Комплексное освоение месторождений полезных ископаемых
Наряду с созданием средств, усиливающих эффективность освоения запасов земных недр, важнейшим является повышение комплексности их использования. Основные направления комплексного использования (ресурсов) запасов недр, исходя из уровня технического и технологического оснащения производства:
- безотходное производство - отходы менее 10%;
- малоотходное - 11-12%.
Технология замкнутого цикла обеспечивает
а) практически полную утилизацию природного сырья и
нону гное извлечение ресурсов;
б) использование в обороте ресурсов (воды, воздуха), не входящих в состав продукции (30% из \,3 млрд. куб. м потребляемой воды угольной отрасли - попутные воды);
в) полное отсутствие отходов.
Более полное извлечение полезных ископаемых - это экономия средств на освоение других месторождений. Закладка выработанного пространства, уменьшение выдачи пустых пород, извлечение целиков, грамотная подработка поверхности с обрушением, открытие работы и комбинация ГЗ и ОР, переработка отвалов (сепараторы наклонные).
Утилизация минеральных отходов (39% используются в различных отраслях промышленности - это 1,3млрд. куб. м из 3,5). Из этих 39% используется на закладку 4,5%; на стройматериалы - 9,5%; на засыпку карьеров и провалов - 86%.
Восстановление - рекультивация - нарушенных горными работами земель является важной составляющей деятельности, направленной на рациональное и комплексное использование природных ресурсов в горном производстве.
Техническая (горнотехническая) рекультивация - подготовка земель для последующего целевого использования. Это планировка поверхности, формирование откосов отвалов или бортов карьеров, снятие, транспортирование и нанесение плодородных почв и пород, строительство дорог и гидротехнических мелиоративных сооружений и т.д.
Биологическая рекультивация - мероприятия по восстановлению биологических свойств нарушенных земель в следующих направлениях:
- сельскохозяйственное (восстановление плодородия земель):
- лесохозяйственное (Эстония, Кузбасс);
- водохозяйственное (создание водоемов);
- строительство гражданских и промышленных объектов;
- создание зон отдыха;
- использование горных отводов для диверсификации производства (шахта им. Ленина в Караганде - с/х угодья, животноводство, сады в степи!);
- санитарно-гигиеническое - консервация нарушенных земель, рекультивация которых для использования в хозяйстве страны пока экономически не эффективна (плоские отвалы);
- комплексное извлечение и использование металлов из многокомпонентных руд - совместная выемка руды и раздельное извлечение металлов (не выгодно сегодня - консервация отходов).
Комплексная добыча и использование минеральных ресурсов - переход от однопродуктивной схемы производства к многопродуктивной - выгодна с экономической точки зрения - «добавочную продукцию» получают в рамках уже действующего горного предприятия. Это способствует повышению рентабельности извлечения бедных руд (важных для хозяйства страны). Нет нужды строить новое предприятие - экономия затрат па геологоразведку, уточнение кондиционности запасов, проектирование, строительство предприятия. Уменьшается загрязнение среды.
Наибольшие успехи и перспективы расширения комплексной переработки минерального сырья характерны для цветной металлургии с ее полиметаллическими рудами. Однокомпонентные месторождения руд цветной металлургии являются редким исключением. Эта отрасль занимает ведущее место в комплексном использовании минерального сырья в целом.
В настоящее время при обогащении и металлургических переделах медных руд из них извлекают до 11 полезных компонентов. При этом достигнутый уровень комплексного использования сырья является далеко не предельным.
Фирма «Минерал Нано-Технологии» разработала и запатентовала две гидрометаллургические технологии, предназначенные для извлечения металлов из полиметаллических руд. Технология каталитического окисления сульфидных минералов кислородом позволяет переработать сульфидные руды и Концентраты без выбросов сернистых соединений в окружающую среду. Цветные и благородные металлы при каталитическом окислении переходят в раствор селективно и могут быть извлечены такими известными процессами как осаждение, экстракция пли ионообменная сорбция. Сера связывается в водонерастворимые соединения, не представляющие опасности для окружающей среды. Если в рудах присутствует мышьяк, он также связывается в нетоксичные соединения.
