Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management

Obserwowany w ostatnich latach w świecie wysoki popyt na koks wielkopiecowy sprawił, że krajowe koksownic rozpoczęły realizację szerokiego programu modernizacyjnego swych mocy produkcyjnych. W tej sytuacji ograniczone możliwości zaspokojenia zapotrzebowania na odpowiedniej jakości węgle koksowe przez krajowe kopalnie stanowi poważne zagrożenie. W szczególności dotyczy to węgli ortokoksowych. Krajowe zasoby tych węgli, jak i możliwości ich produkcji są bowiem ograniczone, natomiast ich udział w recepturach mieszanek węglowych systematyczne rośnie w związku ze wzrostem wymagań jakościowych odbiorców koksu. W tej sytuacji alternatywą dla importu tych węgli - głównie z Australii i USA- może być podjęcie odpowiednich działań technologicznych w zakresie operacji przygotowania mieszanek wsadowych w naszych koksowniach. Takie działania umożliwią częściowe zastąpienie w mieszankach węglowych deficytowych węgli ortokoksowych łatwiej dostępnymi na krajowym rynku węglarni gazowo-koksowymi. Do wspomnianych działań zaliczyć należy: optymalny dobór receptur mieszanek wsadowych, skuteczną homogenizację mieszanki i jej komponentów, racjonalny przemiał węgli, zwiększenie zagęszczenia wsadu w komorze koksowniczej czy wstępną obróbki; termiczną wsadu. W podsumowaniu dokonano porównania skuteczności wymienionych działań w aspekcie możliwości zwiększenia zawartości węgli gazowo-koksowych w mieszankach wsadowych bez pogorszenia jakości produkowanego koksu.

Stosowanie w wielu gałęziach przemysłu materiałów o wysokim stopniu rozdrobnienia wymaga użycia takich nowoczesnych technologii mechanicznej przeróbki substancji stałych, jakie zapewnią uzyskanie żądanego uziarnienia produktu, przyjednoczesnym zmniejszeniu energochłonności procesu. Perspektywicznym rozwiązaniem są technologie realizujące przeróbkę materiałów ziarnistych w warunkach wysokoenergetycznej warstwy fluidalnej. Istota rozdrabniania materiałów w młynie strumieniowo-fluidyzacyjnym polega na wytworzeniu ogniska zderzeń przcciwstrumicni powietrznych w nieruchomej warstwie, inicjującego powstanie i utrzymanie stanu fluidyzacji burzliwej w komorze mielenia młyna. Wdolnej strefie warstwy wystąpi stan fluidyzacji pulsacyjnej, w górnej zaś stan fluidyzacji fontannowej. W strefie fluidyzacji pulsacyjnej powstają obszary pęcherzy gazowych i aglomeratów ziarnowych, które intensyfikują mieszanie i rozdrabnianie ziaren. Natomiast w strefie fluidyzacji fontannowej obserwuje się unoszenie ziaren w obszarze dużych prędkości w rdzeniu komory, a następnie grawitacyjne opadanie grubszych ziaren w strefie małych prędkości w pobliżu ścian bądź trwale porywanie drobnych ziaren do układu separacji zewnętrznej przez strumień przepływającego powietrza. Taki rozkład stref fluidyzacji umożliwia efektywne rozdrabnianie materiału ziarnistego. Mimo to, podstawy mechanizmu rozdrabniania ziaren w młynach strumieniowo-fluidyzacyjnych są nadal niedostatecznie wyjaśnione. Wynika to głównie z trudności dotyczących określenia wpływu wszystkich parametrów procesu na charakter zmiany uziarnienia produktu. W punkcie 2 artykułu przedstawiono analizę mechanizmu rozdrabniania ziaren w komorze mielenia młyna strumieniowo- fluidyzacyjnego. Badania przeprowadzono na laboratoryjnym stanowisku młyna slużącym do drobnego mielenia materiałów ziarnistych. Eksperyment obejmował mielenie wybranej klasy ziarnowej kamienia wapiennego dla optymalnych warunków pracy młyna. Na podstawie wyników badań stwierdzono, że rozdrabnianie ziaren zachodzi w trzech strefach w wyniku powierzchniowego ścierania, gwałtownego rozbijania oraz rozdzielania aglomeratów ziarnowych. Intensywność poszczególnych procesów zależy od wielu czynników, między innymi: energii powietrza fluidyzującego, masy substancji tworzącej warstwę, sposobu zderzeń ziaren, budowy i wytrzymałości pojedynczych ziaren (monokryształy, polikryształy, aglomeraty).

