Вопросы и проектные задания для модуля 5:

Проектное задание 1: Провести сравнительную характеристику техногенных месторождений электротермофосфорных и металлургических шлаков.

Проектное задание 2: Охарактеризовать условия образования электротермофосфорных шлаков.

Проектное задание 3: Описать отрасли промышленного использования электротермофосфорных шлаков.

Проектное задание 4: Охарактеризовать новые направления и технологии использования электротермофосфорных шлаков.

Вопросы для самоконтроля:

1. Дайте общую характеристику электротермофосфорных шлаков.

2. Назовите характерный химический состав электротермофосфорных шлаков.

3. Перечислите новые направления и технологии использования электротермофосфорных шлаков.

4. Назовите районы в СНГ распространения техногенных месторождений электротермофосфорных шлаков.

Тесты рубежного контроля:

1. Техногенные месторождения электротермофосфорных шлаков образуются при переработке природных:

а. слюд

б. боратов

в. каолинов

г. фосфоритов

2. При помоле электротермофосфорных шлаковпроявляются следующие новые свойства:

а. вспучивание

б. растворение

в. гидравлическая активность

3. При термообработке электротермофосфорных шлаков проявляются следующие новые свойства:

а. вспучивание

б. спекание

в. гидравлическая активность

4. При выпуске 1 т фосфора получается:

а. 10—14 т огненно-жидкого шлака

б. 2—3 т огненно-жидкого шлака

в. 20-22 т огненно-жидкого шлака

Модуль 6. Состояние, перспективы и проблемы использованиятехногенного минерального сырья

Все охарактеризованные в первой части курса “Техногенные месторождения” отходы, образующиеся в результате добычи, обогащения и последующей переработки твердых полезных ископаемых, объединяются в большую группу горнопромышленных отходов. Наиболее крупнотоннажными из них являются вскрышные и вмещающие породы, отходы обогащения, металлургические шлаки, золы и шлаки электростанций.

6.1. Состояние и перспективы использования техногенных месторождений в России и странах ближнего зарубежья

Средние годовые объемы (млн. т) образующихся в России и странах ближнего зарубежья горнопромышленных отходов приведены ниже:

Вскрышные, вмещающие породы и отходы обогащения....................................................................................................................5600

Металлургические шлаки......................................................................110

Золы и шлаки тепловых электростанций.............................................100

Фосфогипсы..............................................................................................20

Электротермофосфорные шлаки...............................................................5

Систематический учет годового выхода отходов и состояния отвалов ведется лишь по шлакам черной металлургии и золошлаковым отходам сжигания энергетического твердого топлива. Государственным институтом по проектированию металлургических заводов (Гипромез) ежегодно выпускается справочник, по количеству и качеству образующихся и накопленных в отвалах доменных, сталеплавильных и ферросплавных шлаков, объемам и направлениям их утилизации, по экономическим показателям переработки. Подобный справочник выпускается также Всероссийским теплотехническим институтом (ВТИ) по топливно-энергетическим шлакам. По этим двум видам отходов имеются разработанные планы расширения утилизации и совершенствования технологии переработки. Значительно сложнее обстоит дело с учетом других видов горнопромышленных отходов, особенно вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения.

Концентрирующаяся в Госкомстате отчетность о комплексном использовании полезных ископаемых недостаточно полная. Она не содержит сведений о состоянии изученности возможностей пользования отходов и другой информации, необходимой для планирования их более широкой утилизации. Для этих целей создан банк данных, содержащий сведения по территориям о потребности в сырье для производства основных видов строительных материалов.

К сожалению, создание такого банка не решает многих аспектов проблемы. Во-первых, потому, что данные в нем далеко не полны, что вполне естественно, поскольку достаточно детальный учет не ведется непосредственно на местах добычи и переработки. Во-вторых, формы выдачи информации несовершенны и пользование ими затруднено. Кроме того, большим минусом такого банка является то, что он имеет узкоцелевую направленность, поскольку горнопромышленные отходы рассматриваются в нем с позиций их использования лишь в производстве строительных материалов.

В производственном геологическом объединении "Севзапгеогия" разработана форма учета горнопромышленных отходов, проведена паспортизация 56 предприятий, находящихся на территории Мурманской, Ленинградской, Новгородской областей и Карелии.

Имеется опыт паспортизации минеральных отходов обогатительных фабрик, предприятий цветной металлургии и др. Однако всеобщий и систематический учет горнопромышленных отходов не ведется, что, безусловно, препятствует расширению их утилизации.

В России и странах ближнего зарубежья ежегодно обуется 5,6 млрд. т отходов добычи твердых полезных ископаемых, из которых 5 млрд. т составляют вынимаемые из недр вскрышные и вмещающие породы, а 0,6 млрд. т - отходы обогащения. По-видимому, фактическое образование отходов несколько выше, поскольку не удается учесть многочисленные мелкие карьеры, главным образом стройматериалов, а также некоторые горнодобывающие предприятия цветной металлургии, химической промышленности и других.

