Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Социальная экология. Взаимодействие общества и природы. Учебное пособие
.pdf
§ 25. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС 311
вольфрам. Имеется группа драгоценных металлов — золото,
серебро, платина. К редким металлам относятся иттрий, лан
тан, лютеций. Есть металлы, полученные искусственным пу
тем, — технеций, америций, кюрий.
Металлы и полученные из них сплавы разделяют на чер
ные и цветные. К черным металлам обычно относят железо
и его сплавы. Около 95 % металлопродукции, производимой
в металлургическом комплексе, относится к черным металлам.
Практически все остальные металлы составляют группу цвет
ных металлов.
Все, что мы привыкли называть железом, фактически яв
ляется сплавами из железа и углерода (чугун или сталь). Желе
зо в чистом виде можно получить, пожалуй, только в лабора
тории. К тому же оно очень непрочно. Из него нельзя построить мост или отлить детали машин. Железо используется лишь
в сплавах. Причем сплавляться оно может почти со всеми металлами, за исключением щелочных и щелочно-земельных, серебра, свинца, ртути, галлия и висмута. На сегодня известно
более 10 тыс. сплавов на основе железа. Однако важнейшими
из сплавов остается группа чугунов и сталей, в которых обычно присутствуют в виде примеси и некоторые другие элементы: кремний, марганец, сера, фосфор и легирующие элементы.
Сплав железа называют чугуном, если в нем содержится более
2,14 % углерода, и сталью, если содержание углерода оказывается менее 2,14 %.
Металлургия относится к типу ресурсоемких производств.
Чтобы получить 1 т чугуна, требуется переработать около 4 т
сырой руды. Добыча железной руды ведется, как правило, от
крытым способом, что приводит в негодность огромные мас
сивы земель. Район Курской магнитной аномалии представля
ет собой в настоящее время безжизненную пустыню, чем-то
напоминающую «лунные пейзажи». Впрочем, как показывают
исследования, вскрышные породы на территории Курской
магнитной аномалии могут быть сырьем для заводов по произ
водству цемента и извести.
Наблюдаемый рост металлопроизводства представляется
устойчивым, поскольку в составе используемых конструктив
ных материалов металл еще долго будет сохранять доминиру
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
312 ГЛАВА IX. ТЕХНОСФЕРА
ющее положение, несмотря на появление новых материалов,
таких как пластмассы, керамика и т. д. Эксперты полагают, что
в ближайшей перспективе может обостриться проблема обес
печения металлургических предприятий железосодержащим
сырьем. Вполне возможно вовлечение в переработку забалан
совых руд непромышленной категории. Это приведет к значи
тельному увеличению ресурсоемкости металлургического
производства. Уже сейчас наблюдается тенденция увеличения
глубины карьеров и шахт, сокращение эксплуатационных за
пасов руды, снижение ее качества. Следствием этого является
устойчивый рост удельного расхода сырой руды на производ
ство товарного продукта (за последние 40 лет примерно в два
раза).
Современное металлургическое производство черных металлов имеет следующие основные переделы: производство
окатышей и агломератов, коксохимическое, доменное, сталеплавильное и прокатное производство. Во всех переделах
главные ингредиенты загрязнения — пыль, оксиды углерода и
серы. В доменном производстве дополнительно выделяются
сероводород (H
S) и оксиды азота, в прокатном — аэрозоли
2
травильных растворов, пары эмульсий и оксиды азота. Самым
грязным является коксохимическое производство (производство кокса). Здесь дополнительно к перечисленным ингредиентам нужно добавить фенолы, ароматические углероводороды,
3-4-бензапирен, синильную кислоту и т. д. Напомним, что аро
матические углеводороды (арены), к числу которых относится
бензапирен, вызывают злокачественные опухоли (при перора
льном, респираторном поступлении в организм и воздействии
на кожу). Причем канцерогенная активность бензапирена уси
ливается в присутствии диоксидов серы и азота.
