Научная статья на тему 'Основные физико-химические составляющие вредных производственных факторов в технологии добычи и переработки апатито-нефелиновых руд Кольского Заполярья'

Основные физико-химические составляющие вредных производственных факторов в технологии добычи и переработки апатито-нефелиновых руд Кольского Заполярья Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
1128
93
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АПАТИТО-НЕФЕЛИНОВАЯ РУДА / РАДИОНУКЛИДЫ / ФЛОТАЦИОННЫЕ РЕАГЕНТЫ / НЕФТЕПРОДУКТЫ / СЕРНИСТЫЙ ГАЗ / АСБЕСТ / APATITE-NEPHELINE ORE / RADIONUCLIDE / FLOTATION REAGENTS / OIL PRODUCTS / SULPHUR DIOXIDE / ASBESTOS

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Коклянов Е. Б., Карначёв И. П.

Приведена краткая характеристика Хибинского горнодобывающего производства апатито-нефелиновых руд (ОАО «Апатит»). С позиции производственной безопасности рассмотрены исходные физико-химические составляющие материалов, которые используются в производстве апатитового концентрата.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Коклянов Е. Б., Карначёв И. П.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Short characteristics of the Hibinskiy apatite-nepheline mine (OAO "Apatit") is shown. Basic physical-chemical components of ores, which using production of apatite concentrate are considered from positions of safety.

Текст научной работы на тему «Основные физико-химические составляющие вредных производственных факторов в технологии добычи и переработки апатито-нефелиновых руд Кольского Заполярья»

УДК 622.364.1:669.052:622.8

E.Б. Коклянов, канд. техн. наук, начальник упр. пром. безопасности, (81536)7-78-32, koklyanovEB@kolagmk.m (Россия, Мончегорск-7,

ОАО «Кольская Горно-Металлургическая Компания»),

И.П. Карначёв, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., (8153) 19-24-64, IgorKarnachev@yandex.ru (Россия, Кировск,

НИЛ ФГУН СЗНЦ гигиены и общественного здоровья Роспотребнадзора)

ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ В ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ АПАТИТО-НЕФЕЛИНОВЫХ РУД КОЛЬСКОГО ЗАПОЛЯРЬЯ

Приведена краткая характеристика Хибинского горнодобывающего производства апатито-нефелиновых руд (ОАО «Апатит»). С позиции производственной безопасности рассмотрены исходные физико-химические составляющие материалов, которые используются в производстве апатитового концентрата.

Ключевые слова: апатито-нефелиновая руда, радионуклиды, флотационные реагенты, нефтепродукты, сернистый газ, асбест.

Добыча отечественных апатито-нефелиновых руд основана преимущественно на буровзрывном способе рыхления горного массива, и общеизвестно, что на рудниках Крайнего Севера России преобладают системы с принудительным поэтажным обрушением, однако, кроме указанного варианта, дополнительно может применяться камерно-лавовая система с креплением и комбинированная система. Бурение шпуров в проходческих и очистных забоях рудников, расположенных в Хибинах (Мурманская область), с 80-х годов прошлого века осуществляется с помощью самоходного оборудования. В частности, используются многостаночная организация буровых работ станками НКР-100М, самоходное буровое и погрузочно-доставочное дизельное оборудование, в том числе и зарубежные модели. Основные операции технологического цикла добычи руды (бурение, взрывные работы, погрузка, доставка горной массы к рудоспускам) производятся в каждую из трех смен. В качестве взрывчатых материалов широко используются аммиачно-селитряные взрывчатые вещества, причем зарядка шпуров на большинстве рудников ОАО «Апатит» механизирована. Обогащение апатито-нефелиновых руд осуществляется методом флотации на обогатительных фабриках, где дробление руды производится по трехстадийной схеме. Оборудование, предназначенное для измельчения руды, представлено шаровыми мельницами, классификаторами. Аппаратурное оформление передела флотации включает последовательно установленные шестикамерные флотоциомашины, а в цикле сгущения применены гидроциклоны и сгустители. Апатитовый концентрат подвергается сгущению и сушке по обычным, принятым в обогатительной практике технологиче-

