Разработка эколого-экономической классификации техногенных вторичных ресурсов, содержащих цветные, драгоценные металлы и редкоземельные элементы Текст научной статьи по специальности «Математика»

© М.А. Ястребинский, 2013

УДК 577.4:33:552.2 М.А. Ястребинский

РАЗРАБОТКА ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ ВТОРИЧНЫХ РЕСУРСОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЦВЕТНЫЕ, ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Рассмотрены особенности формирования экономической классификации с учетом доминантных признаков и экологического фактора по классам опасности, отражающих уникальные характеристики техногенных накопителей вторичных ресурсов платиноидов и бытовых отходов. Приведено обоснование классов опасности природной среды, характерных для техногенных объектов. Уделено внимание применяемым методам, при посредстве которых устанавливаются классы опасностей отходов производств.

Ключевые слова: экономическая классификация, вторичные ресурсы платиноидов, классы опасности, показатели опасности.

1 Мотивация и особенности формирования геолого-экономичес-экономической классификации техногенных образований.

На горных предприятиях, добывающих и перерабатывающих минеральное сырье, образуются огромные объемы отходов, которые, размещаясь на значительных площадях земной поверхности, являются источниками загрязнения окружающей среды, негативно влияют на развитие флоры и фауны. Вместе с тем отходы содержат много полезных компонентов, имеющих в настоящее время промышленное значение. Особенно это касается накопленных отходов давних лет, когда в результате издержек технического, технологического, политического и экономического характера, в число отходов первичного сырья относили достаточно богатые по нынешним временам отвальные продукты, содержащие большую гамму дорогостоящих минералов. Однако до настоящего времени практически не осуществля-

ется учет участков, россыпей, на бортах которых и неизвлеченных частях россыпей оставлены в процессе добычи дорогостоящие минеральные ресурсы. Сухие и мокрые накопители отходов, пока не имеют необходимых системно представленных данных о содержании в них полезных и вредных компонентов, на основании которых можно отходы перевести в состав вторичных ресурсов, с последующим вводом их в хозяйственный оборот.

Поэтому разработка техногенных месторождений с определенной претензией на эффективность напрямую связана с наличием необходимой информации о качественно-количественном состоянии объекта. Здесь имеются в виду полученные данные геологоразведочных работ, результаты геофизических, геохимических лабораторных исследований, сведения об объемах запасов, их минеральном потенциале, технологии и технических инновациях, экологических оценках и др.

ПРедвДР1ПЕЛЬН0УСТДН0ВЛв1НЫЕ,ГВМЕРЕННЫ£НИСЧ1СЛЕННЫ£ ГРУППЫОТВАЛОв(ХВОСТОХРАНИЛ ИЩ ВТОР1ННЬКРЕСУРСОВ,СОД£ЙКАЩИХ платиноиды

У РОВЕН Ь (СТЕПЕНЬ) М01ЦЮСТИ(СКРЫТЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ) ВОВЛЕКАЕМ ЬИ ВХОЗЯПСТВЕННЫПОбСРОТТЕХНОГЕННЬИ ОБРАЗОВАНИЙ ¡11 Ъ * « 3 5 £ ? я* ® ||| ||1

ШбКОЛОТЕНЦИАПЬНЫЕ СРЕДНЕПОТЕНЦИАЛЬНЬС в ЫСОКО П ОТСН ЦИАЛ Ь-Н ЫЕ

экономжккдя значимость групп накопителен

НЕРЕНТАБЕЛЬНЫЕ ПРИЕМЛЕМЫЕ СРЕДНВФФЕКТИВНЫЕ ВЫСОКОЗФФЕКТИ8-НЫЕ

П РОМ (ЖУТОК ВРЕМЕНИ, В ТЕЧЕНИЕ КОТОРОГО ПРЕДПОЛАГАЕТСЯ ПОЛВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВТОРЖНЬК РЕСУГСОв

