CC BY
29УДК 622
А.А. ЖУРАВЛЕВ, президент, Ассоциация «Недра» (Москва)
Рациональное использование сырья карбонатных месторождений
Одним из основных видов минерального сырья, используемого для производства строительных материалов, являются карбонатные породы. Из этих пород производится разнообразная продукция: нерудные строительные материалы, цемент, известняковая и доломитовая мука для сельского хозяйства, минеральный порошок для асфальтобетона, заполнитель для сухих строительных смесей, наполнитель для мягкой кровли, а также водяные фильтры, продукты для подкормки животных. Карбонатные породы используются также в пищевой, металлургической, химической, электротехнической и других отраслях промышленности. Только для производства нерудных строительных материалов (НСМ) — самого массового потребителя карбонатных пород — в России ежегодно добывается примерно 150 млн т известняков, доломитов и мергелей. На отдельных карьерах организовано комплексное использование минеральных ресурсов (табл. 1). Но такие примеры сравнительно редки и не характеризуют положение в промышленности в целом.
Карбонатные месторождения сложены серией пластов пород, различающихся по прочности, минералогическому и химическому составу. Толща многих месторождений содержит прослои и линзы, обычно состоящие из глин и песков. Верхние горизонты могут быть прорезаны карстовыми полостями (табл. 2). Эти особенности карбонатных месторождений требуют применения более сложных технологий добычи и переработки, а также являются одной из причин потерь минерального сырья. Увеличить объем сырья, используемого для производства продукции и уменьшить объем потерь на
карьерах, производящих щебень, можно различными способами. Наиболее существенные:
1. Селективная выемка разнородных пород;
2. Сокращение выхода отсевов дробления;
3. Использование карбонатных пород для выпуска дополнительных видов продукции, в соответствии с характеристиками отдельных пластов полезного ископаемого.
Когда при разработке массива разнородных пород применяются традиционные технологии добычи с взрывной подготовкой и валовой выемкой, разнородные породы перемешиваются. Чтобы получить горную массу с заданными характеристиками, без разубожива-ния применяют селективные способы разработки. Накоплен значительный опыт селективной разработки разнородных пород. На отечественных карьерах, разрабатывающих карбонатные месторождения, внедрялись технологии, которые основаны на использовании рыхлителей и гидромолотов. В последние десятилетия на карьерах во всем мире получают распространение технологии послойной выемки при помощи горных (фрезерных) комбайнов. Достоинства таких технологий известны.
С целью уточнения параметров новой технологии на Ново-Пятовском месторождении в течение 4 мес. проходили испытания фрезерного комбайна Виртген 2200СМ. Предварительные испытания потребовались, поскольку было необходимо получить данные о работе комбайна, которые для других горных отраслей не имели принципиального значения и по этой причине не определялись. В результате опытно-промышленных экспериментов установлено:
Таблица 1
Предприятие Полезное ископаемое Основная продукция Дополнительная продукция
Полотнянозаводское к/у (Калужская обл.) Известняк Щебень Декоративный камень
Веневское к/у (Тульская обл.) Известняк Щебень Флюсы, материал для известкования кислых почв
Пронское к/у (Рязанская обл.) Известняк Щебень Мука для известкования кислых почв, минеральный порошок для асфальтобетона
ОАО «Доломит» (Витебская обл.) Доломит Доломитовая мука Щебень
Афанасьевский карьер цемсырья, Московская обл. Мергель, доломит, известняк Цемсырье (мергель и известняк) Мука для известкования кислых почв
Горенское к/у (Рязанская обл.) Известняк Щебень Цемсырье
Цементный завод «Большевик» (Саратовская обл.) Опока, мел, глина Цемсырье Используются для приготовления шихты три вида сырья
Цементный завод «Красный Октябрь» (Саратовская обл.) Мел, суглинок, опока, глина Цемсырье Используются для приготовления шихты 4 вида сырья
Гуровский карьер (Тульская обл.) Известняк, глина Щебень Сырье для производства керамзита
Ковровское к/у (Владимирская обл.) Известняк Щебень Мука для известкования кислых почв, полировальная известь, стекольный доломит
Пятовское к/у (Калужская обл.) Известняк Щебень Мука известняковая, минеральный порошок
■f: ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Ы -- - ® июнь 2010 17
Таблица 2
Месторождение Состав вскрышных пород, их мощность (Н), м Состав полезного ископаемого
Горенское к/у, Серебрянское месторождение Покровные суглинки 3,5, моренные суглинки 3, пески 6 и др. породы. Н = 11-34, ср. 20 Известняки прочностью 31-96 МПа, щебенисто-глинистые прослои 0,5-2 м, объем 5%
Полотнянозавадское к/у и одноименное месторождение Плотные глины, песчанистые глины, суглинки четвертичные. Н = 0,3-5,8, ср. 2,2. Известняки прочностью 48-120 МПа, прослои глинисто-песчанистых пород, песков, глин
Веневское к/у, Гурьевское месторождение Суглинки, глины, пески. Н = 6,5-38, ср. 19 Известняки прочностью 20-80 МПа
1. Выход фракции менее 5 мм не превышает 19% (то есть меньше, чем при взрывных работах и дроблении на ДСЗ) и при увеличении скорости движения комбайна снижается;
2. Размер осколков как правило не выходит за пределы 250—300 мм, что позволяет отказаться от первой стадии дробления, а в ряде случаев и от второй стадии. Затраты на первичное дробление составляют как минимум 1/3 от общих затрат на производство щебня на ДСЗ.
