Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management

Funkcjonowanie europejskiej gospodarki i społeczeństwa wymaga stabilnych i zrównoważonych dostaw surowców. Od 10 lat Unia Europejska rozwija inicjatywę surowcową dla zabezpieczenia tych dostaw dla gospodarki UE. W wielu przypadkach obszary ze znanymi lub hipotetycznymi złożami kopalin nie są wystarczająco zabezpieczone, doświadczając konkurencji ze strony innych kierunków zagospodarowania terenu, z dużym ryzykiem uniemożliwienia przyszłego dostępu do nich. Projekt MINATURA2020 był odpowiedzią na potrzebę rozwoju zharmonizowanych ram, które pozwoliłyby na wypracowanie wspólnej ścieżki identyfikacji złóż kopalin o znaczeniu publicznym (ZKoZP) oraz ich ochrony w procesie planowania przestrzennego. Projekt pozostawił wytyczne i propozycje w zakresie rozwoju europejskiej sieci ZKoZP, aby uniknąć utraty dostępu do „złóż wartych ochrony”.

W Polsce ochrona złóż kopalin jest intensywnie dyskutowana w ostatnich latach. Przedstawiono w tym zakresie różne propozycje. Tym niemniej do chwili obecnej tylko kilka złóż węgla zostało uznanych za strategiczne. W chwili obecnej w Polsce przygotowywana jest Polityka Surowcowa Państwa. Jej zasadniczym celem jest zabezpieczenie dostępu polskiej gospodarki do niezbędnych surowców w perspektywie długoterminowej. Zakłada się m.in. działania mające na celu ochronę złóż kopalin w ramach planowania przestrzennego.

Artykuł prezentuje zakres i najważniejsze rezultaty projektu MINATURA2020 (wraz ze szczegółami próby implementacji metodyki projektu w warunkach polskich), Projekt Polityki Surowcowej Państwa z jego celami i głównymi filarami, pozycję złóż kopalin o znaczeniu publicznym w tym Projekcie, a także oczekiwane przyszłe kroki mające na celu lepszą ochronę złóż kopalin zarówno w całej Unii Europejskiej, jak i w szczególności w Polsce.

Wyroby stalowe i żeliwne ze względu na niską cenę i korzystne właściwości znajdują najszersze zastosowanie wśród metali w gospodarce, a ich zużycie stało się wskaźnikiem rozwoju gospodarczego. W artykule przedstawiono charakterystykę surowców żelaza w odniesieniu do obecnych wymagań hutnictwa. Globalizacja handlu i rozwój technologii wytwarzania stali w ostatnim półwieczu spowodowały istotne zmiany w jakości wsadowych surowców mineralnych. Wymusiło to usprawnienie technologii przeróbczych przez zakłady górnicze. Przedmiotem światowego handlu są obecnie standardowe koncentraty o zawartości żelaza ponad 60%, tj. niemal dwukrotnie bogatsze niż rudy przetwarzane w połowie XX wieku w wielu krajach. Udoskonalone zostały sposoby oceny jakości surowców wsadowych i zaostrzono normy jakości.

W publikacji dokonano przeglądu wymagań jakościowych najbardziej istotnych surowców: rud i koncentratów żelaza, złomu stalowego, głównych metali stopowych, węgla koksowego i koksu oraz gazu i innych nośników energii. Zwrócono szczególną uwagę na metodykę badania jakości surowców oraz standaryzację surowców wsadowych. Jakość surowców oceniana jest wieloparametrycznie; istotne są zarówno cechy chemiczne, jak i fizyczne. Gorsze parametry jakościowe surowców wsadowych skutkują niższymi cenami uzyskiwanymi przez dostawców w obrocie.

Rynki tych surowców są zróżnicowane, kierowane odrębnymi i częściowo nowymi regułami. W obrocie handlowym funkcjonują standardy odniesień cenowych (np. ceny węgla metalurgicznego w Australii czy indeksy cenowe koncentratów żelaza). Część surowców kwotowana jest w systemie giełdowym (niektóre składniki stopowe i złom stalowy). Rezygnacja z powszechnych dawniej kontraktów wieloletnich doprowadziła do dużych wahań cen, które osiągnęły podobną skalę jak inne metale.

W kamieniołomie wapieni górno dewońskich w Józefce koło miejscowości Górno koło Kielc w Górach Świętokrzyskich stwierdzono współwystępowanie węglowodorów i siarczków żelaza i miedzi w spękaniach w strefie uskokowej. Węglowodory występują także w formie rozproszonej, plamiście w otaczających wapieniach nadając im czarną barwę oraz wzdłuż płaszczyzn ich warstwowania. Współwystępowanie węglowodorów i siarczków metali sugeruje ich wspólną genezę i migrację z głęboko położonego źródła. Skałami macierzystymi, mogły być czarne łupki występujące w utworach syluru i ordowiku oraz na pograniczu dewonu dolnego i środkowego wyróżniane jako wzbogacony w metale „poziom rudonośny”. Zwrócono uwagę, że nośnikiem metali mogły być związki metaloorganiczne.

