Huty miedzi jako źródło emisji zanieczyszczeń do powietrza

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Kierunek Inżynieria Środowiska

Seminarium z przedmiotu:

Ochrona powietrza 1

Temat opracowania:

HUTY MIEDZI JAKO ŹRÓDŁO EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ DO POWIETRZA

Autor:

Prowadzący zajęcia:

dr inż. Anna Zwoździak

Wrocław, 8.01.2014r.

SPIS TREŚCI

  1. Wstęp………………………………………………………………………………......3

  2. Źródła emisji zanieczyszczeń do powietrza…………………………....……………....3

  3. Rodzaje emisji zanieczyszczeń………………………………………………………...5

  4. Wskaźniki emisji zanieczyszczeń do powietrza……………………………………….7

  5. Technologie ograniczenia emisji………………………………………………………9

  6. Podsumowanie………………………………………………………………...………9

  7. Literatura……………………………………………………………………………...10

  1. WSTĘP

Artykuł traktuje o udziale hut miedzi w emisji zanieczyszczeń do powietrza i ma na celu przybliżenie wiadomości dotyczących źródeł, rodzajów i wskaźników emisji i jej wielkości w znaczeniu ogólnokrajowym. Informuje także o technologiach ograniczania emisji według dokumentu „BAT (ang. Best Available Techniques) w produkcji metali nieżelaznych”. Jako przykład posłużyły huty miedzi Głogów I i II.

  1. ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ DO POWIETRZA

Do pełnego zrozumienia, czym są źródła emisji zanieczyszczeń do atmosfery, opisany zostanie proces technologiczny wytwarzania miedzi z rudy (rys. 1). Miedź elektrolitycznie rafinowana wytwarzana jest w wieloetapowym procesie produkcyjnym, którego głównymi etapami są: przygotowanie wsadu do przetopu, jego stapianie, konwertorowanie, rafinacja ogniowa w piecu anodowym oraz elektrorafinacja. Przygotowanie wsadu polega na uśrednieniu i zbrykietowaniu koncentratu w prasach walcowych z zastosowaniem ługu posulfitowego. Otrzymane brykiety stanowią wsad dla pieców szybowych. W wyniku przetopu wsadu otrzymuje się kamień miedziowy i żużel odpadowy, który wykorzystywany jest jako kruszywo do budowy dróg. Kamień miedziowy podlega dalszej przeróbce w piecach konwertorowych. W procesie konwertorowania otrzymuje się miedź surową o zawartości około 98,5 % czystej miedzi. Zawiera ono sporo zanieczyszczeń, które muszą być usunięte. Część z nich usuwa się za pomocą rafinacji ogniowej w piecach anodowych. Uzyskany w tym etapie produkt, odlany w anody, poddawany jest procesowi elektrorafinacji. Pod wpływem prądu stałego miedź anodowa ulega rozpuszczeniu w elektrolicie i osadza się na katodzie. W czasie tego procesu część domieszek przechodzi do roztworu, część opada na dno wanny elektrolitycznej, tworząc szlamy koncentrujące metale szlachetne. Szlamy te są surowcem wyjściowym do produkcji srebra, a także niewielkich ilości złota oraz platynowców. Ostatecznie otrzymuje się miedź katodową o zawartości 99,99 % czystej miedzi.

Rysunek 1 Proces technologiczny wytwarzania miedzi w hucie Głogów I

W rezultacie utylizacji gazów konwertorowych produkowany jest kwas siarkowy. Gazy procesowe z pieców szybowych, po odpyleniu, są spalane pod kotłami elektrociepłowni. Odzyskane ciepło jest wykorzystywane do celów grzewczych oraz produkcji energii elektrycznej. Gazy z elektrociepłowni są odsiarczane.

Najważniejszą różnicą w produkcji miedzi w hucie Głogów II jest występowanie proces jednostadialnego, dzięki czemu została zredukowana liczba miejsc w procesie, w których odpylano dwutlenek siarki i inne gazy. Wysuszony koncentrat podawany jest do pieca zawiesinowego, skąd po wielu procesach chemicznych, otrzymuje się miedź blister. Miedź ta jest rafinowana w piecach anodowych. Produktem końcowym tego procesu jest także miedź katodowa.

Źródłami emisji zanieczyszczeń do powietrza są w tym przypadku wyrzutnie układu odpylania, komin elektrociepłowni, piece oraz kominy awaryjne w instalacji.

  1. RODZAJE EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ

Rodzaje związków szkodliwych emitowanych do powietrza w procesie wytwarzania miedzi to: pyły i związki metali, tlenek węgla, dioksyny, dwutlenek siarki, tlenki azotu (tab.1).

Tabela 1 Rodzaje emisji zanieczyszczeń do powietrza

Pyły i związki metali mogą być emitowane na większości etapów technologicznych. Podczas etapów wytapiania, procesu konwertorowego i rafinacji występują wysokie bezpośrednie i niezorganizowane emisje. Ich znaczenie jest ważne, ponieważ są to etapy, podczas których usuwane są metale lotne, takie jak cynk, ołów, arsen i kadm z miedzi. Dla zminimalizowania emisji niezorganizowanych praktykowane jest dobre utrzymanie pieców i kanałów. Pył usuwany jest z gazów również za pomocą elektrofiltrów lub filtrów wodnych.

