Проблемы комплексного использования минерального сырья Кольского полуострова

В.А.Цукерман

к. т. н.,

Институт экономических проблем Кольского научного центра РАН, г.Апатиты

ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА

Актуальность проблемы рационального комплексного использования природных ресурсов широко и настойчиво декларируется во многих постановлениях, решениях, перспективных планах Однако реальное решение этих проблем откладывается на неопределенное время, комплексное использование сырья Кольского Севера пока не достигло приоритетного значения

Почти все виды полезных ископаемых региона носят комплексный характер. Однако их промышленное освоение ориентировалось главным образом на добычу и первичную переработку основного рудного минерала. Полнота освоения и использования местного сырья крайне мала.

На Кольском Севере исторически сложились хозяйственные связи, в основном ориентированные на природные ресурсы и транспортные сети, которые обеспечивают потоки товарной продукции (сырье, энергию, изделия, запчасти, информацию и др.). Они создали естественную основу традиционных технологий и требований к использованию природного сырья, к качественным и количественным параметрам исходной и конечной продукции. Экономический потенциал влиял на разнообразие социальных интересов и рост потребностей населения, рассчитывающего на благоприятные условия жизни.

Изменившаяся экономическая ситуация, социально-психологическая напряженность и сложности технологической перестройки производств вынуждают рас-

сматривать иные приоритеты в хозяйственных взаимоотношениях. Экономическая самостоятельность и изменение отношений собственности выступают катализаторами поиска новой концепции хозяйствования, обеспечивающей устойчивое развитие.

Минеральные образования, накопившиеся в результате техногенной деятельности человека оказывают существенное влияние на экономическую и экологическую ситуацию Кольского Севера.

С одной стороны, отвалы от добычи полезных ископаемых, хвостохранилища обогатительных фабрик, золо- и шлакоотвалы, отходы металлургических, машиностроительных производств нарушают экологическую обстановку региона и требуют принятия определенных мер и затрат для захоронения или защиты от выветривания, окисления и т.д. С другой - техногенные минеральные образования сконцентрировали большое количество ценных дефицитных компонентов.

Количество твердых отходов ежегодно увеличивается, что наносит ущерб и экологии и экономике.

Общие запасы хвостохранилищ АО "Апатит" нефелиносодержащего сырья оцениваются в 500 млн т. АО "Оленегорского ГОКа" - порядка 160 млн т пригодных для использования отходов. Практически на всех горных предприятиях очень низок процент использования вскрышных пород.

В проблеме утилизации твердых от-

ходов важным обстоятельством является несовершенство технологии извлечения не только попутных, но и основных компонентов Низкие технологические показатели переработки зачастую заставляют рассматривать хвосты обогащения, кеки гидрометаллургии, некоторые шлаки не как отходы, а как перспективное сырье на эти компоненты. Развитие техники и производственных технологий привело к тому, что вовлечение в переработку хвостов обогащения и отвальных шлаков 30-40-летней давности иногда оказывается более рентабельным, чем обогащение сырья текущей добычи.

Благоприятным для эффективной переработки и комплексного использования техногенного сырья является и сам фактор его расположения на поверхности, в основном в дезинтегрированном виде, подготовленном для собственно технологической переработки.

Проведенными в последние годы исследованиями показана принципиальная возможность и экономическая целесообразность комплексной переработки отходов различных предприятий Мурманской области и использование их для производства новой конкурентоспособной товарной продукции, обладающей высокими потребительскими свойствами

Исследования, проведенные на ряде объектов позволили сформулировать целесообразную последовательность переработки промышленных отходов, ценность извлекаемых компонентов, использование попутной продукции, возможности утилизации отходов основных производств.

Показана необходимость пересмотра методологического подхода и обеспечения научно-исследовательских и экспериментальных работ по прогнозным приоритетным направлениям Кольского Севера, зависимость эффективного функционирования промышленных производств от пакета научно-технических и социально-

экономических программ и реальных предложений по созданию новых производств, обеспечивающих организацию высокоэффективных рабочих мест и условий для достойной жизни жителей региона.

