Surowce metalurgiczne – od rudy żelaza po miedź i cynk
Spis treści
Surowce metalurgiczne to cały wsad ładowany do pieca hutniczego, a nie same rudy: należą do nich także złom, topniki takie jak wapień i dolomit oraz paliwa, z koksem na czele. Nawet ruda rzadko trafia do pieca prosto z kopalni, bo zawiera dużo skały płonnej i najpierw musi zostać wzbogacona. Skąd ten wsad pochodzi, to już osobna sprawa. Polska miedź i srebro wydobywa z własnych złóż, a rudę żelaza w całości sprowadza.
Co zalicza się do surowców metalurgicznych?
Surowcem metalurgicznym jest każdy materiał ładowany do pieca hutniczego w celu wytopu metalu. Klasyfikacja tworzyw metalurgicznych obejmuje cały wsad potrzebny do przeprowadzenia procesów metalurgicznych. Szkolne utożsamienie surowca z rudą opisuje więc tylko jedną z grup wsadu.
 danego miejsca.
## Termometr suchy i mokry — skąd różnica między odczytami
Różnica między odczytami rośnie wraz z suchością powietrza, a przy pełnym nasyceniu znika. Gdy wilgotność względna wynosi 100%, **parowanie netto ustaje i oba termometry pokazują to samo**. Przy 30°C i wilgotności 50% mokry termometr wskazuje około 22°C. Przy 40°C i wilgotności 20% spada do około 23°C, czyli o kilkanaście stopni poniżej suchego.
Dlaczego dwa termometry stojące obok siebie mówią co innego? Z jednego woda paruje i odbiera mu ciepło, z drugiego nie. Tempo tego parowania wyznacza wilgotność. Trzy wielkości układają się przy tym w stały szereg: temperatura termometru suchego jest najwyższa, mokry termometr leży pośrodku, a najniżej stoi punkt rosy. Punkt rosy to temperatura, przy której para zaczyna się skraplać, więc odstęp między trzema odczytami jest miarą suchości powietrza.
Podobne odczyty przy 30°C i 40°C pokazują, że temperatura i wilgotność wzajemnie się równoważą. To samo widać w ustaleniu z [artykułu Sherwooda i Hubera](https://docs.lib.purdue.edu/easpubs/79/). Szczytowy stres cieplny mierzony mokrym termometrem jest zaskakująco podobny w bardzo różnych klimatach. Pustynia nadrabia temperaturą to, czego brakuje jej w wilgotności, a tropiki odwrotnie.
## Jak zmierzyć lub obliczyć temperaturę mokrego termometru
Temperaturę mokrego termometru mierzy się psychrometrem, czyli zestawem termometru suchego i mokrego. Zbiorniczek termometru mokrego owija zwilżona tkanina omywana strumieniem powietrza. Przepływ jest warunkiem poprawnego pomiaru. W nieruchomym powietrzu wokół tkaniny zbiera się warstwa wilgotnej pary, więc **parowanie zwalnia, a termometr pokazuje za wysoką wartość**. Psychrometr aspiracyjny ma dlatego wbudowany wentylator. Prostszy psychrometr procowy obraca się w dłoni.
Czy wystarczy zwykły termometr i mokra chusteczka? Taki zestaw daje wynik orientacyjny, i to tylko przy energicznym wachlowaniu albo przed wentylatorem, z tkaniną stale mokrą i czystą.
Do wiarygodnej wartości prowadzą trzy drogi.
- **Pomiar psychrometrem** – wynik bezpośredni, poprawny przy wymuszonym przepływie powietrza wokół mokrej tkaniny.
- **Wzór Stulla** – przybliżenie liczone z samej temperatury i wilgotności względnej, ważne przy wilgotności 5–99% i temperaturze od −20°C do 50°C.
- **Wykres Molliera (h-x)** – wykres stanów powietrza wilgotnego, na którym mokry termometr odczytuje się w przybliżeniu wzdłuż linii stałej entalpii, czyli zawartości ciepła.
