CC BY
15
УДК 504.06:622:502.3/7 DOI 10.46689/2218-5194-2021-4-1-109-121
СНИЖЕНИЕ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОИЗВОДСТВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПУТЁМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ
М.М. Хайрутдинов, Р.А. Ковалев, А.Б. Копылов, Н.Д. Кулаков
Обоснована допустимость замены традиционного цемента, используемого в качестве вяжущего, на магнийсодержащие техногенные отходы при приготовлении строительно-закладочной смеси. Доказана возможность замены традиционного специально добываемого инертного заполнителя в строительно-закладочных смесях. Приведены результаты испытаний образцов после затвердевания и строительно-закладочной смеси, приготовленной на основе техногенных отходов. Исследовано положительное влияние механической активационной обработки компонентов закладочной смеси на её реологические свойства и прочностные характеристики закладочного массива. Подтверждено применение лигносульфоната в качестве добавки, позволяющей улучшить связующие и реологические свойства закладочной смеси. Вовлечение техногенных отходов в замкнутый цикл основного и вспомогательного производств уменьшает объёмы техногенных массивов, что значительно снижает воздействие горнодобывающего производства на окружающую среду.
Ключевые слова: активация, дезинтегратор, закладочная смесь, строительная отрасль, строительная смесь, техногенные отходы, утилизация, хвосты обогащения.
Введение
Россия является одним из мировых лидеров добычи минеральных ресурсов и производства продукции из добываемого сырья. На Россию приходится до 5 % мировой добычи железной руды, около 25 % калийного сырья, в общей сложности добывается порядка 10 % от общего мирового производства горной отрасли [1].
При этом необходимо заметить, что Россия значительно отстаёт от Европейских стран и Японии по уровню обеспечения экологической безопасности [2]. Российская горно-перерабатывающая отрасль находиться на достаточно невысоком уровне обеспечения экологической безопасности, переработки и утилизации техногенных отходов горного и перерабатывающих производств, а также их применения в дальнейшей технологической схеме или производстве продукции, не связанной с основной деятельностью горно-перерабатывающего предприятия [3].
Ежегодно полезное содержание извлекаемых запасов уменьшается, что приводит к увеличению отходов переработки. Разработки уходят на большие глубины, что ведёт к увеличению объёмов пород от вскрышных и проходческих работ. Все эти техногенные отходы складируются на поверхности, образуя огромные массивы [4]. Складирование отходов в техногенных массивах является формой антропогенного воздействия на
окружающую среду, что вызывает качественно-количественные изменения её субъектов [5].
Порядка 30 тонн водорастворимых техногенных отходов образуется при производстве 1 тонны калийных удобрений. На складирование, хранение, сооружение хранилищ для техногенных отходов, экологические отчисления и др., затрачивается примерно 5...8 % себестоимости продукции. При этом необходимо отметить, что срок существования техногенных массивов неограничен, следовательно, мультипликативный ущерб от их размещения впоследствии превысит ценность добытого сырья [6].
До настоящего времени при повторном применении утилизируется примерно до 10 % извлекаемых пород от проходческих и вскрышных работ и не более 20 % водорастворимых техногенных отходов. По данным Министерства природных ресурсов и экологии на территории России в техногенных массивах складировано порядка 45 млрд тонн техногенных отходов горно-перерабатывающего сектора различных классов опасности
[7].
Во всём мире, включая Россию, происходит ежегодное увеличение уровня загрязнённости окружающей среды техногенными отходами. С начала XXI столетия ежегодный объём расширения техногенных массивов пустыми породами возрастает на 30 % и составляет 210 млн м /год, а отходами обогатительного производства составляет140 млн м /год [8]. Сформированные техногенные массивы нарушают экологический баланс, изымают из оборота плодородные сельскохозяйственные земли.
Зачастую сохранить первозданную природу и минеральное разнообразие Земли предлагается путем переноса горного производства на космические тела [9]. Но отсутствие технических возможностей осуществления [10] и нерешенные правовые задачи [11] откладывают реализацию данной идеи на далекое будущее.
Применение техногенных отходов в строительных и закладочных
смесях
Развитие общества ведет к увеличению объемов извлечения минеральных ресурсов и строительства, как промышленных объектов, так и гражданских зданий. Порядка 35 % предприятий горнодобывающего сектора используют геотехнологию с закладкой выработанного пространства [12], и доля их постоянно возрастает.
