Цветная металлургия проблемы экологического влияние на природу. Экологическая опасность черной и цветной металлургии

Черная металлургия относится к числу наиболее экологоемких отраслей. С загрязнением воздуха и воды, образованием твердых отходов связаны все технологии и стадии металлургического производства. Наибольшие объемы выбросов связаны с традиционным способом получения стали - доменным производством чугуна, с последующим переделом его в сталь. Значительно меньшее загрязнение имеет место при прямом восстановлении железа непосредственно из руды в электропечах. Это позволяет также избавиться от ряда промежуточных стадий, сопряженных со значительным загрязнением, и одновременно повысить качество продукции. Поэтому, мировой тенденцией последних десятилетий является постепенное свертывание доменных и мартеновских производств, вытесняемых электросталеплавильными. Одновременно с этим, благодаря повышению качества изделий, сокращаются общие объемы выплавки металла и всей сопряженной нагрузки на среду.

Высокая водоемкость металлургических производств (40-50 м З на т чугуна, 6 м З на 1 т стали, 10-15 м З на 1 т про ката) связана с использованием воды, главным образом, для охлаждения (70% в черной металлургии, 80% в цветной металлургии). Снижение водоемкости металлургических производств достигается благодаря использованию систем оборотного водоснабжения.

При выплавке 1 т чугуна и стали образуется 0,2-1 т шлака. Доменные шлаки состоят из оксидов кремния (40-44%), кальция (30-50%), алюминия (5­16%), магния (1 -7%), железа (0,2-4,5%), марганца (0,5-3%), Сталеплавильные шлаки отличаются от доменных более высоким содержанием оксидов железа (5-16%) и марганца (5-9%). Микроэлементный состав зависит от перерабатываемого сырья, наиболее характерными являются примеси хрома и ванадия. Доменный и сталеплавильный шлак широко используется в дорожном строительстве как заменитель щебня, разновидности шлака с низким содержанием микроэлементов могут также использоваться для известкования кислых почв.

Цветная металлургия, имея схожую с черной металлургией структуру производства и характер воздействий на окружающую среду, отличается значительно более высокой отходностью. Одним из наиболее распространенных классов руд, используемых цветной металлургией, являются сульфиды. Переработка таких руд сопровождается выделением больших объемов кислотообразующих оксидов серы. Их утилизация путем переработки на серную кислоту с экологической точки зрения, весьма желательна, но не всегда возможна по технико­экономическим причинам, особенно при размещений предприятий в отдаленных районах (так, работающие на сульфидных: заводы Норильска, выбрасывают в год до 2 млн. Т диоксида серы).

Производство алюминия отличается высокой энергоемкостью, в процессе плавки (электролиза) для поддержания требуемого состава расплава используются фториды натрия и алюминия, которые частично испаряются и диссоциируют, с выделением фтора и его газообразных соединений.

В зависимости от перерабатываемого сырья, выход шлака в цветной металлургии колеблется от 10 до 200 т на 1 т получаемого металла. Руды

цветных металлов, как правило, являются многокомпонентными. Поэтому шлаки предприятий цветной металлургии обычно содержат значительные количества неиспользованных компонентов: 0,4-0,6% меди в медеплавильных шлаках, о г 6 до 22% цинка и 1 -3,5% свинца в шлаках свинцовых производств, ДО 1 % хрома в шлаках от производства никеля и Т.д. Из-за высокого содержания микроэлементов, возможности использования шлаков цветной металлургии ограничены.

