CC BY
58
ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ТРУДА
УДК 622.333
Х.А. Исхаков, Е.Л. Счастливцев, Ю.А Кондратенко
НЕОБХОДИМОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ УГЛЕДОБЫЧИ И ЭНЕРГЕТИКИ
Кемеровская область является одним из самых техногенно перегруженных регионов России, в которой образуется огромное количество отходов угольной промышленности, энергетики и металлургии. Складирование отходов ежегодно сокращает площади природного ландшафта и сельскохозяйственного назначения и оказывает вредное воздействие на окружающую среду.
Отходы угольной промышленности камнеподобные природные соединения углевмещающих пород и внутренних прослоев в пластах, а также отходы обогащения от крупных кусков до илопо-добных образований.
В работе [1] указывается что «углевмещающие породы Кузнецкого бассейна представлены песчаниками, алевролитами, аргиллитами и переслаиваниями песчаников и алевролитов. В небольших объемах встречаются углистые алевролиты. Около 50% углевмещающих пород составляют песчаники, 40%- алевролит, 6%- переслаиваниями песчаников и алевролитов, 4%- аргиллиты, углистые аргиллиты и другие разновидности пород». При решении задач утилизации отходов, когда данный отход рассматривается в качестве сырьевого материала, в каждом конкретном случае необходимо более тщательное разделение пород на их разновидности. Согласно [2] среди песчаников имеется 36 разновидностей, алевролитов-около 10.
Аргиллиты своим происхождением обязаны глинам, и во многих случаях свойства глин в них проявляются довольно четко, в природе встречается 31 их разновидность, совмещающая свыше 50 глинистых минералов.
Попадая на земную поверхность, углевмещающие породы, подвергаясь выветриванию, значительно изменяются вплоть до образования так называемых горельников наподобие тех, которые образовались в результате древних пожаров на выходах угольных пластов; последние хорошо наблюдаются в центральной части г. Прокопьевска [3-5].
Теоретический интерес представляют аргиллиты как перспективное сырье для получения Al2Oз и SiO2. Рассмотрим термограмму одного из наиболее распространенного глинистого минерала- каолинита, эмпирическая формула - Al2O3 .2SiO2.2H2O.
щий процесс:
о о
550 С 950 С
Al2O3.2SiO2.2H2O----->Al2Oз.2SЮ2--------->2Al2Oз.2SЮ2
каолинит метакаолинит муллит Если в области температур 500-600оС происходит удаление образующейся из ионов Н+ и ОН-воды без коренной ломки исходной кристаллической решетки, то при температурах 900-1000оС происходит образование муллита- минерала с другим соотношением алюминия и кремния и, следовательно, с другими свойствами. Как природный неорганический полимер каолинит, как и многие другие глинистые минералы, в кристаллической структуре состоит из полимерного слоя тетраэдров кремния и полимерного же слоя глинозема, соединяющихся между собой валентными связями кислорода [6,7]. Кислотами можно убрать алюминий и получить, например, сульфат или хлорид алюминия и кремнезем (песок). Однако, для практики такой способ не пригоден, т.к. для многотоннажного производства необходимы будут тысячи и миллионы тонн кислоты. В таком же количестве будут образованны ввиде отходов алюминиевые соли. В малотоннажных производствах такая технология практикуется [8].
Имея в виду, что связь в глинистых минералах
88
Х.А. Исхаков, Е.Л. Счастливцев, Ю.А Кондратенко
между слоями из кремнезема (тетраэдры) и слоями из глинозема (октаэдры) осуществляется через кислород -О- парными электронами в перспективе возможно через нейтронную «бомбардировку» разорвать эту связь и тем самым осуществить безотходную технологию производства глинозема и кварцевого песка при практически неограниченном количестве сырьевых материалов ввиде отходов угледобывающей промышленности. Учитывая огромный прогресс электроники, ее проникновение во многие отрасли хозяйственно-
промышленной жизни предлагаемый способ является осуществимым.
В качестве примера трудноисполнимой проблемы можно привести технологию получения водорода путем электролиза воды, над которой ученые работают с начала ХХ-го столетия, а практических результатов до сего времени нет, так как электролиз воды требует непомерных расходов электроэнергии. Валентные связи в молекуле воды исключительно прочные - даже при 2000оС термическая диссоциация воды не превышает 2%. Прогресс может быть достигнут через изучение характера валентных связей; напрашивается вывод: изучение валентных связей кислорода в силикатах через изучение связей в молекуле воды.
Для Кузбасса изучение отвальной массы имеет огромное значение с точки зрения квалифицированного ее использования, в частности, когда стоит задача рекультивации земель, нарушенных горными работами. Считается, что на 1 млн. добытого угля приходится 27-30 га выведенных из хозяйственного пользования угодий- лесов, лугов, пашни [9]. В настоящее время в Кузбассе около 100 тыс. га нарушенных земель, при современной интенсивной добычи в течении ближайших 10 лет к этим тысячам добавится еще 40-50 тыс. га.