W pracy przedstawiono i opisano kolejne kroki niezbędne do budowy modelu ekonometrycznego mającego za zadanie opisanie zależności pomiędzy kosztami a wielkością produkcji w kopalni węgla kamiennego. Zadanie sprowadza się do poszukiwania modelu liniowego z jedną zmienną objaśniającą. Przedstawiono matematyczny zapis problemu oraz możliwość zastosowania modelu do wyznaczenia udziału kosztów zmiennych w analizowanym koszcie produkcji. Opracowano schemat budowy i weryfikacji takiego modelu w oparciu o literaturę tematu, uwzględniając jednocześnie specyfikę wykorzystanych narzędzi wspomagających proces modelowania Program Statistica v. 6.0. Zastosowanie tego programu wspomaga proces weryfikacji modelu, gdyż program sam wyznacza szereg statystyk powalających na ominięcie procesu ich obliczania. Do szacowania modelu zastosowano metodę najmniejszych kwadratów. Dlatego szczególną uwagę zwrócono na problem weryfikacji modelu, tak by spełniał on założenia leżące u podstaw stosowania tej metody. Zaproponowano weryfikację parametrów strukturalnych modelu oraz wszechstronną weryfikację reszt. Schemat pełnej weryfikacji modelu składa się z 13 kroków. W każdym z kroków opisano procedurę niezbędną dla zweryfikowania badanej cechy modelu oraz podano warunek jaki musi być spełniony, by można było przejść do kroku następnego. W przypadku braku pozytywnej weryfikacji w dowolnym z kroków należy albo zmodyfikować serię danych wejściowych, albo zrezygnować z modelu. Podano warunki eliminacji niektórych danych wejściowych. Przedstawiony schemat zilustrowano budując model zależności kosztów wynagrodzeń od wydobycia dla jednej z kopalń węgla kamiennego. Model ten został zweryfikowany pozytywnie i został użyty do określenia udziału kosztów zmiennych w kosztach wynagrodzeń w tej kopalni.

Artykuł przedstawia próbę wyznaczenia kosztów stałych i zmiennych na przykładzie ośmiu kopalń odkrywkowych skalnych surowców drogowych (kopalnie ,.A"-"H"). W sześciu z wymienionych kopalń zastosowano metodę najmniejszych kwadratów, zaś w dwóch kopalniach (kopalni ,.C" i kopalni ,.H") ze względu na brak wystarczających danych zastosowano metodę księgową. W każdej kopalni analizowano okres pięciu kolejnych lat obrotowych. Metody zastosowane w artykule doprowadziły do interesujących spostrzeżeń. Z przeprowadzonej analizy można stwierdzić, że najniższy poziom kosztów stałych występuje w kopalni ,.C' (39,59--42,00% kosztów operacyjnych w latach I-V), w kopalni ,.B" (40,340---47,872% kosztów operacyjnych w latach I-V), a także w kopalni ,.F" (55,289-61,873% kosztów operacyjnych w latach I-V). Najwyższy zaś, poziom kosztów stałych występuje w kopalni ,,H" (82,82-84,32%kosztów operacyjnych w latach I-V), w kopalni ,.A" (61,428-79,523% kosztów operacyjnych w latach I-V), kopalni ,.G" (61,037-77,541% kosztów operacyjnych w latach I-V), a także w kopalni ,.E" (61,81-74,04% kosztów operacyjnych w latach I-V). W badanych latach wzrost produkcji o I Mg powoduje najmniejszy wzrost kosztów operacyjnych w kopalni ,,G"; od 2,98 PLN/Mg do 6,26 PLN/Mg, najwyższy zaś poziom zmian występuje w kopalni ,.B" od 16,36 PLN/Mg do 19,31 PLN/Mg. Średni wzrost kosztów operacyjnych w analizowanym okresie pięciu lat wynosi od 4,70 PLN/Mg w kopalni ,.G" do 17,78 PLN/Mg w kopalni ,.B". Dodatkowo z analizy struktury kosztów w układzie rodzajowym wynika, że największy udział w strukturze kosztów w układzie rodzajowym ma pozycja wynagrodzenia; od średnio 22,06% w Kopalni ,,H'' do 41,81% w Kopalni ,.B". Kolejną dominującą pozycją w układzie rodzajowym kosztów jest zużycie materiałów i energii (od 19,04% w Kopalni ,.H" do 42,09% w Kopalni ,.E"), jak również pozycja usługi obce; od 9,24% w Kopalni ,,G" do 32,37% w Kopalni ,,H". Z analizy dynamiki zmian poszczególnych pozycji kosztów rodzajowych wynika, że kopalnie ,.D", ,,G" i ,.H" przechodzą okres głębokich zmian restrukturyzacyjnych. Kopalnie podjęły działania związane z dostosowaniem się do potrzeb rynku, kładąc główny nacisk na zwiększenie zdolności produkcyjnych poprzez modernizację lub rozbudowę majątku trwalcgo. Dalsze szczegółowe uwagi zawarte są w podsumowaniu.

