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

31

производстве многокомпонентных бетонов, особенно ячеистых, цементов и ке-

рамического кирпича.

Во многих странах мира широкое применение для производства строи-

тельных материалов находят металлургические шлаки. Так же, как и в нашей стране, наиболее успешно используются шлаки доменного производства. В ря-

де промышленно развитых стран (США, Германия) доменные шлаки перераба-

тываются полностью, а в других странах на 90–95 %. Структура потребления доменных шлаков различна: в США и Великобритании, например, основное их количество используется в производстве щебня, в Японии, Чехии и Словакии около половины всего объема образующихся шлаков гранулируется и применя-

ется в производстве вяжущих.

Следует отметить, что за рубежом наблюдается тенденция увеличения объема потребления отходов черной металлургии, расширяется и перечень по-

лучаемых из них строительных материалов. Доменные шлаки, например, нахо-

дят все более широкое применение в производстве цемента, стекла, керамики,

ячеистого бетона.

В ряде западноевропейских стран для производства цветного и белого стекла используется калумит специально подготовленный доменный шлак.

Подготовка шлака заключается в его измельчении, отделении вредных приме-

сей и магнитной сепарации. Добавка калумита позволяет осветлить и гомогени-

зировать стекломассу. Кроме того, поскольку калумит содержит главные ком-

поненты стекольного сырья, его применение позволяет экономить топливо,

уменьшать температуру ванной печи, повышать долговечность футеровки. До-

ля вводимого в шихту калумита при производстве белого тарного стекла со-

ставляет 10 %, белого листового 6, коричневого 8–15. Практика использо-

вания калумита в Японии, США и Великобритании показывает, что расход то-

плива сокращается на 4–16 %.

32

Значительный опыт применения шлаков черной металлургии в дорожном строительстве накоплен в Венгрии. Здесь около трех десятилетий дробленый шлак используется в качестве щебня для устройства основания дорог.

Интересен также способ применения доменного шлака в производстве ячеистого бетона в Финляндии, где в технологический цикл производства включены операции по совместному помолу доменного шлака и песка до тони-

ны помола цемента. Такая технология позволяет экономить не только цемент,

но и электроэнергию, и топливо, затрачиваемые на подготовку сырья.

Сталеплавильные шлаки используются за рубежом в основном в дорож-

ном строительстве. Так, ежегодно их утилизируется (млн т): в США 9, Герма-

нии 1,2, Польше 1, Великобритании 0,5. В России и странах ближнего за-

рубежья из сталеплавильных шлаков ежегодно получают 6,3 млн т щебня, ко-

торый также идет главным образом на строительство дорог. В целом, в мире сталеплавильные шлаки утилизируются меньше, чем доменные.

Если отечественный уровень утилизации металлургических шлаков впол-

не сопоставим с зарубежным, то в использовании фосфогипсов мы значительно отстаем.

Так, в странах Западной Европы перерабатывается свыше 10 млн т фос-

фогипсов, а в США и Канаде свыше 22 млн т. В Японии используется почти весь образующийся фосфогипс. В СНГ находит применение лишь 1 млн т этого сырья (5 % годового выхода).

На английских фирмах фосфогипс перерабатывают на высокопрочное вяжущее, штукатурный гипс и гипсокартонные листы. Во Франции из него также выпускают гипсокартонные листы и другие стеновые элементы, в т.ч.

акустические и декоративные плиты. В Германии из фосфогипса производят гипсокартонные листы, декоративные изделия, перегородочные плиты и др. В

Австрии в промышленном масштабе осуществляют комплексную переработку фосфогипса на портландцемент и серную кислоту. Подобные заводы по произ-

водству серной кислоты и портландцемента из фосфогипса работают также в

33

США, Германии, Северной Африке и Польше. Кроме того, за рубежом фосфо-

гипс применяется в качестве удобрения для снабжения почв кальцием, серой и в качестве нейтрализующего агента.

Следует отметить, что, несмотря на значительное отставание России в использовании твердых минеральных отходов, у нас имеется большое количе-

ство разработок, позволяющих утилизировать эти отходы с высокой эффектив-

ностью. Однако внедрение этих разработок в промышленное производство происходит очень медленно.