При производстве строительных и закладочных смесей в качестве вяжущего используют цемент или его производные, а в качестве инертного компонента - специально добываемые материалы: песок, гравий, щебень. С учетом увеличения объемов строительства зданий и сооружений и достаточно активного внедрения геотехнологии с закладкой, остро стоит вопрос замены компонентов смеси на более дешевые и доступные ингреди-
енты. Поэтому применение техногенных отходов горно-перерабатывающего производства видится хорошим вариантом [13].
Идея использования техногенных отходов для замены традиционного, специально добываемого инертного заполнителя при создании закладочной смеси не нова [14]. При этом необходимо учесть, что создание строительных смесей имеет схожие технологические аспекты с производством и проектированием закладочных смесей [15]. Применение отходов водорастворимых руд, образующихся после их обогащения, в качестве инертного заполнителя в строительных и закладочных смесях, позволит внедрить безотходное (малоотходное) производство [16]. Повторное использование техногенных отходов в безотходной технологической цепочке, помимо их утилизации значительно уменьшает риск воздействия гор-но-перерабатывающего производства на окружающую среду [17].
Перед применением техногенных отходов в строительных и закладочных смесях необходимо учитывать, что они имеют в своем составе полезные компоненты, хотя и не в значительном количестве (табл. 1). В связи с этим, необходимо отметить, что перед применением техногенных отходов в смесях необходимо извлечь полезные компоненты методом глубокой переработки.
Таблица 1
Химический состав техногенных отходов обогащения водорастворимых руд
Отходы обогащения Компоненты т Mgа2 CaSO 4 Нерастворимый остаток Br- H2Oкрист.
Галургиче-ские Лежалые Массовая доля, % 3,35 92,66 0,07 1,91 1,9 0,03 0,08
Текущие 1,91 94,3 0,07 1,914 1,7 0,026 0,08
Флотационные Лежалые 9,96 82,64 1,1 4,488 1,7 0,032 0,08
Текущие 4,88 87,78 1,1 4,331 1,8 0,029 0,08
Помимо этого, применение техногенных отходов в строительных и закладочных смесях сдерживается наличием в отходах вредных компонентов, оказывающих отрицательное влияние (разупрочнение, разбухание, увеличение пористости и др.) на монолитные конструкции или создаваемый искусственный массив после затвердевания смеси. Также вредные компоненты техногенных отходов долгое время могут находиться в условно-равновесном состоянии. Но после воздействия среды или при взаимодействии с другими компонентами переходят в мобильное состояние, вымываются из конструкций или искусственных массивов, что приводит к нарушению экологического баланса [18].
В настоящее время созданы технологии глубокой переработки техногенных отходов, позволяющие дополнительно извлечь полезные компоненты. Технология глубокой переработки также позволит нейтрализовать
негативное влияние вредных компонентов на создаваемые конструкции или массив и окружающую среду. Данная технология создаёт предпосылки внедрения ресурсовозобновляемых технологий, способствует увеличению минерально-сырьевой базы горнодобывающего предприятия и увеличивает срок его работы [19].
Наиболее эффективной технологией глубокой переработки в настоящее время является механохимическая технология. Данная технология до извлечения компонентов объединяет химическое орошение техногенных отходов и их механическую обработку в дезинтеграторе.
Идея применения отходов водорастворимых руд в смесях для замены инертного заполнителя не является новой. Замена традиционного инертного заполнителя на отходы водорастворимых руд ранее проводилась без их дополнительной активационной обработки. При этом ранее проводимые исследования показали положительное действие активацион-ной обработки техногенных отходов [8, 14, 18, 20].
Необходимо отметить, что смеси, используемые для производства закладочных работ при добыче полезного ископаемого, имеют более высокое водотвёрдое отношение в сравнении с растворами, применяемыми в строительстве.
Увеличенный объём воды в закладочных смесях необходим для того, что бы улучшить её транспортабельность от места производства к месту укладки и растекаемость в отработанной камере. Прочность и транспортабельность имеют противоположные зависимости от количества жидкого в смеси [21].
С учётом того, что основную стоимость в строительной и закладочной смеси составляет цемент, поиски его замены всегда остаются актуальными. Ранее проведённые эксперименты показали возможность применения металлургических шлаков после активационной обработки в качестве вяжущего [22].
