Miliony ton mułów węglowych... Skarby porzucone na hałdach Z dr inż. Ireneuszem Baicem kierownikiem Centrum Gospodarki Odpadami będącym katowickim oddziałem Instytutu Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego w Warszawie rozmawia Jacek Balcewicz ( Energia Gigawat nr 10/2010) - Coraz częściej i głośniej mówi się o potrzebie budowy w Polsce nowych kopalń węgla kamiennego, bo wydobycie w istniejących z powodu m.in. sczerpywania się złóż, systematycznie z roku na rok spada. A tymczasem górnictwo węglowe na Śląsku w ciągu dwóch wieków swojej działalności ulokowało na hałdach blisko pół miliarda ton odpadów, z czego znaczna ich część - z punktu widzenia dostępnych dzisiaj technologii przetwarzania - nadaje się do energetycznego wykorzystania. - Górnośląskie Zagłębie Węglowe jest najważniejszym do tej pory zagłębiem węglowym w Polsce, w którym eksploatacja węgla kamiennego prowadzona jest od ponad dwóch wieków. Jego maksymalny rozwój przypadł na lata siedemdziesiąte XX wieku, gdy wydobycie zbliżyło się do niemal 200 mln ton rocznie. Wskutek rozpoczętej w 1990 r. restrukturyzacji górnictwa węgla kamiennego, ilość kopalń systematycznie malała z 65 kopalń w 1989 r. do 33 - w 2006 r. Równolegle malało wydobycie węgla kamiennego ze 171,4 mln ton w 1989 r. do 83,6 mln ton w 2008 r. Zmniejszające się wydobycie węgla kamiennego nie spowodowało jednak proporcjonalnego zmniejszania się ilości wytwarzanych odpadów. Corocznie ta właśnie branża wytwarza blisko 30 mln ton odpadów wydobywczych. Dodatkowo szacuje się, że blisko 560 mln ton tego rodzaju odpadów jest już zdeponowane w środowisku. Na przestrzeni ponad 200-letniej działalności górnictwa węgla kamiennego zmieniały się kryteria przydatności czyli tzw. wartości wyjątkowej węgli energetycznych i koksowych. Do czasu przemysłowego opanowania flotacji, pozwalającej na wzbogacenie drobnych ziaren urobku górniczego, ziarna o frakcji poniżej 1 mm traktowane były jako odpady. Znanymi do lat trzydziestych ubiegłego wieku metodami przeróbczymi nie można było z urobku usunąć czystych ziaren kamienia. Ziarna te w procesach koksowania, przechodząc do koksu, powodowały uzyskiwanie koksu o bardzo słabej wytrzymałości, a więc nieprzydatnego w procesach wielkopiecowych. Drobne ziarna węgli energetycznych także uważane były jako odpad, gdyż spalanie ich w kotłach rusztowych było praktycznie niemożliwe. Dopiero po wprowadzeniu w energetyce kotłów pyłowych, najdrobniejsze ziarna urobku węglowego można było efektywnie wykorzystywać. Z powyższych powodów przez dziesiątki lat drobne ziarna węglowe były wysiewane z urobku i składowane w osadnikach ziemnych jako produkt niemający, w tamtych warunkach, możliwości gospodarczego wykorzystania. Obecnie te depozyty węglowe traktuje się jako złoża antropogeniczne czyli wtórne. Zmagazynowane drobne klasy węgla koksowego zostały poddane eksploatacji, już przed II wojną światową, po rozbudowie zakładów przeróbki mechanicznej węgla o sekcje flotacji. Była to produkcja uzupełniająca produkcję węgla koksowego, gdyż koncentraty flotacyjne można było w ograniczonych ilościach dodawać do koncentratów uzyskiwanych podczas wzbogacania grawitacyjnego. Długie składowanie spowodowało jednak utlenianie powierzchni ziaren węglowych obniżając częściowo ich właściwości koksotwórcze. Węgiel ten nadawał się raczej do wykorzystania do produkcji energii elektrycznej lub cieplnej, co w tamtych czasach było mało realne z uwagi na stosowanie głównie palenisk rusztowych. Po uruchomieniu przez energetykę kotłów z paleniskami pyłowymi, już po II wojnie światowej, część zdeponowanych w osadnikach ziemnych mułów węglowych została wyeksploatowana. 1
