Управление отходами в горной промышленности

В. А. УМНО В

Управление отходами в горной промышленности

Загрязнение природной среды отходами производства является одной из крупнейших современных проблем. Горная промышленность в этой сфере является одним из лидеров. Ежегодно на каждого человека в нашей стране добывается не менее 20 тонн различного минерального сырья. Однко, из этого количества, в конечном счете, используется лишь 1-2%. Остальная же часть идет в отходы.

Одной из характерных черт горного производства является то, что используемое им сырье изымается непосредственно из природы и соответственно не приспособлено для прямого применения. Поэтому в процессе производства какого-либо вида горной продукции приходится извлекать попутно значительное количество неиспользуемой минеральной массы. Более того, в силу ряда естественных причин, условия добычи полезных ископаемых постоянно ухудшаются, что приводит к неотвратимому росту отходообразования.

Так например, исчерпание богатых залежей марганцевых руд привело к тому, что среднее содержание марганца в сырье снизилось с 25 до 22% и теперь, в среднем для производства одной тонны марганцевой руды требуется извлекать из недр и перерабатывать около 20-21 т. горной массы.

ВИДЫ ОТХОДОВ, ИХ КОЛИЧЕСТВО и

НАНОСИМЫЙУЩЕРБ

По видам, отходы горных предприятий можно разделить на следующие основные группы: шахтный или карьерный вентиляционный воздух, сточные воды и твердые минеральные отходы.

Отходящий воздух образуется при проветривании выработок и поверхностного комплекса, в которых работают люди и

оборудование, производится разрушение массива механическими и взрывными способами, и протекают обогатительные реакции. Таким образом, он содержит минеральную пыль, газы, выделяемые горным массивом, взрывные газы и т.д.

Сточные воды образуются при откачивании из выработок попавших туда подземных и поверхностных вод, вод, используемых в системе водоснабжения и обогатительных реакциях. В результате чего они содержат: взвешенные минеральные частицы, обогатительные реагенты, нефтепродукты и т.д.

Твердые минеральные отходы образуются, как уже ранее указывалось, в силу несоответствия между составом природной минеральной массы и потребностями общества. Они подразделяются от отходы добычи (вскрышные породы) и отходы переработки полезного ископаемого (хвосты).

Особенностью горного производства является то, что в силу ограничений, накладываемых ведением работ под землей или ниже уровня земной поверхности, в производственных процессах в большей степени используются «чистые» виды энергии, такие как электрическая, пневматическая и гидравлическая. Поэтому основным отходящим компонентом горных предприятий является минеральная масса.

Выход минеральных отходов в процессе добычи и переработки полезных ископаемых составляет весьма ощутимую величину. Так, например, добыча 1 тыс.т. угля сопровождается выдачей на поверхность 120-395 т. породы, а в некоторых случаях превышает эту величину; обогащение 1 тыс.т. горной массы сопровождается образованием 100-120 куо.м. углеотходов. Аналогичная ситуация и в других горнодобывающих и перерабатывающих отраслях.

В настоящее время в отвалах горнодобывающей промышленности накоплено свыше 50 млрд.т. вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения, причем ежегодно к ним добавляется около 3,5 млрд. куб.м, горной массы.

Основной объем образующихся в стране отходов приходится на предприятия угольной промышленности. Количество образовавшихся в 1989 году отходов обогащения железных, марганцевых и хромовых руд составило около 199,3 млн.куб.м., лома огнеупоров — 1,5 млн.т., вскрышный пород — 742 млн. куб.м, и т.д.

Из добытых предприятиями металлургической промышленности за 1989 - 1990 годы 3,7 млрд.т. горной массы. Лишь 550 млн.т. превратилось в полезный продукт, а остальное — вскрышные породы и прочие отходы. Почти полмиллиарда тонн хвостов ежегодно складируется в хранилищах. Из добываемых открытым способом 16 млрд.т. горных пород, в отходы идет около 10 млрд.т.

На сегодняшний день накопление отходов угледобычи в стране составляет свыше 3 млрд.куб.м. с ежегодным приростом объемов складирования приблизительно на 100 тыс.куб.м. Число породных отвалов для складирования отходов угледобычи превысило 2600 ед.

Причем отходообразование с каждым годом значительно увеличивается.

Остающиеся после добычи или переработки полезных ископаемых отходы принято складировать в специальные хранилища. Их производства и пригодные для разработки и производства товарной продукции.