Płukanie jest operacją technologiczną pozwalającą na usunięcie z kruszyw minerałów ilastych. Z roku na rok ilość szlamów powstających podczas płukania kruszyw wzrasta. Poza rekultywacją obszarów kopalni, nie ma powszechnej metody utylizacji tych odpadów. Możliwość użycia szlamów z płukania kruszyw wapiennych w ceramice budowlanej może być przyjazną środowisku metodą ich wykorzystania.

W artykule przedstawiono wybrane badania laboratoryjne dwóch szlamów z płukania kruszywa: dolomitowego i wapiennego. Odpady scharakteryzowano pod względem zawartości wody, składu granulometrycznego (analiza sitowa i areometryczna), chemicznego (XRF) i mineralnego (XRD), właściwości termicznych (STA/EGA, dylatometria, mikroskopia wysokotemperaturowa) oraz trwałości spieków w obecności pary wodnej.

Stwierdzono, że odpad z płukania kruszywa dolomitowego zawiera więcej minerałów ilastych i mniej węglanów oraz jest bardziej drobnoziarnisty niż odpad z płukania wapienia. Odpad z płukania kruszywa wapiennego charakteryzują duże wahania zawartości wody i duża zawartość potencjalnie niebezpiecznych ziaren kalcytu. Podczas ogrzewania wysuszonych próbek szlamów do 1300°C zachodzi dekarbonatyzacja i spiekanie. Odpad z płukania kruszywa dolomitowego mięknie, topi się i płynie przed osiągnięciem temperatury 1300°C. Po wypaleniu szlamów w 1000°C spiek ze szlamu wapiennego nie jest odporny na działanie pary wodnej. Odpad z płukania kruszywa dolomitowego może być wykorzystany w ceramice budowlanej bez jego przetwarzania jako podstawowy składnik mas ceramicznych.

Odpad z płukania kruszywa wapiennego nie nadaje się do zastosowania w ceramice budowlanej bez jego poprzedniego zmielenia. Jego właściwości sugerują możliwość zastosowania go jedynie jako dodatek do mas ceramicznych, nie jako ich główny składnik.

Sterowanie procesów technologicznych wzbogacania węgla odbywa się w obecności licznych zakłóceń. Zatem jednym z podstawowych zadań układów regulacji procesów wzbogacania węgla jest stabilizacja parametrów jakościowych na zadanym poziomie. Istotnym problemem jest wybór regulatora odpornego na różnorodne zakłócenia. Niemniej ważnym zagadnieniem w regulacji procesu jest dobór nastaw regulatora. W wielu metodach doboru nastaw regulatora wykorzystuje się charakterystyki dynamiczne sterowanego procesu (model dynamiczny obiektu sterowania). Na podstawie badań stwierdzono, że dynamika wielu procesów wzbogacania węgla może być przedstawiona za pomocą modelu o właściwościach elementu inercyjnego z opóźnieniem czasowym. Identyfikacja parametrów obiektu (w tym stałej czasowej) w warunkach przemysłowych realizowana jest zwykle w trakcie normalnej eksploatacji (z oddziaływaniem zakłóceń), tym samym wyznaczone parametry modelu dynamicznego mogą się różnić od wartości rzeczywistych procesu. Układ regulacji z nastawami regulatora dobranymi na podstawie takiego modelu może nie spełniać założonych wymagań jakości regulacji.

W artykule przeprowadzono analizę wpływu zmian parametrów modelu obiektu na przebieg wielkości regulowanej. Dla nastaw regulatora wyznaczonych według parametrów T i τ przeprowadzono badania na obiekcie o parametrach różniących się w pewnym zakresie. W badaniach zastosowano analizę wrażliwości. Przedstawiono analizę wrażliwości dla trzech metod doboru nastaw regulatora PI układów regulacji procesów wzbogacania węgla charakteryzujących się właściwościami dynamicznymi obiektu inercyjnego z opóźnieniem. Rozważania przeprowadzono dla różnych parametrów obiektu, na podstawie odpowiedzi układu regulacji dla stałej wartości wielkości zadanej. W podsumowaniu dokonano oceny rozpatrywanych metod doboru w odniesieniu do wybranych wskaźników jakości regulacji.

