Модель эколого-экономической оценки эффективности комплексного освоения техногенных минеральных образований Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Науки о Земле

УДК 502:622.013

Постникова Оксана Валериевна Oksana Postnikova

МОДЕЛЬ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

ENVIRONMENT-ECONOMY MODEL OF EVALUATING THE EFFECTIVENESS OF THE INTEGRATED DEVELOPMENT OF MAN-MADE DEPOSITS

Изложены материалы, подтверждающие необходимость захоронения техногенных образований после максимального использования их сырьевого потенциала. Предложена эколого-экономическая модель, позволяющая дать оценку техногенных месторождений, определить эффективность их освоения в соответствии с предложенной организационно-технологической схемой, ранжировать все объекты в соответствии с их народнохозяйственной значимостью и очередностью ввода в эксплуатацию, обосновать рациональный вариант захоронения отходов

Ключевые слова: техногенные месторождения, эколого-экономическая модель, отходы, окружающая среда, негативное воздействие, полезные компоненты, строительные материалы, организационно-технологическая схема, ранжирование, захоронение

The article describes the materials showing the need for disposal of man-made structures, maximizing their raw potential. The proposed environmental and economic model allows to estimate anthropogenic deposits, to determine the effectiveness of their development in accordance with the proposed organizational and technological scheme to rank all of the objects in accordance with their national economic importance and precedence commissioning justify rational option landfill

Key words: technogenic deposits, environmental and economic model, waste, environment, and impact, useful components, construction materials, organizational and technological scheme, ranging, burial

По мере исчерпания запасов разрабатываемых месторождений для многочисленных горнодобывающих и горно-металлургических предприятий техногенные объекты могут стать приоритетным, а в некоторых случаях и единственным источником минерального сырья. При этом следует иметь в виду, что отходы горнопромышленных производств, представляя собой крупный резерв сырья для извлечения металлов и неметаллов, одновременно являются оча-

гами локального или регионального загрязнения окружающей среды

На земной поверхности накоплены триллионы кубических метров техногенных отходов. В России из недр извлечено и находится в отвалах и хвостохранили-щах около 80 млрд т горных пород и отходов переработки полезных ископаемых. В хвостах обогащения руд цветных металлов доля неизвлеченных компонентов от их количества в исходной руде составляет

соответственно (средние и максимальные значения), %: олова — 35 и 58; вольфрама — 30 и 50; цинка — 26 и 47; свинца — 23 и 39; молибдена — 19 и 53; меди — 13 и 36; никеля — 10 и 25. Показатель извлечения основных полезных ископаемых в России составляет 65...78 %, а попутных элементов (в цветной металлургии) — 10.30 %

[7].

В Забайкальском крае скопилось около 3 млрд т отходов производства и потребления. В лидерах находится горнодобывающая промышленность и объекты теплоэнергетики. Наибольшую опасность представляет загрязнение отходами земель, поверхностных и подземных вод токсичными веществами из хвостохра-нилищ обогатительных фабрик, прекративших производственную деятельность горнодобывающих предприятий. Таковых насчитывается более двух десятков, в них за многие годы накоплено 170 млн т горных пород. Общая площадь земель, занятая техногенными минеральными образованиями, составляет более 4 тыс. га [10].

Существуют разные трактовки понятия «техногенные образования».

Например, М.В. Рыльникова дает следующее определение [1].

Техногенное минеральное образование (ТМО) — условные выделенные в пространстве и накопленные на поверхности Земли или в недрах в пределах горного отвода в достаточном количестве для промышленного освоения техногенные минеральные ресурсы, образовавшиеся в результате отделений их от массива и складирования в виде отходов горного, обогатительного и металлургического (химического) производств. Это скопление не только на поверхности либо в природных, или техногенных полостях в недрах Земли, но и в гидросфере или атмосфере твердых, жидких либо газообразных веществ, созданных в результате производственной деятельности человека в сфере недропользования.

Каждое ТМО обладает особенностями, обусловленными составом исходного сырья, технологией добычи, обогащения или переработки и целым рядом других фак-

торов. Поэтому необходимы объективная оценка и детальная разведка каждого перспективного техногенного месторождения. Оценочные работы проведены пока на немногих объектах.

ТМО содержат значительное количество полезных компонентов, которые, при совершенствовании технологий, можно извлекать и тем самым получать дополнительную прибыль. В хвостах обогащения руд содержатся цветные и редкие металлы, являющиеся основными промышленными и попутными компонентами руд.