На долю черной металлургии в целом приходится 15–20 %
промышленных загрязнений атмосферы. В районах располо
жения крупных металлургических комбинатов эта доля возра
стает до 50 %. В среднем на 1 млн т готовой продукции черной
металлургии выделяется в сутки в атмосферу 350 т пыли, 200 т
сернистого ангидрида (SO
оксидов азота (NO
).
x
), 400 т оксида углерода (CO), 42 т
2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
§ 25. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС 313
Флагманами в деле загрязнения атмосферы выступают се
годня в России Новолипецкий металлургический комбинат
(его доля в валовом объеме выбросов вредных веществ по Ли
пецкой области составляет 91,1 %) и Магнитогорский метал
лургический комбинат (в Челябинской области на его долю
приходится 25,2 % всех выбросов).
Черная металлургия является водоемким производством:
12–15 % общего водопотребления в промышленности прихо
дится на черную металлургию. Вода в основном идет на ох
лаждение оборудования (49 %). Около 60–70 % сточных вод
относится к «условно-чистым водам», так как имеют только
повышенную температуру. Остальные 30–40 % загрязнены
различными примесями.
Крупные металлургические предприятия занимают до
1000 га земельной площади. На металлургических заводах
утилизируется и обезвреживается около 34 % отходов. Металлургический лом и отходы более всего образуются в прокатном производстве (примерно 30 %). В качестве топлива используются доменный и коксовый газы.
Металлургические высокотемпературные агрегаты, которые морально устарели для металлургических производств либо просто не загружены из-за уменьшения общего производства черных металлов и подлежат ликвидации или консервации,
могут помочь также в решении проблемы твердых бытовых
отходов (ТБО). Проблема эта весьма серьезна. Свалки отходов
становятся настоящим бичом современной цивилизации. При
естественном вылеживании полное обезвреживание свалок
протекает за 50–100 лет. Это значит, что площадь свалок будет
расти довольно быстрыми темпами.
В настоящее время существует несколько способов пере
работки ТБО: компостирование, утилизация с применением
метода пиролиза и простое сжигание. В мировой практике
именно последний способ получил наибольшее распростране
ние.
Исследования показывают, что применение металлургиче
ских высокотемпературных агрегатов, о которых говорилось
выше, для сжигания ТБО весьма перспективное дело. Опыт
-
-
-
-
-
-
-
-
-
314 ГЛАВА IX. ТЕХНОСФЕРА
ным путем установлено, что при сжигании в таких агрегатах
объем ТБО уменьшается приблизительно на 80 %, а масса —
более чем на 60 %
1
.
С развитием отраслей новой техники возрастает промыш
ленное значение цветных металлов. На современных предпри
ятиях цветной металлургии извлекается более 70 видов цвет
ных металлов из исходного сырья. Важная особенность руд
цветных металлов — крайне низкое содержание в них собст
венно металлов. Для получения 1 т цветных металлов прихо
дится пускать в переработку от сотен до десятков тысяч тонн
сырья. Поэтому процессы дробления, измельчения, обогаще
ния и окусковывания в цветной металлургии приобретают осо
бое значение, а обогатительные фабрики составляют весомую
часть производственного комплекса цветной металлургии.
Другая особенность руд цветных металлов заключается
в том, что они практически всегда выступают как полиметаллические руды, требующие комплексной переработки. Íå-
редко так называемые попутные элементы по своей ценности
превосходят «основные» элементы руд, ради которых были
организованы горнодобывающие предприятия. Такими попутными элементами являются, в частности, металлы платиновой
группы, золото, серебро и т. д. Необходимость комплексной
переработки рудного сырья, требующая применения тонких
технологий, создала в цветной металлургии благоприятные
технические возможности извлечения из сточных вод, отходя
щих газов и прочих отходов производства также других цен
ных компонентов. Одним из широко известных примеров яв
ляется освоенный в цветной металлургии метод получения
серной кислоты из сернистого ангидрида, содержащегося в от
ходящих газах. Метод, основанный на жидкофазном окисле
нии сернистого газа в условиях повышенных температур, ока
зался в сотни раз выше по производительности, чем традици
онный башенный метод получения серной кислоты. Уже
в конце 1970-х годов таким способом вырабатывалось около
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Токовой О. К., Строганов А. И. и др. Применение металлургических
агрегатов для сжигания твердых бытовых отходов // Проблемы экологии
Южного Урала. — 1996.—¹4.—С.30–37.