Выход отходов добычи и обогащения полезных ископаемых в различных районах колеблется в широких пределах. Больше всего их образуется в Донецко - Приднепровском, Казахском, Уральском, Западно- и Восточно-Сибирском, Дальневосточном, Северном районах.

Наибольшее количество вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения (2,4 млрд. т., т.е. более 40 %) накапливается на предприятиях угольной промышленности, где сочетаются большие объемы добычи и высокая доля открытых разработок. Особенно велики объемы вынимаемых из недр вскрышных пород в Кузбассе, Красноярском крае, Амурской области, на Украине. Второе место по количеству отходов добычи (учтено 1,7 млрд. т. в год) занимает черная металлургия. Основной объем образуется на железорудных и марганцевых карьерах Украины, Курской магнитной аномалии, Урала. В цветной металлургии в связи с тем, что преобладает подземная добыча, выход отходов меньше (учтено 0,7 млрд. т. в год). На горнодобывающих предприятиях остальных отраслей суммарный годовой выход вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения составляет 0,8 млрд. т. в год.

Степень утилизации горнопромышленных отходов в Росси и странах ближнего зарубежья низкая. В отвалы и хвостохранилища ежегодно поступает более 2 млрд. т. "пустой" породы.

В настоящее время в строительной индустрии утилизируется 2,3 % годового выхода вскрышных и вмещающих пород, 15 % входов обогащения, 67 % шлаков черной металлургии, 8 % золошлаковых отходов тепловых электростанций, 80 % электротермофосфорных шлаков, более 5 % фосфогипсов. Низкая степень использования большинства видов горнопромышленных отходов ведет к интенсивному росту отвалов и хвостохранилищ, в которых сейчас скопилось свыше 60 млрд. т. горной массы. Эти отвалы наносят ощутимый вред окружающей среде, занимая огромные площади, нарушая природный ландшафт, загрязняя воздушный бассейн, поверхностные и подземные воды. Радиус вредного воздействия на природу в 10-15 раз превышает площадь самих отвалов. Особенно существенное воздействие тонких шламов - отходов обогащения руд цветных металлов. Такие шламы содержат целый ряд химически устойчивых компонентов, которые проникают в грунтовые воды и отравляют их. Трудно оценить последствия хранения тонкой фракции обогащения асбестовых руд, состоящей на 60 % из тончайшей канцерогенной асбестовой пыли.

Недопустимо загрязнена атмосфера в угледобывающих районах Украины и Кузбасса. Очень сложная экологическая обстановка создалась в некоторых областях Казахстана, Урала, Курской магнитной аномалии.

Объем ущерба, наносимого отвалами и хвостохранилищами народному хозяйству, трудно поддается учету. Он складывает из огромных потерь от изъятия пригодных для использования земель, нарушения экологического равновесия и затрат на устройство и содержание отвалов. Достаточно сказать, что в России и странах ближнего зарубежья нарушено горными работами 2 млн. га земельных угодий.

Затраты на устройство хвостохранилищ достигают 10 % от общих затрат на строительство горнорудных предприятий. Велики затраты на содержание отвалов в угольной промышленности. Так, на Ангренском угольном разрезе они составляют около 60 % от себестоимости товарной продукции. В связи с общим ростом потребления минерального сырья и возрастанием доли карьерной добычи при увеличении ее глубины проблема утилизации горнопромышленных отходов с каждым годом все более обостряется. Уже в настоящее время 80 % руды для черной металлургии добывается открытым способом. Глубокими карьерами (более 200 м) разрабатывается около половины месторождений. В дальнейшем число таких карьеров будет интенсивно возрастать. Их глубина достигнет 600-700 м и более. Так, глубина Сарбайского карьера составит 750 м, Качарского 720 м.

Таким образом, расширение утилизации отходов добычи, обогащения и дальнейшей переработки твердых полезных ископаемых становится все более злободневной обостряющейся проблемой.

Первоочередные проекты по очистке загрязненных территорий предлагается осуществлять в рамках федеральной целевой программы «Экологическая безопасность России», проект концепции которой разработан и согласован со всеми предполагаемыми государственными заказчиками. Реализация программы начнется уже в 2014 году.

В число «кризисных» и требующих оперативной ликвидации отходов объектов включен ряд территорий горно-обогатительных, добывающих и химических предприятий, в том числе прекративших свое существование. По степени загрязненности наиболее показательными являются: ОАО «Фосфор»: Акташское горно-металлургическое предприятие на Алтае, ГОК «Тувакобальт» в Республике Тыва, «Уфахимпром» в Башкортостане, «Беловский цинковый завод» в Кемеровской области, и др.

