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.