Эколого-технологические перспективы развития цементной промышленности

А.И. Петрова

ЭКОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Рассмотрена структура цементной отрасли в России. Обозначены основные проблемы отечественной цементной промышленности. Уделено внимание наиболее значимыми природоохранным мероприятиям направленных на улучшение экологических характеристик производства.

Ключевые слова: цементная промышленность, экологические проблемы, природоохранные мероприятия, экологической безопасности производства, охрана окружающей среды.

В настоящее время мировой рынок цемента характеризуется стабильными темпами роста в среднем на уровне 4—6 % ежегодно. Основными производителями являются такие страны как Китай (44 % от мирового производства), страны ЕС (10 %), Индия (6,2 %), США (4 %), Япония (2,7 %) и Россия (2,2 %) (рис. 1). В 2010 г. суммарное производство составило порядка 3 млрд т, при этом ежегодный прирост производства ожидается на уровне 4,7 %. В стоимостном выражении совокупный объем рынка цемента в 2010 г. составил около 250 млрд долл.

В настоящее время на мировом рынке цемента доминирует ряд крупных компаний: Lafarge (Франция), ^кт (Швейцария), HeidelbergCement (Германия), Italcementi (Италия), RMC (Великобритания), SiamCement (Таиланд) и Taiheiyo (Япония), на долю которых приходится 1/3 объема совокупного мирового производства и 2/3 части продаж цемента на мировом рынке (рис. 2).

Самая низкая стоимость экспортируемого цемента составляет около 30 долларов за тонну для Японии и 39 долларов за тонну для Китая. Стоимость экспортируемого цемента в Европейских странах в 2—2,5 раза выше, чем в азиатских (табл. 1).

Цемент является одним из тех видов промышленной продукции, производство и потребление которых характеризует экономический потенциал страны. Ему принадлежит ведущее место среди строительных материалов. В строительной отрасли он востребован в наибольшей степени. В условиях строительного бума, обусловленного реализацией крупных строительных проектов,

Рис. 1. Основные производители цемента в мире

Рис. 2. Мощности по цементу ведущих компаний-производителей цемента

Таблица 1

Средние экспортные цены на цемент по странам мира (долл. США/ тонна без НДС) на основе данных UnitedNationsStatisticsDivision

Страна 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Мир 46 51 59 73 71 70

Турция 55,5 65,6 76,0 85,8 60,5 59,0

Пакистан 52,3 59,8 50,8 61,9 58,2 55,0

Япония 23,5 26,1 28,0 31,2 30,2 30,0

Китай 34,7 36,7 39,1 46,7 40,2 39,0

Таиланд 35,4 39,2 40,5 48,0 45,0 43,2

Республика Корея 34,7 37,4 37,6 36,6 34,2 33,0

Индия 40,4 51,8 54,3 62,4 55,2 54,7

Прочие Азиатские 31,8 35,4 34,2 37,3 36,0 35,5

страны

Греция 48,2 54,7 58,1 71,2 65,0 63,2

Германия 70,7 71,2 83,6 101,1 82,0 75,0

Бельгия 75,4 84,1 91,7 104,0 80,2 76,1

Италия 54,5 65,0 76,4 88,6 83,1 78,5

Канада 57,1 61,4 67,0 79,8 76,9 75,1

РФ 47,8 59,9 101,7 165,4 130,1 125,6

в том числе «Сочи-2014» и Чемпионат мира по футболу 2018, наблюдается устойчивый рост производства цемента и увеличение объемов разработки месторождений сырья для цементной промышленности.

Для решения стоящих перед Российской экономикой задач, особенно в части обеспечения большинства населения качественным жильём, строительства новых предприятий в металлургии, химии, нефтехимии, гидроэнергетике, восстановления имеющейся сети и строительства новых автомобильных и железных дорог и других крупных строек, нуждающихся в значительных объёмах цемента, отечественной цементной промышленности необходимо решить ряд серьезных проблем.

Основными из них являются:

ресурсно-сырьевое обеспечение развития отрасли;

переход на «зеленые» технологии добычи сырья и производства цемента;

эффективность использования действующих основных производственных мощностей и создание новых, более производительных;

рациональное использование природных и техногенных материальных, в том числе топливосодержащих, ресурсов;

сохранение «паритетных» начал между потреблением, ценой производителя и ценой приобретения цемента строителями всех (крупных, средних и мелких) уровней потребления строительных материалов, включая и цемент;

эффективное использование работающих специалистов — цементников и подготовка новых квалифицированных рабочих, инженерно-технических и исследовательских кадров;

восстановление отечественного цементного машиностроения;

восстановление научно-исследовательских и проектных центров (НИИ и КБ) отраслевого уровня;

максимальное использование имеющихся научных и практических разработок отечественных академических, отраслевых и учебных учреждений по интенсификации технологического процесса на действующих цементных предприятиях России.

