CC BY
121Вторичное использование ресурсов в металлургической промышленности в России и Китае
Растянникова Елизавета Викторовна
кандидат экономических наук, старший научный сотрудник, ФГБУН Институт востоковедения РАН, [email protected]
Экологические проблемы, возникающие при добыче и обогащении руд металлов, привели к повышению спроса на лом черных и цветных металлов. В металлургической промышленности набирает обороты вторичное использование ресурсов. В статье описаны действующие и перспективные технологии, использующиеся во вторичной металлургии. Особое внимание уделено использованию лома черных металлов и свинцового лома. В России вторичная переработка лома черных металлов является перспективной отраслью, в нее осуществляются значительные инвестиции. Свыше 20% заготовленного в России лома черных металлов экспортируется, экспортная выручка от продажи лома черных металлов и железной руды в 2018 г. была практически одинакова. В Китае, который является крупнейшим потребителем и импортером лома черных металлов, ожидается дальнейший рост спроса на стальной лом. На первом месте по экспорту стального лома в Китай в 2018 г. находилась Япония за ней следовали США и Австралия. У свинца самый высокий из всех металлов коэффициент использования во вторичной обработке - в среднем по миру в 2018 г. он составлял примерно 60%, и только 40% свинца производилось из руды. Государственная политика относительно внешней торговли металлоломом в России и Китае имеет разную направленность: в России в 2019 г. предполагается ввести ограничения на экспорт металлолома, в Китае к концу 2020 г. должен быть полностью запрещен импорт лома.
Ключевые слова: Вторичная металлургия, лом черных металлов, свинцовый лом, новые технологии переработки лома, Россия , Китай .
В последние годы, когда краеугольным камнем экономической и социальной жизни становятся забота об окружающей среде и ресурсосбережение, развивается все больший интерес к возможностям вторичного использования ресурсов. Одной из важнейших областей, где активно внедряется вторичная переработка, является металлургия. Вторичное и многократное использование металла приводит к уменьшению нежелательного воздействия на природу, так как сокращается объем извлекаемого сырья и главное - очистка этого сырья. Поэтому переработка металлического лома стала важным звеном цепочки создания стоимости в металлургической промышленности. В целом результатом вторичной переработки металлического лома выступает:
— сохранение природной руды
— экономия энергетических ресурсов
— уменьшение загрязнения окружающей среды
— ускорение производства металла и уменьшение затрат труда
— многократное использование металла без потери его свойств.
Наибольший спрос на подобное вторичное сырье отмечается в производстве стальной тары и проволоки, далее идут строительство и машиностроение. Стадии переработки лома включают четыре этапа: прием и сортировка, резка сырья, очистка от примесей, переплавка металла [9].
На рынке действуют разные по набору функций виды компаний. Первичные пункты только принимают черные и цветные металлы, не сортируя их и не раскраивая. Другие компании, наиболее распространенные на современном рынке, осуществляют прием и сортировку лома, после этого продают его на завод. Самый современный вид организаций - это компании, осуществляющие полный цикл переработки, т. е. прием, сортировку, резку, очистку и переплавку вторичного сырья. Однако полный цикл возможен исключительно на крупных металлургических предприятиях. Также обязательным условием работы с ломом вторичных металлов является радиационный контроль.
Процесс сортировки осуществляется по следующей схеме: разделение лома по габаритам, отделение металлов по химическому составу, удаление примесей и мусора. На крупных произ-
X X
о
го А с.
X
го т
о
ю 7
М О
а>
о
см
I-«. О!
О Ш
т
X
3
<
т о х
X
водствах данные процессы автоматизированы, что значительно ускоряет переработку. При резке (раскрое) металл режут предназначенными для этой цели ножницами, прессуют в бруски и пакетируют. Впоследствии сырье отправляется на очистку. Для определения вида загрязнений бруски подвергают дроблению и методом сепарации очищают от пыли, грязи, все посторонние примеси с поверхности бруска выдувают воздушной струей. При более современных технологиях применяется магнитный сепаратор: металлические части в процессе движения на конвейере притягиваются магнитом, а неметаллические примеси удаляются [9].