Wzór Stulla zakłada ciśnienie zbliżone do poziomu morza. Traci dokładność przy jednoczesnym chłodzie i bardzo suchym powietrzu oraz wysoko w górach, gdzie niższe ciśnienie przyspiesza parowanie. W obrębie zakresu **błąd zwykle nie przekracza jednego stopnia**, co wystarcza do oceny stresu cieplnego. Najprościej wziąć temperaturę i wilgotność z najbliższej stacji meteorologicznej i podstawić je do kalkulatora opartego na tym wzorze.
## Dlaczego przy wysokiej wilgotności pot przestaje chłodzić ciało?
W powietrzu cieplejszym niż około 35°C ciało oddaje ciepło tylko wtedy, gdy skóra jest chłodniejsza od jego wnętrza, a otoczenie odbiera parę z potu. Obie drogi działają szeregowo: ciepło płynie najpierw z narządów do skóry, potem ze skóry do powietrza. Nawet w spoczynku organizm wytwarza **ciepło metaboliczne o mocy około 100 watów**, które musi stale oddawać. Gdy któryś odcinek się zamyka, ta energia zostaje w środku.
Pierwszy odcinek wymaga różnicy temperatur. Ciepło płynie zgodnie z [gradientem temperatury](https://ziemianarozdrozu.pl/gradient-temperatury-co-to-jest-i-jak-go-obliczyc), od cieplejszego wnętrza do chłodniejszej skóry. Wnętrze ciała ma około 37°C. W upale różnica między nim a skórą wynosi zaledwie około dwóch stopni. Taki zapas łatwo stracić. Wystarczy, że skóra się nagrzeje, żeby ciepło z wnętrza straciło kierunek przepływu.
Skórę w odpowiedniej temperaturze utrzymuje parowanie potu. Według [artykułu Raymonda i współpracowników](https://repository.library.noaa.gov/view/noaa/59273/noaa_59273_DS1.pdf) ciało potrzebuje skóry o temperaturze około 35°C. Taka skóra utrzymuje spadek temperatury kierujący ciepło na zewnątrz. Gdy mokry termometr dochodzi do tej wartości, **parowanie nie schłodzi już skóry poniżej 35°C**, więc różnica temperatur znika.
Czy wiatrak pomoże w takich warunkach? Ruch powietrza przyspiesza parowanie, ale tylko do granicy wyznaczonej przez mokry termometr, dlatego wachlowanie przestaje wtedy obniżać temperaturę skóry. Nadmiar ciepła zaczyna się kumulować i może prowadzić do hipertermii, czyli przegrzania ciała ponad prawidłową temperaturę. Tempo tego procesu zależy od wysiłku, wieku i stanu zdrowia.
## Granica przetrwania — 35°C czy 31°C?
Wyższa liczba pochodzi z modelu teoretycznego, niższa z pomiarów na ludziach. Granicę 35°C wyznaczyli Sherwood i Huber w pracy opublikowanej w PNAS: przekroczenie tej wartości przez dłuższy czas powinno wywołać hipertermię. Jest to **teoretyczna granica wyprowadzona z fizyki, a nie zmierzona** na ludziach. Model zakłada zdrowego człowieka w spoczynku, w cieniu i przy swobodnym parowaniu potu.
Niższą wartość dały [pomiary zespołu PSU HEAT](https://journals.physiology.org/doi/abs/10.1152/japplphysiol.00738.2021) z Penn State. Prowadzono je na młodych, zdrowych dorosłych w komorze klimatycznej. Uczestnicy wykonywali lekką aktywność. Warunki zaostrzano stopniowo, aż temperatura wnętrza ciała zaczynała stale rosnąć. W wilgotnych warunkach, przy temperaturze powietrza 36–40°C, **krytyczna temperatura mokrego termometru wynosiła średnio 30,55 ± 0,98°C**. Stres cieplny, którego organizm nie umie zrównoważyć, pojawiał się więc wyraźnie poniżej 35°C.
Oba ustalenia dotyczą też innych warunków. Model zakłada spoczynek, a uczestnicy badania wykonywali lekką aktywność. Krytyczny mokry termometr był istotnie powiązany ze średnią temperaturą skóry. W suchym upale próg stopniowo malał. Związek z temperaturą skóry wynikał tam z większego przyrostu ciepła suchego. Próg zależy od warunków i od organizmu.
