23. Воздействие цветной металлургии на водную и воздушную среду. Проблема утилизации и глубокой переработки шлаков. Использование вторичного сырья.

Цветная металлургия России производит ежегодно до 5 млн т спла­вов цветных и редких металлов. Несмотря на резкий спад валового про­изводства в 1991—1994 гг., объемы валового выброса в атмосферу в 1995 г. составили 3 млн 588 тыс. т, в том числе сернистого ангидрида — 2 млн т, токсичных отходов — 15 млн 400 тыс. т (вещества 1-го класса опаснос­ти — 6 млн 500 тыс. т). Из применяемых в отрасли технологий только| 10% соответствуют мировому уровню. Устаревшее и требующее мо­дернизации оборудование, низкий технический уровень производства, «грязные» технологии, отсутствие средств на совершенствование сис­тем улавливания и утилизации отходов — все это делает невозможным нормализацию экологической обстановки и способствует фор­мированию в металлургических центрах катастрофической экологи­ческой ситуации. Сферы воздействия на природную среду крупных центров цветной металлургии достигают огромных площадей.

Цветной металлургии как отрасли промышленности присущи высокая отходность производства и особенно высокая токсичность вы­бросов в атмосферу и сбросов в воду, которые представляют большую экологическую опасность для человека и для ландшафта в целом. Воз действие цветной металлургии на ландшафты осуществляется сложными сочетаниями технологических переделов — горно-металлургическими комбинатами, включающими в себя добычу, обогащение руд и им плавку цветных металлов производствами неполного цикла.

Заводы и комбинаты по выплавке цветных металлов поставляют в атмосферу и воду многие металлы и газы (рис. 17). Например, помимо тяжелых, редких и легких металлов заводы медной, никелевой и дру-гих подотраслей цветной металлургии выбрасывают в атмосферу сер­нистый газ; алюминиевые производства — фтористый водород; редкометаллические и магниевые — хлор и хлористый водород.

При добыче и обогащении руд цветных металлов из земной коры извлекаются на поверхность доступные для миграции многие редкие химические соединения. Так, при производстве никеля используется лишь около половины компонентов медно-никелевых руд, при переработке медно-колчеданных руд поступает на земную поверхность и рассеивается в ландшафтах более 15% меди, около 50% цинка, 45% серы, 15% благородных металлов и т.д.

Практика показала, что доменный шлак является ценным сырьем. Поэтому практически на всех металлургических предприятиях организована переработка шлаков в полезную продукцию: гранулированный шлак, щебень, пемзу, минеральную вату, литье, брусчатку и др.

Переработка и утилизация всей массы образующихся в сталепла­вильном производстве шлаков является обязательным элементом без­отходной технологии, как потому, что многочисленные шлаковые отва­лы и связанное с этим отчуждение сельскохозяйственных угодий, обра­зование пыли, отрицательное воздействие на воздушный и водный бас­сейны нежелательны и вредны, так и потому, что утилизация отходов экономически выгодна. Достаточно сказать, что только чистого металла в шлаках содержится более 3,5 млн.т/год.

Основные пути утилизации шлаков сталеплавильного производст­ва следующие:

1. Извлечение металла.

2. Получение железофлюса для вагранок и аглодоменного произ­водства.

3. Получение щебня для дорожного и промышленного строитель­ства.

4.Использование основных шлаков в качестве известковых удоб­рений (шлаковой муки) для сельского хозяйства.

5.Использование фосфорсодержащих шлаков для получения

удобрений для сельского хозяйства.

6. Вторичное использование конечных сталеплавильных шлаков.

спользование конечного шлака электропечей осуществляется повсеместно, обыч­но одним из двух способов:

а) обработка стали во время выпуска высокоосновным малоокис­ленным шлаком;

б) оставление конечного шлака и части металла в печи для уско­рения следующей плавки (работа на "болоте").

Эффективность использования шлаков в сельскохозяйственном производстве известна давно, особенно шлаков, содержащих соедине­ния фосфора, в качестве заменителей такого распространенного удоб­рения, как суперфосфат, а также основных шлаков - для известкования и нейтрализации кислых почв. Кроме того, многие компоненты, содер­жащиеся в шлаках в небольших количествах, также весьма полезны для развития растений.

В процессе хозяйственной деятельности образуются отходы, которые могут являться потенциальным сырьем.

В зависимости от источников образования их делят на 2 группы: отходы производства и отходы потребления.

Отходы производства – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, которые образовались в ходе производства и частично или полностью потеряли свои первоначальные потребительские качества.

Отходы потребления – это бывшая в употреблении продукция, которая потеряла свои потребительские качества.

Исходя из возможности использования, различают утилизируемые и неутилизируемые отходы.

Для первых существует технология переработки и вовлечения в хозяйственный оборот, для вторых в настоящее время отсутствует.