Металл прессуют в брикеты на гидравлических или механических установках, после чего отправляют на переплавку, которая осуществляется в несколько этапов. В случае выплавки стали из вторичного сырья выжигают соединения, увеличивающие ломкость металла, и добавляют те, которые повышают износостойкость. Современные плавильные агрегаты полностью автоматизированы, что существенно повышает их производительность.
На плавильных печах имеет смысл остановиться подробнее. В целом их можно разделить на два больших класса: пламенные и электрические.
Пламенные печи - печи, в которых нагрев происходит за счет непосредственного сжигания топлива (мазута, газа) - в настоящее время за счет значительного энергопотребления, высокой степени загрязнения окружающей среды в большинстве развитых стран мира (США, ЕС, Япония) снимаются с производства. На российских предприятиях печи этого класса частично модифицированы и применяются при обработке сплавов цветных металлов, а также переплавке вторичного сырья. К типу пламенных печей относятся и мартеновские печи, в которых перерабатывается чугун и лом черных металлов в сталь. В 2018 г. в России была закрыта последняя мартеновская печь, и данный способ производства стали сохранился только в Индии и на Украине [2].
Более современными считаются электрические печи, к ним относятся все установки, в которых используется электрическая энергия. Электрические печи бывают четырех видов: печи сопротивления, дуговые (электродуговые) плавильные печи, индукционные плавильные печи, установки электроннолучевого переплава.
Печи сопротивления ввиду своих температурных и производственных характеристик не использовались для переплавки черных, цветных металлов и вторичного лома ввиду низких температур.
Дуговые печи стали распространяться с середины ХХ в., и по сравнению с пламенными печами они имели более высокую производитель-
ность, меньший расход энергии, более высокое качество полученного металла. Но с 1980-х гг. началось активное замещение дуговых печей индукционными тигельными печами. В то же время дуговые печи продолжают использоваться для более «грубой» работы. Их преимуществами являются наилучшая очистка сильно загрязненной шихты (смеси исходных материалов при плавлении) и способность обработки металла в крупных объемах (более 50 тонн).
В настоящее время в металлургии широко применяется одна из разновидностей дуговой печи - плазменно-дуговая печь. Использование плазменного нагрева значительно упрощает технологию получения качественного металла в больших количествах и улучшает условия труда. Плазменно-дуговые печи работают практически бесшумно и отличаются экологической чистотой. Они наряду с установками электронно-лучевого переплава, которые будут описаны ниже, применяются для получения стали и сплавов высоколегированных марок.
Следующим типом электрических печей являются индукционные печи, обладающие техническими и экономическими преимуществами. При индукционном нагреве тепло выделяется непосредственно в нагреваемом металле, поэтому использование тепла оказывается наиболее полным. Индукционные печи считаются наиболее совершенным типом электрических печей, так как имеют значительно больший коэффициент полезного действия. Они незаменимы для выплавки высококачественных сталей, также с их помощью возможно получение чугуна и стали разнообразного состава.
При выплавке вторичного металла наиболее эффективны индукционные тигельные печи (в отличие от другой разновидности индукционных печей - канальных) благодаря возможности получения более чистых металлов и сплавов точно заданного состава, высокой производительности, полной автоматизации процесса, а также малой степени загрязнения окружающей среды. Именно индукционные тигельные печи применяются для скоростных плавок малых партий металла. Для получения металла различного качества используются дуплекс- или триплекс-процессы, в который входят разные виды индукционных и электродуговых печей. Например, в странах ЕС часто практикуется дуплекс-процесс, при котором низкокачественная шихта переплавляется сначала в электродуговых печах, а затем уже доводится в индукционных печах [7].
