Научная статья на тему 'Разработка систематизации отходов горнодобывающей промышленности'

Разработка систематизации отходов горнодобывающей промышленности Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
179
32
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРИАМУРЬЕ / ГОРНОДОБЫВАЮЩАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ / ОТХОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ / ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Горюхин М. В.

В работе предлагается систематизация отходов добычи и обогащения на основе нескольких признаков.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Горюхин М. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Development of the systematization of waste products in the mining industry

The mining industry waste products systematization on the basis of several characteristics is offered.

Текст научной работы на тему «Разработка систематизации отходов горнодобывающей промышленности»

УДК 622

РАЗРАБОТКА СИСТЕМАТИЗАЦИИ ОТХОДОВ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

М.В. Горюхин

Институт комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН, г. Биробиджан

В работе предлагается систематизация отходов добычи и обогащения на основе нескольких признаков.

Добыча полезных ископаемых - составная часть природопользования; её основная цель - обеспечение исходным сырьем базовых перерабатывающих отраслей: черной и цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей промышленности, производства цемента, строительных материалов и др.

Общий объем горных, пород перемещаемых человечеством, по оценкам разных авторов достигает от 100 до 150 млрд т/год. Большую их часть составляют отходы добычи полезных ископаемых (ПИ). В основном они сопровождают извлечение и переработку топлива, руд (металлических, химических, агрономических) и нерудных материалов (щебня, гальки, гравия, песка и т.п.) [9, 15].

О необходимости рационального использования минеральных ресурсов, внедрения малоотходных технологий, а также вовлечения в переработку отходов добычи и обогащения говорилось и писалось немало [1, 10-13, 16-18]. Однако актуальность исследований в этой области нисколько не уменьшилась, а даже увеличилась. Рост объемов производства продукции, а также постоянное ухудшение качества добываемых ПИ приводит к увеличению количества образующихся отходов добычи и обогащения.

Систематизации, а также различные схемы использования отходов добычи и обогащения необходимы для целей управления и планирования мероприятий по их переработке. Практически во всех схемах учитывается только химический состав или принадлежность к группе с определенным химическим составом (глины, мергели, пески, карбонатные и железистые породы, кварцевое сырье и др.). На этой основе разрабатываются схемы возможного использования отходов в различных отраслях промышленности (добыча руд черных и цветных металлов, горнохимического сырья, нерудных материалов). [10, 15,18]. Целью данной работы является разработка классификации отходов горнорудного производства на основе сочетания комплекса признаков. Для этого необходимо провести анализ типов отходов, их химического и гранулометрического составов и показать возможность применения разработанной систематизации для переработки отходов добычи и обогащения.

По происхождению отходы добычи полезных ископаемых подразделяют на на две большие группы:

1. Вскрышные и вмещающие породы. В них содержание полезного ископаемого значительно меньше, чем

в среднем по месторождению (пустая порода). Пустую породу приходится отделять от добываемого полезного ископаемого, складируя значительную ее часть в отвалах.

2. Отходы обогащения образуются в процессах, которые обычно являются промежуточными между технологиями добычи полезных ископаемых и их глубокой химической, физикохимической или биологической переработкой.

Чаще всего это хвосты обогащения и иногда промежуточные продукты. В хвосты переходит пустая порода, вредные примеси и часть полезных ископаемых.

Отходы обогащения весьма крупнотоннажны. Значительная их доля, порядка 80 %, направляется для закладки выработанного пространства шахт и карьеров в рамках исполнения индустриальных технологий добычи полезных ископаемых. Остальная их часть, также значительная, накапливается в отвалах пустых пород горных предприятий и хвостохранилищ обогатительных фабрик [9].

Объемы и соотношение отходов зависят от способа добычи (открытый или подземный) и вида горнорудного производства, которые определяет соотношение видов отходов, но обычно все они присутствуют постоянно (рис. 1). При подготовке месторождения к отработке необходимо снять верхний слой вскрышных пород, объем которого зависит как от особенностей каждого конкретного месторождения, так и способа добычи. При подземном способе снимается минимальное количество вскрыши для строительства необходимой инфраструктуры. При открытой добыче снимается весь слой вскрышных пород, покрывающий полезное ископаемое. Ситуация с вмещающими породами во многом аналогична вскрышным породам.

