книги2 / geokniga-ekologo-ekonomicheskaya-i-socialnaya-effektivnost-geotehnologicheskih-metodov

отходов (источником отходов и изготовителем продукции из них может быть и одно предприятие). Bo-первых, затраты на производство продукции из вторичных минеральных ресурсов (BMP) часто бывают ниже, чем на аналогичную продукцию из первичного сырья. Кроме того, имеет место экономия затрат на вывоз и содержание отходов в отвалах, накопителях и на рекультивацию нарушенных земель. Необходимо также учитывать возможное изменение затрат у потребителя продукции, изготовленной с применением отходов, вследствие различных ее потребительских свойств, и продукции, полученной из первичного сырья. Возможно и сокращение транспортных расходов на перевозку продукции из отходов потребителю, если она передается с предприятий, расположенных ближе, чем поставщики продукции, изготовленной из первичного сырья [123, С.195-196].

Обобщая вышесказанное можно отметить, что для снижения темпов накопления горно-промышленных отходов в принципе следует решать две взаимосвязанные управленческие задачи: увеличение использования накопленных отходов и сокращение темпов их образования. На рис. 25 представлена типовая схема переработки отходов горно-металлургического комплекса (ГМК).

Рис. 25. Принципиальная схема переработки отходов ГМК (Примечание – данные работы [114, С.63])

В настоящее время имеются все необходимые ресурсы для производства по переработке промышленных отходов. Есть предприятия, на которых можно

161

изготовить необходимое оборудование для переработки отходов и получения из них товарной продукции.

Вреспублике осуществляется вторичная переработка различного вида промышленных отходов. Однако деятельность подобного рода сталкивается с финансовыми и прочими проблемами [114, С.63].

Вчастности, большое значение на этапе в использовании вторичных ресурсов приобретают инвентаризация и точный учет источников. Пока такая работа лишь налаживается, причем изучением в далеко не полной мере охвачены уже накопленные запасы.

Одна из научных проблем учета вторичных ресурсов заключается в качественном и количественном описании всех стадий движения того или иного элемента или энергии в системе «природа - общество - природа». Попытка схематического изображения потока важного элемента жизнеобеспечения – фосфора отражена на рис. 26.

14%

8%

Рис. 26. Потери фосфора в технологической цепочке (Примечание – данные работы [130, С.162])

Необходимой предпосылкой решения проблемы перевода отходов во вторичные ресурсы, потребляемые в расширяющихся масштабах, является создание полной информационной базы как части кадастра естественных и техногенных месторождений минерального сырья. При этом возникает необходимость в классификации отходов в интересах их использования с наибольшим народнохозяйственным эффектом.

Имеющийся опыт показывает, что отходы горнодобывающей промышленности и сопряженных отраслей, например, могут быть направлены в следующие сферы: 1) производство строительных материалов для зданий, инженерных сооружений и дорог; 2) закладка выработанного пространства рудников и карьеров, а также рекультивация нарушенных земель; 3) извлечение ценных сопутствующих компонентов; 4) выработка минеральных удобрений; 5) изготовление добавок в основное сырье; 6) физико-химическая мелиорация неудобных или низкопродуктивных угодий; 7) сжигание в качестве низкосортного топлива.

В отношении подвижности в окружающей среде отходы могут быть либо

162

мобильными, поступающими в среду со сточными водами, и газообразными, а также мелкодисперсными выбросами и способными, естественно, привести к загрязнению больших территорий и акваторий, либо немобильными - твердыми и нерастворимыми, характерными для добычи твердых полезных ископаемых.

По количественному критерию отходы разбиваются на крупнотоннажные, возникающие в процессе добычи, обогащения или переработки больших масс веществ (вроде отвалов шахт, металлургических шлаков или золы ТЭС) и малотоннажные, представляющие собой продукт деятельности мелких производств и различных технологических процессов. Систематизация данных об образующихся вещественных отходах производства и потребления в соответствии с предложенной выше схемой позволяет выявить приоритеты в организации их переработки, выделив виды, требующие наибольшего внимания. Дальнейшее уточнение должно производиться с учетом выбора возможных направлений использования конкретного вида отходов и эффективности замещения им первичного сырья

[130, С.162-163].

В информационно-поисковой системе по отходам и вторичным ресурсам следует предусмотреть наличие данных о потенциальных поставщиках и потребителях сырья, а также прогрессивных технологиях утилизации.

