Техногенное сырьё для производства строительных материалов. В 2 частях. Ч.2. Учебное пособие

11

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 предлага-

ется осуществлять в рамках федеральной целевой программы «Экологическая безопасность России», проект концепции которой разработан и согласован со всеми предполагаемыми государственными заказчиками. Реализация програм-

мы начнется в 2014 году.

В число «кризисных» и требующих оперативной ликвидации отходов объектов включен ряд территорий горно-обогатительных, добывающих и хи-

мических предприятий, в том числе прекративших свое существование. По сте-

пени загрязненности наиболее показательными являются: ОАО «Фосфор», Ак-

ташское горно-металлургическое предприятие на Алтае, ГОК «Тувакобальт» в

Республике Тыва, «Уфахимпром» в Башкортостане, «Беловский цинковый за-

вод» в Кемеровской области и др.

Конечно, не все горнопромышленные отходы могут найти применение.

Наиболее широки возможности утилизации металлургических, электротермо-

фосфорных, топливно-энергетических шлаков, фосфогипсов, которые теорети-

чески полностью можно перерабатывать на строительные материалы, удобре-

ния и другие ценные продукты. Иначе обстоит дело с отходами добычи. Осно-

вываясь на результатах изученности качества вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения, сведениях об их составе, способе обогащения и проводя аналогию между однотипными месторождениями, установили, что для получе-

ния строительных материалов может быть утилизировано 27 % годового выхо-

да вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения (1,5 млрд т), т.е. в

7 раз больше, чем используется сейчас. В этой группе отходов самые широкие возможности 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.

12

Возможности утилизации вскрышных и вмещающих пород связаны с ге-

незисом основного полезного ископаемого. Наиболее распространены осадоч-

ные вскрышные и вмещающие породы. Их количество (годовой выход) оцени-

вается ориентировочно в 3,3 млрд т 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, от-

сыпки дорог, строительства временных плотин и других сооружений. Однако иногда представляют собой ценное сырье для производства строительных ма-

териалов, как, например, на месторождениях железистых кварцитов Курской магнитной аномалии, где во вскрыше залегают кварцевые пески, мел, кирпич-

ные и керамзитовые глины.

Большую группу составляют вскрышные и вмещающие породы месторо-

ждений угля, горючих сланцев, фосфоритов, глин и песков различного назна-

чения. 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 глиня-

ного, строительной керамики, песчано-гравийной смеси. Степень утилизации несколько выше, чем в предыдущей группе, и составляет 1 %. Могут использо-

ваться 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 химиче-

13

ской промышленности в Бурятии), гипса, цемента (Гаурдакское месторождение самородной серы в Туркменистане), глиняного кирпича, керамзита (Жирнов-

ское месторождение флюсовых известняков в Ростовской области), минераль-

ной ваты, керамдора (Гремячевское месторождение доломитов в Нижегород-

ской 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 строи-

тельного песка (1 % годового выхода). Могут также использоваться для произ-

водства цемента, глиняного кирпича, стеклоизделий (Никопольское месторож-

дение марганца в Днепропетровской области).

Относительно небольшую группу представляют собой россыпные место-

рождения. 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 распростра-

ненностью в верхних горизонтах.

Среди собственно магматических месторождений выделяются две груп-

пы. К первой – 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, преимуще-

ственно основных и щелочных. Их годовой выход – 275 млн т. Утилизируется около 4 %, главным образом для производства щебня и в качестве облицовоч-

14

ного камня. Их можно применять также для получения декоративного щебня

(Хибинская группа месторождений апатит-нефелиновых руд в Мурманской об-

ласти), каменного литья, минеральной ваты, поделочного камня (Талнах-

Октябрьская группа месторождений сульфидных медно-никелевых руд в Крас-

ноярском крае).

В особую группу выделены месторождения алмазов, вскрыша которых представлена известняками. Годовой выход вскрышных пород 70 млн т. Утили-

зируется 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. Можно применять для получения высококачественных полевошпатовых и кварцевых материалов (Мамско-Чуйская группа месторождений слюдонос-

ных пегматитов в Иркутской области).

