Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Техническое перевооружение металлургического производства никеля охватило все основные переделы, начиная с подготовки шихты, плавки и конвертирования, заканчивая получением товарного никеля. Наиболее радикальное изменение претерпела плавка – на смену устаревших способов переработки руд в шахтных и рудотермических печах пришли автогенные процессы, характеризующиеся высокой степенью автоматизации производства и утилизации отходящих газов. Никелевые заводы служат источником загрязнения атмосферного воздуха никелем, соединениями свинца, кобальта, марганца, мышьяка, диоксида и триоксида серы и др. [3, 6]. В связи с этим представляло интерес оценить выбросы вредных веществ в атмосферный воздух от металлургических корпусов никелевых заводов.

Цель исследования – дать гигиеническую оценку выбросов вредных веществ в зависимости от используемых технологических процессов в металлургическом производстве никеля.

Материалы и методы исследования

Для реализации указанной цели нами проводилось изучение содержания пыли и вредных веществ в плавильных цехах предприятий металлургии никеля: ОАО «Уфалейникель», где осуществляется плавка никеля в шахтных печах, комбинат «Печенганикель», использующий рудотермические печи, и «Надеждинский медеплавильный завод» (НМЗ), где для получения никеля используются автогенные процессы (плавка во взвешенном состоянии).

Воздухообмен плавильных корпусов определялся по вытяжке и контролировался по притоку. Шахты и фонари в зависимости от размеров разбивались на равные части, в центре каждой из которых устанавливались замерные точки. Рабочая зона производственных корпусов делилась также на участки, соответствующие замерным сечениям на кровле. На протяжении 3–4 дней в течение рабочей смены в замерных точках аэрационных проемов, в рабочей зоне, в приточном воздухе замерялись концентрации пыли, никеля, мышьяка, диоксида серы и бенз(а)пирена. В период исследований осуществлялся контроль за работой санитарно-технического оборудования, проводились хронометражные наблюдения за ходом технологического процесса.

Определение пыли в воздухе проводилось в соответствии с методическими указаниями [4]. Содержание в воздухе рабочей зоны никеля, мышьяка, диоксида серы и бенз(а)пирена было проведено по общепринятым в гигиенических исследованиях стандартным методикам [5]. Гигиеническая оценка концентраций пыли и вредных веществ в воздухе проводилась в сравнении их с ПДК на основании гигиенических нормативов 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны».

Результаты исследования и их обсуждение

Основными источниками выбросов вредных веществ в атмосферу от производственных корпусов в металлургии никеля являются обжиговые и плавильные печи, конвертера. Обжиговые газы, содержащие в своем составе 7–18 % диоксида серы и пыль, после технологической очистки от пыли в пылевых камерах, циклонах и электрофильтрах подвергаются утилизации с получением серной кислоты или элементарной серы. Высота труб, предназначенных для отведения металлургических газов, колеблется от 70–100 м на уральских заводах до 200–250 м на предприятиях Крайнего Севера.

Газы, образующиеся при плавке никелевых руд в шахтных и рудотермических печах, из-за незначительного содержания диоксида серы (0,6–1,8 %) технически непригодны для утилизации, вследствие чего полностью удаляются в атмосферу.

При конвертировании содержание диоксида серы в отходящих газах возрастает до 3–4 %, обеспечивая тем самым утилизацию их в производстве элементарной серы или серной кислоты. Следует отметить, что на большинстве предприятий вследствие малой эффективности пылеочистных сооружений более 50 % конвертерных газов не утилизируется, а удаляется в атмосферу [1].

Таким образом, несовершенство технологического оборудования, малый удельный объем серы в отходящих газах и незначительная эффективность очистных сооружений, – все это обусловливает низкий процент утилизации серосодержащих металлургических газов, а также весьма существенный объем валовых выбросов диоксида серы и пыли (табл. 1).

Таблица 1

Валовые выбросы вредных веществ, кг/ч

Ни на одном из металлургических предприятий, за исключением НМЗ, степень утилизации вредных веществ не превышала 35–40 %.

Наглядно характеризуют предприятия как источники загрязнения окружающей среды удельные выбросы диоксида серы и пыли. Наиболее низки они на ОАО «Уфалейникель» и НМЗ. Что касается ОАО «Уфалейникель», то относительно низкие выбросы сернистого ангидрида на тонну используемого сырья объясняются технологией производства: сера вводится с пиритом только как технологическая добавка. При этом, если при окисленной плавке (ОАО «Уфалейникель») содержание соединений серы в тонне шихты не превышает 120–130 кг, то при сульфидной плавке достигает 230–250 кг. На НМЗ с внедрением автогенных процессов плавки значительно увеличилась степень утилизации диоксида серы, содержание которого в отходящих газах достигает 25–30 %. И лишь малая мощность производства элементарной серы и серной кислоты не позволяет радикально изменить экологическую обстановку, максимально сократить организованные выбросы серосодержащих газов в атмосферу.

