Технология комплексной добычи и переработки торфа и подстилающего минерального сырья

УДК 553.97:622.331.002.5 А.Е. Тимофеев

ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ ТОРФА И ПОДСТИЛАЮЩЕГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Предложен вариант разработки торфяных месторождений, включающий совместную добычу и переработку органического и минерального сырья.

Современные темпы развития мирового промышленного производства характеризуются возрастанием объемов потребления природных ресурсов и усилением техногенного воздействия на природу. Для снижения негативных последствий интенсивного развития промышленного потребления природных ресурсов требуется ориентировать добычу полезных ископаемых на ресурсосберегающие и ресурсовоспроизводящие технологии, которые позволят снизить риск возникновения экологических проблем и экономических кризисов, связанных с истощением полезных ископаемых. Таким образом, система рационального природопользования, которая включает в себя комплекс мер по увеличению эффективности использования природных ресурсов, должна стать ключевой для многих отраслей горного производства.

В соответствии с данной системой, технология добычи полезных ископаемых должна удовлетворять следующим условиям:

- обеспечение восстановления возобновляемых природных ресурсов;

- полнота использования добытых природных ресурсов;

- максимально возможное применение отходов производства.

Рассматривая технологию добычи (поверхностно-послойная добыча фре-

зерной крошки) и первичной переработки торфа, видно, что они отвечают каждому из перечисленных условий рационального природополь-зования в разной степени.

Прежде всего, в соответствии с поправкой, принятой Европарламентом 31 октября 2000 г., торф относится к возобновляемым источникам энергии (с оговоркой «в пределах его годового прироста») [1]. Таким образом, торфяное сырье обладаем потенциальной возможностью возобновления [2], что изначально позволяет ему иметь преимущество по сравнению с другими полезными ископаемым.

Проблема недостаточно полного использования торфяного сырья может решаться путем применения различных методов глубокой переработки. В настоящее время существует около 100 видов продукции, получаемой на основе торфа в процессах механической переработки, химической и термической конверсии. Кроме того, расширение ассортимента торфяной продукции возможно путем получения композиционных смесей. В настоящее время [3] известно около 40 видов композиционной продукции, используемые в качестве топлива, строительных материалов, сельскохозяйственной продукции и для других целей. Все композиции характеризуются увеличением эффективности

СІ торфяная залежь

подстилающие

минеральные

отложения

использования торфяного сырья и, как правило, попутно может осуществляться утилизация отходов различных производств.

Как показывает анализ различных научных направлений, современное определение композиционных материалов должно предполагать выполнение следующих условий:

1. композиция должна представлять собой сочетание как минимум двух разнородных материалов с четкой границей раздела между фазами;

2. компоненты композиции образуют ее своим объемным сочетанием;

3. композиция должна обладать свойствами, которых нет ни у одного из ее компонентов в отдельности [4]).

Поскольку торф сам представляет композиционную смесь, то под торфяным композиционным материалом следует понимать материал, включающий не менее 2 компонентов, одним из которых является торф [3].

Рис. 1. Общая структура (а) и схемы разработки торфяного месторождения по стандартной технологии (б) и по технологии комплексного освоения

Проблема комплексного освоения торфяных месторождений при минимальном количестве отходов производства решена не полной мере, в связи с чем существует большой потенциал для рационального освоения залежей данного природного сырья. В связи с тем, что торфяные месторождения характеризуются неравномерностью залегания на границе торф - минеральное дно, то существующие поверхностнопослойные технологии добычи фрезерной торфяной крошки не могут обеспечить выборочную добычу на технологической карте, вследствие чего либо торф добывается повышенной зольности, что противоречит технологическим нормам, либо должен оставаться как некондиционное сырье (последний не является вариантом, привлекательным для бизнеса).

Основными причинами недоиспользования торфа являются:

- нормы рекультивации выработанных торфяников, определяющие величину остаточного слоя торфа, необходимого для проведения работ по выбранному направлению;

- стандарты на получение топливной продукции, которые ограничивают использование торфа повышенной зольности;

- слабо развиты и внедрены технологии переработки отходов добычи и переработки торфа (очесный слой, древесные включения и др.) (рис., б).

Как показали исследования, проведенные с остаточным слоем торфа на выработанных торфяниках, его качественные показатели (влажность, зольность) находятся на уровне, соответствующем основным направлениям ис-

пользования. По данным [4] в зоне контакта возрастание зольности в среднем составляет 0,3—5,5 %, поэтому это сырье может быть рассмотрено как природная органоминеральная композиция.

Существующие стандарты на топливную продукцию ограничивают использование торфяного сырья в качестве топлива по показателю зольности (предельное значение на сухое вещество 23 %). Анализ состава композиционных материалов (сырья для пиролиза, грунтов, сорбентов и других видов продукции) свидетельствует о том, что торфяные ресурсы, отнесенные к категории забалансовых, могут быть использованы для производства органоминеральной продукции при достаточно высокой зольности, как отдельно, так и в смесях с органическими и минеральными компонентами [6—10]. Эффективность использования некондиционных видов торфов может быть объяснена весьма сложными составом их зольной части и процессами, происходящими при взаимодействии между органической и минеральной составляющей.

Следует отметить, что в составе некоторых композиционных торфяных смесей в качестве добавок используются материалы, добытые из торфяной залежи (глины, сапропель, глинистый мергель, ил и др.) [6-10]. Учитывая то, что находящиеся на территории торфяного месторождения минеральные ресурсы после окончания добычи остаются не востребованными, их можно рассматривать как недоиспользованные (рис., в).

