CC BY
68УДК504.55.054:622 (470.6)
К ПРОБЛЕМЕ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ХРАНИЛИЩ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ
УГЛЕЙ ДОНБАССА
Шяймартдянов Тимур Эльдарович - аспирант, Северо-Кавказский государственный технологический университет, [email protected]
Аннотация: сформулирована важная научно-практическая проблема комплексного использования отходов обогащения угля. Дифференцировано по районам и месторождениям региона, исследованы и систематизированы свойства углесодержащих хвостов обогащения, как основа для их рациональной утилизации при рекультивации шахтной поверхности. Акцентировано внимание к горелым породам и к содержанию металлов в хвостах обогащения углей. Предложена типизация горелых пород по их функции в хранилищах хвостов. Систематизирован и описан механизм воздействия продуктов отвальных процессов на экосистемы окружающей среды. Дифференцированы по последствиям и ранжированы факторы негативного влияния породных отвалов на окружающую среду. Приведены сведения об истории и динамике образования отвалов хвостов обогащения на территории Восточного Донбасса. Показано, что отходы обогащения угля, золы и шлаков работающих на угле электростанций могут использоваться для промышленного производства глинозема, коагулянтов для очистки воды, абразивных и жаропрочных сплавов, раскислителей для сталелитейного производства, строительных материалов, редких и рассеянных элементов и других продуктов и материалов. Отмечено требование к использованию хвостов обогащения углей только после извлечения из них металлов до норм ПДК. Дано количественное значение содержания химических элементов в отвалах угольных шахт. Обозначены технические решения по рекультивации шахтной поверхности. Показана роль хвостохранилищ в создании новой практически неограниченной минерально-сырьевой базы производства металлов с использованием новых технологических схем обогащения и извлечения химических элементов. Сделан вывод, что традиционные технологии доизвлечения металлов не решают проблемы безотходности, поскольку металлические примеси в углях являются продуктом природного выщелачивания руд, заключенным в минеральные матрицы, и могут быть извлечены приложением высокой энергии в ходе инновационных процессов.
Ключевые слова: хвосты обогащения, угли, утилизация, рекультивация, металлы, окружающая среда, Восточный Донбасс.
Введение.
оссия обладает 16 % всех природных минерально-сырьевых ресурсов мира. Ее доля в мировых запасах железа более 27 %, никеля - 36 %, меди - 11 %, кобальта -20 %, олова - 12 %, цинка - 16 %, металлов платиновой группы - 40 %. Стоимость сырья, ежегодно извлекаемого из недр России, по ценам мирового рынка составляет около 100 млрд. долларов.
Сегодняшнее состояние минерально-сырьевой базы России характеризуется истощением богатых и крупных месторождений полезных ископаемых, поэтому повышается актуальность более полного и комплексного использования недр [1...4].
Донецкий угольный бассейн выдал первый уголь в 1723 г. В годы довоенных
пятилеток построено более 100 новых шахт и первая в мире станция подземной газификации углей.
После восстановления шахт в 1945 г. Донбасс давал угля больше, чем любой другой угольный бассейн СССР, но с середины 70-х гг. наметилась тенденция удоро-жа ния добычи угля при снижении его каче ств, а в 1995...1997 гг. добыча угля была прекращена на 20 шахтах.
Техническое перевооружение перспективных шахт осложнялось тем, что не было оборудования для работ в специфических условиях: малая мощность пластов, крепкие вмещающие породы, большая глубина разработки и интенсивное проявление горного давления.
Р оссия испытывает острый дефицит в цветных, благородных и редкоземельных
металлах, базой для производства которых могли бы быть хвосты обогащения угольных шахт. Вместе с этим обострилась проблема хранения отходов обогащения углей, отвалы которых являются преобладающей принадлежностью Донбасса.
Проблема использования отходов особенно актуальна для Донбасса, где за 200 лет добычи каменных углей и антрацитов накоплено до 1300 терриконов общим объемом более 1 млрд. м3 на 5500 га пригодных для сельского хозяйства земель.
Техногенные месторождения доступны для эксплуатации технологиями переработки угле-отходов. Это позволит решать одновременно две важнейшие задачи - улучшение экологической обстановки и увеличение ресурсной базы минерального сырья.
Рекультивация породных отвалов является мерой восстановительного характера, направленной на устранение негативного воздействия горных работ на окружающую среду и рассматривается как основное направление восстановления ценности нарушенных земель и улучшения условий окружающей среды. Вся история и состояние Донбасса свидетельствует о неэффективности процессов рекультивации [5...7].
Вначале это объяснялось недостаточной технической вооруженностью процессов рекультивации. Однако, в новое время сформировалась проблема экономического плана. Захоронение и утилизация хвостов обогащения чреваты потерями ценных компонентов отвалов: металлов, в первую очередь, цветных, благородных и редкоземельных. Одна тонна угля Донецкого бассейна содержит 462 г иттрия, 595 -рубидия, 287 - серебра, 177 - тантала, 156 -гафния, 103 - тербия, 86 - лютеция, 27 - золота и т.д. В добыче донецких углей содержится драгоценных металлов по современным ценам на сумму, в 20 раз превышающую стоимость от проданных углей.