03.12.2007 К середине ХХ века и особенно в последние десятилетия в результате быстрого развития промышленности, транспорта, энергетики резко усилилась антропогенная нагрузка на природу, стала очевидной опасность истощения естественных ресурсов, необратимого загрязнения и изменения окружающей среды. Статистические данные свидетельствуют о том, что на планете ежегодно сжигается около 1 млрд тонн условного топлива, выбрасываются в атмосферу десятки миллионов тонн окислов азота и серы (часть из них возвращается в виде т.н. кислотных дождей), более 400 млн тонн золы, сажи и пыли. Загрязнение атмосферного воздуха, пресной воды, плодородной почвы приняло глобальный характер. При этом масштабы загрязнений столь велики, что естественные способности биосферы к нейтрализации вредных веществ и самоочищению практически исчерпаны. В России источником интенсивного загрязнения окружающей среды являются в ряду прочих предприятия металлургической отрасли отечественной тяжелой промышленности. Строительство большинства из них пришлось на первую половину прошлого века, когда вопросы природоохранной деятельности предприятий в лучшем случае были второстепенными. Об экологии задумались несколько позже, лишь в последние десятилетия прошлого столетия (например, история «Норильского никеля» свидетельствует о том, что металлургическое производство в Норильске было основано в 1935 г., однако первые сероутилизирующие объекты появились только в начале 1980-х годов). Сложившаяся ситуация требует поиска новых путей и подходов к решению экологических проблем, связанных с промышленным производством. Очевидно, что это должен быть целый комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на предотвращение или существенное снижение неблагоприятного воздействия производственной деятельности на окружающую среду и как следствие на здоровье человека. Проблемные вопросы экологии отечественных металлургических предприятий Особенностью отечественного металлургического производства является негативное воздействие на все составляющие окружающей среды. Это загрязнение почв по причине массового складирования отходов, сброс недостаточно обработанных производственных вод в естественные водоемы, а также выбросы в атмосферу большого количества вредных веществ. Так, например, для металлургических предприятий актуальна проблема переработки техногенных образований. Известно, что для выработки одной тонны стали традиционным способом в производство вовлекается более трех тонн первичных природных сырьевых ресурсов. Образующиеся после выплавки стали доменные шлаки накапливаются в отвалах и шламохранилищах, отнимая при этом городские и сельскохозяйственные земли и создавая дополнительную нагрузку на территорию (так, только на территории металлургических предприятий Уральского региона скопилось свыше 6 млрд тонн подобных отходов). Металлургия использует 25% от всей потребляемой российской промышленностью воды. При этом в большинстве случаев после промышленного использования эта вода не обрабатывается должным образом и загрязненная попадает в поверхностные и грунтовые воды. Тяжелые металлы, нефтеотходы, фенолы и ряд других элементов, присутствующих в сбрасываемой воде, делают ее непригодной для дальнейшего использования, а порой становятся причиной массовой гибели биоресурсов в близлежащих водоемах. Очевидно, что важнейшими пунктами экологических программ металлургических предприятий должно стать сокращение объема забора свежей технической воды и снижение объема сброса производственных вод. Установлено, что предприятия черной металлургии выбрасывают в атмосферу до 25% металлосодержащей пыли и окиси углерода от общего количества этих веществ, попадающих в атмосферу в результате промышленных процессов. На металлургию приходится распространение в атмосфере почти 50% неутилизируемых промышленностью окислов серы (только предприятиями Заполярного филиала «Норильского никеля» выбрасывается в атмосферу 979 тыс. тонн серы в год). Кроме того, технологический цикл подразумевает выбросы в атмосферу целого спектра токсичных для человеческого организма веществ включая бензопирен, фториды, соединения марганца, ванадия и хрома. Подобное загрязнение воздуха крайне негативно сказывается на здоровье населения, проживающего в непосредственной близости от металлургических предприятий, многие из которых имеют статус градообразующих. Так, г. Норильск с численностью жителей 214 тыс. человек находится, по сути, в треугольнике заводов, что является непосредственной причиной роста числа патологий у