Добытые полезные ископаемые и отходы горного производства
Библиографическое описание:
Аргимбаев, К. Р. Промышленные отходы горного производства и их использование на примере Лебединского ГОКа / К. Р. Аргимбаев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2011. — № 6 (29). — Т. 1. — С. 12-15. — URL: https://moluch.ru/archive/29/3312/ (дата обращения: 19.01.2021).
Россия является страной с развитой
промышленностью, характеризующей большими объемами добычи полезных
ископаемых и образованием отходов в результате их переработки. При
разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом на
земной поверхности формируются отвалы вскрышных пород, занимающие
огромные земельные площади. Добытое сырье, как правило, поступает на
обогатительные фабрики, в результате чего образуя отходы
обогатительной фабрики, размещенные в хвостохранилищах. Только в
России накоплено свыше 45 млрд.т. отходов различного класса
опасности.
В последние годы восстановление
сырьевых ресурсов из горнопромышленных отходов и их комплексное
использование является вопросом государственной важности.
Поэтому, «Воспроизводство и использование
природных ресурсов» и «Охрана окружающей среды»
являются долгосрочной программой РФ, принятой Минприроды России.
Сущность их заключается в дополнительных мерах по повышению
эффективности использования минерально-сырьевых ресурсов в народном
хозяйстве, одной из задач которого является утилизация отходов
горно-металлургического производства, а также разработка и
осуществление мероприятий, обеспечивающих существенное снижение
потерь и повышение уровня извлечения полезных ископаемых и
компонентов при добыче и переработке сырья.
По существующей классификации, к
отходам горного производства относят отходы, обусловленные природными
свойствами руд – рыхлая и скальная вскрыша, хвосты обогащения. Так
напримере, промышленные отходы Лебединского ГОКа, относятся к
нетоксичным отходам, невзрывоопасны, непожароопасны, не обладают
высокой реакционной способностью, не содержат инфекционных
возбудителей и представлены на рис.1.
Рис. 1 Отходы горного производства ОАО «Лебединский
ГОК»
Использование данных отходов горного производства
возможно в различных областях народного хозяйства. При открытой
разработке месторождений помимо полезного ископаемого, возможно
использовать и отвалы вскрышных пород в которых были размещены такие
породы как мел, известняк, песок, глина, суглинки, скальные породы.
Большинство разновидностей вскрышных пород имеет
многоцелевое назначение: четвертичные суглинки возможно использовать
при рекультивации хвостохранилищ или карьера с целью создания
противофильтрационного экрана; пески отправлять на заводы по
производству силикатного кирпича, газосиликатных стеновых блоков и
перекрытий, использовать в строительных работах а крупнозернистые
разности песков применять в литейном производстве; мел –
производство извести, цемента, удобрений, красок а также отправлять
на меловой завод, где после переработки и обогащения транспортируется
на химическую, бумажную, пищевую и парфюмерную промышленность;
скальные породы (кристаллические сланцы и кварцито-песчаники)
возможно использовать для производства различных фракций дорожного и
строительного щебня. Каждый вид отходов образуемый на ОАО «Леб
ГОКе» используется в народном хозяйстве, их использование
представлено на рис. 2.
а) |
| б) |
| |
в) |
| |||
Рис. 2 Использование отходов горного ОАО «Лебединского ГОКа» а) пески – завод по производству силикатного в) скальная вскрыша – | ||||
В целом использование кондиционных
вскрышных пород на ОАО «Лебединском ГОКе» составляет
более 25% от общего объема добычи.
Рис. 3 Доля использования и реализации
отходов горного производства на ОАО «Лебединский ГОК»
При обогащении полезных ископаемых образуются отходы,
которые представляют собой взвесь мелкодисперсных твердых частиц в
воде. От обогатительной фабрики хвосты направляют гидротранспортом в
хвостохранилище – сложное гидротехническое сооружение,
являющееся неотъемлемой частью всего горно-обогатительного
производства. По сути это уже новый вид месторождения –
техногенное.
Хвостохранилища представляют собой скопления отходов
горноперерабатывающей промышленности. Объем накопленного в них
материала оценивается астрономическими цифрами. Они так же являются
перспективными по содержанию и запасам полезных компонентов по
сравнению с месторождениями-отвалами горнодобывающих предприятий
являются хвосты обогащения руд черных и цветных металлов [1, 5].
