Норильский горно-металлургический комбинат (ГМК) - проблемы экологии

Актуальные публикации по вопросам экологии и природопользования.

NEW ЭКОЛОГИЯ

Все свежие публикации

Меню для авторов

ЭКОЛОГИЯ: экспорт материалов
Скачать бесплатно! Научная работа на тему Норильский горно-металлургический комбинат (ГМК) - проблемы экологии. Аудитория: ученые, педагоги, деятели науки, работники образования, студенты (18-50). Minsk, Belarus. Research paper. Agreement.

Полезные ссылки

BIBLIOTEKA.BY Беларусь глазами птиц HIT.BY! Звёздная жизнь KAHANNE.COM Мы в Инстаграме
Система Orphus

Публикатор:
Опубликовано в библиотеке: 2014-06-30
Источник: http://library.by

Норильский горно-металлургический комбинат (ГМК) более полувека является источником загрязнения окружающей среды в Арктике.

Освоение сульфидных платиноидно-медно-никелевых месторождений всегда связано с высокой экологической опасностью, но наибольший вред причиняет образующийся при переработке руды сернистый ангидрид (SO2 ).

Масштабы ущерба таковы, что сегодня тормозят дальнейшее развитие производства.

Поэтому в ближайшие годы усилия металлургов будут направлены на разработку и внедрение технологий, позволяющих снизить выбросы диоксида серы.

Об этом нашему корреспонденту Евгении Сидоровой рассказал член Президиума РАН, директор Института металлургии УрО РАН, академик Леопольд Леонтьев.

- Леопольд Игоревич, Вы давно занимаетесь разработкой технологий, снижающих негативное воздействие металлургических предприятий на окружающую среду, являетесь крупным специалистом в этой области. А в настоящее время прилагаете усилия для решения природоохранных задач Норильского ГМК. Каковы основные показатели, наглядно свидетельствующие о серьезности экологической проблемы, обусловленной его деятельностью?

- Экологическую обстановку в районе размещения Заполярного филиала ОАО "Норильский никель" изучали многие научные коллективы, в том числе Института глобального климата и экологии РАН, Институтов Сибирского отделения РАН - леса им. В. Н. Сукачева*, биофизики, оптики атмосферы, Научно-исследовательского института сельского хозяйства Крайнего Севера РАСХН, Сибирского регионального научно-ис-

* См.: Норильский проект. - Наука в России, 2005, N 4 (прим. ред.).

стр. 25

Шлейф дымовых газов над Норильском.

следовательского гидрометеорологического института и др. Для работы привлекли даже самолет-лабораторию Ан-30. И состояние воздуха, почвы, воды, растительности были детально оценены. Оказалось: промышленная пыль, покрывающая значительные площади, содержит повышенные количества тяжелых металлов - никеля, мели, свинца. Но наибольшую проблему создают выбросы сернистого ангидрида. На долю работающею здесь металлургического комбината приходится четверть российских промышленных выбросов SO2 . И это - на ограниченной территории. Благо, что земли за Полярным кругом мало заселены. Медеплавильный и никелевый заводы располагаются на противоположных окраинах Норильска, и при любом направлении ветра город застилает шлейф отходящих дымовых газов.

Исследования выявили: контуры земель с повышенным уровнем содержания серы и поврежденными лесами здесь имеют аналогичную конфигурацию. Внутри пострадавшей территории ученые выделили несколько уровней загрязненности. Так, в южном и юго-восточном направлениях от промышленного центра (в соответствии с преобладанием северо-восточного ветра) в пределах 70-километровой зоны древесная растительность погибла полностью. Содержание серы в растениях превышает фоновый уровень в 3 - 4 раза, никеля в 18 - 26, меди в 4 - 9,5 раза. Обнаружены участки с превышением фонового уровня для меди в 17 - 156 раз, а для никеля - 31 -470 раз.

И лишь на расстоянии более 70 км от города доля мертвых стволов (сухостоя) в древесном ярусе снижается, появляется чувствительный к техногенному воздействию можжевельник. Если продвинуться до отметки 80 - 100 км, то начинают прослеживаться черты, свойственные данной биоклиматической зоне: погибших деревьев около 50%, подлесок и мохово-травянистая растительность не угнетены.