проживающих здесь людей. В Мурманской области, где расположено несколько крупных металлургических заводов, в том числе дочернее предприятие ГМК «Норильский никель» Кольская ГМК, регистрируется повышенная частота пороков развития у детей. Статистика, приведенная на сайте областной администрации, свидетельствует о том, что показатель детской смертности от онкологических заболеваний в этом регионе в 1,9 раза превышает общероссийский. Следует отметить, что в последние годы предприятиями металлургического комплекса проделана большая работа в интересах снижения вредного воздействия производства на окружающую среду. Заслуживает внимания опыт ОАО «Ижсталь», где успешной реализацией ряда природоохранных мероприятий удалось сократить на 514.000 м2/год объем сброса производственных вод в реку Иж. Однако эта цифра составляет около 10% от общего объема сброса. Более значимые результаты в этом направлении достигнуты металлургической компанией «Северсталь», где удалось на 98,2% замкнуть водооборотный цикл и закрыть 5 стоков в естественные водоемы. В настоящее время вопросы экологии находятся в центре внимания руководства и общественных организаций металлургического комплекса, однако на устранение проблем, копившихся десятилетиями, потребуется определенный период времени. Так, даже действующие нормативные документы нуждаются в уточнении, поскольку металлургам довольно часто приходится сталкиваться с комплексом нерешенных юридических вопросов. Требования руководящих документов в области экологии предприятий металлургической промышленности В основе существующей на сегодняшний день законодательной базы в области экологической безопасности металлургического производства лежит Закон РФ «Об охране окружающей среды». В нем сформулированы общие требования, обязывающие предприятия принимать необходимые меры по соблюдению технологических режимов и проведению мероприятий по охране окружающей среды. Кроме того, действующими санитарными правилами и нормами Минздрава (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03) предписано создание вокруг предприятий санитарно-защитных зон (СЗЗ). Размер СЗЗ зависит от класса предприятия, который определяется исходя из оценки потенциальной опасности его производственной деятельности для здоровья человека, результатом которой может стать загрязнение атмосферного воздуха. Табл. 1 |Санитарная классификация предприятий |Размеры СЗЗ (м) | |Предприятия первого класса |1000 | |Предприятия второго класса |500 | |Предприятия третьего класса |300 | |Предприятия четвертого класса |100 | |Предприятия пятого класса |50 | При этом границы СЗЗ (см. табл. 1) указывают величину оптимального санитарного разрыва между предприятиями и жилой застройкой и являются гарантией качества атмосферного воздуха даже в случае выброса вредных веществ без очистки. Важнейшим документом в области природоохранной деятельности металлургических предприятий в РФ является экологический стандарт ГОСТ Р ИСО 14001, разработанный на базе международной системы стандартов ISO 14000, которой, в свою очередь, руководствуются страны Европейского Союза, Япония, США и многие другие. Особенностью данной системы стандартов является ее ориентирование не на конкретные технологии или количественно-качественные показатели (объем выбросов, концентрации веществ и т.п.), а на систему экологического менеджмента (СЭМ) (или СУОС - система управления охраной окружающей среды - в редакции ГОСТ Р ИСО 14001). Следует отметить, что экологический менеджмент отнесен к высшему приоритету промышленной деятельности в ХХI в., что было продекларировано на Конференции объединенных наций по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро (1992 г.). Кроме того, системой стандартов ISO 14000 предусматривается создание производств, которым должны быть присущи безотходность, экологически благоприятные технологии, производимая продукция и высокая культура персонала. Для отечественных металлургических предприятий такая сертификация является непременным условием маркетинга продукции на международных рынках, поскольку ЕЭС объявило о своем намерении допускать на рынок стран Содружества только ISO- сертифицированные компании. Целесообразность получения предприятием сертификата соответствия также обусловлена следующими факторами: - увеличением оценочной стоимости основных фондов предприятия; - возможностью освоения новых рынков экологической продукции; - повышением конкурентоспособности продукции на внутреннем и мировом рынках; - совершенствованием системы управления предприятием; - возможностью