Значительный процент валовых выбросов составляют неорганизованные поступления вредных веществ в атмосферу. В табл. 2 приведены результаты исследований неорганизованных выбросов диоксида серы, пыли, неорганических соединений мышьяка и никеля, бенз(а)пирена от металлургических корпусов, оборудованных, с одной стороны рудотермическими печами (комбинат «Печенганикель»), с другой – агрегатами автогенной плавки сульфидных медно-никелевых руд во взвешенном состоянии (НМЗ). Гигиеническое преимущество последних не вызывает сомнений. Так, например, удельные выбросы (на тонну шихты) пыли через аэрационные и технологические проемы в металлургическом корпусе НМЗ более чем в 3 раза меньше таковых на комбинате «Печенганикель», никеля – в 12 раз, сернистого ангидрида – в 44 раза. Снизить выбросы предприятиям удалось, в первую очередь, за счёт герметизации оборудования, повышения эффективности газоотсоса и вентиляционных систем, а также организационных форм работы, в частности, введения экономического стимулирования рабочих, обслуживающих пылегазоочистное оборудование [2].

Таблица 2

Неорганизованные выбросы вредных веществ в атмосферу

К сожалению, при решении проблемы выбросов вредных веществ в атмосферу при строительстве, реконструкции и техническом перевооружении предприятий зачастую первоочередной задачей ставится экономический эффект внедренных мероприятий (снижение потерь металла, серы и т.д.) и забываются или игнорируются гигиенические критерии. Так, ликвидация самоспекающихся электродов при автогенных процессах плавки на НМЗ позволила сократить, но не исключить выбросы смолистых веществ, в том числе бенз(а)пирена, источниками которых остаются электропечи, используемые для обеднения шлаков печей взвешенной плавки и конвертеров.

Неорганизованные выбросы вредных веществ в значительной степени определяют состояние воздушной среды производственных территорий и особенно приточного воздуха, поскольку большая часть его не подвергается очистке. Как видно из табл. 3, наиболее высокие концентрации пыли наблюдались в приточном воздухе НМЗ, характеризуемом неорганизованными максимальными выбросами промышленных аэрозолей. Тем же, по-видимому, можно объяснить загрязнение приточного воздуха диоксидом серы.

Таблица 3

Концентрация вредных веществ в воздухе на территориях металлургических корпусов, мг/м3

На все предприятия воздух поступает загрязненный неорганическими соединениями никеля в концентрациях на уровне ПДК (для воздуха рабочей зоны) или значительно выше ее.

Наиболее высоким содержанием бенз(а) – пирена в приточном воздухе, как и следовало ожидать, характеризуются металлургические предприятия, использующие для переработки рудного сырья электропечи, оборудованные самоспекающимися электродами (комбинат «Печенганикель»). Согласно проведенным исследованиям, концентрации бенз(а)пирена в приточном воздухе при неблагоприятных климатических условиях и значительных неорганизованных выбросах вредных веществ превышали ПДК для воздуха рабочей зоны (табл. 3).

Концентрации никеля и его соединений в воздухе на территориях никелевых заводов колеблются от 0,001 до 0,06 мг/м3, содержание мышьяка и его неорганических соединений не превышает 0,002 мг/м3. По данным химического и рентгеноструктурного анализа никель и мышьяк находятся преимущественно в виде малорастворимых сульфидных и оксидных соединений.

Содержание бенз(а)пирена в воздухе территорий никелевых заводов, использующих рудотермическую плавку, находится в пределах 1/2 ПДК для воздуха рабочей зоны, на остальных предприятиях на уровне тысячных долей мкг/м3.

Заключение

Таким образом, никелевые предприятия являются значительными источниками загрязнения окружающей среды и заводских территорий диоксидом серы, пылью, её канцерогенными компонентами (никель и мышьяк). Условия, характер и количество выбросов вредных веществ зависят от уровня технической вооружённости промпредприятий, состояния газоочистных устройств и вентиляции цехов, степени утилизации вредных веществ.

Рецензенты:

Плотко Э.Г., д.м.н., профессор, заместитель директора, ФБУН «Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека Роспотребнадзора, г. Екатеринбург;

Ползик Е.В., д.м.н., профессор, заместитель директора по научной работе, Уральский научно-практический центр медико-социальных и экономических проблем здравоохранения, г. Екатеринбург.

Работа поступила в редакцию 17.10.2014.