7.4Основные направления в использовании отходов черной и цветной металлургии

Как известно, Казахстан – один из основных регионов в СНГ по добыче железных, хромовых, марганцевых руд и производству из них проката и ферросплавов, что обусловлено наличием в недрах республики больших запасов соответствующего минерального сырья, характеризующихся к тому же сравнительно благоприятными условиями освоения. Причем практически все виды рудного сырья черной металлургии имеют комплексный вещественный состав, а определенная часть сопутствующих ценных компонентов уже на современном уровне развития техники и технологии может быть извлечена и эффективно использована в народном хозяйстве.

Так, из соколовских и сарбайских руд при комплексной их переработке возможно получение, помимо железного, пиритно-кобальтового концентрата с содержанием 49-50,4% серы и 0,15-0,17% кобальта при сравнительно высоком их извлечении. В целом в магнетитовых рудах Соколовско-Сарбайского месторождения присутствуют 25 попутных элементов - свыше половины балансовых запасов кобальта, значительные ресурсы меди, цинка, свинца, золота, серы, редкоземельных металлов, теряемые с хвостами обогащения.

Атасуйские гематит-магнетитовые руды являются хорошим сырьем для получения не только железа, но и такого ценного попутного элемента, как германий. Из руд месторождения Западный Каражал на протяжении десятилетий получают железный концентрат, а германийсодержащие отходы

163

сбрасываются в отвалы. Не меньшую ценность имеет и рений, также накапливаемый в магнетитовом концентрате атасуйских месторождений.

В настоящее время железная руда добывается главным образом открытым способом. И опыт полезного использования отходов железорудных карьеров довольно разнообразен и может быть проиллюстрирован многими примерами.

На ряде карьеров при открытом способе разработки железорудных месторождений, вскрышные работы производятся с отдельным складированием почвенного и подпочвенного слоев. После выемки руды производятся рекультивационные работы и распределение сохраненного почвенного слоя, что позволяет использовать земли для сельскохозяйственных угодий.

Во многих случаях вскрышные породы и отходы обогащения используются для засыпки карьеров, для производства закладочных материалов.

Открытый способ разработки железорудных месторождений сопровождается извлечением из недр значительного количества пород, которые могут быть использованы в производстве строительных материалов, не говоря уже об удовлетворении нужд самого металлургического производства в нерудных материалах. Сейчас из отходов вскрыши и обогащения руд можно производить щебень и песок. Иногда их можно использовать как технологическое сырье в производстве кирпича, цемента, извести, керамзита, каолина, пегматитов и других строительных материалов.

Например, на предприятиях АО «ССГПО» до 1 млн. м3 скальной породы применяют для изготовления товарного щебня. До 200 тыс.м3 песка в год идет в производство закладочных смесей отработанных горных выработок. Глины объемом до 25 тыс. м3 в год используются для производства керамзита.

Здесь же хвосты обогащения фабрики сухой магнитной сепарации применяются для подсыпки транспортных путей, а также для укрепления уступов откосов карьера. Хвосты обогащения мокрой магнитной сепарации складируются в спецотвалы с целью последующего извлечения из них ценных компонентов.

В первую очередь к отходам черной металлургии относятся различные шлаки – доменные, сталеплавильные и ферросплавные. Как показывает отечественный и зарубежный опыт, они являются ценным сырьем для производства широкого ассортимента материалов для промышленности, жилищного и дорожного строительства, а также применяются в качестве удобрений в сельском хозяйстве. Шлакопродукция по своим физикомеханическим свойствам не только не уступает, но в ряде случаев и превосходит по качеству заменяемые ею природные материалы.

Все шлаки черной металлургии имеют потребительную стоимость и пригодны для частичного использования внутри предприятий, а также для производства в широких масштабах различной шлакопродукции: гранулированного шлака, шлаковой пемзы (пористого заполнителя бетонов), минеральной ваты, щебня, применяемых в строительной индустрии,

164

известковых, фосфорных удобрений для сельского хозяйства.

Шлаки, используемые внутри предприятия, являются оборотным (возвратным) продуктом, а реализуемые на сторону — товарной продукцией данного предприятия, не используемые — отбросами производства. При современном уровне развития науки и техники все шлаки могут эффективно применяться в народном хозяйстве, поэтому наличие шлаков как отбросов производства следует считать недопустимым.