При решении вопросов отработки техногенных месторождений требуется рассмотрение и задач, связанных с экологической их оценкой и прежде всего необходима информация о качественной и приближенной количественной оценке месторождений (хвостохранилищ) как источников токсичных химических элементов (в атмосфере, хвостах и стоках) для разработки и реализации комплекса природоохранных мер.

В рамках комплексного использования минерального сырья и полноты отработки запасов при разработке месторождений важным моментом является критерий отнесения запасов к забалансу. Применение технологии добычи руды с селективной выемкой рудной массы зачастую приводит к потере части запасов, так как при этом остаются неотработанными именно забалансовые руды. Забалансовые руды месторождений могут составлять до 2/3 объема всех запасов [1].

Особенно актуальной является задача введения в эксплуатацию "малых" месторождений с небольшим объемом балансовых и значительной частью забалансовых руд. Такие месторождения черных, цветных, редких, редкоземельных и благородных металлов имеются в различных районах Кольского полуострова.

Одним из путей комплексного использования сырья является вовлечение в переработку совместно с балансовыми рудами и забалансовой части месторождений. При этом разработанные способы рудопод-готовки позволяют забалансовые и некондиционные по содержанию полезного компонента руды переводить в кондиционные. Часть пустой породы на разных стадиях подготовки руды к обогащению может

быть отделена. Неиспользуемые мощности региона (своеобразные "памятники") могут быть приспособлены для этих технологических операций.

Реализация разработанной химикообогатительной переработки забалансовых медно-никелевых руд Ждановского месторождения позволяет утилизировать бедные руды и значительно увеличить извлечение ценных металлов.

Вопросы, связанные с экономической эффективностью вовлечения в переработку бедных руд на примере их использования в медно-никелевом производстве, детально рассмотрены в работе [2].

Техногенные образования (хвосто-хранилища, шлакоотвалы) имеют практически все параметры, характерные для естественных месторождений - площадь распространения, особенности залегания, морфология и меняющаяся вертикальная мощность, характерные особенности распределения ценных и сопутствующих компонентов, подверженность складированного материала процессам вторичных изменений и др.

Складированные хвосты, как правило, представляют собой тонкоизмельчен-ный материал. Так, если применялся флотационный способ обогащения, то тонина помола составляет менее 100 микрон, при этом с глубиной слоя изменяется и крупность зерен и вещественный состав. Кроме того, обычно большинство минеральных зерен находится в свободном состоянии.

Так, более 90% зерен апатита в складированных хвостах обогащения Ковдор-ского месторождения находится в свободном состоянии. Для апатита не отмечается и преимущественного срастания с каким-либо минералом.

Минералогический и химический анализ лежалых хвостов показывает и неоднородность строения этих техногенных месторождений не только по глубине, но и по площади распределения.

Поэтому при решении вопроса о целесообразности отработки этих месторождений первостепенное значение приобретает картирование месторождений, прежде всего, связанное с моделированием технологических показателей переработки. Основные положения геотехнологического картирования включают:

• оценку строения залежи;

• определение гранулометрического, минерального и химического состава хвостов, оценку степени раскрытия минералов и форм соединения полезных компонентов;

• геостатистическую оценку распределения качественных параметров, определение зональности и выделение однородных участков по совокупности показателей качества залежи;

• графическое моделирование гео-технологических зон месторождения .

Отличительной особенностью техногенных месторождений является характер распределения полезных и вредных компонентов по классам крупности, что существенно влияет на выбор технологии переработки .

Обоснование рациональных вариантов переработки и комплексного использования минеральных отходов предполагает и выполнение экспериментальных работ по исследованию физических и химических и процессов, протекающих в минеральном веществе техногенных образований при действии различных внешних поле, выполнение моделирования различных технологий с целью получения товара с новыми конкурентоспособными потребительскими свойствами

Возможные варианты использования минерального вещества техногенных образований можно условно разделить на три основных группы [3]:

• прямое использование сырья без

изменения его состава и свойств;

• доизвлечение полезных компонентов;

• получение новых видов товарной продукции за счет формирования его новых технологических свойств с помощью физических или физико-химических методов обработки.