§ 25. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС 315
30 % от общего производства серной кислоты в СССР. К тому
же кислота, получаемая в цветной металлургии из отходящих
газов, оказалась на 30 % дешевле, чем в самой химической
промышленности. Успех метода в значительной мере обуслов
лен тем, что в цветной металлургии имеются производства,
в которых газовые выбросы содержат 4–10 % сернистого газа.
Такая концентрация достаточна для того, чтобы метод зарабо
тал. Наиболее подходящими оказываются процессы обжига и
переработки сульфидных руд меди, свинца и цинка, где газо
вые выбросы содержат сернистого газа даже более 10 %.
Во многих случаях цветные металлы применяются для по
лучения сплавов с различными полезными свойствами. Изве
стно, например, что включение хрома в состав стали значите
льно увеличивает ее твердость. Сталь, содержащая более 10 %
хрома, практически не подвергается коррозии. Хром применяют также для покрытия различных металлических изделий
с целью предохранения их от коррозии (хромирование). А бериллий хорош в сплаве с медью. В частности, сплав, содержащийоколо98%медии2%бериллия (бериллиевая бронза) обладает большой прочностью и упругостью. Из бериллиевой
бронзы изготавливают пружины высокого качества.
Вместе с тем многие цветные металлы опасны для здоровья человека. Тот же хром вызывает рак легких, органов желудочно-кишечного тракта, а также дерматиты. Шестивалентный хром обладает высокой проникающей способностью и мо
жет влиять на эмбриогенез. Повышенное содержание шестива
лентного хрома обнаруживается в тканях плода, плаценте,
крови, моче, молоке женщин, причем не только у тех, кто не
посредственно связан с производством хрома, ноиутех,кто
проживает поблизости. Обладает канцерогенностью и берил
лий. Кроме того, он вызывает воспаления слизистых оболочек,
дерматиты и язвы.
В районах, где газовые выбросы плавильных печей не очи
щались, наблюдалось крайне пагубное их воздействие на рас
тительность и почвы. Пустынные районы в штатах Теннесси
(США) и Тасмания (Австралия) образовались именно по при
чине газовых выбросов из печей для выплавки меди и других
цветных металлов. Образование двуокиси серы (SO
) имеет
2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
316 ГЛАВА IX. ТЕХНОСФЕРА
место также при обжиге и плавке галепита (PbS) и цинковой
обманки (ZnS), которые в природном сырье присутствуют
обычно вместе. Одновременно с сернистым газом из плавиль
ных печей поступает в атмосферу ряд других чрезвычайно
токсичных газов — триоксида мышьяка, хлористого водорода,
фтористого водорода. Цветную металлургию считают также
источником выбросов селена, который способен вызывать ра
ковые заболевания даже при самом небольшом содержании
в атмосфере.
В России наибольшее негативное воздействие на воздуш
ный бассейн оказывают предприятия, входящие в РАО «Нори
льский никель». Это связано с существующей технологией пи
рометаллургической переработки сульфидных руд и концент
ратов, при которой образуется большое количество отходящих
газов, содержащих загрязняющие вещества. Сам никель способен вызывать различные респираторные заболевания, включая
астму, обладает тератогенным действием, то есть может быть
причиной различных пороков развития и даже врожденных
уродств. Установлена канцерогенность никеля: он стимулирует злокачественные опухоли носа и легких.
Ñ развитием электронного машиностроения, средств
транспорта и связи, текстильной и лакокрасочной промышленности, электротехнического и радиотехнического производства и некоторых других отраслей потребление цветных металлов растет. Но больше всего возросла потребность в алюми
нии, который обладает универсальными свойствами и часто
может выступать заменителем меди, свинца, цинка, олова.
Основным сырьем для производства алюминия являются бок
ситы. Ведущую роль в этом производстве играют электрохи
мические процессы, которые обычно проводят в расплавлен
ных солях при повышенных температурах. По завершении
электролиза катод представляет собой чистый алюминий со
следами меди и цинка. На аноде образуется сплав цветных ме
таллов, в котором превалируют медь (более 60 %) и цинк (бо
лее 11 %).
