Комбинированная технология складирования хвостов производства минеральных удобрений

ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ И ОТХОДОВ

УДК 624.127.8

Кондратьев Л.И., Манушин А.А., Мельников И.Т., СуровА.И.

КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СКЛАДИРОВАНИЯ ХВОСТОВ ПРОИЗВОДСТВА МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Площадка завода ООО «Еврохим - Белореченские Минеральные Удобрения (БМУ)» расположена в 8,5 км от города Белореченск Краснодарского края. При производстве экстракционной фосфорной кислоты образуются отходы фосфогипса с количестве 1,15 млн т в год, которые относятся в IV классу опасности согласно Федеральному классификационному каталогу отходов (приказ Минприроды № 786 от 2.12.2002; в редакции приказ МПР№ 663 от 30.07.2003).

Шламонакопитель фосфогипса расположен на водоразделе ручьев ганжа 2 и ганжа 3 в 1,5 км на северо-запад от промплощадки. абсолютные отметки изменяются от 133,0 до 125,5 м. Шламонакопители № 1 и 2 расположены на водоразделе ручьев Ганжа 2 и Ганжа 3 в 0,5 км на северо-запад от промплощадки. Абсолютные отметки изменяются от 135,0 до 130,0 м. климат района умеренно континентальный. средняя годовая температура составляет 10,4°С. Средняя температура наиболее холодного месяца (январь) равна - 2,3°С, наиболее теплого (июль) 22,5° С. среднегодовое количество осадков составляет 740 мм. Осадки кратковременные, преимущественно ливневые. Величина испарения с водной поверхности составляет 942 мм. Зимний период отличается интенсивными оттепелями, в среднем 70-80 дней в году, с возможным временным повышением температуры до 25°С. Снежный покров неустойчив. Промерзание почвы небольшое и по многолетним наблюдениям максимальная глубина промерзания составила 50 см, а по расчетам -75 см. Среднегодовая относительная влажность воздуха равна 75%.

Среднемесячная температура летнего периода составляет + 13°С - +18,7°С. Абсолютный максимум достигает от+32°С до+37°С (май-август).

Преобладающее направление ветров - западное и юго-западное. Средняя годовая скорость ветра равна 4,6 м/с. Сильные ветры 11-15 м/с наблюдаются преимущественно в зимние месяцы. Средняя высота снежного покрова колеблется в пределах 21-30 см. Среднее годовое количество осадка - 522 мм, из них на теплый период (апрель-октябрь) приждится 376 мм, на жшодный - 146 мм.

Сейсмичность района расположения шламонакопи-теля фосфогипса в соответствии со СНиП ІІ-7-81* «Строительство в сейсмическихрайонах» и изменением № 5, введенным с 1 января 2000 г., принимается 8 баллов для объектов повышенной ответственности и особо

ответственных На момент проектирования, строительства и эксплуатации шламонакопителя сейсмичность площадки определялась в 6 баллов по СНиП 11-7-81.

Согласно СНиП 2.06.01-86 «Гидротехнические сооружения (ГТС). Основные положения проектирования», ограждающие дамбы шламонакопителя фосфогипса отнесены к III классу ответственности.

Инженерно-геологические условия участка складирования фосфогипса представлены породами четвертичного возраста. С поверхности до глубины 1,2—1,8 м развиты современные отложения - почвы, представленные су глинисто-глинистым черноземом. Ниже повсеместно залегают верхнечетвертичные аллювиальные отложения - коричневые и светло-коричневые лессовидные, пылеватые твердые глины, мощностью от 7,4 до 12,3 м со средним значением коэффициента фильтрации 0,007 м/сут. Слой глин на глубине 8,7-15,3 м подстилается также повсеместно толщей гравийно-галечниковых грунтов нижне- и среднечетвертичных аллювиальных отложений с супесчано-суглинистым заполнителем, с прослоями супеси, суглинка, глины и песка. Мощность слоя гравийно-галечниковых грунтов не определена: ни одна из скважин глубиной до 21 м не достигала их подошвы, жтя скважина заглубилась в этот слой на 9,9 м. Прослои песка, супеси, суглинка распространены не повсеместно. Расположены они, как правило, на контакте лессовидных глин и гравийно-галечниковых грунтов. Мощность прослоев колеблется в пределах 1,0-1,5 м.