Конечно, не все горнопромышленные отходы могут найти применение. Наиболее широки возможности утилизации металлургических, электротермофосфорных, топливно-энергетических шлаков, фосфогипсов, которые теоретически полностью могут перерабатываться на строительные материалы, удобрения и другие ценные продукты. Иначе обстоит дело с отходами добычи. Основываясь на результатах изученности качества вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения, сведениях об их составе, способе обогащения и проводя аналогию между однотипными месторождениями установлено, что для получения строительных материалов может быть утилизировано 27 % годового выхода вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения (1,5 млрд. т.), т.е. в 7 раз большем, чем используется сейчас. В этой группе отходов самые широкие возмести утилизации у хвостов обогащения, которые имеют, как правило, более однородный состав, чем вскрышные и вмещающие породы. Облегчает их использование и то, что они измельчены, а иногда и фракционированы.

Возможности утилизации вскрышных и вмещающих пород связаны с генезисом основного полезного ископаемого. Наиболее распространены осадочные вскрышные и вмещающие породы. Их количество (годовой выход) оценивается ориентировочно в 3,3 млрд. при общем годовом выходе вскрышных и вмещающих пород 5 млрд. т, из которых 1,5 млрд. т составляют не имеющие прямой генетической связи с основным полезным ископаемым - песчано-глинистые, реже карбонатные породы четвертичного и неогенового возраста. Степень их утилизации в качестве минерального строительного сырья низкая и оценивается в среднем в десятые доли процента. В большинстве случаев они пригодны лишь как материал для закладки выработанного пространства, отсыпки дорог, строительства временных плотин и других сооружений. Однако иногда представляют собой ценное сырье для производства строительных материалов, как, например, на месторождениях железистых кварцитов Курской магнитной аномалий, где во вскрыше залегают кварцевые пески, мел, кирпичные и керамзитовые глины.

Большую группу составляют вскрышные и вмещающие породы месторождений угля, горючих сланцев, фосфоритов, глин и песков различного назначения. Их годовой выход 1,4 млрд. т. Породы песчано-глинистые. карбонатные, иногда базальты (Кайерканское месторождение угля в Красноярском крае). Они утилизируются для производства щебня, песка строительного, кирпича глиняного, строительной керамики, песчано-гравийной смеси. Степень утилизации несколько выше, чем в предыдущей группе, и составляет 1 %. Могут использоваться в качестве стекольного, цементного сырья, для производства извести.

Вскрышные и вмещающие породы месторождений самородной серы, бокситов, гипсов, известняков, доломитов различного назначения представлены карбонатными породами, гипсами, мергелями, глинами. Их годовой выход 120 млн. т. Породы довольно широко используются для производства щебня (свыше 10 % годового выхода). Могут быть применены также для получения строительной извести (Билютинское месторождение известняков для химической промышленности в Бурятии), гипса, цемента (Гаурдакское месторождение самородной серы в Туркменистане), глиняного кирпича, керамзита (Жирновское месторождение флюсовых известняков в Ростовской области); минеральной ваты, керамдора (Гремячевское месторождение доломитов в Нижегородской области), термолита (Алексеевское месторождение цементного сырья в Мордовии).

Во вскрыше месторождений осадочных марганцевых, железо-марганцовых, железных руд залегают бентонитовые, гидрослюдистые глины, кварцевые пески, известняки, глинистые сланцы, суглинки. Их годовой выход 260 млн. т. Породы утилизируются в качестве керамзитового сырья и строительного песка (1 % годового выхода). Могут также использоваться для производства цемента, глиняного кирпича, стеклоизделий (Никопольское месторождение марганца в Днепропетровской области).

Относительно небольшую группу представляют россыпные месторождения. На них вскрыша представлена, как правило, песчано-глинистыми породами, их годовой выход - 50 млн. т. Утилизируются породы очень мало, лишь в качестве строительного песка (Иршанское месторождение апатит-ильменитовых руд в Житомирской области).

Годовой выход магматогенных и метаморфогенных вскрышных пород почти в два раза ниже, чем осадных. Это обусловлено их меньшей распространенностью в верхних горизонтах.

Среди собственно магматических месторождений выделяются две группы. К первой группе отнесены вскрышные и вмещающие породы большого числа полезных ископаемых - нефелиновых, апатит-нефелиновых, апатит-магнетитовых, сульфидных, медно-никелевых, хромитовых руд, строительного, облицовочного камня. Вскрышные и вмещающие породы месторождений этой группы представлены широким комплексом магматических пород, преимущественно основных и щелочных. Их годовой выход 275 млн. т. Утипизируется около 4 %, главным образом для производства щебня и в качестве облицовочного камня. Они могут применяться также для получения декоративного щебня (Хибинская группа месторождений апатит-нефелиновых руд в Мурманской области), каменного литья, минеральной ваты, поделочного камня (Талнах-Октябрьская группа месторождений сульфидных медно-никелевых руд в Красноярском крае).

В особую группу выделены месторождения алмазов, вскрыша которых представлена известняками. Годовой выход вскрышных пород 70 млн. т. Утилизируется менее 3 % на щебень. Возможно производство цемента (некоторые кимберлитовые трубки в Якутии).

С пегматитами связаны месторождения слюд, полевого шпата, кварца, редких металлов. Вскрышные и вмещающие породы - гнейсы, мигматиты, пегматиты, амфиболиты. Их годовой выход 5 млн. т. Утилизируются в качестве щебня. Могут применяться для получения высококачественных полевошпатовых и кварцевых материалов (Мамско-Чуйская группа месторождений слюдоносных пегматитов в Иркутской области).