Хвосты – это отходы обогащения полезных ископаемых, в которых
содержание ценного компонента естественно ниже, чем в исходном
сырье, поскольку в них преобладают частицы пустой породы. Твердая
фаза хвостовой пульпы представлена смесью минеральных частиц разного
размера – от 3 мм до долей микрона. Состав частиц и их плотность
зависят от минерального состава пород, вмещающих полезное
ископаемое. В настоящее время хвостохранилищах ГОКов КМА
заскладировано около 700 млн.т отходов обогащения железистых
кварцитов содержащие различные ценные компоненты, а на
Магнитогорском ГОКе накоплено около 147 млн.т.. По имеющимся в
настоящее время сведениям материал железосодержащих хвостохранилищ
достаточно эффективно может быть использован в различных отраслях
хозяйства (табл. 1) [1, с.12].
Таблица 1
Возможные направления использования отходов
горноперерабатывающей отрасли
Отрасль, создающая отходы | Возможные использования компонентов | |||||
Черная металлургия | Цветная металлургия | Химическая | Промышленность стройматериалов | Сырье для атомной энергетики | Сельское хозяйство | |
Черная металлургия | FeCr из окисленных кварцитов | Металлы из шлаков: Cu, V, Co, Ti, Ta, Nb, Ni, Cr. | P, S | Щебень, цемент, огнеупоры, песок, известь, мел | U, Th | Засыпка отвалов |
Отходы обогащения более удобны для утилизации и их
использования, чем отвалы, поскольку они, во-первых, более
однородны, а во-вторых, представляют собой уже дробленый, иногда
фракционированный материал. Наиболее перспективны для использования
в строительстве отходы, образующиеся при сухих способах обогащения –
хвосты сухой магнитной сепарации, сухой гравитации.
Хвосты сухой магнитной сепарации отличаются повышенной
крупностью (20-70 мм) и пониженным содержанием металлов. После
предварительной подготовки (рассева) они полностью используются в
качестве щебня. Хвосты мокрой магнитной сепарации являются
мелкодисперсными отходами, за год на горнообогатительных комбинатах
России их накапливается более 150 млн.т.
Исследование особенностей складирования
отходов обогатительной фабрики ОАО «Лебединский ГОК»
выявило закономерность образования пространственно обособленных
участков крупных фракций, а также фракций с повышенным содержанием
железа в хвостохранилищах, в особенности при одностороннем сливе
пульпы и в меньшей степени при контурном.
Хвостохранилища ОАО «Лебединского ГОКа»
имеют все предпосылки для образования таких участков. В результате
гравитационной дифференциации твердой части пульпы происходит
перераспределение складируемого материала в хвостохранилище и
образование вблизи выпусков пульпы участков с повышенным (по
сравнению с другими участками хвостохранилища) содержанием железа.
Значительное влияние на потери железа с хвостами
обогащения оказывают:
-несовершенство существующей технологии обогащения, что
приводит к неполному извлечению железа в концентрат;
-аварийные остановки оборудования, особенно в период
пуско-наладочных работ, сопровождающиеся, как правило, аварийными
сбросами продуктов обогащения с аномально высоким содержанием
железа;
-несовершенство или отсутствие схем утилизации и
улавливания просыпей и продуктов промсмывов;
– неудовлетворительное состояние технологического
оборудования;
– недостаточная организация производства и низкая
квалификация обслуживающего персонала.
Совокупность перечисленных факторов с учетом
закономерностей формирования техногенных отложений предполагает
возможность образования в хвостохранилищах ГОКа участков, имеющих
промышленную ценность для вовлечения в разработку хвостов с целью
доизвлечения железа.
Вовлечение в отработку железосодержащих хвостохранилищ
позволит обеспечить горнодобывающему предприятию черной металлургии
дополнительную сырьевую базу [2, с.145-147].
Изучение и методика исследования техногенных
месторождений для разработки в значительной мере отличается от
изучения природных объектов [3, с.65-74]. Это обусловлено, с одной
стороны, компактным размещением техногенных месторождений
непосредственно в зоне промышленных предприятий, с другой стороны –
необходимостью исследования их часто необычного и сложного
минерального состава.
