10.1.4. Металургійна промисловість
Металургія — галузь науки та промисловості, пов’язана з первинним отриманням металів із руд та інших видів сировини, яка включає:
чорну металургію (виплавка чавуну, сталі та надання їм відповідної форми);
кольорову металургію (виплавка легких, важких, благородних, рідкоземельних металів і виробництво сплавів).
Чорна металургія займає друге місце із загальної кількості викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря після теплоенергетики. Основними джерелами викидів в атмосферу у чорній металургії є агломераційне виробництво, виробництво чавуну та сталі. За даними аерокосмічних зйомок снігового покриву, зона дії підприємств чорної металургії простягається на відстань до 60 км від джерел забруднення. Навколо металургійних заводів формуються своєрідні техногенні зони, де повітря, вода, сніг, ґрунт, рослинність містять у собі широкий набір шкідливих речовин, включаючи і такі надзвичайно небезпечні, як Плюмбум і Гідраргум.
Чорна металургія країни споживає 13—15 % кількості води від загальних витрат усіх галузей промисловості. Питома витрата води на виготовлення однієї тонни сталі, включаючи всі технологічні операції, перевищує 260 м3.
До основних джерел забруднення атмосфери в чорній металургії відносяться агломераційне, коксове виробництво, доменне виробництво чавуну, сталеплавильне виробництво. Викиди складаються з оксидів Карбону (67,5 % сумарного викиду в атмосферу), твердих речовин (15,5 %), діоксиду Сульфуру (10,8 %) та оксидів Нітрогену (5,4 %). Дисперсний склад пилу (за масою) становить: 5 % часток розміром до 5 мкм, 3—4 % часток розміром 5—10 мкм, 2 % часток розміром 10—15 мкм, понад 60 % складають часток розміром >50 мкм.
З усіх пилогазових викидів зі сталеплавильних агрегатів найбільша кількість припадає на мартенівські печі: 90 % — оксидів Сульфуру, 85 % — оксидів Нітрогену та 75 % — пилу.
У процесі роботи електродугових печей на одну тонну перероблюваної сталі виділяється 10—35 м3/год газів у процесі плавлення, 100—250 м3/год — у процесі окиснення та 25—50 м3/год — у процесі відновлення. Склад газів такий: 8—20 % — діоксиду Карбону, 8—70 % — оксиду Карбону, 0—2 % — Кисню, 18—75 % — діоксиду Нітрогену.
У конверторному виробництві сталі у процесі продування киснем відбувається винесення пилу з відхідними газами у кількості 1,5—2,0 % маси залитого чавуну. Хімічний склад конверторних газів за об’ємом: СО2 — 31 %, N2 — 60 %, О2 — 9 %. Крім того, у газі міститься до 100 мг/м3 Флюору та 10 мг/м3 Хлору.
Стічні води у процесі виробництва агломерату містять Ферум, оксид Кальцію та Карбон. На коксохімічних заводах утворюються фенольні стічні води. На виробництво однієї тонни коксу витрачається 1,2—1,6 м3 води для гасіння коксу. У процесі очищення коксового газу від сірководню миш’яко-содовим методом утворюється за годину приблизно до 6 м3 стічних вод, у складі яких містяться феноли, сірководень, аміак, ціаніди, бензольні сполуки. Для охолодження доменної печі потрібно до 4000 м3/год води. Забруднені стічні води утворюються на розливних машинах чавуну у кількості 350 м3/т, у газопроводах коксового та змішаного газу — конденсат 20—40 л/1000 м3 газу, грануляції доменного шлаку — 2 м3/т рідкого чавуну, гідроприбиранні пилу у підбункерному приміщенні — 300—360 м3/т чавуну. У процесі очищення 1000 м3 газу утворюється 4—6 м3 стічних вод, які містять пил (часточки руди, коксу, вапняку, агломерату), хімічні сполуки (сульфати, хлориди), розчинені гази.
Щорічно у поверхневі водні об’єкти потрапляє до 1,0 млн м3 стічних вод, з яких понад 85 % — токсичні. Разом зі стічними водами відходить значна кількість забруднюючих речовин, у тому числі завислі речовини, сульфати, хлориди, сполуки Феруму, сполуки важких металів тощо.
