Politechnika Wrocławska Wrocław

Wydział Górniczy

Projekt nr 1.

Wpływ huty metali kolorowych na środowisko.

1. Wprowadzenie

Rudy polimetaliczne są źródłem wielu niezbędnych metali kolorowych takich jak: miedź, , ołów, cynk, arsen, kadm i rtęć. Po wzbogaceniu metodami mechanicznymi koncentraty siarczkowe miedzi przetwarza się metodami pirometalurgicznymi . W przypadku ubogich rud oraz rud tlenowych stosuje się raczej metody hydrometalurgiczne.

Pirometalurgiczny przerób rud i koncentratów siarczkowych polega na kolejnym otrzymywaniu półproduktów coraz bogatszych w wyżej wymienione metale, przez stopniowe przeprowadzanie do żużla popiecowego skały płonej i żelaza. Pierwszym stadium procesu jest prażenie w celu usunięcia nadmiaru siarki. W niektórych przypadkach zawartość siarki jest tak mała, że nie wymagają one wstępnego prażenia. Wyprażony częściowo koncentrat przetapia się następnie na ,,kamień polimetaliczny”. Składa się on z roztworu siarczków powyższych metali i siarczku żelaza oraz małej ilości siarczków innych metali.

Zawartość metali kolorowych w kamieniu może się wahać w szerokich granicach od 2 do 50%, siarki zaś jest 5 - 10% . Kamień wytapia się w piecach szybowych. Opalane są one paliwem płynnym lub pyłem węglowym, przy czym temperatura pracy wynosi zwykle 1500°C w opalanym końcu pieca i ok. 1150°C przy wylocie gazów z pieca. Stopiony kamień i żużel rozdzielają się w wannie pieca i spuszczane są oddzielnymi otworami. Kolejnymi etapami technologicznymi są : piece konwertorowe; anodowe i elektroliza.

Huta metali kolorowych „ Nadzieja” umiejscowiona jest w bezpośrednim sąsiedstwie miasteczka „Kłopot” oraz wsi „Bronki”, która została w 1990 roku wysiedlona. Jest głównym producentem metali kolorowych w kraju i jej roczna produkcja wynosi odpowiednio:

• 350 000 Mg Cu,

• 30 000 Mg Pb,

• 25 000 Mg Zn,

• 5 000 Mg As,

• 3 000 Mg Cd,

• 2 000 Mg Hg.

Została wybudowana w roku 1979-84. Stan techniczny na dzień dzisiejszy jest zadawalający, jednak należy pamiętać, iż większość parku maszynowego jest przestarzała i patrząc pod kątem ochrony środowiska, pomimo intensywnych prac remontowo-modernizacyjnych większa część linii technologicznych kwalifikuje się do wymiany. Tym bardziej, iż technologia wytwarzania jest cały czas niezmienna, a produkty odpadowe stanowią poważne obciążenie dla środowiska.

2. Rodzaje zagrożeń emitowanych przez hutę

Procesy hutnicze oraz wszelkie operacje towarzyszące są potencjalnie istotnymi źródłami zanieczyszczeń atmosfery, wody i gleby. Miejscami ich powstawania są urządzenia transportu i przygotowania wsadu, piece hutnicze oraz procesy rafinacyjne. Piece szybowe stanowią główne zagrożenie ze względu na emisję tlenków metali ciężkich ( 90% ogólnej emisji ) oraz pyłów (60%) i SO₂ (35%). Piece konwertorowe emitują najwięcej SO₂ ( 60%).Ogólna emisja zanieczyszczeń gazowych kształtuje się na rok 1997 następująco [ Mg/r] :

Rok	SO2	CO	NO2	CS2	H2SO4	H2S
1997	30 500	5 200	320	200	180	50

Natomiast emisja zanieczyszczeń pyłowych i metali kolorowych w 1997 r. wynosi [Mg/r ] :

Rok	Pyły	Cu	Pb	Zn	As	Cd	Hg
1997	7 550	128,3	98,9	55,8	12,5	4,68	2,56

3. Wyznaczenie substancji szkodliwych ich stężenia oraz największe

dopuszczalne stężenia

Ze względu na zastosowane urządzenia pomiarowe ( elektroniczne analizatory stężeń w systemie ciągłego monitoringu ) uzyskano także dane są w formie jakościowej a nie ilościowej :

Nazwa Substancji	Stężenie zanieczyszczeń [μg/m^3] średnio roczne	Nazwa Substancji	Stężenie zanieczyszczeń [μg/m^3] średnio roczne
CO	225	Cu	0,63
SO2	45,3	Pb	0,46
NO2	22,6	Zn	0,25
H2S	0,7	As	0,015
CS2	1,2	Cd	0,012
H2SO4	0,2	Hg	0,003
		Pyły	60,3