Зону слабого загрязнения ученые выделяют на расстоянии 100 - 140 км от Норильска. Там содержание серы в растениях превышает фоновые показатели в 1,2 - 1,7 раза, никеля - в 1,5 - 2,7, меди - в 1,3 раза. При этом доля отмерших деревьев составляет всего около 14%, подрастают ель и береза, иногда можно встретить лиственницу, правда, сильно угнетенную. Ель чувствует себя лучше, а наиболее стойко прессинг промышленных выбросов переносит береза.

На удалении более 200 км от Норильска деградации растительности не наблюдается.

- Как следует из научных публикаций, в пределах Норильского региона кислотность атмосферных осадков из-за высокого содержания сернистого ангидрида в воздухе составляет 3,1 - 3,2 рН, что губительно для растений. Но, вероятно, в перспективе ситуацию можно изменить? Ведь если "удаление" тяжелых металлов и серы, накопившихся в таймырских почвах за годы работы ГМК, - сегодня задача непосильная, то добиться снижения "текущего" загрязнения атмосферы вроде бы реально?

- Есть два пути решения проблемы: повышать степень утилизации серы в отходящих газах и учиться отделять максимально возможные количества серосодержащего компонента руды еще на стадии ее предварительного обогащения, т.е. до пирогенного воздействия. На Норильском ГМК за основу пока приняли первый вариант.

Сейчас количество серы, выделяемой предприятиями Норильска, составляет порядка 1млн т. Способы утилизации известны: как правило, зарубежные металлургические компании получают на основе SO2 серную кислоту. Однако из-за недостаточного ее сбыта даже в главной никелевой державе мира Канаде на одном из крупнейших заводов "Коппер-Клифф" конвертерные газы выбрасываются в атмосферу. То же происходит в Финляндии, Китае, Ботсване. В нашем случае перерабатывать SO2 целиком в серную кислоту также нет смысла, поскольку для производственных нужд ГМК ее требуется относительно немного, а транспортировка другим потребителям невозможна из-за отсутствия железнодорожного сообщения. Последнее в рав-

стр. 26

Изолинии поля выпадений сернистого ангидрида.

ной мере мешает и реализации элементарной серы, в которую сейчас норильчане вынуждены перерабатывать сернистый ангидрид ввиду остро стоящих экологических проблем.

Между прочим, нигде в мире этим не занимаются, так как данный процесс очень дорогой, а его продукт практически не востребован. Добавление серы в качестве наполнителя в асфальт, использование при вулканизации резины или для получения той же серной кислоты предполагает значительные затраты на вывоз к предполагаемому потребителю. В итоге в соответствующей программе Норильского ГМК запланировано строительство склада емкостью 7 млн. т для долгосрочного хранения ненужного в настоящее время продукта.

Сегодня на Норильском медном заводе элементарную серу из сернистого ангидрида получают, восстанавливая последний с помощью метана при температуре 1250 - 1300 "С. Затем не до конца восстановленную часть газа, содержащую сероводород, перерабатывают так называемым методом Клауса. Такой способ получения серы разработали Государственный институт цветных металлов (Москва), Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (Новосибирск) и Норильский ГМК. Эта технология обеспечивает утилизацию отходящих газов при скорости их поступления 40 тыс. м3 в час и 20 - 25%-ном содержании SO2 ,. Общий же объем производства элементарной серы должен составлять 80 тыс. т в год при степени ее извлечения из сернистого ангидрида на 85%. Но в связи с тем, что переработка методом Клауса ведется в одну ступень, реальный показатель равен 60 - 65%. Между тем, по оценкам, при введении второй ступени Клауса (что, кстати, предусмотрено проектом) и применении санитарной очистки типа "Сульфрен" (успешно используемой на Астраханском газоперерабатывающем заводе) можно извлекать не менее 99% серы. Однако данный метод очень дорогостоящий. Сегодня российские ученые предлагают восстанавливать сернистый ангидрид до элементарной серы не метаном, а посредством угля. При этом и скорость реакции, и степень извлечения серы, составляющая примерно 98%, будет существенно выше, чем в случае с природным газом, а стоимость процедуры значительно ниже. Правда, необходимо разработать технологию и оборудование, исключающие пожароопасность процесса. Но ведь в черной металлургии введение измельченного угля в зону высоких температур мартеновских, доменных и электрических печей - обычное дело. В нашем институте даже создано малое предприятие, которое разрабатывает и внедряет установки для введения пылеугольного топлива в различные металлургические агрегаты. Их успешно применяют на многих отечественных заводах*.

- Вы упомянули об отделении серосодержащей фазы норильской руды на стадии предварительного обогащения. Это сопряжено с проблемами?

