Чистота как дело чести

На протяжении многих десятилетий экологическая безопасность и экономическая эффективность на производстве существовали как бы в противовесе: чем больше объемы товарной продукции, тем хуже экологическая составляющая; чем экологичнее производство, тем выше затраты и ниже прибыль. Сегодня наконец промышленность подходит к тому, что экономическая эффективность и экологическая безопасность оказываются неразрывно связанными – чем более совершенные технологии, тем меньше затрат и отходов, чем меньше отходов – тем меньше ущерба окружающей среде и человеку. О наиболее важных с точки зрения экологии мероприятиях «Норильского никеля» мы попросили рассказать начальника управления научно-технического развития компании Владимира Дьяченко.

Неудивительно, что все крупные технологические проекты, вошедшие в стратегию развития «Норильского никеля» до 2025 года, так или иначе связаны с повышением экологической безопасности. Это – реконструкция Талнахской обогатительной фабрики, модернизация металлургического производства Надеждинского металлургического завода и, конечно же, строительство переделов по производству элементной серы на Медном и Надеждинском заводах.

Проблема № 1

Самая болезненная экологическая проблема «Норильского никеля» – значительные объемы диоксида серы, выбрасываемого непосредственно в атмосферу.

О том, что это такое, Владимир Дьяченко знает не понаслышке: «Я сам прожил в Норильске 25 лет и хорошо представляю, что такое диоксид серы в городе, как он воздействует на жителей. В том числе на людей, которые не имеют непосредственного отношения к производству, но вынуждены жить в этой среде, дышать этим воздухом. Видел ситуации, когда диоксид серы практически накрывал Норильск в периоды штиля, когда не было ветра, – и тогда весь газ ложился на город».

На протяжении десятилетий вопрос об очистке отходящих газов в Норильске пытались решить самыми разными способами. Кстати, наши предприятия не единственные в мире, столкнувшиеся с такой проблемой. Это насущная задача для всех металлургических предприятий, занимающихся производством меди и никеля, поэтому возможные варианты решения этой экологической проблемы широко известны. Но вот применимы ли они в экстремальных условиях Крайнего Севера, где сосредоточены основные предприятия «Норникеля»?

Владимир Дьяченко: «На самом деле есть всего три базовые опции кардинального решения экологической проблемы. Первая – построить высокие трубы и обеспечить рассеивание диоксида серы в высотных слоях атмосферы. По такому пути пошла, например, канадская компания Inco, в настоящее время Vale Inco, которая построила дымовую трубу высотой около четырехсот метров на заводе Copper-Cliff в Садбери (Канада)».

Однако такое решение рождает новые проблемы: опасные для человека газы рассеиваются на гораздо большей территории, пересекают границы государств, вызывая не только новые экологические проблемы, но и проблемы в международных отношениях. И та же Inco в 2010 году вынуждена была принять программу перспективного развития, в которой предусмотрено вложение 2 млрд долларов в дальнейшую очистку выбросов от диоксида серы.

Второй возможный вариант решения проблемы – производство диоксида серы, его ожижение и захоронение в естественных пустотах под землей.

Владимир Дьяченко: «Дело в том, что наше законодательство допускает захоронение отходов производства только в том случае, если иных способов не существует. Сложно получить разрешение государственных органов на такие захоронения еще и потому, что необходимо очень точно спрогнозировать долгосрочные – через десятки и сотни лет – последствия воздействия захороненного вещества с вмещающими породами. Иначе говоря, решив насущную проблему сегодня, мы можем получить экологическую катастрофу завтра. Тем не менее мы прорабатывали возможность захоронения диоксида серы достаточно интенсивно в 2004–2006 годах и пришли к выводу, что для нас это неприемлемый вариант».