Гидрологические условия на площадке складирования фосфогипса благоприятные. Грунтовые воды на участке складирования фосфогипса ни одной из пробуренных скважин не встречены, - здесь они залегают на глубине более 20 м. Однако на участке, прилегающем с запада к накопителю фосфогипсов, грунтовые воды были встречены в трех скважинах на глубинах 18,2, 8,2 и 8,7 м от поверхности земли, что соответствует абсолютным отметкам 105,8; 109,1 и 108,3 м. Грунтовые воды распространены в нижне- и среднечетвертичных супесях и глинах по песчаным прослоям, а также в гра-вийно-галечниковых отложениях Коэффициент фильтрации гравийно-галечниковых грунтов с супесчаносуглинистым заполнителем равен 2-10 м/сут.

Гидрологическая сеть территории завода и г. Белореченска представлена реками Белая, Пшеха и Ганжа 1, 2 и 3. Река Белая - левый приток р. Кубани

впадает в нее на расстоянии 277 км от устья, р. Пшеха впадает в р. Белая в 3 км ниже г. Белореченска. Река Ганжа 2 является притоком реки Ганжа 1, которая впадает в р. Белая на расстоянии 25 км от устья, р. Ганжа 3 является притоком р. Пшиш.

Шламонакопитель фосфогипса трехсекционный, равнинного типа, наливной, образован путем возведе-

ния ограждающих дамб по периметру каждой секции и предназначен для складирования фосфогипса, являющегося продуктом технологического отхода при производстве экстракционной фосфорной кислоты. Ограждающие дамбы грунтовые, однородные по своей конструкции без сооружения зубьев, центральных ядер и экранов со стороны верхнего бъефа, отсыпаны

Рис. 1. План расположения сооружений шламонакопителя фосфогипс

из глинистых грунтов, разрабатываемых в чаше накопителя. Основанием дамб служит глина от буроватокоричневой до желто-бурой, твердая, плотная с гнездами карбонатов.

Почвенно-растительный слой и глина темно-серая гумусированная общей мощностью 1,60 м удалены на площади всей чаши накопителя.

Вместимость шламонакопителя составляет 11,39 млнм3, в том числе по секциям: секция № 1 -4,48 млнм3, секция № 2 - 3,63 млнм3, секция №3 -3,28 млнм3. План расположения сооружений приведен на рис. 1.

Проектная отметка гребня ограждающих дамб секции № 1 - 147,0 м; секции № 2 - 146,0 м; секции № 3 -142,7 м. Максимальная высота дамб над минимальной отметкой основания в нижнем бьефе соответственно равна - 18,0; 19,6; 19,7 м. Ограждающие дамбы секций № 1 и 2 наращивались соответственно на 7,0 м (1 ярус наращивания с отметки 140,0 до 144,5 ми 2 ярус до отметки 147,0 м) и 6,5 м (один ярус наращивания). Ширина дамб по гребню 7,0 м, среднее заложение низового откоса 1:2,5, верхового 1:4. Конструкции ограждающих дамб приведены на рис. 2.

Для защиты окружающей среды и подземных вод от загрязнения стоками из шламонакопителя фосфогип-са в лэже уложен противофильтрационный экран. в секциях № 1 и 3 выполнен однослойный экран из глинистого грунта. Экран формировался путём трехкратного перепахивания и боронования глинистого грунта на глубину не менее 0,5 м с последующим уплотнением. среднее значение коэффициента фильтрации экрана из глинистого грунта составило 0,0024 м/сут, в секции № 2 был уложен глинисто-пленочный экран, эффективность которого по степени водопроницаемости оказалась близкой к эффективности глинистого однослойного экрана. Кроме того, вдоль западной дамбы секции № 2 устроена дренажная канава, а вдоль низовых откосов внутренних дамб обвалования из фосфогипса устраиваются дренажные канавы, отвод сточной жидкости из которых осуществляется в пруд дополнительного отстаивания. Контроль состава фильтрационных вод осуществляется службой мониторинга безопасности ГТС ООО " ЕвроХим-БМУ". Работа предприятия предусмотрена при полном водообороте технологических вод, исключающим ихсброс в естественные водоемы.

По гребню ограждающих дамб предусмотрен проезд автотранспорта, установлены мачты электроосвещения. Проектом установлен III класс ответственности гидротехнических сооружений. Общая площадь шламонакопителя составляет около 60 га.