- Да. В составе норильской руды основная часть серосодержащего компонента - пирротина (Fe1-x S) - не магнитная, ибо в его составе преобладают формы с гексагональной кристаллической решеткой. На зарубежных же месторождениях доминируют моноклинные формы, что позволяет легко отделять этот минерал посредством магнита (магнитной сепарации), особенно если его вкрапления в руде достаточно крупные. В результате технология обогащения значительно облегча-

* См.: Л. И. Леонтьев и др. Инновационно-технологический центр "Академический". - Наука в России, 2003, N 2 (прим. ред.).

стр. 27

Схема повреждения лесов от воздействия выбросов Норильского ГМК: выделяется несколько уровней.

ется, и потери ценных компонентов минимальны, так как с моноклинной формой минерала ассоциировано небольшое количество цветных и драгоценных металлов. К сожалению, в норильском гексагональном пирротине, напротив, сосредоточена основная часть меди, никеля, кобальта, что грозит серьезными потерями при "отсечении" серосодержащего компонента на стадии предварительной подготовки руды. В дополнение к этому для нашего месторождения характерна тонкая вкрапленность сульфидов.

Поскольку пирротин в медно-никелевых рудах - преобладающий минерал, степень его "выведения" в ходе процесса обогащения существенно влияет на качество получаемых концентратов и на показатели их последующей переработки. На сегодня пирометаллургия - пока единственный реальный процесс, обеспечивающий полное извлечение драгоценных металлов.

- Вероятно, есть альтернативные подходы к сепарации пирротина?

- В сложившейся ситуации могут помочь только так называемые гидрометаллургические методы. Их технологии хорошо освоены за рубежом: для переработки медно-никелевых сульфидных руд, концентратов и продуктов металлургических производств прибегают к выщелачиванию в аммиачных, серно-кислых, солянокислых и азотисто-серно-кислых средах. Большинство заводов, работающих по такой схеме, соответствуют современным требованиям к экологической безопасности, хотя у каждого метода есть свои отрицательные стороны.

Скажем, недостатком аммиачного выщелачивания, применяемого на канадском заводе Форт-Саскачеван и австралийском Куинана, является низкое извлечение кобальта и металлов платиновой группы. Метод неприемлем для сырья с этими ценными компонентами.

Для переработки медно-никелевых и никель-кобальтовых концентратов и полупродуктов широко привлекают выщелачивание в серно-кислых средах, в том числе с участием газообразного окислителя. Например, финская металлургическая фирма "Оутокумпу" внедрила HIKO-процесс, включающий автоклавное сернокислотное выщелачивание, очистку от примесей, экстракционное отделение никеля и получение его разнообразных солей. Все это обеспечивает высокую скорость и полноту извлечения металлов. А содержащуюся в сырье серу на финском предприятии в городе Харьявалта и на южно-африканских заводах переводят в сульфат аммония. Можно перевести ее и в элементную форму, как в Норильске.

Выщелачиванием в соляно-кислых средах на заводах нескольких иностранных компаний (канадской "Фалконбридж", японской "Сумитомо", французской "Ерамет") перерабатывают файнштейны (расплавы сульфидов никеля, кобальта и меди, содержащие после конвертирования менее 3% сульфидов железа). К достоинствам метода можно отнести высокую интенсивность процесса без привлечения автоклавов, возможность регенерации основных реагентов - газообразного хлора или хлоридов меди и железа и высокую скорость электроэкстракции никеля. А к его недостаткам - высокую агрессивность хлоридных растворов, требующую применения дорогих коррозионно-стойких материалов.

Государственный институт цветных металлов предложил сравнительно новый гидрометаллургический способ переработки пирротинсодержащего сырья. Он заключается в применении диоксида серы в качестве выщелачивающего реагента и может стать удачным решением ряда экологических и технологических задач Норильского ГМ К. Ведь при данном подходе железо пирротина переходит в раствор в виде сульфата, а сера этого минерала и часть диоксида - в элементную форму. Сульфиды цветных металлов и металлы группы платины остаются в твердой фазе. Обработка по такой схеме никелевого концентрата, содержащего в сумме никеля, меди и кобальта около 9%, позволяет после удаления элементарной серы повысить их содержание до 30% и практически полностью сохранить драгоценные компоненты. Причем загрузка пирометаллургических

стр. 28

мощностей и выброс диоксида серы снизятся на 40 - 45%. Метод хорош и тем, что можно в значительной степени использовать существующее оборудование. На сегодня разработчикам осталось провести дополнительные кинетические исследования и опытно-промышленные испытания.

