Гидроотвал ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат»: анализ отходов и источников их образования

Федорчук Ю. М., Извеков В. Н., Цыганкова Т. С., Зоря В. Н., Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Россия

Один из наиболее эффективных инструментов экономико-экологического контроля в процессе становления рыночной экономики — экологический аудит (ЭА). В качестве примера объекта ЭА в металлургической промышленности рассмотрим гидроотвал ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» (ЗСМК), где размещаются золошлаковые отходы его структурного подразделения — Западно-Сибирской ТЭЦ (ЗС ТЭЦ).

Шламы ЗС ТЭЦ транспортируют по индивидуальному пульповоду.

В наибольшем количестве в гидроотвал поступают отходы переработки угля: 800 тыс. м³в год (около 90 % от общего объема), или 1 194,545 тыс. т в год (91% от общей массы). Основные их виды:

— отходы углеобогащения ЦОФ-1 ЗСМК (493 тыс. т в год, или 38 % от общего количества) и Кузнецкой ЦОФ-2 (310 тыс. т в год, или около 24 %);

— золошлаковые отходы ЗС ТЭЦ (349 тыс. т в год, или около 27 %);

— пульпа шахт «Большевик» и «Полосухинская» (небольшие количества).

Дамба гидроотвала сформирована, в том числе, породой Кузнецкой ЦОФ-2. За 35 лет существования в гидроотвале накоплено около 30 млн т смеси отходов переработки угля. Ниже приведены характеристики основных их видов.

Отходы углеобогащения ЦОФ-1 ЗСМК представляют собой смесь породы отсадочных машин крупностью менее 40 мм (65—68 %) и хвостов флотации крупностью менее 1 мм (35—32 %). В 1998 г. количество сырья составило 2 800 тыс. т, количество отходов — около 500 тыс. т. Зольность породы 61 %, хвостов флотации 55 %, средняя зольность отходов 59 %. Среднее содержание органических веществ в породе 39 %, в хвостах 45 %.

Порода углеобогащения представляет собой смесь вмещающих и сопутствующих пород с углистыми включениями. Ее минеральная часть представлена оксидами кремния, алюминия и железа (табл. 1).

Химический состав породы различной плотности

Плотность фракции, т/м³	Выход, %	SiО_{2, %}	Аl₂О_{3, %}	Fe₂O₃, %	СаО, %	MgO, %	Органическое вещество, %
<1,5	0,69	—	—	—	—	—	—
1,5—1,8	2,93	17,8	7,8	5,5	2,2	0,5	66,2
1,8—2,2	13,84	30,8	14,1	6,3	2,7	1,0	45,1
2,2—2,4	8,40	45,4	22,5	6,9	3,8	1,5	19,9
2,4—2,6	18,40	53,2	22,7	4,9	1,2	1,3	16,7
2,6—2,8	45,08	52,8	20,9	6,9	2,2	1,5	15,7
>2,8	10,66	14,7	9,2	41,6	2,5	0,8	31,2

Легкие фракции плотностью менее 2,2 т/м³ представлены, главным образом, органической частью (более 45 %) при невысоком содержании оксида кремния. Порода плотностью 2,2—2,8 т/м³ (около 72 %) характеризуется повышенным количеством оксидов кремния и алюминия. Наиболее тяжелая часть породы плотностью свыше 2,8 т/м³, составляющая около 11 %, включает более 40 % оксида железа при достаточно высоком содержании органической части (свыше 30 %). Порода является водонестойким материалом.

Хвосты флотации — не смоченные флотореагентами мелкие частицы породы. Минеральная часть представлена глинисто-гидрослюдистым (50 %) и кварцево-полевошпатным комплексами (30 %), а также карбонатами кальция и магния — кальцит, доломит (20 %). Размер 82—94 % зерен хвостов флотации менее 70 мкм. Зольность снижается от мелких классов к крупным.

При хранении отходы углеобогащения с содержанием углерода более 4 % способны самовозгораться, поэтому представляют опасность для окружающей среды.

Жидкая фаза пульпы обогатительных фабрик сильно минерализована и может включать значительное количество фенолов, углеводородов и других опасных примесей. Через дно и стенки внешних отстойников и хвостохранилищ загрязняющие вещества попадают в подземные воды. В зимнее время хвосты флотации влажностью 7—10 % не смерзаются, при большей влажности — смерзаются. Некоторые характеристики хвостов флотации приведены в табл. 2.