Таким образом, проведенные исследования показывают, чтопромышленные отходы горного производства,
представляют собой техногенные месторождения, перспективные для
вовлечения в разработку. Также техногенные месторождения обеспечат
увеличение запасов минерально-сырьевого комплекса, сократят затраты
на обогащение основного полезного ископаемого и попутную добычу руды.
Литература:
Горлова
О.В. Техногенные месторождения. – Магнитогорск: МГМА: 1997- С. 68.Аргимбаев К.Р.
Хвостохранилища ГОКов – перспективные техногенные месторождения
Выемочно-погрузочное оборудование для разработки полусухих
хвостохранилищ / Холодняков Г.А., Аргимбаев К.Р.,
Иконников Д.А. // Освоение минеральных ресурсов Севера:
проблемы и решения. – Воркута, 2011.-Том №1.- С. 145-147.Макаров
А.Б., Техногенные месторождения // Соросовский
Образовательноый журнала – 2000.- № 9/10.- С. 65-74.
Основные термины (генерируются автоматически): горное производство, отход, народное хозяйство, отход обогащения, черная металлургия, обогатительная фабрика, Россия, скальная вскрыша, сухая магнитная сепарация, хвост обогащения.
Более 90% образующихся отходов промышленного производства составляют отходы добычи и обогащения полезных ископаемых.
Виды отходов добычи и обогащения полезных ископаемых
- Вскрышные породы открытой добычи
- Вмещающие породы шахтной добычи
- Порода, шламы, хвосты обогащения (флотации)
- Шахтные воды
- Газообразные выбросы
Отрасли, в которых образуется основная масса отходов добычи и обогащения
- Угольная промышленность
- Черная металлургия
- Цветная металлургия
- Химическая промышленность (включая производство минеральных удобрений)
Виды отходов добычи и обогащения каменного угля и нормативы их образования
| Вскрышные породы | 36-40 тыс. куб. м/т угля |
| Вмещающие породы | 110-150 куб. м/т угля |
| Отходы углеобогатительных фабрик (хвосты обогащения) | 100-120 куб. м/т угля |
Состав сырьевых компонентов в отходах добычи и обогащения каменного угля
- Горючий материал (угольная крошка, угольная пыль, водоугольная взвесь)
- Природный камень (каменный материал)
- Гравий, песок
- Глинистые породы (глины, коалиты, оргиллиты, суглинки)
- Горелые глинистые породы
Направления возможного использования отходов добычи и обогащения каменного угля
- В черной металлургии – (горелые глинистые породы) для производства огнеупоров и в качестве компонента в технологии подготовки железно-рудного сырья
- В строительной промышленности – для производства агломерата, кирпича, керамзита, железобетонных изделий и др.
- В строительстве – в качестве строительного материала для сооружения оснований (фундаментов) зданий и дорог
- В химической промышленности – в качестве компонента при получении сернистых соединений
- В черной и цветной металлургии – в качестве сырья и сырьевых добавок при производстве кремне-алюминиевых сплавов, карбидкремниевых материалов, кислородных соединений алюминия и др.
- В газовой и нефтедобывающей промышленности – (хвосты обогащения) для приготовления тампонажных растворов
- В сельском хозяйстве – в качестве удобрений и добавок к ним
Отходы добычи и обогащения железных и марганцевых руд и нормативы их образования
Нормативы образования отходов зависят от процентного содержания железа и марганца в исходном сырье, глубины залегания рудного сырья и др. подобных факторов | |
Вскрышные и вмещающие породы | 60-70 % от объема извлекаемой горной массы |
Хвосты сухой магнитной сепарации при обогащении железных руд | 5-12 % от переработанной руды |
Хвосты мокрой магнитной сепарации при обогащении железных руд | 35-80 % от переработанной руды |
Хвосты мокрой магнитной сепарации при обогащении марганцевых руд | до 6 % от переработанной руды |
Отходы флотации и дешламации при обогащении марганцевых руд | до 45 % от переработанной руды |
Состав сырьевых компонентов отходов добычи и обогащения железных и марганцевых руд
- Остатки невыбранных компонентов железных и марганцевых руд (от 2 до 16 % от уровня первичного извлечения)
- Окисленные мартитовые кварциты
- Силикат, карбонат
- Природный камень (каменный материал)
- Гравий, песок
- Глинистые породы
Направления возможного использования отходов добычи и обогащения железных и марганцевых руд