В настоящее время в стране накоплено более 12 млрд. т твердых отходов, в которых содержание ценных компонентов нередко выше, чем в рудах природных месторождений. В России ежегодно производится до 75 млн. т опасных отходов, 18 % из них утилизируются, а более 65 % направляются в хранилища. Следствием существующего
положения с использованием минеральных ресурсов является потеря до 20...30 % добытых запасов, что превышает добычу ресурсов ряда добывающих стран.
Цель и задачи. Целью настоящего исследования является доказательство необходимости включения в комплекс работ по рекультивации поверхности угольных шахт извлечение металлов из хвостов обогащения до уровня ПДК с использованием без ограничений.
Цель может быть достигнута решением задач совершенствования технологических процессов утилизации углей путем создания технологического процесса и комплекса оборудования для извлечения из отходов металлы до уровня требований к их неограниченному использованию.
Методы. Сведения о свойствах и запасах углесодержащих хвостов и механизм их влияния на экосистемы окружающей среды систематизируются путем изучения истории шахт.
Возможность использования отходов обогащения угля для промышленного производства для производства строительных и иных материалов, а также редких и рассеянных элементов доказывается анализом литературных источников. Количественное зна-че ние содержания химических элементов в от валах угольных шахт приводится на основании результатов лабораторных исследований. Вывод о том, что традиционные технологии доизвлечения металлов не решают проблемы безотходности, делается на основании данных о состоянии дел в угольной пром ы ш ленности региона.
Основная часть. Свойства углесодер-жа щих хвостов. Добываемая углесодержа-щая горная масса проходит обогащение с выделением товарного продукта и хвостов переработки (рис. 1).
Отходы углеобогащения в отличие от пород угольных месторождений характеризуются более высоким содержанием угля, более стабильным вещественным составом, меньшим содержанием песчаников, большим содержанием аргиллитов, увеличением содержания серы и меньшей механической прочностью.
Хвосты обогащения углей складируют для постоянного хранения в отвалы (рис. 2).
Рядовой угол».
Грохочение
-50+Омы
Лро? ЛСНИС
Гриле че к и с
-50+25мм -25+6мМ
Обогащение в суспензиик
--1 I--1
X посты I Хвосты
Концентрат | Промпродукт ПрОм продукт
Концентрат
-о+ймм
Обосшл и мл и М Н И с
Шламы * !'.флотацию
Отсадка
Концентрат
О Т с'а д к а
1
Хвосты
Концентрат
Промпродукт
Рис. 1. Схема обогащения угля
1
Хвосты
В Восточном Донбассе из 450 отвалов 340 или горят или уже сгорели.
Породы перегоревших шахтных отвалов образовались в результате естественного обжига под влиянием высоких температур. Особенностью горелых пород является их пористость и наличие микротрещин при самообжиге.
Наиболее сильно изменены аргиллиты, представленные спекшейся породой, содержащей металлы. Характерной чертой их является высокое содержание Fe2Os (до 70 %). Высокое содержание А1203 характерно для пород терриконов Донбасса. В Донецко-Макеевском районе Донбасса содержание А1203 составляет: в текущих отходах угледобычи - 23 %, отвалах обогатительных фабрик - 20 %, отходах флотации - 26 %, породных отвалах - 22 %. Высокое содержание глинозема отмечается в отвалах шахты им. Горького, №8 «Ветка», «Красногвардейская» - 26...27 %).
Хвосты углеобогатительных фабрик можно рассматривать, как техногенные месторождения глинозема.
Нами выявлены высокие кларки концентрации Ge, Сг, Си, Cs, РЬ, Се - 1,47...30 (в аргиллитах), ^, Сг, П, РЬ, Се, Хп -1,27...6,5 (в алевролитах), БЬ, Бп, Ва, РЬ, Си, Бе - 10...150 (в песчаниках).
Хвосты флотационного обогащения обогатительных фабрик Колосниковская, Советская и др. характеризуются повышенным содержанием скандия (до 30 г/т), иттрия (до 30 г/т), галлия (до 45 г/т).
Рис. 2. Отвал хвостов обогащения углей
Высокое содержание золота зафиксировано в отходах угледобычи шахты «Кировская-Западная» (Макеевуголь) и «Колосниковская» - до 60 раз превышающих кларки - 0,06 г/т.
Продуктами обжига пустых пород месторождений каменных углей, являются глинистые и глинисто-песчаные породы, обожженные в недрах земли при пожарах в угольных пластах, и отвальные перегоревшие шахтные породы.
Их истинная плотность составляет 2,4...2,7 г/см3, средняя плотность - 1300...
2500 кг/м3, прочность на сжатие -20...60 МПа. По основным физическим и химическим свойствам они близки к глинам, обожженным при 800...1000°С.
Признаком для выделения их в особую разновидность, является наличие активного глинозема в виде радикалов дегидратированных глинистых минералов или активного глинозема, кремнезема и железистых соединений, что объясняет их высокую сорбци-онную способность. Содержание несгорев-шего топлива достигает 2...3 % и более.
