СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ
COMPLEX DEVELOPMENT OF COMBUSTIBLE SHALE DEPOSITS

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к комплексному освоению месторождения полезных ископаемых и может быть использовано при освоении месторождения горючих сланцев, содержащих ценные химические элементы, например магний.
Известен способ комплексного освоения угольного месторождения, включающий деление месторождения на блоки, бурение дегазационных и дренажных скважин, предварительную дегазацию угольных пластов и подземную газификацию угля, с выдачей на поверхность продуктов дегазации пластов и газификации угля (Пат. №2100588 Российской Федерации / Способ получения электроэнергии при бесшахтной углегазификации и/или подземном углесжигании. Опубл. 1997.12.27). Недостатком этого способа является его низкая эффективность при освоении месторождения горючих сланцев. В составе горючих сланцев доля органической массы невелика (менее 25%) (Патраков Ю.Ф. Характеристики горючих сланцев и богхеда Оленекского района Ленского бассейна / Ю.Ф. Патраков, Н.И. Федорова // Химия твердого топлива. - 2009. - №3. - С.3-8), поэтому самостоятельное горение сланцев в подземных условиях весьма затруднено. В связи с этим низка вероятность получения устойчивого очага горения. Кроме того, комплексное освоение месторождения предусматривает не только наиболее полное извлечение полезных ископаемых, но и утилизацию отходов производства.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению аналогом, принятым в качестве прототипа, является способ комплексного освоения месторождения энергетических углей, включающий детальное изучение вещественного состава пластов, выявление ценных компонентов, подлежащих попутному извлечению, добычу угля, его обогащение до получения концентрата ценных компонентов, подготовку концентрата к сжиганию, его измельчением, смешиванием с флюоритовой пылью и последующим брикетированием, превращение ценных компонентов в химические соединения сжиганием брикетов в слоевой топке котельного агрегата, извлечение этих соединений и восстановление ценных компонентов (Пат. №2448250 Российской Федерации/ Способ комплексного освоения месторождения энергетических углей. Опубл. 20.042012, бюл. №11 (прототип)).
Недостатком прототипа является низкая эффективность комплексного освоения месторождения, так как требует введения в процесс получения сырья для извлечения металлов платиновой группы дополнительных минералов, в частности флюорита, что является экономически нецелесообразным при извлечении менее ценных, чем металлы платиновой группы, химических элементов, например магния.
Целью изобретения является повышение эффективности комплексного освоения месторождения горючих сланцев, содержащих магний, за счет переработки добытых сланцев и получения нескольких видов товарной продукции, в том числе и магния.
Поставленная цель достигается тем, что в способе комплексного освоения месторождения горючих сланцев, включающем детальное изучение вещественного состава пласта, выявление ценного химического элемента, подлежащего попутному извлечению, добычу горючих сланцев, их обогащение до получения концентрата ценного химического элемента, подготовку концентрата к сжиганию, превращение ценного элемента в его химические соединения сжиганием концентрата в топке котельного агрегата, извлечение этих соединений и восстановление ценного элемента, согласно техническому решению при выявлении повышенного содержания магния в горючих сланцах обогащение добытых горючих сланцев до получения магнийсодержащего концентрата осуществляют их пиролизом с получением топливного газа и жидких углеводородов в качестве товарных продуктов, магнийсодержащий концентрат сжигают в топке кипящего слоя промышленного котла с получением тепловой энергии, оксида магния - сырья для восстановления магния, а при восстановлении магния - строительных материалов и минеральных удобрений в качестве товарных продуктов, часть тепловой энергии, полученную в виде горячих дымовых газов, направляют на пиролиз сланцев.
Способ комплексного освоения месторождения горючих сланцев поясняется схемой переработки добытых сланцев.
В качестве примера способа комплексного освоения месторождения горючих сланцев предлагается схема освоения Дмитриевского геологического участка Барзасского геолого-экономического района Кузбасса. Месторождение включает пласт горючих сланцев мощностью пачек 35-40 м, залегающий неглубоко от дневной поверхности. При детальном изучении вещественного состава сланцев в золошлаковом материале пласта выявлено содержание оксида магния более 10% (что выше промышленной нормы на извлечение) и другие химические элементы в меньших концентрациях при зольности 64% (Патраков Ю.Ф. Характеристика горючего сланца Дмитриевского месторождения Кузбасса / Ю.Ф. Патраков, Н.И. Федорова // Химия твердого топлива. - 2008 - №4. - С.3-6).
Пласт горючих сланцев разрабатывают открытым способом 1. Добытое полезное ископаемое доставляют на завод полукоксования. Здесь из горючих сланцев извлекают металлические предметы, попавшие в них при добыче. Сланцы дробят, сортируют, промывают, а затем направляют в печь 2 для термической переработки в виде пиролиза при температуре 500-550°C. В результате термической переработки из органической массы горючих сланцев образуются летучие продукты пиролиза, которые направляют на конденсацию, фракционирование и разделение и получают при этом топливный газ и жидкие углеводороды - товарные продукты. Отходы пиролиза (полукокс), содержащие зауглероженную часть органической массы и минеральную массу горючих сланцев, удаляют из печи и в качестве низкосортного органического топлива направляют на сжигание в топку кипящего слоя промышленного котельного агрегата 3. Промышленный котельный агрегат, преобразуя теплоту, полученную при сжигании отходов пиролиза, вырабатывает тепловую энергию в виде насыщенного или слабо перегретого водяного пара (товарный продукт), горячей воды (товарный продукт) и горячих дымовых газов. Последние при температуре 600-800°C направляют на пиролиз сланцев в качестве греющего теплоносителя, т.е. на собственные нужды.
Шлакозоловые отходы от сжигания отходов пиролиза содержат более 10% оксидов магния (MgO); их удаляют из топки и направляют на химическую переработку 4. В результате химической переработки шлакозоловых отходов, например, по способу (Пат. №2302474 Российской Федерации / Способ получения магния из золы от сжигания бурых углей. Опубл. 20.02.2007) получают магний - товарный продукт, строительные материалы, например гипс, и минеральные удобрения, которые также являются товарными продуктами.
Таким образом, в результате переработки добытых горючих сланцев может быть получено несколько видов товарной продукции (топливный газ, жидкие углеводороды, водяной пар, горячая вода, магний, строительные материалы, минеральные удобрения), часть из которых - из отходов. Это свидетельствует о повышении эффективности комплексного освоения месторождения горючих сланцев, т.е. о достижении цели изобретения.
Источники информации
1. Пат. №2100588 Российской Федерации / Способ получения электроэнергии при бесшахтной углегазификации и/или подземном углесжигании. Опубл. 1997.12.27 (аналог).
2. Патраков Ю.Ф. Характеристики горючих сланцев и богхеда Оленекского района Ленского бассейна / Ю.Ф. Патраков, Н.И. Федорова // Химия твердого топлива. - 2009. - №3. - С.3-8.
3. Пат. №2448250 Российской Федерации / Способ комплексного освоения месторождения энергетических углей. Опубл. 20.042012, бюл. №11 (прототип).
4. Патраков, Ю.Ф. Характеристика горючего сланца Дмитриевского месторождения Кузбасса / Ю.Ф. Патраков, Н.И. Федорова // Химия твердого топлива. - 2008 - №4. - С.3-6.
5. Пат. №2302474 Российской Федерации / Способ получения магния из золы от сжигания бурых углей. Опубл. 20.02.2007.