Медная промышленность: влияние на экологию

№5, 16 декабря, 2021 г. ДАЙДЖЕСТ Медная промышленность: влияние на экологию Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент - 2021 г.

\"Главная цель наших усилий – создать в ближайшие годы кластер с полным циклом производства готовой металлической продукции \"с нуля\"\" Президент Республики Узбекистан Ш.М. Мирзиёев “Дайджест: Медная промышленность: влияние на экологию” - Т.: 2021. С.15. «Дайджест: Медная промышленность: влияние на экологию» подготовлен Научно-техническим центром при Министерстве Инновационного развития Республики Узбекистан. Коллектив авторов: Технический редактор: Абдурахмoнов И.Ю. Райимджанов Х.Г. Турдикулова Ш.У. Абдувалиев А.А. Мусаева Р.А. Барбу Г.Ф. © Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан, 2021 г. 2

Медная промышленность: влияние на экологию Производство меди – это не просто переплавка металла, это ещё и добыча руды, и получение из нее самого металла. Весь этот процесс несет серьёзный урон экологии [1]. Данный процесс очень энергоемкий, так как энергия используется на протяжении всего жизненного цикла производства меди. В мировом масштабе для производства меди требуется около 600 миллионов ГДж энергии в год, и на его долю приходится 0,21% парниковых газов всех металлов. С другой стороны, спрос на медь в последнее десятилетие увеличилось и продолжит постоянно расти за счет роста населения, развитой инфраструктуры и применения медьемких технологий [2]. Помимо антропогенного влияния медь может попадать в окружающую среду в результате естественных процессов, таких как извержения вулканов, уносимая ветром пыль, гниющая растительность и лесные пожары. Кроме того, медь содержится в большинстве сточных вод из-за коррозии медных водопроводов. Медная промышленность оказывает колоссальное влияние на экосистему планеты. К сожалению, добыча полезных ископаемых в странах третьего мира по- прежнему представляет различную степень опасности для здоровья и благополучия тех, кто работает на шахтах и живет вокруг них. Общие недуги включают респираторные заболевания, такие как астма и туберкулез, в результате вдыхания частиц кремнеземной пыли, образующихся при добыче и переработке меди. В частности, горняки страдают силикозом или пневмокониозом. Загрязнение может также возникнуть в процессе плавки. При плавке часто образуются большие объемы диоксида серы с низкой концентрацией, который не требует дальнейшей обработки для удаления серы. Кислотные дожди, возникающие в результате сочетания дождя и SO2, могут нанести ущерб посевам, деревьям и зданиям на многие мили по ветру. 3

Медная промышленность: влияние на экологию Растворы для выщелачивания обычно регенерируют и повторно используют непрерывно в течение длительных периодов времени. Однако иногда, например, во время временного или постоянного закрытия, растворы утилизируются как отходы посредством внесения земельных участков или других средств. Уничтожение среды обитания - одна из основных проблем, связанных с добычей полезных ископаемых. Во время строительства и эксплуатации шахты уничтожаются большие площади естественной среды обитания, что вынуждает животных покидать территорию. Животные могут быть отравлены продуктами, которые содержат повышенное содержание меди. Биоаккумуляция в растениях или мелких организмах, которые они едят, также может привести к отравлению: лошади, козы и овцы подвергаются потенциально токсичной концентрации меди и свинца в траве. Помимо вышеперечисленного, производство меди ведет к загрязнению грунтовых вод, так как вода в шахтах может содержать тяжелые металлы, такие как свинец и кадмий. Повышенные уровни меди в воде токсичны и могут отрицательно повлиять на рыб, беспозвоночных, растения и земноводных. Тяжелые последствия могут включать гибель организмов; к снижению выживаемости, воспроизводства и роста [3]. Также, медное производство включает в себя атмосферные выбросы - запылённые газы, где основной компонент – сернистый ангидрид. В составе пыли, ежегодно поступающей в атмосферу, содержатся тяжёлые металлы общей массой в тысячи тонн. Специфика токсического эффекта выбросов медеплавильных предприятий заключается в суммации токсического действия тяжёлых металлов (Cu, Cd, Pb, Zn, As) и сернистого ангидрида (S02). Последний, подкисляя среду, увеличивает подвижность, следовательно, и биологическую активность металлов, приводя к резкому усилению их токсического действия на атмосферу [4]. 4

