Юлиан Юсфин
Доктор технических наук, профессор московского государственного института стали и сплавов

Виктор Залетин
Доктор технических наук, главный научный сотрудник АО НПО «Композит»

    Ртуть – уникальный химический элемент, единственный из металлов, находящийся в жидком состоянии при нормальных условиях. Ртуть обладает высокой электропроводностью, значительным поверхностным натяжением, химической стабильностью, высокой упругостью пара. Ее температурный коэффициент расширения на 1 – 2 порядка больше, чем у обычных металлов и постоянен во всем температурном диапазоне жидкого состояния элемента. Необычное сочетание свойств жидкости и металла способствует широкому применению ртути и ртутьсодержащих соединений в различных областях народного хозяйства. Удивительные свойства металла нашли воплощение в измерительных приборах. Применение ртути в народном хозяйстве сегодня во многом определяет работу таких отраслей, как химическая, электротехническая, фармацевтическая, целлюлозно-бумажная, лакокрасочная, атомная, оборонная и др. (табл. 1).
    Вместе с тем ртуть и особенно ее соединения занимают одно из первых мест по вредному воздействию на окружающую среду и организм человека. Попадание ртути в атмосферу из естественных (тектонические зоны, месторождения рудных, нерудных и горючих ископаемых) и техногенных (промышленные и бытовые отходы) источников приводит к возникновению высокой степени экологической напряженности, угрозы здоровью не только персонала отдельных предприятий, но и целых регионов.
    В последние десятилетия проблема ртутной интоксикации постоянно находится в центре внимания не только медиков и экологов, но и хозяйственников. Это связано с тем, что, с одной стороны, отказ от использования ртути в ближайшие десятилетия невозможен ввиду ее уникальных свойств и широкой применимости в различных сферах человеческой деятельности, а с другой – ввиду ее негативного воздействия на окружающую среду и организм человека. С разной степенью успеха эту проблему пытаются решить ученые и производственники разных стран. Чрезвычайно актуальна проблема ртутной опасности и для России.

    Круговорот ртути в природе
    Объемы выделений ртути естественными источниками – газами земной коры и испарениями океанов – превышают количество, производимое человеком, но промышленные выделения локальны и более концентрированы, а значит, более опасны.
    Безусловную экологическую напряженность создают антропогенные источники ртути в виде отходов отраслей промышленности, потребляющих этот металл, выбросов ртути из энергоустановок, загрязнения огромных территорий в ходе добычи драгоценных металлов.

    Например, в период с 1850 по 1900 год в Южной Америке добыча серебра сопровождалась выбросами металлической ртути в среднем в объеме 612 т/год. В ходе добычи серебра и золота в США в тот же период, когда использование ртути было в основном прекращено, в окружающую среду в среднем попадало около 1360 т ртути ежегодно. Расчет степени загрязнения природы ртутью при добыче серебра и золота методом нарастающего итога показал, что к настоящему времени эта величина составляет 196 тыс. т в Южной Америке и примерно 61 тыс. т в США. Предполагается, что 60 % названного количества ртути перешло в атмосферу и циркулирует, то выпадая, то вновь испаряясь.
    К сожалению, закрытость советского общества не позволяла получать информацию для проведения такого анализа на территории бывшего СССР. В то же время показатели по загрязнению ртутью окружающей среды России от применения амальгамирования при добыче драгметаллов могут быть сенсационными. Основанием для этого служит наличие значительных золотоносных районов на территории РФ (Урал, Забайкалье, Ленские прииски, Колыма, Алтай).

    Техногенные источники прямых поступлений ртути в окружающую среду широко известны и достаточно подробно изучены. Это – заводы по производству хлора и каустической соды, известняка, металлургические предприятия, тепловые электростанции, атомная промышленность, производство ртутьсодержащих приборов, медицинских препаратов и т.п. Эти производства представляют наибольшую опасность для населения, так как находятся в густонаселенных районах.