Прямое использование сырья зачастую оказывается весьма перспективным. Так, из вскрышных пород возможно получение широкого ассортимента стройматериалов, керамики, оконного и технического стекла, ковровомозаичной декоративной плитки, природного сорбента для очистки питьевой воды и промстоков. Кроме того, они могут быть использованы в производстве различных товаров, таких как дефицитных эмалей, керамических изделий.

Вещественный состав лежалых хвостов обогащения Ковдорских руд, показывает, что техногенное месторождение по составу является комплексным [4] и может быть использовано:

• ДЛЯ доизвлечения Р2О5 и получения высококачественного апатитового концентрата;

• для доизвлечения 2Юг, и получения бадделеитового концентрата;

• для доизвлечения Р2О5 и М§0 и получения фосфорно-магниевых удобрений, а также кормового трикапьцитфосфата;

• при производстве минерального порошка для асфальтобетонных смесей.

В условиях действующих горно-обогатительных предприятий переработка техногенных отходов может быть осуществлена либо по варианту организации специального передела, позволяющего реализовать рациональную технологию их переработки, либо по варианту совместной переработки руды и отходов, предусматривающего усреднительный режим управления

качеством сырья.

Представляется, что более высокие технологические показатели комплексной переработки отходов достигаются при реализации специального передела и соответствующего ему режима управления качеством сырья техногенных месторождений. Однако переработка по этому варианту требует существенных дополнительных творческих и материальных затрат.

На Ковдорской обогатительной фабрике освоена совместная переработка руды и лежалых хвостов мокрой магнитной сепарации - усредненный режим управления качеством.

Проблема комплексной переработки апатитовых руд рассматривалась различными авторами, однако ведомственный подход к планированию и управлению привел к тому, что только апатитовый и небольшая часть нефелинового концентрата отрабатывалась предприятием "Апатит". Между тем, хибинские месторождения являются уникальными природными кладовыми не только фосфорного и алюминиевого сырья, но и титанового, редкоме-тапльного и редкоземельного.

На Кольском полуострове основными типами апатитовых руд являются апа-тит-магнетитовые, редкометалльные магне-титовые, карбонатитовые, апатит-форстерит-магнетитовые, апатит-

нефелиновые, апатит-титаномагнетит-ильменитовые. Апатит в этих рудах относится к фтор-апатиту, в котором основными сопутствующими элементами являются редкие земли и стронций. Апатит является концентратором церия, лантана и неодима, а также обогащен стронцием.

В карбонатитовых рудах с точки зрения производства редких элементов и металлов представляет интерес извлечение минералов гатчеттолита, циркелита, пирохлора, луешита, содержащие ниобий, тантал, титан, цирконий, стронций, барий. В железо-апатитовых рудах практический ин-

терес представляют циркониевые минералы бадделеит и эвдиалит. Сфен в этих рудах из редкоземельных элементов в наибольшей степени обогащен церием, лантаном, неодимом, стронцием.

При комплексном обогащении апа-тито-нефелиновых руд технически возможно и экономически оправдано получение титан- и цирконий-содержащих концентратов (сфеновых, титаномагнетитовых, эв-диалитовых, ильменитовых, эгириновых и бадделеитовых). Отработаны технологические схемы выделения сфенового, эгирино-вого и титаномагне-титового концентратов из пенного продукта обратной нефелиновой флотации.

Необходимо изменить технологию производства и самого апатитового концентрата, существенно снизив в нем содержание стронция, редкоземельных элементов и фтора. Следует предметно рассмотреть возможность организации производства высококачественных, и экологически чистых (без вредных для сельхозкультур элементов типа стронция) фосфорных и комплексных удобрений.

