книги / Снижение экологической нагрузки при обращении со шлаками черной металлургии

Для известкования почв применяются шлаки, у которых

CaO+MgO

модуль основности больше единицы и содержа-

SiO2 +Al2O3

ние (СаО + МgО) не менее 43 %.

В настоящее время для известкования используется мука, полученная при переработке сталеплавильных и ферросплавных шлаков высокой основности.

Основные мартеновские и конвертерные шлаки после магнитной сепарации содержат оксиды кальция (до 60 %), магния (до 12 %), марганца (до 12 %), кремния, алюминия, фосфора и другие вещества, необходимые для развития растений.

Ценность шлаков по сравнению с известью в значительной степени повышается за счет наличия ряда микроэлементов. Как правило, конвертерные шлаки содержат до 1,5 % Р2О [1], поэтому применение конвертерных и электростапеплавильных шлаков оказывается более эффективным, чем известняка или мартеновского шлака.

Наибольшую ценность представляют конвертерные и мартеновские шлаки с повышенным содержанием Р2О5, которые следует рассматривать как комплексное удобрение, содержащее кроме СаО и Р2О5 оксиды Fe, Мn, Мg. В отличие от суперфосфата фосфатшлак не гигроскопичен и не связывается почвой в малодоступное для растений состояние. Фосфатшлаки не требуют сопутствующего известкования, как фосфоритная мука. Обогащая почву фосфором, они одновременно выполняют функции известковых удобрений, нейтрализуя кислые почвы. Многочисленные испытания показали, что эффективность шлаков как фосфорного удобрения приближается к действию простого суперфосфата. Фосфатшлаки, не только ценные, но и дешевые удобрения. Себестоимость производства их на металлургических заводах в 3–5 раз ниже суперфосфата.

Высокоосновные самораспадающиеся ферросплавные шлаки, например от производства малоуглеродистого феррохрома,

281

содержат более 50 % СаО, до 10 % МgО и являются также эффективным удобрением.

С точки зрения химического состава, а именно по содержанию СаО + МgО в пересчете на СаСО3 + МgСО3, доменные шлаки почти не уступают известняковой муке и мартеновским шлакам.

Использование доменных шлаков в качестве известьсодержащих удобрений известно давно. В настоящее время за рубежом накоплен значительный материал, положительно характеризующий их влияние на свойства и повышение урожая растений.

Так как известкование является долгодействующим мероприятием, положительное влияние извести на урожай начинает ослабевать только через 10–15 лет. За этот срок крупные зерна успевают разложиться. Поэтому допускается наличие крупных фракций в известковых удобрениях, что, естественно, снижает их себестоимость.

Производство гранулированных шлаков осуществляется на большинстве заводов страны на установках бассейнового или гидрожелобного типа за пределами доменного цеха. Гранулированный шлак, получаемый на таких установках, отличается повышенным содержанием частиц размером 1 мм, а также наличием частиц 2,9–10,0 мм. У шлака, полученного на припечных установках, содержание фракции 1 мм составляет только 15–30 %; фракции 1,6–2,5 мм – 5–10 %, а фракции бо-

лее 2,5 мм – до 2 % [1].

Мелкодисперсный пористый гранулированный шлак, полученный по новой технологии, выгодно отличается от шлаковой

иизвестковой муки тем, что этот материал не пылит, не подвергается слеживанию, может вноситься в почву как в зимних, так

ив летних условиях. Кроме того, себестоимость 1 т гранулированного шлака гораздо ниже себестоимости 1 т известковой муки и особенно муки из конвертерного и мартеновского шлака.

Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования шлака как микроудобрения.

282

6.8.Применение шлаков

вювелирноHподелочной и декоративной отрасли

Некоторые разновидности стекол, содержащиеся в шлаках, обладают определенными эстетическими качествами, что позволяет использовать их в качестве ювелирно-поделочного и декоративного материала.

При ревизии стекловатых шлаков металлургического производства С.С. Потапову с коллегами [1] удалось индивидуализировать три камня и оценить их декоративные и технологические свойства как потенциального ювелирного сырья.

Опалесцит – стекловатый камень от голубого до светлосинего цвета, часто с постепенными цветовыми переходами

ибелыми минеральными (диопсидовыми) прожилками и сферолитами. Это металлургит из шлаковых отвалов Саткинского завода. Камень проявляет эффект опалесценции (изменение на ярком солнечном или искусственном свете голубой окраски камня на светящийся изнутри оранжево-желтый цвет), за что

иполучил свое название.