В БЖЖАГШИЕ В ТЕКУЩЕМ ПЕРИОДЕ

ЗОЛЕТ 5 ЛЕТ 10ЛЕТ

0,5 < а <1,5 2,0 < а, <5,0 0,8<а<2,0 3,0 <0^ 5,0 0,7<а<1,5 2,5 <В!< 6,0 1,0 £ о £3,0 И 3,0<а,<9,0Рс1 г> 11 И V 5 <8 I > 1= 1 л: 8 1 1 I й и 1 I 3 а X > § 1 1 0 5 Я г 3 1 о 2 Я 5 0 г 1 5 Я г | 1 1 |

0,7 £ 0,5 0,15 >Е1> 0,40 0,6>Е>0,4 0,15 >£!> 0,25 0,6>£>0.4 0,15 >Е1> 0,35 0,6>Е>0,4 И 0,15 >£,>025 Рс1 ¡1 38 *В ¡1

Й4= С1-1 02=^ 0,01 < Л, <1,0 | ч э

0,5 - 4,0 0,5-4,0 0,5-4,0 0,5-4,0 I 3 1 с ! I ?1| I ш | ¿¡1 V

170 215 215 26,8-215,00 а 53 3а >з § е 1-1 11 5 5 т | ?■ г г чод - 3?

ГИДРОТРАНСПОРТ, МАХ 1=3,5 км Р И 1 ®

30- 20 40-25 40-25 40-25 ¡1 § | «Г >

НОРМАТИВНАЯ ПЛАТА ЗА ВЫБРОСЫ В АТМОСФЕРУ, В ПОДЗЕМНЫЕ И ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОДЫ ¡Р 11Я 3 1 ;

*л

Чтобы иметь достаточно систематизированную информацию, многосторонне характеризующую рассматриваемые вторичные ресурсы, содержащие, например, платиноиды или золото, возникает необходимость разработки классификации, в которой ресурсы должны быть представлены по группам, признакам, возможностям, классами экологической опасности и другими натуральными, стоимостными, качественно-количественными показателями.

Разработанная классификация вторичных ресурсов, содержащая металлы платиновой группы, приведена в табл. 1.

Основные принципы и методика формирования рассматриваемой классификации могут быть использованы в условиях практики вовлечения в хозяйственный оборот золото- и медьсодержащих вторичных ресурсов, а также попутно извлекаемых драгоценных металлов и редкоземельных элементов.

Важная роль в классификации лежалых отвалов отведена их содержимому, поскольку совокупность отличительных свойств которых (удельное содержание металлов, сопутствующие полезные минералы, коэффициент извлечения, классы опасности окружающей среды, рентабельность и др.) присуща только отдельно взятому объекту, причем за счет этих свойств в основном обеспечивается жизнедеятельность предприятия и ее позитивные результаты.

Учет в классификации экологического фактора не является экономическим барокко, его полезность заключается в возможности осуществить своевременную оценку класса опасности вредных веществ и принять со-

ответствующие реальной обстановке решения, что по сути целевого назначения гармонично дополняет классификацию и на объективной основе аккордно объединяет другие основные признаки, отражающие ее уникальное содержание, и обеспечивает качественное резонаторное вовлечение вторичных ресурсов в хозяйственный оборот.

2. Обоснование классов опасности воздействия на природную среду для техногенных и бытовых объектов

Хвостохранилища (отвалы), представляющие собой отходы производства, содержащие металлы платиновой группы или золото, медь, серебро, цинк и др. по разного рода возможностям, если вводятся в хозяйственный оборот и становятся вторичными ресурсами, то их следует отнести к объектам, опасным для окружающей природной среды (ОПС). Поэтому на них (отходы и вторичные ресурсы) распространяются нормативные документы и, прежде всего, Федеральный закон от 24 июня 1998 года №89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» (Собрание законодательства Российской Федерации, 1998, №26, ст. 3009).

Следует иметь в виду, что в настоящее время предприятия будут отвечать и платить не только за промышленные, но и за бытовые отходы.

