CC BY
37
© К.Н. Трубецкой, Г.Д. Матюшснко, И.Х. Дхмсдьянов, К.Д. Двсрьянов, В.Д. Днгслов, 2012
УДК 549:622.775
К.Н. Трубецкой, Г.А. Матюшенко, И.Х. Ахмедьянов, К.А. Аверьянов, В.А. Ангелов
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С АКТИВНОЙ УТИЛИЗАЦИЕЙ НЕКОНДИЦИОННОГО СЫРЬЯ*
Дано инновационное решение проблемы активной утилизации техногенного сырья в выработанном пространстве карьера. Показаны перспективы применения данной технологии, апробация которой будет произведена на Учалинском горнообогатительном комбинате.
Ключевые слова: отходы, техногенное сырье, образование, месторождение, активная утилизация, хвосты обогащения, модель, технология.
Проблема восполнения минерально-сырьевой базы, экологизации горного производства имеет актуальное значение для промышленных регионов большинства стран, являющихся основными поставщиками цветных металлов на мировой рынок. Причем, наряду с рациональным использованием полезных ископаемых недр, особое значение приобретает переработка техногенного сырья горно-металлургического комплекса (хвосты обогатительных фабрик и металлургические шлаки, отвалы бедных руд и вскрышных пород, рудничные воды и др.), экономический потенциал которых весьма высок [1]. Многие техногенные отходы характеризуются промышленно-значимым содержанием ценных компонентов и образуются в индустриальных зонах с развитой инфраструктурой, что создает предпосылки их полной утилизации на предприятиях-продуцентах этого сырья. Остро эта проблема стоит в промышленных регионах, где деятельность горных и металлургических предпри-
ятий за многовековой период привела к значительному истощению запасов богатых руд, снижению содержания ценных компонентов в эксплуатируемых запасах и накоплению крупномасштабных хранилищ отходов промышленного производства [2].
Дефицит и низкое качество эксплуатационных запасов природных (геогенных) месторождений, обуславливает необходимость внедрения новых технологий, позволяющих существенно снизить потери при добыче, обогащении руды и в металлургическом переделе, а также определяет поиск новых технологических решений по вовлечению в эффективную промышленную разработку техногенных образований сформированных из отходов горно-металлургического производства.
Актуальность проблемы активной утилизации отходов добычи и переработки руд в при комплексном освоении месторождений твердых полезных ископаемых особенно возросла на рубеже ХХ-ХХ1 в.в. Утилизации
Исследования выполняются при поддержке Минобрнауки России (ГК 16.515.11.5065).
отходов складированных вскрышных пород, бедных некондиционных руд, отходов обогащения, складированных в хвостохранилищах посвящены многочисленные исследования. Объем запасов и вещественный состав складированных отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд, представлены в табл. 1, 2 и 3.
Анализ таблиц свидетельствует, что хвостохранилища занимают значительные площади по отводу земель, а мощность хвостов, складированных в них, достигает 40 м. Такие геометрические параметры определяют необходимость высоких затрат на постоянное наращивание дамб и поддержание стабильной гидротехнической ситуации на объектах. Выполненный анализ минерального состава рудничных стоков свидетельствует, что они могут быть использованы как активные агенты выщелачивания и служить источником дополнительного извлечения товарных металлов [3].
Причем, количество исследований по оценке возможности вовлечения техногенных образований в эффективную промышленную эксплуатацию с каждым годом растет. Сейчас практически невозможно найти в России предприятие, которое б не занималось проблемой вовлечения отходов в эксплуатацию. Широко известен опыт переработки отходов добычи руд на предприятиях: Гайский ГОК, Буриба-евский ГОК, Учалинский ГОК, Башкирский МСК, Урупский рудник, Ков-дорский ГОК, Кочкарский рудник, Высокогорский ГОК, Квайсинская фабрика и многих других.
Однако анализ опыта вовлечения отходов в промышленную эксплуатацию показал, что такие решения, как правило, — вынужденная мера. Об эффективной утилизации отходов задумываются на завершающей стадии эксплуатации месторождений, когда,
зачастую, у предприятий недостаточно средств для эффективной реализации таких технологий. Причиной этого является отсутствие в проектах на отработку месторождений решений по комплексному использованию техногенного сырья. Об этом свидетельствует выполненный анализ современных проектов по разработке более 100 рудных месторождений.