Dodawano je do miałów tworząc mieszanki energetyczne chętnie odbierane przez energetykę posiadającą urządzenia przystosowane do spalania węgli nawet bardzo złej jakości. Pomimo prowadzenia procesów eksploatacji osadników, nadal pozostało dużo zmagazynowanego w ten sposób węgla. Wiele takich wtórnych złóż węgla, ze względu na upływ czasu, jest obecnie niezidentyfikowanych. Zostały one pokryte warstwą gleby i roślinnością. Deponowanie drobnych ziaren węgla miało miejsce także w drugiej połowie ubiegłego wieku. W latach powojennych zakłady przeróbki węgla kamiennego nie posiadały zamkniętych obiegów wodno-mułowych. Powstające w procesach wzbogacania muły były gromadzone w osadnikach ziemnych. W osadnikach gromadzono również muły powstające podczas czyszczenia obiegów wodno-mułowych zakładów przeróbczych. Drobne ziarna sedymentowały, a woda była odprowadzana na zewnątrz. Powstawały w ten sposób złoża wtórne. Część z nich była przedmiotem późniejszej eksploatacji. Bardzo duża ich cześć nadal jest zdeponowana w środowisku. Według danych szacunkowych, ilość nieeksploatowanych, a zdeponowanych przez sektor wydobywczy mułów węglowych wynosi od kilkunastu, a być może nawet do kilkudziesięciu milionów ton. Muły te, z uwagi na swoje właściwości, po przeprowadzeniu odpowiednich badań, mogą zostać zaliczone do złóż antropogenicznych węgla kamiennego. Wówczas powinny one zostać przekwalifikowane ze statusu odpadów do statusu produktu, a dokładniej paliwa energetycznego. Po takim zaklasyfikowaniu zaistnieje możliwość włączenia ich do bilansu zasobów energetycznych. W tym celu Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego Oddział Zamiejscowy Centrum Gospodarki Odpadami w Katowicach wspólnie z Katedrą Przeróbki Kopalin i Utylizacji Odpadów Politechniki Śląskiej w Gliwicach przygotował projekt rozwojowy, który uzyskał pozytywną ocenę i został skierowany do realizacji w latach 2009-2012. - Co jest głównym celem tego projektu? - Przede wszystkim określenie możliwości włączenia do krajowego bilansu paliwowego istniejących depozytów mułów węglowych. Równocześnie realizacja projektu przyczyni się do wypełnienia zapisów Dyrektywy 2006/21/WE Parlamentu Europejskiego w sprawie gospodarowania odpadami pochodzącymi z przemysłu wydobywczego oraz ustawy z dnia 10 lipca 2008 r. o odpadach wydobywczych, transponującej zapisy tej dyrektywy do ustawodawstwa polskiego. Realizacja tego celu wymagać będzie w pierwszej kolejności dokonania inwentaryzacji obiektów wraz z przeprowadzeniem identyfikacji ilościowej i jakościowej zinwentaryzowanych depozytów mułów węglowych. Opracowany zostanie również model matematyczny pozwalający na obliczenie potencjału energetycznego każdego badanego obiektu. Umożliwi to wskazanie potencjalnych odbiorców wraz z określeniem ilości możliwych dostaw. W oparciu o opracowany punktowy system oceny przeprowadzona zostanie ocena oddziaływania zinwentaryzowanych obiektów depozytów mułów węglowych - na różne komponenty środowiska. Umożliwi to stworzenie listy rankingowej obiektów stanowiących potencjalnie największe zagrożenie dla środowiska. Określone zostaną także kierunki, zakres oraz wytyczne projektowe przyszłej rewitalizacji terenów poeksploatacyjnych. Dla zinwentaryzowanych oraz zidentyfikowanych i ocenionych depozytów mułów węglowych opracowane zostaną technologie ich wzbogacania na pełnowartościowe paliwo dla energetyki zawodowej, uwzględniające zróżnicowaną strukturę fizyczną i chemiczną. - W najbardziej nawet wyrafinowanych technologicznie procesach przeróbczych zostaje niemal zawsze to coś z czym nie da się już nic sensownego zrobić. W jakim więc kierunku będą zmierzały technologie zagospodarowania tych odpadów pogórniczych, które nie mają wartości energetycznej? 2
- Gospodarcze wykorzystanie pozostałych po procesach wzbogacania odpadów dokonywane będzie w oparciu o najnowsze technologie wykorzystujące w pierwszym rzędzie metody mechaniczne. Odpady nieklasyfikujące się do zastosowania metod mechanicznych będą badane pod kątem zastosowania specjalistycznych procesów stabilizacji, cementyzacji lub przeróbki termicznej przy pomocy metody zeszkliwienia. Otrzymane w ten sposób produkty będą mogły być wykorzystywane w budownictwie drogowym i przy robotach inżynieryjnych, do rekultywacji terenów, do produkcji ceramiki budowlanej oraz wylewek kamiennych lub do wypełniaczy porowych. Końcowy etap projektu stanowić będą propozycje rozwiązań technicznych, organizacyjnych i prawnych wraz ze strategią rozwoju technologicznego zmierzających do wykorzystania zinwentaryzowanych ilościowo i jakościowo depozytów mułów węglowych w krajowym