Исследовательские работы, проводимые ранее в области при создании смесей, использующих в качестве инертного заполнителя отходы водорастворимых руд, продемонстрировали преимущество вяжущих, имеющих в своем составе магний.
Поэтому целью настоящей исследовательской работы является разработка бесцементной строительно-закладочной смеси на основе отходов водорастворимых руд с заданными реологическим свойствами и предназначенного для формирования монолита или искусственного массива с заданными прочностными характеристиками.
При разработке состава смеси в качестве инертного заполнителя применялись отходы водорастворимых руд ПАО «Уралкалий», а в качестве вяжущего использовались шлаки Чусовского металлургического комбината. Все компоненты применялись после активационной обработки.
Химический и гранулометрический составы отходов обогатительной фабрики водорастворимых руд приведены в табл. 1, 2.
Таблица 2
Гранулометрический состав техногенных отходов обогащения
водорастворимых руд
Отходы Крупность частиц, мм Средняя крупность
+7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 -0,25
7,4 7,3 17 16,3 20,9 19,5 8,6 3,0 2,54
Создание искусственного массива на основе техногенных отходов водорастворимых руд
Как видно из табл. 1, техногенные отходы водорастворимых руд на 94...98 % состоят из солей, следовательно, легкорастворимы в воде. Для исключения их растворения в строительно-закладочных смесях в качестве затворителя использовались насыщенные солевые растворы. Ранее проведенные исследования доказали эффективность насыщенных растворов.
Магнезиальные вяжущие, в том числе магнезиальный цемент, способны в незначительных количествах образовывать достаточно прочные кристаллические связи и соединять в монолит большое количество инертного заполнителя. При промышленном применении не обязательно использовать производные от магнийсодержащего цемента. С целью уменьшения стоимости строительно-закладочной смеси магнезиальный цемент или каустический магнезит можно заменить на шлаки, имеющие в своём составе повышенное содержание магния. Ввиду большого объёма строительно-монолитных работ на стройках и закладочных работ на горнодобывающих предприятиях применение магнийсодержащих шлаков в качестве заменителя вяжущего является весьма перспективным.
Повысить способность шлаков к омоноличиванию можно путём добавления в состав смеси незначительного количества цемента или активирующей добавки. Ранее проведенные исследования механической актива-ционной обработки компонентов закладочной смеси показали положительные результаты [8, 14, 18, 20]. В связи с этим в настоящем исследовании проводилась активационная обработка шлаков и отходов водорастворимых руд в дезинтеграторах.
При проведении экспериментальных исследований опирались на методические указания и инструкции.
Отходы обогащения водорастворимых руд и магнезиальные шлаки в строительно-закладочной смеси смешивались в пропорции 51 и 25 % от общего объема композита соответственно. Перед смешением производилась раздельная активационная обработка компонентов строительно-закладочной смеси в дезинтеграторе DESI-11. В активационной установке производилось измельчение магнийсодержащих шлаков до содержания
класса менее 0,071 мм не менее 68...72 %, а отходов водорастворимых руд - не менее 88.92 %.
Реологические свойства смеси имеют значение для закалочных работ, так как зачастую приходиться её транспортировать на большие расстояния от места производства к месту укладки в выработанное пространство [23]. Поэтому реологические характеристики для закладочной смеси проводились по установленно-стандартным методикам: по глубине усадки конуса и растекаемости смеси на вискозиметре Суттарда.