привлечения высококвалифицированной рабочей силы. Кроме того, наличие авторитетного экологического сертификата является существенным конкурентным преимуществом предприятия при получении государственного заказа. Позитивные процессы и зарубежный опыт Тобиас Хан - автор современной методики расчета экологической эффективности компаний - считает: «Чем меньше природных ресурсов использует компания и чем больше ее деятельность основывается на ноу-хау персонала, тем более высокой степенью экологической эффективности она обладает». Отметим, что многие отечественные металлургические предприятия в настоящее время уже идут по этому пути. Об этом свидетельствуют сертификаты экологической безопасности производства. Первой российской металлургической компанией, сертифицированной по ИСО 14001, стала «Северсталь» (2001 г.). В 2006 г. ОАО «Челябинский цинковый завод» подтвердило соответствие требованиям стандартов экологического менеджмента ИСО 14001. В 2005 г. Западно-Сибирский металлургический комбинат (ЗСМК) прошел сертификацию системы экологического менеджмента на соответствие требованиям стандарта ИСО 14001. На комбинате эффективно работает система управления природоохранной деятельностью, направленная на решение экологических проблем, подключая к этому процессу всех работников комбината: от управляющего директора до рабочего. Данная система обеспечивает снижение выбросов в атмосферу, сбросов в водоемы и предотвращение загрязнения почв за счет повышения: технологической дисциплины, внедрения новых технологий и технического перевооружения. В частности, только перевод сталеплавильного производства на прогрессивную технологию непрерывной разливки стали позволяет снизить вредные выбросы в атмосферу на 5,3 тыс. т в год. В области природоохранной деятельности показателен пример металлургических предприятий ряда стран Западной Европы - например, Финляндии. Лидирующим производителем металла в этой стране по праву считается корпорация Ruukki (крупнейший европейский поставщик решений из металла для строительства и машиностроения), которой принадлежит несколько заводов на юго-западе Финляндии, а также крупнейший металлургический комбинат в г. Раахе на севере страны. Построенный в начале 60-х годов с привлечением советских специалистов (завод является «близнецом» Череповецкого), в настоящее время финский комбинат является основным производителем металла и металлопродукции (по результатам 2006 г. здесь произведено 2,8 млн тонн стали при ее общем производстве корпорацией Ruukki 3,2 млн тонн). Предприятие находится практически в центре небольшого городка с населением 22,4 тыс. человек на территории международного морского порта. Богатое историческое наследие и культурные традиции города Раахе, основанного в 1649 г., ежегодно привлекают сюда тысячи туристов. При этом близость металлургического комбината не вызывает фобии ни у местного населения, ни у многочисленных туристов, поскольку в области охраны окружающей среды предприятие оснащено по последнему слову науки и техники. Лучшей иллюстрацией высокого уровня обеспечения экологической безопасности производства является непосредственное соседство промышленных площадок комбината с жильем и объектами социальной инфраструктуры (клубами, ресторанами и т.п.). Это убедительный пример того, что близость с промышленным предприятием не оказывает негативного влияния на инвестиционную привлекательность прилегающих территорий, и они не нуждаются в статусе «санитарно-защитная зона» - такого понятия на Западе вообще нет. Приведенный пример не единичный случай, а широко распространенная практика большинства европейских металлургических заводов. Очевидно, что динамичный рост российской экономики усиливает техногенную нагрузку на природу, и большая доля «вклада» при этом приходится на базовую отрасль промышленности - металлургию. В интересах сохранения природного равновесия и минимизации вреда, наносимого окружающей среде, от предприятий металлургического комплекса требуется в самые сжатые сроки решить множество экологических задач. Основными среди них должны стать оценка фактического состояния окружающей среды, выявление путей снижения негативного воздействия на природу, реконструкция (строительство новых) производств с учетом требований природоохранного законодательства и мнения общественности, внедрение экологически чистых технологий, создание СУОС при осознании, что затраты на экологию не могут быть убыточными. И порукой тому - пример наших северных соседей. Материал предоставлен пресс-службой RUUKKI