    Структура мирового производства ртути
    Первичную ртуть получают в основном из природного сырья – сульфида серы (киновари), а также попутно – при производстве цинка и золота. Киноварь – практически единственный рудный минерал ртутных месторождений, наиболее известными из которых являются Альмаден (Испания), Идрия (Югославия), Монте-Амиата (Италия), Хайдаркан (Киргизия), Нью-Альмаден, Сульфур-Банк (США), Донбасс, Закарпатье (Украина). Некоторое число обособленных ртутных месторождений расположено вне пределов глобальных рудных поясов и промышленного значения не имеет.
    Мировые ресурсы ртути составляют ориентировочно 500 тыс. т. С учетом существующих темпов потребления ртути их хватит не более чем на 100 лет. В табл. 2 приведены сведения о мировых запасах ртути.
    Другим источником ртути, приближающимся по порядку величины к природным запасам, является огромное количество вторичного металла и ртутьсодержащих отходов, находящихся на заводах по производству щелочей и хлора в России, Японии, США и некоторых европейских странах.
    Динамика изменения мирового производства ртути показана на рисунке. Видно, что период 1900 – 1940 гг. отличался сравнительно стабильным и очень незначительным ростом этого показателя. Общее потребление составляло около 4 тыс. т/год. Резкий скачок производства ртути после 1940 года связан с началом Второй мировой войны и гонкой вооружений. Информация о производстве ртути в этот период носит весьма приблизительный характер. Тем не менее, в 1968 году производство ртути достигло уже 8 тыс. т, а в начале 70-х годов – около 10 тыс. т/год.
    Однако с 70-х годов конъюнктура рынка ртути начинает ухудшаться: падает спрос и, соответственно, снижаются цены. Годовой выпуск металла сокращается – в период 1973 – 1980 гг. на 19 %, в последующее десятилетие – еще на 11 %.
    С ростом природоохранных требований в 80-х годах был введен запрет на использование ртути в ряде отраслей. Производство первичной ртути сократилось к 1995 году до 3 тыс. т.
    В приведенном анализе использованы данные Всесоюзного общества здравоохранения и официального ежегодного статистического справочника Горного бюро США «Mineral Commodity Summaries».
    Основными производителями ртути в последние десятилетия были Испания, СССР, Китай, США, Турция и Алжир. Ртуть из СССР впервые поступила на мировой рынок в 1987 году.
    Структура среднего потребления ртути индустриально развитыми странами выглядит следующим образом, %:

Хлорщелочные заводы 25 Электротехника 20 Краски 15 Системы измерений и контроля 10 Сельское хозяйство 5 Другие области применения 25

    В качестве товарной продукции используется обычно первичная ртуть чистотой 99,99 %.
    Высокочистую ртуть и ее соединения, полученные, как правило, многократной дистилляцией первичной ртути, производят в небольших количествах.
    Ухудшение конъюнктуры рынка ртути привело к падению цен на данный металл до величины ниже уровня рентабельности (400 долл./баллон).
    Основной причиной падения спроса на ртуть и ее соединения является токсичность ртутьсодержащих материалов. Ртутные отравления вызывают опасные заболевания мозга, нервной системы, печени, почек.
    Согласно данным Всемирной организациии здравоохранения, средние концентрации ртути в атмосферном воздухе колеблются в пределах 20 нг/м3 со значительными отклонениями, связанными с наличием и близостью источника загрязнения.
    Схематично возможные пути поступления растворимых соединений ртути в организм человека выглядят следующим образом:
    1) почва – растения – домашние животные – человек;
    2) донная флора и фауна – рыба – человек.
    Период полувыведения ртути из различных организмов неодинаков. Например, у человека он составляет 70 дней, у отдельных видов рыб – до 1000 дней. Приведенные цифры объясняют факт продолжительной циркуляции ртути в биологических объектах и окружающей среде.