Хранилища твердых минеральных отходов оказывают отрицательное влияние на состояние окружающей среды. Их размещение служит причиной загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и подземных водоемов. Причем нередко загрязняющие вещества обладают токсичными или радиоактивными свойствами. Достигая 100 и более м. высотой, отходохранилища вли-

яют на ветровой режим и тем самым изменяют климатические условия местности, в которой они расположены. Они обладают значительной массой, и их размещение служит причиной изменения горного давления в недрах и гидрогеологического режима.

Твердые отходы горного производства занимают значительные территории, не позволяя тем самым использовать потенциально полезные для общества земли, которые могли бы давать обществу дополнительные материальные блага. А для предприятий — источников отходов это выливается в платежи за земли.

Таким образом, по количеству и ущербу, наносимому окружающей среде, твердые отходы горных предприятий значительно превосходят другие виды. Поэтому их ликвидация природоохранных проблем этой отрасли.

НАПРАВЛЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ОТХОДАМИ

Основными путями сниженя ущерба окружающей среде от выделения и накопления отходов горного производства являются: снижение их выделения, обезвреживание и утилизация.

Таким образом, в качестве основных направлений повышения комплексности использования природных ресурсов горными предприятиями можно выделить:

• использование вскрышных пород и отходов обогащения;

• утилизацию сточных вод;

• утилизацию отходящего воздуха и использование поверхности недействующих хранилищ отходов.

Из сказанного ранее следует, что ликвидация хранилищ твердых минеральных отходов способствует повышению эффективности производства и улучшению состояния окружающей среды. Основные

е-

, В

ют

ие

1В-

)е-

гва

не

гн-

ко-

ни-

ед-

ли-

:ер-

1ер-

чи-

ому

лем

ми

грба

коп-

вля-

2ЖИ-

шых

ости

гор-

ь:

род и

у’ха и едей-

лик-гьных эфек-ю со-ые

• рекультивация отвалов и хвостох-ранилищ;

• закладка отходами выработанного пространства;

• использование обедненного техногенного сырья;

• доизвлечение присутствующих в них полезных компонентов.

Рекультивация земель, нарушенных отвалами и хвостохранилищами, представляет собой: выравнивание изменного ими ландшафта, нанесение на их поверхность плодородного слоя, насаждение растительности и т.д. Основной целью этих мероприятий является снижение техногенного воздействия на природу и частичный или полный возврат изъятых ранее земель обществу.

Закладка выработанного пространства

— наиболее естественный путь ликвидации скоплений непригодных для промышленного использования горных пород.

Кроме того, он способствует снижению затрат на рекультивацию нарушенных горными предприятиями земель.

Обедненное техногенное сырье предполагается использовать преимущественно при производстве строительных материалов, ХИхМИЧеСКИХ удобрений, флюсов и т.д.

Данный способ позволяет ликвидировать значительные объемы минеральных отходов, получая при этом дополнительную прибыль.

Доизвлечение полезных компонентов

— менее массовый способ использования техногенных ресурсов чем другие, однако, он в наибольшей степени способствует обеспечению общества необходимыми минеральными ресурсами и улучшению состояния биосферы. При рассмотрении техногенных ресурсов в этом аспекте очень важно учитывать их комплексность.

Для угледобывающей отрасли наиболее значимыми направлениями комплексного использования минеральной массы являются:

А. Комплексное использование месторождений полезных ископаемых:

• комплексное использование угля;

• комплексное использование твердых углеотходов.

Б. Использование твердых отходов угледобычи для производства строительных материалов:

• производства вяжущих веществ;

• использование в качестве наполнителя для производства бетона;

• производство стенового материала;

• производство строительной керамики;

• производство легких заполнителей бетона;

• производство огнеупорных материалов;

• производство абразивных материалов;

• каменное литье.

В. Использование углеотходов в гидротехническом строительстве:

• в качестве насыпного материала в теле дамб;

• в качестве фильтрующего и сорбционного материала.

Г. Использование в сельском хозяйстве для:

• производства мелиоратнта;

• производства удобрений.

Д. Использование в дорожном строительстве:

• в качестве дорожных оснований;

• в качестве укрепителя грунтов;

• в качестве наполнителя асфальтобетона.