Всего в ТМО горнодобывающих предприятий Забайкальского края, по данным паспортизации, ориентировочно насчитывается около 149 т золота (с содержанием 0,3.3,5 г/т); 925 т серебра (0,5.29 г/т); 74,3 тыс. т олова (0,035.0,12 %); 10 тыс. т вольфрама (0,076.0,4 %); 24 тыс. т молибдена (0,022.0,096 %); 133,5 тыс. т свинца (0,18 % — первые проценты); 192,3 тыс. т цинка (0,1 % — первые проценты); 7,4 тыс. т меди (0,02.0,1 %); около 480 т кадмия; 2 тыс. т тантала; 2,1 тыс. т ниобия; 85,7 тыс. т лития; 13,5 тыс. т бериллия; 690 т висмута; около 4,5 тыс. т мышьяка; 146 тыс. т серы и ряд других рудных и нерудных компонентов [2].

Техногенные минеральные образования могут служить сырьем для производства строительных материалов: стеновых блоков, панелей, силикатного и керамического кирпича, асфальтобетона, гравия, щебня, песка, а также использоваться в стекольной и фарфоро-фаянсовой промышленности, в качестве добавок в известняково-кремнис-тое вяжущее, шлаковое литье, минеральную вату и пр. [12].

Предварительные исследования показали, что хвосты Шахтаминской обогатительной фабрики пригодны в качестве добавки к глинистому сырью Средне-Шахтаминского месторождения глин для производства керамического кирпича, вскрышные отвалы Мало-Кулиндинского месторождение — для производства строительного щебня, хвосты вторичной переработки Калангуйской фабрики — в качестве добавок при производстве силикатного и керамического кирпича,

лёгких пористых заполнителей, ячеистых бетонов, стеновой керамики [2].

По предварительной оценке, негативное воздействие техногенных образований горнорудных предприятий Забайкальского края на окружающую среду требует срочного обезвреживания отходов бывших Калангуйского ПШК, Нерчинского ПК, Хапчерангинского, Дарасунского, Давен-динского, Шахтаминского рудников. После их закрытия мероприятия по поддержанию хвостохранилищ в относительно безопасном состоянии не проводятся, прекращена закачка воды, не ведутся работы по укреплению дамб [ 5 ]. Осушение хранилищ привело к дефляции (ветровой эрозии) хвостов, пыль разносится на большие расстояния, что чревато загрязнением почв цианидами, солями и тяжёлыми металлами, нередко превышающими допустимые нормы. В весенне-осенние периоды, когда скорость ветра достигает 25...35 м/с, тонкодисперсный материал, подхваченный воздушными потоками с площади осушенных хвостохранилищ, перемещается на десятки километров, загрязняя огромные территории, причем плотность такого загрязнения постоянно возрастает [6].

В последние годы вследствие разрушения гидротехнических сооружений в Забайкальском крае происходит интенсивная фильтрация минерализованных вод через дамбы и ложе хвостохранилищ. При размыве дамб паводковыми или ливневыми водами реальной становится угроза загрязнения всего речного бассейна [7].

Эти факторы говорят о негативном влиянии ТО на окружающую среду. Вследствие этого в крае широко распространены такие болезни, как эндемический зоб, поражение сердечно-сосудистой, суставной и нервной систем, болезни Кешана, Кеша-на-Бека (уровская), рак легких и кожи, врожденные пороки развития, нарушение слуха и зрения (болезнь Минаматы) и др. Так, например, флюорозом страдает около 12 % местного населения, что в 2,5.3,0 раза превышает средний уровень заболеваний по стране, кариесом зубов — 78.81 % взрослого населения [11].

Таким образом, ТО горнорудных предприятий, с одной стороны, могут служить дополнительными объектами добычи полезных ископаемых и производства строительных материалов, а с другой — являются объектами негативного воздействия на окружающую среду. Эти обстоятельства требуют усиленного внимания: с одной стороны, страна может получить дополнительную продукцию, в том числе строительные материалы, с другой — устранить негативное воздействие ТМО на окружающую среду[3].

Решающим фактором комплексного освоения ТМО должна стать эколого-эко-номическая целесообразность их разработки, которая возможна лишь при условии развития и промышленного использования передовых инновационных технологий их переработки. В этой связи представляется целесообразной подготовка инвестиционных проектов по ряду наиболее перспективных объектов, вовлечение которых в хозяйственный оборот имеет экономический, социальный или иной приоритет [9].