Наряду с природным сырьем, к горелым относят и перегоревшие породы, содержащие менее 5 % углистых примесей и обожженную минеральную глинисто-песчаную часть. Под действием кислорода воздуха уголь и сера возгораются, а порода под влиянием температуры до 1000°С подвергается обжигу.
Наиболее интенсивно горят породы в отвалах хвостов обогащения коксующихся или антрацитовых углей. Степень обжига горелых пород зависит от равномерности поступления влаги и воздуха. Обжиг происходит неравномерно, поэтому в результате образуется материал различной степени обжига с неодинаковыми физико-механическими свойствами. Например, размер частиц изменяется от 40 см до долей миллиметра.
Горелые породы в целом однородны по химическому составу и содержат (по массе) 49...62 % 20...40 % А12Ю3; 2...13 %
Гв203; 1,5...3,5 % СаО и др.
Горелые породы, содержащие обожженные глинистые материалы, обладают активностью по отношению к извести и используются как гидравлические добавки в вяжущих известково-пуццоланового типа, портландцементе, пуццолановом портландцементе и автоклавных материалах. Высокая адсорбционная активность и сцепление с органическими вяжущими позволяют применять их в композициях. Естественно обжигаемые аргиллиты, алевролиты и песчаники применяются в производстве жаростойких бетонов и пористых заполнителей. Некоторые горелые породы имеют пониженную плотность, что позволяет использовать их в качестве заполнителей для легких растворов и бетонов.
Активность дегидратированных глин зависит от строения кристаллической решетки и убывает от каолинита к гидрослюдам. Наряду с гидравлической активностью, характеризуемой поглощением извести, горелые породы характеризуют величиной адсорбционной активности.
Максимальную активность имеют породы, обожженные при 500...600°С, повышение температуры до 800...1000°С активность снижает.
В составе горелых пород выделяют типы:
- химически инертные пелиты;
- источники цементных минералов, концентраторы ¥, С1;
- источники токсичных газов, содержащие N С1;
- концентраторы (5Ю4)2-, СГ, (МН4)+ -источники загрязнения почв и вод.
Среди качеств горелых пород особенно нежелательны водопоглощение и влажность, капиллярное всасывание и гидрофильный характер поверхности, обладают не полностью сгоревшие угольные частицы и легко вступающие в реакции с кислородом и в о д ой колчеданы, например, пирит, марказит и др.
Углистые и глинистые примеси обладают пониженной механической прочностью по сравнению с твердым керамическим черепком обожженной части и измельчаются естественным путем в отвале.
Влияние на окружающую среду
Отвал средних размеров выделяет в год 15 тыс. тонн СО2, 5 тыс. тонн СО и огромное количество пыли. Отвалы подразделяют на негорячие, нетоксичные; токсичные, горящие не антрацитовые; токсичные антрацитов ы е с интенсивным горением; терриконы обогатительных фабрик. Поверхностный слой отвалов выветривается и смывается водой. Он содержит практически все минеральные элементы, особенно много фосфора и калия. Неблагоприятное воздействие на флору оказывают значительная кислотность, наличие большого количества подвижных форм алюминия, малая влагоемкость и высокая температура почв в очагах горения.
В результате физического и химического выветривания порода разрушается и вместе с горючими газами является постоянно
действующим источником загрязнения окружающей среды [8...12].
Водная эрозия отвалов характеризуется выносом с каждого гектара их поверхности в окружающую среду от 2,5 до 3,5 тонн породы, содержащей опасные компоненты. Снизить активность водной эрозии пытаются созданием искусственных насаждений и развитием самосевной древесной растительности.
Внутри отвалов создаются благоприятные условия для окисления, благодаря деятельности микроорганизмов. Окисление сульфидной серы осуществляется обычно автотрофными микроорганизмами, использующими СО2 и получающими энергию при окислении серы и ее продуктов. Микроорганизмы устойчивы в условиях кислой среды, но не переносят высокие температуры. Поэтому микроорганизмы начинают процесс
окисления, который сопровождается выделением тепла, и разогревают определенную зону, а собственно горение протекает внутри террикона при доступе достаточного количества кислорода. Отвалы хвостов служат ист о ч никами загрязнения водной среды сульфатами и токсичными компонентами. При этом загрязняется поверхностный сток, выщелачивающий растворимые сульфаты с поверхности терриконов и почв, и подземные воды в процессе инфильтрации загрязненных атмосферных осадков.
Отвалы занимают большие площади сельскохозяйственных земель, снижают производительность земель, загрязняют атмосферу газами и пылью, а также нарушают гидрогеологический режим местности (рис. 3). Токсичные воды отвалов уничтожают р астительность на прилегающей территории.
Рис. 3. Влияние отвалов обогащения углей на окружающую среду
Основными факторами негативного влияния породных отвалов на окружающую среду являются: нарушение естественного ландшафта земной поверхности; пылегазо-вые загрязнения атмосферы; нарушение гидрогеологического режима прилегающих территорий; химическое и радиологическое загрязнение почв и вод.
Примерно 80 % добываемого угля направляется на производство энергии, до 20 % используется металлургической промышленностью. На всех этапах создаются хранилища хвостов обогащения и использования.
