2.4.3. Комплексное извлечение полезных ископаемых

Все извлекаемые из недр компоненты содержат в том или ином количестве ценные элементы. Однако количество этих элементов столь мало, что извлечение их нерентабельно. В полезных ископае­мых природная концентрация химических элементов значительна. Таким образом, все месторождения твердых полезных ископаемых являются комплексными: они содержат основные и попутные (сопутствующие, совместно залегающие) полезные ископаемые (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Комплексное использование минеральных ресурсов

Под комплексным использованием месторождения понимается извлечение из недр в пригодном для употребления состоянии основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых.

Основой комплексного использования месторождений полезных ископаемых служит в первую очередь их геологическое исследование, которое охватывает обширные площади земной поверхности, ограниченные, например, контурами существующих или планируемых территориально-промышленных комплексов. При геологоразведочных работах, начиная со стадии предварительной разведки, следует комплексно изучать основные и совместно залегающие полезные ископаемые, представляющие промышленную ценность. На основании полученных данных проводится комплексная геологоэкономическая оценка разведуемых месторождений, включающая помимо геологической горнотехническую, технологическую и экономическую оценки.

Важнейшим элементом геологоэкономической оценки является обоснование кондиций минерального сырья, позволяющих оконтуривать и определять балансовые и забалансовые запасы основных и сопутствующих полезных ископаемых. Основным документом, отражаю­щим экономическую целесообразность проектирования и строитель­ства горного предприятия, обеспечивающего комплексное освоение месторождения, служит технико-экономическое обоснование (ТЭО), включающее характеристику качественного состава, технологических свойств и областей использования основных и сопутствующих полезных ископаемых и геологоэкономическую оценку промышленных и перспективных запасов этих полезных ископаемых.

В настоящее время комплексное использование месторождений в процессе их разработки наиболее распространено на горнодобывающих предприятиях цветной металлургии, поскольку руды цветных металлов, как правило, сложны и многокомпонентны. При этом нередко ценность сопутствующих компонентов превышает ценность основных. Так, например, на Гайском месторождении суммарная ценность попутно добываемых полезных ископаемых выше стоимости добываемой меди.

Большинство железорудных месторождений также характеризуется многокомпонентностью полезных ископаемых, причем в рудах многих железорудных месторождений содержится цветных и редких металлов больше, чем в месторождениях, разрабатываемых горными предприятиями цветной металлургии. В частности, ряд железорудных месторождений Урала можно рассматривать как медно-кобальто-железные.

Возможности комплексного использования месторождений силь­но зависят от эффективности решения вопросов переработки полезных ископаемых. Как уже отмечалось, полнота комплексного извлечения полезных ископаемых может быть увеличена во многих случаях при обогащении добываемой горной массы. Организация и совершенствование процессов обогащения не только основных, но и сопутствующих компонентов, а также удаление из них вредных примесей — одно из основных условий, определяющих полное комплексное использование месторождений.

Природоохранная деятельность современного общества в основном направлена на создание малоотходных или безотходных технологий.

В геологоразведке и разработке месторождений полезных ископа­емых к отходам производства относятся горные породы, представленные кусковатой или мелкодисперсной массой, воды и газообраз­ные продукты (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Отходы горного производства

Фазовая характеристика отходов	Геологоразведочные работы	Разработка месторождений		Переработка минерального сырья
		подземная	открытая
Твердые	Породы, выдаваемые из подземных горных выработок, буровой шлам	Породы, выдаваемые из горных выработок, минеральная пыль	Вскрышные породы, минеральная пыль	Хвосты, шламы, шлаки, зола
Жидкие	Воды, выдаваемые из подземных горных выработок, промывочные растворы при бурении разведочных скважин	Шахтные воды	Воды, выдаваемы; на поверхность при осушении месторождений, карьерные воды	Сточные воды смежных производств и воды, поступающие из хвосто- и шламохранилищ
Газообразные		Шахтный воздух, газы, выделяющиеся с поверхности и из породных отвалов	Карьерный воздух, газы, выделяющиеся из породных отвалов	Газовые выбросы смежных производств

Наибольшую массу твердых отходов представляют вскрышные породы, объем которых в несколько раз превышает объем добываемых полезных ископаемых. Этот вид отходов зачастую представляет не что иное, как совместно залегающие полезные ископаемые. Перевод вскрышных пород из отходов горного производства в полезные ископаемые зависит не только от их минералогического состава, но от полноты и комплексности разведки месторождения и ряда технологических и организационных факторов.