Большую группу составляют скарновые месторождения магнетитовых кобальтсодержащих, полиметаллических, вольфрам-молибденовых, боратовых руд. Вскрышные и вмещающие породы на них представлены роговиками, скарнами, гранодиоритами, сиенитами, гранитами, кварцевыми диоритами, известняками, мраморами, диабазами. Годовой выход 330 млн. т. Утилизируется 4 % на щебень, поделочный камень. Возможными областями использования в строительной индустрии являются производство извести (Тырныаузское месторождение вольфрам-молибденовых руд в Кабардино-Балкарии), строительного гипса, ангидритового цемента (Дальногорское месторождение в Приморском крае).

Гидротермальные месторождения по характеру вскрышных и вмещающих пород подразделяются на четыре группы.

На месторождениях кварц-вольфрамовых, кварц-молибденовых, кварц-касситеритовых, золото-мышьяковых, сульфидных касситеритовых, молибденовых, медно-молибденовых руд вскрышные и вмещающие породы представлены кварцевыми диоритами, гранит-порфирами, гранодиоритами, диоритами, окремненными песчаниками, сланцами, диабазами, туфобрекчиями. Годовой выход 85 млн. т. Породы утилизируются для производства щебня (8 %). Могут быть также использованы для изготовления цемента (Холтосонское месторождение вольфрам-молибденовых руд в Бурятии), полевошпатовых материалов (Сорское - молибдена в Красноярском крае).

Вскрышные и вмещающие породы месторождении флюорита, магнезита, брусита, а также ртутных, сурьмяно-ртутных, некоторых магнетитовых руд, медистых песчаников представлены известняками, доломитами, кремнистыми, углистыми сланцами, кальцифирами, туфобрекчиями, траппами, песчаниками, аргиллитами. Их годовой выход 75 млн. т. Утилизируется 8 % для производства щебня, преимущественно карбонатного и в очень небольших количествах - в качестве поделочного камня. Можно использовать и как декоративный щебень (Кульдуское месторождение брусита в Хабаровском крае). Особую группу составляют месторождения хризотил-асбеста и талька, вскрыша и вмещающие породы которых сложены перидотитами, серпентинитами, габбро-диоритами, гранитами. Их годовой выход 200 млн. т., из которых около 2 % утилизируется на щебень, как правило, высококачественный. Могут использоваться для получения мозаичной крошки (Тетри-Миндорское месторождение талька в Грузии), минеральной ваты (Баженовское - хризотил-асбеста в Свердловской области).

В последнюю, четвертую группу включены гидротермальные месторождения медно-колчеданных, полиметаллических, барит-полиме-таллических руд. Вскрышными и вмещающими породами на них являются гранодириты, диориты, диабазы, альбитофиры, дациты, карбонатные и карбонатно-эффузивные породы. Их годовой выход 150 млн. т. Утилизируется менее 3 % для производства щебня, часто высококачественного и строительной извести. Могут быть применены для получения стекловаты, облицовочных плит (Учалинское медно-колчеданное месторождение в Башкирии).

Вскрышные и вмещающие породы инфильтрационно-остаточных месторождений боратовых руд и серы представлены гипсами, глинами, доломитами. Сведения об их годовом выходе отсутствуют. Утилизируются они в очень ограниченном количестве в качестве строительного гипса. Могут быть использованы, также как цементное и стекольное (доломитовое) сырье.

Среди большой группы метаморфических месторождений выделено две подгруппы. В первую включены месторождения железистых кварцитов и кварцитов для металлургии. Вскрышные и вмещающие породы - гнейсы, амфиболиты, безрудные кварциты, роговики, кристаллические сланцы. Годовой выход 470 млн. т. Утилизируется свыше 8 % пород на щебень. Могут применяться для изготовления полубелого технического и листового стекла, изделий строительной керамики и каменного литья (Костомукшское месторождение железистых кварцитов в Карелии).

Во вторую группу вошли месторождения мраморов различного назначения и кристаллического графита. Вскрышными вмещающими породами на этих месторождениях являются кальцифиры, гнейсы, чарнокиты, кристаллические известняки, некондиционные мраморы. Их годовой выход 2 млн. т. Породы широко утилизируются (свыше 30 %) для производства строительного и декоративного щебня. Могут быть применены для получения извести (Завальевское месторождение графита в Кировоградской области).

Области применения отходов обогащения в значительной степени связаны со способом переработки и видом полезного ископаемого. Современные сложные технологические схемы включают, как правило, несколько методов, но обычно ведущим является один из них, как например, для угля - гравитационный, для руд цветных металлов - флотационный и т.д.

Наиболее простыми и распространенными являются механические способы переработки - дробление, сортировка, рудоразборка и камнепиление.

