CC BY
26
- © М.М. Конорсв, Ю.В. Лаптев,
P.C. Титов, В.Г. Шсмснсв, 2013
УДК 622.458
М.М. Конорев, Ю.В. Лаптев, Р.С. Титов, В.Г. Шеменев
К РЕШЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МАГНИЕВЫХ РУД (МАГНЕЗИТА И АСБЕСТА)
Представлены результаты исследований к решению экологических проблем при разработки месторождений магниевых руд(магнезита и асбеста),представлена оценка потерь магнезиального сырья и образование отходов обогащения, а также рассмотрена технологическая схема переработки забалансовых магнезиальных руд.
Ключевые слова: магнезит, хризотил-асбест, безотходное производство, обогащение, потери, химическая реакция, доломит, забалансовые руды.
Нерациональное использование сырьевых ресурсов при открытой разработке магниевых руд приводит к необходимости освоения новых месторождений с отчуждением земельных отводов и применением буровзрывных работ, что оказывает негативное воздействие на окружающую среду.
Основными причинами загрязнения атмосферы карьеров являются — несовершенство технологических процессов и оборудования, ухудшение условий естественного воздухообмена с ростом глубины карьеров.
Следует отметить, что при «нормальном» (естественном) воздухообмене регулирование и управление пылегазовым и климатическим режимами в атмосфере карьеров осуществляется за счет природных аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов. Применяемые организационно-технические и технологические мероприятия обеспечивают лишь частичное сокращение выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) в окружающую среду. Однако при отсутствии осадков (дождь, град, снег, иней) выделяющиеся при работе технологического комплекса вредные примеси выносятся ветровыми потоками и загрязняют прилегающие к карьерам территории — почву, воздушную и водную среды. При мороси и тумане в атмосфере карьеров может возникнуть «смог» вследствие адсорбции частицами переувлажненного воздуха токсичных веществ (оксиды азота, бензапирен, сажа и др.), выделяющихся с отработавшими газами автотранспорта. Кроме того, при благоприятных условиях происходит загрязнение почвы и поверхностных вод при выносе ЗВ с адсорбированными осадками, а также подземных вод через поверхности выработанного карьерного пространства. Поскольку ПДК ЗВ для окружающей природной среды, в частности, для «селитебных зон», значительно (~ на порядок) ниже, чем для атмосферы карьеров и промплощадок, то в данном случае следует учитывать экологический ущерб, который не может быть скомпенсирован в виде платы за выбросы ЗВ.
При неблагоприятных метеоусловиях (НМУ — сочетание штилей с инверсиями) происходит лишь усугубление экологической ситуации, когда в соответствии с требованиями ЕПБ возникает необходимость прекращения производства горных работ.
Основными источниками получения дополнительных сырьевых ресурсов на комбинате «Магнезит» являются:
1. ДОФ (рис. 1), откуда после предварительного обогащения в тяжелых суспензиях (взвешенных в воде тонкодисперсных утяжелителей-ферросилиция и магнентита в соотношении 7:3) на склад забалансовых некондиционных руд поступает магнезит с содержанием =84% и доломит с содержанием =16 %.При этом в доломите содержится =45,4% магнезита и 54,6 % известняка. Фактически содержание магнезита на складе забалансовых некондиционных руд составит (0,84 + 0,16 х 0,454) = 0,91(91 %),а известняка (0,16 х 0,546) = 9 %. Кроме того с ДОФ в отвалы «пустых пород» после процессов дробления и грохочения поступает часть горной массы с содержанием магнезита от 3,5 до 71 % (среднее =37 %) и доломита от 3,5 до 96,5 % (среднее =50 %).
2. Существующий склад забалансовых некондиционных руд со средним содержанием магнезита =84 % и известняка =16 % (см. п. 1). Этот склад постоянно пополняется «отходами» с ДОФ.
3. Отвалы «пустых пород»,нижние ярусы которых, как правило ,заполнены вскрышными породами, а верхние — «отходами» дробильно-грохотильного комплекса ДОФ. Эти «отходы « включают магнезит со средним содержанием =37 % и доломит со средним содержанием =50 % (см. п. 1). С учетом того, что в доломите содержится =45,4 % магнезита и 54,6 % известняка, из «отходов «отвалов можно получить магнезита (0,37 +0,50 х 0,454) =60 % и (0,5 х 0,546) = 27 % известняка с применением гравитационного и химического обогащения (безотходной технологии). Ввиду постоянного поступления в отвалы пустых пород части горной массы целесообразно создать на отвалах экспериментальный участок с линией химического обогащения магнезита с доломитом.
Применение технологии безотходного производства на ДОФ, складе забалансовых некондиционных руд и отвалах «пустых пород» позволит также существенно улучшить экологическую ситуацию на комбинате за счет сокращения потребности в добыче сырья открытым способом (как правило, с применением БВР) на новых месторождениях.
В настоящее время производство магнезита (МдС03) основано на стадиях (рис.1):
а) дробление и грохочение;
б) предварительное обогащение в тяжелых суспензиях (камера 2);
в) камеры для окончательного обогащения в тяжелых средах (3—4);
г) обжиг в электропечах с получением клинкера.