Затвердевание образцов происходило в условиях, предусмотренных методикой (Т=20±2 °С; W=95±5 %); их испытание на сжатие производили через заданные сроки, предусмотренные методикой: 7; 28; 60 и 90 суток. Образцы на одноосное сжатие испытывались на прессе ПИ-2000-А. Результаты экспериментов занесены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты испытаний закладочных^ смесей_
Компонентызакладочнойсмеси
Магнезиальный шлак Отходыобогащени-яводораствори- мыхруд 8 о ч Предел прочности при одноосном сжатии, МПА
№ п/п 0х 6 и и & § ам а ^н ^ е0 еи ,0 0х 6 и и кар ,м О ^ е 71 и0 а в т т о та н а ■е 0х 6 £ а ей д о астекание, мм а с ,а с £ § ак Продолжительность твердения, сутки
сЗ м 3 о е а к е о о сЗ м £ Я <и ре ен ч а о 8 О л у с о г и и Ч т Рч о сО 7 28 60 90
1 25,0 68...72 51,0 88.92 - 24,0 105 10 0,2 1,5 1,9 2,2
2 25,0 88...92 51,0 88.92 - 24,0 95 10 0,15 1,6 2,2 2,5
3 25,0 88.92 51,0 68.72 - 24,0 120 14 0,1 1,2 1,7 1,8
4 25,0 88.92 51,0 88.92 1 23,25 165 16 0,25 2,0 2,75 3,1
Из сравнительного анализа следует, что первый состав строительно-закладочной смеси продемонстрировал низкие прочностные характеристики при испытании на одноосное сжатие после затвердевания и малую её подвижность (состав № 1 в табл. 3).
Для увеличения гидравлической активности вяжущее, в нашем случае магнезиальный шлак, подвергали механической обработке в дезинтеграторе до крупности 88.92 % класса менее 0,071мм. Крупность инертного заполнителя оставили без изменения. Испытания образцов после затвердевания продемонстрировали значительное улучшение прочностных показателей. Но при этом реологические характеристики были неудовлетворительными, что свидетельствует о плохой транспортабельности такой смеси (состав № 2 в табл. 3).
Для увеличения растекаемости строительно-закладочной смеси и в целом её реологических свойств уменьшили долю фракции до размера ниже 0,071 мм инертного заполнителя. Испытание образцов после затвердевания на одноосное сжатие показали резкое падение прочностных характеристик (состав № 3 в табл. 3).
От увеличения водотвердого отношения, позволяющего изменить реололгические характеристики смеси сразу отказались, ввиду нецелесообразности данного эксперимента. Ранее проведённые исследования показали, что добавление воды в смесь снижает прочность монолита, конструкций и массива и увеличивает объем водоотлива.
Из анализа ранее проведённых исследованийможно заключить, что применение активирующих добавок позволяет создать более прочные структурно-кристаллические связи, что значительно увеличивает прочностные характеристики монолитов и искусственного массива. К тому же химические добавки оказывают положительные изменения на реологические характеристики создаваемой смеси [21]. К таким добавкам можно отнести лигносульфанат - отходы целлюлозно-бумажной промышленности, полученные путем переработки отработанных сульфитных и бисульфит-ных щелоков [24].
Введение лингосульфаната в состав строительно-закладочной смеси позволило получить образцы с повышенными прочностными характеристиками. При этом реологические характеристики данной смеси полностью удовлетворяют требованиям её транспортабельности по трубопроводам (№ 4 в табл. 3).
При создании монолитных конструкций в строительстве и искусственного массива в горнодобывающей отрасли необходимо строго учитывать длительное влияние составляющих смеси и избирательно подходить к их выбору. Процессы, возникающие в монолитных конструкциях и в массиве после их полного затвердевания трудно поддаются прогнозу и моделированию. Методы и способы контроля монолитных конструкций и искусственного массива после их затвердеваний достаточно полно исследованы в работах.
Использование техногенных отходов при приготовлении строительно-закладочной смеси без дополнительной, глубокой их переработки противоречит экологической безопасности и экономической целесообразности. Разработаны ресурсовозобновляемые технологии глубокой переработки техногенных отходов, позволяющие дополнительно извлекать из них полезные компоненты.
С внедрением инновационных технологий обогащения происходит улучшение качественно-количественных показателей, что доказывается анализом состава хвостов обогатительной фабрики (табл. 1).
Следовательно, в составе строительно-закладочной смеси без дополнительной переработки рекомендуется использовать текущие хвосты
галургического способа обогащения. При использовании лежалых хвостов галургического способа обогащения и хвостов флотационного способа обогащения необходимо произвести их дополнительное обогащение. Дополнительное обогащение можно производить на мощностях обогатительной фабрики, освободившихся в результате уменьшения объёмов добычи предприятия, ввиду выхода из эксплуатации БКРП-1 «Уралкалий».
Выводы
Замена традиционного цементного вяжущего на магнийсодержащие шлаки в строительно-закладочной смеси позволяет разработать состав, удовлетворяющий прочностным характеристикам искусственного массива или строительных конструкций, не несущих высокой нагрузки. Применение техногенных отходов в строительно-закладочной смеси возможно после их механической активационной обработки в дезинтеграторах, что повышает прочностные характеристики конструкций и искусственного массива.
Максимальный эколого-экономический эффект применения техногенных отходов в строительно-закладочных смесях возможно достичь, только после их глубокой переработки и доизвлечения полезных компонентов и нейтрализации отрицательного действия оставшихся. При этом вовлечение в глубокую переработку отходов горного и перерабатывающего производств создает предпосылки создания новой материально-сырьевой базы горнопромышленного комплекса и исключает расходы на разведку и освоение новых месторождений.
Вовлечение техногенных отходов в замкнутый цикл основного и вспомогательного производств уменьшает объёмы техногенных массивов, что значительно снижает воздействие горнодобывающего производства на окружающую среду.
Список литературы
1. Минимизация влияния горного производства на окружающую среду / В. Голик, Ю. Дмитрак, О. Габараев, Х. Кожиев // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 6. С. 26-29. DOI: 10.18412/1816-03952018-6-26-29.
2. Utilization of Mineral Waste: A Method for Expanding the Mineral Resource Base of a Mining and Smelting Company / J. Rybak, S.M. Gorbatyuk, C.B. Kongar-Syuryun, A.M. Khairutdinov, Yu.S. Tyulyaeva, P.S. Makarov // Metallurgist. 2021. V.64(9-10). P. 851 - 861. DOI: 10.1007/s11015-021-01065-5.
3. Экологические аспекты хранения хвостов обогащения руд в горном регионе / В. Голик, Ю. Дмитрак, В. Комащенко, Ю. Разоренов // Эко-
логия и промышленность России. 2018. Т. 22. № 6. С. 35-39. DOI: 10.18412/1816-0395-2018-6-35-39.
4. Geotechnology using composite materials from man-made waste is a paradigm of sustainable development / Ch. Kongar-Syuryun, A. Ivannikov, Y. Tyulyaeva, A. Khayrutdinov // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38. P. 2078 - 2082. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.145.
5. Chemical hazards in construction industry / T. Kowalik, D. Logon, M. Maj, J. Rybak, A. Ubysz, A. Wojtowicz // E3S Web of Conferences. 2019. V. 97. 03032. DOI: 10.1051/e3sconf/20199703032.
6. Геофизические методы контроля руд при выщелачивании / В.И. Голик, Ю.В. Дмитрак, В.И. Комащенко, О.Г. Бурдзиева // Геофизика. 2018. № 1. С. 85 - 91.
7. Well-being at work: a lever for sustainable performance in workplace / M. Amrani, C. Rachid, B. Azzedine, I. Verzea// Mining Science. 2020. V. 27.P. 89 - 104. DOI: 10.37190/msc202707.
8. Creation of backfill materials based on industrial waste / J. Rybak, C. Kongar-Syuryun, Y. Tyulyaeva, A.M. Khairutdinov // Minerals. 2021. V. 11(7). 739. DOI: 10.3390/min11070739.
9. Extraction of minerals on celestial bodies as a new scientific direction / A. Khairutdinov, Y. Tyulyaeva, C. Kongar-Syuryun, A. Rybak // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. V. 684. 012004. DOI: 10.1088/1755-1315/684/1/012004.
10. Алгоритм оценки целесообразности применения системы разработки с закладкой выработанного пространства / А.Э. Адигамов, П.А. Ка-унг, К.А. Головин, А.Б. Копылов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2021. Вып. 2. С. 121 - 137.
11. Current issues of mining activities on celestial bodies: International law aspects / A.M. Khayrutdinov // Advances in the Astronautical Sciences. 2018. V. 170. P. 895-902.
12. Geomechanical substantiation of parameters of technology for mining salt deposits with a backfill / J. Rybak, Ch. Kongar-Syuryun, Y. Tyulyaeva, A. Khayrutdinov, I. Akinshin // Mining Science. 2021. V. 28. P. 19-32. DOI: 10.37190/msc212802.
13. Бесцементные закладочные смеси на основе водорастворимых техногенных отходов / М.М. Хайрутдинов, Ч.Б. Конгар-Сюрюн, Ю.С. Тю-ляева, А. Хайрутдинов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. № 11. С. 30 - 36. DOI: 10.18799/24131830/2020/11/2883.
14. Ермолович О.В., Ермолович Е.А. Композиционные закладочные материалы с добавкой из механоактивированных отходов обогащения // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Вып. 3. С. 24 - 30.
15. Application of crushed concrete in geotechnical engineering - selected issues / J. Kawalec, S. Kwiecien, A. Pilipenko, J. Rybak // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. V. 95. 022057. DOI: 10.1088/1755-1315/95/2/022057.
16. The potential re-use of Saudi mine tailings in mine backfill: A path towards sustainable mining in Saudi Arabia / M. Hefni, H.A.M. Ahmed. E.S. Omar, M.A. Ali // Sustainability. 2021. V 13(11). 6204. DOI: 10.3390/su13116204.
17. Повышение безопасности подземной добычи руд учетом геодинамики массива / В.И. Голик, Ю.И. Разоренов, Ю.В. Дмитрак, О.З. Габара-ев // Безопасность труда в промышленности. 2019. № 8. С. 36 - 42. DOI: 10.24000/0409-2961-2019-8-36-42.
18. Голик В.И., Лукьянов В.Г., Хашева З.М. Обоснование возможности и целесообразности использования хвостов обогащения руд для изготовления твердеющих смесей // Известия Томского политехнического университета. 2015. Т. 326. № 5. С. 6 - 14.
19. Голик В.И., Комащенко В.И., Поляков А.В. Современные технологии извлечения металлов из хвостов обогащения и переработки руд с целью их комплексного использования // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Вып.1. С. 100 - 111.
20. Исследование влияния активационной обработки на галитовые отходы обогащения при приготовлении закладочной смеси / Ч.Б. Конгар-Сюрюн, В.В. Фараджов, Ю.С.Тюляева, А.М. Хайрутдинов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 1. С. 43 - 57. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-1-0-43-57.
21. Research of rheological characteristics of the mixture as a way to create a new backfill material with specified characteristics / Ch. Kongar-Syuryun, A. Aleksakhin, A. Khayrutdinov, Y. Tyulyaeva // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38. P. 2052 - 2054. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.139.
22. Использование вяжущих на основе металлургических шлаков в составе закладочных смесей / В.И. Голик, Ч.Б. Конгар-Сюрюн, Ю.С.Тюляева, А.М. Хайрутдинов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып. 4. С. 389 - 400.
23. Снижение энергоёмкости гидротранспортирования / А.Л. Иван-ников, А.Э. Адигамов, К.А. Головин, А.Б. Копылов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2021. Вып. 2. С. 205 - 219.
24. Ермолович Е.А., Аникеев А.А., Ермолович О.В. Состав для упрочнения искусственного массива // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2021. № 3. С. 269 - 276. DOI: 10.46689/2218-5194-2021-3-1-262-270.
Хайрутдинов Марат Минизяетович, канд. техн. наук, доц., prof-marat@gmail. com, Россия, Москва, Национальный исследовательски технологический университет «МИСиС»,
Ковалев Роман Анатольевич, д-р техн. наук, доц., зав. кафедрой, kovalevdekan@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Копылов Андрей Борисович, д-р техн. наук, проф., toolart@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кулаков Никита Дмитриевич, асп., kulakov.nd@ edu.misis.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательски технологический университет «МИСиС»
REDUCING THE HARMFUL IMPACT OF INDUSTRIAL PRODUCTION ON THE ENVIRONMENT BY USING MAN-MADE WASTE
M.M. Khayrutdinov, R.A. Kovalev, A.B. Kopylov, N.D. Kulakov
The admissibility of replacing traditional cement, used as a binder with magnesium-containing man-made waste in the preparation of a construction and fill mixture is justified. The possibility of replacing the traditional specially mined aggregate in constriction and fill mixtures is proved. The results of testing samples after cementing and a construction-fill mixture prepared on the basis of man-made waste are presented. The positive effect of mechanical activation of the backfill mixture components on its rheological properties and strength characteristics of the fill mass is studied. The use of lignosulfonate as an additive was confirmed to improve the binding and rheological properties of the backfill mixture. The involvement of man-made waste in the closed cycle of the main and auxiliary production reduces the volume of man-made mass, which significantly lowers the impact of mining on the environment.
Key words: activation, disintegrator, backfill mixture, construction industry, construction mixture, industrial waste, disposal, enrichment tailings.
Khayrutdinov Marat Minizyaetovich, candidate of technical sciences, docent, prof-marat@gmail. com, Russia, Moscow, National University of Science and Technology «MISiS»,
Kovalev Roman Anatolevich, doctor of technical sciences, docent, head of chair, ko-valevdekan@mail.ru, Russia, Tula, Tula state University,
Kopylov Andrey Borisovich, doctor of technical sciences, professor, toolart@mail.ru, Russia, Tula, Tula state University,
Kulakov Nikita Dmitrievich, postgraduate, kulakov.nd@ edu.misis.ru, Russia, Moscow, National University of Science and Technology «MISiS»
References
1. Minimizing the impact of mining on the environment / V. Golik, Y. Dmitrak, O. Gabaraev, H. Kojiev // Ecology and industry of Russia. 2018. T. 22. No. 6. Pp. 26-29. DOI: 10.18412/1816-0395-2018-6-26-29.
2. Utilization of Mineral Waste: A Method for Expanding the Mineral Resource Base of a Mining and Smelting Company / J. Rybak, S. M. Gorbatyuk, C. B. Kongar-Syuryun, A.
M. Khairutdinov, Yu.S. Tyulyaeva, P. S. Makarov // Metallurgist. 2021. V. 64(9-10). P. 851 -861. DOI: 10.1007/s11015-021-01065-5.
3. Ecological aspects of storage of ore dressing tailings in the mountainous region / V. Golik, Yu. Dmitrak, V. Komashchenko, Yu. Razorenov // Ecology and industry of Russia. 2018. T. 22. No. 6. S. 35-39. DOI: 10.18412/1816-0395-2018-6-35-39.
4. Geotechnology using composite materials from man-made waste is a paradigm of sustainable development / Ch. Kongar-Syuryun, A. Ivannikov, Y. Tyulyaeva, A. Khayrutdi-nov // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38. P. 2078-2082. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.145.
5. Chemical hazards in construction industry / T. Kowalik, D. Logon, M. Maj, J. Rybak, A. Ubysz, A. Wojtowicz // E3S Web of Conferences. 2019. V. 97. 03032. DOI: 10.1051/e3sconf/20199703032.
6. Geophysical methods of ore control during leaching / V.I. Golik, Yu.V. Dmitrak, V.I. Komashchenko, O.G. Burdzieva // Geophysics. 2018. No. 1. pp. 85-91.
7. Well-being at work: a lever for sustainable performance in the workplace / M. Amrani, C. Rachid, B. Azzedine, I. Verzea// Mining Science. 2020. V. 27. P. 89-104. DOI: 10.37190/msc202707.
8. Creation of backfill materials based on industrial waste / J. Rybak, C. Kongar-Syuryun, Y. Tyulyaeva, A.M. Khairutdinov // Minerals. 2021. V. 11(7). 739. DOI: 10.3390/min11070739.
9. Extraction of minerals on celestial bodies as a new scientific direction / A. Khairutdinov, Y. Tyulyaeva, C. Kongar-Syuryun, A. Rybak // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. V. 684. 012004. DOI: 10.1088/1755-1315/684/1/012004.
10. Algorithm for assessing the feasibility of using a development system with a bookmark of the developed space / A.E. Adigamov, P.A. Kaung, K.A. Golovin, A.B. Kopy-lov // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2021. Issue. 2. pp. 121-137.
11. Current issues of mining activities on celestial bodies: International law aspects / A.M. Khayrutdinov // Advances in the Astronomical Sciences. 2018. V. 170. P. 895-902.
12. Geomechanical substantiation of parameters of technology for mining salt deposits with a backfill / J. Rybak, Ch. Kongar-Syuryun, Y. Tyulyaeva, A. Khayrutdinov, I. Akinshin // Mining Science. 2021. V. 28. P. 19-32. DOI: 10.37190/msc212802.
13. Uncemented backfill mixture on the basis of water-soluble industrial waste / M. M. Khairutdinov, C. B. Kongar-Surun, Y. S. tyulyaeva, A. Khairutdinov // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering. 2020. vol. 331. No. 11. pp. 30-36. DOI: 10.18799/24131830/2020/11/2883.
14. Ermolovich O.V., Ermolovich E.A. Composite laying materials with an additive from mechanically activated enrichment waste // Proceedings of Tula State University. Earth sciences. 2016. Issue 3. pp. 24-30.
15. Application of crushed concrete in geotechnical engineering - select-ed issues / J. Kawalec, S. Kwiecien, A. Pilipenko, J. Rybak // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. V. 95. 022057. DOI: 10.1088/1755-1315/95/2/022057.
16. The potential re-use of mine tailings Saudi in mine backfill: A path towards sustainable mining in Saudi Arabia / M. Hefni, H. A. M. Ahmed. E. S. Omar, M. A. Ali // Sus-tainability. 2021. V 13(11). 6204. DOI: 10.3390/su13116204.
17. Improving the safety of underground mining of ores into account the geodynam-ics of the array / V. I. Golik, J. I., Razorenov, V. Dmitruk, O. Z. Gabaraev // work Safety in industry. 2019. No. 8. pp. 36-42. DOI: 10.24000/0409-2961-2019-8-36-42.
18. Golik V.I., Lukyanov V.G., Khasheva Z.M. Substantiation of the possibility and expediency of using ore dressing tailings for the manufacture of hardening mixtures // Proceedings of Tomsk Polytechnic University. 2015. Vol. 326. No. 5. pp. 6-14.
19. Golik V.I., Komashchenko V.I., Polyakov A.V. Modern technologies of extraction of metals from tailings of ore dressing and processing for the purpose of their complex use // Proceedings of the Tula State University. Earth sciences. 2016. Issue 1. pp. 100-111.
20. Investigation of the effect of activation treatment on halite enrichment waste during the preparation of the filling mixture / Ch.B. Kongar-Syuryun, V.V. Faradzhov, Yu.S.Tyulyaeva, A.M. Khairutdinov // Mining information and analytical Bulletin. 2021. No. 1. P. 43-57. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-1-0-43-57.
21. Research of rheological characteristics of the mixture as a way to create a new backfill material with specified characteristics / Ch. Kongar-Syuryun, Aleksakhin A., A. Khayrutdinov, Y. Tyulyaeva // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38. P. 2052-2054. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.139.
22. The use of binders based on metallurgical slags as part of laying mixtures / V.I. Golik, Ch.B. Kongar-Syuryun, Yu.S.Tyulyaeva, A.M. Khairutdinov // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2020. Issue 4. pp. 389-400.
23. Reducing the energy intensity of hydrotransportation / A.L. Ivannikov, A.E. Adigamov, K.A. Golovin, A.B. Kopylov // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2021. Issue. 2. pp. 205-219.
24. Ermolovich E.A., Anikeev A.A., Ermolovich O.V. Composition for strengthening an artificial array // Proceedings of the Tula State University. Earth sciences. 2021. No. 3. pp. 269-276. DOI: 10.46689/2218-5194-2021-3-1-262-270.
УДК 528.81 DOI 10.46689/2218-5194-2021-4-1-121-131
ФОРМИРОВАНИЕ ЛАНДШАФТНОГО РАЗНООБРАЗИЯ В СУБНИВАЛЬНО-НИВАЛЬНОМ ПОЯСЕ АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ
ЧАСТИ БОЛЬШОГО КАВКАЗА
И.И. Марданов
Проанализированы особенности ландшафтов субнивально-нивального пояса Большого Кавказа в пределах Азербайджана, составлены карты-схемы отдельных высокогорных массивов с использованием материалов интерпретации крупномасштабных аэрофотоснимков. Выявлены основные ландшафтные единицы территории, а также экзогенные факторы рельефообразования, влияющие на их формирование и на возможности осуществления хозяйственной деятельности в высокогорных районах.
Ключевые слова: карта, анализ, процесс, выветривание, денудация, вершина, снежники, массив, экзодинамический, сель.
Цель и методы исследования
В целях изучения ландшафтной ситуации в субнивально-нивальном поясе северо-восточного склона Большого Кавказа был осуществлен совместный анализ топографических карт и аэрофотоснимков масштаба 1:25000, монтаж которых дал возможность исследовать наиболее крупные скально-нивальные массивы с целью оценки геодинамической ситуации на данной территории. На аэрофотоснимках визуально были выделены ос-