Пульпа с соотношением фосфогипса Т:Ж=1:4,5 в количестве 800 м3/ч поступает в приемный зумпф головной пульпонасосной станции, расположенных в цехе фторосаждения и из цеха ЭФК по трем пульповодам 0 400 мм подаётся в шламонакопитель. Консистенция транспортируемой пульпы предопределяется технологией производства экстракционной фосфорной кислоты. По трассе, в месте пересечения с р. Ганжа-2 расположена подкачивающая пульпонасосная станция второго подъема. В пульпонасосной станции второго подъема установлены пять грунтовых насосов марки ТХ 800/70-И (два рабочих, три резервных). Общая протяженность магистрального пульповода - 1650 м. Напорные магистральные пульповоды (три нитки) проложены с южной стороны шламонакопителя от цеха фторосаждения до ограждающей дамбы первой секции. Распределительные пульповоды, предназначенные для равномерного распределения фосфогипса по площади шламонакопителя, проложены по гребню ограждающих дамб секций № 1, 2 и 3 протяженностью соответственно 1593, 1463, 1225 м. В пульпонасосной станции второго подъема установлены пять грунтовых насосов марки ТХ 800/70-И (два рабочих, три резервных). В соответствии с требованиями ПБ 03-498-02 гидрооборудование должно быть испытано на давление, превышающее рабочее на 20% для водяных и грунтовых насосов и на 30°% для трубопроводов.

Осветлённая вода через шандорные колодцы и систему коллекторов самотёком сбрасывается в пруд дополнительного отстаивания, расположенную между первым и вторым отсеками. По системе оборотного водоснабжения осветлённая вода подается обратно в технологический процесс, что обеспечивает замкнутый цикл водооборота и исключает загрязнение окружающей среды.

Гидравлическая укладка шламов осуществляется в емкости секций шламонакопителя, образован -ных ограждающими дамбами, из распределитель -ных пульповодов, оборудованных пульповыпусками,

уложенными по гребням ограждающих дамб. Намыв ведётся безэстакадным торцевым способом. Учитывая круглогодичную эксплуатацию шламонакопите-ля ООО «ЕвроХим-БМУ», гидравлическая укладка шламов в накопитель имеет два периода: летний и зимний.

Намыв в летний период осуществляется при температуре выше - 5°С, в период с апреля по ноябрь месяц через выпуска рассредоточенным способом. В остальное время шламы укладываются методом зимнего складирования из торца пульповода. При зимней укладке шламов не допускается наличие течей из трубопроводов, а также образование наледей.

В процессе складирования фосфогипса слой жидкости в секциях не должен превышать 0,3 м. Осветленная вода в секциях № 1, 2 и 3 через шандорные устройства и водосбросные (шандорные) колодцы сбрасывается в пруд дополнительного отстаивания, расположенный между секциями № 1 и 2.

К 2004-2005 году все три секции были практически заполнены, и возникла острая необждимость выбора другой площадки и сооружения нового многосекционного шламонакопителя. Это, в свою очередь, требовало отторжения дополнительных и более удалённых площадей порядка 50-60 га, сооружения ограждающих дамб общей протяжённостью 3000-3500 м, нового прудка дополнительного отстаивания, экранирования ложа накопителя отходов производства, реконструкции систем гидротранспорта и оборотного водоснабжения.

В связи с вышеизложенным по результатам изыскательских и научно-исследовательских работ по определению физико-механических свойств фосфогипса различной влажности была рекомендована но-

вая технология складирования хвостов фабрики по производству минеральных удобрений в целях увеличения емкости, которая заключается в следующем:

1. Перед подачей пульпы в отсеки для изменения её кислотности с pH = 2,5-3,1 до 5,0-7,0 в технологическую цепь складирования хвостов включается ре-пульпатор для добавления известкого молока. В итоге получается фосфогипс-мелиорант, который можно отнести к V классу опасности, и это является принципиально важным шагом для усовершенствования существующей технологической схемы.

2. Пульпа фосфогипса после репульпатора подается в одну из трех секций накопителя для обезвоживания. Одна секция работает на прием шлама, вторая обезвоживается, третья освобождается от обезвоженного фосфогипса. Процесс отстаивания осуществляется непрерывно. После осаждения твердых фракций шламов в секциях шламонакопителя осветленная вода через шандорные колодцы поступает в пруд дополнительного отстаивания и далее на технологические нужды цеха фторосаждения. Стадия обезвоживания шламов считается завершенной при наличии свободной влаги не более 25%.

3. После заполнения каждой из трёх секций шламонакопителя до начала строительства вторичных дамб производится обезвоживание фосфогипса, уложенного в секции, путем прокладки дренажных траншей на расстоянии не менее 20 м от оси существующей ограждающей дамбы. Фосфогипс, служащий основанием для вторичных ограждающих дамб, должен иметь плотность не ниже 1,4 т/м3.