У чорній металургії утворюється велика кількість твердих відходів, які складуються на великих площах і у більшості випадків шкідливо впливають на ґрунт, рослинність, водні джерела та повітряний басейн. Звалища твердих відходів займають на сьогодні тисячі гектарів корисного ґрунту. У них накопичено близько 500 млн т шлаків. Шламопилові відходи утворюються практично на всіх стадіях металургійного виробництва. У нашій країні щорічно утворюється близько 80 млн т доменних, сталеплавильних і феросплавних шлаків, а також 1 млн т шламів, 110 тис. т пилу. Шлам містить велику кількість заліза (майже 50 %). Доменні, феросплавні, мартенівські шлаки містять значні кількості сполук Фосфору та оксиду Кальцію, а також інші елементи, що використовуються як добрива у сільському господарстві. Забруднювачі літосфери — брухт (залишки у ковшах) і брак, який становить у виробництві чавуну 7—10 кг/т. Тверді відходи на вітчизняних заводах із виробництва чавуну становлять: брухт, брак — 87 500 т/рік, шлак окалина, зола — 40 000 т/рік, шлами, флюси — 600 т/рік.
Щорічно у кольоровій металургії використовується до 1200 млн м3 води. До чинників, що становлять значний вплив
на стан довкілля, відносяться газоподібні, рідкі та тверді відходи виробництва. Щорічно підприємствами кольорової металургії викидається в атмосферу до 3000 т шкідливих речовин. Забруднення атмосфери підприємствами кольорової металургії характеризується переважно викидами SО2 (75 % сумарного викиду в атмосферу), оксидів Карбону (10,5 %) та пилу (10,4 %).
Джерелами утворення шкідливих викидів у виробництві глинозему, алюмінію, міді, свинцю, олова, цинку, нікелю та дорогоцінних металів є різні види печей. Слід зазначити, що у пірометалургійній переробці руд і концентратів утворюється значна кількість відхідних сульфурвмісних газів, для утилізації яких відсутні економічно виправдані технології. Унаслідок цього ступінь вловлювання діоксиду Сульфуру на підприємствах кольорової металургії не перевищує 22,6 %.
У процесі виробництва алюмінію в атмосферне повітря викидається велика кількість сірчаних сполук і значна кількість пилу. Піч спікання викидає за годину 45 т пилу, який містить у собі токсичні пилоподібні речовини, що містять Арсен, Плюмбум тощо, а тому є особливо небезпечним. Струм, що протікає через електроліт в електролізній ванні, спричиняє високі температури. Відбувається бурхливе виділення анодних газів, збагачених пилом і шкідливими складовими. У процесі виробництва однієї тонни алюмінію в атмосферу потрапляє приблизно 27 кг Флюору. Температура анодних
1
газів — від 50 до 150 °С, тому має місце також теплове забруднення атмосфери. Аналогічно відбувається забруднення атмосферного повітря на підприємствах кольорової металургії, що займається виготовленням міді, цинку, свинця та інших металів.
Стічні води підприємств кольорової металургії забруднені мінеральними речовинами, більшість з яких токсичні (ціаніди, ксантогенати, нафтопродукти тощо), солями важких металів (Мідь, Цинк, Плюмбум), сполуками Арсену, фторидами, Гідраргумом, Сурмою, сульфатами, хлоридами тощо. У виробництві алюмінію використовується замкнена система споживання води. Свіжа вода необхідна для підживлення системи. Значне забруднення води відбувається через поверхневий стік із території підприємства.
Важлива проблема підприємств кольорової металургії — забруднення ландшафтів. На територіях заводів накопичується велика кількість твердих відходів і шламів. Шламосховища, які забруднюють пилом довколишні території, а інфільтратами — підземні води, часом досягають за площею 200 га.
На території алюмінієвих заводів накопичується небезпечний багатотоннажний відхід — червоні шлами, які зберігаються просто неба у спеціальних шламонакопичувачах, що займають сотні гектарів.
Вихід шлаків, які зазвичай складуються у відвали, для технологій плавлення руд кольорових металів зазвичай великий і становить 60—120 % від маси рудної частини шихти. Основними компонентами шлаків є SiO2, FeO, CaO, а також Al2O3, MgO, ZnO.