- В черной металлургии – для дальнейшей переработки и доизвлечения полезных компонентов
- В строительстве – в качестве замены щебня, песка или в дополнение к ним
Отходы добычи и обогащения руд цветных металлов и нормативы их образования
Вскрышные породы при добыче бокситов для производства алюминия | до 320 куб. м /т бокситов |
Вскрышные породы при добыче нефелинового сырья для производства алюминия | до 4-5 тыс. куб. м /т нефелинового сырья |
Шлам (спекальный, «Байеровский) при производстве глинозена | до 7 т/т глинозема |
Вскрышные породы при добыче медно-цинковых руд | 17-19 куб. м/ т руды |
Хвосты обогащения медно-цинковых руд (производство медного концентрата) | 80-88 куб. м/ т медного концентрата |
Хвосты обогащения медно-цинковых руд (производство цинкового концентрата) | 100- 114 куб. м /т цинкового концентрата |
Вскрышные породы при добыче медно-никелевых руд | 18-19 куб. м/ т кондиционного рудного сырья |
Хвосты обогащения медно-никелевых руд (производство никелевого концентрата) | 90-98 куб. м/ т никелевого концентрата |
Состав сырьевых компонентов отходов добычи и обогащения руд цветных металлов
- Остатки невыбранных компонентов руд цветных металлов (приравниваются к бедным и труднообогатимым рудам с содержанием ценных компонентов от 0,2 до 40% от уровня первичного извлечения)
- Сопутствующие компоненты руд черных, драгоценных и редкоземельных металлов
- Компоненты апатито-нефелиновых, фосфоритных и других сырьевых элементов для химической промышленности
Направления возможного использования отходов добычи и обогащения руд
- В черной и цветной металлургии – для повторной переработки и извлечения из них руд черных, цветных, драгоценных и редкоземельных металлов
- В черной металлургии – в качестве дополнительного, (а в некоторых случаях единственного) источника сырья марганцевых руд, сырья для получения легированных железных порошков, легированных окисленных окатышей и других ценных материалов
- В строительной промышленности – в качестве глинистого компонента при производстве белых цементов, строительного гипса
- В сельском хозяйстве – в качестве удобрений
- В горно-рудной промышленности – для гидравлической закладки выработанных пространств шахт и рудников
- В машиностроении и металлообработке – в технологии производства (кварцевые пески) литых чугунных и стальных изделий
Отходы добычи и обогащения рудного сырья химической промышленности и нормативы их образования
Вскрышные породы при добыче руд, содержащих серу | 0,5-0,6 т/т рудного сырья |
Хвосты флотации при обогащении серных руд | 4,0-5,3 т/т обогащенного рудного сырья |
Вскрышные породы при добыче руд, содержащих магний | 2,0-2,2 т/т рудного сырья |
Вскрышные породы при добыче апатитовых и фосфоритовых руд | 5 т/т рудного сырья |
Хвосты флотации при производстве апатитового концентрата | 1,7 т/т концентрата |
Хвосты флотации и отходы промывки фосфорного сырья при производстве флотационного и мытого фосфорного концентратов | 2-5,2 т/т концентрата |
Состав сырьевых компонентов отходов добычи и обогащения рудного сырья химической промышленности
- Остатки невыбранных компонентов апатито-нефелиновых фосфоритных, боратовых руд, серы и других сырьевых продуктов (от5 до 50% от уровня первичного извлечения)
- Суглинки и неогеновые глины
- Природный камень, гравий, песок
- Гравийно-песчаная смесь в чистом виде и в смеси со щелочными компонентами, известняком, гипсом суглинками и др. глинистыми материалами
- Гипс, гипсовый камень, известняк
- Глинистые материалы, включая соленостную глину
Направления возможного использования отходов добычи и обогащения рудного сырья химической промышленности
- В химической (горно-химической) промышленности – для повторной переработки и доизвлечения полезных компонентов, а также в качестве закладочного материала выработанного пространства шахт и рудников
- В цветной промышленности – для повторной переработки и извлечения компонентов цветных металлов
- В строительстве и промышленности строительных материалов – в качестве строительного материала для сооружения оснований зданий, дорог, в качестве материала для изготовления железо-бетонных изделий, керамической продукции и др.