Для производства цемента обычно используют в качестве сырья смесь осадочных карбонатных и глинистых пород, на основе которой изготавливается клинкер, а затем цемент различных видов.

Из карбонатных пород в цементной промышленности используют известняк, мел, известняк-ракушечник, мрамор, известковый туф и другие. Эти породы состоят в основном из углекислого кальция СаСО2. Чаще применяют известняки и мел, осадочное происхождение которых обусловливает разнообразие химического состава и физических свойств. Качество карбонатных пород зависит от структуры, количества примесей, равномерности распределения их в массе сырья.

Более благоприятны породы с постоянным химическим составом и однородной мелкокристаллической структурой. В зависимости от качества сырья меняются температура обжига, производительность печи и свойства продукта. Мраморовидные известняки повышенной плотности обжигаются труднее, чем известняки обычные.

Особым видом карбонатного сырья является мергель — осадочного происхождения переходная горная порода от известняков к глинам. Наиболее ценное сырье — известковый мергель,

содержащий 75—80 % С^-Оц и 20—25 % глины. По химическому составу он близок к готовой портландцементной сырьевой смеси, и его использование упрощает технологию производства портландцемента. Такие мергели, в которых содержание СдСО^ соответствует составу портландцементной сырьевой смеси, называют натуральными.

Глинистые породы — второй основной компонент порт-ландцементных сырьевых смесей — представляют собой осадочные землистые породы, сложенные из тонких частиц (менее 0,001 мм). Глинистое сырье имеет разнообразный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. Глинистые породы существенно отличаются по структуре и физическим свойствам.

Наряду с глиной в цементной промышленности используют суглинки, лёсс, глинистый сланец.

Пригодность карбонатного и глинистого компонентов сырьевой смеси определяется по их химическому составу и физическим свойствам и может быть выявлена только в их взаимосвязи. Поэтому при анализе пригодности сырьевой базы необходимо иметь конкретную характеристику всех компонентов сырьевой смеси. Качество сырья может оказывать значительное влияние на эколого-экономические параметры производства цемента.

В конечном счете, выбор компонентов сырьевой смеси и их соотношения определяется заданным составом портландце-ментного клинкера и содержанием в исходном сырье вредных примесей.

Только при особо благоприятном химическом составе сырьевых материалов портландцементная сырьевая смесь заданного состава может быть приготовлена из двух компонентов: карбонатного и глинистого. В большинстве случаев требуемую смесь из двух компонентов получить практически не удается, и поэтому применяют третий или даже четвертый компонент — корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из оксидов, недостающих в сырьевой смеси.

Государственным балансом запасов цементного сырья в настоящее время учтены 92 месторождения карбонатных пород, в том числе 64 месторождения известняков. Карбонатные породы, учитываемые в этом балансе, в основном представлены известня-

ком, а также мелом и мергелем. Суммарные балансовые запасы карбонатных пород в Российской Федерации по категориям А+В+С1 составляют 11298,7 млн т., в том числе 6728,0 млн т. известняков. В промышленное освоение в настоящее время вовлечено 29 месторождений известняков с балансовыми запасами по категориям А+В+С1 2967,1 млн т., что составляет 44,1 % от общих запасов сырья данного типа. 35 месторождений известняков находятся в государственном резерве.

Разведанные запасы цементного сырья Российской Федерации распределены по ее территории довольно неравномерно, а при оценке эффективности их освоения необходимо учитывать дополнительные условия: мощность вскрышных пород, близость железных дорог, несложные горнотехнические условия разработки месторождений и т.д.

Основная часть (69 % запасов) сосредоточена в Европейской части РФ. В Центральном федеральном округе производится треть российского цемента. Здесь на 9 месторождениях работает 10 предприятий. Наибольшие запасы и добыча сосредоточены в Белгородской области (Белгородское и Стойленское месторождения) — ЗАО «Белгородский цемент», ОАО «Стой-ленский ГОК», ЗАО «Осколцемент». Потребности центральных областей, включая Московский мегаполис, обеспечивает ОАО «Воскресенскцемент» и ОАО «Штерн-Цемент», которое объединяет в своем составе ЗАО «Михайловцемент», ОАО «Песков-ский КСМ», ЗАО «Липецкцемент», ЗАО «Мальцовский портландцемент», на долю которых падает 68 % добычи цементного сырья и 67 % производства цемента в Центральном федеральном округе. Первое место по производству цемента (30 %) и добыче цементного сырья (40 %) в округе занимает Белгородская область.