Электронно-лучевой переплав используют для получения ультрачистых металлов и сплавов. Способ заключается в том, что пучок электронов высокой мощности бомбардирует шихту, расплавляет ее и нагревает до высоких температур в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе при
глубоком вакууме. Электронно-лучевую плавку применяют для получения очень чистых сплавов по составу кислорода, азота, неметаллических включений, шарикоподшипниковой стали для скоростных подшипников, а также жаропрочных, кор-розионностойких и прецизионных сплавов. Из-за высокой стоимости процесса во вторичной металлургии установки электронно-лучевого переплава не используются.
В настоящее время наиболее выгодной считается переработка лома черного металла. В печах стальной металлолом смешивается с чугуном, в результате чего получается высококачественная сталь. Причем чем больше доля лома при выплавке, тем лучше качество стального проката. Крупные металлургические предприятия осуществляют не только плавку, но и прокат вторичного металла, что позволяет им быть более рентабельными [9].
Российские производители инвестируют значительный средства в исследования в области переработки черного металлолома. Эта область промышленности стала весьма перспективной. Основной проблемой при переработке черного лома является большая доля отходов. При разрезке лома черных металлов с помощью механических пил остается 10%-15% отходов с каждой тонны сырья. Более экономные технологии резки предполагают установку специального оборудования, которое на сегодняшний день является немобильным, дорогостоящим, чрезвычайно энергоемким.
В связи с быстрым развитием и появлением новых отраслей машиностроения в гражданских и военных отраслях возрастает потребность в сплавах из цветных металлов. За счет их производства из вторичного лома сокращается технологический цикл и достигаются значительные преимущества в сфере экологии, экономии энергоносителей. По сравнению с переработкой черного лома, переработка цветного вторичного сырья более сложная, так как лом получают выделением металла из бытовых приборов. Вследствие этого нужен специальный подход к процессу сортировки. Для отделения частиц с разными физическими и химическими свойствами требуется сложное оборудование больших цехов. Причем данную задачу надо решать на уровне пунктов приема лома, так как заводы по переработке предъявляют конкретные требования к химическому составу сырья [9].
В российской вторичной цветной металлургии действует большое число малых предприятий. Они характеризуются низким технологическим уровнем производства, использованием устаревших агрегатов с высоким энергопотреблением и значительными потерями металла при переработке. Поэтому продукция таких кустарных производств некондиционна и используется только в
качестве вспомогательных материалов при получении сплавов или в черной металлургии [4].
В связи с повышением спроса на металл, полученный из вторичного сырья, стало выгодным приобретать мини-завод по переработке лома черных и цветных металлов с помощью индукционных плавильных печей, где будут осуществляться все этапы производства металлопродукции. Несмотря на небольшую производительность, такие заводы позволяют сделать производство литейно-прокатного комплекса максимально компактным и приближенным к потребителю, что повышает его рентабельность [7]. Такой завод в состоянии выпустить до 1 млн тонн металлоизделий в год.
Приведем некоторые цифры по рынку лома черных металлов в России. Объем заготовок лома черных металлов в 2018 г. составил 26 млн тонн, из которых 5,7 млн тонн (22%) было экспортировано. Россия занимает пятое место в мире по экспорту лома черных металлов и стремительно его наращивает. Ежегодный темп прироста экспорта лома из России за период 2015-2018 гг. в среднем равнялся 6,4%. Экспортная выручка от продажи лома черных металлов в 2018 г. составила 1660 млн долл. [1]. Для сравнения отметим, что в 2017 г. из России экспортировано железной руды и концентратов на 1558 млн долл. [10]. При этом, экспорт железной руды, начиная с 2014 г., показывал достаточно нестабильную динамику. Основные поставки лома черных металлов из России в 2018 г. осуществлялись в Турцию - 43% от всего объема экспортируемого лома, в Беларусь (24%), в Республику Корея (16%) [1].