Кроме технологически неизбежных обычных шлаков, металлурги за счет улучшения комплексной переработки руд и чугуна производят еще специальные шлаки для ферросплавной и цементной промышленности. Так, из природнолегированного чугуна экономически и технологически целесообразно методом окисления переводить в шлак ванадий, марганец, ниобий и другие металлы, а затем использовать как сырье концентрат для получения металлов или их сплавов. Этот процесс широко распространен в современной технике.

Выплавляются следующие специальные шлаки: доменные высокоглиноземистые для цементной промышленности, которые получают при плавке железистых бокситов; ванадиевые - полуфабрикат для получения соединений ванадия и прямого легирования ванадием стали, получаемой при конвертерном переделе ванадиевых чугунов; малофосфористые - для выплавки низкофосфористых марганцевых сплавов (ферромарганца и силикомарганца), а также для производства металлического марганца.

Технически возможно и экономически целесообразно все шлаки доменного, сталеплавильного и ферросплавного производств перерабатывать в полноценные и дешевые продукты - строительные материалы, сельскохозяйственные удобрения и др.; при этом попутно извлекается металл, содержащийся в шлаках. Уменьшение потерь металла со шлаками и максимально экономически допустимое его извлечение из жидких или твердых шлаков — одна из важнейших проблем металлургического производства, так как металл является самым ценным компонентом, содержащимся в шлаке.

Рациональное и полное использование шлаков черной металлургии имеет важное экономическое и экологическое значение, а именно [131, C.1718]:

а) экономится первичное, более дорогое сырье и повышается комплексность его использования, исключается загрязненность окружающей среды отходами производства;

б) увеличиваются сырьевые ресурсы страны, появляется возможность дополнительного производства вторичного металлургического сырья строительных материалов, удобрений для сельского хозяйства без затрат в создание новых или расширение существующих горнодобывающих предприятий;

в) отпадает потребность в земельных площадях для складирования шлаков и организации горнодобывающих предприятий на объем используемого вторичного сырья;

г) сокращаются капитальные и эксплуатационные затраты, связанные с добычей и первичной переработкой природного минерального сырья, а также с

165

организацией и содержанием шлаковых, отвалов, которые занимают значительные площади;

д) повышается производительность общественного труда.

Утилизация шлаков не только сберегает природные ресурсы, но и создает новые (дополнительные) материалы для многих отраслей народного хозяйства. Например, доменные шлаки весьма эффективно используются для введения в цементную смесь, а также в производстве автоклавных бетонов, шлаковой пемзы и строительного щебня.

Шлаковая пемза — эффективный заполнитель при изготовлении тепло- и звукоизоляционных материалов. Ограждающие конструкции из шлаковой пемзы легче кирпичных на 15 %, а расход цемента при их производстве меньше на 15-20%. В стекольной промышленности доменный шлак используется при производстве стеклокристаллических материалов, окрашенной стекольной тары и облицовочной плитки [123, С.144].

И в то же время только отдельные предприятия полностью утилизируют доменные шлаки.

Еще в меньшей степени используются сталеплавильные шлаки. Между тем в них содержится около 20% металла, который может извлекаться и возвращаться в технологический процесс. Сталеплавильные шлаки эффективно применяются главным образом в производстве строительного щебня, минеральных компонентов асфальтобетона и местных вяжущих компонентов. Широкому же их применению в цементной промышленности препятствуют пестрый состав шлаков и значительные содержания металлов.

Ферросплавные шлаки применяются в производстве силикатного кирпича и автоклавных бетонов.

Велико технологическое назначение шлаков. Они предохраняют расплавленный металл от окисления и газонасыщения, а также очищают его от нежелательных включений. Роль шлаков в физико-химических процессах производства чугуна, стали и ферросплавов очень велика. Без качественного шлака нельзя получить хороший металл или сплав. Поэтому металлурги стремятся иметь шлак требуемых свойств и в минимальном технически необходимом количестве, чтобы за счет этого улучшать качество металла и технико-экономические показатели производства.

Отмеченные выше возможности эффективного применения шлаков черной металлургии далеко не исчерпаны. В будущем нужна более целенаправленная работа по повышению использования этого весьма ценного для народного хозяйства сырья.

На предприятиях цветной металлургии Казахстана накоплены и ежегодно образуются разнообразные и обширные отходы обогащения, шлаки, шламы и сульфатно-калийные соли глиноземного производства, фторангидритные отходы производства криолита, пиритные огарки, фосфогипс и др.

