Ресурсный аспект

Стоимость минерального сырья составляет 70% стоимости всех природных ресурсов, используемых обществом. Богатство недр не восполняются. Масштабы и темпы развития народного хозяйства требует все большего количества полезных ископаемых, разведанных запасов и экономного, рационального вовлечения их в добычу. Объем продукции горнодобывающей промышленности в 1980 г.превысил уровень 1965 г.в 2,5 раза.

Истощение трудности по выпуску горной продукции запасов минерального сырья, приводит ухудшению качества в эксплатацию вовлекаются месторождения с более сложными горно-геологическими и горно-техническими условиями освоения, в результате повышается себестоимость минерального сырья.

В результате снижения содержания компонентов в сырье для получения того же количества продукции требуется переработать больше горной массы. За последние 15 лет содержание железо в руде уменьшилось с 56-58 до 30-38 %, произошел переход на добычу железных кварцитов. В значительной степени увеличилась зольность угля. Поэтому объем добычи и переработки горной массы в ближайшие 10 лет увеличился в черной металлургии в 1,3 раза в промышленности по производству минеральных удобрений в цветной металлургии в 1,5 раза. В этих услоиях извелечения из недр попутных полезных ископаемых, утилизация отходов и снижение потерь при добычи и переработке позволяет увеличить сырьевой потенциал.

По своей геохимической природе большинство рудных месторождений являются комплексными. Так, например, железные руды магматического гидротермального генезиса, помимо основного элемента - Fe, входящего в состав главных рудных минералов (магнетита, гематита), содержат попутные ценные образования и компоненты: S, Co, Ni, V, Cu, Zn, Pb, Au, Ag и изоморфные примеси Se, Te, Cd. Исследования показали, что при переработке комплексных магнетитовых руд содержание Co, Cu и S в коллективном сульфидном концентрате увеличится по сравненю содержанием их в исходной руде в 20-25 раз, а меди в 10-20 раз. Полученный по простой схеме обогащения коллективный сульфидный концентрат является самрстоятельной рудой высокого сорта с содержанием S 45-50 %, Со 0,2-0,4 %, Сu 0,7-1,2 %. Это высококачественное сырье направляется в отвалы. Почти все Ag, Bi, Pt и платиноиды, более 20 % Au, - 30% S получают «попутно» из комплексных месторождений полезных ископаемых. Редкие и рассеянные элементы получены только из комплексных руд цветных и черных металлов, угля и нерудного сырья. Они, как правило, не образуют самостоятельных месторождений и могут быть извлечены на стадии обогащения из минерального сырья или металлургического передела.

Так, основным источником получения германий являются золы ТЭЦ и некоторые сульфидные руды. Основными носителями германий в железных рудах являютя магнетит и мартит. В медных медно – молибденовых рудах и медистых содержатся Re и Se (Se-10-80 г/т в медных сульфидных рудах).

Ge, Cd, Tl и Zn часто встречаются в свинцово – цинковых и полиметаллических рудах. Ge больше всего концентрируется в пирите, сфалерите и галените. Оловосодержащие полиметаллические руды являются источником получения Zn. Различные виды Al – го сырья – бокситы, являются носителями Ge. Крупным сырьевым источником для комплексного извлечения ряда цветных компонентов являются многочисленные отходы и промпродукты производства, в которых концентрация отдельных металлов значительно превышают концентрацию их в рудах. Цветная металлургия благодаря комплексному использованию сырья дополнительно производит значительное количества серной кислоты (получаемое из металлургических газов), почти все пиритное серосодержащие сырье, Co, Pt и платиновые металлы Au, редкие рассеянные элементы и т.п. Комплексность предусматривает совместное использование в технологии энергетических ресурсов и микроэлементов, улучающих плодородие почвы, использование шахтных вод и т.д. Изменение сырьевой базы имеет особое значение для производства Al и S. Естественно, алюминия много содержится в отходах. При комплексной переработке золы углей, получают цемент и другие стройматериалы, редкие металлы, продукты основной химий. Такое комплексное производство не менее рентабельно. Если учесть стоимость хранения отходов, занимаемые природы или полезные и исчерпание бокситовых месторождений, то развитие производства алюминия, безусловно следуй ориентировать на отходы. Еще более парадоксальным является разработка месторождений серы, в то время как извлекаемая в виде сульфидов сера выбрасывается с отходами. Сера содержится во всех основных рудах цветных металлов, в углях и отходах обогащения углей главным образом в виде сульфидов железа – пирита и пирротина. В пирометаллургических процессах и при сжигании углей большая часть серы выбрасывается в атмосферу и является основным вредным компонентом пылегазовых выбросов.