Вопросы для самоконтроля

1.Дайте общую характеристику техногенного сырья Северо-Западных регионов России.

2.Дайте общую характеристику техногенного сырья Центральных регионов России.

3.Дайте общую характеристику техногенного сырья Южных регионов России.

4.Дайте общую характеристику техногенного сырья Уральского региона России.

5.Дайте общую характеристику техногенного сырья Северо-Западной Сибири.

6.Дайте общую характеристику техногенного сырья Восточной Сибири и Забайкалья.

7.Дайте общую характеристику техногенного сырья Дальнего Востока.

8.Дайте общую характеристику техногенного сырья на территории США и Канады.

9.Дайте общую характеристику техногенного сырья на территории стран ЕЭС.

10.Дайте общую характеристику техногенного сырья на территории Японии и стран Юго-Восточной Азии.

Примерные тестовые вопросы для оценки качества усвоения знаний

1. Уровень утилизации золошлаковых техногенных месторождений в США достигает (%):

а) 25;

б) 50;

в) 70.

2. Уровень утилизации золошлаковых техногенных месторождений в Ве-

ликобритании достигает (%):

а) 25;

б) 53;

34

в) 70.

1. Уровень утилизации золошлаковых техногенных месторождений в Франции достигает (%):

а) 65;

б) 50;

в) 20.

2. Уровень утилизации золошлаковых техногенных месторождений в Германии достигает (%):

а) 65;

б) 50;

в) 79.

2. ОЦЕНКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ

По морфологическим признакам техногенные месторождения можно раз-

делить на 2 типа:

1.Месторождения насыпные, представляющие собой холмы и терриконы.

Кэтому типу относятся:

терриконы угольных шахт и разрезов;

отвалы рудников и карьеров руд цветных, чёрных и редких металлов,

сложенные дезинтегрированными вскрышными и вмещающими породами, а

так же убогими забалансовыми рудами;

техногенные россыпи, образующиеся при разработке россыпных место-

рождений и из отходов золоторудных фабрик;

шлакоотвалы цветной и чёрной металлургии.

2. Месторождения наливные, образующиеся при заполнении впадин зем-

ной поверхности. Представителями этого типа ТМ являются:

отходы обогащения руд (шламо- и хвостохранилища горнообогатитель-

ных фабрик);

35

шламоотвалы цветной и чёрной металлургии;

золо- и шлакоотвалы энергетического комплекса, возникающие при гидравлическом удалении золы и шлаков с теплоэлектростанций;

шламоотвалы химических производств.

По составу техногенные месторождения подразделяют на 4 типа:

1. Породные ТМ, состоящие из природных горных пород и представлен-

ные глыбово-щебенистым материалом и шламо- и хвостохранилищами обога-

тительных фабрик.

2. ТМ пирометаллургических процессов цветной и чёрной металлургии,

сложенные шламами и шлаками.

3.ТМ теплоэлектростанций, сложенные золой и шлаками ТЭС.

4.ТМ химического производства (шламы).

По возможным областям использования ТМ подразделяют на 3 типа:

–строительного сырья;

–(по извлекаемому металлу) медные, цинковые и т.д.;

–смешанного типа, т.е. пригодные для получения стройматериалов и ме-

талла.

Разработка месторождений первого типа обеспечивает освобождение площадей земли от техногенных отходов с последующей их рекультивацией,

второго позволяет осуществить дополнительное извлечение металла, но не решает проблемы освобождения территории отвалов от отходов, так как вто-

ричная переработка отвалов, учитывая низкое содержание в них полезных ком-

понент, практически дает то же самое количество отходов. Третий тип техно-

генных месторождений позволяет осуществлять и рекультивацию земель, и до-

полнительное извлечение металла.

Препятствия и нерешенные проблемы на пути повышения комплексности освоения минеральных ресурсов, увеличения полноты извлечения ценных ком-

понентов из добываемого минерального сырья, сокращения отрицательного влияния его добычи и переработки на окружающую природную среду извест-

36

ны. Это и научно-технические, и экономические проблемы, и несовершенство системы управления процессами разведки, добычи, переработки полезных ис-

копаемых, недостаточная обоснованность направлений геологоразведочных ра-

бот, отсутствие необходимой их взаимосвязи с развитием добывающих и пере-

рабатывающих минеральное сырье отраслей промышленности.