Для поиска новых источников минерального сырья и в какой-то мере для снижения сырьевого дефицита проводятся исследования отходов горного производства с целью изучения возможного использования их в качестве вторичного или основного сырья [2, 4, 11, 12, 16].

Для переработки необходимо знать множество сведений, максимально характеризующих отходы. На их основе затем проводится работа по классификации как самого вещества из отходов добычи и обогащения, так и направлений его возможного использования. По результатам анализа химического состава проводят классификацию отходов как материалов для различных видов ис-

Рис. 1. Основные типы отходов добычи и обогащения полезных ископаемых

пользования (гидротехническое, автодорожное строительство, производство строительных материалов, использование в качестве удобрений в сельском хозяйстве, доизвлечения компонентов потерянных в результате обогащения, отделение попутных компонентов и др.).

Однако для переработки важен еще один параметр -это гранулометрический состав сырья, так как технологическим процессам требуется сырье строго определенного класса крупности. Слишком крупное должно измельчаться, а мелкое - отсеиваться и направляться на производство совершенно другой продукции или же снова - в отвал.

При разработке, обогащении и переработке полезных ископаемых все перемещаемые в отвалы породы можно отнести к искусственным грунтам [15], поскольку все они подвергались некоторой переработке и переносу с перевоначального местоположения. Для их описания нами предложено использовать классификации, применяемые для изучении осадочных горных пород [7, 8]:

а) по химическому составу.

Кремнистые породы преимущественно сложены кремнеземом. Чаще всего это кварцевые пески и песчаники пород вскрыши, а также отходов обогащения, кремнистые продукты химического происхождения, образующиеся в процессе обогащения горнохимического и другого сырья.

Карбонатные породы: известняки, доломиты, мергели - широко распространены среди осадочных пород вскрыши и вмещающих пород месторождений различного минерального сырья.

Железистые и марганцевые породы - это прежде всего продукты обогащения руд данных металлов, а также некондиционное сырье, перемещаемое в отвалы. Еще один путь их образования - это попутное получение при добыче и обогащении других полезных ископаемых (песков, агрохимических руд, угля и др.).

Глиноземистые породы и продукты образуются в процессе обогащения агрохимических руд, угля (каолиниты, сиаллиты), а также некондиционных бокситов [9,18].

Фосфатные породы (продукты) формируются при

обогащении агрохимического, а также сырья некоторых руд металлов как побочный продукт (например, при обогащении шеелитовых руд месторождений Приморского края [13]).

Галоидные и сернокислые соединения - хемогенные породы, состоящие из минералов класса сульфатов и хлоридов. Они могут образовываться в процессе обогащения ПИ или являться попутными продуктами при обогащении некоторых видов минерального сырья (уголь, руды цветных металлов).

Углеродсодержащие породы - горючие горные породы органогенного происхождения. К этой группе относится некондиционное сырье, которое имеет в своем составе значительное количество углерода - угли и горючие сланцы, а также графит и шунгит содержащие породы.

Глинистые породы - разнообразные глины и суглинки, входящие в состав вскрышных и вмещающих пород.

б) по гранулометрическому составу.

Обломочные породы - это продукты механического разрушения исходных (коренных) пород. В зависимости от размеров обломков они подразделяются на грубообломочные, или псефиты (более 1 мм), песчаные, или псаммиты(1,0-0,1 мм), алевритовые, или алевриты(0,1-

0,01 мм), и глинистые, или пелиты (менее 0,01 мм). Рыхлые угловатые разности грубообломочных пород подразделяются на дресву (1-10 мм), щебень (1-10 см) и глыбы (более 10 см). Округленные (окатанные) обломки со сглаженными углами соответственно называются гравием, галькой и валунами. Те же породы, представляющие монолитную (сцементированную) минеральную массу, называются брекчией, если они состоят из угловатых обломков, или гравийным конгломератом; конгломератом и валунным конгломератом, если состоят из гравия, гальки и валунов соответственно (табл. 1).