Для решения этой проблемы необходимо решить следующие задачи:

— систематизировать ТМО с целью их комплексного освоения;

— завершить технологическое картирование, изучение вещественного и химического состава ( содержание полезных и вредных компонентов) , предварительно выявить полезность промышленного назначения ТО;

— провести дополнительные исследования, разработать технологии комплексного извлечения полезных компонентов и производства строительных материалов;

— разработать организационно-технологические схемы комплексного освоения ТМО;

— определить критерии экономической оценки эффективности комплексного освоения ТМО и захоронения;

— создать экономико-математическую модель оценки эффективности комплексного освоения ТМО и варианта рационального их захоронения [8].

Не все техногенные образования можно называть месторождениями. Техноген-

ные месторождения (ТМ) — это скопления минеральных веществ на поверхности Земли или в горных выработках, образовавшиеся в результате их отделения от массива и складирования в виде отходов горного, обогатительного, металлургического или иного производства и пригодные по количеству и качеству для эффективного промышленного использования (для извлечения метал -лов и других полезных компонентов, приготовления закладочных смесей, получения топлива и стройматериалов) [1].

Нами предложена модель, позволяющая дать эколого-экономическую оценку ТМО, определить эффективность их освоения в соответствии с предложенной организационно-технологической схемой, ранжировать все объекты в соответствии с их народнохозяйственной значимостью, определить очередность ввода в эксплуатацию и обосновать рациональный вариант захоронения отходов (см. рисунок).

Первым этапом оценки эффективности комплексного освоения ТМО является проведение технологического картирования.

Технологическое картирование предполагает изучение вещественного и химического составов материалов ТМО, в т.ч. содержания в них вредных и полезных компонентов с целью промышленной переработки или дальнейшего захоронения.

Под организационно-технологической схемой освоения ТМ понимается пространственное расположение основных и вспомогательных производственных объектов, предназначенных для переработки минерального сырья с целью получения готовой продукции в виде концентрата, строительных материалов, изделий и пр., объектов жилищно-бытового назначения, их

взаимосвязь и параметры, а также влияние расположенных на незначительном удалении действующих ГОКов, предприятий стройиндустрии.

По критерию ЧДДТМ оцениваются возможные варианты параметров промышленного комплекса. Для этого поочередно рассчитывается суммарный чистый дисконтированный доход (£ЧДДТМ) от разработки группы ТМ, находящейся на различном удалении от промышленного центра.

^ДДтм = ЧДДтм1 + + ЧДДтм 2 + -■+ ЧДДтм п> (1)

где чДДтмР чДДтм2>-чДДтмп - чистый дисконтированный доход от освоения соответственно 1-го, 2-го,. п — го ТМ, тыс. руб.

Если ШДДТМ>0, ТМ включается в структуру промышленного комплекса, а в случае ШДДТМ<0 — ТМ не включаются в комплекс.

ТЭО позволит решить вопрос эффективности освоения ТМ с учетом изложенных предпосылок.

В основу технического проекта заложен план процессов, последовательность действий и операций, через которые должно пройти минеральное сырьё для получения конечного продукта. Он включает чертежи с компоновкой помещений и технологического оборудования, а также описание (расчеты необходимого сырья и материалов; площадей под различные производства; транспортных потоков, штатное расписание и т.д.).

Расчет показателей ЧДД, ИД, ВНД, Ток , У, У". Чистый дисконтированный доход от разработки ТМ определится по формуле

чддш = ХГ=!Х=о7^смЧъ+ 1Ц хXцсм. +

+ .-:ЛЛ-.-:ЛЛ с - Г,...,- С у-

у тс ¿-4 = 0

к.

■¿тр

(.1+ЕУ

(2)

где т — количество добываемых видов полезных ископаемых;

п — количество выпускаемых видов продукции строительного производства;

Ари— годовой объем переработки г -го минерального сырья в ^й год эксплуатации ТМ, т/год;

См.. — среднее содержание г -го полезного компонента в t - м году, %;

£. — коэффициент извлечения г-го полезного компонента при обогащении руды, дол. ед.;

ГТ »о о

Ц. — цена г-й единицы производимой продукции, руб/т;

Vем— объем производства /-го вида продукции строительного производства, шт. (м3);

Цсм — цена за единицу ./-го вида продукции строительного производства руб/шт.,

(руб/м3);