Badania miały na celu kartowanie, inwentaryzację oraz waloryzację zwałowisk po górnictwie węgla kamiennego z kopalń JSW SA pod kątem możliwości odzysku węgla ze zwałowisk oraz późniejszej rekultywacji i zagospodarowania badanych obiektów. Waloryzacji dokonano z wykorzystaniem autorskiej metodologii, uwzględniającej zagadnienia takie jak: rekultywacja, zagospodarowanie i dostępność, a także zagrożenia dla środowiska, związane z deponowaniem odpadów górniczych i przeróbczych na powierzchni terenu. Dokonano inwentaryzacji 10 zwałowisk odpadów pogórniczych pochodzących z 6 kopalń JSW SA obejmujących swoim zasięgiem 7 złóż: Borynia, Jastrzębie, Zofiówka, Budryk, Knurów, Szczygłowice, Pniówek. Dane źródłowe wraz z miejscami lokalizacji poszczególnych zwałowisk pozyskano z materiałów archiwalnych kopalń i urzędów miast, w granicach których występują te zwałowiska (Jastrzębie Zdrój, Knurów, Mszana, Pawłowice, Suszec). Zweryfikowane dane zostały naniesione na podkład topograficzny, czego rezultatem jest mapa zwałowisk odpadów pogórniczych. Wyniki waloryzacji zwałowisk, obejmujące określenie: jego nazwy, stanu, powierzchni, dostępności, kopalni, z której pochodzą zwałowane odpady, rodzaju rekultywacji technicznej i biologicznej oraz możliwości odzysku węgla, zostały naniesione na wykonaną mapę. Na podstawie zebranych i opracowanych danych podjęto próbę określenia potencjalnych możliwości odzysku węgla ze zwałowisk oraz powiązania jakości węgla w złożach eksploatowanych przez kopalnie JSW SA i węgla w materiale odpadowym. Wyniki badań wykazały, iż pomimo wstępnej informacji, że większość badanych zwałowisk stanowi potencjalne obiekty odzysku węgla z materiału odpadowego, ostatecznie tylko w kilku przypadkach (5 obiektów) odzysk ten jest ekonomicznie uzasadniony

Stosowanie biomasy w energetyce jest działaniem w ramach zastępowania paliw kopalnych pozyskiwaniem energii ze źródeł odnawialnych. Jednak jej stosowanie jako paliwa stałego ze względu na różnorodność stosowanej biomasy powoduje powstawanie odpadów o bardzo zróżnicowanym i niestabilnym składzie chemicznym. Odpady ze spalania biomasy są surowcem o bardzo zróżnicowanym składzie nawet w przypadku spalania biomasy jednego rodzaju. Zawartość poszczególnych pierwiastków w popiołach lotnych ze spalania biomasy waha się od zera do kilkudziesięciu procent. To zróżnicowanie powoduje, że trudno znaleźć dla nich metody odzysku. Najczęściej rozpatrywane kierunki stosowania popiołów ze spalania biomasy to produkcja materiałów budowlanych i rolnictwo. W artykule przedstawiono wyniki badań pierwiastkowych składów chemicznych z podziałem na najczęściej stosowane paliwa z biomasy. Zaprezentowane zostały wyniki dotyczące pierwiastkowych składów chemicznych popiołów lotnych ze spalania biomasy leśnej i rolniczej w kotłach fluidalnych w energetyce zawodowej. Popioły te charakteryzują się wysoką zawartością: wapnia (12,3–19,4%), krzemu (1,2–8,3%), potasu (0,05–1,46%), chloru (1,1–6,1%), żelaza (0,8–6,5%). Nie stwierdzono w nich obecności sodu. Tylko w jednym z 5 popiołów stwierdzono obecność glinu. We wszystkich badanych popiołach stwierdzono obecność: manganu, chromu, miedzi, niklu, ołowiu, cynku, siarki, bizmutu, cyrkonu, tytanu. Analiza pierwiastkowych składów chemicznych może pozwolić na wstępne określenie kierunku odzysku dla danego popiołu.

W trakcie udostępniania użytkowych poziomów wodonośnych metodami obrotowymi z wykorzystaniem płuczki wiertniczej zachodzi proces kolmatacji skał w strefie przyotworowej. Prowadzi on do fizycznych zmian ośrodka porowatego w wyniku osadzania się w nim cząstek fazy stałej z płuczki wiertniczej. Powoduje to zmniejszenie prędkości filtracji wody w zakolmatowanych partiach formacji wodonośnej, co skutkuje wzrostem depresji i obniżeniem sprawności hydraulicznej studni, a w konsekwencji obniżeniem całkowitej wydajności studni

W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych nad opracowaniem płuczki wiertniczej, która stanowić będzie bazę do opracowania kompletnego systemu płuczkowego przeznaczonego do wiercenia otworów hydrogeologicznych w różnych warunkach geologicznych. W ramach badań laboratoryjnych przeprowadzono pomiary parametrów reologicznych sześciu, standardowo stosowanych w wiertnictwie, środków polimerowych oraz nowego środka, którego skład opracowano na Wydziale Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH. Przeprowadzone badania pokazały, że nowy środek, oznaczony jako CAGEx, zapewnia wymagane parametry technologiczne i może być stosowany jako baza płuczek wiertniczych.