bilansie paliwowym. - Jak to wszystko zrobić? - Aby osiągnąć założone w projekcie cele praca została podzielona na dziesięć zadań badawczych. Pierwszym z nich jest inwentaryzacja istniejących depozytów mułów węglowych wraz z określeniem ich stanu formalno prawnego. Zgodnie z zapisami zawartymi w art. 20 Dyrektywy 2006/21/WE w sprawie gospodarowania odpadami pochodzącymi z przemysłu węglowego państwa członkowskie są zobligowane do sporządzenia spisu zamkniętych obiektów unieszkodliwiania odpadów łącznie z obiektami opuszczonymi. W oparciu o stan posiadanej wiedzy należy stwierdzić, że informacje o lokalizacji w Polsce obiektów unieszkodliwiania odpadów wydobywczych, w tym depozytów mułów węglowych są bardzo rozproszone i cechują się różnym stopniem szczegółowości. Mając powyższe na uwadze oraz dodatkowo problematykę bezpieczeństwa energetycznego kraju, ochronę zasobów naturalnych, minimalizację negatywnego wpływu na środowisko oraz efektywność ekonomiczną kopalń, inwentaryzacja istniejących depozytów mułów węglowych, jak i określenie ich potencjału energetycznego staje się koniecznością. Zakłada się, że działania inwentaryzacyjne będą przebiegały dwuetapowo. W pierwszym etapie przeanalizowane zostaną informacje zawarte w funkcjonujących bazach danych, takich jak: Rejestr Obszarów Górniczych (ROG), Baza danych MIDAS, Regionalny System Informacji Przestrzennej dla województwa śląskiego (RSIP) oraz innych dokumentach planistycznych, tj. sprawozdania z realizacji planów gospodarki odpadami, programy ochrony środowiska, przeglądy ekologiczne i in. Natomiast w drugim etapie zostanie przeprowadzona uzupełniająca ankietyzacja wśród wybranych podmiotów władających terenami, na których zlokalizowane są obiekty oraz analiza będących w ich gestii dokumentów archiwalnych. Pozwoli to docelowo na stworzenie kompleksowego rejestru wraz z nakładkami mapowymi na istniejące ortofotomapy i rastrowe mapy kartograficzne. Natomiast w celu określenia stanu formalnoprawnego zinwentaryzowanych depozytów mułów węglowych wykorzystane zostaną informacje zawarte w decyzjach lokalizacyjnych, dokumentacjach projektowych, pozwoleniach na budowę oraz pozwoleniach na użytkowanie terenu. W celu usystematyzowania informacji pochodzących z różnych źródeł opracowano na potrzeby projektu Kartę charakterystyki obiektu osadnika mułów węglowych zawierającą wszystkie niezbędne dane określające przydatność obiektu z punktu widzenia gospodarczego wykorzystania jak i wpływu obiektu na otaczające środowisko. Po przeanalizowaniu zawartości funkcjonujących baz danych pod koniec 2009 r. skierowaliśmy zapytania do podmiotów i instytucji w których gestii znajdują się interesujące nas obiekty. - Do kogo konkretnie zostały skierowane te pytania, kto jest ich personalnym adresatem? 3
- Przede wszystkim ci, którzy wydobywają względnie są dysponentami mienia po zlikwidowanych kopalniach wydobywających węgiel na tym terenie. A więc: Kompania Węglowa S.A., Katowicki Holding Węglowy S.A., Jastrzębska Spółka Węglowa S.A., Południowy Koncern Węglowy S.A., Spółka Restrukturyzacji Kopalń S.A. w Bytomiu. Zapytania zostały skierowane również do Archiwum Wyższego Urzędu Górniczego, Archiwów Państwowych na tym terenie, Urzędu Marszałkowskiego Województwa Śląskiego, Wojewódzkiego Inspektoratu Ochrony Środowiska w Katowicach, Stowarzyszenia Gmin Górniczych, wybranych Urzędów Miast i Gmin zrzeszone w Śląskim Związku Gmin i Powiatów, Wojewódzkiego Ośrodka Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej w Katowicach, Agencji Rozwoju Lokalnego w Jaworznie, Regionalnej Dyrekcji Lasów Państwowych w Katowicach i Agencja Nieruchomości Rolnych. - Jak zostanie przeprowadzona identyfikacja ilościowo-jakościowa? To właściwie ogromna benedyktyńska praca. Jest to - biorąc pod uwagę upływ czasu i zmiany na powierzchni ziemi - prawie jak szukanie igieł w stogu siana... - Do ustalenia wielkości powierzchni oraz głębokości zalegania depozytów mułów węglowych wykorzystane zostaną najnowocześniejsze metody geofizyczne umożliwiające określenie techniką profilowań poziomych rozkładów złoża na różnych głębokościach, natomiast techniką sondowań