Типы и сферы воздействия цветной металлургии на природную среду

Цветная металлургия России производит ежегодно до 5 млн т спла­вов цветных и редких металлов. Несмотря на резкий спад валового про­изводства в 1991—1994 гг., объемы валового выброса в атмосферу в 1995 г. составили 3 млн 588 тыс. т, в том числе сернистого ангидрида — 2 млн т, токсичных отходов — 15 млн 400 тыс. т (вещества 1-го класса опаснос­ти — 6 млн 500 тыс. т). Из применяемых в отрасли технологий только| 10% соответствуют мировому уровню. Устаревшее и требующее мо­дернизации оборудование, низкий технический уровень производства, «грязные» технологии, отсутствие средств на совершенствование сис­тем улавливания и утилизации отходов — все это делает невозможным нормализацию экологической обстановки и способствует фор­мированию в металлургических центрах катастрофической экологи­ческой ситуации. Сферы воздействия на природную среду крупных центров цветной металлургии достигают огромных площадей.

Цветной металлургии как отрасли промышленности присущи высокая отходность производства и особенно высокая токсичность вы­бросов в атмосферу и сбросов в воду, которые представляют большую экологическую опасность для человека и для ландшафта в целом. Воз действие цветной металлургии на ландшафты осуществляется сложными сочетаниями технологических переделов — горно-металлургическими комбинатами, включающими в себя добычу, обогащение руд и им плавку цветных металлов производствами неполного цикла.

Заводы и комбинаты по выплавке цветных металлов поставляют в атмосферу и воду многие металлы и газы (рис. 17). Например, помимо тяжелых, редких и легких металлов заводы медной, никелевой и дру-гих подотраслей цветной металлургии выбрасывают в атмосферу сер­нистый газ; алюминиевые производства — фтористый водород; редкометаллические и магниевые — хлор и хлористый водород.

При добыче и обогащении руд цветных металлов из земной коры извлекаются на поверхность доступные для миграции многие редкие химические соединения. Так, при производстве никеля используется лишь около половины компонентов медно-никелевых руд, при переработке медно-колчеданных руд поступает на земную поверхность и рассеивается в ландшафтах более 15% меди, около 50% цинка, 45% серы, 15% благородных металлов и т.д.

Экологическая опасность воздействия производств цветных метал­лов на ландшафт усиливается, если руды цветных металлов перерабатываются в месте их добычи, так как в этом случае происходит поступление техногенных выбросов в ландшафты, сформировавшиеся в I креолах рассеивания рудных месторождений, в которых воды, почвы I и растения, и без того обогащенные тяжелыми и редкими металлами, быстро достигают критических пределов для нормальной жизнедеятельности человека и биоты ландшафта.

Высокая комплексность производства, сочетание производств цвет­ных металлов с химическими и нефтехимическими формируют крайне неблагоприятную экологическую обстановку и представляют угрозу для человека и ландшафта, поэтому при экологической оценке технологий и цветной металлургии прежде всего должна быть указана допустимая экологичность способа производства и технологического цикла, кото­рый необходимо укрощать, если воздействие при эксплуатации каждого передела технологии уже превышает экологический потенциал оп­ределенного региона или ландшафта. При отсутствии технологических методов очистки можно добиться снижения экологической опасности территориальным разобщением технологических звеньев производств.

Содержание экологических оценок в значительной степени зависит от природных особенностей территории и типа технологий. Учет особен­ностей технологии должен вестись с позиций требований, предъявляемых производствами к природной среде, и с учетом требований природной среды и человека к технологиям. Степень экологичности связей между техникой и природой оценивается материальным потоком техногенных веществ и их миграцией и перераспределением в природной среде.

Экологичность технологий оценивается с позиций определенного природного региона в границах геотехнических систем или в рамках сфер воздействия и тяготения к промышленным узлам. Потенциаль­ной экологической опасностью обладают мощные и сверхмощные горно-металлургические комбинаты с высокой комплексностью производства, не имеющие, как правило, технологических аналогов. Сле­дует обратить также внимание на размещение металлургических про изводств с уникальными технологиями.

Степень экологической опасности при контроле за размерами из­влеченных из природы веществ для технологических целей (минераль­ных, органических, воды, воздуха и т.д.) может быть оценена превы­шением абсолютных показателей ресурсопотребления над нормативными. Для экологического контроля за расходованием ресурсом необходимо установление экологически безопасных пропорций для различных видов ресурсов на ландшафтной, зональной и региональ­ной основах. Особенно строго должен контролироваться материаль­ный поток техногенного вещества в природу на основе зональных норм выброса различных производств и их сочетаний, причем «работать» эти нормы должны на фоне уже существующего загрязнения региона.

Таким образом, анализ технических и технологических параметров должен исходить из нормативных и реальных потребностей производства. Соблюдение существующих нормативов и ограничений (ПДК в воде, воздухе, почве, предельно допустимые выбросы и др.) позволяет значительно снизить отрицательный эффект техногенного воз действия путем принятия альтернативных технологических решений. При экологической оценке технологий крупного производства цветных металлов в рамках проектируемых или уже действующих до­бывающих, обогатительных и выплавляющих природно-техногенных систем балансовым методом оцениваются экологические связи распространения и перераспределения потоков техногенных веществ, что позволяет оконтурить сферу воздействия производств цветных метал­лов на природу. Характеристика «выхода» технологической цепи не­обходима для количественной и качественной оценок потока в при­роду. Важно рассмотреть все внешние каналы связи металлургическо­го комбината с природной средой (см. рис. 14, 17).