Большую группу составляют скарновые месторождения магнетитовых кобальтсодержащих, полиметаллических, вольфрамо-молибденовых, борато-

вых руд. Вскрышные и вмещающие породы на них представлены роговиками,

скарнами, гранодиоритами, сиенитами, гранитами, кварцевыми диоритами, из-

вестняками, мраморами, диабазами. Годовой выход 330 млн т. Утилизируется

4 % на щебень, поделочный камень. Возможными областями использования в строительной индустрии являются: производство извести (Тырныаузское ме-

сторождение вольфрамо-молибденовых руд в Кабардино-Балкарии), строи-

тельного гипса, ангидритового цемента (Дальногорское месторождение в При-

морском крае).

Гидротермальные месторождения по характеру вскрышных и вмещаю-

щих пород подразделяются на четыре группы.

На месторождениях кварц-вольфрамовых, кварц-молибденовых, кварц-

касситеритовых, золото-мышьяковых, сульфидных касситеритовых, молибде-

15

новых, медно-молибденовых руд вскрышные и вмещающие породы представ-

лены 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 месторож-

дение вольфрамо-молибденовых руд в Бурятии), полевошпатовых материалов

(Сорское – молибдена в Красноярском крае).

Вскрышные и вмещающие породы месторождений 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 со-

ставляют 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. Можно использовать для полу-

чения мозаичной крошки (Тетри-Миндорское месторождение талька в Грузии),

минеральной ваты (Баженовское – хризотил-асбеста в Свердловской области).

В последнюю, четвертую группу включены гидротермальные месторож-

дения медно-колчеданных, полиметаллических, барит-полиметаллических руд.

Вскрышными и вмещающими породами на них являются гранодириты, диори-

ты, диабазы, альбитофиры, дациты, карбонатные и карбонатно-эффузивные по-

роды. Их годовой выход 150 млн т. Утилизируется менее 3 % для производства щебня, часто высококачественного, и строительной извести. Можно применять для получения стекловаты, облицовочных плит (Учалинское медно-

колчеданное месторождение в Башкирии).

16

Вскрышные и вмещающие породы инфильтрационно-остаточных место-

рождений боратовых руд и серы представлены гипсами, глинами, доломитами.

Сведения об их годовом выходе отсутствуют. Утилизируются они в очень ог-

раниченном количестве в качестве строительного гипса. Можно использовать так же, как цементное и стекольное (доломитовое) сырье.

Среди большой группы метаморфических месторождений выделено две подгруппы. В первую включены месторождения железистых кварцитов и квар-

цитов для металлургии. Вскрышные и вмещающие породы – гнейсы, амфибо-

литы, 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 строитель-

ной керамики и каменного литья (Костомукшское месторождение железистых кварцитов в Карелии).

Во вторую группу вошли месторождения мраморов различного назначе-

ния и кристаллического графита. Вскрышными вмещающими породами на этих месторождениях являются кальцифиры, гнейсы, чарнокиты, кристаллические известняки, некондиционные мраморы. Их годовой выход 2 млн т. Породы ши-

роко утилизируются (свыше 30 %) для производства строительного и декора-

тивного щебня. Можно примененять для получения извести (Завальевское ме-

сторождение графита в Кировоградской области).

Области применения отходов обогащения в значительной степени связа-

ны со способом переработки и видом полезного ископаемого. Современные сложные технологические схемы включают в себя, как правило, несколько ме-

тодов, но обычно ведущим является один из них, как например, для угля – гра-

витационный, для руд цветных металлов – флотационный и т.д.

Наиболее простыми и распространенными являются механические спосо-

бы переработки дробление, сортировка, рудоразборка и камнепиление.

Выделяют две группы отходов. Одна отходы обработки строительных камней магматического и метаморфического происхождения, кварцитов для

17

металлургии, слюдоносных и керамических пегматитов, другая – отходы пере-

работки 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, сили-

катных изделий. Кроме того, отходы первой группы применяют для изготовле-

ния мраморной крошки, кварц-полевошпатовых материалов, мелкоразмерного мусковита, а второй как сырье для производства строительной извести, це-

мента, мела.

Хвосты мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, магнетито-

вых 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 годо-

вой выход их ниже 40 млн т, из которых 55 % утилизируется для производст-

ва 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 мето-

дами обогащения гравитацией, магнитной сепарации, обжигом подразделя-

ются 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 можно применять значительно шире для изготовления стеклоизделий (Маднеульский ГОК), ке-

18

рамики (Орловский ГОК, керамзита (Иультинский ГОК), а также для получе-

ния талькового концентрата (Ловозерский ГОК).