Обзор публикаций показал, что эффективные технологии переработки отходов рассматриваются в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах, в патентах. Большинство запатентованных решений связаны с переработкой отходов пиро- и гидрометаллургическими технологиями. Патентная активность в части технологий активной утилизации некондиционного сырья на горных предприятиях весьма низкая. Имеющиеся патенты не поддерживаются заявителями. Это свидетельствует о том, что ранее запатентованные технологии не были внедрены на горных предприятиях в России. В мировой практике ситуация кардинально противоположная. Технологии разрабатываются, патентуются и реализуются с высоким экономическим эффектом. В первую очередь, такой интерес связан с более совершенной законодательной и нормативно-правовой базой в области охраны окружающей среды, а так же объясняется более тесной связью фундаментальных исследований с горной промышленностью.
Для того что бы и в России технологии активной утилизации техногенного сырья рассматривались при разработке проектов на комплексное освоение рудных месторождений преимущественно комбинированными геотехнологиями и успешно реализо-вывались необходимо, чтобы они обладали инновационным потенциалом,
Таблица 1
Объемы накопления н запасы основных ценных компонентов в отвалах неконднцнонных руд Учалннского ГОКа
N5 п/п Объект складирования Содерж.ание
Си, % ЩИ Ац, г/т Аг г/т
Отсев рентгенометрической сепарации (117 тыс.т.) 1,5-V 15- 22 0,3-3 ¿--7.5
<3. некондиционные окисленные руды (200 тыс.т) 0,55-0,53 1,5-2,0 о,ЭЗ 15-16
Вкрапленная руда текущей добычи (8 тыс.т} 0,6 3-3,5 =7,5 1,0 i&Jt
л Раэубоженная руда и некондиционная текущей добычи (6о тыс т) о, 55-о.Ё 15 - ¿6 0,93"1 15-1£
£ Окисленные рудо! Молодежного месторождения (300 тыс т] 0,48 22 0,2-0,5 ад-1
Итого, танк- зга В07и 0.41
Таблица 2
Запасы основных компонентов в хвостохраннлншах обогатительных фабрик Урала_
Обогатительные фабрики Содержание элементов
Медь Нинк Сера Железо Золото т Серебро т
тыс.т тыс.т тыс.т тыс.т
Гайская 120 92 10640 5548 32 160
Бурибаевская 24,84 11,549 1412,6 1276,2 6,62 56,80
Учалинская Сибайская Всего 89,7 34,40 239,30 257,04 89,44 326,83 6306,30 3646,40 22005,30 8050,8 5899,6 20774,6 16,38 13,84 68,84 232,05 344 792,85
Таблица 3
Характернстнкн хвостохраннлнш обогатнтельных фабрнк Южного Урала Наименование Сибайская Учалин- Буриба-
Новое
Старое
Гай-ская
Площадь по отводу земли, га Мощность, м Длина, м Ширина, м
Период эксплуатации, г
Ориентировочные запасы, млн т Содержание основных элементов: медь, % цинк, % сера, % железо, % золото, г/т
серебро, г/т_
146,2 до 25 1560 600 1966— 2005 14
0, 2 0,52 21,2 34,3 0,8 18
23,5 до 22 740 350 1959— 1966 4,5
0,24 0,43 26,5 28,0 1 20
113 до 21 1700 750 1969— 2010 40,8
0,22 0,63 23,1 29,49 0,6 8,5
31 до18 600 600 1942—1970, 1971—наст. вр. 5,5
0,45 0,21 25,59 23,12 1,2 10,3
190 до40
40
ская
Рис. 1. Исследования форм нахождения минералов на растровом электронном микроскопе
проходили полный цикл от фундаментальных исследований, их апробаций до широкомасштабного промышленного внедрения на горных предприятиях с получением стабильного дохода от их реализации в кратчайшие сроки.
Современные методы исследований с использованием последних достижений физики, химии, электроники позволяют на качественно новом уровне определять особенности минерального состава, характер вкрапленности ценных компонентов и прогнозировать перспективность применения комбинированных физико-технических и физико-химических технологий добычи и глубокой переработки техногенного сырья с получением широкого спектра цветных и благородных металлов, а также редких элементов, что весьма важно для развития стратегических отраслей промышленности Росси. Весьма перспективно применение растровых электронных микроскопов для изучения вещественного состава и структуры техногенного сырья (рис.1) [4]. Эти исследования позволяют определить не только минеральный состав техногенного сырья, закономерности распределения ценных компонентов в массиве минерального вещества, его структуру и текстуру, но и в соответствии с их особенностями выбрать оптимальный состав реагентов и режим их подачи на массив техногенного образования для организации процессов кучного и скважинного выщелачивания.