При добыче и обогащении углей на 1 т товарного угля образуется 3,3 т отходов.
Ежегодно на территории России в процессе добычи угля из недр извлекается порядка 0,5 млрд. м3 горной массы, образуется около 60 млн. м3 минеральных отходов обогащения и 20 млн. м3 шлаков.
Используется лишь до 10 % накопленных минеральных ресурсов этого вида. На территории Восточного Донбасса функционируют более 450 отвалов шахт и обогатительных фабрик. В течение последних восьми лет на территории Ростовской области ежегодно образуется от 7 до 8 млн. т
твердых промышленных отходов, около 50 % из которых приходится на долю угле-отходов.
Борьба с негативным влиянием отвалов хвостов угледобычи включает в себя покрытие изолируемых хвостов изолирующими слоями земли с предотвращением выбросов, организацией поверхностного стока, предотвращением фильтрации атмосферных осадков в горизонты подземных вод, рекультивацией и озеленением (рис. 4).
Рис. 4. Рекультивация отвала хвостов обогащения углей
Одним из способов снижения вредного воздействия считается озеленение терриконов с помощью лесных насаждений, которые позволяют регулировать поверхностный сток и сократить эрозионные процессы на поверхности отвалов.
Направления утилизации хвостов. В Российском Донбассе практически вся выдаваемая шахтами порода складируется в хранилища, которые пригодны для изготовления строительного кирпича, керамических изделий, стенового материала, бетонных заполнителей и других целей. Наиболее востребованы горелые породы, содержащие менее 5 % углистых примесей и обожженную глинисто-песчаную часть.
Горелые породы используются в качестве заполнителей в бетонах, которые после автоклавной обработки приобретают прочность до 30 МПа. Автоклавная обработка бетонов с заполнителями из горных пород дает возможность изготовлять блоки и панели, например, крепежные бетониты для крепления горных подземных выработок.
Хвосты обогащения углей пригодны для получения глинозема (А1Ю3) с последующей выплавкой алюминия. Глинозем и алюминий получают из бокситов, содержащих более 26...28 % глинозема .
Минеральные отходы добычи и обогащения угля, золы и шлаки электростанций, раб отающих на угле, могут использоваться для промышленного производства глинозема, коагулянтов для очистки воды, абразивных и жаропрочных сплавов, раскислителей для сталелитейного производства, строительных материалов, редких и рассеянных элементов и других продуктов и материалов [13...15].
Достигнуты успехи при получении жидких продуктов из некондиционных углесодержащих минералов методом гидрогенизации под давлением от 6 до 600 МПа.
Бурые и окисленные каменные угли содержат гуминовые кислоты, которые могут быть выделены растворами щелочей в виде водорастворимых солей - стимуляторов
роста растений.
Сферические и мелко-зернистые адсорбенты из каменных углей с регулируемой пористостью пригодны для очистки крови, сточных вод от органических примесей, выделения золота и серебра из цианистых растворов и получения чистого азота и др.
На основе бурого угля производят мелкозернистые активные угли для очистки воды и выделения благородных металлов. В отходах обогащения бурых углей содержится горный воск, используемый для точного литья и в качестве добавок к пластификаторам, лакам, краскам и кремам.
Углепластики применяются в строительстве сооружений для защиты фундаментов зданий. В крупнопанельном строительстве используют углеродсодержащие герметики на базе композиций полиизобутилена или полиэтилена. Для покрытия полов и дорог применяют эпоксидные углепластики. Из полимеров этилена и эфиров акриловой кислоты в смеси с углем получают быстровысы-хающие мастики.
Угольная пыль, вводимая в изделия из полиэтилена, заменяет дефицитную сажу, а в эбонитовых изделиях снижает расход серы.
Углеграфитовые материалы применяются в производстве стали, алюминия, полупроводниковых материалов, в атомной энергетике, авиации и т.п.
Углесодержащая порода верхней вскрыши служит исходным сырьем для производства абразивных и огнеупорных материалов.
Минеральные компоненты углей являются сырьем для производства легких пористых заменителей для бетона - аглопоритов и строительной керамики.
Отходы угледобычи используются для планировки территорий, подсыпки дорог, для производства строительной керамики. А отходы, содержащие углерод, являются сырьем для изготовления высококачественных керамических стеновых материалов и легких пористых заполнителей.
Прототипом технологии утилизации отходов угледобычи является метод НALDЕХ (Венгрия). При обогащении углесодержащих отходов из угольных отвалов конечными продуктами являются уголь (30...10 мм, 0...10 мм) и сланцы. Сланцы используются в производстве цемента,
строительной керамики, кирпича, легких агрегатов, его добавляют в бетонные смеси. Фракции размером от 3 до 30 мм используются в качестве закладочных материалов для шахт.
Шламы от флотации каменного угля используют как топливо после уменьшения в л аги до 8...10 %. Шламы бурого угля используют в сельском хозяйстве. Гумусовые кислоты, содержащиеся в них, улучшают структуру почв, положительно влияют на стабилизацию кислотности почв и способствуют разложению минеральных соединений для усвоения растениями.