В этой связи, вовлекаемые в хозяйственный оборот вторичные ресурсы, например, Норильского никелевого комбината в разработанном кадастре отнесены к объектам возможного вредного воздействия на ОПС, которые в условиях практики должны быть подтверждены в этом качестве с последующим одновременным отнесением к конкретному классу

опасности с учетом дифференцированной качественной оценки степени воздействия опасных отходов (хво-стохранилища) на ОПС (высокая, очень высокая, низкая и др.) и обозначенного отличительного признака (критерия).

Таким образом, экологическая составляющая накопителей вторичных ресурсов имеет пять классов и оценивается по степени вредного воздействия на ОПС, критерию (признаку) отнесения к классу опасности для ОПС. Причем на определение классов экономические показатели не оказывают никакого влияния.

К пятому классу относятся отходы практически неопасные, степень

вредного воздействия на ОПС очень низкая, экосистема практически не нарушена; четвертый класс представлен малоопасными отходами, экологическая система нарушена, для ее приведения в состояние природного равновесия потребуется не менее 3-х лет, степень вредного воздействия опасных отходов на ОПС низкая; третий класс характеризуется умеренной опасностью накопителя, уровень вредного воздействия опасных отходов на ОПС средний, сопровождается нарушением экосистемы, на устранение негативных последствий которого потребуется не менее 10 лет; второй класс опасности отходов для ОПС считается высокоопасным, потому что степень вредного воздействия опасных отходов на ОПС высокая, а по признакам отнесения опасных отходов к классу опасности для ОПС приводит экосистему к сильному нарушению и необходимости восстановления природной среды в течение 30 лет, как минимум, причем это станет возможным

после полного устранения источника вредного воздействия; первый класс опасности, отходы признаются чрезвычайно опасными с очень высокой степенью вредного воздействия на ОПС и необратимо нарушенной экологической системой, восстановление которой существующими средствами практически невозможно.

Следует отметить, что классы опасностей накопителей вторичных ресурсов для ОПС устанавливаются расчетным и экспериментальным методами. При этом необходимо иметь в виду, что для 5-го класса применяются особые условия, согласно которым отнесение к названному классу по результатам применения расчетного метода должно быть подтверждено экспериментальным способом. Когда подтверждения нет, то объект следует относить к четвертому классу.

Расчетный метод. Применение расчетного метода в целях отнесения техногенных образований к классу опасности для ОПС основано на определении собирательного коэффициента к , который представляет собой результат суммирования отдельных показателей р1, р2,... рП_1, рп, отражающих уровень опасности компонентов, содержащихся в хвосто-хранилище. Перечень этих компонентов и их характеристики в установленном порядке выявляются и учитываются еще на стадии разработки проекта ввода в эксплуатацию объекта. В приемлемом виде для рассматриваемого объекта они приведены в табл. 2.

В свою очередь каждый из показателей р 1 определяется из соотношения, числителем которого является

Степень опасности компонента лежалых ответов для ОПС в различных природных средах

№ п/п Базовые показатели опасности компонента вторичных ресурсов Степень опасности компонента для ОПС по каждому компоненту отхода

1 2 3 4

1 ПДКп1 (ОДК)*, мг/кг <1 1-10 10,1-100 >100

2 Класс опасности в почве 1 2 3 не установлено

(КОП)

3 ПДКв(ОДУ, УОБ), мг/л <0,01 0,01-0,1 0,11 - 1 >1

4 КОП 1 2 3 4

5 ПДК,„, мг/л [УОБ] <0,001 0,001-0,01 0,011-0,1 >0,1

6 КОП 1 2 3 4

7 ПДКс[ПДКтг, УОБ], мг/м3 <0,01 0,01-0,1 0,11 - 1 >1

8 КОП 1 2 3 4

9 ПДКп [УМД, МДС], мг/кг <0,01 0,01-1 1,1-10 >10

10 Log(S 1 GLRd? vu 1 k 1 vu 1 k)9 >5 5-2 1,9-1 <1

11 Ьод(Снс/ПДКрз), мг/м3 >5 5-2 1,9-1 <1

12 Ьод(Снс/ПДКс или ПДК,„), >7 7-3,9 3,8-1,6 <1,6

мг/м3

13 Log Кош (октанол/вода) >4 4-2 1,9-0 <0

14 LD50, мг/кг <15 15-150 151-5000 >5000

15 LD50kt, мг/м3 <500 500 - 5000 5001 - 50000 >50000

16 LD50, мг/л: 96ч. <1 1-5 5,1 - 100 >100

17 БД <0, 1 0,01-1 1,0-10 >10

18 Персистентность (трансфор- Образование более Образование про- Образование про- Образование менее