    Запасы ртути в России
    После распада СССР Россия фактически осталась без собственных месторождений ртути. Основные производители этого металла сосредоточены в странах ближнего зарубежья: Хайдаркан (Киргизия), Никитовский комбинат (Украина). Единственный находящийся на территории РФ Краснодарский рудник не может рассматриваться в качестве продуцента не только из-за маломощности имеющихся запасов и высокой себестоимости получаемого металла, но также по экологическим соображениям, поскольку находится в санаторно-курортной зоне.
    Практически выработан ресурс Акташского рудника в Горном Алтае. В то же время разведанные на территории России месторождения ртути («Звездочка» в Якутии, Западно-Полянское на Чукотке и др.) находятся в районах с неразвитой инфраструктурой. Содержание ртути составляет здесь не больше 10 г металла на 1 т руды. Приведенные обстоятельства не позволяют сегодня говорить о рентабельности их разработки.
    Если основные производители ртути в бывшем СССР остались за пределами России, то большинство предприятий-потребителей находится на ее территории. По оценкам, годовая потребность отечественной промышленности в ртути составляет примерно 400 т.
    Переход на мембранный метод при производстве хлора и каустической соды, характерный для большинства индустриальных стран и позволяющий сократить потребление химической промышленностью ртути, в России неоправданно затянулся. Имеющий место спад в потреблении ртути (с 1200 т в 1986 году до 400 т в 1995 году) обусловлен не структурной технологической модернизацией, а общим кризисом народного хозяйства. Приведенные данные показывают, что российская промышленность находится на пороге ртутного дефицита. Сложившаяся ситуация ведет к возникновению зависимости ряда отраслей промышленности от импорта ртути. По оценкам, государство должно будет выделить для импорта данного металла около 10 млн. долл. в течение ближайших пяти лет.

    Распределение ртутьсодержащих отходов на территории России
    Сегодня в России ежегодно выводятся из производственного цикла более 10 тыс. т ртутьсодержащих отходов с содержанием в них ртути 0,01 – 25 %. Анализ показывает, что количество таких отходов на территории России, накопленных за годы форсированного применения ртути, превышает 500 тыс. т при среднем содержании ртути 0,1 – 1,2 %. Они концентрируются в отвалах, хвостохранилищах, в почве, а также на территории предприятий, перерабатывающих ртуть (табл. 3). Это обстоятельство создает в ряде регионов критическую экологическую ситуацию, подобную «бомбе замедленного действия». С последствиями «взрыва» такой «бомбы» человечество уже знакомо на примере «эффекта Минаматы» (так называлось массовое поражение жителей и окружающей среды в районе японского залива Минамата продуктами распада ртутьсодержащих отходов).
    Поэтому большое значение приобретает разработка новых нормативов и методов мониторинга окружающей среды на предмет определения ртутного загрязнения. Высокая летучесть, устойчивость ртути и ее соединений, растворимость в атмосферных осадках и способность к сорбции почвой и взвешенными частицами природных вод лежат в основе активного круговорота ртути в природе. Формы нахождения ртути в окружающей среде многообразны и различаются по своей токсичности. Действующие на территории РФ нормативные документы устанавливают только общие предельно допустимые концентрации ртути. Вопросы экоаналитического и медицинского контроля отработаны в основном для определения валового содержания ртути. Наличие огромных запасов ртутьсодержащих отходов ставит перед разработчиками задачу создания оперативных методик и аппаратуры экспрессного анализа с высокой степенью достоверности.

    Таким образом, «ртутный вопрос» в России имеет две неразрывно связанных составляющих: сырьевой дефицит и экологическая безопасность. Острота проблемы усугубляется отсутствием предприятий по сбору и утилизации ртутьсодержащих отходов.
    Имеются два варианта решения проблемы:
    а) организовать переработку отходов на российских предприятиях;
    б) продать отходы заграницу, в бывшие республики СССР, имеющие соответствующие производства (Украина, Киргизия).
    Согласно Федеральной целевой программе «Отходы» принято решение организовать переработку ртутьсодержащих отходов на Краснодарском руднике с производительностью до 5000 т отходов/год.
    В рамках реализации второго варианта решения этой проблемы Правительство РФ в январе 1997 года заключило соглашение с Правительством Украины о переработке отходов российских предприятий на Никитовском ртутном комбинате.