Производство алюминия требует больших затрат электро
энергии. Энергетические затраты в производстве алюминия
составлят около 60 % потребления электроэнергии всей цвет
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
§ 26. МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС 317
ной металлургией и до 10 % от общего потребления в стране.
Перспективы по существенному снижению затрат электро
энергии в производстве алюминия связаны с переходом на но
вую технологию, использующую мощные электролизеры
с предварительно обожженными анодами и сухой очисткой га
1
çà
. Эта технология к тому же позволяет снизить выбросы фто
ра с отходящими газами и пылью в 5–6 раз. Новая технология
внедрена во многих странах Запада. Однако, крупнейшие в ми
ре российские алюминиевые заводы (Братский и Краснояр
ский) работают пока по старой технологии. На их реконструк
цию по оценкам специалистов нужны капитальные затраты
в объеме 4–5 млрд долларов при сроках 8–10 лет. Несмотря на
растущую потребность в алюминии во многих отраслях рос
сийской экономики, почти весь производимый у нас алюминий (около 90 %) вывозится за рубеж.
§ 26. Машиностроительный комплекс
Машиностроение по праву считается ведущей отраслью
промышленного производства, в которой создаются средства
производства (орудия труда) для всех остальных хозяйственных отраслей. В машиностроительный комплекс входят станкостроение, приборостроение, энергетическое, транспортное,
строительно-дорожное, нефтехимическое и сельскохозяйственное машиностроение, электротехническая, электронная,
авиационная, автомобильная и тракторная промышленность
и ряд других отраслей. Номенклатура машиностроительной
продукции составляет десятки тысяч наименований. В ее про
изводстве занято около трети всех работающих в стране лю
дей. Научно-технический прогресс и степень развития произ
водственной базы машиностроительных отраслей могут слу
жить показателем зрелости современного индустриального
производства и даже самого общества как цивилизационной
системы. Совершенствование машин, приборов, оборудова
ния, средств механизации и автоматизации является важной
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Сизяков В. М. Алюминиевой промышленности — государственную
заботу // Адмиралтейство. — 2001.—¹1.—С.70–71.
318 ГЛАВА IX. ТЕХНОСФЕРА
частью совершенствования производственно-технологических
процессов, без чего невозможна эффективная защита окружа
ющей природной среды, налаживание гармоничных отноше
ний между обществом и природой. На пути глубокой интенси
фикации машиностроения достигается минимизация трудо
вых, материальных и энергетических затрат. Важной тенден
цией в настоящее время является компьютеризация машино
строительного производства, которая предполагает, в частно
сти, создание автоматизированных систем технологической
подготовки производства и систем автоматизированного про
ектирования. Хранение графической информации в компью
терной памяти более предпочтительно, чем на бумаге (в виде
чертежей). Более эффективным оказывается и использование
такой информации, поскольку компьютер дает возможность
объемного изображения деталей, представления их в любом
ракурсе и сечении. Если необходимо, компьютер может перенести чертеж на бумагу, причем в нескольких цветахивнужном количестве экземпляров.
Компьютеризация дает возможность управления самим
технологическим процессом. В настоящее время создано множество станков с числовым программным управлением, которые могут не только выполнять определенную последовательность операций, задавать режимы обработки деталей, менять
инструмент, но и проводить необходимые технологические
расчеты, выбирать оптимальные параметры работы станка
в изменяющихся условиях (например, когда меняется твер
дость заготовки, затупляется резец и т. д.). Автоматизирован
ные системы управления технологическим процессом приме
няются при обработке металлов давлением, при литье, про
катке.
Один из путей создания малоотходного машиностроите
льного производства — сокращение производственного цик
ла изготовления деталей машин. Для этого, в первую очередь,
требуются более точные заготовки. Поэтому в современном
машиностроении металлорежущие станки стали заменять ли
тейными машинами, термопластовыми и холодновысадочны
ми прессами-автоматами, прессами для изготовления полно
стью готовых для сборки деталей из металлического порош
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
§ 26. МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС 319
ка. Обработка резанием оправдывает себя при небольшом
объеме работ по доведению деталей до нужного типоразмера
из менее точных заготовок, но становится нерациональной
при массовом или крупносерийном изготовлении деталей.