Черная металлургия включает предприятия - гиганты отечественной индустрии, основная деятельность которых состоит в удовлетворении по­требностей большинства отраслей промышленности Российской Федерации. Наиболее крупные предприятия черной металлургии расположены в городах Липецкой, Свердловской, Челябинской, Вологодской и Брянской областей, Красноярского края и ряда других регионов.

Наиболее сильное воздействие черная металлургия оказывает на атмо­сферный воздух и поверхностные воды, а также на уровень загрязнения под­земных вод и почв. Черная металлургия занимает второе место по общему количеству выбросов в атмосферу среди отраслей промышленности. В ос­новном поступают оксид углерода (67,5% суммарного выброса в атмосферу); твердые вещества (15,5%), диоксид серы (10,8%); оксид азота (5,4%).

Основными источниками выбросов в атмосферу в черной металлургии являются: в агломерационном производстве - агломерационные машины, машины для обжига окатышей; дробильно-размольное оборудование, места разгрузки, погрузки и пересыпки материалов, при производстве чугуна и стали - доменные, мартеновские и сталеплавильные печи, установки не­прерывной разливки стали, травильные отделения, ваграночные печи чугу­нолитейных цехов.

В последние годы в городах, где расположены крупные предприятия от­расли, отмечаются систематические высокие уровни загрязнения воздуха несколькими примесями, в том числе высокого класса опасности. Макси­мальные концентрации примесей достигали 10-155 ПДК. Наметилась тенденция снижения выбросов в основном вследствие снижения объема производства, а не за счет осущест­вления природоохранных мероприятий.

В настоящее время общее водопотребление в черной металлургии со­ставляет около 1500 млн. м 3 /год. Воды на предприятиях используют, как правило, на вспомогательные цели. При этом основное количество воды (около 75% общего ее потребления) расходуется на охлаждение конструктивных элемен­тов металлургических печей и машин, при котором вода только нагревается и практически не загрязняется. До 20% воды используется на охлаждение оборудования, например прокатных станов, путем непосредственного с ним соприкосновения, а также на транспортирование механических примесей (шлама, окалины) и т. п., при этом вода и нагревается, и загрязняется метал­лическими и растворенными примесями.

Ежегодно в поверхностные водные объекты сбрасывается около 1,0 млн. м 3 сточных вод, из них 85% загрязненных. Вместе со сточными водами сбра­сывается значительное количество загрязняющих веществ, в том числе взве­шенные вещества, сульфаты, хлориды, соединения железа, тяжелых метал­лов и т. д.

По данным аэрокосмической съемки снежного покрова, зона действия предприятий черной металлургии прослеживается на расстоянии до 60 км от источника загрязнения.

Черная металлургия вносит заметный вклад в загрязнение атмосферного воздуха России (% всех выбросов в России от промышленных стационарных источников). Особенно существенна доля отрасли по выбросам шестива­лентного хрома (2 / ъ промышленного объема его выброса). На долю черной металлургии приходится всего 3% объема используемой промышленностью РФ свежей воды и сброса сточных вод в поверхностные водоемы. По объему сброса загрязненных сточных вод вклад черной металлургии оценивается на уровне 1/14 общего объема сброса сточных вод этой категории в целом по промышленности Российской Федерации.

Предприятия цветной металлургии расположены в основном в Восточ­ной Сибири, на Урале и Кольском полуострове. В результате производствен­ной деятельности предприятия отрасли оказывают существенное влияние на формирование экологической обстановки в районах своего расположения, а в некоторых случаях и полностью ее определяют.

Степень воздействия цветной металлургии на состояние природной сре­ды аналогична нагрузке на окружающую среду предприятий черной метал­лургии.

Ежегодно предприятиями цветной металлургии выбрасывается в атмо­сферу около 3000 тыс. т вредных веществ. Загрязнения атмосферы предпри­ятиями цветной металлургии характеризуются в основном выбросом диоксида серы (75% от суммарного выброса в атмосферу), оксида углерода (10,5%) и пыли (10,4%).

Источниками образования вредных выбросов при производстве глино­зема, алюминия, меди, свинца, олова, цинка, никеля и драгоценных металлов являются различные виды печей (для спекания, выплавки, обжига, индукци­онные и др.), дробильно-размольное оборудование, конверторы, места погрузки, выгрузки и пересыпки материалов, сушильные агрегаты, открытые склады.

Следует отметить, что при пирометаллургической переработке суль­фидных руд и концентратов образуется большое количество отходящих се­росодержащих газов, содержание серы в которых определяется используе­мым оборудованием и технологией. Для утилизации этих газов отсутствуют экономически оправданные технологии. Вследствие этого степень улова ди­оксида серы на предприятиях цветной металлургии остается на низком уров­не (22,6%), а с учетом того, что на его долю приходится 75% всех выбросов, это снижает общую степень улавливания загрязняющих веществ в отрасли.

Таким образом, цветная металлургия вносит заметный вклад в загрязне­ние атмосферного воздуха (18% всех выбросов в России от промышленных стационарных источников). Особенно существенна доля отрасли в выбросах наиболее опасных веществ - свинца (% объема его промышленных выбро­сов) и ртути (более У г выбросов ртути всей промышленностью России).

