Металлургия. 
Основы природопользования

Высокоотходны и металлургические отрасли. В длинной технологической цепочке доменного, электроплавильного, сталелитейного, трубопрокатного и других производств заложены значительные масштабы загрязнения. Ежегодно только металлургия СНГ накапливает свыше 52 млн т доменных, 24 млн т сталеплавильных и 2,4 млн т ферросплавных шлаков. Так, в черной металлургии на 1 т металла приходится 0,2−1 т шлака, в цветной — уже 10−100 т. Шлаки металлургических производств обычно содержат значительное количество ценных компонентов, которые зачастую не утилизируются, но всегда представляют собой мощный источник загрязнения биосферы.

Для черной металлургии характерны крупные комбинаты полного цикла. Мощнейшие из них расположены в Фукуяме, Мидзусиме, Касиме (Япония); Балтиморе, Трентоне, Буффало, Кливленде (США); Магнитогорске, Липецке, Нижнем Тагиле (Россия); Дортмунде, Дуйсбурге (Германия); Кривом Роге (Украина). Основными загрязняющими веществами, поступающими в атмосферу от мартеновских печей, являются те же газообразные продукты сжигания топлива, что и на предприятиях теплоэнергетики. Значительны выбросы пыли, основная составляющая которых — оксиды железа. Наибольшее пылевыделение — при погрузочно-разгрузочных работах, приготовлении шихты; пыли и газов — при обжиге известняка и производстве стального проката.

В процессе производства стали расходуется большое количество охлаждающей воды. На сталелитейных заводах, применяющих мартеновские печи, потребность составляет 12−18 м³ на 1 т стали, причем оборотная система водоснабжения — не более 2 % воды от количества стали. Для охлаждения вальцов прокатных станов и их опор используется вода, расход которой составляет от нескольких сотен до 1000 м³ и более в час; эта вода содержит вальцовочный шлак, окалину, мельчайшие частицы пыли, в зависимости от рода смазки вальцов и их опор — различные масла.

К твердым отходам сталеплавильного производства следует отнести мартеновские шлаки (кислые и щелочные). Это кусковой материал размером порядка 500 мм, плотностью 3,5−4 г/см³ и температурой плавления 1500−1600 °С.

По объему производства металлов цветная металлургия уступает черной примерно в 20 раз, хотя и производит около 40 млн т различных металлов в год, имея важное значение в промышленном производстве. В первую очередь это относится к таким ведущим отраслям цветной металлургии, как алюминиевая и медная промышленность. 96% веса производимых цветных металлов приходится на алюминий, медь, цинк и свинец. Производство алюминия повсеместно сопровождается выделением паров особенно активной плавиковой кислоты (HF). Многие производства выделяют в воздух пары азотистой (HNO2) и азотной (HNO3) кислот. С начала XXI в. крупнейшими компаниями алюминиевой промышленности являются «Алкоа» (США), «Алкан» (Канада), «Пешине» (Франция), «РУСАЛ» (Россия).

Мировая выплавка меди составляет около 10 млн т. К числу главных производителей этого металла относятся Чили, США, Канада, страны СНГ, Китай, Австралия, Замбия, Польша, Перу, Индонезия. Получение этого металла сопровождается выделением большого количества серного газа (SO3).

Производство серебра и золота в значительной степени рассеяно по миру. По добыче серебра еще с XV—XVI вв. пальму первенства завоевали латиноамериканские страны (Мексика, Перу, Чили, Боливия). Китай в последние годы представляет собой самого крупного производителя золота в мире, производя 350 т золота в год (в 2012 г. Россия заняла четвертое место среди крупнейших золотодобытчиков мира). Ежегодно по всему миру для золотодобычи расходуется 182 т цианистого калия, притом что смертельная доза этого яда для человека — размером с рисовое зернышко. После применения такого метода остаются тонны отходов; ядовитую жижу заливают подчас в открытые емкости, чтобы она медленно высыхала. В январе 2000 г. в румынском городе Бая-Маре произошла экологическая катастрофа: в результате прорыва дамбы на территории рудника вода, насыщенная цианидом, из отстойника попала в реки Тису, Дунай, а затем и в Черное море, что привело к массовой гибели животных и растений в Румынии, Венгрии и Сербии.

В последние два-три десятилетия наметился сдвиг цветной металлургии из экономически развитых в развивающиеся страны, которые производят уже более ⁴Д всей меди и более Уз алюминия. Этот сдвиг лишь отчасти объясняется потребностями их индустриализации. Главную роль играет политика переноса «грязных» производств из стран Севера в страны Юга. Но основными потребителями цветных металлов по-прежнему остаются страны Европы, Северной Америки и Япония.

Традиционно мировыми лидерами по добыче алмазов являются страны Африки (Южная Африка, Намибия, Ботсвана, Ангола, Демократическая Республика Конго). Во второй половине XX в. крупномасштабную добычу алмазов начал СССР, продолжила Россия, а конце XX в. — Австралия. Из 94 млн каратов добытых алмазов более половины используют в производстве инструментов (режущих, полировальных), остальные — в ювелирной промышленности. Для мирового рынка алмазов до 1970;х гг. было характерно наличие одного покупателя — компании «Де Бирс» (De Beers) (ЮАР). Другие алмазодобывающие компании для того, чтобы сбыть свой товар, должны были заключить с ней соответствующий контракт. Сейчас эта компания контролирует всего 40% мировой алмазной промышленности. Алмазная промышленность характеризуется глубокими шахтами (подробнее в лекции 13) и большой водоемкостью.

Особенностью отечественного металлургического производства является негативное воздействие на все составляющие окружающей среды. Это загрязнение почв по причине массового складирования отходов, сброс недостаточно обработанных производственных вод в естественные водоемы, а также выбросы в атмосферу большого количества вредных веществ.

Тяжелые металлы, нефтеотходы, фенолы и ряд других элементов, присутствующие в сбрасываемой воде, делают ее непригодной для дальнейшего использования, а порой становятся причиной массовой гибели биоресурсов в близлежащих водоемах. Очевидно, что важнейшими пунктами экологических программ металлургических предприятий должно стать сокращение объема забора свежей технической воды и снижение объема сброса производственных вод.

Установлено, что предприятия черной металлургии выбрасывают в атмосферу до 25 % металлосодержащей пыли и окиси углерода от общего количества этих веществ, попадающих в атмосферу в результате промышленных процессов. На металлургию приходится распространение в атмосфере почти 50% не утилизируемых промышленностью окислов серы. Кроме того, технологический цикл подразумевает выбросы в атмосферу целого спектра токсичных для человеческого организма веществ, включая бенз (а)пирен, фториды, соединения марганца, ванадия и хрома. Подобное загрязнение воздуха крайне негативно сказывается на здоровье населения, проживающего в непосредственной близости от металлургических предприятий, многие из которых имеют статус градообразующих. Так, г. Норильск с численностью жителей 214 тыс. человек, где находятся предприятия Заполярного филиала «Норильского никеля» и выбрасывается в атмосферу 979 тыс. т серы в год, находится, по сути, в треугольнике заводов, что является непосредственной причиной роста числа патологий у проживающих здесь людей. В Мурманской области, где расположены несколько крупных металлургических заводов, в том числе дочернее предприятие ГМК «Норильский никель» — Кольская ГМК, регистрируется повышенная частота пороков развития у детей. Статистика, приведенная на сайте областной администрации, свидетельствует о том, что показатель детской смертности от онкологических заболеваний в этом регионе в 1,9 раза превышает общероссийский.