Adattato da UNEP e IISI 1997 e da un articolo inedito di Jerry Spiegel.

A causa dell'enorme volume e complessità delle sue operazioni e del suo ampio uso di energia e materie prime, l'industria siderurgica, come altre industrie "pesanti", ha il potenziale per avere un impatto significativo sull'ambiente e sulla popolazione delle comunità vicine . La figura 1 riassume gli inquinanti e i rifiuti generati dai suoi principali processi produttivi. Comprendono tre categorie principali: inquinanti atmosferici, contaminanti delle acque reflue e rifiuti solidi.

Figura 1. Diagramma di flusso di inquinanti e rifiuti generati da diversi processi

Storicamente, le indagini sull'impatto sulla salute pubblica dell'industria siderurgica si sono concentrate sugli effetti localizzati nelle aree locali densamente popolate in cui si è concentrata la produzione di acciaio e in particolare in regioni specifiche in cui si sono verificati episodi acuti di inquinamento atmosferico, come il Valli Donora e Mosa, e il triangolo tra Polonia, ex Cecoslovacchia ed ex Repubblica Democratica Tedesca (WHO 1992).

Inquinanti dell'aria

Gli inquinanti atmosferici delle operazioni di produzione di ferro e acciaio sono stati storicamente una preoccupazione ambientale. Questi inquinanti includono sostanze gassose come ossidi di zolfo, biossido di azoto e monossido di carbonio. Inoltre, particolati come fuliggine e polvere, che possono contenere ossidi di ferro, sono stati al centro dei controlli. Le emissioni delle cokerie e degli impianti di sottoprodotti delle cokerie sono state motivo di preoccupazione, ma i continui miglioramenti nella tecnologia della produzione dell'acciaio e del controllo delle emissioni durante gli ultimi due decenni, insieme a normative governative più rigorose, hanno ridotto significativamente tali emissioni in Nord America, Europa occidentale e Giappone. I costi totali di controllo dell'inquinamento, oltre la metà dei quali relativi alle emissioni atmosferiche, sono stati stimati tra l'1 e il 3% dei costi totali di produzione; gli impianti per il controllo dell'inquinamento dell'aria hanno rappresentato circa il 10-20% degli investimenti totali degli impianti. Tali costi creano un ostacolo all'applicazione globale di controlli all'avanguardia nei paesi in via di sviluppo e per le imprese più vecchie ed economicamente marginali.

Gli inquinanti atmosferici variano a seconda del particolare processo, dell'ingegneria e della costruzione dell'impianto, delle materie prime impiegate, delle fonti e delle quantità di energia richiesta, della misura in cui i prodotti di scarto vengono riciclati nel processo e dell'efficienza dei controlli dell'inquinamento. Ad esempio, l'introduzione della produzione di acciaio basico-ossigeno ha permesso di raccogliere e riciclare in modo controllato i gas di scarico, riducendone le quantità da esaurire, mentre l'utilizzo del processo di colata continua ha ridotto il consumo di energia, con conseguente una riduzione delle emissioni. Ciò ha aumentato la resa del prodotto e migliorato la qualità.

diossido di zolfo

La quantità di anidride solforosa, formata in gran parte nei processi di combustione, dipende principalmente dal contenuto di zolfo del combustibile fossile impiegato. Sia il coke che il gas di cokeria utilizzati come combustibili sono le principali fonti di anidride solforosa. Nell'atmosfera, l'anidride solforosa può reagire con i radicali dell'ossigeno e l'acqua per formare un aerosol di acido solforico e, in combinazione con l'ammoniaca, può formare un aerosol di solfato di ammonio. Gli effetti sulla salute attribuiti agli ossidi di zolfo non sono solo dovuti all'anidride solforosa ma anche alla sua tendenza a formare tali aerosol respirabili. Inoltre, l'anidride solforosa può essere adsorbita sui particolati, molti dei quali sono nell'intervallo respirabile. Tali esposizioni potenziali possono essere ridotte non solo mediante l'uso di carburanti a basso contenuto di zolfo, ma anche mediante la riduzione della concentrazione del particolato. L'aumento dell'uso di forni elettrici ha ridotto l'emissione di ossidi di zolfo eliminando la necessità di coke, ma questo ha scaricato questo onere di controllo dell'inquinamento sugli impianti di produzione di elettricità. La desolforazione del gas di cokeria si ottiene rimuovendo i composti di zolfo ridotto, principalmente idrogeno solforato, prima della combustione.