При обсуждении вопросов использования минерального сырья к числу главных препятствий обычно относят следующие.

1. Недостаточную изученность вещественного состава и технологических свойств руд, вскрышных и вмещающих пород в коренном залегании и в отва-

лах, а также отходов обогащения для использования в качестве минерального сырья, балластного, закладочного материала и для других хозяйственных нужд.

2. Узкую специализацию и рассредоточенность предприятий, осуществ-

ляющих добычу, обогащение и переработку полезных ископаемых.

3. Отсутствие достаточно эффективных экономических стимулов ком-

плексного освоения месторождений и увеличения степени извлечения из добы-

того сырья ценных компонентов.

4.Недоработку вопросов ценообразования на минеральную продукцию вообще и попутно получаемую в частности.

5.Трудности финансирования дополнительного капитального строительст-

ва и реконструкции предприятий по выпуску попутной минеральной продукции.

6. Отставание в создании и крайне медленное внедрение в практику науч-

ных разработок по вопросам совершенствования существующих систем добы-

чи, технологии обогащения и переработки минерального сырья, обеспечиваю-

щих полноту извлечения ценных компонентов.

7. Отсутствие действенного государственного контроля полноты извле-

чения ценных компонентов из комплексного минерального сырья.

8. Отсутствие должного учета и контроля образования отвалов и хвосто-

хранилищ, использования находящихся в них продуктов.

37

9. Ограниченные транспортные возможности отгрузки горнодобывающи-

ми предприятиями основной, а тем более побочной продукции (порой транс-

портные тарифы превышают стоимость перевозимого сырья в несколько раз).

Все названные проблемы решают неудовлетворительно, хотя для ком-

плексного изучения минерального сырья нормативная основа имеется. В «Ос-

новах законодательства о недрах» записано:

1. При изучении недр (статья 116) должны быть обеспечены:

1.1.Рациональное научно-обоснованное направление и эффективность работ по геологическому изучению недр.

1.2.Полнота изучения геологического строения недр, горнотехнических,

гидрогеологических и других условий разработки разведанных месторождений.

1.3.Достоверность определения количества и качества запасов основных

исовместно с ними залегающих полезных ископаемых и содержащихся в них компонентов; геолого-экономическая оценка месторождений полезных иско-

паемых.

2. Кондиции на минеральное сырье (статья 18) должны разрабатываться с учетом использования основных и совместно с ними залегающих полезных ис-

копаемых, а также содержащихся в них ценных компонентов.

3. В проектах горнодобывающих предприятий (статья 22) должны быть предусмотрены:

3.1.Размещение наземных и подземных сооружений горнодобывающих предприятий на месторождениях полезных ископаемых.

3.2.Способы вскрытия, системы разработки месторождений полезных ископаемых и технологические схемы переработки (подготовки) минерального сырья, обеспечивающие наиболее полное, комплексное и экономически целе-

сообразное извлечение из недр запасов основных и совместно с ними залегаю-

щих полезных ископаемых, а также использование содержащихся в них компо-

нентов, имеющих промышленное значение.

38 3.3. Рациональное использование вскрышных пород при разработке ме-

сторождений полезных ископаемых.

3.4. Складирование и сохранение попутно добываемых, но временно не используемых полезных ископаемых, а также отходов производства, содержа-

щих ценные компоненты.

4. При разработке месторождений полезных ископаемых (статья 24) тре-

буется обеспечить:

4.1. Применение наиболее рациональных и эффективных методов добычи основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и извлечение содержащихся в них компонентов, имеющих промышленное значение, недо-

пущение сверхнормативных потерь и сверхнормативного разубоживания по-

лезных ископаемых, а также выборочной отработки богатых участков месторо-

ждений, приводящей к необоснованным потерям балансовых запасов полезных ископаемых.

4.2.Осуществление доразведки месторождений полезных ископаемых и иных геологических работ, проведение маркшейдерских работ, а также ведение предусмотренной технической документации.

4.3.Учет состояния и движения запасов, потерь и разубоживания полез-

ных ископаемых.