Возобновляемые источники энергии для снижения энергозатрат Горнодобывающие компании понимают важность энергоснабжения для производственной деятельности, и многие из них осознают преимущества эффективного управления энергопотреблением на основе разработок, устраняющих полную зависимость от линии электропередач. Незначительное уменьшение потребляемой энергии может иметь существенное значение. Сегодня ведущие горнодобывающие компании стремятся шире использовать возобновляемые источники энергии (ВИЭ) для сокращения затрат и объемов выбросов вредных веществ. Это связано со снижением нормированной стоимости возобновляемой энергетики по сравнению со стоимостью традиционных ископаемых энергоносителей: в отдельных случаях стоимость выработки энергии из ВИЭ уже равна или же скоро сравняется со стоимостью энергии, получаемой из традиционных источников [5]. Так, в соответствии с соглашением о покупке электроэнергии Minera Los Pelambres (один из крупнейших в мире медных рудников, дочернее предприятие компании Antofagasta Minerals) удовлетворяет около 20% своих потребностей в электроэнергии за счет ВИЭ, что снижает его зависимость от дизельных генераторов. Остальная энергия, вырабатываемая ВИЭ-электростанцией, согласно договоренности, продается на спот-рынке в Чили [6]. В качестве еще одного примера можно привести медный рудник ДеГрусса компании Sandfire Resources, расположенный в Западной Австралии и введенный в эксплуатацию в 2016 году. Рудник располагает крупнейшей на сегодняшний день станцией по производству и хранению солнечной энергии. Стоимость проекта составила 40 млн долл. США. Проект позволит месторождению, где расположена установка, полностью перейти на потребление солнечной энергии в дневное время (при условии использования аккумулятора). 5

Возобновляемые источники энергии для снижения энергозатрат Разработчики также предлагают горнодобывающим компаниям большую гибкость в использовании технических решений. Например, некоторые работают над прототипами мобильных ВИЭ-электростанций, которые можно демонтировать и расположить в других точках после закрытия месторождения. Так, австралийское подразделение британской строительной компании Laing O’Rourke разработало модульную солнечную батарею, первоначальной целью которой было сокращение расходов на использование дизельного топлива на собственных удаленных строительных площадках. 6

«Умный» рудник Строительство и эксплуатация медных шахт сопровождается большой техногенной нагрузкой. Кроме того, согласно проведенным оценкам экологов, нецелесообразное использование или же закрытие медных шахт ведет к негативным экологическим последствиям: нарушается природный ландшафт, экологическая цепочка, выпадают элементы экосистемы. Компании, ориентированные на минимизацию вреда, разрабатывают и внедряют сходные решения под названиями «умное», «интеллектуальное» или «цифровое». Используются и англоязычные варианты — Smart Mine и iField. Основные составляющие умного рудника — информационная система, видеонаблюдение и датчики, по одному на скважину плюс по дополнительному на каждый ряд скважин. Информационная система фиксирует и заносит в базу показания датчиков, анализирует, что происходит под землей, как меняются дебиты (объем продукции, добываемой из скважины за единицу времени), как двигаются продуктивные растворы, и контролирует работу скважин. Если под воздействием давления продуктивные растворы вдруг изменят направление движения, система автоматически перестроит работу насосов так, чтобы выровнять их поток и вернуть прежний режим. Если засорится фильтр, система даст сигнал о неполадке [7]. Суть в том, чтобы передать существенную часть полномочий в управлении производством и принятии управленческих решений от человека комплексной автоматизированной системе. Это необходимо, чтобы максимально полно разрабатывать рудные шахты и оптимально использовать технологические скважины, сокращать эксплуатационные расходы, ускорять добычу, облегчать ремонт и ликвидацию нештатных событий, снижать вероятность травматизма рабочих и несчастных случаев. 7

«Умный» рудник На месторождении важно обеспечить контролируемость и прозрачность всех процессов. Интеллектуальные технологии позволяют решить эту задачу, собирая в режиме реального времени огромное количество данных от систем телеметрии и предоставляя инструменты его обработки и анализа. Это позволяет принимать оперативные и точные управленческие решения, обеспечивать эффективное планирование геолого-технических мероприятий и ремонтно-профилактического обслуживания оборудования. Немаловажно, что управление большим количеством скважин может быть организовано централизованно и дистанционно [8]. Kawasaki Heavy Industries Ltd 56 Panchmachal Steel Ltd 60 64 Press Metal Aluminium Holdings Berhard Henan Shenhuo Coal & Power Co Ltd 65 MMTC Ltd 67 Ebara Corp 67 JFE Holdings Inc PT Bumi Resources Tbk 79 Cummins Inc 98 ABB Ltd 107 0 286 50 100 150 200 250 300 350 8

«Умный» рудник На сегодняшний день переход горной промышленности, в частности медного производства на цифровизацию происходит, как правило, медленно из-за масштабов и сложности производства, а также больших затрат на переоборудование. Однако, уже сейчас очевидно, что современные технологии открывают новые возможности для значительного увеличения производительности. Ведущие мировые горнодобывающие компании инвестируют огромные средства в развитие и применение современных технологий в области автоматизации, энергетики и буровых систем с целью повышения уровня добычи и экологической эффективности [9]. Команда Mining Technology провела исследования и собрала статистические данные об алгоритмах, использовании искусственного интеллекта (ИИ) и цифровизации горнодобывающими компаниями. 160 142 140 131 132 102 120 100 80 83 65 60 47 48 45 33 40 37 39 20 22 19 19 19 19 18 16 15 0 Caterpillar Wartsila Deere & Co Eaton Cummins Inc Sandvik AB BHP Anglo Komatsu Ltd ABB Ltd Inc Corp Corporation American Plc Plc Открытые Закрытые 9