4. Затем поэтапно возводятся вторичные дамбы выше проектных отметок с помощью сужройной тех-

М«топ X У в. К

Крен 10300 166.00 47.50 1 223

Чугаег 102,00 1(51.00 44,50 1.163

Бгадсп 103,00 166,00 47.50 1 249

Плотиктьдй» Сцеппеннсд/к Угол вн тр.град 1орОЕО« МЛ

198/ 2 20 3 30/300 15 00 /14.00 ода

2 1.93/ 2.20 3 00 1 2 50 1200/11.00 0.00

з 1.22/ 1.30 2.20 / 2.00 2100 Л 900 о.ос

А 1.93/ 2.20 3.00; 2.90 1200/11.00 0.00

5 1 93/ 2.20 3.00 ( 2.90 12.00/11.00 0.00 1

6 122/ 1.30 2.201 2.00 21.00/19.00 ООО

Рис. 3. Расчет устойчивости низового откоса дамбы при основном сочетании нагрузок

ники. Разработка обезвоженного шлама, складированного в подготовленных емкостях секций, производится экскаваторно-автомобильными комплексом с укладкой его в автотранспорт для последующей утилизации. Дамбы из фосфогипса отсыпаются ярусами с высотой первого яруса 3,0 м, второго - 4,5 м, крутизной откосов 1:1,5. Между ярусами предусмотрено устройство берм шириной 3,0 м. Общая высота дамб из фосфогипса составляет 7,5 м (см. рис. 2).

5. Пережд на комбинированную технологию укладки фосфогипса-мелиоранта должен осуществляться при обязательной и своевременной реконструкции узлов шандорных устройств и обеспечения толщины слоя жидкости не более 0,3м при заполнении секций шламонакопителя.

Оценка изменения состояния гидротехнических со -оружений в процессе эксплуатации проводится на основе анализа данных натурных наблюдений, полученных в рамках ведения мониторинга безопасности ГТС, определения физико-механических свойств складируемого материала при различной влажности и сопоставления ряда качественных и количественных контролируемых показателей состояния сооружений с их предельно допустимыми значениями по условиям обеспечения безопаснойэксплуатации гидросооружения.

В соответствии с РД 03-443-02 «Инструкция о порядке определение критериев безопасности и оценки состояния гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отждов на поднадзорных Госгортехнадзору России производствах, объектах и в организациях» контролируемые показатели - это измеренные на данном сооружении с помощью технических средств или вычисленные на основе измерений количе-

ственные характеристики эксплуатационного состояния ГТС, а также качественные характеристики, определённые на основе визуальных наблюдений, осмотров или комиссио иных о бследований сооружений.

В соответствии с Федеральным законом «О безопасности гидротехнических сооружений» № 117-ФЗ от 21.07.1997 критериями безопасности ГТС являются предельные значения количественных и качественных показателей их состояния и условий эксплуатации, соответствующие допустимому уровню риска аварии и утверждённые в установленном порядке федеральными органами исполнительной власти, осуществляющими государственный надзор за безопасностью ГТС. Оперативный контроль и анализ состояния сооружений в соответствии с действующими в Российской Федерации нормативными документами должен проводиться на основании сопоставления фактических показателей с их предельно допустимыми значениями.

Под предельно допустимыми значениями показателей имеются в виду такие значения, при достижении которых устойчивость или прочность основания, сооружений или их отдельных элементов еще соответствуют нормативным требованиям. Предельно допустимые значения контролируемых показателей рекомендуется уточнять по данным натурных наблюдений, при этом уста -навливаются как абсолютные значения показателей, так и допустимая интенсивность ихизменения во времени.

По стандартным методикам [1-3] были выполнены расчёты устойчивости откосов ограждающих дамб с учётом их неоднородного строения (6 типов грунтов с различными физико-механическими свойствами), гидродинамического и гидростатического воздействия фильтрационного потока на массив при основном соче-

150

165 .

140

Меюа X V R К

Крей 103 00 166.00 47.50 ’ 1 154

Чугвев 102,00 161,00 44, X 1 097

Бмиюп 103,00 166,00 47,50 1.179

Грук Плвттюсть.т/л Сшппекне,т/и Угол ен.тр,град Тсровоелавл

1 1.98/ 2.20 3 30/ 3 00 15.00 /14.00 000

2 193/ 2.20 3 00/ 280 12.00/11.00 000

2 1.22 Г 1.30 2.Э0/ 2 00 2100/19.00 0.00

А 193/ 2.20 3 00/ 2 9С 12 00/11 00 000

5 1.93/ 2.20 3 00 / 2 90 1200/11 00 0.00

6 1.22/ 1.30 2.20 / 2 00 21.00/19.00 оло

кривая цепресм»

.115 .