## Wartości 28, 31 i 35°C — i dlaczego w pracy liczy się WBGT
Skala ryzyka opiera się na trzech wartościach z badań, a żadna z nich nie wyznacza poziomu bezpiecznego.
- 28°C — najwyższy odczyt w regionach zabójczych fal upałów.
- Około 31°C — próg zmierzony u młodych, zdrowych dorosłych przy lekkiej aktywności w wilgotnym powietrzu.
- Powyżej 35°C — granica teoretyczna dla człowieka w spoczynku.
Najniższa wartość wymaga wyjaśnienia. W regionach dotkniętych falą upałów w Europie w 2003 r. i w Rosji w 2010 r. temperatura mokrego termometru nie przekroczyła 28°C. Założenia modelu, czyli pełne zdrowie, bezruch, cień, brak odzieży i nieograniczony dostęp do wody, prawie nigdy nie są spełnione. Osoby starsze, dzieci i przewlekle chorzy słabiej oddają ciepło, więc **zagrożenie pojawia się u nich przy znacznie niższych odczytach**. Udar cieplny, czyli niebezpieczne przegrzanie organizmu, może więc wystąpić w warunkach, które na skali wyglądają umiarkowanie.
Mokry termometr nie uwzględnia słońca, dlatego w pracy fizycznej stosuje się WBGT. [Norma ISO 7243](https://cdn.standards.iteh.ai/samples/67188/5a4c5553da5945aa872478c36755cded/ISO-7243-2017.pdf) przy nasłonecznieniu liczy ten wskaźnik z wagami. Naturalna temperatura mokrego termometru ma wagę 0,7, temperatura poczernionej kuli 0,2, a temperatura powietrza 0,1. Poczerniona kula to termometr w matowej czarnej kuli, który **chłonie promieniowanie słońca i nagrzanych powierzchni**. Naturalny mokry termometr nie ma wymuszonej wentylacji, więc reaguje też na brak wiatru.
Wysiłek fizyczny wielokrotnie zwiększa produkcję ciepła ponad spoczynkowe 100 watów. Dlatego dopuszczalne wartości WBGT zależą od intensywności pracy. W efekcie ta sama pogoda bywa bezpieczna dla spaceru i groźna dla pracy na budowie.
## Gdzie temperatura mokrego termometru zbliża się do granicy — i jak daleko od niej jest Polska?
Wartości najbliższe granicy notuje się w Azji Południowej, na wybrzeżach Bliskiego Wschodu i na wybrzeżu południowo-zachodniej Ameryki Północnej. **Dobowe maksima mokrego termometru powyżej 35°C** odnotowały dwie stacje meteorologiczne. Takie warunki trwały zwykle 1–2 godziny. Granica przetrwania dotyczy przekroczenia trwającego dłuższy czas.
Górny pułap wyznacza temperatura powierzchni morza w pobliżu. W zasadzie 35°C to najniższa temperatura morza, przy której nad nim może utrzymać się krytyczny mokry termometr 35°C. Średnia miesięczna temperatura powierzchni morza po raz pierwszy przekroczyła ten próg w 2017 roku, osiągając 35,2°C w Zatoce Perskiej.
Polska leży daleko od tego pułapu. Najwyższe wartości pojawiają się w parne, bezwietrzne dni przed burzą, gdy **wilgotność rośnie przy wciąż wysokiej temperaturze powietrza**. Nawet wtedy mokry termometr zwykle zostaje wyraźnie poniżej granicy. Taki odstęp nie oznacza bezpieczeństwa, bo zabójcze fale upałów zdarzały się przy znacznie niższych odczytach.
Globalne ocieplenie przesuwa pułap od strony morza: cieplejsza woda pozwala utrzymać nad sobą bardziej parne powietrze. Granica, która dziś dotyka pojedynczych wybrzeży, może więc obejmować coraz rozleglejsze obszary.](https://ziemianarozdrozu.pl/wp-content/uploads/2026/10/wsad-wielkiego-pieca-1024x702.png)
- Surowce metalodajne – rudy i koncentraty rudne, czyli surowce metalonośne pochodzenia kopalnianego, oraz złom. Koncentrat to ruda wzbogacona w zakładzie przeróbczym.