Выделяется две группы отходов. Одна - отходы обработки строительных камней магматического и метаморфического происхождения, кварцитов для металлургии, слюдоносных и керамических пегматитов, другая - отходы переработки карбонатных пород различного назначения, годовой выход которых, соответственно, 20 и 40 млн. т. Обе группы утилизируются более чем на 40 % для получения щебня, щебеночно-песчаной смеси, строительного песка, силикатных изделий. Кроме того, отходы первой группы применяются для изготовления мраморной крошки, кварц-полевошпатовых материалов, мелкоразмерного мусковита, а второй - как сырье для производства строительной извести, цемента, мела.

Хвосты мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, магнетитовых и апатит-магнетитовых руд являются наиболее крупнотоннажным видом отходов обогащения. Их годовой выход 265 млн. т (почти 40 % всех отходов обогащения). Степень утилизации низкая - 3 %. Применяются в качестве песка строительного и для получения силикатного кирпича. Они могут быть также использованы для получения темного стекла (на ГОКах Курской магнитной аномалии), в качестве железосодержащей добавки в цемент (Ковдорский ГОК).

Хвосты сухой магнитной сепарации титано-магнетитовых, магнетитовых руд значительно более перспективны в качестве строительного сырья, но годовой выход их ниже - 40 млн. т, из которых 55 % утилизируется для производства щебня и песка строительного. Они могут найти применение также в качестве добавки при производстве кирпича (Абаканское РУ).

Отходы флотации, осуществляемые обычно в комплексе с другими методами обогащения - гравитацией, магнитной сепарации, обжигом - подразделяются на четыре группы.

Хвосты обогащения большинства руд цветных металлов и самородной серы утилизируются для производства щебня, наполнителя в асфальтобетоны, строительного кирпича, цемента, песка строительного. Их годовой выход 100 млн. т. Степень использования невысокая - 9 %. Хвосты могут применяться значительно шире - для изготовления стеклоизделий (Маднеульский ГОК), керамики (Орловский ГОК, керамзита (Иультинский ГОК), а также для получения талькового концентрата (Ловозерский ГОК).

Отходы обогащения апатит-нефелиновых, апатит-ильменитовых, ильменитовых руд образуются в количестве 45 млн. т в год. Как минеральное строительное сырье используются мало (0,2 %) лишь в качестве строительного и стекольного песка на Верхнеднепровском ГОКе. Могут быть применены также для получения силикатного и глиняного кирпича, цемента, керамических изделий (Иршанское месторождение ильменитовых руд).

Хвосты обогащения фосфоритовых руд и графита применяются пока только в качестве строительного песка (5 %). Их годовой выход 20 млн. т. Отходы могут утилизироваться для производства стеклоизделий (Кингисеппское месторождение фосфоритов в Ленинградской области), силикатного кирпича (Завальевское месторождение графита).

Наконец, последнюю группу отходов флотационного обогащения составляют хвосты руд редких металлов и каолина. Их выход 4 млн. т в год. Утилизируются в качестве песка строительного, для производства стекольных и керамических изделий, полевошпатовых материалов (всего используется 25 %). Могут применяться также для получения абразивов (Ловозерский ГОК).

Гравитация является основным методом обогащения углей, асбеста, горючих сланцев.

Отходы углеобогащения образуются в количестве 85 млн. т. в год. Утилизируются они мало (немногим более 2 % годового выхода) в качестве песка строительного, щебеночно-песчаной смеси, для производства глиняного кирпича, аглопорита, керамзита.

Хвосты гравитации асбестовых руд образуются в количестве 50 млн. т в год. Они широко используются для производства высококачественного щебня и строительного песка (более 40 % годового выход). Могут также применяться как отощающая добавка при изготовлении глиняного кирпича. Однако области их утилизации должны быть строго ограничены в связи с канцерогенностью хризотил-асбеста.

Отходы обогащения горючих сланцев образуются в количестве 11 млн. т. в год. Утилизируется более 30 % на карбонатный щебень. Небольшое количество отходов применяется при производстве керамзита (Кашпирское месторождение горючих сланцев в Самарской области). Карбонатные хвосты обогащения горючих сланцев могут быть утилизированы в цементном производстве («ОАО „Ленинградсланец“» и «ОАО „Завод Сланцы“»).

Большие перспективы использования в строительной индустрии имеют отходы производства глинозема из бокситов, нефелинов, алунитов. Их годовой выход 9 млн. т. Утилизируется свыше 60 % в производстве щебня для подсыпок и в качестве цементного сырья. Разработана технология производства на их основе гянджепорита - нового вида пористых заполнителей из отходов алюминиевого завода в г. Гянджа. Бокситовый шлам может быть также использован при производстве глиняного кирпича, керамзита, цемента (ПО „Глинозем" в Ленинградской области, Пикалевский цементный завод), нефелиновый - для получения силикатного кирпича (Ачинский глиноземный комбинат), отходы производства алюминия из алунита -для изготовления ячеистого бетона, цемента, стеклоизделий (алюминиевый завод в г. Гянджа).