ским схемам. Процессы фильтрации, сушки осуществляются в барабанных фильтрах и в сушильных барабанах [1, 2]. Качество апатитового концентрата характеризуется содержанием Р205 при извлечении до 93...96 %. Химический состав Хибинского апатита представлен в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав Хибинского апатитового концентрата (%), добываемого в ОАО «Апатит» (г. Кировск)

P2O5 т2 2 О ¿о AhOз Fe2Oз FeO MnO MgO

39,54 0,46 0,05 0,60 0,73 0,03 0,04 0,22

F BaO HO+ HO- CaO TR2Oз

0,38 0,14 2,66 0,06 0,42 0,14 50,89 -

Токсичность рудной апатито-нефелиновой пыли определяется ее компонентным составом. По указанному химическому составу пыль перерабатываемых руд (ОАО «Апатит», г. Кировск, Мурманская область) может быть отнесена к малотоксичной. ПДК в воздухе рабочей зоны соответствует 6 мг/м (т.к. содержание свободного диоксида кремния <10 %) [3]. Однако подобное нормирование не учитывает возможного влияния микросостава, обусловленного примесными включениями, среди которых могут встречаться как высокотоксичные, так и радиоактивные элементы (свинец, мышьяк, барий, фтор, торий, уран и т.п.). Ввиду указанного возникает необходимость более подробного рассмотрения основных составляющих вредных физико-химических производственных факторов в технологиях добычи и переработки апатито-нефелиновых руд Кольского полуострова.

Радионуклиды

Сфен, являющийся постоянным спутником апатита Кольского месторождения, часто бывает радиоактивным за счет рассеянных в горной породе радионуклидов земного происхождения, входящих в состав семейств и-238, и-235, ТИ-232, или других радионуклидов и продуктов их деления (К-40, РЬ-87 и др.). Удельная радиоактивность апатитов Кольского полуострова, по данным авторов, определяется присутствующими в них и-238, Яа-226, ТИ-232 и К-40 и характеризуется следующими величинами соответственно: 90, 40, 91, 170 Бк/кг. Кроме того, в каждом радиоактивном семействе (ряду) образуются эманации - газообразные радиоактивные вещества, так, в ряду радия - радон (Яп), в ряду тория - торон (Тп), а в ряду актиноурана - актинон (Ап), которые являются изотопами радона [4]. Характерной особенностью изотопов радона является способность создавать на соприкасающихся с ними телах радиоактивный осадок из изотопов Ро, РЬ, В1, Бе, А1 (коротко- и долгоживущих продуктов распада радона). Все изотопы радона являются а-излучателями. Изотопы радона - обычная со-

ставная часть рудничного воздуха независимо от разрабатываемого вида сырья [5]. На обогатительных фабриках перерабатывающих нерадиоактивные руды с примесью урана и тория, обычно не наблюдается значительных концентраций изотопов радона и продуктов их распада. Это связано с большим объемом производственных помещений и более эффективной вентиляцией. Однако на тех же обогатительных фабриках может создаваться так называемый технологический естественный радиационный фон, определяемый излучением от естественных источников ионизирующего излучения.

Флотационные реагенты

Основной состав реагентов, применяемых при флотации апатитовых руд, сводится к 8 ингредиентам, расход которых при переработке 100 тыс. тонн руды достигает в среднем величин, которые для удобства восприятия сведены в табл. 2.

