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 атмосферуи сбросов в воду, которые представляют большую экологическую опасность для человека и для ландшафта в целом. Воздействие цветной металлургии на ландшафты осуществляется сложными сочетаниями технологических переделов – горно-металлургическими комбинатами, включающими в себя добычу, обогащение руд и выплавку 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 других 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 ореолах рассеивания рудных месторождений, в которых воды, почвы 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 в 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 производств 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 ресурсов 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 воздействия 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 в 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 в 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.

Критическим считается 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 его 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.