ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ
А.Ю. ОЗЕРСКИИ (ЗАО "Центр экологических обоснований и мониторинга" (МОНИТЭК), г. Красноярск)
Производство первичного алюминия входит в список "голубых фишек" отечественного бизнеса, которые считаются источниками современного экономического благосостояния России. Цветная металлургия, как и любое другое промышленное производство, с неизбежностью оказывает существенное воздействие на окружающую среду. Это воздействие обусловливается выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, сбросами стоков в природные объекты, образованием отходов, а также высоким потреблением энергии, вызывающим расширяющееся развитие техногенных процессов.
При этом, на крайне неблагоприятном экологическом фоне переработки сульфидных руд цветных металлов, производству алюминия не уделяется существенного внимания, более того, на интернет-сайтах отечественных алюминиевых компаний оно декларируется, как "одно из самых безопасных"1. Тем не менее, для производства первичного алюминия, как и для всех металлургических
1 http://indexmundi.com/
производств, характерно воздействие на все компоненты окружающей среды и в том числе на подземные воды.
Сырьем для производства первичного алюминия является глинозем (три-оксид алюминия А1203). При гидролизной выплавке алюминия на получение каждой тонны металла расходуются около 2 т глинозема, 0.5 т углеродных анодов, 0.03 т фторида алюминия А^3, а также 0.0015 т криолита (№3А^6). В итоге плавки кроме алюминия образуется от 0.3 до 0.8 т отходов сложного химического и минерального состава (табл. 1).
Отходы плавки алюминия гидравлическим способом сбрасываются в шламовые поля, представляющие специальные гидротехнические сооружения, созданные из грунтовых материалов путем обвалования дамбами. В силу несовершенной гидравлической изоляции из шламовых полей происходят фильтрационные утечки в природные подземные водные объекты с расходами от сотен до первых тысяч м3/сут, что сопровождается изменениями гидро-геодинами-
Таблица 1
Химический состав твердых отходов в шламовых полях производства первичного алюминия, %
Компонент отходов F А1 N8 SiCo2 FeОз С SOз Смолы
Пыль электро-
фильтров 15-27 10-33 5-11 0.2-0.5 1-4 12-45 1-6 4-10
Шлам газоочистки 13-17 12-28 10-17 0.2-0.5 1-2 13-15 3-7 2-9
Пена угольная 28-32 11-14 14-16 0.5-1 0.5-1 25-30 0.1-1 -
Хвосты флотации 6-11 2-4 3-5 0.1-0.5 1-2 75-85 0.5-2.5
© А.Ю. Озерский
33
Епегд1е_10_уег.1пЬЬ 33
9/16/09 12:36:44 РМ
ческих и гидрогеохимических условий. Изменения гидрогеодинамических условий (повышений уровней и напоров подземных вод) имеют локальный характер и простираются не далее первых сотен метров от дамб этих сооружений. Более серьезные последствия вызываются гидрогеохимическими изменениями, выражающимися в глубоком химическом метаморфизме состава подземных вод и в их химическом загрязнении.
Загрязнение водной среды формируется в результате взаимодействия шлама с технической водой системы шла-моудаления. Оборотное использование технической воды усиливает минерализующее действие шлама на водную среду. Ведущее влияние на формирование макрохимического состава водной среды оказывают содержащиеся в шламе десятиводный сульфат натрия и криолит. Растворимость десятиводного сульфата натрия N8^04 х 10Н20 очень велика - 1500 г/дм3, поэтому сульфаты являются одним из типичных компонентов, загрязняющих водную среду в районах алюминиевого производства. Растворимость криолита (0.42 г/дм3) считается слабой, однако, при растворении криолита в воде до насыщения последней в ней возникают опасные концентрации фтора (около 180 ПДК).
Так, например, в шламовых полях Красноярского алюминиевого завода (ОАО "Русал Красноярск") шламовые воды представляют собой высококонцентрированный технический раствор, химический состав которого не имеет природных аналогов и характеризуется следующей формулой среднего солево-
го состава2
Мя
НС02+С02+44Я2980424
Ма95К4.8
-рН 8.9.
Кроме сульфатов и фторидов в воде шламовых карт присутствуют другие компоненты в экстремально высоких
2 Озерский А.Ю. Экологический мониторинг состояния подземных вод на участке размещения твердых отходов производства алюминия ОАО "Русал Красноярск". /А.Ю. Озерский, Г.Ф. Бот-вич //Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2008. № 10. С. 9-16. TISSN 2072-2710.
Таблица 2
Средний химический состав водной среды отстойников шламовых полей Красноярского алюминиевого завода и фоновый состав подземных вод
зоны гипергинеза, мг/дм3 (фон подземных вод взят из книги С.Л. Шварцева "Гидрогеохимия зоны гипергенеза". Наука. 1998)
Компоненты Шламовые поля Фон подземных вод
НС03- 29360 187
С0|- 4520 -
С1- 1240 59.7
F - 7980 0.48
Б0|- 16600 70.7
N03" Не обна- 2.40
ружен
1Ч02- 0.1 0.19
N8+ 37600 67.6
К+ 2350 5.15
NH4+ 22 0.59
Са2+ 9.7 39.2
Мд2+ 5.4 18.2
А13+ 8.5 0.226
Feобщ 9.4 0.48
Б102 1 17.9
ХПКМп 198 8.8**
Ад 0.7 0.00026
в 47 0.0779
Ва 16.7 0.0183
Сг 0.6 0.003
Си 0.4 0.0056
и 8.9 0.014
Мо 6.7 0.0018
N1 5.2 0.0036
Р 60 0.058
РЬ 2.6 0.003
Т1 22.3 0.017
V 59 0.0013
Zп 0 0.041
Минерали- 86523 469
зация
' ХПКм
■ перманганатная окисляемость;
Рассчитана из С„
34
Епегд1е_10_уег.тсИ 34 ЩЪ 9/16/09 12:36:44 РМ
концентрациях (табл. 2), поэтому при проникновении шламовых вод в водные объекты возникает комплексное поликомпонентное химическое загрязнение, распространяющееся на значительные расстояния от мест размещения отходов.