Основные направления в использовании отходов цветной металлургии: доизвлечение ценных компонентов, повторное обогащение старых отвалов, производство удобрений и другой химической продукции, производство

166

строительных материалов.

Внастоящее время большая часть используемых отходов идет на хозяйственно-технические нужды: для закладки и забутовки выработанного пространства шахт и карьеров, отсыпки чернового полотна дорог, дамб, насыпей, планировки площадок.

Вреспублике имеются большие возможности использования в народном хозяйстве попутно добываемых при вскрышных и добычных работах полезных ископаемых и пород. Примером может служить использование попутно добываемых вместе с бокситами огнеупорных глин.

Более десяти лет поставляется в виде попутной продукции высококачественный полевой шпат и кварц многим предприятиям электрокерамической, абразивной и фарфоро-фаянсовой промышленности.

Одним из попутных продуктов, нашедших применение в народном хозяйстве, является легкая фракция, получаемая в процессе обогащения руд в тяжелых суспензиях. Она используется в качестве дорожно-строительных и закладочных материалов.

Забалансовые и окисленные руды цветной металлургии, складированные

вотвалах, содержат большие количества меди, свинца, цинка. Часть этих руд перерабатывается методом кучного выщелачивания. Например, жезказганская отвальная окисленная руда перерабатывается на обогатительных фабриках. В Восточном Казахстане организовано кучное выщелачивание забалансовых руд Николаевского месторождения. Из отвалов николаевских забалансовых и металлоколлоидных руд будет перерабатываться методом кучного выщелачивания значительный объем руды.

Практика применения этого метода получения меди из бедных руд показала его перспективность, так как стоимость ее получения втрое ниже, чем при пирометаллургическом методе, а затраты труда из расчета на единицу металла меньше примерно в 10 раз [123, С.121].

Врезультате опытно-промышленных работ доказана рентабельность переработки окисленных руд Актогайского месторождения методом кучного выщелачивания. Разработана технология комплексной переработки целестинобаритовых руд одного из месторождений Казахстана. По флотационной схеме получены целестиновые и коллективные бариево-целестиновые концентраты, по гравитационной схеме — концентрат-утяжелитель. Хвосты обогащения являются сырьем для изготовления бетонных и асфальто-бетонных изделий и покрытий.

Исследования показали, что при благоприятном кустовом расположении полезных ископаемых (например, в Успенском рудном поясе) эффективно создавать крупномасштабные горнопромышленные комплексы (например, Жайремский, Коктенколь-Верхне-Кайрактинский и др.). При этом за счет планомерного, взаимоувязанного использования сырья, запасов сложных месторождений и минеральных ресурсов пояса в целом возникает возможность эффективного извлечения некоторых попутных компонентов отдельных месторождений, убыточных при раздельной их отработке. Эффект здесь дает аккумуляция попутных элементов при одновременной переработке

167

руд (содержащих одноименные компоненты) нескольких месторождений на одном перерабатывающем предприятии. За счет такой концентрации производства становится экономически эффективным и широкое промышленное использование вскрышных пород, хвостов обогатительных фабрик и вообще отходов производства, что окажет благоприятное влияние на охрану окружающей среды [123, С.119].

В целом возможности применения отходов цветной металлургии наиболее наглядно можно проиллюстрировать на примере использования нефелинового шлама алюминиевой промышленности (рис. 27).

Цветная металлургия базируется в значительной степени на сульфидных рудах, поэтому она занимает второе после энергетики место по выбросам сернистого ангидрида в атмосферу, причем удельные показатели ущерба, наносимого подобными выбросами, выше в связи с токсичностью аэрозолей, обогащенных тяжелыми металлами. Огромные масштабы поступления серы в окружающую среду при переработке топлива и руд, ущерб, наносимый окружающей среде ее соединениями, дефицит серы, необходимой для производства минеральных удобрений и других продуктов, предопределяют актуальность утилизации серосодержащих отходов. Цветная металлургия обладает значительными потенциальными ресурсами серы.

Рис. 27. Основные направления использования нефелинового шлама алюминиевой промышленности (Примечание – данные работы [130, С.171])

Видимо, в перспективе при соответствующем перераспределении средств цветная металлургия и теплоэнергетика могут обеспечить потребности страны в сере. Это даст возможность отказаться от увеличения мощностей по ее специализированному производству из природных серосодержащих руд и газов.