Приволжский федеральный округ занимает 1-е место в России по запасам и добыче гидравлических добавок, 3-е место — по запасам глинистых и 4-е место по запасам карбонатных пород. По добыче цементного сырья в целом и производству цемента (20 % общероссийского) округ прочно занимает 2-е место в стране. Наиболее крупные объемы добычи цементного сырья и производства цемента падают на долю Республики Мордовия (Вань-кинское месторождение).

Южный федеральный округ занимает 2-е место в России по запасам карбонатных пород (20,7 % запасов), 4-е место по запасам глинистых пород и гидравлических добавок (13,5 % и 14,8 % соответственно) и 3-е место по добыче цементного сырья и производству цемента. По производству цемента и добыче цементного сырья в округе лидирует Краснодарский край (Новороссий-ское-1+3, Новороссийское-4, Баканское и Верхнебаканское месторождения).

В Уральском федеральном округе добыча и переработка цементного сырья ведутся в Свердловской и Челябинской областях.

Сибирский федеральный округ по добыче цементного сырья и производству цемента (10 % общероссийского) занимает 4-е место в стране после Центрального, Приволжского и Уральского федеральных округов. На территории Сибирского Федерального округа расположено 21 месторождение карбонатного сырья для цементной промышленности с суммарными запасами свыше 1,7 млрд т. или 17,1 % от запасов России, из которых на сегодняшний день разрабатывается 10 месторождений, что составляет 63 % от региональных запасов данного вида сырья.

В Северо-Западном федеральном округе добыча и переработка цементного сырья производится тремя недропользователями. Наиболее крупные объемы добычи цементного сырья и производства цемента осуществляются в Архангельской области на Савинском месторождении.

Дальневосточный федеральный округ занимает среди федеральных округов 6-е место по добыче цементного сырья и 7-е место по производству цемента.

Так как в настоящее время прогнозируется рост потребления цементной продукции, то потребуется увеличение объема добычи, как на действующих предприятиях, так и за счет увеличения числа эксплуатируемых месторождений. Это положение подкрепляется и тем, что рост мирового народонаселения сопровождается увеличением потребления минерального сырья как вообще, так и на душу населения.

Производство цемента подразумевает значительные экологические проблемы, начиная со стадии добычи природных ресурсов и заканчивая выпуском готовой продукцией. К ним относятся:

1. Выведение из хозяйственного оборота значительных площадей земель;

2. Трансформация естественного ландшафта;

3. Загрязнение подземных и поверхностных вод.

4. Образование отвалов вскрышных пород и низкий уровень их использования (около 20 %).

5. Загрязнение атмосферы газообразными выбросами. В настоящее время негативное воздействие достигает огромных размеров. По данным специалистов до 25 % всех выбросов СО2 на земном шаре приходится на строительный комплекс, в том числе свыше 80 % на долю производства цемента, кирпича, извести и стали.

6. Выбросы цементной пыли в атмосферу при погрузке продукции, а также выбросы из дымовых труб и выбросы быстроис-паряющихся компонентов;

7. Прочие выбросы, негативно влияющие на проживающих вблизи людей, такие как, шум, колебания, запахи, загрязненная техническая вода.

Проблемой номер один в борьбе с загрязнением окружающей среды при производстве цемента являются газообразные выделения от системы печей. Самые вредные и основные газы, которые выбрасываются в атмосферу оксид азота и диоксид серы. Другие менее вредные соединения — это летучие органические соединения, оксид углерода или углекислый газ, аммиак, хлоро-водород и тяжелые металлы.

Значимой экологической проблемой производства цемента является большая экотоксикологическая опасность пыли цемента. Для пыли цемента высокая степень экотоксикологической опасности определяется такими её качествами, как высокая дисперсность и большой адсорбционный потенциал, т.е. способность поглощать жидкие и газообразные вещества, в том числе токсичные.

Производство цемента наряду с такими видами производства, как металлургия или химическая промышленность, обладает эффектом суммации вредного воздействия для всех живых существ и, в первую очередь, для человека, проживающего в непосредственной близости от предприятий, производящих цемент.

При этом необходимо отметить, что производство цемента является одним из самых энергоёмких (от 42 до 52 % всех затрат), поэтому энергообеспеченность предприятий является одним из технических препятствий к внедрению электрофильтров и ряда другого природоохранного оборудования, а отключение это-

го оборудования — один из способов снижения себестоимости выпускаемого цемента.

Становится очевидным, что при данных масштабах добычи сырья и производства цемента необходимо существенное повышение уровня технологической дисциплины производства. Суть состоит в том, что на базе новых средств контроля, имеющихся сегодня, можно существенно улучшить организацию управления добычей сырьевых материалов в карьерах и производства конечной продукции. Для этого необходимо проведение экологического аудита и аттестации предприятий по стандартам ISO 14000.