Оставался вариант последний – произвести из диоксида серы продукт, который можно либо использовать в технологии, либо складировать на поверхности земли. Традиционно таким продуктом является серная кислота, и практически все металлургические предприятия мира, перерабатывающие серосодержащее сырье, производят ее в больших количествах. А спрос на серную кислоту гарантирован тем, что основной областью ее использования является производство минеральных удобрений. Однако для Норильска это оказалось неприемлемым решением.

Владимир Дьяченко: «Для этого где-то три миллиона тонн серной кислоты нужно производить в год, а использовать ее в Норильске в таких объемах мы не имеем возможности. Значит, надо вывозить. Но пропускная способность наших транспортных предприятий не позволяет организовать вывоз таких больших объемов кислоты на материк. Что делать? Надо увеличить пропускные способности этих транспортных магистралей – железной дороги, морского и речного сообщения, построить соответствующие накопительные емкости в Норильске и Дудинке, нужен специализированный флот, суда ледового класса, пригодные для перевозки кислоты. И даже в этом случае сохраняется вероятность аварии, а разлитие серной кислоты – это катастрофа серьезного масштаба, особенно в охраняемом арктическом бассейне... Словом, и это направление мы отбросили. И пришли к решению, что оптимальный вариант для нас – производство элементной серы».

Богатая и сложная

Предприятия «Норильского никеля» ежегодно добывают в руде более 2 млн тонн серы. Чуть меньше миллиона тонн выбрасывается в атмосферу с отходящими газами, а оставшаяся часть извлекается в отвальные хвосты в процессе обогащения.

Норильские руды чрезвычайно богаты, но при этом и чрезвычайно сложны для переработки, поскольку имеют аномально высокое содержание пирротина – сульфида железа, составляющего до 50% состава богатой руды и содержащего большое количество серы. Для сравнения, на месторождениях в Канаде этот показатель не превышает 20%. Сложность же вывода серы при обогащении руды заключается в том, что минералы зерна пирротина тесно срощены с минералами, содержащими основные металлы, добываемые на предприятиях «Норильского никеля», – медь, никель, платиноиды. И вывести пирротин в отвал без потерь товарной продукции очень и очень сложно.

Поэтому одна из основных задач сейчас, по словам начальника Управления научно-технического развития, – обновить обогатительный передел, повысив извлечение серы в отвальные хвосты уже на самом первом этапе длинной технологической цепочки переработки руд. Это станет возможным после завершения реконструкции Талнахской обогатительной фабрики (ТОФ) в Норильском промышленном районе. В настоящее время полным ходом идет реализация проекта ее модернизации, первые два этапа которого планируется завершить к 2016 году. Именно ТОФ должна будет увеличить вывод пирротина из богатых руд и при этом сохранить извлечение ценных металлов на нынешнем уровне.

Предполагается, что при этом как минимум на 150 тыс. тонн удастся снизить поступление серы в металлургический процесс, что позволит на 10% – а то и больше – снизить ее выбросы с отходящими газами.

Следующий этап, на котором решается экологическая проблема, – плавильные переделы.

Владимир Дьяченко: «На этом этапе основная задача – сократить количество источников образования диоксида серы – а у нас это три металлургических завода с большим количеством разнообразных плавильных агрегатов на каждом – и сосредоточить переработку концентратов на тех переделах, на которых у нас внедрены так называемые автогенные процессы, где используется кислород. При использовании автогенных агрегатов мы получаем небольшие объемы отходящих газов с высокой концентрацией диоксида серы, что очень удобно и экономично для дальнейшей переработки как раз по пути производства элементной серы. Это значит, что мы сосредотачиваем переработку медных концентратов на Медном заводе, где у нас давно внедрена плавка Ванюкова (это наша, российская технология), а никелевых концентратов – на Надеждинском заводе, где мы с 80-х годов прошлого века эффективно эксплуатируем печи взвешенной плавки, разработанные финской компанией Outokumpu».