Е. Использование на добывающих предприятиях с целью:

• частичной или полной закладки выработанного пространства;

• забутовки горных выработок при их погашении;

• охраны горных выработок.

ТЕХНОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Основными факторами обусловившими необходимость изучения техногенных месторождений являются: рост потребности в минеральном сырье, вызванный научно-техническим прогрессом; истощение наиболее богатых и доступных месторождений полезных ископаемых; а также значительное влияние горных отходов на окружающую среду.

Поскольку практически все компоненты, содержащиеся в твердых горнопромышленных отходах являются относительно полезными, то все хранилища отходов можно отнести к техногенным месторождениям. Различия лишь в том, в какой момент времени их станет выгодно использовать.

От геогенных (естественных) последние отличаются генезисом, условиями залегания (на поверхности), пониженным содержанием полезного компонента, а сходство их — в сложном (беспорядочном) внутреннем строении залежей.

Техногенные месторождения бывают двух основных видов, это хранилища отходов добычи и переработки полезных ископаемых. В данном случае под отходами подразумевается та часть минеральной массы, которая не может быть использована в момент ее поступления.

Эти два вида отходохранилищ отличаются тем, что слагающая их горная масса имеет разный минералогический и гранулометрический состав. Исходя из этого способы их создания различаются.

Отходы добычи представляют собой как правило вскрышные породы, средняя крупность частиц которых составляет десятки сантиметров. Содержание полезных компонентов в них низкое, поэтому, с точки зрения использовния, они представляют интерес преимущественно как сырье для производства строительных материалов. Хранятся они в открытых насыпях различной формы (пирамидальная, коническая и т.д.) -

Отходы переработки полезных ископаемых имеют среднюю крупность частиц от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Поскольку они образуются в результате передела специальной добываемой минеральной массы, они могут включать в себя побочные полезные компоненты в достаточных для промышленного использования количествах. Так называемые хвосты могут быть «мокрыми» (содержащие большое количество воды) и «сухими». Сухие хвосты складируются аналогично отходам добычи. Для мокрых же, в целях снижения занимаемых ими площадей создают оградительные дамбы, предотвращающие их растекание по поверхности земли. Располагают из обычно в долинах рек или ручьев. Со временем вода из хво-стохранилищ уходит в следствие фильтрации через их дно.

Изучение техногенных месторождений доказало необходимость обоснования рациональных способов складирования минеральных отходов, которое влияет на технологию отработки и соответствующие затраты, а также способствует снижению потерь при их использовании.

Известно, что органическая часть угля содержит определенное количество различных золообразующих элементов и микроэлементов. Золообращующиеся элементы могут содержаться в углях как горючем ископаемом обнаружено свыше 50 минералов, которые могут или содержат золообразующие элементы. В настоящее время считается возможным извлечение из зол углей: германия, урана, молибдена, свинца, пинка, бария, золота, галия, бери-лия, серебра, ртути, железа и других металлов. Причем их стоимость значительно превышает стоимость самого угля.

Однако отходы обогащения горных отраслей значительно различаются между собой, причиной чему — различия их полезных ископаемых.

Горно-металлургические предприятия цветной металлургии помимо 12 основных

Никелевые месторождения содержат: медь, серу, пирит, пиротин, кобальт, золото, серебро, платину, палладий, родий, германий, иттрий, осмий, селен, теллур.

Свинцово-цинковые месторождения имеют в своем составе: месторождения имеют в своем составе: медь, олово, висмут, барит, золото, серу, серебко, кадмий, индий, селен, теллур, галий, тантал, германий.

Вольфрамо-молибденовые месторождения включают: медь, висмут, олово, серу, золото, флюорит, свинец, барит, цинк, серебро, рений, скандий, берилий, селен, теллур, германий.

Оловянные месторождения содержат: медь, свинец, цинк, вольфрам, висмут, флюорит, серу, серебро, индий, кадмий, германий, таллий.

В настоящее время на основе комплексного использования минерального сырья цветной металлургии обеспечивается попутное извлечение из некондиционных руд более 10% общего количества меди, свинца я молибдена, а также осуществляется промышленное производство рассеянных цветных металлов.

Однако комплексное использование многокомпонентных руд еще недостаточно. По данным академика Н.В.Мельникова при их переработке теряется более 15% меди, 50% цинка, 45% свинца и до 14% благородных металлов.