Процессы механической, термической и химической обработки сы­рья в цветной металлургии сопровождаются выбросами газов, а также пыли тяжелых металлов. На всех этапах технологической цепи необхо­дим экологический контроль за объемом и формой выбросов. В качестве примера можно привести структуру воздействия технологии производств цветных металлов на природную среду (см. рис. 17). Причем в окружаю­щую среду поступают не только элементы основного производства, но и многие сопутствующие. Оценка опасности поступления техногенных веществ выявляется при сопоставлении абсолютных значений выбросов с санитарно-гигиеническими и другими нормативами, в том числе с предельно допустимыми выбросами для определенного зонального типа ландшафтов. Должны также прорабатываться различные варианты улав­ливания, складирования и использования отходов производства в каче­стве будущего сырья основного и вспомогательных производств. Необ­ходимо вести поиски технологических решений извлечения металлов и редких земель из отвалов многокомпонентного состава. Целесообразна инвентаризация отвалов, определение возможности их дальнейшего использования и экологической опасности складирования, особенно в непосредственной близости от жилья.

Установление геохимического ареала рассеивания техногенных веществ — это выявление сферы воздействия действующих технологий и оценка потенциальной возможности миграции и аккумуляции тех­ногенных выбросов в ландшафте. Интенсивность воздействия оцени­вается уровнем поступления выбросов в сферу влияния производства (т/км²) и соотнесения этих показателей с фоновыми значениями для зонального типа ландшафта. Важны также характеристика условий миг­рации техногенных веществ, выявление их подвижности, наличие гео­химического барьера, возможности смены геохимической обстановки м результате поступления кислых или щелочных выбросов и т.д.

Устанавливается уровень накопления ингредиентов выбросов эле­ментами и компонентами ландшафта, определяется превышения их содержаний в воздухе, воде, снеге, почве, растениях над фоновыми значениями (региональный фон и т.д.). Экологический контроль за этими показателями заключается в сравнении их с критическими значениями для человека, животных, растений и для зонального типа ландшафта и целом, при резком (в десятки раз) превышении необходимо планиро­вать дополнительную очистку выбросов и специальные мероприятия.

Контролируется содержание ингредиентов сбросов не только в сточных водах, но и в фильтрационных из хвостохранилищ и в так называемых «условно чистых водах» дождевых и промливневых с территорий. Основные значения ингредиентов сбросов не должны превышать гидрохимический фон для ландшафтов, сформированных на рудных месторождениях, а в некоторых случаях предельно допустимых значе­ний для питьевых и рыбохозяйственных водоемов. Каждый элемент сброса в воду должен оцениваться абсолютным значением, кратностью разбавления и превышением над фоновыми содержаниями и ПДК Здесь же должна даваться общая оценка экологической опасности за­грязнения водоемов для гидробионтов в сфере воздействия.

Экологический контроль за общим выбросом комплекса цветной металлургии должен осуществляться на основе предельных норм зо­нального типа ландшафта, которые устанавливаются по критическо­му поступлению в ландшафт тяжелых металлов и газов. Использова­ние методов ландшафтной и биологической индикации способствует фиксированию нарушений в биотических и абиотических элементах ландшафта, выявлению их техногенных трансформаций и модифика­ций при том или ином поступлении тяжелых металлов.

Критическимсчитается такое поступление, которое не вызывает накопление техногенных веществах в концентрациях, токсичных для растений, животных, человека, и не вызывает струк­турных техногенных трансформаций ландшафта.

По отношению к критическому и должно оцениваться общее поступление выбросов в природу. Пространственно-временные ряды техногенных модификаций ландшафтов и длительность их существования устанавливают на основе изученных промышленных объектов-аналогов. Накопление токсичных техногенных веществ в техногенно моди­фицированных и трансформированных элементах и компонентах ландшафта приводит к ломке и перестройке структуры ландшафта и о деградации на больших пространствах. Таким образом, производство цветных металлов представляет большую экологическую опас­ность для ландшафта и человека.

При изучении техногенных модификаций ландшафтов в сферах воздействия производств цветных металлов в северной и южной тайге, полупустынной и пустынных зонах и горных субтропиках Армении удалось установить функционально-динамические ряды нарушений ландшаф­тов, которые могут быть использованы при прогнозировании воздействия идентичного производства в заданных природных условиях.

Общая схема нарушения ландшафтов под влиянием техногенных выбросов экологически опасных производств цветных металлов следующая: ограничение видового разнообразия в элементах ландшафта -> выпадение элемента —> ломка структуры компо­нента ландшафта по пути его упрощения -> выпадение компо­нента ландшафта —> ломка вертикальной и горизонтальной структур ландшафта, упрощение его морфоструктуры за счет вы­падения и образования техногенно трансформированных морфо­логических частей —> нарушение массоэнергообмена в ближай­шем окружении ландшафта (нарушение водного режима, усиле­ние массопереноса — эрозия) —> уменьшение запаса жизни —> снижение либо полная потеря биогеогоризонтов и т.д., переход на менее устойчивый уровень (в зональном и азональном планах). Нарушения структуры ландшафта происходят под влиянием ме­ханических, термических и химических воздействий. Об устойчивости морфологической структуры ландшафтов можно судить по возможности существования их переменных состояний, числен­ности ряда техногенных модификаций, длительности существования тех или иных модификаций, глубине ломок структуры ландшафта. При воздействии производств цветных металлов трансформации ландшафтов настолько сильны, что их дальнейшее развитие идет по азональному типу со смещением в сторону более просто организованной биоты.