4.4. Недопущение порчи разрабатываемых и соседних с ними месторож-

дений полезных ископаемых в результате проводимых горных работ, а также сохранение запасов полезных ископаемых, консервируемых в недрах.

4.5.Сохранение и учет попутно добываемых временно не используемых полезных ископаемых, а также отходов производства, содержащих полезные компоненты.

4.6.Рациональное использование вскрышных пород и отходов производ-

ства, а также правильное их размещение.

5. Обеспечение полного и комплексного геологического изучения недр, а

также наиболее полное извлечение из недр и рациональное использование запа-

39

сов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и содер-

жащихся в них полезных компонентов поставлены в качестве основных требо-

ваний и в области охраны недр (статья 33).

Из названных законодательных положений наиболее пунктуально выпол-

няется комплексная оценка месторождений в процессе разведки. Она обеспече-

на и нормативной базой, которую составляют «Классификация запасов место-

рождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых» и инструк-

ция по применению этой классификации для конкретных видов полезных иско-

паемых, утвержденные приказом МПР России от 11.12.2006 N 278, а также

«Требования к комплексному изучению месторождений и подсчету запасов по-

путных полезных ископаемых и компонентов», 1982 г.

Согласно этим требованиям, к попутным полезным ископаемым отнесены горные породы, руды, подземные воды и рассолы, добыча и использование ко-

торых при разработке основного полезного ископаемого экономически целесо-

образны. Выделено три группы попутных полезных ископаемых.

1. Минеральные комплексы, образующие самостоятельные пласты, зале-

жи или рудные тела во вскрышных и вмещающих породах.

2.Попутные компоненты, образующие собственные минералы, которые накапливаются при обогащении в хвостах, шламах, отсевах.

3.Различного рода примеси редких, рассеянных, благородных металлов в минералах основных и попутных компонентов.

В строительной индустрии имеют значение попутные полезные ископае-

мые первой и второй групп. Причем породы, отнесенные к первой группе,

представляют собой обычное природное минеральное сырье, а отнесенные ко второй группе обладают часто специфическими особенностями, в ряде случаев повышающими их практическую ценность. Таковы, например, отходы углеобо-

гащения для кирпичного производства, хвосты сухой гравитации асбестовых руд для производства нерудных строительных материалов, отсевы дробления и сортировки щебня для наполнения бетонов и др.

40

Согласно «Требованиям» изучение и геолого-экономическую оценку по-

путных полезных ископаемых и компонентов нужно проводить на всех стадиях геологоразведочных работ и в процессе освоения месторождений. При поиско-

во-оценочных работах выявляют подлежащие изучению попутные полезные ископаемые и компоненты, на стадии предварительной разведки выполняют предварительную оценку их промышленного значения, а на стадии детальной разведки – окончательную геолого-экономическую оценку. Таким образом, к

моменту завершения геологоразведочных работ должны быть выявлены все попутные полезные ископаемые, предварительно определены качество, условия залегания (для полезных ископаемых 1 группы), возможные направления и объемы использования, выполнен оперативный подсчет запасов. В тех случаях,

когда установлены конкретные потребители, должна проводиться детальная разведка попутных полезных ископаемых.

Ввод в действие «Требований» сделал совершенно неукоснительным комплексное изучение месторождений, разведанных во второй половине

70- х гг. и позже. Но подавляющее большинство залежей, находящихся сейчас в разработке, разведывалось в более ранний период, и поэтому не получило ком-

плексной оценки. Так, детальная разведка вскрышных и вмещающих пород в качестве строительного минерального сырья с утверждением его запасов вы-

полнена примерно на пятидесяти из тысяч разрабатываемых месторождений.

Не изучены или изучены недостаточно вскрышные и вмещающие породы на таких крупных разрабатываемых месторождениях, как Байкальская группа же-

лезных руд и кварцитов на Урале, Сорское месторождение молибденовых руд в Восточной Сибири, Язовское самородной серы на Украине и многих других.

Особо следует отметить отсутствие детальной оценки качества и запасов вскрышных и вмещающих пород там, где они уже фактически утилизируются.

Такую картину можно наблюдать на Водинском месторождении самородной серы в Самарской области, Первоуральском титано-магнетитовых руд в Свердловской, Сорском молибденовых руд в Красноярском крае, Язовском