Техногенное месторождение , особенности и перспективы разработки

ПЕРЕРАБОТКА ОТВАЛОВ И ТЕРРИКОНОВ

ПЕРЕРАБОТКА КРАСНЫХ ШЛАМОВ

Скоро исполнится 50 лет с тех пор как Джон Кеннеди использовал в своей речи фразу “В китайском языке слово “кризис” состоит из двух символов, один обозначает опасность, второй - возможность”. Неизвестно, кто-то подсказал новоизбранному президенту выбрать именно эти значения иероглифов или он сам так решил, но фраза прижилась. Не удивительно, ведь кризисов за эти 50 лет было немало, и всегда хватало людей, желающих поговорить на эту тему. Хоть фраза и не совсем корректна (в слове “кризис” второй иероглиф используется со значением не “возможность”, а “ момент времени”. Всё вместе - “опасный  момент” ), но есть в ней какой-то оптимизм, желание видеть положительные моменты даже в таком неприятном явлении как кризис. Так что, почему бы и нет? Мы тоже не останемся в стороне от распространения этой оптимистичной лингвистической неточности. Техногенные месторождения сродни такой трактовке китайского бинома иероглифов – они с одной стороны представляют «угрозу», но с другой дают «благоприятную возможность».

Итак, что же такое «техногенные месторождения»?

Техногенные месторождения (ТМ) – техногенные образования (отвалы горнодобывающих предприятий, хвостохранилища обогатительных фабрик, шлакозольные отвалы топливно-энергетического комплекса, шлаки и шламы металлургического производства, шламо-, шлако- и т.д. отвалы химической отрасли) на поверхности Земли по количеству и качеству содержащегося в них минерального сырья пригодные для промышленного использования в настоящее время или в будущем по мере развития науки и техники и изменения экономических условий.
Появившиеся в последние десятилетия техногенные месторождения являются результатом интенсивного развития горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Техногенные месторождения представляют собой класс месторождений, сформировавшихся в районах горнорудной промышленности (Украина, Казахстан, Северо-запад и Юго-восток европейской части Росси, Урал, Юго-восток и Восток азиатской части, Центр Сибири и др.). Эти месторождения обычно обладают своеобразным минеральным составом и являются потенциальным источником разнообразных полезных ископаемых, в частности цветных, редких и благородных металлов, а также строительных материалов (щебень, песок, гравий и т.д.).
 

"ОПАСНОСТЬ"

На территории Украины в результате деятельности 500 промышленных предприятий только твердых отходов накоплено около 25 млрд. тонн. Эти отходы негативно влияют на природные ландшафты и экологические условия, занимая площадь около 150 тыс. га плодородных земель и ухудшая среду обитания человека. Техногенные месторождения приводят к исключению из хозяйственного оборота больших площадей земель, занятых отходами производства. Так, например, площадь золоотвалов топливно-энергетического комплекса Урала составляет около 3 000 га, а площадь нарушенных земель в медной подотрасли превышает 60 000 га. Значительную площадь (260 га) занимает Черемшанское шламохранилище Высокогорского ГОКа, в котором сосредоточено около 40 млн т отходов обогащения железных руд. Кроме того,  происходит уничтожение или снижение качества земель из-за пылевых заносов с отвалов и хвостохранилищ. Например, с 1 га отвалов КМА ежегодно сносится до 500 тонн пыли. Идет загрязнение окружающей среды (почв, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха) тяжёлыми металлам и солями в концентрациях, нередко превышающих допустимые нормы. Так ориентировочный суммарный объём сброса загрязнённой оборотной воды  с золоотвалов АО «Свердловэнерго» составляет не менее 7,6 млн.м3/год. Содержание в сбрасываемой воде таких элементов как F, V и Mn превышает ПДК в десятки и сотни раз. С отвалов Садонских месторождений ежегодно выносится в р. Терек до 3 000 тонн цинка.
На 01.06.2000г имелась информация о 1600 техногенных объектах Украины по 13 областям. За 200 лет промышленной добычи каменных углей в Донбассе и их переработки накоплено громадное количество отходов: на каждого жителя этого региона приходится их около 4000 т. Из 1257 терриконов и отвалов угольных шахт до 35% подвержены процессам самовозгорания угля. Выделяющиеся при этом из очагов горения горячие газы отлагают на поверхности самородную серу, нашатырь и другие техногенные минералы. В радиусе до 3-х км каждый террикон является источником загрязнения воздушной, водной и поверхностной природной среды различными токсинами, в том числе мышьяком, ртутью и др.
 