Технология получения суперфосфата предусматривает обработку апатитового концентрата серной кислотой. Двойней суперфосфат производится путем взаимодействия апатитового концентрата с фосфорной кислотой. Для получения фосфорной кислоты часть апатитового концентрата вскрывают серной кислотой.

Основной реагент для реализации технологии получения удобрений - серная кислота - может поставляться акционерными общества региона - ГПК "Печенганикель" и "Североникель".

С учетом сегодняшних приоритетов следует вернуться к рассмотрению вопросов, связанных с созданием глиноземноцементного производства. Работами ряда институтов, в том числе Гипроруда, ВАМИ Механобр (г. Санкт-Петербург) показаны преимущества и высокие технико-

экономические показатели производства глинозема из нефелинового концентрата по сравнению с его получением из бокситов на Пикалевском и Тихвинском глиноземных заводах.

Институтом "Гипроруда" еще в 1990 г. выполнено технико-экономическое обоснование строительства предприятия, однозначно показавшее перспективность создания глиноземного производства с целью комплексной переработки нефелинового концентрата на глинозем, содопродукты и цемент. Обосновывается проектирование завода с применением спекательной технологии, основанной на взаимодействии нефелина с известняком при температуре 1250-1300 С На методе спекания базируется производство глинозема и попутных продуктов на Волховском, Пикалевском и Ачинском предприятиях.

Следует отметить, что с учетом реальной ситуации в Мурманской области и новых технологических идей возможно существенное улучшение техникоэкономических показателей завода-комплекса прежде всего за счет:

• повышения степени безотходно-сти глинозема, содопродуктов и цемента,

• перехода в перспективе на местное исходное сырье, например, ковдорские карбонатиты;

• перспективы перевода промышленности региона на природный газ; использования свободных мощностей;

• изменившегося баланса производства и потребления конечных

• продуктов в сторону увеличения потребности Северо-Западного региона и реализации на экспорт (сода кальцинированная, поташ и

др);

• использования всего объема производимого цемента Кандалакшским и Надеждинским алюминие-

выми заводами;

• возможной реализации новых комплексных методов переработки нефелинсодержащего сырья, например, азотнокислотной технологии с плазмохимическим разложением солей и получением глинозема, содопоташной продукции, селитры, фосфорнокалийных удобрений, галлия, коагулянтов для очистки промстоков и других ценных продуктов [5]; реализации производства силикагеля (аморфный кремнезем), необходимого для производства специальных бетонов для гидротехнических сооружений перспективных проектов европейского Севера (морские порты, газификация регионов);

• реализации экологически чистых технологий переработки нефелинового сырья по сравнению с традиционными. Так, экологически опасный аммиачный способ производства кальцинированной соды в России следует прекратить, как это решено в ряде западных стран.

Особое значение приобретает создание на Кольском Севера производства титана и продуктов на его основе, в первую очередь за счет использования техногенного сырья хибинского месторождения. Сырьевая база для производства титана и его соединений в России находится в критическом состоянии, так как в СССР она базировалась на ильменитовом концентрате, добываемом на Украине. Россия осталась как без собственной подготовленной базы, так и без мощностей по производству титановых концентратов и их переработке. В то же время в Северо-Западном регионе имеются уникальные месторождения титанового сырья В число наиболее перспективного сырья входят титано-ниобаты

Кольского полуострова.

Сфен, входящий в число основных компонентов пород Хибинского массива, является одним из распространенных силикатов титана. При этом значительный практический интерес представляет возможность извлечения сфена и титаномагнетите из отходов апатито-нефелинового производства.

Только в хвостохранилища АО "Апатит" ежегодно в виде сфена и титано-магнетита сбрасывается более 100 тыс. т в пересчете на диоксид титана.

Проверка разработанных технологий по производству из хвостов апатитовой флотации сфенового и титаномагнетитового концентратов, очистке и сернокислотной переработке, сфенового концентрата и титановых шлаков из титаномагнетита показала возможность получения качественных пигментных продуктов [6].