В общей проблеме использования отходов цветной металлургии существенную роль должна сыграть организация более полной переработки шлаков в продукты для производства строительных материалов, как это уже сделано для доменных шлаков черной металлургии. Шлаки медной и

168

никелевой подотраслей по своем прочностным характеристикам, теплофизическим свойствам, износо- и кислотостойкости значительно превышают аналогичные показатели доменных шлаков.

Шлаки металлургического производства цветных металлов после доизвлечения из них ценных компонентов могут использоваться в строительной индустрии. Исследования и практический опыт показали, что шлаки медного и никелевого производства пригодны в качестве заполнителей при изготовлении бетонов, а в гранулированном виде — в качестве вяжущего сырья. Бетоны автоклавного твердения, полученные на вяжущих продуктах гранулированных шлаков цветной металлургии, пригодны для изготовления бетонных и железобетонных конструкций [123, С.146].

Гранулированные шлаки цветной металлургии вполне могут использоваться в качестве железосодержащей добавки в сырьевую смесь цементного производства. Отходы медеплавильных и других металлургических заводов пригодны также для производства минерального волокна - дешевого теплоизоляционного материала.

Таким образом, шлаки цветной металлургии должны рассматриваться как дешевый источник получения целой гаммы строительных материалов, весьма дефицитных во многих промышленных и сельскохозяйственных районах страны.

7.5Экономически обоснованное направление утилизации отходов угледобычи и угольной энергетики

Современное развитие угольной промышленности и связанное с ним образование огромного количества твердых отходов производства, обладающих высокими потребительскими качествами, предопределяет настоятельную необходимость утилизации попутных минеральных ресурсов для нужд народного хозяйства. Это обеспечивает повышение экологоэкономической эффективности промышленных производств, особенно в части снижения отрицательного воздействия отходов производства на окружающую среду и одновременно улучшения показателей работы угольных предприятий.

В общем случае экологическая эффективность использования углеотходов заключается в снижении уровня загрязнения окружающей среды содержащимися в них вредными веществами и компонентами до норм предельно допустимых концентраций, установленных действующим законодательством. Важным аспектом является также уменьшение числа нарушенных земельных площадей, отводимых под складирование углеотходов в связи с их частичной или полной утилизацией.

Экономическая эффективность использования отходов угольной промышленности складывается из уменьшения затрат на добычу заменяемых видов первичного сырья, снижения себестоимости производства товарной продукции с использованием углеотходов по сравнению с традиционными способами производства, экономии топлива при производстве строительных мате-

169

риалов и изделий, освобождении земель, занятых породными отвалами, предотвращении загрязнения окружающей среды твердыми отходами производства.

Наиболее проработанное и экономически обоснованное направление и использование отходов добычи и обогащения углей в нашей стране и за рубежом - переработка их в кирпич и аглопорит.

Так, в настоящее время подробно изучены физико-химические свойства отходов обогащения углей Карагандинского бассейна. Полученные данные позволяют установить наиболее перспективные направления их применения: в качестве основного сырья при производстве кирпича и аглопоритового щебня (песка), добавок в шихту при получении кирпича, цемента, кремнеалюминиевых сплавов, вместо земляного грунта при закладке шахтного пространства (рис. 28).

Основным видом твердых отходов в энергетике являются золы и шлаки тепловых электростанций. Золошлаковые отходы могут с высокой эффективностью использоваться при производстве цемента, кирпича, бетона.

Отходы углеобогащения

Рис. 28. Направление и ожидаемые объемы использования с учетом потребности отходов углеобогащения Карагандинского бассейна (Примечание – данные работы [132, С.248])

Однако до настоящего времени доля утилизируемых в народном хозяйстве продуктов сжигания углей пока еще незначительна. Между тем известно, что отходы сжигания углей на тепловых электростанциях (ТЭС) представляют собой ценное сырье для народного хозяйства и в первую очередь для строительной индустрии. Шлаки, составляющие 10-20 % этих отходов, являются хорошим заполнителем бетона, используются в дорожном строительстве и для теплоизоляционных засыпок, а зола — в производстве цемента (как активная минеральная добавка к цементу и как компонент цементной сырьевой смеси), газобетона, керамзитобетонов, искусственных

170