Ежегодно в цветной металлургии потребляется около 1200 млн. м 3 све­жей воды. Сточные воды предприятий цветной металлургии загрязнены ми­неральными веществами, флотореагентами, большинство которых токсично (цианиды, ксантогенаты, нефтепродукты и др.), солями тяжелых металлов (медь, свинец, цинк, никель и т. д.), мышьяком, фтором, ртутью, сурьмой, сульфатами, хлоридами и т. д.

Крупные комбинаты цветной металлургии являются самыми мощными источниками загрязнения почвенных покровов - это является следствием того, что на добывающих предприятиях отрасли преобладает откры­тый способ добычи минерального сырья.

Утилизация и использование отходов производства продолжают оста­ваться одной из серьезных проблем на предприятиях цветной металлургии. Наибольшее количество промышленных отходов образуется на Норильском горно-металлургическом комбинате. Ежегодно на комбинате образуется око­ло 4,7 млн. т отвальных металлургических шлаков.

Железо важнейший металл современной индустрии.

Черная металлургия является одной из ведущих отраслей мировой индустрии. В настоящее время в мире ежегодно добывается более 1 млрд тонн железной руды и производится около 800 млн тонн стали. Среди других отраслей материального производства черная металлургия занимает одно из первых мест по количеству используемых природных ресурсов.

Черная металлургия оказывает активное и пагубное воздействие на окружающую среду. Это в первую очередь связано с потреблением большого количества различных сырьевых материалов и образованием больших количеств самых разнообразных отходов. На долю предприятий черной металлургии приходится около 15% всех промышленных выбросов в атмосферу пыли, 8 10% выбросов диоксида серы, 35-40% монооксида углерода, около 15% оксидов азота, 10 15% общего объема потребления промышленностью свежей воды и примерно столько же сбрасываемых сточных вод .

13.1. ОСОБЕННОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Металлургическое производство традиционно состоит из четырех основных стадий: агломерационного, доменного, сталеплавильного и прокатного производств. К ним следует добавить коксохимическое производство, производство огнеупоров и энергии, как правило, включаемые в промышленный комплекс черной металлургии. Принципиальная схема производства стали показана на рис. 13.1.

Основной агрегат в черной металлургии доменная печь. Схема доменного цеха представлена на рис. 13.2. Высота печи достигает 30 и более метров, а диаметр превышает 7,5 м. Измельченную железную руду или агломерат вводят в доменную печь сверху, послойно смешивая с коксом. Снизу в печь продувают предварительно нагретый воздух, в котором уголь сгорает до оксида углерода, восстанавливающего оксид железа:

Эта реакция обратима и преимущественно идет в верхней части доменной печи. Равновесие ее тем сильнее смещается вправо, чем ниже температура. Часть Fc^O:} восстанавливается лишь до FeO, который.

Рис. 13.1.

попадая в нижнюю часть домны зону высокой температуры, восстанавливается непосредственно углем:

FeO + С -> Fe + СО.

Температура в нижней части доменной печи доходит до 1600 °С. Железо при этом плавится (температура плавления железа 1539° С) и стекает в горн, откуда его периодически выливают в формы.

Рис. 13.2. 1 приемная воронка; 2 малый конус; 3 распределитель шихты; 4 воронка большого конуса; 5 - наклонный мост; б скип; 7 воздушная фурма; 8 защитные сегменты колошника; 9 шлаковая летка; 10 чугунная летка; 11 большой конус

Железные руды, содержащие кислые породы (диоксид кремния или оксид алюминия), предварительно смешивают с основными добавками, называемыми флюсами, обычно это известняк. В настоящее время флюсы вводят на стадии агломерации. Руды, содержащие основную пород)", смешивают с кислыми добавками (песком, гранитом). Флюсы образуют с пустой породой легкоплавкие шлаки, которые собирают на поверхности расплавленного чугуна (доменные шлаки) и периодически удаляются из печи.

Расплавленное железо растворяет углерод, кремний, фосфор, серу и марганец, образуя чугун , используемый непосредственно для отливки изделий либо перерабатываемый на сталь.

Сталь получают путем удаления углерода и остальных примесей до нужной степени чистоты в конверторах (рис. 13.3) или мартеновских печах (рис. 13.4). Специальные стали получают в электропечах.