- Topniki – wapień albo dolomit, które nie dają metalu.
- Paliwa – koks, gaz ziemny, pył węglowy i olej opałowy, służące przede wszystkim jako źródło ciepła w procesie.
Podział wsadu hutniczego nie pokrywa się z podziałem, według którego porządkuje się surowce mineralne Polski. W tym drugim podziale do grupy metalicznej należą tylko rudy metali, obok grup energetycznej, chemicznej i skalnej. Wapień i dolomit są tam surowcami skalnymi lub chemicznymi, a węgiel energetycznym. Złom i koks w ogóle nie są surowcami mineralnymi.
Podstawą produkcji stali są rudy żelaza i metale żelazne
Grupę żelazną tworzą rudy żelaza oraz rudy metali, które trafiają do stali jako jej składniki, przede wszystkim manganu i chromu. O wartości rudy żelaza decyduje budujący ją minerał rudny, bo od niego zależy zawartość metalu w urobku.
Cztery minerały różnią się wzorem chemicznym i ilością żelaza:
- Magnetyt, Fe₃O₄ – tlenek o najwyższej zawartości żelaza wśród minerałów rudnych, przyciągany przez magnes.
- Hematyt, Fe₂O₃ – tlenek żelaza, drugi z minerałów o wysokiej zawartości metalu.
- Syderyt, FeCO₃ – węglan żelaza, wyraźnie uboższy w metal od tlenków.
- Limonit, FeO(OH)·nH₂O – uwodniony tlenek żelaza o zmiennym składzie.
Rudy hematytowe i magnetytowe zawierają od 50 do 67% Fe, dlatego są podstawowe. Syderyty i limonity mają dziś małe znaczenie, bo zawierają mniej żelaza.
Z rudy w wielkim piecu powstaje surówka żelaza – stop żelaza z kilkoma procentami węgla, zbyt kruchy do większości zastosowań. W stalowni usuwa się z niej nadmiar węgla i domieszek, a do ciekłego metalu wprowadza dodatki stopowe. Dlaczego rudy manganu czy chromu liczą się do rud metali żelaznych, choć same metale żelazem nie są? Rudy te przerabia się na żelazostopy, które kończą drogę wewnątrz stali. Rudy manganu bywają przy tym wprost częścią wsadu wielkiego pieca.
Co powstaje z rud?
Każdy metal nieżelazny ma swoje minerały rudne, najczęściej siarczki. Miedź pozyskuje się głównie z chalkopirytu (CuFeS₂) i chalkozynu (Cu₂S), cynk z blendy cynkowej (ZnS), a ołów z galeny (PbS). Aluminium nie pasuje do tego schematu: jego rudą jest boksyt, skała złożona z wodorotlenków glinu, przerabiana najpierw na tlenek glinu.
Minerały te rzadko występują osobno, dlatego jedna ruda daje zwykle kilka metali naraz. Blenda cynkowa i galena tworzą zwykle wspólne rudy cynkowo-ołowiowe, z których przy okazji odzyskuje się kadm i srebro. Ta sama zasada obowiązuje w krajowym górnictwie. Polskie złoża miedzi są polimetaliczne, a srebro jest w nich składnikiem równorzędnym.
Zastosowania wynikają z właściwości metalu. Miedź przewodzi prąd lepiej niż każdy inny metal techniczny poza srebrem, więc trafia do kabli, uzwojeń i szyn zbiorczych. Cynk chroni stal przed korozją. Powłoka nałożona podczas cynkowania koroduje zamiast żelaza. Oba metale łączą się w mosiądzu, czyli stopie miedzi z cynkiem. Aluminium daje lekkie stopy dla lotnictwa i motoryzacji. Ołów idzie głównie do akumulatorów.
Dlaczego większość rudy nie trafia do pieca prosto z kopalni?