Wykonane badania przemysłowe nowej płuczki wiertniczej CAGEx, podczas wiercenia studni ujęciowej potwierdzają dużą stabilność jej parametrów technologicznych i niewielki wpływ na uszkodzenie przepuszczalności skał w strefie przyfiltrowej. Wykonana studnia ujęciowa charakteryzowała się wysoką sprawnością hydrauliczną i nie wymagała wykonania dodatkowych zabiegów uaktywniania.

Zagraniczne inwestycje wydobywcze są narażone na znaczne ryzyko z powodu różnych czynników mających wpływ na taką działalność. Stosowane wskaźniki często zawierają elementy niepewności i nie można ich w pełni skwantyfikować. Kierując się teorią analizy par (set par analysis), badanie to tworzy system indeksu oceny ryzyka oparty na analizie czynników ryzyka zagranicznych inwestycji górniczych i określa wagi czynników z zastosowaniem entropii. Ponadto w artykule przedstawiono model oceny ryzyka związanego z identyfikacją rozbieżności, oparty na powiązaniu pięciu elementów. Zarówno pewność, jak i niepewność różnych ryzyk są traktowane jednolicie w tym modelu i możliwe jest matematyczne opisanie i ilościowe wyrażenie złożonych decyzji systemowych w celu oceny projektów. Ryzyko inwestycji zagranicznych i ich zmieniające się trendy są oceniane syntetycznie poprzez obliczanie sąsiedniego elementu i analizowanie ustalonego potencjału dla tej pary. Przykładem może być faktyczny zagraniczny projekt inwestycyjny dotyczący górnictwa, gdzie ryzyko inwestycji zagranicznych można podzielić na pięć rodzajów zgodnie z rachunkiem ryzyka, a następnie dokonuje się oceny modelu i uzyskuje się konkretne wyniki oceny ryzyka. Na przykładzie przedstawiono aspekty praktyczne i skuteczność tej metody oceny. Ten nowy model łączy czynniki statyczne i dynamiczne oraz informacje jakościowe i ilościowe, co poprawia wiarygodność i dokładność oceny ryzyka. Co więcej, ta metoda oceny może być również zastosowana do innych podobnych zagadnień i ma pewną skalowalność.

W artykule podjęty został problem warunków, do których spełnienia w trakcie kredytowania zobligowany jest kredytobiorca. Warunki te, czyli tzw. kowenanty, wbudowane są w umowy kredytowe i mają na celu ograniczenie ryzyka banku przy finansowaniu podmiotów gospodarczych. Dla podmiotów tych jednak mogą stanowić równocześnie warunki ograniczające zakres korzystania z kredytów bankowych. Myślą przewodnią badań była hipoteza, w której założono, że kowenanty są zróżnicowane stosownie do rodzajów kredytów oraz specyfiki branż i sytuacji finansowej przedsiębiorstw. W celu potwierdzenia hipotezy przeprowadzono analizę 25 umów kredytowych w trzech korporacjach i ich spółkach zależnych. Podmioty te należą do sektora paliwowego, wydobywczego i metalurgicznego. Sprawdzono równocześnie w jakim stopniu kowenanty te były dotrzymywane w czterech kwartałach 2016 roku i dwóch kwartałach 2017 roku. Ze względu na poufność danych zawartych w umowach kredytowych nazwy grup kapitałowych i ich spółek zostały utajnione na życzenie zarządów tych podmiotów. Badania wykazały ponadto, że dotrzymanie kowenantów pozafinansowych sprawiało firmom więcej problemów niż dotrzymanie kowenantów finansowych. W kilku umowach zapisano, że firma nie może swobodnie dysponować majątkiem trwałym, restrukturyzować go, wykorzystać leasingu zwrotnego co utrudniało wykorzystanie tego majątku do zwrotu długu. Sporym utrudnieniem były warunki, zastrzegające, że firma nie może podejmować dodatkowej działalności poza dotychczasową. Utrudniało to dywersyfikacje działalności spółek, która poprawiłaby ich pozycje konkurencyjną na rynku. Autorka zamierza prowadzić dalsze badania nad kowenantami, aby wskazać bankom pole do ich elastycznego stosowania, a tym samym zwiększenia dostępności kredytów bankowych dla podmiotów gospodarczych.