Рис. 13.3. Положения конвертера при заливке чугуна (а), продувке (б) и сливе

стали в ковш (в)

Мартеновская печь, обогреваемая газообразным топливом или мазутом, работает следующим образом. Газ и воздух проходят через предварительно разогретые до температуры около 1200° С камеры- рекуператоры 8 и 9, выложенные внутри огнеупорным кирпичом, где нагреваются до 800 900°С. При сжигании разогретого газа в атмосфере разогретого воздуха в горелке 1 образуется факел пламени, поднимающий температуру в рабочем пространстве печи до 1700° С и выше. Твердые шихтовые материалы, загружаемые через окна 2. плавятся на поду 3, откуда сливаются в ковши. Продукты сгорания при температуре около 1600 °С поступают в камеры 4 и 5 и разогревают их керамическую кладку до температуры 1200 °С, после чего уходят в дымовую трубу. К этому времени камеры 8 и 9 уже достаточно охладились, отдавая свое тепло нагреваемым газу и воздуху. Поэтому, при изменении

Рис. 13.4. 1 горелка; 2 окна для загрузки шихты; 3 под печи; 6’, 7 клапаны для изменения направления газа и воздуха; 2, 5, 8, 9

камеры-рекуператоры

положения клапанов 6 и 7 направление газа и воздуха меняется, и они поступают в камеры 4 и 5, разогретые отходящими газами. Процесс повторяется в течение всей плавки в той же последовательности после очередной перекидки клапанов 6 и 7.

В доменном производстве основным источником загрязнения воздушного бассейна являются агломерационные фабрики. На долю выделяемой ими пыли приходится до 17% от общих выбросов предприятий черной металлургии, диоксида серы 46%, оксидов азота 20%, монооксида углерода 55%.

Главный отход доменного производства это доменные шлаки, образующиеся в количестве от 0,4 до 0,65 т на тонну выплавляемого чугуна. Это самые многотоннажные отходы металлургического производства. Общее количество доменных шлаков, получаемых на отечественных предприятиях, составляет около 50 млн тонн в год. Доменное производство связано также с выделением больших количеств пыли и газов , включая монооксид углерода, диоксид серы и оксиды азота.

При мокрой очистке доменного газа образуется большое количество загрязненных сточных вод.

Производство стали, в свою очередь, связано с образованием значительных количеств шлаков и отходящих газов. Очистка конверторных газов очень сложна и сопровождается образованием сильно загрязненных сточных вод. Еще большей запыленностью и высоким содержанием оксидов азота характеризуются отходящие газы мартеновских печей.

В производстве проката наибольшую трудность вызывает очистка газов от травильных ванн, в которых наряду с оксидами азота и парами кислот содержатся такие высокотоксичные примеси, как соединения мышьяка. Сложную проблему представляет также переработка сбросных травильных растворов.

Коксохимическое производство сопряжено с выделением больших количеств пыли, газов и сточных вод. Стоки коксохимического производства содержат такие опасные (и в то же время ценные) вещества, как аммиак, фенолы, цианиды, сероводород, смолистые вещества и другие канцерогенные соединения.

В ближайшие десятилетия в производстве стали и сплавов на основе железа будет использоваться преимущественно традиционная технология. Поэтому в настоящее время задача создания безотходного металлургического производства решается главным образом путем его последовательного усовершенствования за счет снижения материало- и энергоемкости, а также использования образующихся отходов.

Включает:

• добычу исходных руд, угля и других необходимых для дальнейшей переработки минеральных ресурсов;
• горнообогатительные предприятия, где осуществляется измельчение, обогащение и окускование руд;
• коксохимическое производство;
• производство электроэнергии, поставка кислорода, сжатого воздуха для дутья и очистки газов других производств;
• доменные цехи, где осуществляется выплавка чугуна;
• предприятия по производству ферросплавов;
• сталеплавильные производства (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные);
• прокатные цехи;
• и др.