Ruda wydobyta z ziemi zawiera dużo bezużytecznej skały i ma niewłaściwą formę, dlatego przed wytopem większość rudy trzeba wzbogacić i przetworzyć. Tę bezużyteczną część nazywa się skałą płonną – to minerały bez wartości, głównie krzemionka i glinokrzemiany, zrośnięte z minerałem rudnym. Skała płonna, która mimo wzbogacania dociera do pieca, przechodzi w żużel. Topniki dodaje się po to, żeby powstał żużel w ilości i o składzie potrzebnym do prawidłowego przebiegu procesu. Żużel jest lżejszy od ciekłego metalu, więc zbiera się nad nim i spływa osobno.
Droga od rudy surowej do wsadu przygotowanego ma trzy etapy:
- Rozkruszenie i zmielenie rudy do uziarnienia, przy którym ziarna minerału rudnego oddzielają się od skały płonnej.
- Oddzielenie skały płonną flotacją albo separacją magnetyczną, aż urobek stanie się koncentratem rudnym.
- Zbrylenie drobnego koncentratu żelaza przez spiekanie albo grudkowanie, żeby powstał spiek rudny lub wypalane grudki.
Przygotowanie ma doprowadzić wsad do wymaganej zawartości żelaza. Zgodnie z wytycznymi BAT dla produkcji żelaza i stali przygotowany wsad wielkopiecowy powinien zawierać od 56 do 60% żelaza. Wymóg obejmuje cały wsad razem z dodanymi topnikami. Wsad musi też mieć odpowiednią wielkość.
Spiekanie drobnych tworzyw żelazonośnych daje spiek o właściwej wielkości ziarna i składzie chemicznym. Bez spiekania zbyt drobny materiał zatkałby gazom drogę w szybie pieca. Przy rudach metali nieżelaznych głównym produktem przygotowania pozostaje koncentrat, który zależnie od technologii idzie do wytopu jako drobny materiał albo po brykietowaniu.
Wydobycie Polski na potrzeby hutnictwa
Miedź i srebro Polska ma z własnych złóż i pokrywa nimi swoje potrzeby. Rudy żelaza natomiast w całości importuje, choć wytapia stal. Złoża rud miedzi i srebra leżą na monoklinie przedsudeckiej, gdzie działa Legnicko-Głogowski Okręg Miedziowy, oraz w niecce północnosudeckiej. Ich położenie i zasoby według stanu na 31.12.2025 r. podaje najnowszy bilans zasobów rud miedzi.
Pod względem zasobów cynk i ołów są przypadkiem pośrednim. Udokumentowane złoża leżą na północnym i północno-wschodnim obrzeżeniu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Zasoby bilansowe rud cynku i ołowiu wynosiły na 31.12.2025 r. 91,94 mln t rudy. Wydobycie w rejonie olkuskim, m.in. ze złóż Klucze I i Olkusz, zakończyło się jednak w 2020 r. Dziś krajowe zapotrzebowanie na cynk nie jest więc pokrywane wydobyciem.
Skoro Polska produkuje stal, dlaczego nie wydobywa własnej rudy żelaza? Osadowe złoża rud żelaza w Polsce występują w rejonach częstochowskim, kieleckim i łęczyckim. Ich eksploatację zarzucono jednak jako nierentowną. Wydobycie zakończyło się pod Częstochową w 1982 r. W rejonie łęczyckim trwało do 1989 r. Przemysł pokrywa zapotrzebowanie na żelazo importem rud i koncentratów, m.in. z Ukrainy i Rosji.
Złoża suwalskie, odkryte w 1962 r., również pozostają w ziemi. Suwalskie rudy tytanomagnetytowe zalegają na głębokości od 850 m do 2300 m, co samo w sobie podnosi koszt wydobycia. Złoża masywu suwalskiego nie mają znaczenia przemysłowego przede wszystkim ze względu na zbyt niską zawartość metali i dużą głębokość. Leżą przy tym na obszarze o bardzo wysokich walorach środowiskowych, więc ich eksploatacja zderzałaby się z ochroną przyrody.
Wydobycie miedzi w Polsce dostarcza metalu, który unijny akt o surowcach krytycznych z 2024 r. wpisał na listę surowców strategicznych.