Ь 25 5С 75 J00 125 150

Рис. 4. Расчет устойчивости низового откоса дамбы при особом сочетание нагрузок

тании нагрузок и при особом сочетание нагрузок (сейсмическое воздействие 8 баллов). Согласно требований СНиП 2.06.01-86 «Гидротехнические сооружения. Ос -новные положения проектирования» нормативный коэффициент запаса устойчивости должен быть К>1,1. Результаты выполненных расчётов представлены на рис. 3 и 4., из анализа которых следует, что предлагаемая конструкция ограждающих дамб, возводимых по комбинированной технологии, позволяет обеспечивать безопасную эксплуатацию шламонакопителей.

Таким образом, предложенная комбинированная технология сочетания гидравлической укладки отходов производства минеральных удобрений с последующим осушением заскладированного фосфогипса-мелиоранта и наращивания шламонакопителя с использованием экскаваторно-автомобильного комплекса позволяет увеличивать вместимость накопителей промышленных отходов и отказаться от изъятия дополнительных площадей, строительства новых гидротехнических сооружений и реконструкции систем гидротранспорта и оборотного водоснабжения.

Список литературы

1. Крей Г. Теория давления земли и сопротивления грунтов нагрузке. М.: Госсгройиздаг, 1983.

2. Чугаев Р.Р. Земляные гидротехнические сооружения. Л.: Энергия, 1961. 460 с.

3. БишопА., Хенкель Д. Определение свойств грунтов в трёхосных испытаниях. М.: Госсгройиздаг, 1961. 203 с.

4. Проект эксплуатации секций № 1, 2 и 3 шламонакопителя фосфогипсацеха фторосаждения ООО «Еврохим-Белореченские Минудобрения». М., 2007.

List of literature

1. Krey G. The Earth pressure theory and soil resistance to loading. M.: Gosstroyizdat, 1983.

2. Chugaev R.R. Earthen hydro technical constructions. L.: Energy, 1961. 460 p.

3. Bishop A., Henkel D. Soils properties definition in triaxial tests. M.: Gosstroyizdat, 1961. 203 p.

4. Exploitation project of the sections № 1, 2 and 3 tailings pond of phosphoric-gyps shop of fluorine precipitation Co.Ltd «Euro-him-Belorechensk mineral fertilizers». M., 2007.

УДК 658.511.5

Гибадуллин З.Р., Макшуков Ф.Х.

ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ СИБАЙСКОГО ПОДЗЕМНОГО РУДНИКА

Производственные подразделения Сибайского подземного рудника являются частью общего технологического процесса Сибайского филиала ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат». Технико-экономические показатели рудника во многом зависят от сбалансированности производственных подразделений как по мощности оборудования, так и по уровню использования технологических возможностей производства.

Установлено, что около 5-7% рабочего времени оборудование используется на уровне 0,7-0,8 своих технологических возможностей. Более 50°% времени оборудование работает на уровне 0,1-0,2 от своих возможностей, что свидетельствует о недоиспользовании возможностей техники, а следовательно, приводит квысоким удельным затратам [1].

Оценка технико-технологических возможностей производственных подразделений необходима для выявления резервов производства и «узких» мест, а также разработки мероприятий по ихустранению.

Под резервами следует понимать недоиспользуемые возможности в эксплуатации оборудования, использовании материально-технических, а также трудовых ресурсов предприятия.

Под «узким» местом понимается несоответствие пропускной способности отдельных групп оборудования, цехов и участков пропускной способности со -пряженного оборудования, на котором выполняются технологические операции по добыче (переработке) руды, или другие производственные условия, сдерживающие повышение пропускной способности техно-

логических процессов (звеньев) [2].

Расчет технико-технологических возможностей целесообразно производить исждя из анализа использования календарного фонда времени оборудования с выделением функционального и нефункционального времени в работе и ремонте, а также времени в плановых и неплановых простоях по структуре, времени представленной на рисунке. Такой подход позволяет выявлять возможности повышения эффективности использования оборудования, которые не обнаруживаются существующей на горнодобывающих предприятиях системой учета.

Проиллюстрируем расчет составляющих по предлагаемой структуре времени на примере погрузочно-доставочных машин, которые являются ведущим оборудованием в технологическом процессе Сибайского подземного рудника (см. таблицу).

Определяем технико-технологические возможности оборудования при его эксплуатации путем выявления нефункционального времени работы оборудования.

Рассчитываем время цикла (ТЦИ]Ш) погрузочно-доставочной машины на основании технической характеристики и уточняем путем хронометражных наблюдений:

ь ь

т =_^+_ч^+1 +1 +

цикл ^ погруз маневр

гр пор

+^згруз = 6,4