Воздействие окружающей среды на металл

Обновлено: 19.05.2024

- Грунтовки и фосфатирование

1.5 Ингибиторы

Применение ингибиторов – один из самых эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах. Ингибиторы – это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Ингибирующее воздействие на металлы, прежде всего на сталь, оказывает целый ряд неорганических и органических веществ, которые часто добавляются в среду, вызывающую коррозию. Ингибиторы имеют свойство создавать на поверхности металла очень тонкую пленку, защищающую металл от коррозии.

Эффективность действия ингибиторов зависит в основном от условий среды, поэтому универсальных ингибиторов нет. Для их выбора требуется проведение исследований и испытаний. [4]

2. Влияние условий внешней среды и некоторых веществ на коррозионные процессы

2.1 Социологический мониторинг учащихся МБОУСОШ№1

Мною был проведен социологический мониторинг учащихся 10-11 классов (56 человек).

Приложение № 1 а, б.

Вывод: Большая часть опрошенных имеет поверхностные знания о коррозии металлов, незначительные знания о методах защиты от разрушения металлов, респонденты не представляет реальных масштабов государственных экономических потерь от коррозии.

2.2 Влияние некоторых факторов внешней среды на коррозию металлов.

Экспериментальная работа по исследованию процесса коррозии заключается в изучении влияния факторов внешней среды на разрушение металлов и сплавов. В качестве объекта исследования был выбран стальной гвоздь средних размеров - образец №1, стальной гвоздь в контакте с алюминием – образец №2 и стальной гвоздь в контакте с медью – образец№3. Процесс коррозии на практике был исследован в естественных условиях, для чего были выбраны 5 участков в различных экологических зонах.

Участок №1- школьный химический кабинет. Температура постоянная, влажность небольшая, в воздухе возможны примеси летучих соединений (Приложение № 2)

Участок №2- жилая комната. Температура постоянная, влажность небольшая, примеси в воздухе незначительные. ( Приложение №3)

Участок№3- искусственное лесонасаждение. Температура непостоянная, влажность средняя, примеси в воздухе естественные для деревьев. ( Приложение №4)

Участок №4 - обочина трассы с. Летняя Ставка ул. Чкалова средней оживленности. Температура непостоянная, влажность средняя, примеси в воздухе присутствуют в виде выхлопных газов автомобилей. ( Приложение №5)

Участок №5- животноводческая точка. Температура непостоянная, влажность высокая, примеси в воздухе присутствуют в виде естественных выделений крупнорогатого скота.

Первые проявления - слабые полоски ржавчины появились через 1 неделю на участке №5 у образцов 5.1 и 5.3.На остальных участках видимых изменений не наблюдалось. ( Приложение №6)

К концу второй недели был обнаружен обширный процесс коррозии на участке №3 у образцов 3.1 и 3.3(Приложение №7).Объекты 5.1и 5.3 продолжали разрушаться. На остальных участках видимых изменений не наблюдалось. Только к концу третьей недели у образцов участка №4 появились признаки разрушающего сталь процесса. Коррозии подверглись объекты 4.1 и 4.3.На участках №1 и №2 видимых изменений не наблюдалось. Четвертая неделя, завершающая эксперимент, только подтвердила протекание коррозии образцов: 3.1 и 3.3, 4.1 и 4.3, 5.1 и 5.3. Проявлений, подтверждающих возникновение коррозии образцов на участках №1 и №2, так и не было зафиксировано.

Следует отметить, что исследование проводилось в декабре 2015 года, однако погода была не зимняя. До конца декабря температура воздуха не опускалась ниже -3 0 С.

Отмечено, что разрушение происходило только в образцах №1 (3.1, 4.1, 5.1)- стальной гвоздь и в образцах №3 (3.3, 4.3, 5.3)- стальной гвоздь в контакте с медной проволокой. Разрушение образцов 3.2, 4.2 и 5.2 либо не происходило, либо происходило незначительно - только шляпки гвоздей, где контакта с алюминием не было. Вывод: Условия внешней среды существенно влияют на коррозию металлов:

1. В помещении, где влажность минимальна, процесс коррозии замедлен или вовсе останавливается. В природных условиях, при перепадах температур и повышенной влажности, процесс коррозии протекает активно.