Таким образом была подтверждена принципиальная возможность применения фрезерных комбайнов для селективной выемки карбонатных пород различной прочности. Было также установлено, что технологии, основанные на применении фрезерных комбайнов, позволяют уменьшить образование фракций породы менее 5 мм. Однако были выявлены и негативные моменты. Так, при разработке карбонатных пород повышенной влажности происходит залипание рабочих поверхностей оборудования ДСЗ. Кроме того, забивается промежуток между резцами фрезерного барабана [1].
Сокращение выхода фракций размером менее 5 мм имеет принципиальное значение, поскольку сбыт этого вида материалов ограничен. Такие фракции образуются при взрывных работах и при дроблении пород (отсевы дробления). По данным С.Н. Азовцева, при взрывании неоднородных карбонатных пород объем мелких фракций составляет 10—12%. Отсевы дробления проходят все процессы добычи и переработки горной массы. Причем затраты на их производство превышают затраты на выпуск щебня, поскольку после завершения процессов переработки отсевы дробления, не находящие сбыта, должны перемещаться в отвал. По оценкам ФГУП «ВНИПИИстромсырье», отгружается потребителям примерно 20% вырабатываемых отсевов дробления (в отчетности Росстата этот вид продукции обозначается позицией материалы из отсевов дробления). Доля отсевов дробления, которые образуются на карьерах, производящих щебень, достигает 25% и более. Таким образом за год в отвалы поступают десятки миллионов тонн отсевов дробления. Находящиеся в отвалах отсевы дробления теряют свои полезные свойства.
Материал из отсевов дробления, который по своим свойствам часто относят к дробленым песком, очень де-
шев и имеет спрос. Однако, как следует из данных табл. 3, доля его потребления невелика и в течение многих лет колеблется в незначительном диапазоне. Причина — высокие издержки на перевозку железнодорожным транспортом, вследствие чего стоимость материала на месте потребления возрастает в разы и его использование становится нерентабельным. Введение льготного тарифа на железнодорожные перевозки этого вида продукции позволило бы решить не только экономические, но и экологические вопросы, поскольку отвалы отсевов дробления занимают значительные территории, а из-за процессов выветривания частицы породы засоряют окружающие территории, находящиеся в радиусе сотен метров от отвалов. Однако решать эту важную проблему правительственные структуры не собираются.
Поскольку затраты, связанные с образованием отсевов дробления, велики, необходимо находить решения по выпуску на основе отсевов дробления дополнительной продукции. То есть благодаря более глубокой переработке горой массы повысить эффективность работы предприятия.
Традиционное направление использования фракции 0—5 мм — производство известняковой муки для сельского хозяйства (раскисление почв) и минерального порошка для асфальтобетона. Несмотря на трудности переживаемого периода, ОАО «Пятовское карьероуп-равление» весной 2010 г. вводит в эксплуатацию новую технологическую линию по выпуску двух видов продукции: известняковой муки и минерального порошка для асфальтобетона проектной мощностью 120 тыс. т/год. Выпуск того или иного вида продукции определяется спросом в конкретный период времени и не потребует значительной переналадки технологии. Заканчивается строительство еще нескольких технологических линий на других карьеров для выпуска из отсевов дробления аналогичной продукции. Однако минеральный порошок для дорожного строительства остается у строителей автодорог дефицитной продукцией.
Как одно из перспективных направлений использования отсевов дробления следует рассматривать изготовление готовых изделий. Примером может служить изготовление строительных блоков из неавтоклавного газоТаблица 3
Продукция Год
1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Нерудные строительные материалы, млн м3 236 190 197 192 211 231 270 318 392
В том числе материалы из отсевов дробления, млн м3 6,6 6,7 7,2 7,6 8,4 9,4 10,7 10,3 13,8
Доля материалов из отсевов дробления в общем объеме производства НСМ, % * 2,8 3,3 3,6 4 4 3,5 4 3,2 3,5
Мука для сельского хозяйства, млн т 3,5 1,9 1,7 1,8 1,8 1,8 1,9 - -
Процент от общего объема производства НСМ* 1,5 1 0,9 0,9 0,8 0,8 0,7 - -
* Материалы из отсевов дробления учитываются Росстатом в составе НСМ, а мука для сельского хозяйства проходит отдельной позицией.
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал
18 июнь 2010 *
бетона. В затратах на изготовление 1 м3 изделий из газобетона стоимость одного из основных компонентов — минерального известнякового порошка — составляет 44%. Если заменить привозной минеральный порошок местным, стоимость которого в два с лишним раза ниже, себестоимость изделий из газобетона снизится на 24,5%.
