przynależnej im oczyszczalni. W zakładach tych powstaje kilka rodzajów ścieków takich jak:

- ścieki sanitarne;

- ścieki przemysłowe - woda użyta do odświeżania obiegów zamkniętych wody przemysłowej, awaryjnego chłodzenia anod, chłodzenia pieca anodowego w czasie postoju, itp.; odprowadza się je do kanalizacji przemysłowej;

- ścieki opadowe i pochłodnicze - wody opadowe ze zlewni huty, ścieki z płukania filtrów mechanicznych dolnego obiegu kesonowego, odświeżania zamkniętego obiegu tlenowni, wody z czyszczenia dróg zakładowych, awaryjnego chłodzenia zasuwy pomiędzy piecem zawiesinowym a kotłem odzysknicowym, itp.;

- ścieki kwaśne - chemicznie zanieczyszczone, również odpadowym kwasem siarkowym;

2.3.2. Aluminium.

Przy procesie wytwarzania aluminium powstają dwa rodzaje ścieków. Są to ścieki przemysłowe, czyli ścieki z chłodzenia młyna zgarów i czyszczenia zespołów wentylacyjno myjących. Drugim rodzajem są ścieki socjalno bytowe.

3. Działania zapobiegające powstawaniu nadmiernej ilości odpadów w różnych postaciach.

3.1. Emisja do powietrza.

3.1.1 Miedź.

W hutach miedzi prawie wszystkie źródła emisji wyposażane są w instalacje oczyszczania wykonujących takie zadania jak odpylanie, odsiarczanie czy produkcja kwasu siarkowego. Na końcu procesu oczyszczania znajduje się workowy filtr pulsacyjny, który sprawia, że wychodzące z niego powietrze zawiera od 1 do 5 mg/Nm³ pyłu. Gazy, w których stężenie SO₂ jest znaczne są poddawane odpyleniu w elektrofiltrach, a następnie są utylizowane na kwas siarkowy, który huta sprzedaje. Gazy technologiczne po odpyleniu w wielostopniowym układzie są dopalane w kotłach elektrociepłowni, odpylane w cyklonach, a po połączeniu z odpylonymi gazami technologicznymi z pieców Dörschla do wytopu ołowiu. Strumień tego zmieszanego gazu jest odsiarczany metodą półsuchą. Na koniec odpyla się ten gaz w workowym filtrze pulsacyjnym.

3.1.2. Aluminium.

W celu zminimalizowania emisji gazów i pyłów do powietrza stosuje się instalację oczyszczania gazów, która wychwytuje zanieczyszczenia, oraz zapewnianie wentylacji hal elektrolizy. Instalacja ta regeneruje również sole fluorowe, czyli uzyskuje kriolit regenerowany, wykorzystywany do procesu elektrolizy tlenku glinu.

Instalacja ta składa się z trzech grup urządzeń: - oczyszczalnie gazów anodowych; dachowe zespoły wentylacyjno-myjące; - instalacje do regeneracji soli fluorowych.

3.2. Odpady stałe.

3.2.1. Miedź.

Odpady powstające na terenie hut miedzi są magazynowane, wykorzystywane, bądź unieszkodliwiane poprzez składowanie. Zdecydowana większość odpadów wykorzystywana jest do produkcji metali i ich związków takich jak ołów, selen, siarczan niklu i kwas siarkowy. Inne odpady stałe, takie jak żużle, są magazynowane i wykorzystywane do następujących celów:

- żużel szybowy - kruszywo drogowe i do rekultywacji wyrobisk;

- żużel z pieca elektrycznego - dodatek do podsadzki hydraulicznej dla kopalń KGHM;

- produkt z odsiarczania gazów wykorzystywany do technologii hutniczych;

- żużel paleniskowy - drogi, oraz dodatek do mieszanki hydraulicznej.

Niektóre odpady wykorzystywane są poza hutami miedzi, np. pył z odpylania „dołów' pieców szybowych zawierający duże ilości cynku i ołowiu, jest przekazywany do legnickiego oddziału IMN do produkcji ołowiu i związków cynku.

3.2.2. Aluminium.

Odpady stałe powstające podczas wytwarzania aluminium nie są ponownie wykorzystywane. Składowane są w odpowiednich miejscach w zależności od rodzaju odpadu. Odpady te dzieli się na niebezpieczne: jak pył z elektrofiltrów, piana węglowa, szlam kriolitowy, odpady węglowe z katod elektrolizerów, szamot z elektrolizerów. Odpady te są przewożone bezpośrednio na składowisko materiałów niebezpiecznych. Odpadami innymi niż niebezpiecznie są odpady węglowe z anod i odpady z poziomu „0” są kierowane na składowisko odpadów innych niż niebezpieczne.

3.3. Zanieczyszczenia wód.

3.3.1 Miedź.

Zużyta woda z hut jest wysyłana do Zakładu Gospodarki Wodą, który zajmuje się zarówno oczyszczaniem jak i dostarczaniem wody przemysłowej i pitnej do hut. W wyniki inwestycji woda przemysłowa została częściowo zastąpiona strumieniem oczyszczonych ścieków, co pozwoliło na zmniejszenie wykorzystania wód przemysłowych.

3.3.2. Aluminium.

Wszystkie ścieki wysyłane są do mechaniczno-chemicznej oczyszczalni ścieków i po oczyszczeniu ponownie wykorzystane jako woda przemysłowa do oczyszczania gazów halowych i anodowych. Huta nie odprowadza żadnych ścieków do środowiska.

4. Wnioski.

Oczyszczanie ścieków jest najbardziej efektywną metodą ograniczania emisji odpadów do środowiska. Wnioskuję tak, ponieważ przy produkcji obu omówionych metali nieżelaznych zużyta woda nie jest wypuszczana do rzek, tylko jest oczyszczana i ponownie wykorzystywana. Dobrą skutecznością wykazują się również metody oczyszczania powietrza. Odpady są ponownie włączane do produkcji co pozwala na duże oszczędności, jednak nie wszystkie zanieczyszczenia da się wyłapać. Najgorzej wypadły odpady stałe. Niektóre odpady są niezdatne do ponownego wykorzystania, a nawet są niebezpieczne i należy je przechowywać w specjalnie do tego wyznaczonych miejscach.

5. Bibliografia.

- Marian Kucharski. „Pirometalurgia miedzi”. 2003 r.

- Dr inż. Andrzej Chmielarz, mgr inż. Krzysztof Kamiński, mgr inż. Jan Mrozowski, mgr inż. Łukasz Bratek. „Najlepsze Dostępne Techniki (BAT) wytyczne dla branży metali nieżelaznych - produkcja z surowców pierwotnych”. 2005 r.

9

---