На решение – всем миром

Следующим вопросом стало производство собственно элементной серы. В январе прошлого года «Норильский никель» объявил открытый международный тендер, направленный на поиск подрядчика для строительства переделов производства элементной серы. Участие в тендере, включая ознакомление с тендерной документацией, приняли более 20 инжиниринговых компаний из России и зарубежья.

Среди компаний, подготовивших технико-коммерческие предложения, были Samsung Engineering – подразделение огромной южнокорейской корпорации, объединившей свои усилия с австрало-американской компанией WorleyParsons, ответственной за технологическую часть проекта; консорциум европейских компаний во главе с итальянским концерном Techint Group и австрийской компанией Pörner; в качестве разработчиков отдельных элементов технологической цепочки – бельгийская компания MECS, которая год назад стала частью американского DuPont, и французская Le Gas Integral. Еще одним участником была российская компания – «Гипрогазоочистка», которая довольно давно работает с «Норильским никелем» и даже участвовала в проектировании производства серы на Медном заводе. Несмотря на собственный опыт, эта фирма тоже выступила совместно с технологическим подрядчиком – американской компанией RATE, специализирующейся на переработке серосодержащих газов.

Почему так много компаний оказалось привлечено к тендеру? Дело в том, что традиционно элементную серу производят из сероводородосодержащего газа – попутного продукта в нефте- и газодобыче. Этот процесс давно и хорошо освоен и в мире, и в России. Но в нашем случае необходимо было сначала перевести часть диоксида серы в сероводород и лишь затем из этой смеси получить элементную серу.

Такого опыта в промышленном масштабе просто ни у кого в мире нет – очевидно, потому что нет ни у кого такой необходимости. Потому что все получают из диоксида серы серную кислоту. Поэтому каждая группа компаний, принявшая участие в тендере, объединила тех, кто обладал опытом доведения диоксида серы до сероводорода (в значительно меньших, правда, масштабах, чем это предстоит сделать), и тех, кто имел опыт организации производства элементной серы из сероводорода.

По итогам тендера был выбран европейский консорциум во главе с Techint Group и Pörner. Их предложение оказалось наиболее привлекательным и по техническим параметрам, и по стоимости реализации проекта.

Одним из необходимых условия эффективного производства элементной серы является стабильная концентрация диоксида серы, поступающего на переработку. Стало очевидно, что достаточно тонкое химическое производство, которым является получение элементной серы, необходимо отделить от собственно металлургического производства.

Владимир Дьяченко: «У нас соотношение сероводорода к диоксиду серы должно быть строго два к одному – ни больше ни меньше. Только при этом условии достигается максимальная эффективность утилизации серы. Но источник диоксида серы – плавильный агрегат – всегда работает с некими короткопериодическими отклонениями от среднего режима, не говоря уже о сознательном изменении режима работы в случае необходимости – например, увеличения или снижения производительности. Все эти колебания тут же отражаются на количестве и содержании диоксида серы в отходящих газах. Соответственно, имея непрерывную технологическую цепочку от плавильного агрегата до производства элементной серы, мы бы получали соотношение компонентов не два к одному, а от полутора к одному до трех с половиной к одному. Поэтому было решено разделить эти производства: цель металлургического производства – производить диоксид серы и товарную продукцию, а уже дело химического производства – произвести элементную серу».

Было принято решение сначала сконцентрировать диоксид серы, повысив его концентрацию с 20–30% до практически 100%, и на производство серы подавать уже этот абсолютно стабильный газовый поток. Для «Норильского никеля» это новая операция, хотя в мире она применяется, в том числе и в медном производстве. Предложение по созданию этого передела было подготовлено бельгийской компанией MECS, а испытания в настоящее время проводятся в США.

Следующим этапом технологической цепочки – переводом диоксида серы в сероводород – занимается французская компания Le Gas Integral, работающая в тесном сотрудничестве с Французским институтом нефти, который разрабатывает теоретические основы работы с системами химических веществ, содержащих серу. На этой стадии процесса существует риск получения сажи, негативно влияющей на показатели процесса. Поэтому в программе работ подрядчика было предусмотрено и уже выполнено тестирование процесса восстановления диоксида серы в широком диапазоне изменяемых параметров. Тестирование прошло в Канаде на базе лаборатории доктора Кларка – альма-матер технологических основ серной индустрии.