АМ, АМ2, — амортизационные отчисления соответственно на основные производственные фонды, срок эксплуатации которых не связан со сроком разработки ТМ и автосамосвалы, эксплуатируемые на объекте, руб.;

Ся , С , С С я — соответственно

доб пер с.м, адм

эксплуатационные затраты на добычу и переработку минерального сырья, строительных материалов и административные расходы, руб/т;

С — затраты на транспортирование 1

тр.р. 1 г I г

т минерального сырья на 1 км, руб/ткм;

1тр— расстояние транспортирования,

км;

Нt — суммарные налоги, выплачиваемые в ^м году, руб.;

К — капитальные затраты на стро-

стр.к. I г

ительство объектов по переработке минерального сырья и продукции строительного производства, руб.;

Е — норма дисконта;

ТТМ — срок эксплуатации ТМ по варианту, лет;

Т — срок строительства, лет;

У — рассчитанный экономический ущерб от воздействия проекта на окружающую среду, руб.;

У" — предотвращенный ущерб, руб. [4 ].

На последнем этапе производится \нш-жирование ТМ по критерию ЧДД. Выявляются техногенные месторождения, пригодные для первоочередной переработки — ценные, где ЧДД>600 тыс.руб.; перспективной переработки — средней ценности, 600>ЧДД>300 тыс. руб.; отдаленной перспективы переработки — малоценные 300>ЧДД>0 тыс. руб.; отходы, не представляющие экономической ценности. Последние отправляются на захоронение.

Модель позволяет выбрать рациональный вариант захоронения отходов по критерию ДЗ. За критерий экономической оценки вариантов принимаются минимум дисконтированных затрат с учетом амортизации на захоронение ТМО.

ТДЗ. = К. + Э. - АМ -

ггг гкрзг

- АМ - АМ ^ шт,

М1 пол

(3)

где ТДЗ. - суммарные дисконтированные затраты по г-му варианту с учетом риска неподтверждения запасов руды и среднего содержания полезного компонента, руб.;

К. — дисконтированные капитальные затраты по г-му варианту, руб.;

Э. — дисконтированные эксплуатационные затраты по г-му варианту, руб.;

АМ — дисконтированные амортиза-

гкрзг 1

ционные отчисления по г-му варианту на специализированные основные производственные фонды, срок использования которых определяется сроком извлечения полезного ископаемого, руб.;

АМм. — дисконтированные амортизационные отчисления по г-му варианту на основные производственные фонды, срок эксплуатации которых не связан со сроком извлечения полезного ископаемого, руб.;

АМаЫ — дисконтированные амортизационные отчисления по г-му варианту на автосамосвалы, руб.

Результаты эффективности освоения хвостов обогащения Шахтаминской обогатительной фабрики приведены в таблице.

ю о

Вскрышные породы

Хвосты обогащения

РУД

Продукты химического процесса переработки

Продукты сжигания углей (золы и шлаки)

Бедные и некондиционные (забалансовые) иуды

Продукты металлургического ппопесса (шлаки}

Техногенное минеральное образование

Цветные металлы

Си РЬ /лл

№ 8п са

В1 ЭЬ

Редкоземельные металлы

Эс

Благородные металлы

Аи Аг

Черные

металлы

Ке Мп

Не металлы

8 Яр

Те Ав

Редкие металлы

Та 1л Ве

Са 1п Г^Ь

Мо

Технологическое картирование, изучение вещественного и химического состава (содержание полезных и вредных компонентов).

Выявление промышленной ценности

Ж

Пригодные для извлечения полезных компонентов

Непригодные

_1

Пригодные для извлечения полезных компонентов и производства стройматериалов

е-

Пригодные для производства строительных материалов

Исследование и разработка технологии извлечения полез, комп. и производства строительного материала

т

1Т\

С5

^----------------------

:С1_____________________

Добавка в швестняково-кремнистое ; вяжущее

м Стекольная промышленность > Шлаковое литье, минеральная вата Песок

Фарфорофаянсовая промышленность Гравий, щебень Кщшичное производство 1 Наполнитель бетона

1

00 а>

Г)

3

х

Л

Со О

о\

2

ю

О

СО

"-о

N0

о

со

Ценные, первоочередная переработка

Готовый продукт

Средней ценности, перспективная переработка

лг

Малоценные, отдаленная перспектива переработки

Сырье для производства строительных материалов

Не представляющие экономической значимости

_\1

Схема модели эколого-экономической оценки эффективности комплексного освоения

техногенных минеральных образований

Оценка эффективности освоения хвостов обогащения Шахтаминской обогатительной фабрики