Главным источником возникновения химического загрязнения водной среды микрокомпонентами без сомнения является глинозем, в котором сохраняется некоторое количество элементов после обогащения алюминиевой руды (бокситов). Меньший вклад в загрязнение воды вносится анодами, хотя и в них содержатся нормируемые элементы. Фторид алюминия и криолит влияют главным образом на макрокомпонентый состав водной среды.
Действующим стандартом3 в глиноземе нормируются содержания оксидов крем-
3 ГОСТ 30558-98. Гпинозем металлургический. Технические условия / Межгосударственный стандарт. Введен в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 2000 г. - Минск. ИПК Издательство стандартов. 2002 г. - 8 с.
Крупнейшие производители первичного алюминия и глинозема в 2006 г. Цифры - годовое производство, млн т.
ния, железа, цинка, фосфора, натрия и суммы металлов (TiO2+V2O5+Cr2O3+MnO). Указанный стандарт накладывает ограничения на содержания элементов-примесей в глиноземе исходя из их влияния на качество металла. Однако для всех названных элементов установлены санитарно-гигиенические нормативы по их содержанию в воде, а для металлов (кроме Fe, Т и Ыа) - по содержанию в почве. Аномально высокие концентрации микроэлементов, наблюдаемые в водной среде шламохранилищ (табл. 2) убедительно свидетельствуют о выраженной экологической опасности микроэлементов, содержащихся в глиноземе.
Россия занимает второе место в мире по производству первичного алюминия, уступая только Китаю (рис.). При этом подавляющая часть произведенного алюминия экспортируется за рубеж. Высокий уровень производства "крылатого металла" в нашей стране не обеспечен собственными минерально-сырьевыми ресурсами и около 60% глинозема, необходимого алюминиевой промышленности ввозится из-за рубежа - Австралии, Украины, Казахстана (рис.). Вместе с импортируемым глиноземом на нашу территорию поступают токсичные элементы, которые после выплавки алюминия остаются в России и загрязняют ее природу.
35
Energie_10_ver.indd 35 Ж- 9/16/09 12:36:44 PM
Компании обычно не публикуют сведений об элементах-примесях, содержащихся в глиноземе,но из отрывочных данных можно сделать вывод, что в глиноземе содержатся металлы: Sc, Sb, Со (до 1 мг/кг), Mn, Ga (10-100 мг/кг), Fe, Zn (100-1000 мг/кг) и другие.
При годовом импорте глинозема около 4 млн т и при допущении, что в глиноземе концентрации химических элементов достигают нормативов ГОСТ4, расчетное количество токсичных элементов, ввозимых ежегодно вместе с глиноземом в Россию, составляет ориентировочно 15-20 тыс. т.
В соответствии с фактической мощностью российских алюминиевых заводов примерно 3/4 массы импортируемых токсичных элементов по-видимому поступает в Сибирский регион (на Братский, Иркутский, Красноярский, Новокузнецкий, Саянский и Хакасский алюминиевые заводы) и преимущественно здесь, в Сибири, эти элементы формируют химическое загрязнение подземных вод. Пока это загрязнение носит очаговый характер и проявляется на периферии шламовых полей названных предприятий, воздействуя на аллювиальные горизонты в долинах Енисея, Ангары и Томи и затрагивая тем самым среду обитания людей. В будущем, в связи с производящимся строительством в Сибири Богучан-ского и Тайшетского алюминиевых заводов, следует ожидать пространственного распространения химиче-8 ского загрязнения. При этом хими-? ческие элементы из латеритных кор 1 выветривания Тургая, Австралии, За-§ падной Африки и даже далекого Ка-« рибского бассейна станут типичными 1 загрязняющими компонентами для Ц верхней гидрохимической зоны Анга-g ро-Ленского артезианского бассейна § и других гидрогеологических струк-§ тур Сибири.
о
ГС -
s
® 4 Vucina J. Determination of some trace elements rç in the industrial process of aluminium production / J. Vucina, V. Scepanovic, R. Draskovic //Journal of Radioanalytical Chemistry. Vol. 44. 1978. Pp. 371-378.
36
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЯМАЛА
М.Ю. ГОЛУБЧИКОВ (Институт геоэкологии РАН) М.Ю. ЧЕРБУНИНА (МГУ им. М.В. Ломоносова)
Территории распространения мно-голетнемерзлых пород (ММП) являются наиболее перспективным ресурсным регионом страны, без освоения природных богатств которого невозможно представить устойчивое развитие России и мира в целом в XXI веке. Богатый опыт строительства городов, транспортных систем, гидроэнергетических объектов и т.п., а также эксплуатации добывающих производств и промышленных предприятий показал, что зачастую происходят негативные изменения геокриологических условий (в более широком плане - и экологической обстановки) под влиянием техногенеза, что, в свою очередь, резко снижает надежность во
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.