Выросший за последние годы внутренний спрос на лом черных металлов при увеличивающемся экспорте привел к дефициту сырья, в частности на предприятиях Дальнего Востока и Юга России. Поэтому Министерство промышленности и торговли рассматривало вопрос временного эмбарго на вывоз руд цветных металлов и металлолома из страны [8]. Предполагалось, что запрет должен был действовать с 1 мая по 31 октября 2019 г., но пока еще решения по данному вопросу не принято.
Китайская металлургическая промышленность начала проявлять большой интерес к стальному лому с 1980-х гг. и постоянно наращивает его импорт на мировом рынке. В Китае производство стали из металлолома в основном осуществляется с помощью технологии кислородных конвекторов, разработанной в 1950-1960-х гг., причем стальные слитки, сделанные по данной технологии, имея весьма уровень углекислых выбросов СО2, наносят значительный вред окружающей среде. Для повышения экологической безопасности Китай в 2017 г. на треть сократил производство низкокачественной стали по этой технологии. В настоящее в стране прокладывает
х
X
о
го А с.
X
го т
о
ю 7
М О
да
о
см
I-«. О!
О Ш
т
X
<
т о х
X
путь технология электродуговой печи для борьбы с выбросами углерода. Если в 2017 г. доля стали, выплавляемая в электродуговых печах, составляла всего 7%, то в 2018 г. эта доля поднялась до 14,5% в общем объеме произведенной стали.
Ожидается, что импорт высококачественного лома в Китай будет увеличиваться, если в 2017 г. потребление лома в Китае равнялось 148 млн тонн, то к 2020 году оно достигнет 200 млн тонн [6]. Крупнейшим экспортером стального лома в Китай является Япония - на нее в 2018 г. приходилось 58% всего ввозимого сырья, за ней следовали США (28%) и Австралия (7%).
Китай начал импортировать большие объемы отходов в 1980-х гг., с тех пор страна превратилась в крупнейшего в мире импортера материалов, подлежащих вторичной переработке. Однако их переработка была признана причиной загрязнения окружающей среды, в результате Китайское правительство объявило о намерении в дальнейшем отказаться от данного импорта. В соответствие с этой программой в конце 2019 г. в страну будет запрещен ввоз 16 категорий отходов, в которые войдут лом нержавеющей стали, титана, цинка и магния (импорт медного лома уже запрещен). Такое решение властей является важным шагом в обеспечении безопасной окружающей среды.
Вторичное использование свинца. Еще одной важной проблемой в сфере добывающей промышленности на современном этапе является использование свинца. Исключительная значимость этого металла для промышленного производства вступает в конфронтацию с вредным воздействием его добычи на окружающую среду и здоровье человека. Свинец имеет свойство постепенно накапливаться в тканях организма и вызывать заболевания суставов, почек, нервной системы и др. Природа также подвержена поражению, так как значительная часть свинца оседает при добыче в корнях растений, уже не говоря о загрязнении воздуха и воды.
Сегодня, когда на первый план выходит экологическая безопасность технологических процессов, мировая промышленность столкнулась с ужесточением экологических стандартов. Большинство ведущих корпораций ставят отказ от свинца в списки первоочередных задач [5]. Хотя металл широко используется в микро- и нано-электронике, процесс всеобщего отказа от добычи свинца набирает обороты.
Начало ему было положено в США в 1992 г., когда в конгресс США был представлен законопроект с обширным списком подлежащих запрету «свинцовых» материалов и изделий. В него попала и продукция электронной промышленности, в результате с начала 2000-х гг. предприятия стали переходить на пайку бессвинцовыми сплавами. С 2006 г. на рынке ЕС свинец полностью запрещен
к применению в большей части электронного оборудования [5]. В Японии предприятия, которые перешли к использованию бессвинцовых припоев, отмечают электронику с припоями, не содержащими свинец, специальной маркировкой. Россия также активно развивает технологии, которые помогут найти альтернативу применению свинца, но нельзя не учитывать тот факт, что свинец еще долгое время не потеряет своего значения.