- В сельском хозяйстве – в качестве минерального удобрения
ОТХОДЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА (а. mining wastes; н. Bergbauabgange; ф. dechets miniers; и. residuos de industria minera, deshechos de industria minera, esсоmbros de industria minera) — неиспользуемые продукты добычи и переработки минерального сырья, выделяемые из массы добытого полезного ископаемого (горные массы) в процессах разработки месторождения, обогащения и химико-металлургической переработки.
Отходы горного производства имеются в угольной, чёрной и цветной металлургии, горной химии (промышленности минеральных удобрений), в промышленности стройматериалов, ядерной энергетике. Классификация отходов горного производства производится по фазовому составу и производственным циклам (табл. 1). Относительный выход отходов зависит от производственного цикла, характера сырья, содержания извлекаемых компонентов в исходном продукте.
Отходы всегда сопровождали горнодобывающее и горно-перерабатывающее производство, однако почти до середины 20 века отходы горного производства не рассматривались как особая проблема. С ростом добычи полезных ископаемых количество отходов стало быстро расти, причём значительно быстрее, чем выход продукции, т.к. одновременно уменьшалось содержание полезных компонентов в рудах, увеличивалась зольность углей, усложнялись условия разработки месторождений и соответственно увеличивался выход отвальных и вскрышных пород. Общее количество добываемого в мире минерального сырья оценивается приблизительно в 100 млрд. т в год и растёт с периодом удвоения 10-12 лет. Из этого количества используется не более 30-40% (включая строительные материалы и горючие полезные ископаемые).
Проблема отходов горного производства рассматривается в различных аспектах. С экологической точки зрения наибольшую тревогу вызывают газовые отходы, например сернистый газ и другие соединения серы, оксиды углерода и азота, составляющие в сумме свыше 1 млрд. т в год. Выброс пылей, содержащих соединения металлов, в десятки раз превышает выбросы природных источников (вулканы, лесные пожары, пыли, переносимые ветром, и т.п.). Потребление и загрязнение воды горнодобывающими отраслями составляет около 10 м3 на 1 т добытого полезного ископаемого. В среднем под породные отвалы отводится 0,1 га площади земли на каждые 1000 т сырья, и они занимают сотни млн. га, чаще всего неудобной, а в ряде случаев вполне плодородной земли. Рекреационная способность природы уже не справляется с возрастающим количеством отходов горного производства, что приводит к необратимым загрязнениям среды обитания.
С другой стороны, отходы горного производства имеют определённый ресурсный потенциал, образуя т.н. техногенные месторождения. Извлечение золота, урана, редких металлов из старых отвалов ведётся с начала 60-х гг. Отвалы служат источником дополнительного производства меди, угля и т.д. Например, из нефелиновых хвостов флотации апатита получают алюминий, галлий, поташ, соду, цемент. Прогнозируется использование 30-40% твёрдых отходов горного производства в качестве стройматериалов, 20-30% для закладки выработанного пространства в шахтах и карьерах. Бактериальное выщелачивание позволит доизвлекать из хвостов обогащения тяжёлые цветные металлы. Возможно использование окисленных железистых кварцитов, накопленных в отвалах железорудных месторождений и хвостах магнитного обогащения. Разрабатываются комбинированные схемы обогащения шлаков, шламов, кеков и других отходов металлургии. Сорбционная и ионообменная технологии позволяют извлекать цветные металлы, соли, галоиды из стоков, пульп, шахтных вод и т.п. Из газовых отходов цветной металлургии в CCCP получают свыше 30% серной кислоты.
Переработка отходов горного производства, как правило, связана с потребностями смежных отраслей в сырье. Технологические исследования по утилизации отходов показали возможность комплексной переработки многих полезных ископаемых с полным или частичным переходом на производство различных видов продукции из отходов (табл. 2).
Экономический аспект проблемы отходов горного производства требует сопоставления экономических оценок ущерба от выброса отходов и доходов от их утилизации. Складирование твёрдых отходов горного производства в качестве потенциального минерально-сырьевого ресурса связано с затратами на принятие определённых мер защиты от их выветривания, окисления (в т.ч. бактериального), вымывания, а также с занятием земли, в некоторых случаях плодородной. Создание установок для переработки отходов горного производства также требует значительных капиталовложений.
Решение проблемы отходов горного производства связывают с организацией безотходной технологии и малоотходной технологии. Разработки таких технологий в CCCP основываются на создании информационно-поисковой системы по отходам горного производства, опирающейся на формы государственной отчётности по накоплению и использованию отходов горного производства.