2.Процесс разрушения вблизи животноводческой точки начался раньше и продолжался быстрее, так как здесь наблюдается повышенная влажность, этим можно объяснить объемную коррозию образцов на этом участке.

3. У дороги, где коррозия была, не столь обширна и протекала заметно медленнее, наблюдается повышенное содержание выхлопов автомобилей. Так как выхлопные газы , в большинстве своем не являются сильными электролитами, процесс разрушения был невелик.

4. Наблюдения за образцами контактными и неконтактными, позволяет подтвердить тот факт, что при контакте металла с более активным металлом ( образцы 3.2, 4.2, 5.2), происходит разрушение этого металла и защита основного образца от коррозии. Металл, контактирующий с менее активным металлом, обречен на разрушение (образцы 3.3, 4.3, 5.3)

2.3 Вещества, изменяющие скорость окисления металлов

Один из наиболее эффективных способов борьбы с коррозией металлов - использование ингибиторов. Целью экспериментальной работы было выявление веществ, замедляющих или совсем останавливающих коррозию. В пробирки с нейтральной, кислой и щелочной средами были добавлены: аммофос (Приложение №9), Na₂SiO₃(Приложение №10), K₂Cr₂O₇(Приложение №11),CuSO₄ . 5Н₂О (Приложение №12), глицерин (Приложение№13), крахмал (Приложение №14), а один образец остался контрольным (Приложение №8), без добавления химических веществ. В

каждую пробирку был помещен железный гвоздь в контакте с медной проволокой. Уже на 2 день наблюдений в пробирках появились первые изменения.Приложение №15

На 5 день наблюдений, практически во всех образцах шел коррозионный процесс, только с разной скоростью. Приложение №16, Приложение №17,Приложение №18

Вывод: 1. В нейтральной среде CuSO4 . 5Н₂О усилил коррозионные процессыметаллов. Аммофос и крахмал не повлияли, а Na₂SiO₃, K₂Cr₂O₇, глицерин незначительно замедлили окисление металлов.

2. В кислой среде в качестве ингибиторов можно использовать: аммофос, K₂Cr₂O₇, глицерин. Недопустимо присутствие CuSO₄ . 5Н₂О , Na₂SiO₃, т.к. очень сильно ускорил процесс разрушения металлов. Крахмал никак не повлиял на коррозию.

3. В щелочной среде Na₂SiO₃коррозию практически прекратил, остальные вещества не влияют или почти не влияют на разрушение металлов.

Таким образом, в качестве ингибиторов можно использовать аммофос, K₂Cr₂O₇ , глицерин, Na₂SiO₃.

III. Заключение

Исследования показали, что выдвинутая гипотеза верна. Коррозия действительно сильно зависит от условий внешней среды, ингибиторы необходимо подбирать индивидуально, учитывая pH среды.

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. В XXI веке высокие темпы развития промышленности, интенсификация производственных процессов, повышение основных технологических параметров предъявляют высокие требования к надежной эксплуатации технологического оборудования и строительных конструкций. Особое место в комплексе мероприятий по обеспечению бесперебойной эксплуатации оборудования отводится надежной защите его от коррозии.

Необходимость осуществления мероприятий по защите от коррозии диктуется тем обстоятельством, что потери от коррозии приносят чрезвычайно большой ущерб. По имеющимся данным, около 10% ежегодной добычи металла расходуется на покрытие безвозвратных потерь вследствие коррозии. Основной ущерб от коррозии металла связан не только с потерей больших количеств металла, но и с порчей или выходом из строя самих металлических конструкций. К потерям отнесены также громадные затраты на всякого рода защитные антикоррозионные мероприятия, ущерб от ухудшения качества выпускаемой продукции, выход из строя оборудования, аварий на производстве и так далее.

Защита от коррозии является одной из важнейших проблем, имеющей огромное значение для народного хозяйства, а использование ингибиторов - это наиболее эффективное средство борьбы с разрушением металлов.

IV.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андреев И.Н. Коррозия металлов и их защита. – Казань: Татарское книжное издательство, 2001.[3] 2. Войтович В.А., Мокеева Л.Н. Биологическая коррозия. – М.: Знание, 1999, № 10. 3. Краткая химическая энциклопедия под редакцией И.А. Кнуянц и др. – М.: Советская энциклопедия, 1961-1967, Т.2.[4] 4. Лукьянов П.М. Краткая история химической промышенности. М.:Издательство АН СССР, 1979. 5. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. – М.: Высшая школа, 2000.[2] 6. Советский энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1993. 7.Теддер Дж., Нехватал А., Джубб А. Промышленная органическая химия. – М.: Мир, 2002. 8. Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. – Л.: Химия, 2003.