Стеклоагат – стекловатый шлак концентрического или линейного полосчато-зонального строения (как у природного агата), обусловленного чередованием темно-бурых до черных полос с белыми, бежевыми, или бледно-розоватыми, либо с цветовыми полосчатыми переходами от голубого к синему стеклу, нередко с проявлением плойчатости. Образование стеклоагата реализуется не только в шлаках Саткинского завода, но и в побочных продуктах производства черных металлов на других заводах. Так, под торговым названием «искусственный агат» подобные камни екатеринбуржские мастера используют в качестве ювелирных вставок.

283

Индигофорстерит – частично раскристаллизованный камень из игольчатых и перистых кристаллов форстерита, собранных в пакеты и пучки, в матрице силикатного стекла, являющийся шлаком производства феррохрома на ряде заводов Челябинской и Свердловской областей. Окраска индигофорстерита от голубой до густо-синей – индигово-синей, за что и получил название. При вращении изготовленных из камня кабошонов под разными углами к источнику света отдельные пакеты игольчатых кристаллов то просветляются, то темнеют, проявляя оптический эффект типа иризации.

Таким образом, шлаковые отвалы металлургического производства могут являться поставщиками нетрадиционного юве- лирно-поделочного и декоративного сырья. Опалесцит, стеклоагат и индигофорстерит по своим декоративным качествам относятся к группе ювелирно-поделочных камней II порядка, в которую, например, входят агат, родонит, обсидиан. Их можно использовать для изготовления вставок в виде кабошонов в броши, кольца, браслеты, серьги и другие ювелирно-худо- жественные изделия [1].

* * *

Большое разнообразие вариантов ипользования шлака свидетельствует о том, что он является ценным технологическим сырьем, из которого можно получать различные по назначению строительные материалы. Однако не следует забывать, что шлак может содержать вредные химические соединения, которые могут быть подвижны и мигрировать в окружающую среду. Вследствии этого все промышленные изделия, содержащие шлак, должны проходить исследования на экологичность. Неконтролируемое использование шлаков приводит к химическому загрязнению природных объектов, контактирующих с изделиями на основе шлаков.

284

Список литературы

1.Потапов С.С., Лютоев В.П. Отвалы шлаков металлургического производства как потенциальные источники техногенного ювелирно-поделочного и декоративного сырья // Типоморфные минералы и минеральные ассоциации; индикаторы масштабности природных и техногенных месторождений и качества руд: матер. Всеросс. науч. конф. Годичное собрание РМО. – Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2008. – C. 128–130.

2.Проект «Магма», безотходная переработка шлаков в потрландцемент. – Челябинск, 2003.

3.Переработка шлаков и безотходная технология в метал-

лургии / Панфилов М.И.[и др.]. – М.: Металлургия, 1987. –

С. 63–105, 217–218.

4. Строительный рынок России, строительные материалы. URL: http://www.vserinki.ru/stroika

285

7. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ

УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ

ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

В соответствии со стратегией развития металлургической отрасли до 2015 г. приоритетом в области охраны окружающей среды и рационального природопользования является улучшение экологических характеристик действующих производств путем:

−внедрения экологически безопасных технологий в основное и попутные производства;

−снижения выхода отходов и удельных выбросов вредных веществ в воздушный и водный бассейны;

−совершенствования стационарных пылеулавливающих установок и водоочистных сооружений с использованием для этой цели новых технологических средств и материалов;

−повышения объемов и эффективности переработки отходов производства, включая создание и отработку экономически приемлемых технологий;

−создания автоматизированных систем контроля за состоянием окружающей среды.

Кроме того, нельзя забывать, что металлургический комплекс является поставщиком парниковых газов в атмосферу, а ратификация Россией Киотского протокола предусматривает в качестве необходимого условия динамичное ужесточение предельных значений выбросов парниковых газов и активизацию всей природоохранной деятельности предприятий комплекса. Поэтому при планировании стратегического развития предприятия необходимо учитывать будущие расходы на природоохранные мероприятия.

Для металлургии ресурсосбережение – это, в первую очередь, использование металлолома как источника исходного сы-

286

рья. Это позволяет исключить негативное воздействие на окружающую среду за счет исчезновения технологический цепочки руда – обогатительная фабрика – чугун. Нет выбросов при добыче руды, ее обогащении, выплавке чугуна. Экономятся железная руда, кокс, газ и другие компоненты. Отходы металлургии полностью используются в качестве вторичных источников строительного сырья.

Такое применение металлолома позволяет снизить объемы образования отходов, уменьшить ненормированные сбросы, выбросы в окружающую среду, заменить дефицитные компоненты вторичными ресурсами и доступным сырьем, уменьшить расход важного компонента – питьевой воды.

В рамках этой концепции необходимо решить вопрос, связанный с уменьшением негативного влияния существующих отвалов твердых отходов металлургического производства. Старые отвалы размещаются на неподготовленных площадках и являются источниками загрязнения окружающей среды. Для предотвращения негативного влияния старых отвалов можно использовать геохимические барьеры.