Месторождения черных металлов также обладают многокомпонентностью. К наиболее важным из сопутствующих железным рудам элементов относятся: ванадий, медь, кобальт, никель, германий, фосфор, сера, бор, тантал, ниобий и цирконий. Причем в рудах некоторых железорудных месторождениях, разрабатываемых горными предприятиями цветной металлургии.

Из некоторых титано-магнетитовых руд предполагается извлечение ванадия, где его количество значительно превышает

существующие потребности народного хозяйства.

Месторождения, относящиеся к химической промышленности по комплексности ближе всего к предприятиям металлургии они содержат черные и цветные металлы, серу и т.д. Встречаются случаи соседства месторождений этих отраслей.

Поверхности недействующий отходох-ранилищ, после рекультивации можно использовать для различных насаждений, строительства и т.д., в зависимости от степени восстановления.

ПРЕДПОСЫЛКИ И РЕЗУЛЬТАТЫ УПРАВЛЕНИЯ ОТХОДАМИ

По возможности использования, твердые отходы классифицируют на три группы:

• отходы, для которых отсутствуют технологии их переработки или объемы их образования превышают потребность народного хозяйства в этом виде ресурса;

• отходы, для которых имеются технологии переработки, но отсутсву-ют необходимые производственные мощности;

• отходы, которые являются вторичным сырьем и включены в материальные балансы производства, но не используются предприятиями источниками их образования.

Среди факторов, обуславливающих возможности использования техногенных источников можно выделить:

• возможности добычи минеральной массы из отходохранилищ;

• возможности переработки техногенного сырья в целях получения из него готовой продукции;

• возможности реализации полученной продукции.

В качестве издержек при утилизации выступают затраты на добычу, транспортировку, переработку минеральной массы и реализацию получаемой при этом готовой продукции.

Одним из основных положительных результатов использования техногенных ресурсов является получение предприятем дополнительной продукции. Не менее важным является и снижение нагрузки на окружающую среду возникающей при размещении твердых отходов. Причиной этому является снижение общего количества хранящейся у предприятия техногенной массы и как следствие: сохранение земельных площадей от размещения новых отходов и т.д.

Положительные экономические результаты включают в себя также:

Поскольку подавляющее большинство процессов происходящих при производстве продукции оказывает неблагоприятное воздействие на природную среду, отрицательными результатами утилизации техногенных ресурсов также является наносимый при этом экологический ущерб.

Экологический ущерб от использования горнопромышленных отходов обычно возникает в процессах: добычи, транспортировки, переработки добываемой минеральной массы и реализации полезного компонента. Кроме того он может возникать и в результате повышения объемов выбросов в окружающую среду при вре-

менном увеличение площади поверхности отходохранилищ в период их отработки.

Основные причины, по которым происходит нарушение природы во время добычи и транспортирования техногенного сырья можно разделить следующим образом:

• пылевыделение при работе погрузочных и транспортных средств и

• выделение газообразных загрязняющих веществ двигателями внутреннего сгорания погрузочно-транспортного оборудования.

Переработка минерального сырья сопровождается следующими экологическими воздействиями:

• выделение пыли и газов при дроблении, измельчении, транспортировании сухого материала, сушке, обжиге продуктов, окусковании концентратов и др.

• сброс сточных вод, содержащих взвешенные примеси и реагенты;

• выделение твердых отходов (хвостов) размещаемых в окружающей среде.

Под экологическим ущербом от реализации подразумевается нарушение природной среды в результате транспортирования и хранения продукции, получаемой при использовании техногенных ресурсов в период ее реализации.

Таким образом среди возникающих при использовании техногенных месторождений факторов, можно выделить те, которые влияют на экономику предприятия и состояние окружающей среды. Это:

• затраты на использование техногенных месторождений;

• выручка от реализации продукции, получаемой при утилизации;

• возникающий при разработке техногенных месторождений экологический ущерб;

• снижение затрат на размещение и содержание твердых отходов;

• снижение затрат на рекультивацию;

• уменьшение потерь, вызванных неиспользованием вложенных в их извлечение из недр средств;

• сокращение размеров платежей за размещение твердых отходов в окружающую среду и за занимаемые отходохранилищами земельные площади.

• ущерб окружающей среде, предотвращаемый вследствие снижения количества хранящейся у предприятия техногенной массы.