Вторичное использование материалов (бумаги, пластмассы, стекла, металла)

В результате деятельности человека образуется несколько сотен видов отходов, а используется несколько «классических» видов: металл, пластмассы, бумага, стекло.

Вторичное использование материалов решает целый комплекс вопросов по защите окружающей среды:

1. сокращается потребность в первичном сырье,

2. уменьшается загрязнение вод и земли,

3. освобождаются трудовые ресурсы из процессов переработки сырья.

Истощение запасов первичного сырья потребовало перевода технологии многих стран на использование только вторичного сырья.

Получение бумаги переработкой макулатуры вместо получения из древесины требует энергии на 60 % меньше, снижает загрязнение воздуха на 15 % и воды на 60%.

Высококачественная бумажная макулатура может быть использована для изготовления писчей и типографской бумаги. За счет улучшения технологии из макулатуры может быть изготовлена негорючая бумага.

Бумага составляет примерно половину упаковочных материалов, затем следует стекло, металл и пластик. Средний американец выбрасывает около 500 кг упаковочных материалов в год.

Потребление бумаги неуклонно растёт в связи с постоянным развитием мирового рынка, поэтому широкое внедрение вторичного использования бумажных ресурсов позволит нам сократить темпы прироста вырубки лесов.

Пластмассы в виде отходов естественным путем разлагаются очень медленно, либо вообще не разлагаются. При их сжигании происходит сильное загрязнение атмосферы ядовитыми веществами (диоксинами).

Диоксины – полихлорированные соединения, содержащие ароматические ядра.

За высокую токсичность их относят к особому классу загрязняющих веществ – токсикантам или суперэкотоксикантам.

Даже в малых дозах диоксины вызывают мутагенный эффект, отличаются кумулятивной способностью. Комплексный характер действия этой группы соединений приводит к подавлению иммунитета, поражению органов и истощению организма.

Для диоксинов отсутствует предел токсичности, понятие ПДК теряет смысл.

Ежегодно в мире выпускается около 80 млн. тонн пластмасс.

Наиболее эффективными способами предотвращения накопления пластмассовых отходов является их вторичная переработка (рециклинг) и разработка биоразлагаемых полимерных материалов.

Рециклинг «отслуживших» пластмасс осуществляется в США, Японии и в 16 промышленно развитых странах Европы. В США актуальность переработки пластмасс связана с постоянно растущим объемом отходов.

Начиная с 1955 г., в Японии ведутся разработки по технологии переработки полимерных отходов. В связи с тем, что свободных территорий для складирования твердых отходов в Японии практически нет, переработка отходов пластмасс производится путем сжигания (термической деструкции) без образования вторичных продуктов загрязнения.

Новым направлением решения проблемы пластмассовых отходов является создание второго поколения пластиков – биоразлагаемых полимерных материалов, которые разлагаются в природных условиях до безвредных соединений.

Существует три основных пути создания биоразлагаемых полимерных материалов:

1. синтез биоразлагаемых пластмасс с помощью микроорганизмов (биополиэфиры, биополисахариды);

2. биоразлагаемые пластмассы на основе природных веществ (природные полисахариды, смесь полиэтилена и крахмала);

3. химический синтез (синтетические полиэфиры).

В 1989 г. итальянская химическая компания «Феррузи» объявила о создании первого в мире полностью биоразлагаемого пластика. Пластик сделан из полиэтиленовой ткани, которая содержит пустоты, заполненные кукурузным крахмалом в количестве от 10 до 50 %. Микроорганизмы разрушают новый пластик до окиси углерода и воды в течение полугода.

В Германии получен биоразлагаемый полимер на основе масла овощей (жирные кислоты масла связываются для получения полимера), который является полностью безопасным для окружающей среды. Его стоимость не выше стоимости полимеров, произведенных из нефти.

Стеклянные банки утилизируются двумя путями: повторным использованием, либо отправлением на переплавку на заводы по производству стеклянной тары. Однако основная масса стеклянной тары используется однократно. Основной проблемой утилизации использованной стеклянной тары является ее извлечение из массы городских отходов.

Степень утилизации использованных алюминиевых и жестяных банок сильно варьирует даже в промышленно развитых странах: в Великобритании она составляет 3,5 %, в странах Западной Европы – 13 % , а в США – 55 %.

В странах Западной Европы предполагается увеличение степени утилизации использованных алюминиевых банок, т.к. на получение из них алюминия необходимо затратить лишь 5 % энергии от той, которую пришлось бы израсходовать на его производство из натурального сырья.

Лом металлов образуется в виде отходов промышленности (67 %), амортизационного лома (31 %) и металла, извлекаемого из шлаковых отвалов (2 %). Амортизационный лом – это списанные и изношенные оборудование и инструменты, военный и судовой лом, металлоизделия и инвентарь. Сталь из металлолома на 70 % дешевле получаемой из руд.