Воздействие окружающей среды на металл

4. Краткая химическая энциклопедия / под ред. И.А. Кнуянц [и др.]. Т. 2. – М. : Советская энциклопедия, 1961–1967.

Известно, что коррозия разрушает металл, но трудно представить, каков от нее общий ущерб. По оценкам специалистов различных стран эти потери в промышленно развитых странах составляют от 2 до 4% валового национального продукта. При этом потери металла, включающие массу вышедших из строя металлических конструкций, изделий, оборудования, составляют от 10 до 20% годового производства стали. Так в США по последним данным NACE ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составили 3,1% от ВВП (276 млрд долл.). В Германии этот ущерб составил 2,8% от ВВП [1].

В России за год производят проката из черных металлов около 47 млн т. По данным Института физической химии РАН, коррозия съедает до 10% производимого металла, кроме того от 5 до 10% транспортных и строительных конструкций, зданий и сооружений ежегодно выходят из строя или требуют ремонта из-за коррозионных повреждений.

Проблемы коррозии очень остро стоят и в нефтегазовой промышленности России. До 70% российских трубопроводов требует капитального ремонта. Основная причина отказов нефтегазовых сооружений – в коррозионном факторе. По информационным источникам в России аварии на нефте- и газопроводах происходят, в основном, по причине износа труб: из-за внутренней коррозии (внутрипромысловые нефтепроводы) и из-за внешней коррозии (магистральные нефтепроводы). В результате сокращения утечек, возможно сохранить до 24 млрд. м3 нефти и газа [2].

Цель: изучить химическую сущность, условия и методы защиты от коррозии.

– изучить химические процессы, вызывающие разрушение металлов;

– провести опрос среди учащихся с целью выявления знаний о коррозии;

– рассмотреть типы коррозии;

– изучить условия, вызывающие окисление металлов;

– изучить методы защиты от коррозии;

– экспериментально подобрать вещества, замедляющие процессы разрушения металлов.

– теоретические (анализ фактов, обобщение материала, просмотр телевизионных программ по теме, интернетресурсов);

– эмпирические (сравнение, сопоставление, проведение соцопроса);

– экспериментальные (влияние различных условий на коррозионные процессы).

Актуальность. Ежегодно коррозия наносит огромнейший ущерб народному хозяйству каждой страны. В промышленно развитых странах убытки от коррозии за год составляют в среднем около 3–5% от внутреннего валового продукта, а потери металла достигают 20%. Государства несут огромные убытки.

Гипотеза: условия внешней среды существенно влияют на коррозию, некоторые вещества способны замедлять или ускорять процессы разрушения металлов.

Коррозия – это разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства.

Условия, вызывающие коррозию: влажность, температура, давление, химические соединения, находящиеся в окружающей среде.

Равномерная коррозия охватывает всю поверхность равномерно; неравномерная, местная, пятнами - корродирует отдельные участки поверхности, язвенная, химическая, электрохимическая и т.д.

Под химической коррозией подразумевают взаимодействие металлической поверхности с окружающей средой.

Примером химической коррозии служат ржавление железа и покрытие патиной бронзы. В промышленном производстве металлы нередко нагреваются до высоких температур. В таких условиях химическая коррозия ускоряется. Многие знают, что на прокатке раскаленных кусков металла образуется окалина:

Практически наиболее важным видом химической коррозии является взаимодействие металла при высоких температурах с кислородом и другими газообразными активными средами (H2S, SO2, галогены, водяные пары, CO2). Подобные процессы химической коррозии металлов при повышенных температурах носят также название газовой коррозии.

Под электрохимической коррозией подразумевают процесс взаимодействия металлов с электролитами в виде водных растворов, реже с неводными электролитами, например, с некоторыми органическими электропроводными соединениями или безводными расплавами солей при повышенных температурах [3].

Сложность процесса заключается в том, что на одной и той же поверхности происходят одновременно два процесса, противоположные по своему химическому смыслу: окисление металла и восстановление окислителя. По такому принципу протекают, например, взаимодействие металла с кислотами:

Zn + 2HCl = Zn+2 +2Cl- + H2.