Активно используются возможности по вторичной переработке свинца - способ, который помогает снизить отрицательное воздействие на окружающую среду, неизменно сопровождающее разработку месторождений тяжелого металла. В настоящее время лишь 40% свинца в мире производится из руды, остальное - из вторичного сырья. Так, в 2017 г. в мире добыто 4,9 млн тонн рудного свинца, а выпуск очищенного свинца составил 11,2 млн тонн [11].
У свинца самый высокий из всех металлов коэффициент использования во вторичной обработке - в среднем по миру в 2018 г. он составлял примерно 60%. В странах ЕС и США эта доля еще выше, большая часть свинца используются в этих странах для производства батарей аккумуляторов, из которых впоследствии утилизуется и перерабатывается более 95%.
Россия входит в числе мировых лидеров, как по разведанным запасам свинца, так и по производству очищенного свинца. По общему производству свинца Россия находится на седьмом месте в мире (в 2017 г. добыто 202 тыс. тонн), а по переработке вторичного сырья - на девятом. Лом и отходы перерабатывают на специализированных заводах. Свинец выплавляют в котлах, шахтных и отражательных печах, исследуется возможность использования электропечи. Мелкое сырье подвергают агломерации. В России рафинированный свинец получают из следующих источников вторичного свинца: 37% - из аккумуляторного лома, 32% - из аппаратуры и кабельной оболочки, 7% - из баббит, 24% - из других отходов [3]. В России практически все заводы по переработке этого вторсырья находятся при аккумуляторных заводах.
В Китае активизировались усилия по защите экологии и при производстве свинца. В последние годы снижаются инвестиции в горнодобычу и обогащение свинца, тем более что в Китае ощущается нехватка предприятий с интегрированным производством, объединяющим добычу, обогащение и выплавку свинца. В 2017-2018 гг. на 24,6% снизились инвестиции в добычу свинца и на 22,8% -в плавильные мощности. В то же время правительство предполагает ограничить импорт свинцового лома. В целом весь импорт металлолома в Китай будет запрещен в конце 2020 г.
В заключение хотелось бы упомянуть еще об одной острой проблеме горнодобывающей про-
мышленности - хвостохранилищах. Хвостохрани-лища представляют собой захоронения отходов горнодобывающей промышленности, в частности цветной металлургии, содержащие в большой концентрации мышьяк, сурьму, бериллий и друге ядовитые вещества. Это - отходы обогащения железной руды, в которых, помимо небольшого количества железа (10-15 %), имеются в промышленных количествах тяжелые металлы: цинк, медь, кобальт, титан и другие. Поэтому сегодня важной задачей исследований в области вторичной металлургии становится разработка технологий рециклинга хвостов, из которых можно получать очищенные металлы. Соли этих металлов являются ядовитыми соединениями, которые в процессе хранения хвостов поступают в подпочвенные воды, вымываются дождями и, в конечном счете поступают в организм человека. Таким образом, рециклинг хвостов крайне необходим, как с экологической, так и с экономической точек зрения.
Литература
1. В 2018 году заметно вырос экспорт российского черного лома // Металлургический бюллетень // https://www.metalbulletin.ru/news/scrap/10143889/ (05.03.2019)
2. В России остановили крупнейшую мартеновскую печь // https://www.rbc.ru/business/23/03/2018/5ab4e28c9a 7947Г5е7442491 (23 марта 2018).
3. Все о металлургии // http://metal-archive.ru/tyazhelye-metally/1555-proizvodstvo-vtorichnogo-svinca-i-splavov-na-svincovoy-osnove.html
4. Вторичное сырье цветных металлов // Цветная металлургия // https://metallurgy.zp.ua/vtorichnoe-syre-tsvetnyh-metallov/ (11.09.2017)
5. Зенин В.В. Возможен ли всеобщий отказ от свинца? // http://www.solidwaste.ru/publ/view/330.html
6. Китай: импорт металлолома упал на 34% в первом квартале 2018 года // https://metallplace.ru/news260418_7/
7. Лузгин В.И., Петров А.Ю. Современные технологии переработки лома черных и цветных металлов // Литье и металлургия. 2008 № 1(45). С. 9-14.