    Альтернативное решение
    В сложившихся условиях наиболее оптимальным представляется развитие отечественной технологии рециклинга ртутьсодержащих отходов, включающего организацию сбора и хранения, разработку методик их переработки, утилизации и оперативного экологического контроля.
    Примером такого подхода служит демеркуризация ртутьсодержащих источников света. Несмотря на то, что только 5 % потребляемой ртути идет на создание ртутных ламп, массовость и повсеместная распространенность делают их источниками глобального ртутного загрязнения. Расчеты показывают, что в среднем поверхность рассыпавшейся ртути от одной лампы составляет 3,5 см². И если, например, на свалке скопилось 500 тыс. разбитых ламп (далеко не предельная величина для индустриального города), то общая величина поверхности ртути может составить 1,75 х 106 см². С учетом высокого значения летучести ртути с такой поверхности испарится около 1000 г ртути только за один летний день. Такого количества достаточно, чтобы загрязнить до уровня ПДК 10-метровый слой воздуха на площади более 300 км². Не менее впечатляют и оценки загрязнения водоемов и почв, поскольку каждый килограмм стеклобоя содержит количество ртути, примерно в 100 раз превышающее ПДК для почв.
    Эти обстоятельства послужили серьезным стимулом для создания установок демеркуризации ртутных ламп. По принципу действия установки делятся на два вида: на основе химической и термической демеркуризации. Установки химической демеркуризации используют различные методы перехода металлической ртути в ее сульфиды. Установки термической демеркуризации основаны на двухстадийном методе утилизации ртутных ламп.
    В настоящее время, по нашим оценкам, на территории России работает около 40 подобных установок. Удачное конструктивное решение и высокие эксплуатационные параметры некоторых из отечественных установок позволили не только оснастить ими ряд российских предприятий, но и наладить их экспорт. Речь, в частности, идет об установке УРЛ-2м фирмы «ФИД - Дубна».
    Тем не менее, внедрение установок демеркуризации происходит медленно, отставая от реальных потребностей. Одна из причин – весьма низкие штрафные санкции за ртутное загрязнение окружающей среды.
    Совсем другая ситуация складывается вокруг промышленных ртутьсодержащих отходов. Нам представляется, что для этого вида отходов генеральным направлением является разработка и тиражирование мобильных комплексов для демеркуризации. При их создании могут быть использованы инженерные решения, отработанные на установках термической демеркуризации ртутных ламп. При этом схема такого комплекса должна предусматривать максимально возможное извлечение ртути в виде, пригодном для ее использования в разных отраслях после несложных операций по очистке, т.е. практический рециклинг металла.
    Проведенные нами оценки показывают, что для устранения ртутной опасности на территории России требуется от 20 до 40 постоянно работающих мобильных установок с производительностью 500 т/год и 2 – 3 стационарных завода, расположенных вблизи особо крупных потребителей ртути и перерабатывающих ежегодно по 3000 – 5000 т отходов.
    Реализация указанного проекта позволит в значительной степени решить не только одну из острейших экологических проблем, но и закрыть вопрос сырьевого дефицита ртути. При правильной организации рециклинга введение перерабатывающих комплексов даст стране ежегодно до 400 т ртути товарного качества. Это позволит не только удовлетворить потребности отечественной промышленности, но и поставить вопрос об экспорте этого металла.
    Общая стоимость проекта оценивается примерно в 5 млн. долл., причем на создание, апробацию и тиражирование установки предусматриваются расходы в размере 2 млн. долл., остальные средства пойдут на организацию рециклинга (от сбора и хранения до сертификации и реализации рециклированного металла) и обеспечение экологической безопасности процесса.