Технология окисления быстрыми радикалами позволяет эффективно переводить в раствор благородные металлы, в том числе и из самых упорных минералов. Окислительный потенциал, развиваемый этой технологией, превышает потенциал царской водки, при этом кинетика процесса значительно быстрее. Технология быстрых радикалов позволяет эффективно извлекать благородные металлы из самых различных продуктов, включая промышленные отходы.
Технологии могут использоваться вместе или раздельно, в зависимости от специфики сырья. Применение их в комбинации позволяет, например, полностью заменить медно-цинковый передел, т.е. осуществить переработку медно-цинковых руд от шахты до получения металлов гидрометаллургическим путем. При этом золото и серебро также будут извлечены.
Технология каталитического окисления может заменить собой обжиговые мощности, и решить проблему выброса сернистых газов в атмосферу.
Технология быстрых радикалов позволяет по-новому оформить аффинажное производство или переработку промышленных ломов драгоценных металлов.
Большими запасами сложного минерального сырья располагают отечественные предприятия фосфатной промышленности. На полезные минералы приходиться почти 98% массы хибинской апатитонефелиновой руды. Можно производить до 25 товарных высококачественных продуктов. Из одной тонны апатитонефелиновой руды можно получить 216 кг фосфатного продукта, 364 кг кварцевого продукта для производства формовочных смесей, 95 к? ДЛЯ производства стекловолокна п стеклопластика, 19 кг кварцевого абразива для бытовой химии, 70 кг для производства жидкого стекла.
Возможность широкого использования горючих сланцев (см. таблицу) обуславливает необходимость решения ряда проблем в области их использования:
- изучение условий образования и преобразования сланцев:
- выявление закономерностей разрешения сланцевых месторождений в различных структурах земной коры с целью разработки поисковых критериев для выявления новых месторождений;
- совершенствование генетических и промышленных классификаций сланцев;
- детальное изучение технологических свойств горючих сланцев, разработка оптимальных методов использования.
Сланцы
| Отрасль-потребитель | Продукция |
| Топливно-энергетическая | Газ, масло топливное, масло дизельное, бензин, масло для пропитки древесины, битум, керосин, мазут, масло для дорожных покрытий, мягчители, крепители, смазочные масла, присадки |
| Сланцехимическая | Бензол, толуол, сольвенит, лаки, клеи, кислоты, дубители, красители, мастики, сульфазол, пластификаторы и др. |
| Пластополимеры и резинотехническая | Автомоноблоки, облицовочные плиты, линолеум, искусственные кожи, мягчители резины и др. |
| Медицинские препараты | Ихтиол, натрий-ихтиол, сульфиктон, альбихтол и др. |
| Строительные материалы | Цемент, известь, минеральная вата, облицовочные материалы, щебень для строительных работ, изделия каменного литья, наполнители бетонов, бетоны тяжелые и легкие и др. |
| Сельскохозяйственные препараты | Гербициды, карбамид, норозин, стимуляторы роста растений, известковая мука и др. |
| Неметаллическая | Глинозем, кальцинированная сода, фосфор, сульфаты калия, натрия, магния, серная кислота |
| Редкометалльная | Ванадий, германий, кобальт, молибден, никель, уран и др. |
Комплексное использование минерального сырья в настоящее время осуществляется в недостаточном объеме.
Длительное время остается практически нерешенной проблема комплексной переработки ипритных концентратов, получаемых из медно-колчеданных руд. В ипритный колчедан попадает 15-20% меди и цинка, содержащихся в руде, 27-59% свинца, индия, кадмия, серебра и молибдена, 63-69% селена, теллура и ряда других ценнейших элементов. В сумме они составляют более 30% валовой стоимости.
Низкий уровень комплексного использования минеральных ресурсов связаны причинами:
а) отсутствия эффективных технологических схем комплексного извлечения многокомпонентных минеральных ресурсов недр;
б) отсутствия или недостаточности экономических стимулов к такому извлечению.
Обе эти причины, в конечном счете, были обусловлены пороками прежней планово-административной системы управления, к ним относятся:
- общий курс на экстенсивное развитие народного хозяйства страны (условия 80-х гг.);
- жесткий административный спрос за 100% выполнения плана строго по предусматриваемой этими планом номенклатуре продукции;
- отсутствие у руководителей действенных стимулов к инициативному хозяйствованию и к потребности вырабатывать эффективные решения проблем (человеческий фактор).