Каким образом можно поднять уровень использования минеральных ресурсов недр?

Уровень использования минеральных ресурсов недр можно поднять с помощью кондиций на полезные ископаемые. Кондиции-минимум для комплексных руд устанавливаются по условному и основному компоненту. Это значит, что запасы минерального сырья могут быть отнесены к за балансовым, если приведенная к основному компоненту содержание всех извлекаемых компонентов не отвечает кондиционному параметру. Часто кондиционность запасов комплексных руд определяют только по фактическому содержанию основного компонента без учета попутных извлекаемых компонентов (которое следовало бы проводить к основному)и, конечно, без учета использования отходов горного производства. В силу несовершенства оборудования и технологии извлечения полезных элементов из руд еще недостаточно. Извлечение на лучших фабриках отрасли значительно выше среднеотраслевого. Меди на Балхашской и Джезказганской фабриках 90-93%, пятиокиси Р₂О₅ на АФН-1 и АНОФ – 2 выше 93%, на фабрике п/о «Фосфорит» более 94%. Дальнейшие повышение извлечения может быть связано с вовлечением в переработку отходов. Часто использование отходов нельзя откладывать на будущие. Складируемые отходы во многих случаях значительно видоизменяются, теряют свои технологические свойства и практическую ценность. Анализ потерь извлекаемых ценных компонентов в различных операциях показал, что наиболее значительны потери в процессе обогащения. При обогащении теряется четверть добытого Fe, W, Mn 40% Р₂О₅ (из фосфоритов, более ¹/₂ Со и Sn). Часто низки показатели попутного извлечения полезных компонентов из комплексных руд. Извлечение апатита из комплексных полезных руд составляет 62%, барита из полиметаллических руд 63%, серы из пиритных концентратов 64%, Zn из медно – цинковых руд Урала 64%.

Балансовый расчет современного состояния накопления и утилизации отходов горных отраслей промышленности показывает, что существенный уровень производства может быть обеспечен при снижении объема добычи горной на 20-25%, снижение общей себестоимости продукции на 10-15%, оздоровлении экологической обстановки в районах горноперерабатывающих предприятий.

Основные понятия и классификация

Определение безотходной технологии использования минерального сырья.

Европейской экономической комиссией (ЕЭК) ООН в «Декларации о малоотходных и безотходных технологиях и использовании отходов», принятой в Женеве в 1979 г., безотходная технология определяется, как практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека добиться обеспечения рационального использования природных ресурсов и энергии и охраны окружающий среды. Комиссия Европейских сообществ использует следующее определение: чистая технология – это метод производства продукции при наиболее рациональном использовании сырья и энергии, позволяющий одновременно снизить объем выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ и количество отходов получаемых при производстве и эксплуатации изготовленного продукта.

Под безотходной технологической системой понимается отдельное производство или совокупность производств, в результате практической деятельности которых не происходит отрицательного воздействия на окружающую среду (академики: Семенов Н.Н и Петряков-Соколов И.В.) концепция безотходной технологии условна, идеальная модель производства с развитием технического прогресса более приближается к идеальной. Концепция безотходной технологии подвергается критике. Оппоненты, ссылаясь на второй закон термодинамики, утверждают, что как энергию нельзя полностью перевести в работу, так и сырье невозможно целиком переработать в продукты производства и потребления. С этим нельзя согласиться, поскольку для сохранения окружающей среды все продукты должны быть экологически безвредны. Примером служат безотходно функционирующие природные экосистемы.

Полное использование твердых отходов иногда называют безотвальной технологией. Составной частью безотходной технологии является бессточная технология т.е. не имеющая жидких отходов.

Основными направлениями создания бессточной технологии являются: 1) использование безводных технологических процессов с минимальным водопотреблением; 2) выбор комплекса производства, обеспечивающего последовательное многократное использование воды; 3) максимальное развитие водооборотных систем; 4) локальная очистка сточных вод с утилизацией ценных компонентов; совершенствование существующих и разработка новых, главным образом безреагентных методов очистки сточных вод; замена водяного охлаждения воздушным; вывод отходов технологического процесса преимущественно твердой фазы или концентрированных растворов в целях их утилизации или захоронения.