Утилизируемые угольные массы используют для изготовления питательных белков и удобрений. Углеудобрения применяют для защиты водохранилищ и рек.
Полное и безотходное преобразование потребляемых ресурсов в потребительские товары в России не обеспечивается. Особо остро обстоит положение в угольном производстве.
В последнее время побеждает тенденция моратория на использование хвостов обогащения углей без извлечения из них металлов до норм ПДК.
Технология утилизации хвостов. Основу пристального внимания к проблеме утилизации хвостов обогащения углей составляет наличие в них не извлеченных металлов. Содержание металлов в отвалах угольных шахт характеризуется табл. 1.
Содержание металлов в хранилищах ОФ характеризуется табл. 2.
Повышенные кларки концентрации (КК) ванадия и хрома установлены в Каменско-Гундоровском (1,33 и 1,67), Гуково-Зверевском (1,22 и 1,33) и Шахтинско-Несветаевском (1,44 и 1,45) районах; молибдена - в Белокалитвенском (1,09) и Красно-донецком (1,82) районах. С помощью регрессионных полнофакторных моделей второго порядка, полученных на основе статистических исследований репрезентативных выборок среднего объема, определено, что для Восточного Донбасса характерно повыше н ное содержание свинца, кларки концентр ац ии которого изменяются от 1,22 (Сулино-Садкинский район) до 5,63 (Шахтинско-Несветаевский район) и составляют в среднем 3,33.
Таблица 1
Содержание химических элементов в отвалах угольных шахт, г/т
Элемент Каменско-Гундоров-ский Белокалит-винский Гуково-зверевский Красно-донецкий Сулино-Садкинский Шахтинско-Несветаев-ский пдк
Марганец 300 - 70 430 100 - 600 310 200 - 600 350 200 - 600 380 200 - 500 330 100 - 1000 380 1500
Никель 40 - 80 40 10 - 30 10 10 - 100 40 15 - 30 20 30 - 50 40 10 - 100 40 4
Кобальт 10 - 20 15 10 - 20 12 5
Ванадий 80 - 200 120 30 - 100 60 60 - 200 110 50 - 80 60 80 - 150 90 50 - 500 130 150
Хром 100 - 200 140 30 - 100 70 50 - 200 110 50 - 60 50 50 - 200 120 6
Цирконий 50 - 100 60 10 - 100 70 60 - 100 70 60 - 150 90 50 - 150 80 н/н
Свинец 10 - 30 20 10 - 100 30 20 - 300 70 10 - 20 20 15 - 3000 90 30
Цинк 30 - 50 40 37
Бериллий 1,5 - 3,0 2 н/н
Таблица 2
Содержание химических элементов в хранилищах ОФ, г/т
Обогатительная фабрика Содержание элементов, г/т
Мп N Со V Сг Мо 1г РЬ 2п Ве Sr
Донецкая 640,9 74,2 17,4 124,0 222,1 5,0 113,6 74,0 149,1 3,0 175,2
Гуковская 989,4 39,7 14,9 79,9 148,6 5,6 99,0 49,8 83,7 4,0 594,3
Шолоховская 324,1 55,2 24,1 242,0 242,0 6,2 104,2 55,5 263,0 2,6 356,4
Несветаевская 790,5 49,6 10,4 99,3 198,0 3,0 99,0 39,9 148,8 3,0 151,0
Таблица 3
Кларки концентраций некоторых металлов в отходах
Район Мп N Со V Сг Мо 2г РЬ 2п Ве
Каменско- 0,43 0,69 0,83 1,33 1,67 0,91 0,35 1,25 0,48 0,53
Гундоровский
Белокалитвенский 0,31 0,17 0,17 0,67 0,84 1,09 0,41 1,25 0,12 0,53
Гуково-Зверевский 0,35 0,69 0,61 1,22 1,33 0,91 0,41 1,88 0,36 0,68
Краснодонецкий 0,38 0,34 0,28 0,67 0,60 1,82 0,41 4,38 0,36 0,66
Сулино-Садкинский 0,33 0,69 0,67 1,00 0,96 0,82 0,53 1,22 0,48 0,53
Шахтино- 0,38 0,69 0,67 0,44 1,45 0,91 0,47 5,63 0,36 0,53
Несветаевский
Рекультивация отвалов хвостов обогащения углей рассматривается как направление восстановления хозяйственной ценности нарушенных земель и улучшения условий окружающей природной среды [16...17].
Работы по рекультивации обычно выполняются в два этапа — технический и биологический. Технический этап включает в
себя планировку поверхности и покрытие ее плодородным слоем. Биологический этап включает в себя агротехнические меры по восстановлению плодородия, ускорению почвообразовательных процессов, возобновлению флоры и фауны на некультивированных землях.
Основные технические решения по рекультивации:
- обрушение нависающих массивов отвала;
- послойная разборка отвала с охлаждением методом дождевания и отбором породы;
- выполаживание откосов до угла не более 25°;
- складирование потушенной породы с предотвращением самовозгорания;
- формирование изоляционного слоя на площади размещения отвала толщиной не менее 0,5 м;
- уплотнение сформированных плато и откосов отвала;
- посев растений.
