Введение

Кольский полуостров - один из наиболее развитых горно-промышленных регионов России. Горнодобывающая промышленность этого региона ежегодно потребляет около 100 тыс. тонн взрывчатых веществ (ВВ).

С целью уменьшения затрат на ВВ, а также снижения объемов перевозки взрывоопасных материалов на дальние расстояния и их хранения, в горной промышленности осуществляется все больший переход на использование простейших ВВ, которые готовят непосредственно на местах потребления из отдельных более безопасных привозных ингредиентов, главными из которых являются соли азотной кислоты, продукты нефтепереработки и другие горючие материалы, а также порошкообразные металлические добавки (алюминий, ферросилиций). В качестве дополнительных компонентов в состав этих ВВ вводят другие ингредиенты – сенсибилизаторы, маслоудерживающие добавки, загустители, флегматизаторы и прочие вещества, улучшающие эксплуатационные характеристики ВВ.

Взрывная отбойка горных пород с использованием простейших ВВ связана с рядом экологически неблагоприятных факторов: образованием ядовитых газообразных продуктов взрыва; применением вредных компонентов, в том числе растворимых в воде.

Вымывание компонентов, прежде всего селитр, обусловлено длительным нахождением зарядов ВВ в скважинах в присутствии проточной воды, что приводит к загрязнению рудничных вод, а затем и окружающих водоемов трудноудаляемыми азотными и другими соединениями. При массовых взрывах ВВ происходит выброс вредных газообразных продуктов, особенно значительно он возрастает при физической нестабильности ВВ, приводящей к неравномерности распределения компонентов в структуре заряда и, как следствие, к нарушению стехиометрического соотношения компонентов. Во многих взрывчатых составах применяются значительные количества опасных и вредных компонентов – тротил, гексоген, нитроэфиры, соли хрома и др.

В настоящее время ведутся обширные работы по совершенствованию, как технологий производства, так и рецептурного состава таких ВВ. Однако анализ патентной и технической литературы показывает, что резервы для дальнейшего уменьшения их стоимости в значительной мере исчерпаны.

Вместе с тем, по нашему мнению, все же имеется еще одно весьма перспективное направление снижения себестоимости отбойки горной массы, которое заключается в производстве на местах не только ВВ, но и ингредиентов, необходимых для их получения. Особенно интересно это направление для горных предприятий Мурманской области и прилегающих регионов. Кольский полуостров располагает целым рядом месторождений минералов, на основе которых могут быть получены практически все неорганические компоненты простейших ВВ. В перспективе, на базе нефтяных и газовых месторождений шельфа Баренцева моря здесь может быть организовано и производство необходимых органических компонентов и азотной кислоты. Особое место среди минералов Кольского полуострова занимает нефелин, который в огромных количествах получают попутно при выделении апатитового концентрата из апатито-нефелиновых руд, содержащих в своем составе примерно одинаковое количество (~ 40%) апатита и нефелина и др. ценные компоненты – сфен, титаномагнетит, эгирин и др.

Из всего этого комплекса минералов достаточно полно извлекается только апатит. Степень использования нефелина ранее не превышала 10%, сейчас она возросла до 16%, но это связано не с увеличением количества производимого нефелинового концентрата, а с более чем двукратным снижением добычи апатито-нефелиновой руды и выпуска апатитового концентрата. Подавляющая часть нефелина и все сопутствующие минералы по прежнему направляются в хвостохранилища.

В настоящее время основная часть производимого нефелинового концентрата перерабатывается на глинозем, содопродукты и цемент по способу спекания с известняком. Обладая неоспоримыми достоинствами, этот метод имеет и ряд существенных недостатков, не позволяющих расширять объемы его использования. Проблема более широкого вовлечения нефелина переработку может быть решена только при условии создания новых методов его переработки и изыскания новых областей использования этого минерала. К таким методам относятся кислотные способы переработки нефелина, которые могут быть реализованы непосредственно в местах добычи этого минерала. Кроме того, наряду с сокращением материальных и энергетических расходов, кислотные технологии обеспечивают и возможность значительного расширения ассортимента полученных продуктов.

Для нефелина особенно перспективными являются азотнокислотные и сернокислотные способы переработки с получением глинозема, соды, поташа, различных азотнокислотных солей, дисперсного аморфного кремнезема, реагентов для очистки воды и других продуктов, разработанные в Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья (ИХТРЭМС) Кольского научного центра. Характерной особенностью этих технологий является то, что в качестве исходного сырья для них может использоваться не только нефелиновый концентрат, но и непосредственно нефелинсодержащие отходы апатитового производства. Подробное изучение физико-химических свойств продуктов, проведенное в ИХТРЭМС, позволило предположить, что многие из них, в частности смеси азотнокислых солей, высокодисперсный кремнезем, кремнеземсодержащие растворы и др. могут быть использованы в качестве компонентов смесевых взрывчатых веществ и других материалов, используемых при разработке рудных месторождений. Многие из вышеназванных продуктов могут быть получены при переработке и другого минерального сырья Кольского полуострова – эвдиалита, лопарита и др.

Данная работа посвящена научному обоснованию и технологической отработке процессов использования продуктов переработки нефелина в процессах взрывной отбойки горных пород с целью получения экономичных и экологически более безопасных новых смесевых ВВ. Исследования проводились автором совместно с сотрудниками Горного института КНЦ РАН, НПО «Кристалл», ОАО «Апатит», «Олкон», «Карельский окатыш» и другими организациями.