В результате предварительного обогащения горной массы в тяжелых средах достигается содержание МдС03 в 45,4 %. На второй и третьей стадиях гравитационного обогащения достигается содержание МдС03 в 96,5 %. В качестве утяжелителей используются гранулированный ферросилиций и магнетит; соотношение 7:3.
Руда из карьера 3,5%<]^СОз <96,5 % (Среднее 50%)(1,0) На дробление
Грохочение .......111
24,5%<МаСО3<96,5% Среднее бр,5%(0,895)
Обогащение в тяжелой среде
Вотвалы
ш
3,5%<МаСО3<24,5% Среднее 14% (0,105) Доломит (0,895)
Вотвалы
24,5%<МаСО3<45,5% Среднее35%(0,095) Доломит (0,095)
45,5%<МаСО3<96,5% Среднее 71%(0,905)
Обогащение в тяжелой среде
Вотвалы
45,5%<МгСО3<71% Среднее 58,25% (0,13)
71%<МаСО3<96,5% Среднее 84%(0,87)
На склад забалансовых руд
Обогащение в тяжелой среде
71%<МгСО3<96,5% Среднее 84%(0,125) В том числе МгСО3 96,5%(0,38)
На обжиг для получения МгО
Содержание МгСО 3 96,5%(0,875) от исходного-(0,62)
Рис. 1. Оценка потерь магнезиального сырья н образование отходов обогащения
Три стадии гравитационного обогащения обеспечивают сегрегацию магнезита (МдС03) от доломита (МдС03-СаС03) за счет меньшего удельного веса последнего. После этого магнезит с концентрацией (71—96,5) % (средняя ~ 84%) поступает на склад забалансового некондиционного сырья. При этом туда же поступает доломит, содержащий 45,4 % магнезита, за счет чего обеспечивается гравитационное обогащение.
При существующей технологии доломит для извлечения из него магнезита не используется, а идет на производство щебня. То же самое происходит и с забалансовыми некондиционными рудами, содержащими доломит и МдС03.
Кардинальным решением проблемы обеспечения сырьевой базы комбината является технология безотходного производства, позволяющая извлечь МдС03 не только из забалансовых руд, но также из просыпи и доломита, идущего в отходы («пустые породы»).
Сущность технологии безотходного производства (рис. 2) заключается в следующем:
1. на складе забалансовых руд создается дополнительная линия химического обогащения, включающая мощные химические реакторы 4 основного обогащения, центрифуги 5 (фильтры) и камеры извлечения известняка 6.
2. в камеры (реакторы) 4 поступает некондиционный магнезит с доломитом после первых двух стадий гравитационного обогащения, а также просыпь, забалансовое некондиционное сырье со склада и соляная кислота. В реакторах 4 происходят химические реакции сегрегации магнезита из доломита и обогаще-
ния магнезита:
МдС03-х СаСО3 + 4НС1 = МдС12 + СаСЬ + 2ВД + 2СО2 (1)
МдС03-х СаСО3 + МдС12 = ¿МдСО3 + СаС12 (2)
МдС03-х СаСО3 + 2НС1 = ¿МдСО3 + СаС12 + 2Н20 + 2СО2 (3)
Вторая реакция обусловлена тем, что в ряду активности металлов Са находится выше Мд. Кроме того в реакторах 5 производится обогащение некондиционного магнезита, с образованием МдС12, что интенсифицирует процесс сегрегации магнезита из доломита.
3. После химических реакторов основного обогащения МдС03 поступает на обжиг для получения клинкера (окиси магния).
4. После центрифуг 5 (фильтров) СаС12 поступает в камеры 6 для извлечения известняка с применением двууглекислого натрия (соды — Ыа2С03):
СаС12 + Ыа2С03 = I СаСО3 + 2ЫаС1 (4)
Часть СаС12 используется для процессов гидрообеспыливания в карьерах. Известняк и поваренная соль после очистки и сушки становятся готовыми продуктами. После термической обработки в электропечах из известняка можно получить известь (СаО):
СаСО3 = СаО + СО2 (5)
Эту технологию, в частности, целесообразно будет использовать при освоении Семибратского месторождения, расположенного от г. Сатка ~ в 55 км.
МеС03 • СаСОз + 4НС1 = МеС12 + СаС12 + 2Н20 + 2С02 М§С03 • СаСОз + М§С12 =1 2М§С03 + СаС12 М§С03 • СаС03 + 2НС1 М§С03 + СаС12 + Н20 + С02 СаС12 + Ма2С03 =4- СаС03 + 2№С1 обжиг М§С03 = М^О + СО 2 СаС03 = Са0 + СО 2
MgCO, СаСО доломит
сжатый
воздух 71% < MgC03 < 84%
MgC03 (96,5%)
на обжиг для получения MgO
на обжиг
на обжиг
1 - дробилка; 2 - грохот; 3 - камера гравитационного обогащения; 4 - камера химического обогащения; 5 - центрифуга; 6 - камера извлечения известняка и
поваренной соли.