Наиболее значимыми природоохранными мероприятиями является замена природного минерального сырья отходами производства. Ряд побочных продуктов других отраслей промышленности, используемые в качестве сырья в цементном производстве, достаточно близок по химическому составу к цементной сырьевой смеси. Они могут заменять в ее составе глинистый и частично карбонатный компоненты. Как правило, такие побочные продукты проходят тепловую обработку в основном производстве, не содержат СаСО2 и могут даже включать ряд клинкерных минералов. Поэтому введение их в состав сырьевых смесей позволяет снизить температуру обжига и повысить производительность печей. Наибольшее применение в цементной промышленности нашли доменные шлаки, топливные золы, нефелиновый (белитовый) шлам.

Цементная промышленность имеет большие потенциальные возможности для эффективной утилизации отходов камнедроб-ления горнодобывающего комплекса, которые сегодня выведены из хозяйственного оборота и непроизводительно складируются на полигонах.

Использование в цементной промышленности побочных продуктов и отходов других отраслей — крупный шаг в разработке технологий, способствующих рациональному природопользованию и охране окружающей среды. Пригодность промышленных отходов как компонента сырьевой смеси в каждом конкретном случае определяется на основании специальных исследований.

Одним из путей снижения негативного влияния цементного производства на окружающую среду является внедрение новых наилучших существующих технологий. Для принятия решений о

внедрении нового технологического и природоохранного оборудования, необходимо проводить предварительную эколого-экономическую оценку вариантов с определением их влияния на конечную себестоимость продукции. В связи с тем, что на данный момент отсутствует единая методология по расчету себестоимости многих нерудных строительных материалов, для каждого предприятия необходимо разрабатывать подходящую методику, которая будет учитывать природоохранные издержки.

Наиболее значимо и наиболее эффективно для экологии будет, не реконструкция уже имеющихся заводов, путем внедрения современных природоохранных мероприятий и реконструкция фильтров, а строительство новых заводов уже приведенных к европейским стандартам. Конечно затраты на их строительство будут колоссальны, но за счет уменьшения платы за негативное воздействие на окружающую среду и снижения себестоимости новые заводы будут эффективны. Единственная проблема заключается в том, что делать с уже имеющимися «грязными» заводами.

Рассматривая структуру цементной отрасли в России можно выделить ЗАО «ЕВРОЦЕМЕНТ груп», доля которого в общем выпуске цемента в России составляет порядка 40 %. Компания «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» является ведущим игроком в мировом масштабе по установленной мощности по производству цемента и сравнима по размеру с ведущими независимыми компаниями-производителями цемента в Индии и Бразилии. В 2013 году пущен в эксплуатацию новый завод в п.г.т. Подгоренский Воронежской области. Затраты на строительство завода составили около 2.5 млрд рублей.

По данным официального сайта компании «ЕВРОЦЕМЕНТ» груп, в число их приоритетных задач входит обеспечение экологической безопасности производства и охрана окружающей среды. Эти задачи определены Программой развития производственных мощностей ЗАО «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» на 2007 — 2020 гг. Экологическая политика ЗАО «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» включает в себя следующие аспекты:

сохранение природной среды в районах расположения цементных заводов Холдинга;

поэтапный переход на безвзрывной способ добычи полезных ископаемых;

последовательное снижение объема сбросов загрязненных сточных вод в водные объекты;

поэтапное сокращение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, в том числе пыли неорганической, содержащей диоксид кремния;

приоритет финансирования мероприятий, направленных на снижение негативного воздействия на окружающую среду.

Программа содержит в разделе «Экологи» информацию об инвестиционных затратах по охране атмосферного воздуха, которые превысили 784 млн рублей; о модернизации существующего природоохранного оборудования и установки новых видов оборудования; переводе на безвзрывную технологию добычи сырья.

Следует отметить, что для каждого предприятия вариант модернизации производства с целью улучшения экологических характеристик, должен подбираться индивидуально. Конечно, для того, чтобы предприятия начали внедрение экологически усовершенствованных систем, необходимы соответствующие изменения и дополнения в природоохранное законодательство.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Петров И.В., Стоянова И.А., Харченко В.А. Основные показатели влияния угледобывающей промышленности России на окружающую среду/ Сборник научных трудов/«Экология и Экономика Горного дела». — М.: МГГУ, 2006. — С. 31—36.

2. Харченко А.В. Роль экологического аудита в разрешении природоохранных проблем// ГИАБ — М.: Изд-во МГГУ, 2008. — №ОВ3. — С. 199—204.

3. Иватанова Н.П., Стоянова И.А., Харченко В.А. Направления комплексного использования природных и техногенных месторождений. — М.: МГГУ, 2006. — 68 с.