Emisje metali zależą od składu pyłów (tab. 2). Zawartość ołowiu w pyle z pieca szybowego wynosi do 40 % jego zawartości, podczas gdy w pyle z pieca konwertorowego ta zawartość wynosi maksymalnie 25 %, a z pieca do wytapiania 20 %. Wartości te nie wykazują tendencji spadkowej, co można zauważyć dla przypadku cynku. W pyle z pieca szybowego zawartość cynku to maksymalnie 60 %, z pieca konwertorowego 70 %, a z pieca do wytapiania anod 40 %.

Tabela 2 Główne składniki pyłów pochodzących z przetwarzania miedzi

Emisja tlenku węgla ma miejsce podczas wytapiania wysokogatunkowej miedzi w piecach szybowych w produkcji walcówki, ponieważ wyroby te wymagają kontrolowanego poziomu tlenu. Poziom tlenku węgla wzrasta ze względu na redukcyjny charakter tego procesu. Tlenek węgla wytwarzany jest również podczas pracy pieca do oczyszczania żużlu i pieca szybowego i może być emitowany w gazach wylotowych. Do usuwania tlenku można stosować dopalanie- czyli można doprowadzić tlen za pomocą lancy do gardzieli pieca szybowego ponad strefę reakcji dla wprowadzenia strefy dopalania w korpusie pieca.

Organiczne związki węgla, które mogą być emitowane, zawierają dioksyny pochodzące ze złego spalania olejów i tworzyw sztucznych znajdujących się w materiale wsadowym, w przypadku gdy gazy nie będą wystarczająco szybko chłodzone. Do oczyszczania gazów wytworzonych przez szybkie chłodzenie stosuje się dopalacze lub można je utleniać przez dodawanie tlenu powyżej strefy wytapiania. Można również dobrać najodpowiedniejszą kombinację układu pieca i ograniczenia emisji w celu zapobiegnięcia emisji dymów i oparów oraz związanych z tym dioksyn.

Najistotniejszymi źródłami dwutlenku siarki są etapy prażenia i wytapiania oraz procesu konwertorowego. Może być również emitowany na etapie osuszania koncentratu i na pierwotnych etapach rafinacji. Stężenie w gazie odlotowym jest bardzo niskie, dlatego stosowane jest proste płukanie gazów. Znaczne stężenia dwutlenku siarki wytwarzane są także na etapie procesu konwertorowego w sekwencyjnej pracy fazowej łączącej gazy odlotowe.

Na poszczególnych etapach produkcji miedzi stosuje się wysokie temperatury oraz tlen, przez co obniża się ciśnienie cząstkowe azotu oraz ilość tworzonego tlenku azotu. Tlenki azotu z procesu pierwotnego są absorbowane głównie w wytwarzanym kwasie siarkowym, dlatego nie stanowią podstawowego problemu dla środowiska.

  1. WSKAŹNIKI EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ DO POWIETRZA

Na przykładzie kompleksu hut miedzi w Głogowie, Legnicy i Cedyni przeanalizowano emisję pyłów, dwutlenku węgla i dwutlenku siarki do atmosfery na przestrzeni lat 2007-2012 (tab. 3). Emisja dwutlenku węgla do atmosfery została na przestrzeni 6 lat zmniejszona o 0,17Mg/Mg miedzi. Emisja dwutlenku siarki oraz pyłów utrzymuje się na stałym niskim poziomie.

Tabela 3 Wskaźniki emisji zanieczyszczeń do powietrza

Analizując wykresy można jednak zauważyć, że od roku 1985 do roku 2007 emisja pyłu została zmniejszona z wartości około 9500 Mg do 0,001 Mg (wyk.1). Podobny spadek odnotowała dwutlenek siarki- jego emisja spadła z około 80000 Mg w roku 1985 do 0,009 Mg w roku 2007 (wyk.2). Nastąpiła również redukcja emisji ołowiu w tych latach z 350 Mg do wartości bliskich 0 (wyk. 3).

Wykres 1 Emisja pyłu do powietrza

Wykres 2 Emisja dwutlenku siarki do powietrza

Wykres 3 Emisja ołowiu do powietrza

  1. TECHNOLOGIE OGRANICZENIA EMISJI

Techniki stosowane w celu ograniczenia emisji określonych gazów, pyłu i metali to:

  1. właściwe przechowywanie, transport i przesyłanie

  2. zbieranie pyłu i stosowanie filtra tkaninowego

  3. właściwa obróbka wstępna

  4. dopalanie i właściwe chłodzenie gazu

  5. zbieranie gazu i oczyszczanie, po którym następuje chłodzenie lub oczyszczanie końcowe i instalacja kwasu siarkowego lub odzyskiwanie dwutlenku siarki

  6. płukanie gazów

  7. oczyszczanie gazów za pomocą płuczki wieżowej

  8. zastosowanie płuczki mokrej lub eliminatora mgły

  9. obróbka gazów w celu usunięcia

  1. PODSUMOWANIE

Huty miedzi stanowią źródło punktowe oraz wysokie emisji zanieczyszczeń ze względu na ich lokalizację i charakter emisji, dlatego ich problematykę należy rozpatrywać w skali regionalnej.

W omówionych hutach w Głogowie stosowane są liczne skuteczne techniki ograniczania emisji zanieczyszczeń.

  1. LITERATURA


Wyszukiwarka