В настоящее время при геологоразведочных и горно-эксплуатаци-онных работах возможности использования безотходной технологии весьма ограничены. Среди разведочных работ безотходная технология присуща лишь геофизическим методам разведки месторождений.

При добыче полезных ископаемых практически безотходная техно­логия обеспечивается при использовании таких геотехнологических способов разработки, как скважная добыча серы. Относительно небольшое количество отходов (буровой шлам и промывочные жидко­сти) свойственны разведочному бурению. В этом случае сокращение отходов возможно за счет уменьшения диаметра скважин и снижения потерь промывочных растворов.

О сновные направления использования отходов горного производства отражены на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Использование отходов горного предприятия

При геологоразведке на поверхность выдается значительное ко­личество породы, которое можно уменьшить, оставив ее в выработке или уменьшив сечение выработки при геологоразведке буровым способом.

При этом рациональное использование отходов ограничено относительно небольшим количеством этих отходов и нестационарным характером работ.

При разработке месторождений полезных ископаемых количества выдаваемых на поверхность пустых пород можно снизить, оставив их в выработанном пространстве в качестве закладочного материала.

Вскрышные породы размещают в выработанном пространстве карьеров, что позволяет эффективно сокращать площади нарушаемой поверхности. При этом отходы производства становятся своеобразным «заполнителем» полостей, образовавшихся на поверхности в результате проведения горных выработок. Значительную часть этих пород, выданных на поверхность, можно использовать как сырье для производства строительных материалов - щебня, песка, извести, кирпича, цемента и т.п.

Употребление пород шахтных отвалов в качестве сырья для промышленности осложняется неоднородностью их состава. Однако сланцевые породы, содержащие достаточное количество биологически ценных микроэлементов, могут служить удобрениями.

В горнорудной и россыпной промышленности в связи с измене­нием стандартов на минеральное сырье или с появлением потребности в новых, ранее не используемых полезных компонентов, пород­ные отвалы нередко вновь становятся объектом разработки.

О тходы смежных производств, в первую очередь обогатительных фабрик, все чаще применяют в качестве минерального сырья для производства минеральных удобрений и строительных материалов (рис. 2.7).

Рис. 2.7 Отходы смежных производств

Жидкими отходами считается та часть сточных вод, которая выда­ется за пределы шахт и карьерных полей. В зависимости от загрязнения эти воды могут быть использованы другими потребителями без предварительной обработки или при разбавлении незагрязненной водой с последующей естественной простейшей очисткой, осуществляемой в процессе движения воды по каналам, руслам рек или при аккумулировании в прудах.

При геологоразведочных работах количество жидких отходов (загрязненной воды, выдаваемой на поверхность) невелико, а при разработке месторождений сильно возрастает. Одной из мер по уменьшению количества жидких отходов является снижение интенсивности поступления в выработки сопутствующей и уменьшение расхода технологической воды. Для этого в первом случае применяют противофильтрационные завесы на карьерах и во втором — замкнутое водоснабжение дренажных полигонов. Часть сточных вод (шахтных и карьерных), идущая на технические нужды горных предприятий, не относится к отходам горного производства.

При эксплуатации смежных производств к основным отходам относятся хвосты и шламы, а также сточные воды обогатительных фабрик.

Количество газообразных отходов распределяется так же, как и жидких: небольшое количество при геологоразведочных работах и значительное при разработке месторождений. Только при подземной добыче угля на шахтах всего мира ежегодно выделяется 25...28 млрд м3 метана, довольно большое количество его поступает из пород и образуется при производстве взрывных работ. Сокращение газообразных отходов обеспечивается дегазацией пород и совершенствованием технологии взрывной отбивки. Кроме того, так как газ сам по себе — ценное полезное ископаемое, в настоящее время применяют предварительную и заблаговременную дегазации, позволяющие как использовать полученный газ, так и повышать безопасность на шахтах.