Эта суммарная реакция состоит из двух актов:

1) Zn0 – 2e = Zn+2 окисление;

2) 2H+ + 2e = H2 восстановление.

Электрохимическая коррозия часто связана с наличием в металле случайных примесей или специально введенных легирующих добавок.

Общая схема кислородной деполяризации сводится к восстановлению молекулярного кислорода до иона гидроокисла:

O2 + 4e +2H2O = 4OH-

По типу агрессивных сред, в которых протекает процесс разрушения, коррозия может быть следующих видов:

газовая коррозия;
атмосферная коррозия;
коррозия в неэлектролитах;
коррозия в электролитах.

2. Защитные пленки.

3. Грунтовки и фосфатирование.

4. Электрохимическая защита.

5. Покрытие металлами.

Применение ингибиторов – один из самых эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах. Ингибиторы – это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Ингибирующее воздействие на металлы, прежде всего на сталь, оказывает целый ряд неорганических и органических веществ, которые часто добавляются в среду, вызывающую коррозию. Ингибиторы имеют свойство создавать на поверхности металла очень тонкую пленку, защищающую металл от коррозии.

Влияние условий внешней среды и некоторых веществ на коррозионные процессы

Социологический мониторинг учащихся МБОУ «СОШ№ 1»

Мною был проведен социологический мониторинг учащихся 10–11 классов (56 человек).

Вывод: большая часть опрошенных имеет поверхностные знания о коррозии металлов, незначительные знания о методах защиты от разрушения металлов, респонденты не представляет реальных масштабов государственных экономических потерь от коррозии.

Влияние некоторых факторов внешней среды на коррозию металлов

Экспериментальная работа по исследованию процесса коррозии заключается в изучении влияния факторов внешней среды на разрушение металлов и сплавов. В Качестве объекта исследования был выбран стальной гвоздь средних размеров – образец № 1, стальной гвоздь в контакте с алюминием – образец № 2 и стальной гвоздь в контакте с медью – образец№ 3. Процесс коррозии на практике был исследован в естественных условиях, для чего были выбраны 5 участков в различных экологических зонах.

Участок № 1 – школьный химический кабинет. Температура постоянная, влажность небольшая, в воздухе возможны примеси летучих соединений.

Участок № 2 – жилая комната. Температура постоянная, влажность небольшая, примеси в воздухе незначительные.

Участок№ 3 – искусственное лесонасаждение. Температура непостоянная, влажность средняя, примеси в воздухе естественные для деревьев.

Участок № 4 - обочина трассы с. Летняя Ставка ул. Чкалова средней оживленности. Температура непостоянная, влажность средняя, примеси в воздухе присутствуют в виде выхлопных газов автомобилей.

Участок № 5 – животноводческая точка. Температура непостоянная, влажность высокая, примеси в воздухе присутствуют в виде естественных выделений крупнорогатого скота.

Первые проявления – слабые полоски ржавчины появились через 1 неделю на участке № 5 у образцов 5.1 и 5.3. На остальных участках видимых изменений не наблюдалось.

К концу второй недели был обнаружен обширный процесс коррозии на участке № 3 у образцов 3.1 и 3.3. Объекты 5.1и 5.3 продолжали разрушаться. На остальных участках видимых изменений не наблюдалось. Только к концу третьей недели у образцов участка № 4 появились признаки разрушающего сталь процесса. Коррозии подверглись объекты 4.1 и 4.3. На участках № 1 и № 2 видимых изменений не наблюдалось. Четвертая неделя, завершающая эксперимент, только подтвердила протекание коррозии образцов: 3.1 и 3.3, 4.1 и 4.3, 5.1 и 5.3. Проявлений, подтверждающих возникновение коррозии образцов на участках № 1 и № 2, так и не было зафиксировано.

Следует отметить, что исследование проводилось в декабре 2015 г., однако погода была не зимняя. До конца декабря температура воздуха не опускалась ниже –3 С.

Отмечено, что разрушение происходило только в образцах № 1 (3.1, 4.1, 5.1) – стальной гвоздь и в образцах № 3 (3.3, 4.3, 5.3) – стальной гвоздь в контакте с медной проволокой. Разрушение образцов 3.2, 4.2 и 5.2 либо не происходило, либо происходило незначительно – только шляпки гвоздей, где контакта с алюминием не было.

