Металлургия и экология.

Самые близкие мне люди живут недалеко от металлургического комбината. Естественно возникло желание узнать, как он воздействует на окружающую среду и здоровье.
Область, конечно, не моя, но кое-что удалось найти.

     К сожалению, данных о выбросах НЛМК у нас нет. Однако, есть информация о работе таких же заводов, спроектированных советскими инженерами. Мы воспользовались исследованиями отходов металлургического комбината в Бхилаи (Индия), который был построен с участием липецких инженеров. («CHARACTERIZATION AND UTILIZATION OF SOLID WASTES GENERATED FROM BHILAI STEEL PLANT ». Nirlipta Priyadarshini Nayak

Department of Mining Engineering , National Institute of Technology, Rourkela-769008, May, 2008).

Откуда берутся отходы металлургического комбината.

Процесс производства стали заключается (почти по Родену), в том, что нужно удалить из руды лишнее - примеси, такие как кремний, марганец, фосфор и углерод, и уменьшить содержание серы.

Естественно, в результате работы сталелитейного завода образовываются отходы, состоящие из этих ненужных веществ.

Металлургическая промышленность интенсивно использует природные ресурсы и склонна загрязнять окружающую среду.

Производство стали включает несколько операций. Оно начинается с подготовки исходных материалов, таких как уголь, железная руда и флюксы — для производства металла в доменной печи, конвертированию горячего металлла в сталь и, затем, прокат стали в конечный продукт. Несколько сопутствующих производств, включая производство огнеупорных материалов, входят в это число.

Как результат получается большое количество отходов.

Чтобы произвести одну тонну стали, даже из хороших исходных материалов и при эффективном производстве, требуется 5 тонн воздуха, 2,8 тонны исходных материалов и 2,5 тонны воды.

А в дополнение к этой тонне стали мы получаем 8 тонн загрязненных влажных газов и полтонны твердых отходов [Lean, 1990].

То есть, мы имеем грязные газы, грязную воду и твердые отходы. А кое-кто - бабло и все остальное.

Газов больше всего, но труднее всего «разобраться» с твердыми отходами.

На схеме представлены составные части металлургического комбината, чем занимается каждый участок и какие отходы возникают в работе.

Как видим, каждое подразделение комбината вносит свой вклад в образование отходов. Даже газоочистительные установки образуют шлам. В Табл.1 показано, какое влияние на окружающую среду оказывает каждый вид работы.

Табл.1 Влияние деятельности металлургического комбината на окружающую среду

Вид деятельности	Влияние на коружающую среду
Обработка руд	Производит пыль, Загрязнение воздуха, шум, загрязнение воды
Плавка & очистка	Загрязнение воздуха загрязнение почвы, твердые отходы
Литье	Загрязнение воздуха, шумы
Прокат и т.п.	Вред растениям, загрязнение воды, вред домашним животным, вред зубам и костной системе человека

Из чего состоят отходы.

Рассмотрим, сколько отходов образует комбинат и из каких каких веществ они состоят.

Отходы доменной печи.

Уменьшение окислов железа в доменной печи приводит к увеличению количества отходов её работы. Отходы включают в себя  — шлаки, летучую пыль и газы. В таблице показаны вещества, необходимые для производства одной тонны металла и количество получающихся при этом отходов.

Табл.2 Исходные материалы и выход доменной печи.

Загрузка	Выход
Железная руда 985кг	Горячий металл 1000кг
Туф 800кг	Шлак 435 кг
Mn-руда 35 кг	Летучая пыль 25 кг
Известняк 80 кг	Доменный газ 1830 кг
Конвертерный шлак 32 кг
Кокс 596 кг
Air blast 2600M3
Вода 40M3
Сжатый воздух 25M3
Электричество 33.7kwh
Пар 120 кг

Источник: «CHARACTERIZATION AND UTILIZATION OF SOLID WASTES

GENERATED FROM BHILAI STEEL PLANT».

       

Доменная пыль (летучая пыль)

В дополнение к горячему металлу и шлаку в доменной печи образуется газ, выбрасываемый вверху домны. Этот газ обильно насыщен частицами пыли. Некоторые из этих частиц улавливаются уловителем или собираются как шлам.

Из чего состоит пыль.

Доменная пыль состоит из мелких частиц черного цвета. Руки от нее становятся черными. Своим цветом пыль обязана большому количеству несгоревшего кокса.