Рыхлые песчаные породы называются песками, а сцементированные - песчаниками. По величине обломочных зерен они делятся на крупнозернистые (1,0—

0,5 мм), среднезернистые (0,5-0,25 мм) и мелкозернистые (0,25-0,1 мм). Рыхлые разности алевритовых пород

Классификация обломочных пород по [7,8]

Таблица 1

Размер (диаметр) обломков, мм Рыхлые разности Сцементированные разности

>100 100-10 10-1 Угловатые Окатанные Угловатые Окатанные

Грубообломочные (псефит) Глыбы Щебень Валуны Брекчия Конгломерат

Дресва Гравий Гравелит

1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 Песчаные (псаммиты) Песок крупнозернистый Песок среднезернистый Песок мелкозернистый Песчаник

0,1-0,01 Пылеватые (алевриты) Алеврит Алевролит

<0,01 Глинистыеы (пелиты) Глина Аргиллит

называются алевритами, а сцементированные - алевролитами.

Глинистые породы состоят из мельчайших минеральных частиц размерами менее 0,01 мм и содержат свыше 30 % тонкодисперсных частиц менее 0,001 мм [7, 8].

На основе различных классификаций [7-9] нами предложена схема систематизации отходов добычи и обогащения объединяющая несколько классификационных признаков, таких как объем, тип отходов, химический, а также гранулометрический состав (рис. 2).

Данная схема использована нами для анализа отходов обогащения оловянных руд комбината «Хинганоло-во» (Еврейская автономная область), накопленных за многие годы работы и складированных в нескольких хвостохранилищах. Хвосты обогащения представляют собой потенциальное сырье для нескольких типов производств. Анализ по фракциям крупности, начиная с класса -2.0+1,0 по -0,045 мм, показал, что количество тонкого олова может достигать 65-80 % (класс -0.085 +0,045мм) [5].

В хвостах обогащения «Хинганолово» помимо потерянного олова и флюорита содержатся полиметаллы (медь, цинк, свинец), благородные металлы (золото, платина, серебро), редкие (рубидий, галлий, германий, селен) [6]. Для дальнейшей переработки прежде всего необходимо наиболее полно извлечь потерянные ресурсы, поскольку без этого последующая работа будет запрещена.

Согласно схеме (рис. 2), отходы этого производства можно охарактеризовать следующим образом: по тон-нажности - примерно 600 тыс. т. [6]; по типу - отходы обогащения; по химическому составу - кремнистогалоидные с примесью сульфидов; по гранулометрическому составу - дресва; песок крупно, средне и мелкозернистый; алеврит.

Технология гравитационного обогащения, используемая для переработки касситеритоваых руд, не позволяет полностью извлекать не токлько олово, но также и попутные компоненты, количество которых может быть значительно. Оставшиеся после этого пески можно ис-

ОТХОДЫ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ И ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

1 крупнотоннажные I 1 породы вскрыши 1

| среднетоннажные | [вмещающие породы]

| малотоннажные | | отходы обогащения [

ОБЪЕМ тип химический! ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ

СОСТАВ 1 СОСТАВ

кремнистые

карбонатные

железистые

глиноземистые

фосфатные

галоидные и сернокислотные

углеродсодержащие

размер (диаметр) обломков, мм

у гло ваты е/оката н н ые

\

>100 ]----> \ глыбы/вапуны ~|

100-10

\ щебень/галька

дресва/гравий

С

алеврит

сцементированные

разности

| угловатые І I окатанные 1

4 4

| брекчия | |конгломерат|

[ гравелит

1-0,5 |-> | песок крупнозернистый | £

0,5-0,25 |---5* 3песок среднезернистый| |”

0,25 - 0,1 |---> | песок мелкозернистый |

]

аргиллит

Рис. 2 Схема классификации отходов добычи и обогащения

пользовать для производства другой продукции. Химический и гранулометрический состав, а также неокатан-ность частиц хвостов обусловливают несколько потенциальных направлений использования:

1. По химическлму составу: производство стекла и стеклянных изделий, жидкого стекла, эмалей, керамики, кислотоупорных и сухих наполнителей строительных смесей, огнеупоров.

2. По химическому и гранулометрическому составу, и неокатанности обломков: формовочные пески для литейного производства (изготовление «земляных форм»),

3. По крупности фракций: крупные фракции можно использовать в производстве отделочных материалов в качестве наполнителей бетонов, в дорожном строительстве, в производстве силикатного кирпича и силикатных изделий. Мелкие фракции можно применять для пескоструйных и гидропескоструйных работ, в произоводстве силикатного бетона, для изготовления кварцевого абразива, в литейном производстве для изготовления оболочковых форм.