Наибольшая часть отходов (86%) применяется при засыпке карьеров и разрезов, что в определенной мере способствует облагораживанию поверхности и восстановлению нарушенных горными работами земель. Для производства строительных

Величина этих факторов, в первую очередь, зависит от того, какое количество минеральной массы извлекается из техногенного месторождения, а также какая часть этой массы используется. Иными словами влияние процесса утилизации твердых горнопромышленных отходов на характеристики производства зависит от показателей степени использования.

Буквально несколько десятилетий назад вопросам утилизации техногенных ресурсов в нашей стране практически не уделялось внимания. Для этого существовали определенные причины, в частности: узкоспециализированный подход к добыче различных видов полезных ископаемых; недостаточная ответственность предприятий при потреблении ими природных ресурсов; более низкие, в сравнении с существующими кондициями, содержания побочных минеральных компонентов; отсутствие приемлемых технологий и другие.

СОСТОЯНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ОТХОДАМИ

В 1989 г. из 3,5 млрд. куб. м. образовавшихся в стране минеральных отходов было использовано для народно-хозяйственных нужд около 1,3 млрд. куб. м. или 39% из общего объема материалов и отсыпке балласта в основном при строительстве шоссейных и железных доро используется приблизительно 9,5% отходов. Остльная часть (4,5%) — предназначается для производства закладочных материалов, забутовки горных выработок и иных целей.

В то же время сделан определенный шаг в использовании скальных вскрышных пород в народном хозяйстве: на некоторых предприятиях эти породы используются для производства щебня, в частности на Стойленском и Оленегорском ГОКах — полностью.

На предприятиях Минмета РФ налажено производство кирпича, керамической плитки и ряда других строительных материалов из отходов обогащения, что составляет около 1 % общего объема складируемых хвостов.

Тем не менее, большая часть добываемой нашей промышленностью горной массы пока не находит применения, а из той, которая находит, основное количество отходов используется лишь в качестве строительных или закладочных материалов. При этом, ряд содержащихся в них полезных химических элементов остается неисполь-зованым.

В общем рост объемов образующихся отходов в настоящее время пока опережает рост их использования, и за годы последней пятилетки эти величины составили соответственно 19 и 17%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, наиболее значимым по наносимому ущербу и возможностям использования видом отходов горного производства является твердые минеральные отходы. Их выделение непрерывно возрастает во времени в силу ухудшения естественных условий добычи полезных ископаемых.

Основными путями снижения накоплений минеральных отходов и их влияния на природную среду являются: рекультивация отвалов и хвостохранилиш; закладка отходами выработанного пространства; использование обедненного техногенного сырья; доизвлечение присутствующих в них полезных компонентов.

На горных предприятиях России вторичное использование отходов горного производства приобретате все более широкие масштабы. Однако рост накопления от-

ходов пока превышает рост их использова ния.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Государственный доклад: Состояние природной среды и природоохранная деятельность в СССР в 1989 году. М.: Госкомприроды СССР. — 1990.

2. Академическая наука — горное производство «Круглый стол» «Горного журнала».

— Горный журнал, 1991. — N3 — С.3-11.

3. Одесс В.И. Хозяйственный механизм вовлечения в оборот вторичных ресурсов.

А.р.дис...д.э.н. — М.: АНХ при СМ СССР, 1988. — 57с.

4. Федосеев В.А. Эффективность использования минерального сырья в условиях

Крайнего Севера Л.: Наука, 1979.

В, А. Умное

К СВЕДЕНИЮ ПАРТНЕРОВ ИЗДАТЕЛЬСТВА МГГУ

С 1 декабря 1995 года изменяются платежные реквизиты Издательства МГГУ.

Ниже приводятся образцы заполнения платежного поручения для перевода средств по Москве и Московской области и для платежей из других регионов.

Иногородние платежи

получатель ИНН 7706031363

Банк получателя:

почтой-телеграфом

КРЕДИТ

сч. № 164819 342161600

ОПЕРУ МБ СБ РФ при РКЦ ГУ ЦБ г. Москва (Код 44583001 1 - I СЧ. №

Платежи по Москве и Московской области

ПОЛУЧАТЕЛЬ

ИНН 7706031363

Издательство МГГУ, р/с 1810611 в Донском ОСБ7813

КРЕДИТ

Код ум. ВА

ОПЕРУ МБ СБ РФ Код 201906

г. Москва

Банк получателя:

почтой-телеграфом