С учетом дефицита промышленности России в титане, редких металлах и их соединениях разработана принципиальная региональная программа производства титановой и сопутствующей продукции. Программа предусматривает максимальное извлечение ценных компонентов и эффективную утилизацию отходов с получением дополнительных товарных продуктов. Показана принципиальная возможность организации нетрадиционных производств, таких как лакокрасок, катализаторов, дубителей кож, сварочных электродов, ферросплавов (на основе титана, ванадия, никеля, ниобия, молибдена, хрома), титановых шлаков, производства огнеупоров, редких металлов и редкоземельных элементов. Новые возможности реализации высоких технологий и получения качественных металлов появляются при использовании природного газа

Комплексная переработка отвальных гпаков медно-никелевого производства представляется перспективной. Объем накопленных шлаков в отвалах Кольского

полуострова составляет более 130 млн т. Разработаны оригинальные комбинированные технологии переработки различных видов отвальных шлаков медно-никелевого производства, обеспечивающих высокую степень извлечения ценных компонентов в товарные (оборотные) продукты: концентраты цветных металлов, оксид железа, коллективный платиновый концентрат, кремнеземные продукты [7]. В частности для комбината "Североникель" предложена технология переработки отвальных шлаков текущей переработки. По этой технологии шлаки с содержанием до 0.2% никеля, 0.2% меди, 0 1% кобальта и 1.5 г/т металлов платиновой группы перерабатываются по комбинированной магнитно-гравитационнофлотационной схеме с получением коллективного флотационного концентрата, содержащего более 20% суммы цветных металлов, магнитно-гравитационного концентра с высоким содержанием железа и силикатного продукта.

Коллективный концентрат металлов может быть переработан по действующей технологической схеме комбината совместно с основными видами промежуточных продуктов, либо исходного сырья для получения солей цветных металлов или их ОКСИДОВ. Железосодержащий концентрат - в производстве спецсталей (легирующая добавка) или оксидов железа, силикатная составляющая - в производстве стройматериалов Технология испытана в полупромышленных масштабах.

В работе [2] освещены различные методические аспекты определения эффективности вовлечения в эксплуатацию отходов медно-никелевого производства Мурманской области и вопросы, связанные с комплексным использованием металлургических шлаков, утилизацией солевых стоков и отходящих сернистых газов этих предприятий.

Проблема эффективной и экономичной переработки некоторых видов отходов

производств и вторичных металлов (стружкозые отходы, твердые сплавы, металлсодержащие шлаки и др.) заключается прежде всего в организации селективного, малоэнергоемкого разрушения с получением заданного гранулометрического состава

На основе фундаментальных исследований в области физики твердого тела и теории колебаний разработаны новые технологии и оборудование, которые легли в основу создания процессов по переработке сырьевых прочных материалов и отходов производств [8].

Новый научный подход к проблеме прочности твердого тела учитывает его неоднородности и дефекты внутреннего строения. Разработка селективного способа разрушения позволила создать технологии дезинтеграции техногенных материалов, для которых традиционные методы разрушения неприемлемы или малоэффективны.

Так, виброинерционный способ дезинтеграции позволяет перерабатывать отходы на месте, превращая порошок в качественные изделия методами порошковой металлургии или порошковой технологии. Весьма перспективными методами извлечения цветных металлов из дезинтегрированного техногенного сырья и очистки жильного кварца от примесей является усовершенствованная технология электростатической, магнитной сепарации и другие современные способы разделения.

Несомненные перспективы у элек-троимпульсной дезинтеграции -процесса, обеспечивающего наилучшую селективность раскрытия зерен и кристаллов поли-минеральных руд [9]. Исследования, проведенные на рудах Кольского полуострова показали, что во всех случаях электроим-пульсная дезинтеграция обеспечила лучшую сохранность кристаллов и зерен вскрытых минералов (титаномагнетита, ло-парита, апатита, ильменита, драгоценных камней и др.) по сравнению с традиционной технологией.