При подземной добыче угля нарушения происходят как по причине просадки поверхности на 25-30м, так и складирования породной массы в так называемых «неудобицах»- это лога и ложбины ручейков и малых рек. Если при терриконом складировании породная масса была сосредоточена в одном месте, то теперь она рассредоточена по ландшафту вблизи шахт. Отказ от террикони-ков начался с Донбасса, где содержание серы в углях доходит до 5%, причем в основном она сульфидная [10], в терриконах легко подвергается возгоранию с образованием диоксида серы- газа, вредно воздействующего на окружающую среду.
В углях Кузбасса общее содержание серы ко-
леблется в пределах 0,6-1,0% и редко заходит за 1%. Терриконы тоже горели, но это было горение угля и обстановка вокруг терриконов была в экологическом отношение спокойной. Для Кузбасса необходимо тщательно проанализировать возможность складирования породы в виде терриконов. Мы не согласны с предложениями о складировании шахтной породы в отработанных пространствах шахт, так как это приведет к возникновению очагов самовозгорания в самой породе и повлечет за собой подземные пожары, а также взрывы метана [11].
Другой проблемой, связанной с углем, является утилизация золы электростанций, огромное количество которой накопилось и накапливается на золоотвалах. Так площадь золоотвала Белов-ской ГРЭС составляет 255га, за 40 лет накопилось свыше 24 млн. тонн золы, принято решение скачивать золу в ближайший отработанный карьер.
Одним из способов утилизации золы, разрабатываемом в Институте угля и углехимии СО РАН, является создание на основе золы и бурого угля почвенного субстрата с целью создания пастбищ, а затем сенокосных угодий [12]. Гранулометрический состав золы уноса находится в пределах от 5 до 25 мкм; зола богата микроэлементами, необходимыми для растений, радиоактивность золы находится в пределах естественного фона (9-14 мкр/ч).
В качестве источника гуминовых веществ предлагается использовать отходы бурого угля Итатского месторождения. В условиях почвенного субстрата мелочь бурого угля быстро окисляется, выход гуминовых кислот в условиях лабораторного окисления без применения специальных окислителей доходил до 74% на органическую массу-это за 19 месяцев хранения в эксикаторе с открытой пробкой[13]. Жизнеспособность растений на субстрате доказана деляночными опытами на посевах овсяницы луговой и донника [12].
Выводы
♦♦♦ Огромное количество отходов ввиде различного рола осадочных пород, а также многомиллионные массы золы электростанций, требуют разработки способов их рационального использования.
♦♦♦ Одним из вариантов использования золы уноса является создание на ее основе почвенного субстрата с добавлением бурого угля как источника гуминовых веществ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Штумпф Г.Г., Рыжков Ю.А., Шаламанов В.А., Петров А.И. Физико-технические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна: Справочник. - М.: Недра, 1994. 447с.
2. Петрографический словарь Ф.Ю. Левинсон-Лессинга и Э.А. Струве/ Редакторы Г.Д.Афанасьева, В.П. Петрова и Е.К. Устиева.-М.: Госгеолтехиздат, 1963. 447с.
3. Сребродольский Б.И. О сернокислотном разложении угленосных пород на самовозгорающихся терриконах Донбасса// Литология и полезные ископаемые. 1974. №6. С. 137-139.
4. Сребродольский Б.И. Тайны сезонных минералов.- М.: Наука, 1989. 144с.
5. Зборщик М.П., Осокин В.В. Предотвращение самовозгорания горных пород. - Киев: Техника, 1990. 176с.
6. Грим Р. Минералогия и практическое использование глин. - Москва: Мир, 1967.511с.
7. Пенкаля Т. Очерки кристаллохимии. - Л.: Химия, 1974. 459с.
8.. Шутько А.П., Басов В.П. Использование алюминийсодержащих отходов промышленных производств. -Киев: Техника, 1989. 113с.
9. Потапов В.П., Мазикин В.П., Счастливцев Е.Л., Вашлаева Н.Ю. Геоэкология угледобывающих районов Кузбасса. -Новосибирск: Наука, 2005. 660с.
10. Геоэкология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т2. -М.: Недра, 1963. 1210с.
11. Тумнов Н.Н. Создания технологии складирования попутно добытой шахтной породы в погашаемых выработках. Сибресурс 2006/ Материалы Х1 Междунар. н-пр. конференции. - Кемерово: КузГТУ, 2006.С.239-241.
12. Исхаков Х.А., Счастливцев Е.Л., Кондратенко Ю.А. Зола уноса в качестве почвенного субстрата// Вестн. Кузбасского гос. тех. унив., 2008. №2 С.57-61.
13. Исхаков Х.А., Михайлов Г.С., Шимотюк В.Д. Бурый уголь как комплексное удобрение/ Вестн. Кузбасского гос. тех. унив., 1998. №5 С.69-71.
□Авторы статьи:
Исхаков Хамза Ахметович
- докт. техн. наук, профессор ведущий научный сотрудник Института угля и углехимии СО РАН тел. 8-(3842) -36-55-61
Счастливцев Евгений Леонидович
- докт.техн.наук, зав. лаб. геоэкологических и водных проблем Института угля и углехимии СО РАН тел. 8-(3842) -36-55-6
Кондратенко Юлия Александровна -ведущий инженер Института угля и углехимии СО РАН тел. 8-(3842) -36-55-6