мация в окружающей природ- токсичных продук- дуктов с более вы- дуктов, токсичность токсичных продуктов

ной среде) тов, в том числе об- раженным влиянием которых близка к

ладающих отдельны- других критериев токсичности исход-

ми эффектами или опасности ного вещества

новыми свойствами

19 Биоаккумуляция (поведение в Выраженное накоп- Накопление в не- Накопление в одном Нет накопления

пищевой цепочке) ление во всех звень- скольких звеньях из звенев

БАДД ях 1 2 3 4

Используемая аббревиатура применяемых показателей приведена в табл. 7. В случаях отсутствия значения ПДК токсичного ком-

понента вторичного ресурса возможно использование другого нормативного значения, представленного в скобках. :Если 5=со, то 1оа[———| = 1, если Б=0, то 1оа[———| = 0 .

{ПДК) {ПДК)

Балансовые значения в зависимости от интервалов изменения показателей информационного обеспечения

Интервалы изменения показателя информационного обеспечения Значения показателя информационного обеспечения И - — N Присваиваемое балловое значение

<0,5 (1 < 6) 4 8 И - 0,4; 0,4 < 0,5 1 12 ' ' ' ' 1

0,5 - 0,7 (1 = 6—8) И2 - 733 - 0,61; 0,61 < 0,7 2 12 ' ' > 0,5 2

0,71 - 0,9 (1 = 9-10) И3 -10 - 0,83; 0,83 < 0,9 3 12 > 0,71 3

>0,9 (1 > 11) И4 - — - 1,083; 1,083 > 0,9 4 12 ' ' ' ' 4

показатель уровня концентрации компонентов отхода , а знаменателем -

показатель степени опасности ^го компонента. Например, р1 и каждый последующий показатель (р2,... рп1, рп) можно определить, пользуясь предложенным выражением (1):

(1)

где - концентрация ]-го компонента (мг/кг отхода); - коэффициент

степени опасности ^го компонента опасного отхода для ОПС.

Процесс определения показателей , связан с необходимостью

обеспечения достоверной информацией. Поскольку условия природного равновесия, подобно отходам, повсеместно уникальные, то, как правило, возникают случаи отсутствия данных по первичным показателям уровня опасности компонентов отхода, необходимых для осуществления расчетов.

В таких случаях можно пользоваться показателем, определяемым

из отношения, числителем которого является число необходимых показателей 1 (1 =1, 2, 3, ...ш), а знаменателем - число наиболее значимых первичных показателей (N=12), характеризующих опасность компонентов рассматриваемого объекта для ОПС.

Затем полученному результату присваивается балл значимости И в зависимости от диапазона информационного обеспечения. Для определения балловых значений можно пользоваться следующей формой (табл. 3).

Следующим этапом является определение относительного параметра опасности компонента отходов для ОПС Sj в различных

природных средах посредством деления суммы баллов по всем параметрам (кумулятивное значение (1+2+3+4=10) на число этих параметров

Переменная составляющая ^

формулы (1) может быть определена, если пользоваться для расчетов выражением (2):