Ossido d'azoto

Come gli ossidi di zolfo, gli ossidi di azoto, principalmente ossido di azoto e biossido di azoto, si formano nei processi di combustione del combustibile. Reagiscono con l'ossigeno e i composti organici volatili (COV) in presenza di radiazioni ultraviolette (UV) per formare ozono. Inoltre si combinano con l'acqua per formare acido nitrico, che a sua volta si combina con l'ammoniaca per formare nitrato di ammonio. Questi possono anche formare aerosol respirabili che possono essere rimossi dall'atmosfera attraverso la deposizione umida o secca.

Particolato

Il particolato, la forma più visibile di inquinamento, è una miscela varia e complessa di materiali organici e inorganici. La polvere può essere espulsa dalle scorte di minerale di ferro, carbone, coke e calcare o può essere dispersa nell'aria durante il carico e il trasporto. I materiali grossolani generano polvere quando vengono sfregati o schiacciati sotto i veicoli. Particelle fini vengono generate nei processi di sinterizzazione, fusione e fusione, in particolare quando il ferro fuso viene a contatto con l'aria per formare ossido di ferro. Le cokerie producono coke di carbone fine e emissioni di catrame. I potenziali effetti sulla salute dipendono dal numero di particelle nell'intervallo respirabile, dalla composizione chimica della polvere e dalla durata e dalla concentrazione dell'esposizione.

Sono state ottenute forti riduzioni dei livelli di inquinamento da particolato. Ad esempio, utilizzando precipitatori elettrostatici per pulire i gas di scarico secchi nella produzione di acciaio con ossigeno, un'acciaieria tedesca ha ridotto il livello di polvere emessa da 9.3 kg/t di acciaio grezzo nel 1960 a 5.3 kg/t nel 1975 e a poco meno di 1 kg/t entro il 1990. Il costo, tuttavia, è stato un notevole aumento del consumo di energia. Altri metodi di controllo dell'inquinamento da particolato includono l'uso di scrubber a umido, case a sacco e cicloni (che sono efficaci solo contro particelle di grandi dimensioni).

Metalli pesanti

Metalli come cadmio, piombo, zinco, mercurio, manganese, nichel e cromo possono essere emessi da un forno sotto forma di polvere, fumo o vapore oppure possono essere adsorbiti da particelle. Effetti sulla salute, che sono descritti altrove in questo Enciclopedia, dipendono dal livello e dalla durata dell'esposizione.

Emissioni organiche

Le emissioni organiche delle operazioni siderurgiche primarie possono includere benzene, toluene, xilene, solventi, IPA, diossine e fenoli. L'acciaio di scarto utilizzato come materia prima può includere una varietà di queste sostanze, a seconda della sua origine e del modo in cui è stato utilizzato (ad esempio, vernici e altri rivestimenti, altri metalli e lubrificanti). Non tutti questi inquinanti organici vengono catturati dai tradizionali sistemi di pulizia del gas.

Radioattività

Negli ultimi anni sono stati segnalati casi in cui materiali radioattivi sono stati inavvertitamente inclusi nei rottami di acciaio. Le proprietà fisico-chimiche dei nuclidi (ad esempio, le temperature di fusione e di ebollizione e l'affinità per l'ossigeno) determineranno ciò che accade loro nel processo di produzione dell'acciaio. Potrebbe esserci una quantità sufficiente a contaminare i prodotti siderurgici, i sottoprodotti ei vari tipi di rifiuti e quindi richiedere una costosa bonifica e smaltimento. C'è anche la potenziale contaminazione delle attrezzature per la produzione dell'acciaio, con conseguente potenziale esposizione dei lavoratori dell'acciaio. Tuttavia, molte aziende siderurgiche hanno installato rilevatori di radiazioni sensibili per schermare tutti i rottami di acciaio acquistati.

Diossido di carbonio

Sebbene non abbia alcun effetto sulla salute umana o sugli ecosistemi ai normali livelli atmosferici, l'anidride carbonica è importante per il suo contributo all'"effetto serra", che è associato al riscaldamento globale. L'industria siderurgica è un importante generatore di anidride carbonica, più dall'uso del carbonio come agente riducente nella produzione di ferro dal minerale di ferro che dal suo utilizzo come fonte di energia. Nel 1990, attraverso una serie di misure per la riduzione del tasso di coke degli altiforni, il recupero del calore residuo e il risparmio energetico, le emissioni di anidride carbonica dell'industria siderurgica erano state ridotte al 47% dei livelli del 1960.

Ozono

L'ozono, uno dei principali costituenti dello smog atmosferico in prossimità della superficie terrestre, è un inquinante secondario formatosi nell'aria dalla reazione fotochimica della luce solare sugli ossidi di azoto, facilitata in misura diversa, a seconda della loro struttura e reattività, da una serie di COV . La principale fonte di precursori dell'ozono sono gli scarichi dei veicoli a motore, ma alcuni sono generati anche da impianti siderurgici e da altre industrie. A causa delle condizioni atmosferiche e topografiche, la reazione dell'ozono può avvenire a grandi distanze dalla sua sorgente.

