Efekty technologiczne wzbogacania i odsiarczania węgla energetycznego - wprowadzenie

Elektrownie oraz elektrociepłownie mają ogromny wpływ na stan gleby, wody oraz powietrza atmosferycznego, a co za tym idzie, oddziałują również na wszystkie organizmy żywe: rośliny, zwierzęta i samego człowieka. Z ich powodu mogą również ucierpieć materiały oraz konstrukcje inżynierskie. Dlatego też projektując i później eksploatując obiekty tego typu ogromnie istotne jest położenie nacisku na ochronę naszego środowiska naturalnego. W celu zniwelowania ich niekorzystnego oddziaływania wciąż trwają poszukiwania nowoczesnych, przyjaznych dla środowiska i najlepiej jednocześnie tanich, technologii energetycznych.

Elektrownie oraz elektrociepłownie mają ogromny wpływ na stan gleby, wody oraz powietrza atmosferycznego, a co za tym idzie, oddziałują również na wszystkie organizmy żywe: rośliny, zwierzęta i samego człowieka. Z ich powodu mogą również ucierpieć materiały oraz konstrukcje inżynierskie. Dlatego też projektując i później eksploatując obiekty tego typu ogromnie istotne jest położenie nacisku na ochronę naszego środowiska naturalnego. W celu zniwelowania ich niekorzystnego oddziaływania wciąż trwają poszukiwania nowoczesnych, przyjaznych dla środowiska i najlepiej jednocześnie tanich, technologii energetycznych.

Chyba największy problem sprawia zanieczyszczanie powietrza atmosferycznego tlenkami siarki. Dzień w dzień na całym świecie do atmosfery emitowany jest aż 1 milion ton dwutlenku siarki (SO2), wydzielanego głównie w trakcie procesu spalania paliw stałych. 

W Polsce rocznie emitowane do atmosfery jest około 2 miliony ton SO2.

Siarka w węglu występuje pod postacią pirytu. Jest to minerał łatwo ulegający kruszeniu podczas urabiania oraz transportu, dlatego jego koncentracja jest najwyższa 

w najdrobniejszych sortymentach. Wobec tego naturalnym jest, że w przemyśle węglowym odsiarczanie węgla polega głównie na odsiarczaniu miału. Natomiast tylko w kopalniach, w których węgiel ma podwyższoną zawartość siarki, zagadnienie odsiarczania obejmuje również grube sortymenty.

Polskie złoża węgla kamiennego cechują się dość niską zawartością siarki. Na terenie Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego (GOP) średnia zawartość siarki to jedynie około 1,05%. Jednak w kopalniach takich, jak np. Janina, Siersza, Jan Kanty czy Sobieski eksploatuje się węgiel kamienny o podwyższonej zawartością siarki.

W przemysłowych warunkach stosowane są metody odsiarczania węgla opierające się na wzbogacaniu grawitacyjnym. Gdy siarka związana jest ze skałą płoną, możliwe jest odprowadzenie wraz z odpadami około 60% siarki całkowitej. W  sytuacji tej równocześnie 

z odsiarczaniem zachodzi wzbogacanie węgla. Jednak gdy siarka związana jest głównie z masą węglową, wraz z odpadami odprowadzane jest zaledwie około 5% siarki. W celu odsiarczenia takiego węgla, należy skruszyć koncentrat aż do poziomu uwolnienia ziaren pirytu. Wtedy piryt staje się rozluzowany i tak skruszony materiał można poddać procesowi odsiarczania. W przypadku, gdy węgiel ma dość podwyższoną zawartość siarki, korzystnym jest zastosowanie procesu wzbogacania trójproduktowego, który pozwala na uzyskanie koncentratów zawierających poniżej 10% popiołu oraz około 0,9% siarki całkowitej. Powstający pośredni produkt może zostać rozdrobniony i ponownie wzbogacony. Proces ten pozwala na odprowadzenie wraz z odpadami około 70% siarki. W Polsce wybudowane zostały cztery zakłady służące do przeprowadzania procesu odsiarczania oraz wzbogacania miału węglowego. Zlokalizowane są one przy kopalniach: Janina, Siersza, Jan Kanty oraz Sobieski. Zakład Wzbogacania i Odsiarczania Miałów przy KWK Siersza stosuje technologię opartą na wzbogacaniu w hydrocyklonach i osadzarkach. Natomiast pozostałe trzy zakłady przeprowadzają wzbogacanie stosując osadzarki oraz wzbogacalniki zwojowe. W trakcie grawitacyjnego wzbogacania nie jest możliwym całkowite usunięcie obecnej w węglu siarki. Dlatego też prowadzone są intensywne badania mające na celu wynalezienie innych, bardziej skutecznych metod usuwania tego pierwiastka. Testowane są następujące sposoby: o chemiczny proces usuwania, który polega na ługowaniu siarki z węgla, przeprowadzany w zasadowym lub kwaśnym środowisku, przy temperaturze podwyższonej i nie rzadko pod ciśnieniem; o mikrobiologiczne metody, czyli ługowanie siarki w kwaśnym środowisku i przy obecności mikroorganizmów; o termiczne metody, czyli piroliza węgla (powolna), przeprowadzana w zakresie temperaturowym od 400 do 1000oC, podczas której dochodzi do redukcji pirytu i uwolnienia siarki z organicznych połączeń; o magnetyczna separacja, która jest jednak metodą mało efektywną, ponieważ piryt wykazuje niską magnetyczną podatność; o tryboelektryczna separacja, w której rozdziela się w elektrycznym polu mineralne ziarna naładowane poprzez kontakt z powierzchnią elektryzatora. Niestety, koszty ponoszone przy stosowaniu powyższych metod są zbyt wysokie, by móc wprowadzić je do zastosowania przemysłowego.