Вывод – условия внешней среды существенно влияют на коррозию металлов:

2. Процесс разрушения вблизи животноводческой точки начался раньше и продолжался быстрее, так как здесь наблюдается повышенная влажность, этим можно объяснить объемную коррозию образцов на этом участке.

3. У дороги, где коррозия была, не столь обширна и протекала заметно медленнее, наблюдается повышенное содержание выхлопов автомобилей. Так как выхлопные газы в большинстве своем не являются сильными электролитами, процесс разрушения был невелик.

4. Наблюдения за образцами контактными и неконтактными, позволяет подтвердить тот факт, что при контакте металла с более активным металлом (образцы 3.2, 4.2, 5.2), происходит разрушение этого металла и защита основного образца от коррозии. Металл, контактирующий с менее активным металлом, обречен на разрушение (образцы 3.3, 4.3, 5.3).

Вещества, изменяющие скорость окисления металлов

Один из наиболее эффективных способов борьбы с коррозией металлов – использование ингибиторов. Целью экспериментальной работы было выявление веществ, замедляющих или совсем останавливающих коррозию. В пробирки с нейтральной, кислой и щелочной средами были добавлены: аммофос (приложение № 9), Na2SiO3 (приложение № 10), K2Cr2O7 (приложение № 11), CuSO4. 5Н2О (приложение № 12), глицерин (приложение№ 13), крахмал (приложение № 14), а один образец остался контрольным (приложение № 8), без добавления химических веществ. В каждую пробирку был помещен железный гвоздь в контакте с медной проволокой. Уже на второй день наблюдений в пробирках появились первые изменения.

На пятый день наблюдений, практически во всех образцах шел коррозионный процесс, только с разной скоростью.

1. В нейтральной среде CuSO4.5Н2О усилил коррозионные процессы металлов. Аммофос и крахмал не повлияли, а Na2SiO3, K2Cr2O7, глицерин незначительно замедлили окисление металлов.

2. В кислой среде в качестве ингибиторов можно использовать: аммофос, K2Cr2O7, глицерин. Недопустимо присутствие CuSO4 .5Н2О, Na2SiO3, так как очень сильно ускорил процесс разрушения металлов. Крахмал никак не повлиял на коррозию.

3. В щелочной среде Na2SiO3 коррозию практически прекратил, остальные вещества не влияют или почти не влияют на разрушение металлов.

Таким образом, в качестве ингибиторов можно использовать аммофос, K2Cr2O7, глицерин, Na2SiO3.

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. В XXI в. высокие темпы развития промышленности, интенсификация производственных процессов, повышение основных технологических параметров предъявляют высокие требования к надежной эксплуатации технологического оборудования и строительных конструкций. Особое место в комплексе мероприятий по обеспечению бесперебойной эксплуатации оборудования отводится надежной защите его от коррозии.

Экологические проблемы металлургии в России

Экологические проблемы металлургического комплекса – это загрязнение воздуха, воды и земли из-за образования большого количества опасных отходов. Объемы извлечения металла увеличиваются с каждым днем, что приводит к образованию отходов и загрязняющих веществ. Расширяются производственные площади, близлежащие районы и земли страдают и не пригодны для ведения сельского хозяйства.

Основные угрозы и экологические проблемы металлургического комплекса

Экологические проблемы металлургической промышленности характеризуются, исходя из их воздействия. К ним относятся:

выделение токсичных газов;
загрязнение воздуха пылью, дымом;
загрязнение земель, вызванное процессом добычи полезных ископаемых;
утилизация или переработка отходов в горнодобывающей промышленности.

Например, газы, производимые металлургическими предприятиями, отрицательно влияют на здоровье человека. Что касается процесса добычи полезных ископаемых, то он приводит к накоплению пустой породы на поверхности земли, которая охватывает большие площади земли. А сильный ветер вызывает пылевые бури в здешних краях. В результате этого процесса образуются вредные газы, такие как NO и NO₂.

И это не все экологические проблемы цветной металлургии, а также черной металлургии. Сточные воды, образующиеся в процессе добычи полезных ископаемых, содержат ионы аммония, которые восстанавливаются микроорганизмами до NH₃ и являются токсичными по своей природе.