Zwiększona emisja CO2 oraz jego negatywny wpływ na zmiany klimatyczne spowodowały intensyfikacje; badań dotyczących sekwestracji, czyli wychwytywania i utylizacji ditlenku węgla. Jedną z metod utylizacji CO2 jest jego wiązanie na drodze mineralnej karbonatyzacji. Metoda ta polega na wiązaniu CO2 w minerałach naturalnych lub odpadach. Jest to metoda bezpieczna ekologicznie, ponieważ CO2 jest trwale wiązany, a powstałe w wyniku reakcji węglany nie mają negatywnego wpływu na środowisko naturalne. Mineralna karbonatyzacja może być przeprowadzana metodą bezpośrednią, w której mineral lub odpad poddawany jest bezpośrednio karbonatyzacji lub pośrednią, w której składniki reaktywne są wstępnie ekstrahowane z matrycy mineralnej, a następnie poddawane reakcji z CO2. Mineralna karbonatyzacja jest interesującą opcją dla redukcji CO2 przy zastosowaniu odpadów, szczególnie tych, które powstają u znaczących emitentów ditlenku węgla. Odpady mają te; przewagę nad stosowaniem surowców naturalnych do wiązania CO2, że nie ponosi się kosztów związanych z ich pozyskaniem. Dodatkową zaletą stosowania odpadów jest fakt, że karbonatyzacja przy ich zastosowaniu jest procesem szybszym niż w przypadku zastosowania naturalnych minerałów. Do wiązania CO2 mogą być stosowane stale nieorganiczne odpady alkaliczne zawierające CaO i MgO w formie, która może reagować z CO2. Odpadami, takimi są m.in. żużle z hutnictwa żelaza i stali, które stanowią potencjalny material do sekwestracji ditlenku węgla na drodze mineralnej karbonatyzacji. Obecnie większość badań dotycząca mineralnej karbonatyzacji przy zastosowaniu żużli hutniczych skierowana jest na opracowanie metody sekwestracji, która byłaby jak najmniej energochłonna i pozwalałaby na gospodarcze wykorzystanie produktów reakcji z CO2. Jednym z najbardziej obiecujących kierunków badań jest określenie możliwości zastosowania mineralnej karbonatyzacji do wytwarzania węglanu wapnia z żużli za pomocą kwasu octowego. W artykule omówiono przegląd opracowanych dotąd możliwości i metod wiązania CO2 przez żużle z hutnictwa żelaza i stali na drodze mineralnej karbonatyzacji bezpośredniej i pośredniej.

Substancje ropopochodne stanowią jedno z głównych źródeł skażenia gleby z terenów zastarzałych dołów urobkowych, które powstały w wyniku prowadzenia na tych obszarach prac poszukiwawczych, wybobywczych i eksploatacyjnych powodując degradację i nieprzydatność użytkową gleby. W artykule przedstawiono zagadnienia związane z problemem oczyszczania odpadów pochodzących z zastarzałych dołów urobkowych, na przykładzie dołów urobkowych G-44 i G-40 różniących się zawartością zanieczyszczeń ropopochodnych oraz minerałów ilastych w odpadzie. Cały cykl oczyszczania gleby/odpadu wiertniczego z zanieczyszczeń ropopochodnych kontrolowany jest za pomocą opracowanej metodyki chromatograficznego oznaczania substancji ropopochodnych w odpadzie wiertniczym/glebie. Pozwala ona na zaobserwowanie zmian zawartości n-alkanów wchodzących w skład zanieczyszczeń ropopochodnych podczas procesu ich biodegradacji w poszczególnych etapach oczyszczania oraz umożliwia ocenę stopnia biodegradacji n-alkanów za pomocą wskaźników: n-C17/Pr i n-C1g/F.. W badaniach laboratoryjnych przy zastosowaniu biomarkera: C30 l 7n(H),2 I l3(H)-hopane do normalizacji stężeń analitu (TPH) przedstawiono pierwszorzędowy model biodegradacji TPH w kolejnych etapach prowadzonego procesu oczyszczania. Omówiono wyniki prac optymalizacyjnych podczas oczyszczania dołów urobkowych wykorzystując etapową technologię oczyszczania odpadu wiertniczego/gleby z zanieczyszczeń ropopochodnych obejmującą: rekultywację wstępną, biorernediację podstawową, bioaugrnentację poprzez inokulację" biopreparatemopracowanym na bazie mikroorganizmów autochtonicznych, którą modyfikowano w zależności od charakteru zanieczyszczeń oczyszczanego obiektu. Przeniesienie wyników badań laboratoryjnych (ex-situ) na warunki przemysłowe stwarza duże trudności, jednakże były one podstawą opracowania wytycznych prowadzenia procesu oczyszczania metodą in-situ, a ponadto pozwoliły prześledzić przebieg procesu oczyszczania odpadu z dołu urobkowego, dobrać optymalne dawki substancji biogennych, określić ramy czasowe prowadzenia poszczególnych etapów oczyszczania oraz zapoznać się z efektywnością opracowanego biopreparatu na bazie mikroorganizmów autochtonicznych. Przedstawiona technologia oczyszczania gleby z dołów urobkowych o wysokiej koncentracji zanieczyszczeń ropopochodnych, polegająca na etapowym prowadzeniu procesu oczyszczania, umożliwia usunięcie tych zanieczyszczeń do zadowalającego poziomu, co potwierdza jej praktyczną przydatność.