Таблица 4

Коэффициенты ё, для отдельных компонентов опасных отходов

Наименование компонента 5- х, 1од ё,

Никель 1,83 2,11 2,11 128,8

Цинк 2,25 2,67 2,67 463,4

Медь 2,17 2,56 2,56

Марганец 2,30 2,37 2,73

Кадмий 1,42 1,56 1,43

Бензол 2,125 2,5 2,5

Толуол 2,5 3 3

Свинец 1,46 1,61 1,52

Серебро 2,14 2,52 2,52

Стронций 2,86 3,47 3,47

Ртуть 1,25 1,33 1,00

Этилбензол 2,286 2,714 2,714

Хром 1,75 2,00 2,00

Мышьяк 1,58 1,77 1,74

Ёиндан 2,25 2,66

Альдрин 1,857 2,14

Бенз(а)пирен 1,6 1,8

Гексахлорбензол 2,166 2,55

2-4 динитрофенол 1,5 1,66

Ди(н)бутилфталат 2 2,33

Диксины 1,4 1,533

Дихлорпропен 2,2 2,66

Диметилфтатат 2,166 2,555

Дихлорфенол 1,5 1,66

Дихлордифенилтрихефетин 2 2,33

Нафталин 2,285 2,714

Ы-нитрозо дифениламин 2,8 3,4

Петихлорбифенилы 1,6 1,8

Пентахлорфенол 1,66 1,88

Петрахлорэтан 2,4 2,866

Трихлорбензол 2,33 2,77

Фенол 2 2,33

Фурины 2,166 2,55

Хлороформ 2 2,333

1од ё. =

4 - ±.

1 < х„ < 2

2 < х. < 4;

45

х. = ■

-- .(2) 3 3

2 +

(6 - х, V

4 < х. < 5

В условиях практики можно пользоваться данными таблицы 4, включающие в себя наиболее распространенные компоненты.

Отдельные компоненты накопителей, к числу которых принадлежат кислород (О), азот (Ы), фосфор (Р), сера (Б), углерод (С), кремний (Б}),

Таблица 6

Установление класса опасности экспериментальным методом

Отнесение вторичных ресурсов, содержащих металлы платиновой группы к классу опасности расчетным методом

Класс опасности вторичных ресурсов Степень опасности техногенных образований для окружающей природной среды ( р )

1 106 >р> 104

2 104 >р> 103

3 103 >р> 102

4 102 >р> 10

5 р< 10

Класс опасности вторичных ресурсов Интервал кратности разведения водной вытяжки из лежалого отвала, при которой вредное воздействие на гидробионтов отсутствует

1 >10000

2 от 10000 до 1001

3 от 1000 до 101

4 >100

5 1

алюминий (А1), железо (Ре), титан (Т1) в концентратах, магний (Мд), натрий (N8 ), калий (К), кальций (Са), не превышающих их содержания в основных типах почв, относят к неопасным с численным значением среднего балла Sj, равным 4, а их коэффициент

степени опасности для окружающей природной среды а. имеет значение

106 (а. =106).

Таким образом, на основе обобщения расчетного метода в целях отнесения вторичных ресурсов, содержащих платиноиды, по показателю уровня опасности для ОПС можно пользоваться в условиях практики табл/ 5. 326

Экспериментальный метод. Применение экспериментального метода возможно только в лабораториях, специализирующихся на решении вопросов, связанных с отнесением вторичных ресурсов или отходов к классу опасности для окружающей природной среды и, как было сказано выше, в случаях, когда необходимо подтвердить отнесение лежалых отвалов к 5-му классу и/или, когда они отнесены к определенному классу, а качественный и количественный состав этих емкостей определить по каким-либо причинам невозможно. Кроме того, если любая заинтересованная сторона пожелает подтвердить (уточнить) класс

Таблица 7

Аббревиатура применяемых показателей

Символы Полное название сокращений

сокращений

ПДКп (мг/кг) предельно-допустимая концентрация вещества в почве

ОДК ориентировочно-допустимая концентрация

ПДКв (мг/л) предельно-допустимая концентрация вещества в воде хозяйственно-питьевых водных объектов и культурно-бытового водопользования

ОДУ ориентировочно-допустимый уровень

УОБ ориентировочный безопасный уровень воздействия

ПДК,„ (мг/л) предельно-допустимая концентрация вещества в воде водных объектов рыбохозяйственного назначения