Вдыхание токсичных газов:

Вызывает отравление. Некоторые газы очень опасны при непрерывном дыхании или при более высокой концентрации, так как они содержат ядовитые пары или ядовитую пыль;
Газы, такие как SO2, вызывают раздражение, такое как чрезмерный поток слюны, а также раздражение глаз и дыхательных путей.
Ацетилен и некоторые другие, вызывают удушье. В более высокой концентрации в воздухе он вызывает смерть без других значительных физиологических эффектов.

Также, угарный газ вызывает особый случай асфиксии, поскольку он ухудшает сосудистый транспорт кислорода. Подсчитано, что только 0,1% CO в воздухе достаточно, чтобы убить человека за несколько минут удушьем.

Взрывопожарная угроза

При работе с газами, парами и расплавленными материалами, такими как расплавленные соли, шлаки, металлы, в металлургической промышленности могут происходить взрывы. Когда эти расплавленные материалы соприкасаются с водой, происходит взрыв.

Хотя безопасно заливать расплавленный шлак или расплавленный металл в воду для охлаждения, но обратное неверно. Расплавленные металлы опасны при контакте с водой из-за образования H₂S, который является взрывоопасным.

В подземных угольных шахтах природный газ является причиной взрыва. Также алюминиевый или железный порошок может загореться, если подвергнется окислению. Некоторые микроорганизмы катализируют реакцию окисления и выделяют тепло, которое может спровоцировать взрыв.

Загрязнение воздуха пылью и дымом

Химические реакции, происходящие в металлургическом процессе, приводят к образованию паров и дыма. Пыль образуется в результате механического истирания. Вдыхание пыли вызывает проблемы с легкими. Пыль, подобная асбесту, вызывает рак, поскольку она повреждает легкие, а также другие части тела. Пары и дым более опасны, чем пыль, из-за их небольшого размера и легкости, с которой они могут проникать в дыхательную систему организма.

Загрязнение земель, вызванное процессом добычи полезных ископаемых

Добыча полезных ископаемых — это процесс, посредством которого происходит извлечение ценного материала из земли. Она включает в себя в основном добычу тех полезных ископаемых, которые не могут быть сделаны искусственно или являются невозобновляемыми ресурсами. Но этот процесс может быть причиной многих экологических проблем, включая эрозию почвы, образование провалов, потерю биоразнообразия и загрязнение грунтовых и поверхностных вод.

Проблемы утилизации или переработки отходов в металлургии

Руды, полученные в процессе добычи, очищаются путем удаления нежелательных компонентов. Это причина больших проблем утилизации. Компоненты содержат пириты, которые подвергаются окислению и выделяют серную кислоту при воздействии воздуха или влаги.

Утилизация различных металлургических шлаков, образующихся в процессе извлечения, рафинирования и легирования металлов, является экологической проблемой. Потому что, если с ними не обращаться должным образом, они становятся огромным источником отходов. Поскольку рост индустриализации идет очень быстро, земля для заполнения этих земель шлаками сокращаются во всем мире.

Кроме того, отходы вызывают загрязнение воздуха, земли и воды. По мере того как шлаки производятся в большом количестве в пирометаллургическом процессе, соответствующие затраты на утилизацию становятся все более высокими. Это влияет на здоровье человека, так как растительность на загрязненных землях и зараженная вода потребляются людьми.

В основном токсичными элементами, присутствующими в шлаке, являются мышьяк, свинец, кадмий, кобальт, хром и никель. При экологическом испытании шлака делается вывод о том, что плавильные шлаки содержат 23,5% мышьяка. Отходы мусоросжигательных заводов содержат опасные вещества, такие как тяжелая вода и диоксины. Утилизация этих опасных веществ требует долгосрочной безопасности для будущих перспектив.

Пути решения экологических проблем металлургии

Металлургическая промышленность несет ответственность за проблемы загрязнения. Негативное воздействие должно быть уменьшено, и именно металлурги несут ответственность за защиту окружающей среды и здоровья человека от токсических опасностей, связанных с производством высококачественных металлических изделий. Охрана окружающей среды может быть обеспечена за счет повышения качества побочных продуктов промышленности и утилизации металлургических отходов.

Переработка отходов является наиболее эффективным вариантом, чтобы решить природоохранные и экологические проблемы металлургии. Переработка шлака успешно применяется в различных отраслях промышленности, например, в черной металлургии. Другой метод – совершенствование технологии.