Таблица 2

Среднесуточныйрасходреагентов при флотации апатитоеруд

№ п/п Реагенты кг/100 тыс. тонн руды

1 Дистиллированное талловое масло (ДГМ) 12,9

2 Сырое талловое масло (СТМ) 13,4

3 Вторичный масляный гудрон 4,0

4 Технические жирные кислоты (ТЖК) 10,7

5 Окисленный петролатум (ОП) 3,2

6 Полиоксиэтиленалкилфеноловый эфир (СП-4) 0,8

7 Жидкое стекло (ЖС) 12,3

8 Сода каустическая (СК) 18,4

Итого 75,7

Большинство реагентов представляют собой органические вещества сложного состава чаще всего растительного происхождения (т.е. смесь высших насыщенных и ненасыщенных жирных и смоляных кислот) с примесью эфиров и ангидридов этих кислот (49 % от всей реагентной смеси). Другая часть (ОП, масляный гудрон - 10 % от всей смеси) представляет собой продукты высокотемпературных фракций нефти, содержащих углеводороды с числом атомов углерода в цепи более 18, а также полиарома-тические углеводороды, одним из представителей которых является бенз(а)пирен. Реагент СП-4, доля которого в общей смеси составляет около 1 %, также относится к производным углеводородов, имеющим как алкильные цепочки, так и циклическую часть, представленную бензольным кольцом. Остальная часть реагентной смеси (около 40 %) представлена неорганическими компонентами (ЖК, СК - см. табл. 2), гигиеническая значимость которой определяется содержанием в ней свободной щелочи (ПДК-0,5 мг/м3).

Талловое масло, являющееся основным компонентом собирательной смеси, представлено ненасыщенными жирными кислотами, в основ-

ном олеиновой, линолевой и линоленовой, которые на воздухе легко окисляются и полимеризуются. Промежуточными и конечными продуктами их окисления могут быть карбонильные соединения (органические перекиси, альдегиды, кетоны). Среди органических перекисей есть соединения как высокой, так и сравнительно небольшой токсичности. Характерным для них является местное действие при попадании на кожу, некоторые из них обладают сенсибилизирующим эффектом. Имеются ограниченные сведения о вызываемых ими мутационных эффектах в тестах на бактериях и других объектах.

Нефтепродукты

Окисленный петролатум представляет собой продукт окисления высокотемпературной фракции нефти - смесь парафина и церезина с остаточным маслом. Данных о токсических свойствах нет. При высоких температурах (450...550 °С) парафины расщепляются с образованием предельных и непредельных углеводородов с более короткой цепочкой углеродных атомов, которые в свою очередь могут подвергаться дальнейшему превращению до альдегидов и кетонов. Вторичный масляный гудрон - остаток после вакуумной перегонки мазута, получаемый при отгонке легких газолевых и масляных фракций нефти. При нагревании возможно поступление в воздух малолетучих компонентов при нормальной температуре и различных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Показано, что ПАУ с 4.7 ароматическими кольцами и метильными группами (бенз(а)пирен, инден (1, 2, 3-со)пирен,бенз(в)флуорантен) оказывают канцерогенное действие на животных и человека [6].

Алкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля оказывают при вдыхании аэрозоля слабое раздражающее действие на верхние дыхательные пути. Вместе с тем, при деструкции этого вещества возможно выделение фенола, радикал которого входит в молекулу ОП-4. В условиях эксперимента фенол может потенцировать канцерогенное действие малых доз бенз(а)пирена. При дальнейшем окислении фенола может образоваться гидрохинон. Другим возможным источником загрязнения производственных помещений канцерогенными веществами является использование мазута в качестве топлива [7]. При сжигании мазута в воздух рабочих помещений попадают продукты его сгорания: оксид углерода, сернистый газ, 1,2- бенз(а)пирен и другие ПАУ. Известно, что мазут содержит

0,0015.0,0002 % 1,2- бенз(а)пирена (ПДК- 0,00015 мг/м3). Установлено, что выделение 1,2- бенз(а)пирена при сгорании мазута увеличивается пропорционально повышению температуры сжигания, а при температуре 700 °С освобождение его достигает максимальной величины.

Сернистый газ и асбест

Известно, что помимо раздражающего действия на слизистые верхних дыхательных путей, сернистый газ стимулирует легочный канцерогенез, индуцируемый ПАУ, что доказано как эпидемиологическими, так и

экспериментальными наблюдениями. Необходимо отметить еще один канцероген - асбест, вероятность поступления которого в воздух рабочей зоны определяется подачей разогретого мазута в топку по трубам, покрытым асбестом. В настоящее время асбест приобрел характер повсеместного загрязнителя окружающей среды. Он найден в питьевой воде, водоемах, воздухе административных и жилых зданий, почве, овощах. Проблема асбестового рака приобретает коммунальное значение. С этих позиций идентификация асбеста в витающей пыли сушильного отделения имеет значительную важность, тем более, что онкобезопасность действующей ПДК для пыли, содержащей асбест до 10 % (4 мг/м ), подвергается сомнению [8].