Из чего состоит доменная пыль.

1.                  Частицы непрореагировавших исходных материалов.

     Большое количество частиц пыли представляют собой непрореагировавшие или частично прореагировавшие частицы исходных руд.

       2.   Частицы кокса

     Кокс загружается в печь в качестве топлива. Много частиц несгоревшего кокса выбрасывается в воздух в процессе плавки. Именно эти частицы придают пыли темный цвет. Их легко можно увидеть под микроскопом.

 

Несгоревшие частицы кокса при увеличении х200.

3.                  Новообразовавшиеся частицы.

     Эти частицы состоят из вюстита(FeO), магнетита(Fe₃O₄₎ и гематита(Fe₂O₃).

 Зерно Магнетита (вверху) и два зерна Гематита (внизу) X 200.

Химический состав пыли

Содержание элементов в пыли: 

много углерода - 31.0%  и железа - Fe₂O₃- 42.6%, наблюдаются кремний — SiO₂-5.7%, алюминий — Al₂O₃ -10.40% и кальций - CaO-2.00%.

Размеры частиц находятся в диапзонах >250micron-31%, >150micron-24%, >75micron-8.5%, <75micron-4 .5="" p="">

Вредные элементы, такие как Pb, Zn, Cu, Cr, Mn, Ni, Th, U обычно в пределах нормы.

Отходы конвертеров.

Утечки 20кг

LD шлак 220кг

LD пыль 100кг

В LD шлаке обнаружены портландит [Ca (OH)₂], гематит (Fe₂O₃),

вюстит (FeO), магнетит (Fe₃O₄) кварц (SiO₂) и ранкит (Ca₃Si₂O₇  В конвертерном шлаке доминирует портландит, поэтому он очень долго находится в атмосфере

Таким образом, производство одной тонны стального проката требует 5 тонн исходных минеральных материалов, таких как руда, уголь, флюсы, марганцевая руда, срлавы железа и т. д. И образуется около 3,5 тонн твердыз отходов в виде шлака, пыли, шлама, летучего пепла и т. п.

Сбор, транспортировка и складирование отбросов очень дорогой процесс, требующий к тому же больших площадей земли. Объем отходов характеризует квалификацию управляющего персонала и эффективность или неэффективность производства.

Уменьшение количества отходов и степень их утилизации и переработки не только увеличивает эффективность работы комбината, но, самое главное, предотвращает деградацию окружающей среды.

Влияние выбросов металлургического комбината на здоровье людей

Давно известно, что вдыхание пыли вызывает респираторные болезни. Вдыхание пыли, которую выбрасывают в воздух промышленные предприятия вызывает следующие хронические заболевания:

(1)       Пневмокониоз и легочный фиброз ( кремний, асбест и т.д.)

(2)       Профессиональная астма ( диизоцианат толуола, бензол и т.п.)

(3)        Рак легких ( шестивалентный хром и т.п..)

Источник: «Chronic Health Effects of Inhalation of Dust or Sludge » JMAJ 56(2): 91–95, 2013 , Iwao UCHIYAMA,

Но проблема в том, что играет роль не только состав частиц, но и их размер.

Так сжигание обычного угля в Японии, начиная с периода Мейзи(1868-1912), вызвало несколько всплесков заболеваний бронхиальной астмой: одна вспышка была зафиксирована в г. Иокогама, префектура Канагава и даже названа «Иокогамской астмой», а вторая, в 1960 — 70 гг. в индустриальном районе Кейхин, особенно в Осаке  (Хими Й, «Сорок три года защищая окружающую среду» Life and Environment. 1997;42(9):79–85. (Япон.).

В статье «Связь между загрязнением воздуха и смертностью в шести городах США»  была установлена связь между размером частиц в воздухе и их влиянием на здоровье (Dockery DW, Pope CA 3rd, Xu X, et al. An association between air pollution and mortality in six U.S. cities. N Engl J Med. 1993; 329:1753–1759). Именно мелкие частицы вызывают рак легких и увееличивают смертность от легочных заболевания.