Contaminanti delle acque reflue

Le acciaierie scaricano grandi volumi d'acqua in laghi, fiumi e corsi d'acqua, con volumi aggiuntivi che vengono vaporizzati durante il raffreddamento di coke o acciaio. Le acque reflue trattenute in stagni di contenimento non sigillati o con perdite possono penetrare e contaminare la falda acquifera locale e i corsi d'acqua sotterranei. Questi possono anche essere contaminati dalla lisciviazione dell'acqua piovana attraverso cumuli di materie prime o accumuli di rifiuti solidi. I contaminanti includono solidi sospesi, metalli pesanti e oli e grassi. Le variazioni di temperatura nelle acque naturali dovute allo scarico di acqua di processo a temperatura più elevata (il 70% dell'acqua di processo di produzione dell'acciaio viene utilizzata per il raffreddamento) possono influire sugli ecosistemi di queste acque. Di conseguenza, il trattamento di raffreddamento prima dello scarico è essenziale e può essere ottenuto mediante l'applicazione della tecnologia disponibile.

Solidi sospesi

I solidi sospesi (SS) sono i principali inquinanti trasportati dall'acqua scaricati durante la produzione di acciaio. Sono costituiti principalmente da ossidi di ferro derivanti dalla formazione di incrostazioni durante la lavorazione; possono essere presenti anche carbone, fanghi biologici, idrossidi metallici e altri solidi. Questi sono in gran parte non tossici in ambienti acquosi a livelli di scarico normali. La loro presenza a livelli più alti può portare allo scolorimento dei corsi d'acqua, alla deossigenazione e all'insabbiamento.

Metalli pesanti

L'acqua di processo per la produzione dell'acciaio può contenere livelli elevati di zinco e manganese, mentre gli scarichi delle aree di laminazione a freddo e di rivestimento possono contenere zinco, cadmio, alluminio, rame e cromo. Questi metalli sono naturalmente presenti nell'ambiente acquatico; è la loro presenza a concentrazioni più elevate del solito che crea preoccupazione per i potenziali effetti sugli esseri umani e sugli ecosistemi. Queste preoccupazioni sono accresciute dal fatto che, a differenza di molti inquinanti organici, questi metalli pesanti non si biodegradano in prodotti finali innocui e possono concentrarsi nei sedimenti e nei tessuti dei pesci e di altre forme di vita acquatica. Inoltre, essendo combinati con altri contaminanti (ad es. ammoniaca, composti organici, oli, cianuri, alcali, solventi e acidi), la loro potenziale tossicità può essere aumentata.

Oli e grassi

Oli e grassi possono essere presenti nelle acque reflue sia in forma solubile che insolubile. La maggior parte degli oli e dei grassi pesanti sono insolubili e si rimuovono relativamente facilmente. Tuttavia, possono emulsionarsi per contatto con detergenti o alcali o per agitazione. Gli oli emulsionati vengono abitualmente utilizzati come parte del processo nei frantoi a freddo. Tranne che per causare lo scolorimento della superficie dell'acqua, piccole quantità della maggior parte dei composti oleosi alifatici sono innocue. I composti di olio aromatico monoidrico, tuttavia, possono essere tossici. Inoltre, i componenti dell'olio possono contenere sostanze tossiche come PCB, piombo e altri metalli pesanti. Oltre alla questione della tossicità, la domanda biologica e chimica di ossigeno (BOD e COD) di oli e altri composti organici può diminuire il contenuto di ossigeno dell'acqua, influenzando così la vitalità della vita acquatica.

Rifiuti Solidi

Gran parte dei rifiuti solidi prodotti nella produzione dell'acciaio è riutilizzabile. Il processo di produzione del coke, ad esempio, dà origine a derivati ​​del carbone che sono importanti materie prime per l'industria chimica. Molti sottoprodotti (ad es. polvere di coke) possono essere reimmessi nei processi di produzione. Le scorie prodotte quando le impurità presenti nel carbone e nel minerale di ferro fondono e si combinano con la calce utilizzata come fondente in fusione possono essere utilizzate in diversi modi: riempimento di discariche per progetti di bonifica, nella costruzione di strade e come materia prima per impianti di sinterizzazione che forniscono altiforni. L'acciaio, indipendentemente dal grado, dalle dimensioni, dall'uso o dalla durata del servizio, è completamente riciclabile e può essere riciclato ripetutamente senza alcun degrado delle sue proprietà meccaniche, fisiche o metallurgiche. Il tasso di riciclaggio è stimato al 90%. La tabella 1 presenta una panoramica del grado in cui l'industria siderurgica giapponese ha raggiunto il riciclaggio dei materiali di scarto.