8. Минпромторг запретит экспорт руд из России // https://metagazeta.ru/economics/minpromtorg-zapretit-eksport-rud-i-rossii-s-1-maya/ (11.03.2019)
9. Этапы и принципы переработки металлолома // https://vtorexpo.ru/metall/printsipy-pererabotki-metalloloma.html
10.UNCTADSTAT // https://unctadstat.unctad.org/wds/TableViewer/tableV iew.aspx (01.06.2019)
11.World Mineral Production 2013-2017. British Geological Survey. 2018. C. 43.
Recycling of resources in the metallurgical industry in Russia and China
Rastyannikova E.V.
Institute of Oriental Studies RAS
Environmental problems in the extraction and enrichment of metal ores have increased the demand for ferrous and non-ferrous scrap. In the metallurgical industry is gaining momentum secondary use of resources. The article describes the current and future technologies used in secondary metallurgy. Particular attention is paid to the use of ferrous scrap and lead scrap. In Russia, recycling of ferrous scrap is a promising industry, it carries out significant investments. More than 20% of the scrap of ferrous metals harvested in Russia is exported, the export revenue from the sale of ferrous metals and iron ore in 2018 was almost the same. China, the largest consumer and importer of ferrous scrap, is expected to see a further increase in demand for scrap steel. In the first place for the export of steel scrap to China in 2018, Japan was followed by the United States and Australia. The lead is the highest of all metal's utilization in the secondary treatment, the average for the world in 2018 it was about 60%, and only 40% of lead was made from ore. State policy on foreign trade in scrap metal in Russia and China has a different focus: in Russia in 2019 it is expected to impose restrictions on the export of scrap metal, in China by the end of 2020 should be completely banned the import of scrap.
Keywords: Secondary metallurgy, ferrous scrap, lead scrap, new technologies of scrap processing, Russia, China.
References:
1. In 2018, exports of Russian ferrous scrap increased significantly // Metallurgical Bulletin // https://www.metalbulletin.ru/news/scrap/10143889/ (05.03.2019)
2. In Russia stopped the largest open-hearth furnace // https://www.rbc.ru/business/23/03/2018/5ab4e28c9a7947f5e7 442491 (23 марта 2018).
3. All about metallurgy // http://metal-archive.ru/tyazhelye-metally/1555-proizvodstvo-vtorichnogo-svinca-i-splavov-na-svincovoy-osnove.html
4. Secondary raw materials of non-ferrous metals // Non-Ferrous metallurgy // https://metallurgy.zp.ua/vtorichnoe-syre-tsvetnyh-metallov/ (11.09.2017)
5. Zenin V. V. Is it possible to universal rejection of lead?// http://www.solidwaste.ru/publ/view/330.html
6. China: scrap metal imports fell 34% in the first quarter of 2018 // https://metallplace.ru/news260418_7/
7. Luzgin V. I., Petrov A. Yu. Modern technologies of processing of ferrous and nonferrous metals // Casting and metallurgy. 2008 № 1(45). С. 9-14.
8. The Ministry of industry and trade will ban the export of ores from Russia // https://metagazeta.ru/economics/minpromtorg-zapretit-eksport-rud-i-rossii-s-1-maya/ (11.03.2019)
9. Stages and principles of scrap metal processing // https://vtorexpo.ru/metall/printsipy-pererabotki-metalloloma.html
10. UNCTADSTAT // https://unctadstat.unctad.org/wds/TableViewer/tableView.aspx (01.06.2019)
11. World Mineral Production 2013-2017. British Geological Survey. 2018. C. 43.
X X О го А С.
X
го m
о
ю 7
М О
to