Отрасли промышленности участвуют в продвижении металлургической технологии, обращая внимание на процесс кавитации. Внедряется технология получения стойких сплавов в результате усовершенствование конструкции насоса и расширение спектра сложных применений.

Это можно сделать с помощью нержавеющего сплава, который аналогичен работе с кобальтовыми базовыми материалами. Улучшенный кавитационно-стойкий сплав устойчив к длительной потребности в насосной промышленности. Новый материал способствует совершенствованию технологии и снижению затрат на техническое обслуживание.

Металлургия – это метод извлечения металлов из руд путем удаления нежелательных минералов. В металлургии участвуют три процесса: обогащение руд, превращение руд в оксиды и рафинирование руд. Металлургия используется для того, чтобы изменить форму извлекаемых металлов и сформировать некоторую их комбинацию. Металлургический процесс оказывает большое воздействие на окружающую среду. Основные экологические проблемы черной металлургии (а также цветной) – загрязнение воздуха, воды и земли из-за образования огромного количества отходов.

Охрана окружающей среды может быть обеспечена за счет повышения качества побочных продуктов промышленности и утилизации металлургических шлаков. Осуществляется путем переработки отходов и совершенствования технологий в металлургической промышленности.

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами

Загрязнение тяжелыми металлами окружающей среды становится все более серьезной проблемой и вызывает серьезную озабоченность из-за негативных последствий, которые оно вызывает во всем мире. Эти неорганические загрязнители выбрасываются в воду, почву и в атмосферу из-за быстро растущего сельского хозяйства и металлургической промышленности, неправильной утилизации отходов, удобрений и пестицидов. Некоторые металлы влияют на биологические функции и рост, в то время как другие металлы накапливаются в одном или нескольких органах, вызывая множество серьезных заболеваний, в том числе и рака.

С чем связано загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами?

Тяжелые металлы – хорошо известные загрязнители окружающей среды из-за их токсичности, стойкости в окружающей среде и биоаккумуляционной природы. Различают следующие их источники:

Естественные – включают выветривание металлосодержащих пород и извержения вулканов;
Антропогенные – включают горнодобывающую промышленность и различные виды промышленной и сельскохозяйственной деятельности.

Горнодобывающая и промышленная переработка применяются в отрасли добычи полезных ископаемых. Их последующее применение для экономического развития привели к увеличению мобилизации этих элементов в окружающей среде. Из-за этого нарушены биогеохимические циклы.

Загрязнение водных и наземных экосистем токсичными тяжелыми металлами представляет собой экологическую проблему, вызывающую обеспокоенность населения. Являясь стойкими загрязняющими веществами, тяжелые металлы накапливаются в окружающей среде. Как следствие, они загрязняют пищевые цепи.

Накопление потенциально токсичных тяжелых металлов создает потенциальную угрозу здоровью их потребителей, включая людей. Наиболее опасные для окружающей среды тяжелые металлы и металлоиды включают Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Hg и As.

Проводятся всесторонние химические и токсикологические исследования опасных тяжелых металлов и металлоидов. Результаты показывают, что необходимо предпринять шаги для минимизации воздействия этих элементов на здоровье человека и окружающую среду.

Источники загрязнения тяжелыми металлами

Тяжелые металлы естественным образом присутствуют в земной коре с момента образования Земли. Увеличение использования их человеком привело к неизбежному выбросу токсичных металлов как в земную, так и в водную среду.

В большинстве случаев загрязнение тяжелыми металлами возникло из-за антропогенной деятельности. Она является основной причиной загрязнения из-за следующего:

добычи металлов, плавки, литья;
других отраслей, в которых используются металлы;
выщелачивания металлов из различных источников, в том числе и из мусорных свалок;
экскрементов, домашнего скота и куриного помета;
стоков, автомобилей и дорожных работ.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами связано с использованием достижений научно-технической революции в аграрном секторе. Это происходит, например, из-за применения пестицидов, инсектицидов, удобрений и т.п.

Естественные причины могут также увеличивать загрязнение тяжелыми металлами. К ним относятся вулканическая активность, коррозия металлов, испарение металлов из почвы и воды, повторное взвешивание отложений, эрозия почвы, геологическое выветривание.