ПДКС (мг/м3) предельно-допустимая среднесуточная концентрация вещества в атмосферном воздухе для населенных мест

ПДКт1 (мг/м3) предельно-допустимая разовая концентрация вещества по максимуму в воздухе для населенных мест

ПДКрз(мг/м3) предельно-допустимая концентрация вещества по максимуму в воздухе для рабочей зоны

МДС максимально допустимое содержание

УМД максимально допустимый уровень

Б (мг/л) растворимость компонента лежалого отвала (вещества) в воде при 20°С

Снс (мг/м3) насыщающая концентрация вещества воздуха при 20°С и нормальном давлении

КОШ коэффициент распределения в системе октанол / вода при 20°С

Ш50 (мг/кг) средняя смертельная доза компонента в миллиграммах действующего вещества на 1кг живого веса, вызывающая гибель 50 % подопытных животных при однократном пероральном введении в унифицированных условиях

50 (мг/кг) средняя смертельная доза компонента в миллиграммах действующего вещества на 1кг живого веса, вызывающая гибель 50 % подопытных животных при однократном нанесении на кожу в унифицированных условиях

ЬС 50 (мг/м3) средняя смертельная концентрация вещества, вызывающая гибель 50 % подопытных животных при ингаляционном поступлении в унифицированных условиях

БД биологическая диссимиляция

КОП класс опасности в почве

КОВ класс опасности в воде хозяйственно-питьевого использования

КОР класс опасности в воде рыбохозяйственного использования

КОА класс опасности в атмосферном воздухе

327

опасности, то это осуществляют экспертным методом. Рассматриваемый метод базируется на биотестировании водной вытяжки вторичных ресурсов. Для 5-го класса определяется только воздействие водной вытяжки без ее разведения. Установ-

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

ление (подтверждение) класса опасности осуществляется по кратности разведения водной вытяжки, которая не выявила воздействие на гид-робионтов в пределах, принятых диапазонов кратности разведения, представленных в табл. 6. ИДВ

Ястребинский Михаил Александрович — доктор экономических наук, профессор, Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru

- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ

ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ

(ПРЕПРИНТ)

СИНТЕЗ КРАЕВОЙ ЗАДАЧИ ТЕОРИИ УПРУГОСТИ И СТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В УГОЛЬНОМ ПЛАСТЕ И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОДАХ ПРИ ДЕЙСТВИИ ГРАВИТАЦИИ

Цветков Андрей Борисович — кандидат технических наук, доцент, atsvet@mail.ru,

Петрова Ольга Александровна — аспирант, ol_petrova@mail.ru, Сибирский государственный индустриальный университет,

Васильев Павел Валентинович — руководитель экспертной организации «Сибнииуглео-богащение», VasilyevPV@suek.ru

Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2012. — № 12. — 12 с.— М.: Издательство «Горная книга».

Предложены алгоритмы для математического моделирования гравитации в геомассиве. Получено аналитическое решение, которое позволяет определять величины перемещений, деформаций и напряжений угольном пласте и вмещающих породах, а также подобраны граничные условия для смешанной краевой задачи теории упругости, при которых полученное численное решение согласуется с аналитическим.

Ключевые слова: геомассив, угольный пласт, вмещающие породы, метод конечных разностей, краевая задача теории упругости.

SYNTHESIS OF THEORY OF ELASTICITY AND STATIC PRESSURE SELVAGE PROBLEM FOR MATHEMATICAL MODELING OF STRESSED AND DEFORMED STATE IN COAL STRATUM AND DEADS IN GRAVITATION EFFECT

Tsvetkov A.B., Vasilev P.V., Petrova O.A.

Algorithms for mathematical modeling of gravity in rock massif are suggested in the article. An analytical solution that enables to determine value of displacement, deformation and stress in coal stratum and deads is given. Also boundary conditions for theory of elasticity hybrid selvage problem in which the resulting numerical solution is consistent with the analytical one are selected.

Key words: rock massif, coal stratum, deads, finite difference method, theory of elasticity selvage problem.