Отходы обогащения апатит-нефелиновых, апатит-ильменитовых, ильме-

нитовых руд образуются в количестве 45 млн т в год. Как минеральное строи-

тельное сырье используются мало (0,2 %) лишь в качестве строительного и сте-

кольного 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 применяют пока только в качестве строительного песка (5 %). Их годовой выход – 20 млн т. Отходы можно утилизировать для производства стеклоизделий (Кингисеппское место-

рождение фосфоритов в Ленинградской области), силикатного кирпича (За-

вальевское месторождение графита).

Наконец, последнюю группу отходов флотационного обогащения состав-

ляют хвосты руд редких металлов и каолина. Их выход – 4 млн т в год. Утили-

зируются в качестве песка строительного, для производства стекольных и ке-

рамических изделий, полевошпатовых материалов (всего используется 25 %).

Могут применяться также для получения абразивов (Ловозерский ГОК).

Гравитация является основным методом обогащения углей, асбеста, го-

рючих сланцев.

Отходы углеобогащения образуются в количестве 85 млн т в год. Утили-

зируются они мало (немногим более 2 % годового выхода) в качестве песка строительного, щебеночно-песчаной смеси, для производства глиняного кирпи-

ча, 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 выхода). Можно применять как ото-

щающая добавка при изготовлении глиняного кирпича. Однако области их ути-

19

лизации должны быть строго ограничены в связи с канцерогенностью хризо-

тил-асбеста.

Отходы обогащения горючих сланцев образуются в количестве 11 млн т в год. Утилизируется более 30 % на карбонатный щебень. Небольшое количество отходов применяют при производстве керамзита (Кашпирское месторождение горючих сланцев в Самарской области). Карбонатные хвосты обогащения го-

рючих 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 подсы-

пок и в качестве цементного сырья. Разработана технология производства на их основе гянджепорита нового вида пористых заполнителей из отходов алюми-

ниевого завода в г. Гянджа. Бокситовый шлам можно также использовать при производстве глиняного кирпича, керамзита, цемента (ПО «Глинозем» в Ле-

нинградской области, Пикалевский цементный завод), нефелиновый для по-

лучения силикатного кирпича (Ачинский глиноземный комбинат), отходы про-

изводства 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, на-

ходящиеся в отвалах и хвостохранилищах подлежат специальному изучению.

Попадая в отвалы, они постепенно меняют свои свойства: теряют одни и при-

обретают другие. Например, достаточно прочные известняки и доломиты, отве-

чающие требованиям, предъявляемым к строительному камню, находясь в от-

вале, разрушаются и могут быть непригодными для получения щебня. Напро-

тив, некоторые глины, подвергаясь в отвалах выветриванию (вылеживание),

улучшают свое качество.

20

Использование отвальных пород усложняется тем, что на большинстве горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятиях породы разного состава вывозят в общий отвал, где они перемешиваются, окисляются, разру-

шаются 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 ут-

верждены 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 отва-

лы пород и благоприятных условий складирования скопившаяся горная масса может быть утилизирована как минеральное сырье, а сам отвал может рассмат-

риваться как техногенное месторождение. Следует отметить, что в настоящее время отвалы формируются с учетом лишь двух основных требований – мини-

мум 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 параметра-

ми и качеством сырья, которое в последующем будет использовано. При этом обязательно должны учитывать экологическую безопасность такого месторож-

дения.

При решении вопроса об утилизации всех видов горнопромышленных отходов на первый план выступает их качество, к которому промышленность строительных материалов предъявляет очень жесткие требования, распростра-

няющиеся как на природное, так и на техногенное сырье. Тем не менее, на практике во многих случаях вскрышные, вмещающие породы и отходы обога-

щения утилизируются без детальной разведки их запасов и качества (Водин-

ское месторождение самородной серы в Самарской области, Сибайское – мед-

ноколчеданных руд в Башкирии, Первоуральское – титано-магнетита в Сверд-

ловской области, Сорское – молибдена в Красноярском крае и многие другие).