Очистка сточных вод Вода является основным сырьем для медной промышленности. Повышение количества загрязненной воды, сточных вод, а также нехватка чистой воды уже сегодня являются одной из актуальных проблем, а в дальнейшем нехватка данного ресурса будет еще существеннее. Одной из важнейших экологических задач является очистка сточных вод предприятий медной промышленности. Технологии очистки сточных вод, содержащих тяжелые металлы, позволяют создать системы водоподготовки и водооборота для многих промышленных объектов [10]. 10

Нанофильтрация Нанофильтрация – технология разделения жидкости, используемая для удаления двухзначных и однозначных ионов, таких как тяжелые металлы. Данный метод нанофильтрации аналогичен обратному осмосу [11]. Установки нанофильтрации применяются в США, Франции, Нидерландах, Великобритании [12]. При нанофильтрации используются мембраны с отверстиями в несколько нм. Для таких мембран используют пористые материалы: ароматические полиамиды, ацетат целлюлозы, керамику. Способ очистки металлосодержащих сточных вод на нанофильтрационных мембранах заключается в движении воды вдоль мембранной поверхности и смывании загрязнений. Такие мембраны имеют сниженную селективность и большую проницаемость. Нанофильтрация дает хороший результат на заключительном этапе очистки стоков от загрязнений ионами тяжелых металлов. 11

Ионный обмен При использовании метода ионного обмена получаемое качество очистки позволяет использовать очищенные воды от тяжелых металлов в оборотном цикле водопользования. Метод предполагает обмен между ионами в растворе и ионами на поверхности твердой фазы - ионита. В качестве ионитов чаще всего используют синтетические ионообменные смолы. С помощью ионного обмена производится глубокая очистка загрязненных стоков от ионов тяжелых металлов: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd и цианидов. Основным недостатком метода ионного обмена является вторичное загрязнение сточных вод после восстановления, когда возникает необходимость их обезвреживания. 12

Реагентный метод Реагентный метод очистки сточных вод от тяжелых металлов предполагает химическое превращение высокотоксичных растворов в нетоксичные соединения. Реагентами могут выступать гидроксиды K и Na, карбонат Na, сульфиды Na. Если в растворе содержатся вещества, которые способны легко восстанавливаться, тогда прибегают к методу восстановительной очистки. Для этих целей используют сульфат железа, диоксид серы, гидросульфит натрия. Осаждение ионов тяжелых металлов осуществляют с помощью известкового молока, раствора едкого натра и соды. При применении NaOH необходимо строго контролировать величину рН и подбирать оптимальную дозировку [13]. 13

Источники 1. Последствия добычи меди // https://versia.ru/posledstviya-dobychi-medi-v- rekax-propadaet-ryba-gibnut-derevya-stali-chashhe-naxodit-myortvyx-zhivotnyx 2. Assessing the future environmental impacts of copper production in China: Implications of the energy transition // https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652620328705 3. Copper production & environmental impact // https://www.greenspec.co.uk/building-design/copper-production- environmental-impact/ 4. Фирсов В.Я., Мартынова В.Н. Медь Урала. – Екатеринбург, 1995. С. 160. // https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/37925/1/uibch_2014_2_25.pdf 5. Возобновляемая энергетика в горнодобывающей отрасли: переосмыслить и действовать по-новому // https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/ru/Documents/energy- resources/Russian/renewables-in-mining-ru.pdf 6. Jan Dodd. Remote Mines Add Wind, WindPower Monthly // http://www.windpowermonthly.com/article/1330527/remote-mines-add-wind 7. Интеллектуальная добыча // https://strana- rosatom.ru/2017/12/26/intellektualnaya-dobycha/ 8. «Росатом» тиражирует умный рудник // https://www.kommersant.ru/doc/4173474 9. Цифровизация в горнодобывающей промышленности // http://www.good- climate.com/materials/files/152.pdf 10. Лин Маунг Маунг. Разработка технологии очистки сточных вод от тяжелых металлов методами нанофильтрации и ионного обмена // https://www.dissercat.com/content/razrabotka-tekhnologii-ochistki- stochnykh-vod-ot-tyazhelykh-metallov-metodami-nanofiltratsii 11. Nanofiltration // https://www.lenntech.com/processes/pesticide/nanofiltration/nanofiltration. htm 12. Очистка сточных вод от тяжелых металлов методом нанофильтрации // file:///C:/Users/E-MaxPCShop/Downloads/ochistka-stochnyh-vod-ot- tyazhelyh-metallov-metodom-nanofiltratsii.pdf 13. Очистка сточных вод от тяжелых металлов // https://www.vo- da.ru/articles/ochistka-ot-tyazholyh-metallov/metody-ochistki 14

Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент - 2021 г.