«ВОЗМОЖНОСТЬ»

В развитых индустриальных странах мира уровень использования промышленных отходов достигает 70-80%, тогда как в Украине и ближнем зарубежье он не превышает 12-15%.
В США, например, из промотходов получают 20% всего алюминия, 33% железа, 50% свинца и цинка, 44% меди и т.д. Подобная тенденция использования вторичных ресурсов наблюдается в Канаде, Великобритании, ЮАР, Испании и других странах. Например:
• В штате Монтана (США) из отвалов рудника Мандиски получают ежегодно 2 т Au и 4 т Ag при содержании в отвалах золота – 0,84 г/т и серебра – 2,8 г/т.
• В штате Мичиган (США) из хвостов обогащения, содержащих 0,3% Cu, достигнуто из-влечение 60% меди.
• В ЮАР из отвалов золотоизвлекательных фабрик при содержании золота – 0,53 г/т и урана – 40 г/т получают 3,5 т золота и 696 т урана в год при производительности 50000 т/сутки.
  Для Казахстана, России и Украины, стран, производящих значительную долю всей минеральной продукции мира и обладающих мощным горнопромышленным потенциалом, проблема утилизации промышленных отходов имеет первостепенное значение. Важным обстоятельством является то, что себестоимость товарной продукции из промышленных отходов в 5-15 раз меньше, чем из добываемых традиционными способами руд месторождений полезных ископаемых. Активное использование промышленных отходов минерального сырья позволит получить прибыль в миллиарды долларов ежегодно.
Например, вторичная переработка 150 млн. тонн отходов обогащения марганцевых руд Никопольского района и 500 млн. тонн отходов обогащения железных руд Криворожского бассейна могут дать товарной продукции на 5-7 млрд. долларов. Эти, а также другие данные показывают настоятельную необходимость изучения и утилизации техногенных месторож-дений Украины и, особенно, Донбасса.
 

Способы образования и классификация техногенных месторождений

Множественность показателей, характеризующих ТМ, к которым относятся
• условия образования,
• объёмы,
• вещественный состав,
• характер процессов, преобразующих первичное вещество,
• неоднородность влияния отдельных показателей на принятие технологических решений и экономических оценок и некоторые другие
предопределяют сложность их классификации и типизации.

По морфологическим признакам ТМ можно разделить на 2 типа:
1.Месторождения насыпные, представляющие собой холмы и терриконы. К этому типу относятся:
• терриконы угольных шахт и разрезов;
• отвалы рудников и карьеров руд цветных, чёрных и редких металлов, сложенные дезинтегрированными вскрышными и вмещающими породами, а так же убогими забалансовыми рудами;
• техногенные россыпи, образующиеся при разработке россыпных месторождений и из отходов золоторудных фабрик;
• шлакоотвалы цветной и чёрной металлургии.
2. Месторождения наливные, образующиеся при заполнении впадин земной поверхности. Представителями этого типа ТМ являются:
• отходы обогащения руд (шламо- и хвостохранилища горнообогатительных фабрик);
• шламоотвалы цветной и чёрной металлургии;
• золо- и шлакоотвалы энергетического комплекса, возникающие при гидравлическом удалении золы и шлаков с теплоэлектростанций;
• шламоотвалы химических производств.

По составу техногенные месторождения подразделяются на 4 типа:
1. Породные ТМ, состоящие из природных горных пород и представленные глыбово-щебенистым материалом и шламо- и хвостохранилищами обогатительных фабрик.
2. ТМ пирометаллургических процессов цветной и чёрной металлургии, сложенные шламами и шлаками.
3. ТМ теплоэлектростанций, сложенные золой и шлаками ТЭС.
4. ТМ химического производства (шламы).