Владимир Дьяченко: «Когда мы восстановили диоксид серы до сероводорода, остальное производство элементной серы – это уже ремесло. Около 50 млн тонн серы в год производится по так называемому процессу Клауса. Разделение сложного процесса, не реализованного нигде в мире целиком, на отдельные операции и стадии позволяет нам с очень высокой степенью уверенности говорить о том, что мы минимизировали технологические риски».

Ну а главной гарантией стало то, что вообще-то в Норильске производство элементной серы существует с 1980 года на Надеждинском металлургическом заводе и с 1986 года – на Медном заводе. Конечно, в гораздо меньших масштабах (на Медном заводе, например, порядка 100 тыс. тонн в год) и с совсем другим уровнем эффективности извлечения серы из отходящих газов. Новая же линия производства, со стадией концентрирования диоксида серы, позволит увеличить извлечение до необходимых нам 95%.

Летом 2012 года ГМК «Норильский никель» подписала контракт с компанией Techint, согласно которому весь процесс выполнения проекта разделен на две фазы: разработка и согласование проекта, которые займут 19 месяцев, и последующая реализация.
Готовая элементная сера будет отливаться в блоки и складироваться на территории Надеждинского завода. Этот продукт ничем не отличается от самородной серы и поэтому абсолютно нейтрален для окружающей среды. Если же конъюнктура рынка позволит, то сера может быть вывезена потребителям. Возможность грануляции и фасовки серы сразу заложена в проект.

Владимир Дьяченко: «В стратегии производственно-технического развития нашей компании до 2025 года мы впервые показали реальный путь приведения выбросов диоксида серы к нормативному уровню, обосновали целесообразность производства именно элементной серы и нашли способ так реконструировать обогатительно-металлургическое производство, чтобы сделать утилизацию серы наименее затратной».

Для работы над проектом в «Норильском никеле» создана специальная проектная группа под руководством заместителя генерального директора ГМК по производству Юрия Филиппова. В нее вошли специалисты Заполярного филиала компании и Главного офиса. Кстати, среди тех, кто работает над проектом в Москве, практически все – бывшие норильчане, для которых дать родному городу возможность дышать чистым воздухом – дело чести.

Технологии будущего

Путь поиска новых, экологически безопасных технологий еще далеко не завершен. С каждым годом появляются новые интересные разработки. Например, в области биотехнологий. Как ни удивительно, но они существуют даже в металлургии. Так, пионерский проект с применением биовыщелачивания реализуется компанией Talvivaara в Финляндии, где «Норильский никель» является одним из миноритарных акционеров. Там сырье подвергается воздействию специальных бактерий, переводящих металлы в растворимую форму и облегчающих их дальнейшее извлечение. Такая технология наиболее интересна для никельсодержащих руд с низким содержанием полезного компонента, а по мере отработки высококачественных месторождений приходится вовлекать в переработку все более и более бедные руды. Есть и другие биотехнологии, которые могут оказаться полезными для «Норильского никеля», например, фитомайнинг.

Владимир Дьяченко: «Давно было известно, что существуют растения – гипераккумуляторы тяжелых цветных металлов: никеля, меди, цинка, кадмия, свинца. Причем эти растения не умирают, аккумулируя из почвы эти металлы, а наоборот – цветут пышным цветом. Оказалось, что и в Норильске произрастают отдельные виды таких растений и их вполне можно использовать для очистки почв. Мы уже заказали исследования в этом направлении в МГУ и в Сельскохозяйственной академии им. Тимирязева. Так что не исключено, что удастся решить проблему ремедиации наших земель, подвергшихся мощному техногенному воздействию».