Металлургический комбинат выбрасывает в воздух частицы следующих размеров :

Табл.3. Распределение частиц пыли по размерам

Размеры в микронах	Весовые проценты
500	3.11
250	46.75
150	31.42
75	11.45
<75 p="">	7.27

Табл.4. Распределение частиц шлака по размерам

Размеры в микронах	Весовые проценты
1000	17.84
500	33.59
250	31.09
150	5.55
75	5.18
37	2.85
<37 p="">	3.88

Источник: «CHARACTERIZATION AND UTILIZATION OF SOLID WASTES

GENERATED FROM BHILAI STEEL PLANT »

Как видите, именно шлак представляет собой самую большую опасность для здоровья населения. Его намного больше, чем остальных отходов и пыль, которая образуется в результате его транспортировки и утилизации попадает в воздух.

Прогноз погоды без интернета и программы «Время»

Мы часто ругаем метеорологов, забывая, насколько сложен прогноз погоды.

Но мы и само можем попытаться предусмотреть капризы природы,вспомнив "бабушкины приметы".

О чём скажут облака

Зимним вечером небо закрыто облаками — ожидайте теплую погоду, потому что облака

препятствуют потере тепла, которая приводит к понижению температуры при ясной погоде.

Кучевые облака в виде башен ( cumulus castellanus) -  возможен в этот день дождь.

Облака бегут в разных направлениях (т. е. один слой идет на запад, другой -  на север) -

приближается плохая погода, возможен град.

Кучево-дождевые облака — рано днем и увеличивающиеся в течение дня — большая вероятность ухудшения погоды.

Mammatus clouds

(формируются нисходящими потоками воздуха) — гроза рассасывается, не формируется.

Перистые облака  высоко в небе в виде длинных перьев — в ближайшие 36 часов плохая погода.

Дождевые облака, напоминающие рыбью чешую — плохая погода наступит в следующие сутки-двое..

Влажность:

Многие люди могут служить «определителями» влажности, точнее их волосы — они завиваются и закручиваются у них.

Сосновые шишки остаются закрытыми при влажной погоде и открываются в сухом воздухе.

При высокой влажности дерево разбухает и двери и окна хуже открываются.

Можно посмотреть на листья дуба и клена. Они имеют тенденцию скручиваться при высокой влажности, предшествующей сильному дождю.

Посмотрите на радугу.  

Большинство штормовых и грозовых фронтов в северном полушарии движутся с запада на восток. Поэтому, если видите радугу на западе, значит, влажный фронт приближается к вам и он может принести с собой дождь.

С другой стороны, радуга на востоке при закате означает, что влажный фронт удаляется от вас и можно ожидать солнечный день.

Запомните: Радуга утром — не к добру. Конечно, если вы не мечтаете о хорошем дожде для урожая.

Если на закате небо на западе покраснело, это означает, что там находится система высокого давления с сухим воздухом, который поднимает частицы пыли в атмосферу, что вызывает покраснение неба (свет рассеивается в атмосфере по закону 1/λ⁴ ). Поскольку преобладающее направление движения фронтов с запада на восток, сухой воздух направляется к вам.

Покрасневшее небо утром (на Востоке, где восходит солнце) означает, что сухой воздух уже миновал вас, а за ним следует область низкого давления, несущая влагу.

Воздух

Сделайте глубокий вздох. Закройте глаза и внюхайтесь в воздух.

Растения выделяют запахи при низком давлении, в лесу пахнет компостом и это значит, к вам приближается дождь.

Болота выделяют газы перед непогодой из-за низкого давления, что создает неприятный запах.

Цветы пахнут сильнее перед дождём. Потому что запахи сильнее во влажном воздухе.

Посмотрите ночью на Луну.

Если она красноватая или бледная, значит, в воздухе пыль. Но если луна яркая и четкая возможно это следствие низкого давления, которое очистило воздух, а низкое давление может означать дождь.

Обратите внимание на круги вокруг луны. Они вызваны прохождением света через перисто-слоистые облака, связанные с теплым фронтом и влажностью, что означает вероятность осадков в ближайшие три дня.

Круг вокруг луны — скоро снег или дождь.

Животные

Коровы обычно ложатся перед грозой. А при приближении плохой погоды жмутся в кучу.

Муравьи незадолго перед дождём строят своему холму крутые склоны.

Кошки моют за ушами перед дождём.

Черепахи перед сильным дождём стремятся забраться повыше (конечно, не на дерево, не кошки, чай). Их часто можно увидеть на дорогах за день или два перед дождём.

Наши предки говорили, что если птицы кормят птенцов в непогоду, то дождь продлится долго, если нет, то скоро прояснится.

Дым от костра в безветренную погоду стелется — к дождю.