По возможным областям использования ТМ подразделяются на 3 типа:
1. ТМ строительного сырья.
2. ТМ (по извлекаемому металлу) – медные, цинковые и т.д.
3. ТМ смешанного типа, т.е. пригодные для получения стройматериалов и металла.
Разработка месторождений первого типа обеспечивает освобождение площадей земли от техногенных отходов с последующей их рекультивацией, второго типа - позволяет осуществить доизвлечение металла, но не решает проблемы освобождения территории отвалов от отходов, так как вторичная переработка отвалов, учитывая низкое содержание в них полезных компонент, практически даёт то же самое количество отходов.
Третий тип техногенных месторождений позволяет осуществлять и рекультивацию земель и доизвлечение металла.

По экологическому воздействию среди техногенных месторождений выделяют:
1. Неопасные, представленные горными породами и глыбовощебенистыми и щебенистыми шлаками цветной и чёрной металлургии, слабо разрушающимися в течение хранения.
2. Поражающие атмосферу и гидросферу, если они сложены окисляющимися или глинизирующимися породами, окисляющимися шлаками и шламами, пылящими шламами и высохшей пульпой хвостохранилищ.

В настоящее время терминология, классификация ТМ, критерии принадлежности их к тому или иному типу меняются и дополняются по мере углубления исследований и практических работ в области разработки техногенных месторождений.
Наиболее удобной представляется классификация ТМ, в основу которой положены условия их формирования, так как они определяют обычно и морфологию, и вещественный состав, и возможные области использования, и экологическое воздействие на ОС (рис.1).

Пользуясь классификацией, представленной на рис.1, можно оценить основные характеристики любого типа месторождений. Например, ТМ горнодобывающих предприятий, возникающие при обогащении руд и представляющие собой хвостохранилища, относятся к месторождениям
• наливного типа (морфологический признак);
• по составу – породные;
• по возможным областям использования – смешанного типа, т.е. пригодные для доизв-лечения металла и получения стройматериалов;
• по экологическому воздействию на окружающую среду – поражающие атмосферу (пыль) и гидросферу (фильтрация вод хвостохранилищ через защитные дамбы).

 Рис.1

Вовлечение в переработку техногенного сырья обеспечивает:
1. Сокращение расходов на поиски новых и разведку эксплуатируемых месторождений.
2. Сохранение истощающихся минеральных ресурсов в недрах, так как запасов полезных компонент, накопившихся в отходах ГОК’ов, достаточно чтобы удовлетворить потребности на многие десятилетия вперёд.
3. Повышение производительности труда за счёт рентабельной переработки уже добытого сырья, являющегося, по существу, готовым полупродуктом и находящегося вблизи действующих предприятий, что особенно важно для тех из них, для которых вследствие ис-тощения сырьевой базы оказываются незагруженными производственные мощности, и высвобождается рабочая сила.
4. Улучшение условий труда, так как техногенные месторождения расположены на поверхности Земли в отличие от всё более глубокозалегающих обычных месторождений полезных ископаемых.
5. Производство дешёвых стройматериалов (песок, щебень, гравий, цемент, абразивы, материал для отсыпки дорожного полотна, строительства плотин, дамб, и т.д.), а из шлаков - шлаковаты, шлакового литья (брусчатка, тюбинги, плитки, бордюрный камень и т.д.), литого шлакового щебня, стеклокерамических изделий, вяжущих добавок в цемент, минеральных добавок для улучшения почв, удобрений для сельского хозяйства и др.
6. Освобождение занимаемых им земель и их рекультивацию и ликвидацию источников загрязнения окружающей среды , улучшая тем самым экологическую обстановку вокруг действующих предприятий. Это относится к тем техногенным месторождениям, освоение которых сопровождается производством стройматериалов. Если же осуществляется только добыча металлов (цветных, редких и благородных), то из-за низкого их содержания количество техногенных отходов практически не уменьшается.

Таким образом, всё вышеизложенное указывает на актуальность и  важность проблемы переработки и полной утилизации отходов горнорудной, металлургической, топливно-энергетической и химической отраслей промышленности. Уже существующие и перспективные технологические разработки позволяют оптимистически оценивать прибыльность переработки техногенных месторождений и возможность перехода к безотходным технологиям для их полной ликвидации.