Tabella 1. Rifiuti generati e riciclati nella produzione di acciaio in Giappone

Fonte: IISI 1992.

Energy Conservation

Il risparmio energetico è desiderabile non solo per ragioni economiche ma anche per ridurre l'inquinamento negli impianti di approvvigionamento energetico come le utenze elettriche. La quantità di energia consumata nella produzione di acciaio varia ampiamente con i processi utilizzati e il mix di rottami metallici e minerale di ferro nella materia prima. L'intensità energetica degli impianti statunitensi a base di rottame nel 1988 era in media di 21.1 gigajoule per tonnellata, mentre gli impianti giapponesi consumavano circa il 25% in meno. Un impianto basato sui rottami modello dell'International Iron and Steel Institute (IISI) richiedeva solo 10.1 gigajoule per tonnellata (IISI 1992).

L'aumento del costo dell'energia ha stimolato lo sviluppo di tecnologie per il risparmio energetico e dei materiali. I gas a bassa energia, come i gas di sottoprodotto prodotti nei processi di altoforno e cokeria, vengono recuperati, depurati e utilizzati come combustibile. Il consumo di coke e combustibile ausiliario da parte dell'industria siderurgica tedesca, che era in media di 830 kg/tonnellata nel 1960, è stato ridotto a 510 kg/tonnellata nel 1990. 20.5 a circa il 1973% nel 7. L'industria siderurgica degli Stati Uniti ha effettuato importanti investimenti nel risparmio energetico. Lo stabilimento medio ha ridotto il consumo energetico del 1988% dal 45 attraverso la modifica dei processi, nuove tecnologie e ristrutturazioni (le emissioni di anidride carbonica sono diminuite proporzionalmente).

Affrontare il futuro

Tradizionalmente, i governi, le associazioni di categoria e le singole industrie hanno affrontato le questioni ambientali in base ai media specifici, trattando separatamente, ad esempio, i problemi relativi all'aria, all'acqua e allo smaltimento dei rifiuti. Ciò, seppur utile, ha talvolta solo spostato il problema da un ambito ambientale all'altro, come nel caso di costosi trattamenti delle acque reflue che lasciano il successivo problema dello smaltimento dei fanghi di depurazione, che possono provocare anche un grave inquinamento delle falde acquifere.

Negli ultimi anni, tuttavia, l'industria siderurgica internazionale ha affrontato questo problema attraverso il controllo integrato dell'inquinamento, che si è ulteriormente sviluppato in Total Environmental Risk Management, un programma che esamina tutti gli impatti contemporaneamente e affronta sistematicamente le aree prioritarie. Un secondo sviluppo di pari importanza è stata l'attenzione rivolta all'azione preventiva piuttosto che correttiva. Ciò affronta questioni quali l'ubicazione dell'impianto, la preparazione del sito, la disposizione e le attrezzature dell'impianto, la specifica delle responsabilità di gestione quotidiane e la garanzia di personale e risorse adeguati per monitorare la conformità alle normative ambientali e riferire i risultati alle autorità competenti.

Il Centro per l'Industria e l'Ambiente, istituito nel 1975 dal Programma delle Nazioni Unite per l'Ambiente (UNEP), mira a incoraggiare la cooperazione tra le industrie ei governi al fine di promuovere uno sviluppo industriale rispettoso dell'ambiente. I suoi obiettivi includono:

• incoraggiamento all'inserimento di criteri ambientali nei piani di sviluppo industriale
• facilitazione dell'attuazione di procedure e principi per la protezione dell'ambiente
• promozione dell'uso di tecniche sicure e pulite
• stimolazione dello scambio di informazioni ed esperienze in tutto il mondo.

L'UNEP lavora a stretto contatto con l'IISI, la prima associazione industriale internazionale dedicata a un singolo settore. I membri dell'IISI comprendono aziende produttrici di acciaio di proprietà pubblica e privata e associazioni, federazioni e istituti di ricerca nazionali e regionali dell'industria siderurgica nei 51 paesi che, insieme, rappresentano oltre il 70% della produzione mondiale totale di acciaio. L'IISI, spesso di concerto con l'UNEP, produce dichiarazioni di principi e politiche ambientali e rapporti tecnici come quello su cui si basa gran parte di questo articolo (UNEP e IISI 1997). Insieme, stanno lavorando per affrontare i fattori economici, sociali, morali, personali, gestionali e tecnologici che influenzano il rispetto dei principi, delle politiche e dei regolamenti ambientali.

Di ritorno