Рис. 2. Технологическая схема переработки забалансовых магнезиальных руп.
Для предварительной оценки возможности применения этого технического решения можно провести серии экспериментов в химической лаборатории комбината. При проведении экспериментов необходимо определить:
а) оптимальный размер фракционного состава доломита и его смесей с магнезитом;
б) оптимальный удельный расход HCl и ее концентрацию при извлечении МдС03 из доломита и его смесей с магнезитом;
в) удельный расход соды (Na2CO3) для получения известняка и др.;
г) оптимальное соотношение магнезита, доломита, а также концентрации HCl для полного извлечения магнезита из доломита.
По п.п.а -г можно произвести предварительные расчеты по формулам химических реакций(в частности для доломита):
Оптимальное соотношение компонентов — доломита, воды, магнезита, соляной кислоты и соды, обеспечивающее полное извлечение магнезита, известняка и поваренной соли может быть запатентовано.
При весовом соотношении доломит: соляная кислота = 0,715 : 0,285 соотношение между полученными продуктами реакции — составит: магнезит: СаС12 : вода: С02 = 0,324: :0,436 : 0,07: 0,17 (реакция 6).
При соотношении между СаС12 : Ыа2С03 ~ 1:1 соотношение между СаС03 и ЫаС1 составит 0,46:0,54 (реакция 7).
При наличии магнезита в рудах, поступающих с доломитом, при воздействии соляной кислоты происходит химическая реакция:
2МдС03-+ МдСО3 х СаСО3 + 2НС1 = ¿3МдСО3 + СаС12 + Н20 + СО2 (8)
Полное извлечение магнезита из этой руды обеспечивается при весовом соотношении: магнезит : доломит : соляная кислота = 0,393 : 0,433 : 0,174. При этом соотношение между продуктами реакции 3 составит: 3МдС03 : СаС12 :
Следует отметить, что у комбината «Ураласбест» источником дополнительных сырьевых ресурсов является серпентинит, большое количество которого содержится на отвалах и складах забалансовых руд. В серпентините по химическому составу содержится 56,5 % хризотил-асбеста, извлечение которого можно произвести с применением 10 %-х водных растворов соляной или азотной кислот. При этом происходят следующие химические реакции:
СаО х 2H2SiO3 х 3MgO + 2Н2БЮз + 2HCI + 37H2O = 3MgO х 2Н2БЮз +
МдСОз-х CaCÜ3 + 2HCI = ^MgCÜ3 + CaCl2 + 2H2O + 2СО2 CaCl2 + Na2C03 CaC03 + 2NaCI.
(6) (7)
: H2O : CO2 = 0,59 : 0,264 : 0,043 : 0,104.
(серпентинит)
+ 2H2SiO3 + 38H2O + CaCl2
(раствор геля и хлорида кальция)
(10% раствор кислоты)
(хризотил-асбест)
(9)
(10)
(хризотил-асбест) гель кремниевой кислоты)
В отличие от существующего «сухого» способа извлечения хризотил-асбеста применение кислотного позволит избежать применения средств очистки воздуха за счет образования пылеподавляющих смесей — СаС12 и геля кремниевой кислоты. НЕЕ.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Конорев Михаил Максимович — заведующий лабораторией экологии горного производства, доктор технических наук;
Лаптев Юрий Викторович — заведующий лабораторией управления качеством руд, доктор технических наук;
Титов Роман Сергеевич — младший научный сотрудник;
Шеменев Валепий Геннадьевич — заведующий лабораторией взрывных работ, кандидат
технических наук.
ИГД УрО РАН, direct@igd.uran.ru.
ОПТИМИЗАЦИЯ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ПОМОЩЬЮ ИНТЕГРАЛЬНОГО КРИТЕРИЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ
Цейтлин Евгений Михайлович - аспирант кафедры инженерной экологии, E-Mail: tseitlin.e.m@gmail.com, Уральский государственный горный университет В современных условиях ограниченности материальных ресурсов объективная и достаточно быстрая оценка степени экологической опасности того или иного технологического или организационного решения, предприятия в целом, является насущной необходимостью. В данной статье описан новый подход к оценке экологической опасности горного производства, который позволяет оптимизировать его негативное воздействие на окружающую среду.
Ключевые слова: экологическая опасность, экологическая безопасность, негативное воздействие на окружающую среду, оценка экологической опасности, интегральный критерий
OPTIMIZATION OF THE NEGATIVE IMPACT OF MINING PRODUCTION WITH THE HELP OF INTEGRAL CRITERIA OF ASSESSMENT OF ENVIRONMENTAL HAZARD
Tseytlin E.M.
In the current context of limited material resources is an objective and sufficiently rapid assessment environmental hazard of a technological or organizational solutions, the enterprise as a whole, is an absolute must. This article describes a new approach to the evaluation of environmental hazards of mining, which allows to optimize its negative impact on the environment.
Key words: ecological hazard, ecological safety, negative impact on the environment, assessment of environmental hazard, integral criterion.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