Все, что сказано выше о перспективах применения вскрышных пород и отходов обогащения, касается только пород текущего выхода. Породы же, находящиеся в отвалах и хвостохранилищах подлежат специальному изучению. Попадая в отвалы, они постепенно меняют свои свойства: теряют одни и приобретают другие. Например, достаточно прочные известняки и доломиты, отвечающие требованиям, предъявляемым к строительному камню, находясь в отвале, разрушаются и могут быть непригодными для получения щебня. Напротив, некоторые глины, подвергаясь в отвалах выветриванию (вылеживание), улучшают свое качество.

Использование отвальных пород усложняется тем, что на большинстве горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятиях породы разного состава вывозятся в общий отвал, где перемешиваются, окисляются, разрушаются и безвозвратно теряют свои потребительские свойства. С течением времени (в среднем через 10 лет) отвал зарастает, постепенно застраивается и становится частью окружающего ландшафта.

Лишь в тех случаях, когда запасы вскрышных и вмещающих пород утверждены в качестве попутного минерального сырья, но по каким-то причинам не утилизируются, они складируются отдельно в "спецотвалах" и могут быть впоследствии использованы. Иногда в силу однородности попадающих в отвалы пород и благоприятных условий складирования скопившаяся горная масса может быть утилизирована как минеральное сырье, а сам отвал может рассматриваться как техногенное месторождение. Следует отметить, что в настоящее время отвалы формируются с учетом лишь двух основных требований - минимум затрат на отвальные работы и максимум устойчивости. Однако уже теперь необходимо ставить вопрос о том, чтобы подходить к формированию отвала как к процессу создания техногенного месторождения с заданными параметрами и качеством сырья, которое в последующем будет использовано. При этом на первый план должна выступать экологическая безопасность такого месторождения.

При решении вопроса об утилизации всех видов горнопромышленных отходов на первый план выступает их качество, к которому промышленность строительных материалов предъявляет очень жесткие требования, распространяющиеся как на природное, так и на техногенное сырье. Тем не менее, на практике во многих случаях вскрышные, вмещающие породы и отходы обогащения утилизируются без детальной разведки их запасов и качества (Водинское месторождение самородной серы в Самарской области, Сибайское - медноколчеданных руд в Башкирии, Первоуральское - титаномагнетита в Свердловской области, Сорское - молибдена в Красноярском крае и многие другие).

Нарушение требований к изученности вещественного состава и свойств сырья для производства строительных материалов приводит иногда к большому материальному ущербу.

Так, в качестве заполнителя любого бетона не должны использоваться без специальных исследований эффузивные породы, содержащие аморфный кремнезем (риолиты, дациты и др.), а также соответствующие им по составу витро- и литокластические туфы. Аморфный кремнезем, реагируя со щелочами цемента, образует силикагели адсорбирующие воду, что приводит к развитию интенсивных внутренних гидростатических напряжений и, как следствие, - к растрескиванию и разрушению зданий и сооружений. В практике известны случаи, когда использование в бетоне щебня, полученного дроблением пород рудных отвалов содержавших пирит и пирротин, окисление которых дает серную кислоту, быстро приводило в аварийное состояние сооружения из такого бетона. В некоторых случаях здания оказывались непригодными для жилья из-за повышенной радиоактивности щебня.

В последние годы большое опасение вызывает канцерогенность отходов обогащения асбеста, в которые пока что широко применяются как железнодорожный балласт и как строительный щебень. В кирпичном производстве используются шлаки оловянной отрасли цветной металлургии, но они токсичны и применение изготовленного на их основе кирпича, должно быть строго ограничено.

Все это говорит о необходимости очень тщательного и многостороннего изучения качества горнопромышленных отходов при их утилизации в строительной индустрии.

За очень редким исключением, отходы могут применяться в производства строительных материалов только после соответствующей переработки (дробления, сушки, фракционирования и пр.). Например, хвосты обогащения фосфоритов Кингисеппского месторождения в Ленинградской области являются прекрасным стекольным сырьем марки ВС -050 -1, но только после дообогащения (снижение содержания железа и других вредных примесей). Фосфогипсы требуют сушки и грануляции. Отходы сухого обогащения некоторых магнетитовых руд Западной Сибири можно использовать лишь после доизвлечения металлов. Доменные и электротермофосфорные шлаки для их использования в цементной промышленности должны быть подвергнуты грануляции.

Кроме того очень часто для того, чтобы отходы можно было бы утилизировать, приходится изменять способ разработки месторождения (например, производить селективную выемку отдельных пород вскрыши), корректировать принятую технологию обогащения, изменять способ складирования и пр.

Таким образом, утилизация горнопромышленных отходов влечет за собой необходимость дополнительных материальных затрат, иногда довольно значительных, связанных с реорганизацией основного производства. Тем не менее, практика работы многих предприятий, добывающих и перерабатывающих минеральное сырье, показывает, что общая рентабельность при этом повышается.