В настоящее время становится не актуальным проведение работ по рекультивации выработанных площадей и все больший приоритет имеет восстановление болото- и торфообразовательного процесса. При проведении работ в данном направлении необходимость в остаточном слое торфа отпадает, и он может

быть отнесен к потерям торфяного сырья (рис, б).

Процесс восстановления торфа

может являться самопроизвольным (торф относится к медленно возобновляющимся биоресурсам), однако тенденция зарастания и заболачивания выработанного торфяника может быть нечеткой.

Снижение значимости проведения комплекса работ по рекультивации и ориентирование на восстановление болото- и торфообразовательного процесса является общемировой тенденцией, которая призвана улучшить экологическую обстановку территории выработанного торфяника, биогеоценоз которого был нарушен в процессе добычи. Поскольку для роста растений торфооб-разователей наличие остаточного слоя торфа не является обязательным, то его необходимость в целях восстановления растительности отсутствует. Для быстрейшего развития растений существенным фактором является обводненность рассматриваемого участка. Теоретически было показано что, комплексная выработка ресурсов месторождений, предполагающая снятие верхнего слоя минеральной подстилающей залежи, является причиной приближения уровня грунтовых вод к поверхности. Это должно привести к более быстрому восстановлению растительного покрова.

Предлагаемый вариант интенсификации процесса заболачивания является экономически выгодным, поскольку операции по созданию условий, благоприятных для роста растений-торфообразователей, является одним из элементов технологии добычи. Отсутствие затрат также должно быть привлекательно для торфяных предприятий, поскольку одновременно с получением прибыли решается проблема рекультивации нарушенных территорий.

Вышеописанный вариант разработки торфяных месторождений, включающий совместную добычу и переработку органического и минерального сырья, соответствует идее академика

А.Е. Ферсмана, в соответствии с которой «комплексная идея есть идея экономическая, создающая максимальные ценности с наименьшей затратой средств и энергии, но это идея не только сегодняшнего дня, это идея охраны наших полезных богатств от их хищнического расточения, идея использования сырья до конца, идея воз-

1. Гогин Д.Ю. Торф- экологический вид топлива, наиболее отвечающий требованиям Киотского протокола / ДЮ. Гогин // Торф и бизнес. -2008.- № 1(11).- С. 6-8.

2. Мищенко А.Л. Рекомендации по восстановлению болот, нарушенных осушительными работами /А. Л. Мищенко, О.В. Суханова, Н.П. Харитонов и др. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.forest.ru/ rus/ publications/bolota. -2007, 21 с.

3. Гревцев Н.В. Научные основы технологии торфяных композиционных материалов: дис.... д-ра техн. наук / Н.В. Гревцев.- Тверь, 1998. - 459 с.

4. КерберМ.Л. Композиционные материалы / М. Л. Кербер // Соросовский Образовательный Журнал. - 1999. - № 5. - С. 33-41.

5. Демьянов Е.С. Исследование основных технологических характеристик придонных слоев торфяной залежи, оставшихся после выработки торфяного месторождения: дис.. канд. техн. наук / Е.С. Демьянов.- Калинин, 1974. - 180 С.

6. Мисников О.С. Пустотелый заполнитель для легкого бетона на основе торфа и

можного сохранения наших природных запасов на будущее» [11]. Таким образом, существующие технологии добычи и торфа в определенной степени отвечают системе рационального природопользования, однако также имеют большой потенциал для дальнейшего совершенствования, как в направлении изменения нормативов и стандартов, так и в направлении разработки новых видов продукции на основе торфяного и минерального сырья и отходов производства.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

минерального сырья / О.С. Мисников,

С.Н. Гамаюнов // Строительные материалы. -2004. - №5. - С. 22-24

7. Алферов В.В. Исследование закономерно-

стей процессов пиролиза торфа в присутствии природных и искусственных алюмосиликатных материалов: дис.... канд. хим. наук /

В.В. Алферов. - Тверь, 2008. - 130 с.

8. Белькевич П.И. Торф и проблемы защиты

окружающей среды / П.И. Белькевич,

Л.Р. Чистова // Тверь: ТГТУ, 1979. - 64 с.

9. Крупнов Р.А. Формирование состава и свойств придонного слоя торфа // материалы выездной секции Международной научнопрактической конференции «Торф в решении проблем энергетики, сельского хозяйства и экологии», Тверь, 14-16 ноября 2006. - С. 111-113.

10. Афанасьев А.Е. Структурообразование коллоидных и капиллярно-пористых тел при сушке: монография / А.Е. Афанасьев. - Тверь: ТГТУ, 2003. - 189 с.

11. Ферсман А.Е. Проблемы минерального сырья / А.Е. Ферсман. - М.: Наука, 1976. ШИН

— Коротко об авторе --------------------------------------------------

Тимофеев А.Е. - Тверской государственный технический университет.

Статья представлена Тверским государственным техническим университетом

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания:

Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

Полное время правки: Дата печати:

При последней печати страниц: слов: знаков:

25_Тимофеев_нов

Е:\С диска по работе в универе\ГИАБ_2008\11\семинар С:\и5еге\Таня\АррВа1а\Коаті^\Місго50й\ШаблоньіШогта1Ло1т © А

Гитис Л.Х.

10.09.2008 8:34:00 5

10.09.2008 8:45:00 Гитис Л.Х.

10 мин.

25.11.2008 23:19:00 4

1 616

9 214