Поскольку техногенные ресурсы представлены широким диапазоном сырья различного вещественного состава, проблема их рационального использования является достаточно сложной и многоплановой, требующей проведения исследова-
ний взаимодействия процессов фильтрации, фазовых переходов, массопереноса ионов цветных и благородных металлов и разработка экономического механизма переработки и ликвидации техногенных образований.
Для выбора технологии активной утилизации техногенного сырья при разработке рудных месторождений были проведены комплексные исследования химического, минерального и петрографического состава природных руд и техногенного сырья медно-колчеданных месторождений для его эксплуатации комплексом физико-технических и физико-химических геотехнологий.
Рис. 2. Внешний вид Учалинского карьера по состоянию на 10.10.2011 г. и модель техногенного месторождения, формируемого в Учалинском карьере
Рис. 3. Принципиальная технологическая схема утилизации хвостов обогащения в выработанном пространстве карьера
Следует отметить, что в ряде случаев, например на Учалинском ГОКе, где за последнее десять лет на обогатительной фабрике проведена четвертая реконструкция с внедрением современных и отвечающих мировому уровню технологий, извлечение ценных компонентов из руд достигает 9597 %. Поэтому содержание основных ценных элементов в хвостах обогащения очень низкое, и внедрение технологий их доизвлечения малоперспективно. Для Учалинского ГОКа, изыскание технологии утилизации хвостов обогащения обусловлено в первую очередь переполнением единственной емкости хвостохранилища и отсутствием земельных площадей для строительства нового. Для активной утилизации техногенного сырья было предложено обезвоживание и укладка текущих хвостов обогащения в выработанное пространство Учалинского карьера (рис. 2). Это способствует решению вопросов управления ус-
тойчивости бортов карьера, сокращению объемов складирования отходов на поверхности, рекультивации нарушенного техногенного ландшафта.
Для исследования параметров технологических процессов был разработан лабораторный стенд для изучения параметров технологии самотечного транспортирования обезвоженной и сгущенной пульпы до места укладки в выработанном пространстве карьера. В состав лабораторного стенда входят:
• модель техногенного месторождения;
• установка для сгущения;
• распределительный трубопровод;
• лотки для транспортирования хвостов на днище карьера.
Разработанный стенд позволяет осуществлять контроль характеристик текущего состава обезвоженной и сгущенной пульпы: транспортабельности, растекаемости, вязкости, рас-слаиваемости. Технологическая схема активной утилизации хвостов обогащения руд в выработанном пространстве карьера представлена на рис. 3.
Реализации данной технологии не ограничивается обыкновенным складированием хвостов в карьере, а предусматривает изучение закономерностей изменения технологических свойств хвостов при формировании техногенного массива в карьере с рассмотрением вопроса его освоения в будущем. Среди таких вопросов, исследование физико-механических, фильтрационных характеристик техногенного массива, динамику изменения вещественного состава техногенного сырья в процессе укладки и хранения; выбор
реагентов порообразователей, изучение процессов и факто-ров, определяющих пористость массива; выбор реагентов-интенсификаторов (окислители органического, включая бактерии и неорганического происхождения), влияющие на скорость окисления сульфидных минералов и образование геохимических барьеров; изучение закономерностей вторичного минерало-образования на геохимических барьерах; оценка условий фазовых переходов минеральных форм в процессе формирования техногенного месторождения и с течением времени; влияние кислых минерализованных рудничных вод на изменение технологических характеристик сырья в техногенном месторождении; изучение формируемых геохимических барьеров, процесс-сов вторичного минералообразования. Проведение таких исследований позволит рекомендовать применение физико-химических геотехнологий для освоения техногенных месторождений в будущем.
В рамках этого была выдвинута идея заполнения текущими хвостами обогащения Учалинской обогатительной емкостей определенного размера (рис. 4), изготовленных из специального материала марки вео1оп (геотекстиль). Данный материал состоит из нитей полипропилена (РР) высокой плотности, соединенных в прочную ткань с устойчивым положением нитей относительно друг друга, имеющих уникальную структуру пор, которые обеспечивают удержание шламовых частиц малого размера и отвод из них свободной влаги. Данные емкости изготавливаются из высокопрочной фильтрующей ткани, устойчивой к колоссальным внутренним нагрузкам, механическим повреждениям, воздействию низких температур и ультрафиолетовым лучам. Учитывая высокое количество шламистых фракций в хвостах обогащения Уча-линской фабрики и специфики их грансостава (90 % класса -0,074 мм),
Рис. 4. Утилизация тонкоаисперсных хвостов в геотубы
применение данной технологии обезвоживания и складирования техногенного сырья представляется весьма перспективным.