Приведенный список возможного использования отходов не претендует на полноту, здесь были перечислены лишь некоторые направления переработки.

Более подробная и структурированная классификация отходов добычи и обогащения необходима для построения автоматизированной системы, которая позволила бы вести учет образования, накопления отходов, их технологических свойств, а также накапливаемых объемов, что позволило бы предоставлять полные сведения о сырье возможным потребителям минерального сырья.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Бакулин Ю.И., Буряк В.А., Галичанин Е.Н. и др. Основные проблемы изучения и добычи минерального сырья Дальневосточного экономического района. Минерально-сырьевой комплекс ДВЭР на рубеже веков. Хабаровск, 1999. 214 с.

2. Быховский JI. 3., Кудрин B.C., Тигунов Л.П., и др. Нетрадиционные источники получения титана и редки металлов (Геол., методы поисков, разведки и оценки м-ний тверд, полез, ископаемых: Обзор / ООО «Геоинформцентр»). М., 2003. 98 с.

3. ГоликВ.И., Алберов Д.Н. Охрана окружающей среды утилизацией отходов горного производства. М.: «Недра» 1995. 126 с.

4. Горшков РК. Использование вторичных ресурсов в промышленности строительных матриалов: методология и практика. М.: Экслибрис-Пресс, 2004. 288 с.

5. Журнист В.И., Горюхин М.В. Изучение потенциальной возможности организации добычи потерянного

металла из техногенных россыпей золотодобычи (золото) и «хвосты» горно-обогатительного комбината (олово, редкие металлы) на Малом Хингане в Еврейской автономной области // Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр: мат-лы V международной конференции, Москва - Кизыл-Кия, 18-22 сентября

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2006. Изд-во РУДН, 2006. С. 136-137.

6. Иневестиционные проекты и предложения / Добыча олова и попутных металлов, [электронный ресурс] http://eao.ru/?p=945.

7. Кейльман Г. А., Болтыров В. Б. Основы геологии: Учебник для техникумов. М.: Недра, 1985. 264 с.

8. Лихт Ф.Р Основы общей геологии. Владивосток: Дальнаука, 2004. 316 с.

9. Лотош В.Е. Переработка отходов природопользования. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2002. 463 с.

10. Макаров В.Н. Экологические проблемы хранения и утилизации горнопромышленных отходов. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1998. 146 с.

11. Наркелюн Л.Ф. Комплексное использование минерального сырья и горно-технологических отходов. Чита: ЧитГУ, 1996. 139 с.

12. Насыров Б.Х. Техногенные источники минерального сырья. М.: Недра, 1993. 135 с.

13. Самотова Л.А., Киенко Л.А. и др. К вопросу повышения комплексности использования сырья при переработке шеелитовых руд приморских месторождений // Природа без гарниц: мат-лы II междунар. экологического форума. Владивосток, 6-7 июня,

2007. Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та. 2007. С. 167-170.

14. Сергеев С.В., Синица И.В., Бурлуцкая И.П. Геоэкологическая оценка функционирования хранилищ отходов обогащения железных руд // Проблемы региональной экологии. 2007. № 6. С. 52-56.

15. Справочник по охране геологической среды / Войт-кевичГ.В., Голиков-ЗаволжскийИ.В., КоробкинВ.И. и др. / под ред. Войткевича Г.В. Ростов-на-Дону: Феникс, 1996. Т 1. 448 с.

16. Туманова Е.С., Туманов P.P. Минеральное сырье. Сырье техногенное. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1998. 44 с.

17. Шакиров А.Ш., ТочилинН.В., Гулев Л.П. Комплексное использование нерудного металлургического сырья. М.: ОАО Изд-во «Недра», 1998. 287 с.

18. ШпиртМ.Я.,РубанВ.А.,ИкиткинЮ.Н.Рациональное использование отходов добычи и обогащения углей. М.: Недра, 1990. 224 с.

The mining industry waste products systematization on the basis of several characteristics is offered in the work.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.