7.1. Создание природоохранных технологий

на основе искусственных геохимических барьеров

В процессе техногенного рассеивания химических элементов происходит формирование техногенных геохимических аномалий. В основе их формирования лежит разработанное А.И. Перельманом учение о геохимических барьерах, которые все чаще используются для охраны окружающей среды.

Термином «геохимические барьеры» А.И. Перельман

в1961 г. предложил называть такие участки зоны гипергенеза,

вкоторых на коротком расстоянии происходит резкая смена условий миграции, что приводит к концентрации химических элементов.

287

На участках земной поверхности, где техногенные процессы преобладают над природными, описаны техногенные барье-

ры [1, 2, 3, 4].

Согласно А.И. Перельману техногенный геохимический барьер – это участок, где происходит резкое уменьшение интенсивности техногенной миграции и, как следствие, концентрирование элементов и соединений. В ряде случаев техногенные барьеры создаются целенаправленно на пути движения техногенных потоков для локализации загрязнения. Отличительной особенностью техногенных барьеров является возможность аккумуляции техногенных веществ, не встречающихся в природных условиях, таких как, нефтепродукты, полиароматические углеводороды, пестициды и др. Концентрации веществ, имеющих природные аналоги, на техногенных барьерах в ряде случаев значительно выше, чем на природных участках.

Накопленный опыт показывает, что среди всего разнообразия техногенных геохимических барьеров, применяемых для решения экологических проблем, можно выделить разновидности, в которых стихийно или целенаправленно используются естественные барьерные свойства природной среды и искусственные, созданные по специальным технологиям. В ряде случаев техногенные геохимические барьеры могут создаваться на основе использования обоих указанных принципов (рис. 7.1).

Барьеры, использующие естественные свойства при-

родной среды. В ходе хозяйственной деятельности человека нередко происходит бесконтрольное загрязнение окружающей среды. В ряде случаев особенности почв, грунтов, поверхностных и подземных вод, рельефа и т.п. являются причиной формирования геохимических барьеров на пути миграции загрязнителей. В этом случае можно говорить о стихийно образовавшихся барьерах. Наиболее распространенными барьерами являются почвы и глинистые грунты, задерживающие многие виды загрязнителей, карбонатные породы и присущие им воды, выполняющие роль щелочного геохимического барьера.

288

Техногенные геохимические барьеры

Рис. 7.1. Разновидности техногенных геохимических барьеров, используемых для охраны окружающей среды [5]

Барьерные свойства природной среды могут целенаправленно использоваться для снижения интенсивности миграции загрязнителей. Для этого существуют специальные технологии и приемы [6, 7].

Стихийно образовавшиеся геохимические барьеры на пути загрязнителей. Известны случаи нейтрализации кислых растворов при взаимодействии с карбонатными породами; при этом возникает стихийный щелочной барьер.

Естественные геохимические барьеры имеют большое значение при аварийных разливах нефтепродуктов. Среди природных геохимических сорбционных барьеров, ограничивающих миграцию нефтяных углеводородов, наиболее важную роль играют органо-сорбционные барьеры в органогенных и гумусовых горизонтах почв, что определяет преимущественно приповерхностную аккумуляцию углеводородов. На них оседает основная масса загрязнителей. Такие горизонты практически не пропускают органические загрязнители.

Целенаправленное использование барьерных свойств природной среды. В последние годы для охраны окружающей среды от загрязнения все более широкое применение находят

289

идеи использования защитного потенциала самой среды [8]. Основной трудностью для их реализации является отсутствие на- учно-методической и законодательной базы.

Количественная характеристика защитных свойств природной среды (емкость барьера, проницаемость, период действия и др.) требует специальных полевых и лабораторных исследований, а также сложных расчетов. Следует отметить, что емкость и способность кконцентрации элементов природными объектами представляет значительную величину и в ряде случаев может во много раз превышатьобъемпоступающихвокружающуюсредузагрязнителей.

Искусственные геохимические барьеры. Техногенные геохимические барьеры могут специально создаваться для решения различных задач, таких как охрана окружающей среды, обогащение полезных ископаемых, инженерная защита территории и т.д. Такие барьеры предлагается называть искусственными. Для создания искусственных барьеров разрабатываются специальные технологии. В качестве материалов, используемых для создания барьеров, применяются различные материалы и вещества в зависимости от специфики барьеров и экономической целесообразности (рис. 7.2).

Искусственные барьеры

Комбинация

материалов

Рис. 7.2. Материалы, используемые для создания искусственных геохимических барьеров [5]

290