После завершения горнотехнического этапа рекультивации выполняется биологическая рекультивация с целью создания прекращающей процессы дефляции и водной эрозии дернины.
Хвостохранилища угольных предприятий являются перспективной минерально-сырьевой базой ряда ценных металлов. Реализация перспектив зависит от успеха создания новых технологических схем обогащения и извлечения целевых химических элементов.
Доказано, что выщелачиванием извлекается до 67 % титана, 77 % бериллия, 87 % меди, 81 % марганца, 84 % мышьяка, 60 % ванадия и 83 % галлия. При выщелачивании металлы извлекают путем перевода их в растворимые соединения. Эффективность извлечения металлов определяется скоростью движения выщелачивающего раствора сквозь выщелачиваемый материал и затрудняется кольматацией, снижающей скорость фильтрации раствора в мелких фракциях минерального сырья.
Для извлечения металлов из таких материалов используют агитационное выщелачивание - пульпу материала и раствора перемешивают. Однако, даже при агитационном выщелачивании извлечение металлов может быть незначительным и нерентабельным.
Агитационное выщелачивание целесообразно использовать для извлечения металлов из измельченного при первичной отработке сырья: отвалы металлосодержащих пород, хвосты обогатительных фабрик, древние эфели добычи металлов и т.п.
Так, американские исследователи из угля и сопутствующих ему отложений получили р едкоземельные металлы. Их выщелачивали раствором сульфата-аммония с обработкой ионной жидкостью или глубоким эвтектическим растворителем для растворения д ревесных волокон. Полноту извлечения редкоземельных металлов определяли с помощью рентгеновской дифракции.
Наиболее эффективным оказался сульфат аммония, с помощью которого удалось извлечь 90 % от общего содержания извлеченных редкоземельных металлов в образцах угля. Этот способ может быть использован в качестве аналога для извлечения металлов из угля.
Извлекать металлы из продуктов переработки угля можно соляной кислотой. Однако э т о не всегда даст удовлетворительные р езультаты, так как часть металлов заключена в не разлагаемые кислотой соединения. В этом случае используют сплавление с щелочами с последующим выщелачиванием сплава водой и выделением из раствора обогащенного металлом продукта; восстановительную плавку с углем, флюсами и окисью меди с получением обогащенного металлами сплава и некоторые другие способы.
Технологии полного безотходного и рентабельного извлечения металлов из углесо-держащих пород ждут своего развития [18...21].
Заключение. Препятствием для безот-х о д ной утилизации хвостов обогащения углей является практически полное отсутствие технологий извлечения из них металлов. Металлические примеси в углях являются продуктом природного выщелачивания руд, заключенным в минеральные матрицы, и могут быть извлечены в процессе, обратном процессу их образования в недрах приложением высокой энергии. Традиционные технологии доизвлечения металлов не решают проблемы безотходности, поскольку порождают новые хвосты с ограниченным применением.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Голик В.И., Ермоленко А.А., Лазовский В.Ф. Организационно-экономические проблемы использования природных ресурсов Южного Федерального округа. Краснодар, 2008. 328 с.
2. Khasheva Z.M., Golik V.I. The ways of recovery in economy of the depressed mining enterprises of the russian caucasus // International Business Management. 2015. Т. 9. № 6. С. 1210-1216.
3. Bian Zhengfu, Miao Xiexing, Shaogang Lei, Chen Shen-en, Wang Wenfeng, Struthers Sue. The challenges of reusing mining and mineral-processing wastes // Science. 2012. Vol. 337. №. 6095. P. 702-703.
4. Пучков Л.А. Прогноз минерально-энергетического потребления при бескризисном развитии экономики // Горный журнал. 2014. № 7. С. 45-48.
5. Качурин Н.М., Стась Г.В., Калаева С.З., Корчагина Т.В. Геоэкологическая оценка эффективности защиты окружающей среды и природо-охранительных мероприятий при подземной добыче угля // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Вып. 3. С. 62-79.
6. Молев М.Д., Молев А.М. Теория и практика управления региональной экологической безопасностью. Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2006. 84 с.
7. Packey D. J. Multiproduct mine output and the case of mining waste utilization // Resour. Policy. 2012. Т. 37. №. 1. Р. 104-108.
8. Воробьев А.Е., Голик В.И., Пагиев К.Х., Цирихова Э.М., Котенко Е.А., Шеста-ков В.А., Исаев К.С. Наукоемкие технологии добычи и переработки руд. Владикавказ, 1998. 571 с.
9. Качурин Н.М., Поляков В.В., Ефимов В.И., Стась Г.В. Загрязнение атмосферы топливно-энергетическим комплексом при использовании углей Подмосковного бассейна. Тула: ИПП «Гриф и К°», 2004. 227 с.
10. Capilla A.V., Delgado A.V. The destiny of the earth's mineral resources. London: World Scientifi c Publishing Co. Pte. Ltd., 2015. Dubinski J. Sustainable Development of Mining Mineral Resources // J. Sustain. Min. 2013. Vol. № 1. P. 1-6.