Воздействие тяжелых металлов на окружающую среду

Загрязнение тяжелыми металлами становится серьезной проблемой во всем мире. Оно набирает обороты из-за увеличения использования и обработки таких металлов во время различных видов деятельности для удовлетворения потребностей быстро растущего населения. Почва, вода и воздух – основные компоненты окружающей среды, на которые влияет загрязнение тяжелыми металлами.

Загрязнение тяжелыми металлами почв

К попаданию в почву и ее загрязнению приводят:

промышленные выбросы;
удаление отходов с высоким содержанием металлов;
этилированный бензин и краски;
внесение удобрений на землю, пестициды, навоз;
осадки сточных вод;
остатки от сжигания угля и разлив нефтехимических веществ.

Было отмечено, что почвы являются основными поглотителями тяжелых металлов, выбрасываемых в окружающую среду в результате вышеупомянутой антропогенной деятельности. Большинство не подвергаются микробной или химической деградации, поскольку они не разлагаются. Их общие концентрации сохраняются в течение длительного времени после попадания в окружающую среду.

Присутствие тяжелых металлов в почвах является серьезной проблемой из-за их наличия в пищевых цепочках, разрушающих всю экосистему. Поскольку органические загрязнители могут быть биоразлагаемыми, скорость их биоразложения снижается из-за присутствия тяжелых металлов в окружающей среде. Это удваивает загрязнение окружающей среды, увеличивает присутствующие органические загрязнители и тяжелые металлы.

Существуют различные способы, которыми тяжелые металлы представляют опасность для людей, животных, растений и экосистем в целом. К таким путям относятся:

прямое попадание в организм;
поглощение растениями;
пищевые цепи;
потребление загрязненной воды;
изменение pH почвы, пористости, цвета и ее естественного химического состава, что, в свою очередь, влияет на качество почвы.

Загрязнение тяжелыми металлами воды

Хотя существует множество источников загрязнения воды, индустриализация и урбанизация являются двумя виновниками повышенного уровня загрязнения воды тяжелыми металлами. Они переносятся стоками промышленных предприятий, муниципалитетов и городских территорий. Загрязнение водоемов тяжелыми металлами происходит из-за их накопления в почве и отложениях водоемов. Они очень токсичны и создают серьезные проблемы для здоровья людей и других экосистем.

Опасность загрязнение воды для человека определяется уровнем токсичности металла, который зависит от таких факторов:

организмы, которые подвергаются его воздействию;
его природа и биологическая роль;
период, в течение которого организмы подвергаются воздействию металла.

Пищевые цепи символизируют взаимоотношения между организмами экосистемы. Следовательно, загрязнение воды тяжелыми металлами влияет на все организмы в этой цепи. Люди, питающиеся на самом высоком уровне, более склонны к серьезным проблемам со здоровьем. Причина – концентрация тяжелых металлов в пищевой цепи увеличивается.

Загрязнение тяжелыми металлами атмосферы

Индустриализация и урбанизация, вызванные быстрым ростом населения мира, в последнее время сделали загрязнение воздуха серьезной экологической проблемой во всем мире. Загрязнение воздуха увеличивается с помощью пыли и твердых частиц (ТЧ), которые выбрасываются в результате естественных и антропогенных процессов.

Природные процессы, которые приводят к выбросу твердых частиц в воздух, включают:

пыльные бури;
эрозию почвы;
извержения вулканов;
выветривание горных пород.

Антропогенная деятельность в большей степени связана с промышленностью и транспортом. Именно они влияют на загрязнение атмосферы тяжелыми металлами. Последствия могут привести к серьезным проблемам со здоровьем:

раздражение кожи и глаз;
респираторные инфекции;
преждевременная смертность;
сердечно-сосудистые заболевания.

Данные загрязнители также вызывают ухудшение инфраструктуры, коррозию, образование кислотных дождей, эвтрофикацию и дымку. Тяжелые металлы, такие как металлы группы 1 (Cu, Cd, Pb), металлы группы 2 (Cr, Mn, Ni, V и Zn) и металлы группы 3 (Na, K, Ca, Ti, Al, Mg, Fe) происходят из промышленных зон, транспортных средств и естественных источников.

Чтобы защитить здоровье человека, растений, животных, почвы и всех компонентов окружающей среды, должное и тщательное внимание следует уделять технологиям восстановления тяжелых металлов. На текущий момент большинство физических и химических технологий их восстановления требуют обработки большого количества ила, разрушают окружающие экосистемы, и они очень дороги.

Читайте также: