CC BY
21УДК 691.41; 553.61
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-762-8-58-61
Б.В. ТАЛПА, канд. геол.-мин. наук ([email protected])
Южный федеральный университет (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105/42)
Техногенные ресурсы угольного ряда
Восточного Донбасса и перспективы их использования
в керамической промышленности
Показана высокая перспективность вовлечения техногенных ресурсов угольного ряда для производства различных изделий строительной керамики. Представлены условия их формирования и связанные с этим особенности промышленного использования в качестве керамического сырья. Техногенные месторождения угольного ряда по технико-экономическим и экологическим показателям имеют ряд преимуществ по сравнению с природными месторождениями аналогичного сырья. Одним из вариантов решения проблемы утилизации отходов добычи и обогащения углей, складированных в огромных количествах (300-400 млн т) в угледобывающих районах Восточного Донбасса в террикониках, является их использование в качестве техногенного глинистого камнеподобного сырья для получения высокопрочного строительного и клинкерного кирпича; реальное использование в настоящее время составляет 5-10%. Однако минеральный состав материала терриконов зависит от системы вскрытия угольных месторождений и вида формирования отвалов. Описана специфика вскрытия угольного пласта в Донбассе, обусловливающая формирование трех основных видов отвалов: горелые отвалы горных выработок в переделах шахтного поля; отвалы комбинированного вскрытия; негорелые отсортированные отвалы. Установлено, что последние наиболее перспективны для керамической промышленности. Исследования показали, что породы, слагающие техногенные месторождения угольного ряда, относятся к экологически неопасному минеральному сырью, отвечают требованиям СанПиН и могут быть использованы без ограничений.
Ключевые слова: энергосбережение, ресурсосбережение, утилизация отходов, строительная керамика, кирпич керамический, минеральные ресурсы, глинистое сырье, отходы угольной промышленности.
Для цитирования: Талпа Б.В. Техногенные ресурсы угольного ряда Восточного Донбасса и перспективы их использования в керамической промышленности // Строительные материалы. 2018. № 8. С. 58-61. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-762-8-58-61
B.V. TALPA, Candidate of Sciences (Geology and Mineralogy) ([email protected])
Southern Federal University (105/42, Bolshaya Sadovaya Street, Rostov-on-Don, 344006, Russian Federation)
Anthropogenic Resources of Carbon Series of Eastern Donbass and Prospects of Their Use in Ceramic Industry
High prospects of involvement of anthropogenic resources of the carbon series for production of various products of building ceramics are shown. The conditions of their formation and related features of industrial use as ceramic raw materials are presented. Anthropogenic coal deposits, according to technical, economic and environmental indicators, have a number of advantages over natural deposits of similar raw materials. One of the solutions to the problem of utilization of mining waste, and enrichment of coal stored in huge quantities (300-400 million tons) in the coal-mining areas of Eastern Donbass in waste piles, is their use as an anthropogenic clay stone-like raw material for producing high-strength construction and clinker bricks, the actual use is currently 5-10%. However, the mineral composition of the waste pile material depends on the system of opening of coal deposits and the type of formation of dumps. The specific character of the coal bed uncovering in Donbass, determining the formation of three main types of dumps: combustible dumps of mine workings in the mine field; dumps of combined uncovering; unburned sorted dumps, is described. It is established that the latter are the most promising for the ceramic industry. Studies show that the rocks, composing anthropogenic deposits of the carbon range, are not environmentally hazardous mineral raw materials, meet the requirements of SanPiN and can be used without restrictions.
Keywords: energy saving, waste utilization, building ceramics, ceramic brick, mineral resources, clayey raw materials, waste of coal mining industry.
For citation: Talpa B.V. Anthropogenic resources of carbon series of Eastern Donbass and prospects of their use in ceramic industry. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 8, pp. 58-61. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-762-8-58-61 (In Russian).
Развитие действующих предприятий керамической промышленности и рациональное размещение новых обусловливает необходимость комплексной оценки состояния сырьевой базы, геологических, горнотехнических, экономических, экологических и других условий всего региона с обязательным использованием новых современных технологий переработки сырьевых материалов и вовлечением нетрадиционных видов минерального сырья, включая техногенное.
Нашими исследованиями ранее было установлено, что для развития керамической промышленности на Юге России перспективным сырьем являются аргилли-топодобные глины, широко распространенные в Восточном Донбассе [1—3]. Для дальнейшего использования необходимо выделить земельные участки и исключить их из сельхозоборота, произвести геологическую разведку, подсчитать и утвердить запасы сырья. В то же время на исследованной территории имеются огромные ресурсы техногенного глинистого сырья, об-
Рис. 1. Отвалы углеобогатительной фабрики, Ростовская область
58
август 2018
1/1 ®
Рис. 2. Негорелые отсортированные шахтные отвалы, Ростовская область
разовавшиеся при добыче и обогащении каменного угля (рис. 1).
К техногенным ресурсам угольного ряда относятся геологические тела на земной поверхности, сформированные в процессе добычи и переработки угля. После проведения геолого-разведочных работ, определения качественных характеристик сырья, подсчета и утверждения запасов эти рукотворные формирования можно отнести к техногенным месторождениям (полезному ископаемому). Техногенные месторождения, особенно угольного ряда, по своим технико-экономическим и экологическим показателям имеют ряд преимуществ по сравнению с природными месторождениями аналогичного сырья [4—7]. Эти объекты имеют первичную проектную и эксплуатационную документацию, данные по объемам, качеству складируемого сырья, уже доставлены на поверхность земли, где имеется развитая сеть дорог, энергетических сетей, работают квалифицированные специалисты горнодобывающих и перерабатывающих специальностей, налажена сеть учебных заведений в данном направлении.
В результате деятельности угольной промышленности Восточного Донбасса сформировано значительное количество техногенных образований в виде отвалов углевмещающих пород (терриконы), которые являются причиной загрязнения почв и вод, увеличивают пыле-
Рис. 3. Негорелые отсортированные отвалы, Ростовская область
вую нагрузку на окружающую среду и изъятия дорогостоящих земель из сельскохозяйственного оборота. Общая площадь занимаемых ими земель составляет около 1000 га. На территории Восточного Донбасса находится 147 негорящих, 130 горящих и 100 перегоревших отвалов. Общее количество техногенных ресурсов угольного ряда, накопленных на территории области, по разным оценкам, составляет от 300 до 400 млн т (рис. 2).
Отвальные глинистые породы могут применяться в качестве сырья для различных отраслей промышленности. Однако реальное их использование составляет 5—10%. Это связано с проблемами формирования отвалов, которое осуществляется без учета возможности их дальнейшей переработки. Бессистемное складирование с перемешиванием горных пород различных типов впоследствии приводит к значительному росту издержек на их переработку.
Одним из вариантов решения проблемы утилизации отходов добычи и обогащения углей, складированных в огромных количествах в угледобывающих районах Восточного Донбасса в террикониках, является всестороннее их использование в качестве сырья для получения высокопрочного строительного и клинкерного кирпича [8—11].
Результаты исследований показали, что минералогический состав техногенных образований существенно влияет на свойства получаемых материалов, в первую очередь на прочность и внешний вид, а минеральный состав материала терриконов зависит от системы вскрытия угольных месторождений и вида формирования отвалов.
Для вскрытия угольного пласта в Донбассе имеется своя специфика, сложившаяся за полтора столетия. В связи с этими методами добычи и переработки породной массы и угля формируются три основных вида отвалов.
1. Отвалы горных выработок в переделах шахтного поля, наклонные и горизонтальные подготовительные горные выработки, проходящие по породам различного литологического состава (песчаники, алевролиты, ар-гиллитоподобные глинистые породы и собственно угли высокой степени метаморфизации). Отвалы плохо отсортированы, содержат большое количество угля, в том числе и пылевидного. Частицы угля распределены равномерно по всему телу отвала, поэтому они обладают способностью к самовозгоранию. Такие отвалы горят по нескольку десятков лет, и все осадочные породы, слагающие эти терриконы, претерпевают термодеструкцию (изменение технологических свойств горных пород в процессе горения террикона), вплоть до плавления во внутренней части, и теряют первичные свойства, но приобретают новые качественные показатели и потребительские свойства.
2. При вскрытии месторождений угля комбинированным способом в начальной стадии формирования отвала в горной массе отсутствуют угли. Поэтому отва-
август 2018
59
Рис. 4. Сухие отвалы углеобогатительной фабрики, Ростовская область
лы комбинированного вскрытия месторождения на ранней стадии формирования не возгораются и горные породы, слагающие его центральную часть, не горят и сохраняют природные технологические свойства. На поздних этапах их формирования в отвал поступают по-
Список литературы
1. Талпа Б.В., Котляр А.В. Камневидные глинистые породы Восточного Донбасса — перспективное сырье для производства стеновой керамики // Актуальные проблемы наук о Земле. Сборник трудов научной конференции студентов и молодых ученых с международным участием; Южный федеральный университет. Ростов н/Д: Издательство Южного федерального университета: 2015. С. 49—51.
2. Талпа Б.В., Котляр А.В. Особенности аргиллитопо-добных глин Юга России как сырья для производства клинкерного кирпича. Актуальные проблемы наук о Земле. Сборник трудов научной конференции студентов и молодых ученых с международным участием; Южный федеральный университет. Ростов н/Д: Издательство Южного федерального университета: 2015. С. 51—53.
3. Талпа Б.В., Котляр А.В., Терехина Ю.В. Минералого-технологические особенности литифицированных глинистых пород и перспективы их использования в
роды, содержащие большое количество углистого вещества, что создает благоприятные условия для возгорания, длительного горения и термодеструкции осадочных пород. Эти терриконы имеют двухслойное строение.
3. Отвалы, сформированные за счет материала, образующегося при проходке вертикальных стволов, в том числе вентиляционных. Их проходка осуществляется в горных породах с низким коэффициентом угленосности (рис. 3).
К этой группе относятся и сухие отвалы углеобогатительных фабрик. Материал, слагающий тело таких отвалов, состоит преимущественно из аргиллитоподобных глинистых пород, выдержан по составу и имеет низкое содержание углистого вещества. Последний факт не создает благоприятных условий для горения в процессе складирования. Кроме того, при длительном хранении аргиллитоподобные глины подвергаются климатическому воздействию (вылеживанию), что способствует улучшению их технологических свойств. Именно эти техногенные образования являются наиболее перспективными для керамической промышленности (рис. 4).
По результатам рентгеновских дифрактометриче-ских исследований техногенных аргиллитоподобных глин с определением количественных характеристик глинистых минералов групп каолинита—гидрослюды— монтмориллониты—хлориты было установлено их соотношение: (гидрослюды типа иллита (55—75%), каолинит (8—20%) и хлорит (8—15%). Монтмориллонит (смектит) в исследованных аргиллитоподобных глинах отсутствует. Этот минералогический состав аналогичен с изученными нами ранее коренными аргиллитоподоб-ными глинами [3]. По химическому составу они относятся к сырью полукислому с высоким содержанием красящих оксидов, характеризуются отсутствием крупнозернистых, карбонатных и гипсовых включений, высоким содержанием Сорг.
Исследованные глинистые породы, слагающие техногенные месторождения угольного ряда, относятся к экологически неопасному минеральному сырью (содержание естественных радионуклидов: удельная активность, Бк/кг Ra-226 56-59,7; Th-232 28,1-35,2; K-40 616,1-678,3; средний Азфф. 0,43), отвечают самым жестким требованиям СанПиНи могут быть использованы без ограничений. В то же время их скопления в больших объемах являются источником загрязнения окружающей среды. Кроме того, в связи с реструктуризацией угледобывающей промышленности необходим поиск альтернативных решений для трудоустройства высвобождающихся шахтеров и других квалифицированных специалистов.
References
1. Talpa B.V., Kotlyar A.V. Solid clay breeds of East Donbass perspective raw materials for production of wall ceramics. Current problems of sciences about Earth. The collection of works of a scientific conference of students and young scientists with the international participation; Southern Federal University. Rostov-on-Don: Publishing house ofthe Southern federal university. 2015, pp. 49-51. (In Russian).
2. Talpa B.V., Kotlyar A.V. Features the claystone-like-clays of the South of Russia as raw materials for production of a brick. Current problems of sciences about Earth. The collection of works of a scientific conference of students and young scientists with the international participation; Southern Federal University. Rostov-on-Don: Publishing house of Southern Federal University. 2015, pp. 51-53. (In Russian).
3. Talpa B.V., KotlyarA.V., Terekhina Yu.V. Mineralogical-technological peculiarities of lithified clay rocks and
60
август 2018
От Ри>ГГЕЛЬ>Ы= 1/1 ®
качестве сырья для производства строительной керамики // Строительные материалы. 2017. № 4. С. 8—11.
4. Кара-Сал Б.К., Котельников В.И., Сапелкина Т.В. Получение керамического стенового материала из вскрышных пород углеобогащения // Естественные и технические науки. 2015. № 2. С. 160—163.
5. Котляр В.Д., Явруян Х.С. Стеновые керамические изделия на основе тонкодисперсных продуктов переработки террикоников // Строительные материалы. 2017. № 4. С. 38-41.
6. Стороженко Г.И., Столбоушкин А.Ю., Мишин М.П. Перспективы отечественного производства керамического кирпича на основе отходов углеобогащения // Строительные материалы. 2013. № 4. С. 57-61.
7. Котляр В.Д., Устинов А.В., Терехина Ю.В., Котляр А.В. Особенности процесса обжига угольных шламов при производстве стеновой керамики // Техника и технология силикатов. 2014. № 4. С. 8-15.
8. Столбоушкин А.Ю., Бердов Г.И. Ресурсосберегающая комплексная переработка минерального сырья в производстве строительных материалов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2011. № 1. С. 46-53.
9. Столбоушкин А.Ю., Стороженко Г.И. Отходы углеобогащения как сырьевая и энергетическая база заводов керамических стеновых материалов // Строительные материалы. 2011. № 4. С. 43-46.
10. Явруян Х.С., Гайшун Е.С., Котляр А.В. Особенности компрессионного формования тонкодисперсных продуктов углеобогащения при производстве керамического кирпича // Строительные материалы. 2017. № 12. С. 14-17.
11. Столбоушкин А.Ю., Бердов Г.И., Верещагин В.И., Фомина О.А. Керамические стеновые материалы матричной структуры на основе неспекающегося малопластичного техногенного и природного сырья // Строительные материалы. 2016. № 8. С. 19-23.
prospects for their use in building ceramic production. Stroitel'nyeMaterialy [Construction Materials]. 2017. No. 4, pp. 8-11. (In Russian).
4. Kara-sal B.K., Kotelnikov V.I., Sapelkina T.V. Receiving ceramic wall material from overburden breeds of coal preparation. Estestvennie I tehnicheskie nauki. 2015. No. 2, pp. 160-163. (In Russian).
5. Kotlyar V.D., Yavruyan K.S. Wall ceramic articles on the basis of fine-disperse products of waste pile processing. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 4, pp. 38-41. (In Russian).
6. Storozhenko G.I., Stolboushkin A.Yu., Mishin M.P. Prospects of domestic production of ceramic brick on the base of coal washing waste. Stroitel'nyeMaterialy. [Construction Materials]. 2013. No. 4, pp. 57-61. (In Russian).
7. Kotlyar V.D., Ustinov A.V., Terekhina Yu.V., Kotlyar A.V. Features of the process of calcination of coal slurries in the production ofwall ceramics. Technika I Technologia Silikatov. 2014. № 4. P. 8-15.
8. Stolboushkin A.Yu., Berdov G.I. Resource-saving complex processing of mineral raw materials in production of construction materials. Izvestia Visshih Uchebnih Zave-denyi. Stroitelstvo. 2011. No. 1, pp. 46-53. (In Russian).
9. Stolboushkin A.Yu., Storozhenko G.I. Waste of coal preparation as a raw materials and energy base of wall ceramic materials factories. Stroitel'nyeMaterialy. [Construction Materials]. 2011. No. 4, pp. 43-46. (In Russian).
10. Storozhenko G.I., Stolboushkin A.Yu., Mishin M.P. Prospects of domestic production of ceramic brick on the base of coal washing waste. Stroitel'nyeMaterialy. [Construction Materials]. 2013. No. 4, pp. 57-61. (In Russian).
11. Stolboushkin A.Yu., Berdov G.I., Vereshchagin V.I., Fomina O.A. Ceramic wall materials with matrix structure based on non-sintering stiff technogenic and natural raw materials. Stroitel'nyeMaterialy. [Construction Materials]. 2016. No. 8, pp. 19-23. (In Russian).
t INTERNATIONAL ASSOCIATION OF FOUNDATION CONTRACTORS
организатор конференции
генеральный информационный партнер
МЕЖДУНАРОДНАЯ АССОЦИАЦИЯ ФУНДАМЕНТ0СТР0ИТЕЛЕЙ
ПРОЫЫШПЕН
JЩцщ
СТРОИТЕЛЬСТВО
I проведения:
Москва, Дизайн Отель, конференц-зал «Galaxy» (ст. метро «ВДНХ»)
////////,
www.fc-union.com,¡[email protected], тел.: +7 (495) 66-55-014, моб.: +7 916 36-857-36
.-U^-ÀA/J.U® август 2018
61