Карбонатные породы многих месторождений, как указывалось в табл. 1, неоднородны и содержат некондиционные для такой продукции как щебень включения, в частности, породы прочностью менее 20 МПа. По этой причине в процессе переработки сырья некондиционные включения выделяются и становятся отходами обогащения. При производстве щебня из скальных пород доля отходов обогащения составляет в среднем 20%. На многих карбонатных карьерах объем потерь, включающих отсевы дробления и отходы обогащения, превышает половину добытого минерального сырья. Отходы обогащения являются также весьма значимым видом отходов, образующихся при переработке карбонатных пород с целью производства щебня. Этот вид отходов также может находить различных потребителей. Например, при соответствующем химическом составе использоваться в качестве цементного сырья. Причем в этом случае можно отметить противоположность требований к характеристикам сырья и результатам переработки. Если для производства щебня ценность сырья определяется прочностью породы, а при всех процессах добычи и переработки стремятся сократить выход фракций менее 5 мм, то для цементного сырья все выглядит наоборот.
Необходимо рассматривать также вопрос о создания техногенных месторождений из потенциальных полезных ископаемых, содержащихся во вскрышных породах. Для карбонатных месторождений вскрышные породы обычно сложены глинами и суглинками, которые являются керамическим сырьем, а также песками с различным модулем крупности (табл. 2). Решение вопросов о комплексном освоении месторождений постоянно будируется специалистами [2]. Однако далеко от практического решения.
Действующее законодательство о недропользовании не нацеливает недропользователей на создание из отсевов дробления и отходов обогащения отдельные отвалы, которые можно представить как техногенные месторождения. Вследствие чего важный минеральный ресурс в большинстве случаев безвозвратно теряется. Создание техногенных месторождений минерального сырья для производства строительных материалов особенно важно для густонаселенных районов страны, на территории которых запасы минерального сырья для производства НСМ истощились. Однако этот вопрос не проработан также ни в техническом, ни в законодательном плане. Не выполняются работы по выбору конструкций складов, обеспечивающих сохранность объема и свойств техногенного сырья от выветривания. Нет данных о потерях сырья в зависимости от параметров штабеля и сроков хранения потенциального минерального ресурса. По мнению автора, образование техногенных месторождений должно находиться под контролем геологических структур и после окончания формирования ставиться на баланс.
Приходится констатировать, что государственная политика в области недропользования не стимулирует комплексное использование минеральных ресурсов, сокращение потерь полезного ископаемого, вовлечение в производство отходов (вторичных минеральных ресурсов). Чтобы изменять ситуацию, необходимо совершенствовать законодательство о недропользовании.
Действующее законодательство РФ в сфере недропользования в недостаточной степени учитывает специфику производства горных работ, особенно на мес-
торождениях общераспространенных полезных ископаемых, затрудняет оформление документов. В нормативных и законодательных документах практически отсутствует даже упоминание о техногенных месторождениях.
Эти и другие важнейшие для горняков вопросы могут быть решены при принятии Горного Кодекса. Горный Кодекс в качестве основополагающего документа о недропользовании должен включать свод законов прямого действия. Его положения должны согласовываться с Лесным, Водным и Земельным кодексами, а также другими документами, регламентирующими условия освоения недр. Положения Горного Кодекса должны ориентировать на комплексное освоение как минеральных, так и образуемых в процессе ведения горных работ техногенных ресурсов. Наличие Горного Кодекса, положения которого не должны противоречить иным законодательным и нормативным документам, значительно упростит и ускорит порядок получения разрешительных документов, устранит произвол и связанные с ним негативные проявления.
Ключевые слова: карбонатное сырье, фрезерный комбайн, недропользование, Горный Кодекс.
Список литературы:
1. Журавлев А.А. Перспективы применения фрезерных комбайнов для разработки карбонатных пород, используемых для производства щебня // Строит. материалы. 2009. № 10. С. 66-68.
2. Трубецкой К.Н. Развитие науки, техники и технологии в области комплексного освоения месторождений при открытом способе разработки // Горный журнал. 2009. № 11. С. 4-7.
нТо
Российское научно-техническое общество строителей Ассоциация «Недра» Московский государственный горный университет
XIV международная конференция
«Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов»
8-10 сентября 2010 г. Москва
Тематика конференции
♦ горная отрасль промышленности строительных
материалов в период кризиса
♦ минеральные и альтернативные виды сырья для
производства строительных материалов
♦ требования к качеству минеральной продукции
♦ технология горных работ ♦ технология переработки минерального и техногенного сырья ♦ экономика горных предприятий ♦ охрана окружающей среды
_♦ новое оборудование и приборы_
Оргкомитет: 109004, Москва, Тетеринский пер., д. 12, стр.2 Тел.: (495) 915-11-03, 915-75-93 факс: (495) 915-22-31 e-mail: info@nedra2004.ru http://www.nedra2004.ru
■f: ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Ы - ■■ - ® июнь 2010 19