Весьма перспективна комплексная отработка разведанных "малых" месторождений иттрия, циркония, ниобия, редких земель с помощью разработанных модульных дробильно-обогатительных установок с последующей гидрометаллургической переработкой минеральных концентратов и получением высокочистых редких металлов для областей новой техники

В заключении следует отметить, что Федеральным Законом "Об основах государственного регулирования социально-экономического развития Севера Российской Федерации" N2 78-83 от 19 июня 1996 г. предусматривается создание правовых и социально-экономических условий, обеспечивающих в отраслях хозяйства структурные сдвиги, ориентированные на повышение комплексности и полноты переработки сырья, а также на развитие новых перспективных производств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. С.В.Терещенко, А.И.Ракаев. Технологический критерий полноты извлечения запасов при разработке месторождений. Экологические проблемы горного производства, проработка и размещение отходов. М. Изд-во МГТУ, 1995.

2. В.С.Жаров, А.И.Полуэктов. Экономика использования бедных руд. Санкт-Петербург, "Наука". 1992.

3. В.А.Цукерман, А.П.Дмитриев, МГ. Зиль-бершмидт. Перспективные способы и процессы переработки твердых минеральных отходов горного

производства. Неделя горняка. М Изд-во МГТУ, 1994.

4 А Н Быховец. В. А Еромлов Гсолого-тсхнологичсская оценка техногенных месторождений в системе рационального природопользования минеральными ресурсами Экологические проблемы горного производства, переработка и размещение отходов. М. Изд-во МГГУ, 1995.

5. В И.Захаров. В Т.Калинников. В.А. Матвеев, Д.В.Майоров Химико-технологические основы и разработка новых направлений комплексной переработки и использования щелочных алюмосиликатов Апатиты Изд-во Кольского научного центра РАН. 1995.

6. В Т.Калинников. А.И.Николаев. Л.Г. Герасимова, В.А.Цукерман. Проблема промышленного использования техногенного титаносо-держащего сырья Хибинского месторождения Горный информационно-аналитический бюллетень, вып 4. Москва. Изд.МГТУ, 1955.

7. ВТ. Калинников. В.В.Ртвеладзе, Л.И. Склокин. В.А.Цукерман. Л В Родин Новые технологии для комплексного использования природных ресурсов Севера. Апатиты Изд-во Кольского научного центра РАН, 1994

8. Г.А.Денисов. В.А.Цукерман. Перспективная технология и оборудование по извлечению цветных металлов из техногенного сырья для улучшения экологической обстановки в регионе Неделя Горняка. Москва. Изд-во МГГУ, 1994.

9. Г А Финкельштейн, В.А.Цукерман, А.Д.Шулояков, В И Курсц. Электримпульсная дезинтеграция как самый эффективный метод селективного раскрытия минералов Труды Всемирного конгресса по обогащению полезных ископаемых. Сан-Франциско. США. 1995.

© В.А.Цукерман

ry//A'//////V,//////&//VS//SS/A//////S/S//V/SSSj&SX&&SSSS/JVSSj(/SSSy///SSSA/SjV/jVSAV/4/je//jWSJ//M&&n.

4, —___- __ _ .ÄL _ - - -__ л

iiiüüüi

'SS///SSSSSSS.'.'

К управляющему министерством земледелия и государственных имуществ А.А.Нарышкину явилось около 50 человек, перед которыми по конкурсным экзаменам двери Горного и Лесного институтов остались закрытыми. Нарышкин, поговорив по телефону с директорами, объявил, что есть возможность принять по 10 в каждый. При выборе при лучшем балле будет отдано предпочтение беднейшим и живущим в отдаленных местах империи.

«Новое время», 19 сентября 1895 г.

Командировка горного инженера Ругевича для изучения иностранных курортов и минеральных вод связана с проектируемой реформой русских курортов не только на Кавказе, но и внутри России.

<гМосковские ведомости», 21 сентября 1895 г.