11. Васильев П.В., Рыбак В.Л., Егорова Т.А. Методика оценки воздействий породных отвалов шахт на окружающую среду и мероприятия по их локализации // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 2. С. 3-19.
12. Комащенко В.И. Эколого-экономическая целесообразность утилизации горнопромышленных отходов с целью их пере-
работки // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2015. № 4. С. 23-30.
13. Голик В.И., Пагиев К.Х., Габараев О.З. Энергосберегающие технологии добычи руд. Владикавказ, 1995. 375 с.
14. Голик В.И., Пагиев К.Х., Алборов И.Д., Котенко Е.А., Воробьев А.Е., Алиха-нов В.А., Ефимов Ф.К. Теория и практика добычи и переработки руд. Владикавказ, 1997. 498 с.
15. Крупская Л.Т., Голубев Д.А., Волобу-ева Н.Г. Оценка экологической ситуации терр итории в зоне влияния хвостохранили-ща с токсичными отходами // Современные тенденции развития науки и технологий. 2016. № 1-2. С. 97-100.
16. Дмитрак Ю.В., Камнев Е.Н. АО "Ведущий проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт промышленной технологии" - путь длиной в 65 лет // Горный журнал. 2016. № 3. С. 6-12.
17. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н. Научно-методические основы пр о ектирования экологически сбалансированного цикла комплексного освоения и сохранения недр Земли // Горный информаци-онн о -аналитический бюллетень. 2015. № 4 (специальный выпуск № 15). С. 5-11.
18. Golik V.I., Stradanchenko S.G., Maslennikov S.A. Experimental study of non-waste recycling tailings ferruginous quartzite // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Т. 10. № 15. С. 35410-35416.
19. Polukhin O.N., Komashchenko V.I., Golik V.I., Drebenstedt C. Substantiating the pos sibility and expediency of the ore beneficia-tion tailings usage in solidifying mixtures production // Scientific Reports on Resource Issues Innovations in Mineral Ressource Value Chains: Geology, Mining, Processing, Economics, Safety, and Environmental Management. Freiberg, 2014. С. 402-412.
20. Прогрессивные методы обогащения и комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья (Плаксинские чтения-2014). Алматы: АО «Центр наук о Земле, металлургии и обогащения», 2014. 624 с.
21. Каплунов Д. Р. Теоретические основы проектирования освоения недр: становление и развитие // Горный журнал. 2014. № 7. С. 49-51.
REFERENCES
1. Golik V.I., Ermolenko A.A., Lazovskij V.F. Organizacionno-ehkonomicheskie prob-lemy ispol'zovaniya prirodnyh resursov YU-zhnogo Federal'nogo okruga. Krasnodar, 2008. 328 s.
2. Khasheva Z.M., Golik V.I. The ways of recovery in economy of the depressed mining enterprises of the russian caucasus // International Business Management. 2015. T. 9. № 6. S. 1210-1216.
3. Bian Zhengfu, Miao Xiexing, Shaogang Lei, Chen Shen-en, Wang Wenfeng, Struthers Sue. The challenges of reusing mining and mineral-processing wastes // Science. 2012. Vol. 337. №. 6095. P. 702-703.
4. Puchkov L.A. Prognoz mineral'no-ehnergeticheskogo potrebleniya pri beskrizis-nom razvitii ehkonomiki // Gornyj zhurnal. 2014. № 7. S. 45-48.
5. Kachurin N.M., Stas' G.V., Kalaeva S.Z., Korchagina T.V. Geoehkologicheskaya ocenka ehffektivnosti zashchity okruzhayushchej sredy i prirodo-ohranitel'nyh meropriyatij pri podzem-noj dobyche uglya // Izvestiya Tul'skogo gosu-darstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2016. Vyp. 3. S. 62-79.
6. Molev M.D., Molev A.M. Teoriya i praktika upravleniya regional'noj ehko-logicheskoj bezopasnost'yu. Shahty: Izd-vo YURGUEHS, 2006. 84 s.
7. Packey D. J. Multiproduct mine output and the case of mining waste utilization // Re-sour. Policy. 2012. T. 37. №. 1. R. 104-108.
8. Vorob'ev A.E., Golik V.I., Pagiev K.H., Cirihova Eh.M., Kotenko E.A., Shestakov V.A., Isaev K.S. Naukoemkie tekhnologii dobychi i pererabotki rud. Vladikavkaz, 1998. 571 s.
9. Kachurin N.M., Polyakov V.V., Efimov V.I., Stas' G.V. Zagryaznenie atmosfery top-livno-ehnergeticheskim kompleksom pri ispol'zovanii uglej Podmoskovnogo bassejna. Tula: IPP «Grif i K°», 2004. 227 s.
10. Capilla A.V., Delgado A.V. The destiny of the earth's mineral resources. London: World Scientifi c Publishing Co. Pte. Ltd., 2015. Dubi-nski J. Sustainable Development of Mining Mineral Resources // J. Sustain. Min. 2013. Vol. № 1. P. 1 -6.