określenie zostaną rozkłady złoża w płaszczyznach pionowych. Przetworzenie numeryczne uzyskanych wyników pomiarów umożliwi przedstawienie badanych obiektów w postaci obrazu przestrzennego oraz map rozkładu i profili pomiarowych. Następnie przeprowadzone zostaną badania właściwości chemicznych, fizycznych i energetycznych. W tym celu przewiduje się pobieranie prób materiału przez wykonanie odwiertów na wskroś złoża do poziomu jego zalegania. Siatki odwiertów na poszczególnych obiektach ustalane będą indywidualnie, z uwzględnieniem specyfiki miejsca i informacji o sposobie deponowania oraz stosowanej technologii wzbogacania w okresie kiedy powstawał depozyt mułowy. Oznaczenia parametrów jakościowych, wykonywane będą na materiale uzyskanym z odwiertów dla poszczególnych poziomów zalegania mułów. Przewidywane różnice poziomów, dla których wykonywane będą oznaczenia parametrów jakościowych mułów, wynosić będą od 0,5 do 1,0 m. Efektem końcowym będzie opracowanie charakterystyki ilościowo-jakościowej zinwentaryzowanych depozytów mułów węglowych pod kątem ich wykorzystania jako rezerwy surowcowej dla sektora energetycznego. - Na ile do wykorzystania tych - było nie było - historycznych zasobów można użyć współczesnych technologii energetycznych, a na ile trzeba będzie dokonać ich modyfikacji względnie opracować zupełnie nowe metody postępowania? - Nagromadzone depozyty mułów węglowych deponowane w odległych okresach funkcjonowania zakładów przeróbczych charakteryzują się zmienną jakością oraz zróżnicowaną strukturą fizyko-chemiczną zależną od stopnia sprawności stosowanych dawniej procesów technologicznych. Z tego też względu konieczne jest indywidualne podejście do opracowania technologii wzbogacania w celu uzyskania pełnowartościowego paliwa. W każdym przypadku zakłada się prowadzenie procesów przeróbczych na mokro z użyciem znacznych objętości wody w celu przeprowadzenia mułów w stan zawiesiny, która zostanie poddana różnym procesom rozdziału. Przewiduje się również zastosowanie procesów klasyfikacji ziarnowej na przegrodach sitowych oraz klasyfikacji hydraulicznej w prostoliniowo płynącym strumieniu, jak i wirującym z różnym stopniem oddziaływania siły odśrodkowej. W pierwszym etapie badania w zakresie możliwych do zastosowania metod 4
wzbogacania zostaną ukierunkowane na wykorzystanie oddziaływania sił grawitacji i złożonego oddziaływania różnych sił w trakcie trwania procesów fizycznych. Natomiast w drugiej kolejności zostaną zastosowane procesy fizykochemiczne poprawiające w zasadniczy sposób efektywność opracowanej technologii wzbogacania. Na każdym z etapów będą prowadzone analizy granulometryczne i densymetryczne. - Jak określić przydatność energetyczną tych na nowo odkrywanych starych skarbów. W wielu przypadkach zwłaszcza w energetyce coś co teoretycznie, na pierwszy rzut oka, wydaje się oczywiste, w praktyce jest skomplikowane i niekiedy nie do ugryzienia jak na przykład olbrzymie ilości odpadowego ciepła towarzyszącego zawodowej produkcji energii elektrycznej? - Najpierw zbudowany zostanie w tym celu model matematyczny pozwalający na obliczenie ilości zgromadzonego paliwa możliwego do wykorzystania w energetyce zawodowej. Na podstawie oszacowania potencjału energetycznego będzie możliwe wskazanie potencjalnych odbiorców wraz z określeniem ilości możliwych dostaw. Później przygotowane zostaną koncepcje projektowe zakładów odzysku substancji węglowej z mułów, a także wprowadzenia do układów technologicznych istniejących zakładów przeróbczych depozytów mułów węglowych pozyskanych z osadników wraz z wytycznymi modernizacji tych zakładów. Koncepcje projektowe budowy zakładów odzysku substancji węglowej z depozytów mułów węglowych uwzględniać będą przy wyborze miejsca ich lokalizacji, logistykę przedsięwzięcia w długim horyzoncie czasowym. Ponadto sformułowane zostaną propozycje zmian w aktualnych przepisach prawnych dotyczących zagadnień gospodarczego wykorzystania odpadów wydobywczych, które umożliwią wykorzystanie istniejących depozytów mułów węglowych w przemyśle energetycznym. - Życzę w takim razie powodzenia i dziękuję za rozmowę. Notował: Jacek Balcewicz 5