Определение эффективности использования горнопромышленных отходов само по себе очень сложно, поскольку экономический эффект от вовлечения в сферу производства техногенного сырья складывается из многих элементов, не все из которых могут получить должное выражение. Довольно легко рассчитывается та часть эффекта, которая достигается за счет распределения затрат на добычу, транспортировку, обогащение между основным и попутным производством, а не за счет совместного использования производственной инфраструктуры. Реально также определить экономию, получаемую за счет усовершенствования территориального размещения сырьевой базы строительных материалов и сокращения перевозок сырья и продукции. Можно рассчитать прибыль от уменьшения затрат на отвалообразование. Однако труднее выразить в рублях эффект от повышения качества отдельных материалов и расширения их ассортимента, экономии природного сырья, снижения загрязненности воздушной и водной среды и т.д. Тем не менее, в научных и общественно-политических публикациях последних лет приводятся многочисленные данные об эффективности использования отходов. Так, например, Первоуральское рудоуправление 63 % прибыли имеет за счет попутного производства щебня, и только 37 % за счет профильной продукции - железа и ванадия. Первоначально основной продукцией предприятия был железорудный концентрат, содержащий пятиокись ванадия. Щебень выпускался как отходы обогащения и не соответствовал требованиям ГОСТа.

В связи с резким спадом промышленного производства, начиная с 1992 года, спрос на концентрат упал. Встал вопрос о дальнейшей работе предприятия. Коллективом рудоуправления была разработана программа развития, в котором уделялось внимание комплексному использованию месторождения, где кроме запасов сырой руды, имелось сырье для выпуска качественного щебня.

В 1996 году Территориальной комиссией по запасам полезных ископаемых утверждены запасы скальных вмещающих пород в качестве сырья для получения строительного щебня. Собственными силами рудоуправления провело реконструкцию существующих фабрик, что позволило наряду с извлечением концентрата из сырой руды, выпускать фракционный щебень отвечающий требованиям ГОСТа.

Учитывая потребности рынка постоянно ведется работа по расширению ассортимента выпускаемой продукции. Освоен выпуск щебня для балластного слоя железнодорожных путей. Установка дополнительного оборудования позволила наладить круглогодичное извлечение из отходов фабрик фракции 0-10 мм, фракции 3-10 мм пользующегося повышенным спросом потребителей.

В настоящее время выпускается следующая продукция производственно-технического назначения:

• железо-ванадиевый концентрат с содержанием железа не менее 32 %, используемый в качестве сырья в металлургическом производстве для получения высококачественных легированных сталей;

• щебень из природного камня и плотных пород различных фракций, применяемый при строительстве и ремонте автодорог и железных дорог, производстве товарного бетона и сборного железобетона, минераловатных и керамических изделий, каменном литье;

• отходы обогащения используются для изготовления асфальтобетонных смесей различных марок.

Предприятие является одним из крупнейших поставщиков строительных материалов для дорожных строительных организаций. География поставок продукции охватывает 28 регионов РФ.

На предприятии стабилизирована производственная деятельность. За последние годы производство товарной продукции увеличилось на 50 %, количество рабочих мест на 200 человек, значительно улучшилось финансовое состояние, выросли инвестиции в производство.

Получение щебня из отходов на предприятиях цветной металлургии в Казахстане в 2 раза рентабельнее, чем на специализированных карьерах.

Следует подчеркнуть, что при решении вопросов использования техногенного сырья должны быть обязательно учтены имеющиеся ресурсы природного сырья, количество запасов, их качеств, технико-экономические показатели добычи и переработки, дальность транспортировки и пр. В некоторых случаях природное сырье оказывается предпочтительнее, особенно когда его получают на крупном высокопроизводительном предприятии. Кроме того, отказ от специализированной добычи иногда может создать социальные проблемы. Таким образом, каждый конкретный объект требует индивидуального подхода и тщательных экономических расчетов. При этом не исключатся возможность того, что даже при отрицательном значении экономического эффекта от утилизации горнопромышленных отходов, ее надо осуществлять, когда она приводит к существенному улучшению состояния окружающей среды.

Отличительной особенностью последнего десятилетия в России является создание многочисленных малых предприятий различных форм собственности. В регионах где имеют широкое распространение различные виды горнопромышленных отходов наиболее рентабельны стали малые предприятия, перерабатывающие техногенное сырье для получения широкой номенклатуры строительных материалов. Как показал опыт их работы, строительные материалы на основе отходов производства более конкурентоспособны по сравнению с получаемыми из природного сырья.

В настоящее время металлургические шлаки и продукты их переработки используются в металлургии (железофлюс в агломерационном, доменном и сталеплавильном производствах; гранулированный доменный шлак и щебень из доменного шлака в качестве компонента шихты доменных печей при капитальных ремонтах; молотый гранулированный шлак при производстве экзотермических шлакообразующих смесей; шлаковое и шлако каменное литье для футеровки шламопроводов; флюсующие добавки при производстве железо- и углесодержащих брикетов), строительстве дорожном, гидротехническом, производстве строительных материалов, в том числе облицовочных плит и тюбингов при строительстве метро, сельском хозяйстве, кораблестроении, коммунальном и газовом хозяйствах, атомной энергетике, химической промышленности, медицине и других отраслях промышленности.

В ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») проведены многочисленные исследования, результаты которых позволили эффективно использовать шлаки металлургического производства.

С 1994 г. эксплуатируется установка фирмы «Трейдметинвест» по переработке конвертерных шлаков текущего производства и частично отвальных мартеновских шлаков, с 1995 г. – установка компании SKI (Финляндия) по переработке отвальных мартеновских шлаков. В настоящее время их перерабатывают на установках копрового цеха №2, разработанных СП «Бимал» (Россия-США).

 Для переработки текущих конвертерных и отвальных мартеновских шлаков в 1994 г. на комбинате сдана в эксплуатацию стационарная установка АО «Хеккет Мультисерв. Россия» (мощностью до 2,2 млн.т/год) и приобретены в Финляндии две передвижных установки SKI.

Переработка шлака на стационарной установке АО «Хеккет Мультисерв. Россия» включает пять стадий грохочения (ГР), три стадии магнитной сепарации (СМС) и одну самоизмельчения.

 В результате переработки шлака на установке получают следующие продукты: магнитные фракции 0-10, 10-50 и 50-350 мм, немагнитные фракции 0-10, 10-50 и 50-350 мм, скрап фракции >350 мм и бойный скрап.

Передвижные установки фирмы SKI состоят из двух агрегатов: один (SKI-1) предназначен для классификации шлака по фракциям и выделения из него магнитного продукта, другой (SKI-II) – только для отделения магнитного продукта.

 Магнитный продукт фракции 0-10, 0-15 и 10-15 мм сталеплавильных шлаков используется в агломерационном и доменном производствах в качестве металлсодержащего компонента в количестве 35,6 кг/т агломерата и 2-12 кг/т чугуна. Скрап фракции 50-350 мм применяют в металлошихте конвертерной плавки (10-15% массы металлолома). Фракционированный щебень из шлаков поступает на склад готовой продукции, откуда отгружается потребителям.

На заводе «Электросталь» с 1917 г. в результате функционирования металлургического производства сформировался шлакоотвал, объем которого достиг 600-650 тыс.м³. При плотности 2000-2200 кг/м³ масса материала шлакоотвала составила 1200-1300 тыс.т. Материал шлакоотвала представлял собой смесь шлака электросталеплавильного производства большого количества марок сталей и сплавов, металлического скрапа, мусора и отходов производства (глина, отработанные огнеупоры, земля).

Особенность металлической фазы шлакоотвала завода «Электросталь» состоит в том, что примерно половина по массе относится к аустенитной группе и является немагнитной. Технологическая линия переработки материала шлакового отвала включает погрузку шлака в самосвалы с одновременным отделением больших кусков скрапа. Шлак с отвала поступает на площадку предварительной подготовки, где экскаватором выбирают куски скрапа массой более 10 кг, более мелкий скрап выбирается вручную.

В технологической линии переработки шлака предусмотрено отделение земли и мусора от шлака и скрапа. Для разделения материала мелких фракций (0-5 мм, 5-10 мм) на металл и шлак был использован пневматический сепаратор. Шлак крупных фракций (10-28 мм, >28 мм) направляют на дополнительное дробление и последующее сепарирование.

 С 1991 по 1999 гг. шлаковый отвал завода «Электросталь» был полностью переработан. При этом извлечено около 145 тыс. т металлической составляющей. Шлаковый песок и щебень были успешно использованы при производстве шлакобетонных изделий с применением метода сухого прессования (фундаментные блоки, стеновые камни, тротуарная плитка, бордюрный камень).

От шлака в результате разработки шлакоотвала и переработки шлака была освобождена территория около 50 тыс.м². Процессы разработки техногенных образований на всех стадиях связаны с обработкой и перемещением больших объемов отвальной массы, поэтому их эффективность и экономическая целесообразность оправданы при максимальной механизации всех трудоемких работ. С точки зрения комплекса операций, входящих в производственные процессы разработки техногенных месторождений, их принимают аналогичными открытым горным работам. Поэтому при организации разработки отвалов целесообразно применять современные технологии и технологические процессы открытых горных работ.

 Практически все виды продукции при переработке отвальных шлаков находят применение в различных отраслях производства и успешно конкурируют с природными материалами. Массовыми видами являются щебень, песок и щебеночно-песчаные смеси для дорожного строительства, оборотный и магнитный продукты и металлоконцентрат для доменного, сталеплавильного и литейного производств, удобрения и мелиоранты для сельского хозяйства. В меньших объемах из отвальных шлаков производятся абразивные материалы для струйной обработки поверхностей, зернистые материалы для фильтров и защитных покрытий для мягких кровельных материалов, наполнители и пигменты для шпатлевок, красок, мастик и линолеума и т.д.

Развитие рыночных отношений в России и странах ближнего зарубежья позволяют все больше и больше вовлекать текущие горнопромышленные отходы и техногенные месторождения в сферу промышленного производства. Следует отметить, что предприятия, использующие промышленные отходы освобождаются от ряда налоговых платежей.