По показателю материалоемкости разные отрасли металлургии существенно отличаются. Черная металлургия намного менее материалоемка. - Разнообразие сырья в минералогическом отношении определяет потенциальное разнообразие технологий. Различные условия залегания руд определяют методы их добычи (используется шахтная и открытая разработка). Некоторые разновидности руд имеют весьма сложный состав. Особенно это характерно для полиметаллических руд. Кроме того, они содержат различные неметаллические примеси. Основные экологические проблемы металлургии

Предприятия, занимающиеся переработкой руд черных и цветных металлов, являются одним из главных факторов загрязнения природной среды во многих промышленных городах России и мира в целом. Наибольший вред объектам окружающей среды в данной отрасли промышленности обеспечивают техногенные выбросы в воздушную и водную среду от работающих предприятий. Большая доля отрицательного воздействия связана также со складированием отходов металлургических производств и сбросом в естественные водоемы отработанных вод.

Постоянное поступление в природную среду металлургических выбросов способствует все большей аккумуляции в почвах прилегающих к металлургическим предприятиям территорий различных тяжелых металлов, а также некоторому закислению или защелачиванию почв в зависимости от баланса постоянного поступления из атмосферы с осадками и пылью различных кислот и карбонатов кальция и магния. Масштабы воздействия на окружающую среду в зоне экологического следа предприятий отрасли зависят как от состава и объемов техногенных металлургических выбросов, так и приуроченности предприятия к определенной природной зоне и подзоне. Металлургическое загрязнение не только оказывает существенное негативное влияние на состояние природных объектов и среды, но и способствует ухудшению здоровья населения. Для людей наиболее опасно загрязнение отходами данной отрасли атмосферного воздуха.

Замечание 1

Объем и специфика воздействия на природные территории предприятий металлургического комплекса зависят от особенностей применяемых технологий, их экологичности, качества и состава производственного сырья, объема и структурного состава продуцируемых отходов, географического расположения предприятий, связанного с особенностями циркуляции атмосферы рассеивания загрязнений и влияния отходов производства на ландшафты, природные сообщества и их отдельные компоненты.

Предприятия по переработке руд черных и цветных металлов способствуют появлениюследующих экологических проблем:

1. Поступление отходов в атмосферы (основная проблема металлургического производственного комплекса);
2. Поступление отходов в гидросферу, в том числе поверхностные и подземные воды;
3. Необходимость утилизации различных твердых отходов;
4. Деградация земель при образовании карьеров, отвалов и т.д.;
5. Появление техногенных геохимических аномалий;
6. Вредное влияние на почвы, растительный и животный мир;
7. Неблагоприятное воздействие на здоровье человека.

Основные загрязняющие вещества – отходы и побочные продукты на предприятиях

На различных стадиях металлургического цикла среди вредных веществ образуются газы, шламы, шлаки, пыль.

Используемые в металлургии руды включают в свой состав некоторое количество тяжелых металлов, которые впоследствии накапливаются обнаруживаются в зонах рассеивания. Выбросы и сбросы от предприятий металлургии в основном содержат вещества 2-го класса опасности.

К 1 классу (наиболее опасному) относятся:

• оксиды серы,
• азота,
• углерода,
• бепз(а)пирен,
• ртуть,
• и др.

1. Ко 2 классу опасности относятся некоторые тяжелые металлы:

2. К 3-му классу опасности относятся:

   • и др.

Замечание 2

При обработке железных руд в атмосферу выбрасываются вредные для окружающей среды и здоровья человека газы (SO2, NO2, NO и др.), вызывающие вместе с углекислым газом парниковый эффект и выпадение кислотных дождей. Но, в отличие от выбросов предприятий цветной металлургии, к подкислению почв эти выбросы не приводят, поскольку с выбросами пыли в почвы поступают в значительном количестве карбонаты кальция и магния, которые нейтрализуют кислотность и подщелачивают ночву. Многие города со специализацией промышленности на черной металлургии оказываются в списке городов с наиболее загрязненным атмосферным воздухом.

В структуре жидких и газообразных выбросов металлургических предприятий абсолютно преобладают оксиды углерода, составляющие около 78% всех выбросов. На втором месте по значимости находятся оксиды серы, на третьем – оксиды азота. Их объемы соизмеримы (несколько меньше) с масштабами выбросов пылевых частиц, загрязненных тяжелыми металлами.

Среди тяжелых металлов основными загрязнителями, продуцируемыми данной отраслью, являются свинец, кадмий и ртуть.