Часть III утилизация отходов добычи и переработки твердых горючих ископаемых

111.1. Отходы добычи и переработки углей

В угледобывающих странах (СССР, США, КНР, ФРГ, ГДР, ЧССР и др.) выход твердых отходов при открытой добыче со­ставляет 3 – 5 т, при шахтной – 0,2 – 0,3 т на 1 т добываемого угля или сланца. При обогащении углей выход хвостов состав­ляет 0,15 – 0,35 т/т угля [1]. В настоящее время только в угле­добывающей промышленности ежегодно накапливается около 2,1 млрд. т твердых отходов, в том числе при открытой добы­че – 1,9, при подземной – 0,12, при обогащении 0,1 млрд. т. На транспортирование, складирование, создание хранилищ и хранение этих отходов расходуется более 400 млн. рублей. В связи с ухудшением условий добычи и качества углей систе­матически увеличивается количество твердых отходов, причем эта тенденция будет наблюдаться и в ближайшей перспективе. Аналогичное положение и с золошлаковыми отходами. Так, в отвалах электростанций в УССР хранится более 145 млн. т золошлаковых отходов, занимающих площадь более 3,5 тыс. га. За год на электростанциях образуется 10 млн. т золошлаковых отходов, в которых содержится примерно 2 млн. т угля. На коксохимических заводах УССР ежегодно образуется более 7 млн. т отходов углеобогащения и более 330 тыс. т отходов химических цехов.

По данным на 1984 г. во всем мире было получено примерно 0,7–1,0 млрд. т золошлаковых отходов. Только в США от сжи­гания углей на ТЭС образуется ежегодно 50–60 млн. т золо­шлаковых отходов. Предполагается, что к 1995 г. количество золошлаковых отходов составит в США ПО млн. т, а в Японии 5,7 млн. т.

Необходимо отметить, что с отходами добычи и обогащения твердых горючих ископаемых (ТГИ) теряется большое количе­ство топлива. В настоящее время, по ориентировочным расче­там, только с отходами обогащения в СССР ежегодно теряется 3,4 – 5 млн. т угля. На восполнение этих потерь при заданной потребности народного хозяйства необходимо вводить дополни­тельные мощности и затратить на это 300 – 400 млн. руб. капи­тальных вложений [3].

Кроме твердых выбрасывается и огромное количество жид­ких и газообразных отходов. В США, например, общее количе­ство всех отходов, сбрасываемых в водоемы и атмосферу, со­ставляет свыше 200 млн. т в год. При сжигании различных ви­дов топлива ежегодно расходуется 10 – 12 млрд. т кислорода, который взаимодействует с углеродом, образуя более 20 млрд. т диоксида углерода, содержание которого в атмосфере постепен­но увеличивается и составляет в настоящее время 0,032 – 0,034%.

111.1.1. Классификация отходов

Твердые отходы состоят из минерального и органического ве­щества. Во всех отходах добычи и обогащения ТГИ находится «остаточное» количество углерода. Так, например, в отходах углеобогащения содержание углерода колеблется от 2,9 до 28,8%, причем такой разброс показателей объясняется различ­ным химическим составом породы и технологической эффек­тивностью процессов, осуществляемых на обогатительных фаб­риках.

Детальная классификация твердых отходов приведена в ра­боте [1]. На основе анализа литологического состава отходов добычи и обогащения углей рекомендуют классифицировать их на три группы: глинистые (более 50% глин), песчаные (более 40% песчаника и кварцита) и карбонатные (более 20% карбо­натов). В СССР среди отходов добычи и обогащения углей пре­обладают глинистые (в Донбассе, например, содержание гли­нистых пород – около 70%, в Экибастузе – до 90% и т. д.). В сланцах Прибалтийского бассейна сопутствующими являют­ся карбонатные породы.

Предлагается также классификация отходов по физико-ме­ханическим (основное – пластичность), тепло-физическим свой­ствам, по характеристике органического вещества и др.

Важное значение имеет содержание микроэлементов в уг­лях и сланцах. В настоящее время их обнаружено свыше 70, но общее содержание, как правило, не превышает 0,1%- Есть месторождения ТГИ, в которых содержание микроэлементов в сотни – тысячи раз выше, чем в их кларках в осадочных поро­дах. В отдельных образцах ТГИ (в пересчете на золу), напри­мер, содержание лития, цезия, скандия в 550, 360, 260 раз, а рубидия и тантала – в 900 раз выше, чем в кларках. Необ­ходимо отметить, что часть микроэлементов являются токсич­ными (мышьяк, ртуть, фтор, свинец, молибден, хром и др.). В отдельных случаях целесообразно предварительно выделять и утилизировать некоторые микроэлементы, а затем использо­вать твердые горючие ископаемые. С этой точки зрения наи­большее значение имеют германий, уран, молибден, золото, се­ребро и др. Наиболее характерен в этом отношении германии. В ряде стран угли и углистые породы являются главным сырье­вым источником получения германия. В углях СССР содержа­ние германия находится в пределах от 1 до 2000 г/т сухого уг­ля. Если среднее содержание германия в углях примерно соот­ветствует кларку (1,4 г/т), то в золе – оно значительно вы­ше [1].

Для производства металлургического кокса ежегодно рас­ходуется 450 млн. т каменных углей, из которых в качестве «вторичного» продукта получают 16 млн. т каменноугольной смолы. По основным углеперерабатывающим странам произ­водство каменноугольной смолы составляет примерно следую­щее (тыс. т): США – около 1800, Японии – 2400, KНР – 800, ФРГ – 1500 и др. Во всех странах каменноугольную смолу час­тично используют в качестве топлива главным образом в до­менных печах, а большую часть – для получения различных хи­мических продуктов. В настоящее время для получения хими­ческих продуктов в мире используют около 3% угля от его об­щего потребления.