Насыпная плотность и пористость хвостов флотации

Влажность, %	Насыпная плотность, кг/м³, и пористость* в пересчете на сухое вещество		Насыпная плотность, кг/м³,с учетом влаги
	Хвосты флотации
	свеженасыпанные	уплотненные	свеженасыпанные	уплотненные
0—2	830 (0,64)	1 050 (0,5)	830	1 050
5	760 (0,68)	940 (0,6)	800	990
12	550 (0,76)	850 (0,63)	620	960
23	550 (0,76)	1 210 (0,48)	680	1 480
35	830 (0,64)	1 560 (0,33)	830	2 110

Золошлаковые отходы ЗС ТЭЦ представляют собой смесь шлака и золы уноса, улавливаемой системами мокрой и сухой газоочистки. Соотношение между количественным выходом шлака и золы зависит от технологии и температурного режима сжигания угля. В последние годы доля шлака в смеси колеблется от 5 до 17 % (в среднем равна 12 %). Таким образом, в гидроотвал поступает около 40 тыс. т шлака и 300 тыс. т золы в год. Состав золы и шлака представлен в табл. 3.

SiО₂	Аl₂O₃	СаО	Fe₂O₃	FeO	MgO	Na₂O + К₂O	TiO₂	Mn₃O₄	P₂O₅	SO₃	ППП
Зола
55,0	25,5	6,0	5,6	0	1,9	2,2	0	0	0	0,6	3,2
Шлак
55,4	25,1	6,3	8,6	0	1,7	2,7	0	0,15	0	0,05	0

Зола и шлак, так же как и отходы углеобогащения, являются низкокальциевыми, кислыми. Содержание органической части в золе может колебаться от 1 до 4 %. В шлаке органическая часть отсутствует.

Зола ЗС ТЭЦ крупностью от 20 до 85 мкм относится к средней, монодисперсной. Шлак поступает в виде гранул размером 30—40 мм. Удельная поверхность золы 4 359 см²/кг. Насыпная плотность золы 713—745 кг/м³, шлака 1 165 кг/м³. Истинная плотность золы 2 200—2 300 кг/м³, шлака 1 990—2 190 кг/м³. Плотность золошлаковой смеси (при 5 % шлака) 2 100 кг/м³, удельная поверхность 2 896 см²/кг. Максимальная влагоемкость золы 41,4 % (по другим данным 51,5 %).

Для проведения ЭА необходимо решить следующие задачи:

1) проанализировать методологию оценки воздействия хозяйственной деятельности ЗСМК на окружающую среду;

2) сопоставить цели оценки воздействия на окружающую среду и подходы к ней;

3) на основе проведенного анализа разработать модель обобщенной содержательной процедуры ЭА;

4) проанализировать методики поддержки экспертных решений, процедуры оценки воздействия на окружающую среду на предмет соответствия целям и задачам ЭА, разработать подходы к выбору и адаптации методик ЭА.

Предприятия металлургической отрасли заинтересованы в проведении ЭА для получения рекомендаций:

— по снижению ответственности и потенциальных экологических штрафов;

— обеспечению соответствия деятельности законодательству;

— уменьшению затрат на обращение с отходами, водоснабжение, энергопотребление.

Многие предприятия отрасли стремятся стать признанными центрами экологически чистых производств. Для улучшения имиджа им необходимо проведение ЭА, который является эффективным инструментом в создании и сертификации систем экологического менеджмента по международному стандарту ISO 14001:2004.

Кроме того, ЭА позволит оценить возможности экономии средств на всех стадиях обращения с различными видами отходов, образующихся в производственных процессах.

Fedorchuk Yu. M., Izvekov V. N., Tsygankova T. S., Zorya V. N., National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia

Based on the analysis of waste streams, the authors have formulated the objectives of the environmental audit process for the sludge pond.

Федорчук Юрий Митрофанович, д-р техн. наук, проф., кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, просп. Ленина, 30, Томск, 634050, Россия. Тел./факс (3822) 56-36-50. E-mail
Извеков Владимир Николаевич, канд. техн. наук, доц., кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, просп. Ленина, 30, Томск, 634050, Россия. Тел./факс (3822) 56-36-50. E-mail
Цыганкова Татьяна Сергеевна, канд. техн. наук, доц., кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, просп. Ленина, 30, Томск, 634050, Россия. Тел./факс (3822) 56-36-50
Зоря Вячеслав Николаевич, аспирант, кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, просп. Ленина, 30, Томск, 634050, Россия. Тел./факс (3822) 56-36-50