Глобальный элементопоток марганца.

Фактов причинения вреда окружающей среде присутствием в ней марганца на настоящий момент не установлено. Тем не менее, марганец и его химические соединения входят в список веществ, о выбросах которых в окружающую среду необходимо уведомлять соответствующие органы экологического мониторинга (в США это Агентство по защите окружающей среды - ЕРА). Марганец является одним из жизненно важных элементов для людей, животных и растений. Основные параметры природной миграции марганца в биосфере приведены в таблицах 28 и 29 /230, 233…235/.

 

Рисунок 6. Движение хрома в техносфере, млн. т / год.

 

 

 

Рисунок 7. Основные направления элементопотока хрома в природной и техногенной среде.

 

 

Таблица 28. Основные параметры природной миграции марганца в биосфере, тыс. тонн.

Процесс	Диапазон значений	Среднее значение
Выветривание частиц почвы	42-430	226
Выбросы вулканической пыли	-	120
Осаждение пыли на поверхность континентов	-	148
Эоловый вынос в океан	4-80	42
Выбросы подводных вулканов	8-60	34
Растворение в гидросфере (образование морской соли)	0,2-1,9	1
Осаждение на дно океанов	-	145

 

Таблица 29. Основные параметры биологической миграции марганца, тыс. тонн.

Процесс	Диапазон значений	Среднее значение
Растения и бактерии	5-95	50
Животный мир	0,1-3,0	1,5
Морские и океанские растения и животные	0,2-3,0	1,5
Итого биологический круговорот	5,3-101	53

 

В мировом потреблении металлов в последние десятилетия марганец делит с цинком четвертое-пятое места после железа, алюминия и меди. Главным потребителем марганцевых руд является черная металлургия, в которой используется свыше 90% товарного марганца. Кроме того, марганец широко используется в цветной металлургии, электротехнической и химической промышленности, в медицине и сельском хозяйстве.

Таблица 30. Области применения марганца и его соединений.

Вещество	Область применения
Металлический марганец	Сплавы на основе цветных металлов.
Диоксид марганца	Производство химических источников тока, стекла, глазури, ванили; окрашивание кирпича и кафеля; получение концентрата диоксида урана.
Перманганат калия	Очистка питьевой воды, обработка сточных вод, деодоризация выбросов красильных и рыбозаготовительных фабрик; окислитель.
Фосфат марганца	Защита стальной оболочки контейнеров с нефтью и воском; покрытие для движущихся деталей.
Феррит марганца	Производство телевизионных монтажных плат.
Циклопентадиенилтрикарбонил марганца	Изготовление экологически чистой анти-детонационной присадки к моторному топливу.
Оксид и сульфат марганца	Удобрения.
Сульфат марганца	Пищевые добавки к корму домашних животных.

 

Содержание марганца в стальной продукции общего назначения колеблется от 0,25 до 0,8%. Некоторые сорта стали с повышенным (до 1,8%) содержанием марганца, обладающие особой прочностью и устойчивостью к истиранию, используются для изготовления деталей, подвергающихся высоким нагрузкам: карданных и коленчатых валов, поршней, шестерен, дисков, осей, арматурных конструкций. Вследствие значительной степени использования марганца в черной металлургии между потреблением этого металла и производством стали долгое время существовала ярко выраженная корреляция.

Техногенные выбросы марганца в значительной степени локализованы в районах, занимаемых горно-обогатительными предприятиями. По данным USGS «Mineral Commodity Summaries» около 19 миллионов тонн марганца в год приходит в движение вследствие работы горнорудной промышленности. Это примерно вдвое превышает нынешний годовой объем производства марганцевой руды (выход продукта из руды может варьироваться от 50% до 60%). В результате добычи свыше одного миллиарда тонн железной руды, (если принять выход продукта за 75% и содержание марганца в 0,1%) в круговорот дополнительно вовлекается около одного миллиона тонн марганца ежегодно. Около 700-800 тыс. т марганца потребляется в цветной металлургии, электротехнической, химической, керамической промышленности, производстве стекла и сельском хозяйстве. Мировое производство электролитического металлического марганца составляет 100 тыс. т в год /231, 232, 237, 238/.

 

Таблица 31. Макробаланс марганца потребленного в США в XX веке (1901-2000 год).