11. Vasil'ev P.V., Rybak V.L., Egorova T.A. Metodika ocenki vozdejstvij porodnyh otvalov shaht na okruzhayushchuyu sredu i
meropriyatiya po ih lokalizacii // Izvestiya Tul-GU. Nauki o Zemle. 2016. Vyp. 2. S. 3-19.
12. Komashchenko V.I. Ehkologo-ehkonomicheskaya celesoobraznost' utilizacii gornopromyshlennyh othodov s cel'yu ih pererabotki // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2015. № 4. S. 23-30.
13. Golik V.I., Pagiev K.H., Gabaraev O.Z. Ehnergosberegayushchie tekhnologii dobychi rud. Vladikavkaz, 1995. 375 s.
14. Golik V.I., Pagiev K.H., Alborov I.D., Kotenko E.A., Vorob'ev A.E., Alihanov V.A., Efimov F.K. Teoriya i praktika dobychi i pererabotki rud. Vladikavkaz, 1997. 498 s.
15. Krupskaya L.T., Golubev D.A., Volo-bueva N.G. Ocenka ehkologicheskoj situacii territorii v zone vliyaniya hvostohranilishcha s toksichnymi othodami // Sovremennye ten-dencii razvitiya nauki i tekhnologij. 2016. № 12. S. 97-100.
16. Dmitrak Yu.V., Kamnev E.N. AO "Vedushchij proektno-izyskatel'skij i nauchno-issledovatel'skij institut promyshlennoj tekhnologii" - put' dlinoj v 65 let // Gornyj zhurnal. 2016. № 3. S. 6-12.
17. Kaplunov D R., Ryl'nikova M.V., Rad-chenko D.N. Nauchno-metodicheskie osnovy proektirovaniya ehkologicheski sbalansirovan-nogo cikla kompleksnogo osvoeniya i sohraneniya nedr Zemli // Gornyj informacion-no-analiticheskij byulleten'. 2015. № 4 (special'nyj vypusk № 15). S. 5-11.
18. Golik V.I., Stradanchenko S.G., Maslennikov S.A. Experimental study of non-waste recycling tailings ferruginous quartzite // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. T. 10. № 15. S. 35410-35416.
19. Polukhin O.N., Komashchenko V.I., Golik V.I., Drebenstedt C. Substantiating the possibility and expediency of the ore beneficia-tion tailings usage in solidifying mixtures production // Scientific Reports on Resource Issues Innovations in Mineral Ressource Value Chains: Geology, Mining, Processing, Economics, Safety, and Environmental Management. Freiberg, 2014. S. 402-412.
20. Progressivnye metody obogashcheniya i kompleksnoj pererabotki prirodnogo i tekhnogennogo mineral'nogo syr'ya (Plaksinskie chteniya-2014). Almaty: AO «Centr nauk o Zemle, metallurgii i obogash-cheniya», 2014. 624 s.
21. Kaplunov D. R. Teoreticheskie osnovy razvitie // Gornyj zhurnal. 2014. № 7. S. 49-51. proektirovaniya osvoeniya nedr: stanovlenie i
TO THE PROBLEM OF RECLAMATION OF THE STORAGE OF TAILINGS OF
COAL ENRICHMENT OF DONBASS
Sheymartdyanov T.E.
Annotation: the important scientific and practical problem of the complex use of coal wastes is formulated. Differentiated by regions and deposits of the region, the properties of coal -containing tailings of the beneficiation were investigated and systematized, as the basis for their rational utilization during the mine surface recultivation. Attention is focused on burned rocks and on the content of metals in the tailings of coal enrichment. The typification of burned rocks according to their function in tailings storages is proposed. The mechanism of the impact of dump products on the ecosystems of the environment has been systematized and described. Differentiated by consequences and ranked factors of the negative impact of waste dumps on the environment. The information about the history and dynamics of the formation of tailings tailings at the territory of Eastern Donbass is given. It is shown that coal, ash and slag coal-fired power plants waste can be used for the industrial production of alumina, coagulants for water purification, abrasive and heat-resistant alloys, deoxidizing agents for steelmaking, building materials, rare and trace elements and other products and materials. Noted the requirement for the use of coal tailings only after the extraction of metals from them to the MPC standards. The quantitative value of the content of chemical elements in the dumps of coal mines is given. Identified technical solutions for the rehabilitation of the mine surface. The role of tailing dumps in the creation of a new, almost unlimited mineral and raw material base for the production of metals using new technological schemes for enrichment and extraction of chemical elements is shown It is concluded that traditional technologies for the recovery of metals do not solve the problem of wastelessness, since metallic impurities in coal are the product of natural leaching of ores, enclosed in mineral matrices, and can be extracted by applying high energy during innovative processes.
Key words: tailings, coal, utilization, reclamation, metals, environment, East Donbass.
© fflHHMapTA*HOB T3., 2018
Шяймартдянов Т.Э. К проблеме рекультивации хранилищ хвостов обогащения углей Донбасса //Вектор ГеоНаук. 2018. Т.1. №3. С. 53-64.
Sheymartdyanov T.E., 2018. To the problem of reclamation of the storage of tailings of coal enrichment of Donbass. Vector of Geosciences. 1(3): 53-64.