3.1. Największe dopuszczalne stężenia

Nazwa	NDS[μg/m^3]						Nazwa	NDS [μg/m^3]
substancji	30-min	24 h	Średnio roczne			substancji		Średnio roczne
CO	5000	1000	120			Cu		0,6
SO2	600	200	32			Pb		0,2
NO2	500	150	50			Zn		0,5
H2S	30	5	1			As		0,02
Pyły	250	120	50			Cd		0,01
H2SO4			0,1			Hg		0,005
CS2			1,5

Jak widać z powyższego zestawienia przekroczone są dopuszczalne stężenia następujących substancji : dwutlenku siarki(1,5 krotnie), tlenku węgla (2 krotnie), kwasu siarkowego (2 krotnie) i pyłów oraz metali ciężkich : ołowiu (2 krotnie) i kadmu, natomiast dla pozostałych stężenia są niepokojąco blisko wartości dopuszczalnych, a co za tym idzie, należy je także uwzględnić przy analizie szkodliwości zakładu dla środowiska.

3.1. Oddziaływanie na środowisko i człowieka.

Z dwutlenku siarki i kwasu siarkowego powstają tzw. „kwaśne deszcze” działające degradująco na roślinność oraz miejscową ludność. Może w tym rejonie wystąpić podwyższona zachorowalność na choroby górnych dróg oddechowych, ponadto występuje bardzo duża korozja żelaza oraz betonu. Tlenek węgla jest bardzo trującym gazem, który może powodować duszności, bóle głowy. Ołów jest bardzo toksycznym metalem o działaniu niszczącym układ nerwowy i krwionośny, może prowadzić do obniżenia sprawności psychicznej u dzieci i dorosłych a w skrajnych przypadkach do ołowicy. Kadm ma właściwości rakotwórcze, może także prowadzić do odkładania się Cd układzie kostnym, skutkiem czego może dochodzić do bolesnych złamań kończyn czy nawet zmniejszenia szkieletu (choroba Itai- Itai) .

4. Stosowana profilaktyka i migracja zanieczyszczeń

W zakładzie stosuje się urządzenia następujące urządzenia odpylające i odsiarczające : filtry workowe, elektrofiltry suche, elektrofiltry mokre, odpylnia sucha, mokra odpylnia gazów.

Metale ciężkie oraz SO₂ mogą być transportowane w powietrzu atmosferycznym na znaczne odległości. Temu właśnie procesowi przypisuje się ujemne efekty obserwowane w faunie Arktyki oraz rosnące ilości Pb, Cd i Hg kumulowane w glebach leśnych obszarów teoretycznie czystych ekologicznie.

4.1. Ograniczenie emisji pyłowej:

Największa i najbardziej uciążliwa emisja pyłowa z przemysłu polimetalicznego pochodziła z gazów i pyłów szybowych. Skład tych pyłów, głównie ze względu na znaczne zawartości smół, utrudniał dobór jakichkolwiek dostępnych krajowych urządzeń odpylających, a znaczne zawartości metali ciężkich, głównie: ołowiu; cynku i kadmu decydowały o uciążliwości tej emisji.

Po kilkakrotnych zmianach układów odpylających dopracowano się właściwej czterostopniowej technologii odpylania. Gazy szybowe po opuszczeniu pieca są odpylane najpierw na sucho w kanale balonowym, stanowiącym rodzaj komory osadniczej, a następnie w baterii multicyklonu. Z kolei odpyla się je na mokro w skruberze, a dalej w zwężce typu Wenturi'ego z regulowaną gardzielą zakupioną w angielskiej firmie Mikropul. Za układem odpylającym gaz zawiera kilkadziesiąt mg/m³ pyłu, co świadczy o dużej sprawności układu.

4.2. Zmniejszanie emisji tlenków siarki:

W etapie pierwszym dodaje się do paleniska rozpyloną kredę jeziorną, która łączy się w podwyższonej temperaturze z tlenkami siarki i ulega zmianie na gips - siarczan wapnia.

W etapie drugim od niedawna stosowana jest metoda Reinlufta, która polega na przepuszczaniu gazów zawierających dwutlenek siarki przez warstwę węgla aktywnego. Następuje wówczas sorpcja SO₂ do SO₃, który łącząc się z parą wodną tworzy kwas siarkowy. Następnie zachodzi termiczna dysocjacja kwasu siarkowego i redukcja do gazowego dwutlenku siarki jako produktu handlowego.

5. Propozycja dodatkowej profilaktyki.

Dla zlikwidowania emisji ołowiu celowe by było głębsze odpylanie z pieców Dorschla. Oraz koncepcja skierowania gazów wentylacyjnych z rejonów pieców szybowych i konwertorowych jako powietrza do spalania w lokalnej elektrociepłowni. Zawarty w nich SO₂ znajdzie się w gazach spalinowych, kierowanych do instalacji odsiarczających a CO ulegnie częściowemu spaleniu.

6. Literatura.

[1] Dziennik Ustaw nr 15 z dnia 14.03.95,

[2] Encyklopedia techniki - chemia, WNT,

[3] Monografia przemysłu miedziowego w Polsce- Praca zbiorowa,

[4] Metale ciężkie w powietrzu- problem nie tylko Polski : Aura 1/1997.

---