Внедрение описанных технологий активной утилизации некондиционного сырья обеспечивает:
• повышение, не менее чем на 20 %, полноты и комплексности использования минерально-сырьевых ресурсов за счет сокращения складирования отходов на поверхности при активной утилизации некондиционного сырья;
• создание не менее двух принципиально новых видов товарной продукции горного предприятия;
• сокращение площадей земель, изъятых под хранилище некондиционного сырья;
• улучшение качества жизни и здоровья населения горнодобывающих регионов за счет существенного сокращения экологической нагрузки при уменьшении объемов складируемых на поверхности отходов добычи и переработки руд, снижения выноса пыли, сокращения площадей загрязнения;
• расширение минерально-сырьевой базы горных предприятий за счет вовлечения в промышленную эксплуатацию некондиционного сырья, представленного бедными рудами из отвалов, накопленными и текущими хвостами обогащения, минерализованными промышленными водами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Трубецкой К.Н. Развитие новых направлений комплексного использования недр. - М.:ИПКОН АН СССР, 1990.
2. Трубецкой К.Н., Каплунов Д.Р., Рыль-никова М.Б., Радченко Д.Н. Новые подходы к проектированию ресурсовоспроизводящих технологий комплексного освоения рудных месторождений // Физико-технические проблемы. - 2011. — № 3. - С. 68-76.
3. Рыльникова М.Б., Радченко Д.Н., Милкин Д.А., Звягинцев А.Г. Исследование процессов выщелачивания ценных компо-
нентов из текущих хвостов обогащения мед-но-колчеданных руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. — № 2. - С. 256-269.
4. Горбатова Е.А. Технологическая характеристика хвостов обогащения Учалин-ского горно-обогатительного комбина-та.//Минералого-технологическая оценка месторождений полезных ископаемых и проблемы раскрытия минералов. Петрозаводск - Карельский научный центр РАН, 2011. - С. 97-101. ЕЕ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Трубецкой Климент Николаевич — академик РАН, главный научный сотрудник ИПКОН РАН Тел. 8 (495) 360- 89-60
Матюшенко Глеб Александрович - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник отдела теории проектирования недр ИПКОН РАН, E-mail:[email protected], Ахмедьянов Ильяс Харисович - технический директор ОАО «Учалинский ГОК», Тел. 8 (34791) 6-20-03;
Ангелов Валерий Андреевич — аспирант кафедры подземной разработки месторождений полезных ископаемых, Магнитогорский государственный технический университет им Г.И. Носова, E-mail: [email protected],
Аверьянов Константин Анатольевич — аспирант кафедры подземной разработки месторождений полезных ископаемых, Магнитогорский государственный технический университет им Г.И. Носова.
- РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ГОДОВОЙ ОТЧЕТНОСТИ ГАЗОПОТРЕБЛЕНИЯ (№887/05-12 от 14.02.12, 7 с.)
Волошиновский К.И. — кандидат технических наук, ассистент, Московский государственный горный университет, e-mail: [email protected].
Приводится иллюстрации к вопросу об экономическом эффекте от учета температуры в промышленном коммерческом или техническом учете газа, а также о её влиянии на скорректированный объем потребляемого газа, приведенный к стандартным условиям (Тс1=20°С) на промышленном предприятии. Обшая экономия, т.е. сокращение платежей, от внедрения средств промышленного коммерческого учета обычно составляет от 5 до 15%, однако в ряде случаев, наблюдается увеличение платежей, в качестве примера рассматривается объект на котором переплата по одному из таких из узлов учета газа составила 2% от объема потребления на данной линии редуцирования. Ключевые слова: природный газ, экономия, коммерческий учет.
THE TEMPERATURE INFLUENCE IN THE YEAR GAS CONSUMPTION BALANCE INDUSTRIAL GAS ACCOUNTING
Voloshenovskey K.I.
In the article adduced illustrations to the economical aftereffect as a result of getting into account temperature in industrial and commercial gas accounting, and temperature influence to the corrected gas consumption volume, corrected to standard conditions (Tst=20pC) at the industrial enterprise plant. Whole economy, payment cut back, as a result of industrial accounting intrusion regulary corresponds to 5...15%, but so enough seldom growth of payment exists. Graphics with 2% growth are adduced as a growth example for the concrete plant. Key words: natural gas, economy, commercial account.