В этом последнем случае токарная обработка, фрезерование,
строгание должны уступить место обработке металлов давле
нием, литью деталей, методам компактирования на базе по
рошковой металлургии. Подсчитано, что перевод1тдеталей
на метод компактирования, дающего спеченные детали, эко
номит в машиностроении 2,5 т проката. К тому же стойкость
спеченных деталей и изделий (например, инструментов) в не
сколько раз выше, чем у деталей, полученных резанием из
обычных сталей. К сожалению, оборудование и оснастка для
компактирования довольно сложны, а возможность получе
ния качественных порошков в больших объемах пока что весьма ограничена.
Из общего объема промышленных выбросов в окружающую среду на машиностроение приходится лишь незначительная часть (1–2 %). Основными источниками загрязнения яв-
ляются обеспечивающие машиностроительное производство
технологические процессы, особенно гальванические и красильные цеха. В совокупности эти источники загрязнения сопоставимы с химической промышленностью.
Если не считать производство средств связи, вычислительной техники, приборостроения, то машиностроение в целом
нужно относить к ресурсоемким отраслям. Твердые отходы
машиностроительного производства содержат амортизацион
ный лом (на 55 % он образуется от замены технологической
оснастки и инструмента), стружки и опилки металлов, пласт
масс, древесины, а также шлаки, золу, шлам, пыль и т. д. В це
лом на предприятиях машиностроения отходы металла состав
ляют 260 кг на тонну. Иногда отходы составляют 50 % от мас
сы обрабатываемых заготовок, а при листовой штамповке по
тери металла достигают 60 %.
На 1 млн т потребляемых черных металлов безвозвратные
потери металла составляют: при обдирке, шлифовке, распи
ловке и прочих видах обработки — 5,4 тыс. т; при ковке, горя
чей штамповке и термической обработке — 2,1; при травлении
металла — 14; за счет неполного сбора отходов — 15,2 тыс. т.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
320 ГЛАВА IX. ТЕХНОСФЕРА
Из прочих твердых отходов машиностроительное предприятие
среднего размера в год дает: 40 тыс. т шлака, окалины, золы;
до 20 тыс. т мусора; до 1,5 тыс. т древесных отходов; около
0,8 тыс. т пластмасс; около 3,8 тыс. т горелой формовочной
земли.
В 1995 году предприятиями машиностроительного комп
лекса на Украине произведено около 250 тыс. т техногенных
отходов — шламов, осадков, пыли и т. д. (а всего в отвалах на
копилось более 1 млн т этих отходов). Ежегодные потери цвет
ных металлов в отходах составили: меди — 0,96 тыс. т, цин
ка — 0,65, никеля — 0,80, кадмия — 0,02, алюминия —
0,33 тыс. т
1
. Аналогичная картина наблюдается и в других ре
гионах с развитым машиностроением. Во многих случаях ме
таллосодержащие отходы сопоставимы с природными рудами
промышленного значения.
В выбросах энергетических установок машиностроительного предприятия большую часть составляет диоксид серы
(около 67 %), а также оксиды азота (около 32 %). Весьма опасными загрязнителями при металлообработке являются индустриальные масла и металлическая пыль.
В целом по машиностроению в 1997 году улавливалось не
более 46 % загрязняющих веществ. В основном это твердые
ингредиенты (в форме аэрозольных частиц), тогда как газообразные компоненты (двуокись серы (SO
), окислы азота (NOx)
2
и т. д.), наиболее вредные для здоровья людей, остаются в вы
бросах.
Современное машиностроение содержит целый ряд водо
емких производств. В промышленном водопотреблении доля
машиностроения составляет около 10 %.
Относительно высоким для машиностроения является по
казатель экономии свежей воды, обусловленный использова
нием систем оборотного водоснабжения. Показатель этот на
1997 год составлял 81 %.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Грищенко С. Г., Макогон В. Ф. и др. Проблемы использования техно
генных отходов промышленного комплекса Украины // Металлургия и гор
норудная промышленность. — 1998.—¹1.—С.99–101.
-
-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]