Таким образом, рассмотрев с позиций производственной безопасности исходные химические материалы, используемые при производстве апатито-нефелинового концентрата, а также продукты их деструкции, омыления и синтеза (появление которых обусловлено особенностями технологического процесса), можно констатировать, что они негативно воздействуют как непосредственно на здоровье работников горнохимического комплекса, так и на здоровье населения, проживающего в районе производства. Таким образом, необходимо проведение дополнительного исследования технологии добычи и переработки апатитонефелиновых руд Кольского Заполярья, но уже с учетом позиций медикобиологической оценки риска такого производства., т.е. с привлечением специалистов упомянутых научных направлений и соответствующего инструментария.

Список литературы

1. Горное дело в Арктике: труды 8-го Межународного симпозиума «Горное дело в Арктике». Апатиты, 20-23 июня 2005 г. / под ред. H.H. Мельникова, С.П. Решетняка. СПб.: Изд-во «Типография «Иван Федоров», 2005. 304 с.

2. Чащин В.П., Деденко И.И. Труд и здоровье человека на Севере. М.: 1990. 104 с.

3. Гичев Ю.П. Загрязнение окружающей среды и здоровье человека. М.: Новосибирск, 2002. 229 с.

4. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества: справочник. Л.: Химия, 1990. 461 с.

5. Вредные вещества в промышленности: справочник для химиков, инженеров и врачей / под ред. Н.В. Лазарева, И.Д. Гадаскиной. Л.: Химия, 1973. Т.3. 675 с.

6. Вредные химические вещества. Углеводороды. Галогенпрои-зводные углеводородов: справочник. Л.:Химия,1990. 252 с.

7. Вредные вещества в промышленности Л.: Химия,1976. Т.2. 130 с.

8. Окружающая среда и здоровье: подходы к оценке риска / под ред. А.П. Щербо. СПб.: СПбМАПО, 2002. 376 с.

E.B. Koklyanov, I.P. Kornachev

BASIC PHYSICAL-CHEMICAL COMPONENTS OF HAZARD INDUSTRIAL FACTORS AT MINING AND PROCESSING APATITE-NEPHELINE KOLA ORES TECHNOLOGIES

Short characteristics of the Hibinskiy apatite-nepheline mine (OAO “Apatit”) is shown. Basic physical-chemical components of ores, which using production of apatite concentrate are considered from positions of safety.

Key words: apatite-nepheline ore, radionuclide, flotation reagents, oil products, sulphur dioxide, asbestos.

Получено 20.04.11

УДК 622.411.33

H.O. Каледина, канд. техн. наук, зав. кафедрой (Россия, Москва, МГГУ), А.Н. Качурин, асп. (Россия, Москва, МГГУ),

И.В. Сарычева, асп. (Россия, Тула, ТулГУ)

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МОДЕЛИ МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЯ В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ЗАБОЙ ИЗ ОТБИТОГО УГЛЯ

Рассмотрен процесс метановыделения из отбитого угля в подготовительном забое. Обосновано использование математической модели диффузии метана в кусках отбитого угля, которые моделируются эквивалентными сферами, радиус которых соответствует некоторой эффективной величине, определяемой законом распределения разрушенного угля по фракциям различного размера. Приведены результаты вычислительных экспериментов.

Ключевые слова: подготовительный забой, отбитый уголь, метан, диффузия, метановыделение, математическая модель.

В подготовительном забое в процессе проведения подготовительных выработок, проводимых частично или полностью по углю, происходит разрушение угля исполнительными органами проходческих комбайнов. Отбитый уголь дробится на блоки, которые можно заменить эквивалентными сферами, радиус которых соответствует некоторой эффективной величине, определяемой гранулометрической кривой, представляющей собой закон распределения разрушенного угля по фракциям различного размера. Тогда можно ввести следующие допущения: кусок отбитого угля заменяется эквивалентной сферой, которая дегазируется в диффузионном режиме; движущей силой диффузионного переноса является градиент остаточной газоносности рассматриваемой угольной сферы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.