Понятие потерь в горно-металлургическом комплексе

Общие потери в недрах и потери отходов составляют в сумме общие потери полезного ископаемого как природного ресурса. Классификация потерь при добыче основывается на использовании признаков причины и места образования потерь. В процессе переработки полезных ископаемых и, в частности, обогащения, строго выделить место образования потерь невозможно. Например, операции подготовки руды (дробление, измельчение, классификация). При рассмотрении взаимосвязанных звеньев технологической цепи добыча (разработка месторождения) – обогащение – металлургический передел возможна классификация потерь и отходов по переделам. Оценка суммарных потерь является их аддитивной функцией по рассматриваемым подсистемам. Однако возможно существование различных принципов классификации и оценки потерь, отражающих специфические особенности каждой подсистемы. В настоящие время нет данных для строгой количественной оценки значимости каждого вида потерь, методики определения каждого из них. Потери и отходы в металлургическом переделе существенно зависят от качества продуктов обогащения. Тесная связь существует между потерями при обогащении и снижении качества руды в результате разубоживания вмещающими породами, а так же материалами закладки выработанного производства. Таким образом, возникает оптимизационная задача оценки и снижения потерь во взаимосвязанных подсистемах.

Основные термины и определения

Природные ресурсы – часть всей совокупности природных условий существования человечества и компоненты окружающей его естественной среды, используемые в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества. Природные ресурсы включают в себя совокупность минеральных ресурсов недр и мирового океана, почву, воду, растительный и животный мир.

Безотходная технология использования (переработка) горной массы – система технических, технологических, экономических, организационных средств, направленная на максимальное использование минерального сырья, вводится степень безотходности как количественная мера использования и экологической безвредности добытого сырья.

Малоотходная технология использования (переработка) горной массы – частный случай безотходной технологии, характеризующийся частичным использованием отходов и незначительным ущербом окружающей среде.

Безотходный технологический процесс – технический комплекс для переработки горной массы, обеспечивающий экономически эффективную комплексную переработку с минимально возможным количеством отходов и не наносящий ущерб окружающей среде.

Водооборот – система многократного использования воды в технологическом процессе, предусматривающая отделение воды от готовых продуктов, очистку и регенерацию до состояния, пригодного до повторного использования воды.

Отходы - неиспользованные остатки сырья, продуктов, образующиеся в результате производства или потребления.

При создании безотходной технологии, оценке полноты и комплексности использования полезного ископаемого, экономическом обосновании безотходных схем не следует использовать термин отходы для обозначения технологических продуктов, образующихся в процессе переработки по переделам, не являющихся товарным продуктом этого передела и направляемых на последующую переработку или использование как товарного продукта для смежных производств.

Вторичные минеральные ресурсы (ВМР) – минеральное сырье, переработка которого технологически возможна и целесообразна.

Суммарные потери – общие потери ценных и попутных компонентов (рудных, нерудных) по всей технологической цепи переработки полезного ископаемого (добыча обогащение – металлургический передел-утилизация отходов), не попавшие в товарные продукты.

Разубоживание – снижения содержания полезного компонента в добытом полезном ископаемом по сравнению с содержанием в балансовых запасах, характеризующееся соотношением концентрации полезного компонента в запасах и добытой руде.

Загрязнение среды – степень вредного воздействия промышленного объекта на окружающую среду с учетом социальных, гигиенических, экономических факторов.

Выброс – случайный или преднамеренный поток вещества и энергии, загрязняющий окружающую среду.

Установившееся загрязнение – регулярно повторяющийся или постоянно существующий поток веществ или энергии, загрязняющий окружающую среду.

Возможный ущерб – потери, возможные при загрязнении среды и отсутствии природоохранных мероприятий, выраженные в стоимостной форме. Возможный ущерб может проявляться в виде потерь трудовых, материальных, денежных ресурсов, возникающих при загрязнении водного и воздушного бассейна.

Определение народнохозяйственного ущерба

Фактические или возможные последствия потерь каких либо ресурсов в процессе производства в результате отрицательных воздействий горно-промышленных предприятий на окружающую среду, сельское хозяйства, лесное и водное хозяйства, запасы полезных ископаемых в недрах, а так же потери или урон от каких либо действий, а так же воздержания от них, выраженные в стоимостной форме.

Общая классификация отходов

В горном производстве необходимо учитывать сложившиеся подходы и перспективу организации безотходных технологий. Отходы и потери следует классифицировать по горнодобывающим отраслям: угольной, черной металлургии, цветной металлургии, горной, химической производство стройматериалов, ядерных материалов, нефтяной и газовой промышленности; по фазовому составу: твердые, жидкие, пылегазовые; по производственным циклам: при добыче (вскрышные и отвальные породы; при обогащении (хвосты, шламы, сливы); гидрометаллургии (шлаки, растворы); пирометаллургии (шлаки, возгоны)).