Переход к рыночной системе хозяйствования должен изменить положение в ЭТОЙ области. По здесь прибыль и цепа выходят на первый план. Технико-экономическая оценка и принятие решений, согласованных с местными органами власти, являются непременными условиями успеха.
Переход с сегодняшней, по существу, однопродуктовой схемы производства к многопродуктовой для горнодобывающего предприятия это получение из попутно выдаваемых пород разнообразных строительных материалов, лакокрасочных и других химических продуктов, утилизация выдаваемого из шахт метана и т.п. Начало выпуска параллельно с углем другой, резко отличной от угля, продукции (в т.ч. и сельхозпродукции) означает диверсификацию производства. Диверсификация может потребовать перестройки существовавших ранее структур управления и организации производства. В наибольшем'! степени это предрасполагает к таким формам, как кооперирование, комбинирование и создание территориально-производственных межотраслевых компонентов с учетом территориальной общности месторождений, сырье которых может оказываться взаимодополняющим при выпуске продуктов переработки.
В угольной промышленности наибольшие возможности полезного использования имеют шахтные и вскрышные породы. Один из способов использования шахтной породы - оставление се в шахте для закладки выработанного пространства. Данная технология а) позволяет уменьшить размеры угольных целиков и способствует, таким образом, более полному извлечению угольных запасов поля; б) устраняет проседание почвы на поверхности, обеспечивает выемку запасов, расположенных под городской территорией, и позволяет не выводить из оборота сельскохозяйственные земли; в) сокращает объем загрязнения поверхности.
Наибольшее применение порода угольных предприятий находит пока в строительной индустрии. Скальные породы в виде щебня применяются в дорожном строительстве. Порода угольных предприятий используется также для производства Цемента, кирпича, керамических изделий и дренажных труб, аглопорита и других видов продукции. Полученные из отходов горного производства материалы требуют меньших затрат, чем их производство на специализированных предприятиях.
Фактически полезно использовались лишь 3% породы, выдаваемой угольными разрезами и шахтами.
Воду, поступающую из шахт, подвергают очистке в отстойниках, прудах-осветлителях в одну или две стадии. Более глубокую очистку воды до норм питьевого качества осуществляют лишь на немногих шахтах.
Важным попутным продуктом добычи угля подземным способом является газ метан.
Ряд горных предприятий черной металлургии имеет довольно большой опыт практического использования отходов основного производства. Часть вскрышных работ осуществляют с раздельным складированием почвенного и подпочвенного слоев. Это позволяет вернуть земли в сельскохозяйственный оборот. Вскрышные породы и отходы обогащения используют для засыпки карьеров, закладочных и строительных материалов - мелом, мергелями и известняками, которые являются ценными строительными материалом. Глинистые сланцы можно использовать в виде добавки при производстве портландцемента, производстве кирпича и цементного клинкера. Вскрышные породы КМЛ - в качестве огнеупоров, строительного щебня, асфальта, дорожных оснований, бутового камня и т.д.
Громадные резервы комплексного использования значительной части отходов имеются и в других горнодобывающих отраслях. По расчетам специалистов, пока лишь для 6-7% вскрышных пород находится полезное применение.
Большие отходы имеют место и па последующих стадиях переработки минерального сырья (вторичные ресурсы - металлический лом, пиритные огарки и др.). Получаемые при переработке бокситов «красные шламы» содержат богатейшую гамму ценных компонентов в концентрациях, достаточных для их промышленного использования (железо 30-33%, оксид алюминия - до 12-30%, диоксид титана - 4%, ванадий, цирконий, галлий и т.д.).
Масштабы использования отходов в черной металлургии в целом мизерны. В середине 80-х годов Минчерметом СССР ИЗ 1 млрд. т уходящих в отвалы пород вскрыши и отходов использовалось только 30 млн. т или 3% при возможном использовании 500шн. т (имеются технические решения). В других горнодобывающих отраслях ЭТО не более 6-7%. Причина - диверсификация была слаба. Специализация - чугун, сталь, медь, фосфаты. А все остальное - другие предприятия и отрасли.