- Известно, что РАН и ОАО "Норильский никель" разрабатывают научно-техническую программу, призванную обеспечить поэтапное снижение выбросов диоксида серы до предельно-допустимого уровня. Расскажите, пожалуйста, об этом сотрудничестве.

- Генеральный директор ОАО "Норильский никель" Михаил Прохоров обратился в РАН с просьбой обсудить эту тему на Президиуме и разработать программу для решения экологических проблем. В компании решили, что заводская наука не в силах заниматься фундаментальными исследованиями*.

На сегодняшний день очень многие российские (не только академические) институты внесли оригинальные предложения по решению различных технологических задач ГМК. Я уже рассказал о технологии использования углерода для восстановления диоксида серы и гидрометаллургическом методе переработки пирротинсодержащего сырья. Еще одно интересное предложение - превращение пирротина в троиллит (FeS) и экстракция из него ценных компонентов в металлическую фазу. При этом расплавленная троиллитовая фаза в очень ограниченных количествах будет растворять никель, медь, драгоценные металлы, позволяя отделить их от серосодержащего компонента. Такой процесс реален в существующих агрегатах, но требует создания новой технологии, которая пока на лабораторной стадии разработки.

Отечественные ученые предлагают также способы выхода из экологического кризиса, позволяющие сохранить существующие технологические схемы. Один из них - захоронение диоксида серы с использованием природного холода. Ведь в чистом виде он превращается в жидкость уже при -10 °С. И для размещения газа можно выбрать известковые породы, где сернистый ангидрид со временем будет связан в другие, неопасные соединения. Этот подход, однако, требует анализа гипотетической ситуации, возникающей при подтаивании вечной мерзлоты в результате прогнозируемого глобального потепления**. Рассматривается нами и возможность размещения серы в пустоты давно выработанных горных пород. Ожидается, что таким образом можно утилизировать 90% этого вещества.

Конечно, я называю только часть предложений наших специалистов. Задача программы, которую разрабатывает РАН совместно с ГМК "Норильский никель", - выявить самые оригинальные идеи. Сейчас в исследованиях участвуют в основном металлурги и химики, и мы хотим привлечь физиков, так как они могут предложить свои подходы к превращению диоксида серы в более безвредную продукцию.

- Но пока программа будет разработана и реализована, пройдет время. Что же сегодня делается для снижения экологической нагрузки на жителей Норильска?

- Пока вопросы утилизации сернистых газов и серы окончательно не решены. Специалисты изучают, например, возможность вывода металлургических газов от печей автогенной плавки по газопроводу за пределы жилого массива.

В планах ОАО "Норильский никель" предусмотрена также широкомасштабная модернизация производства ОАО "Кольский ГМК" с внедрением технологии подготовки рудного концентрата без его обжига и новой технологии автогенной плавки, в результате которой предполагается существенное сокращение выбросов в атмосферу.

Общая сумма инвестиционных затрат на природоохранные мероприятия в период 2005 - 2015 гг. составит, согласно планам ГМК "Норильский никель", более 30 млрд. руб.

Карта-схема повреждения лесов по данным аэровизуального обследования: 1 - зона гибели древостоя, 2 - зона его сильного повреждения.

Иллюстрации предоставлены автором

* См.: Я. В. Ренькас. По пути инноваций и инвестиций. - Наука в России, 2004, N 3 (прим. ред.).

** См.: Ю. А. Израэль. Грозит ли нам климатическая катастрофа? - Наука в России, 2004, N 4 (прим. ред.).

Комментируем публикацию: Норильский горно-металлургический комбинат (ГМК) - проблемы экологии


Публикатор (): БЦБ LIBRARY.BY Источник: http://library.by

Искать похожие?

LIBRARY.BY+ЛибмонстрЯндексGoogle

Скачать мультимедию?

подняться наверх ↑

Новые поступления

Выбор редактора LIBRARY.BY:

Популярные материалы:

подняться наверх ↑

ДАЛЕЕ выбор читателей

Загрузка...
подняться наверх ↑

ОБРАТНО В РУБРИКУ

ЭКОЛОГИЯ НА LIBRARY.BY


Уважаемый читатель! Подписывайтесь на LIBRARY.BY на Ютубе, в VK, в FB, Одноклассниках и Инстаграме чтобы быстро узнавать о лучших публикациях и важнейших событиях дня.