Статья баланса	Количество металлического марганца	% от общего потребления
Общее потребление, итого	89,7	100
Перешло в шлаки, шламы и пыли металлургической промышленности (черной, цветной, ферросплавной)	57,7	64,3
Диссипация в ОС в процессе эксплуатации металлических изделий (коррозия, истирание и т.п.)	9,2	10,3
Диссипация в ОС продукции химической промышленности, сельского хозяйства, аккумуляторных батарей, и т.п.	8,6	9,6
Накоплено в виде запаса национальной обороны и текущих запасов потребителей и производителей	2,5	2,8
Накоплено в действующем металлофонде страны	11,7	13,0

 

Расчеты параметров движения марганца в техносфере выполнены с использованием источников /197…203, 230…232, 237…240/, их результаты приведены на рисунках 8, 9, 10 и в таблицах 32 и 33.

 

Рисунок 8. Движение марганца в техносфере (кроме металлургии), тыс. т / год.

 

Рис. 9. Движение марганца в технологическом цикле черной металлургии, тыс. т/год.

 

Рис. 10. Основные направления элементопотока марганца в природной и техногенной среде.

 

 

Таблица 32. Основные параметры движения марганца в техносфере, тыс. тонн:

Процесс	Диапазон оценочных значений	Среднее значение
1. Выбросы в атмосферу	1,6-19,0	10,8
1.1. Сжигание угля	0,4-2,4	1,4
1.2. Сжигание нефти	0,4-0,8	0,6
1.3. Пыление и выветривание при добыче и обогащении: -угля -руд цветных металлов -руд черных металлов	0,4-0,8 0,8-4,2 1,0-1,3	0,6 2,5 14,7
1.4. Переработка и сжигание ТБО	0,3-1,3	0,8
1.5. Неуловленная пыль металлургического производства	н.д.	18,0
Итого выбросы в атмосферу		48,8
2. Выбросы на поверхность земли:
2.1. Шлаки и шламы черной металлургии и металлообработки		4425
2.2. Шлаки и шламы цветной металлургии	12,0-25,0	18,0
2.3. Истирание в процессе эксплуатации металлических изделий (0,5% от объема металлофонда, 10 млрд. тонн.)		25
2.4. Коррозия металлических изделий (0,6 % от металлофонда)		30
Поступает из металлофонда с ломом		1500
Накапливается в металлофонде		5400
2.5. Отходы сельского хозяйства и животноводства	65-252	158,5
2.6. Отходы лесной промышленности	18-104	61,0
2.7. Размещение ТБО на полигонах и свалках	7-42	24,5
2.8. Осадки сточных вод канализационных систем	4,4-11	7,7
2.9. Зола от сжигания углей и нефтепродуктов	498-1655	1076
2.10. Атмосферные осадки	7,4-46	26,5
Итого выбросы на поверхность земли		1354,2
3. Выбросы в гидросферу
3.1. Сточные воды: металлургии химической промышленности сельского хозяйства	12-20 3-15 2-15	16 9 8,5
2.2. Муниципальные сточные воды	5-10	7,5
2.3. Атмосферные осадки	9,6-35	22,3
Итого выбросы в гидросферу		63,3

 

Таблица 33. Баланс марганца в техносфере, тыс. тонн.

Статья баланса	Количество марганца	Массовая доля % от прихода
Приход в техносферу, всего	17714	100
в том числе: марганцевые руды железные руды угли и нефть	11444 4419 1851	64,6 24,9 10,5
Расход
1 Накопление в сфере потребления, в том числе в металлофонде	3309 3091	18,7
2 Накопление в горнодобывающих комплексах (вскрышные и отвальные породы, шламы)	5923	33,4
3 Накопление в техногенных месторождениях в местах производства продукции и энергии (шламы, шлаки, ЗШО ТЭС)	6868	38,8
4 Накопление в виде ТБО на свалках и полигонах	227	1,3
5 Выбросы – в атмосферу – в гидросферу – диссипация из металлофонда и техногенных месторождений	1387 711 252 424	7,8 4,0 1,4 2,4
Рециклинг, всего в том числе: производственный глобальный	7941 5176 2765	44,9 29,3 15,6