Производство готовой продукции за год Годовой объем выпуска продукции, тыс. руб. ЧДД, тыс. руб. ВНД,% ИД Ранжирование

Си - 13,365 т 277,5

РЬ - 21,227 т 268,2

Мо - 11,214 т 565,2

Э - 78,624 т 215

Б1 - 1,78 т Ад - 222,3 кг 1546,8 105281,3 530656,6 22,6 1,65 Средней ценности

Керам. кирпич -34174,716 тыс. шт. 410096,592

Расчеты показали высокую эффективность освоения хвостов Шахтаминской обогатительной фабрики для извлечения полезных компонентов и производства керамического кирпича. После чего целесообразно провести рекультивацию нарушенных земель.

Таким образом, вовлечение в хозяйственный оборот техногенных месторождений позволит решить некоторые важные проблемы минерально-сырьевого комплекса страны и улучшить экологическую ситуацию: в частности, обеспечить сокращение расходов на поиски и разведку новых месторождений, повысить производительность труда за счет рентабельной переработки уже

Литература

1. Рыльникова М.В. [и др.]. Развитие классификаций техногенного сырья горных предприятий и обоснование технологий его активной утилизации М.: ГИАБ, 2012. С. 208-213.

2. Харитонов Ю.Ф., Васильев В.Г. Кадастр техногенных скоплений горнорудных предприятий Читинской области и текст отчета. В 5 т. Т. 1. Чита: ЗабНИИ, 1998. 85 с.

3. Комаров М.А. [и др.]. Техногенные минерально-сырьевые ресурсы / под ред. В.В. Караганова, Б.С. Ушкенова. М., 2003.

4. Рюмина Е.В. Экономический анализ ущерба от экологических последствий. М.: Наука, 2009. С. 236-237

5. Барабашева Е.Е. [и др.]. Особенности освоения техногенных минеральных образований Кличкинского рудного узла. Чита: Вестник ЗабГК им. М.И. Агошкова №2, 2009. С. 55-58.

6. Барабашева Е.Е. [и др.]. Проблемы рационального природопользования в горнодобывающих районах Забайкальского края (на примере Кличкинского рудного узла). Чита: Вестник ЧитГУ, 2009. № 4(55). С. 15-20.

7. Михайленко В.Н. Исследование характера загрязнения территории Забайкалья техногенными отходами горного производства. М.: ГИАБ, 2008. С. 151-154.

8. Чернегов Ю.А. Методы изучения и освоения техногенных месторождений. М.: ГИАБ, 2009. С.371-375

добытого сырья, улучшить условия труда, так как техногенные месторождения расположены на поверхности Земли, в отличие от все более глубокозалегающих коренных месторождений полезных ископаемых, высвободить занимаемых техногенные месторождениями земли, обеспечить их рекультивацию, ликвидацию источников загрязнения окружающей среды.

Разработана эколого-экономическая модель оценки эффективности комплексного освоения ТМ, позволяющая повысить их инвестиционную привлекательность, а также обосновать рациональный способ захоронения отходов горного производства.

9. Илимбетов А.Ф. [и др.]. Разработка технологии формирования и комплексного освоения техногенных месторождений на основе отходов переработки руд. М.: ГИАБ, 2008. С. 247-257.

10. Михайленко В.Н. Проблема техногенных отходов горного производства в Забайкалье. М.: ГИАБ, 2006. С. 121-123.

11. Михайленко В.Н., Торгаев В.В. Эколого-экономическая оценка целесообразности вовлечения в промышленную эксплуатацию техногенных месторождений плавикового шпата в Читинской области. М.: ГИАБ, 2005. С. 539-542.

12. Мелконян Р.Г. Использование горных пород и отходов горного производства в качестве сырьевых материалов при производстве стекла и в стройиндустрии. М.: ГИАБ, 2006. С. 187-190.

Коротко об авторе_Briefly about the author

Постникова О.В., аспирант, ассистент кафедры О. Postnikova, postgraduate student, assistant, EG-ЭГПиГр, Забайкальский государственный универ- PandGr department, Transbaikal State University ситет

[email protected]

Научные интересы: оценка эффективности ос- Scientific interests: evaluation of technological fields' воения техногенных месторождений и их влияние development and their impact on the environment на окружающую среду