авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального ...»

-- [ Страница 2 ] --

Сложность технологии переработки красных шламов обусловлена тем, что основная часть глинозема и щелочей в них связана с кремнеземом в форме гидроалюмосиликатов натрия, являющихся прочными соединениями. Для извлечения глинозема и щелочей необходимы высокотемпературные металлургические процессы или гидрометаллургия с высокореактивными реагентами. Для высокожелезистых красных шламов эффективна технологическая схема, включающая восстановительную плавку красных планов с последующей щелочной переработкой ее шлаков. Конечной товарной продукцией восстановительной плавки является чугун. В шлаки при плавке переходит основное количество натрия, алюминия и другие полезные компоненты, включая редкие и редкоземельные элементы. Конечная товарная продукция переработки шламов — глинозем и щелочь. Разработанная технология предусматривает также извлечение титана, редких и редкоземельных элементов.

Извлечение в товарную продукцию основных составляющих достигает:

глинозема — 96%, железа — 98%, щелочи — 80% и титана — 100%. В расчете на годовой выпуск 190 тыс. т глинозема капитальные затраты на комплексную переработку красных шламов с получением чугуна, глинозема, каустической соды и цемента, по сравнению е производством на специализированных предприятиях, возрастают на 17%.

Красные шламы с относительно невысоким содержанием железа и других ценных компонентов представляют интерес в качестве корректирующей добавки при производстве портландцементного клинкера и в относительно небольших объемах, как добавка при агломерации железорудных материалов и для производства флюса в сталеплавильном производстве. Кроме того, красные шламы могут использоваться для окрашивания силикатного кирпича и некоторых других целей. В опытных условиях проверена также и возможность их применения для производства стеновых изделий. На основе шламов алюминиевого завода получен качественный пустотелый и обычный кирпич.

Разработаны также способы использования шлаков при производстве шлакощебня, шлакоситаллов, различных вяжущих для закладки выработанного пространства горных выработок и др.

Метод переработки цинковых кеков гидрометаллургическим способом основан на высокотемпературном выщелачивании кеков и осаждении железа из комплексных солей — ярозитов. При этом цинковый кек выщелачивают при высокой температуре (90-95оС) и кислотности (начальная 180-200, конечная 40- г/л) в течение 4-6 часов;

ферриты цинка, кадмия, меди, а также соединения мышьяка и сурьмы разрушаются, а в раствор одновременно с ними переходит большое количестве железа. При дальнейшей операции (добавление в раствор соединения калия и снижение его кислотности) железо осаждается в виде ярозитового кека. В результате такого выщелачивания цинкового кека из цинковых концентратов извлекается 96-97% цинка и кадмия в чушковый металл, 90% меди в медный кек, 94-97% свинца, золота и серебра в свинцовые остатки.

Ярозитовый кек (отвальный продукт при гидрометаллургической переработке цинковых кеков) может быть использован для производства красителей в производстве стройматериалов. Утилизация ярозитового осадка необходима также в связи с экономической проблемой, т.к. его тонкодисперсность и токсичность приводят к загрязнению окружающей среды.

В свинцовой и медной подотраслях металлургической промышленности значительное количество попутных элементов переходит в пыль и технологические газы. Пыли агломерации и шахтной плавки свинцового производства служат сырьевым источником получения редких и рассеянных элементов (кадмия, индия, рения, селена и др.). Но действующие схемы сложны у недостаточно эффективны. Пыли медного производства содержат более 40% свинца, являются товарными и направляются на переработку на свинцовые заводы как свинецсодержащее сырье. Из технологических газов осуществляется утилизация серы.

6. ТЕХНОГЕННОЕ СЫРЬЕ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ГОРНОЙ ХИМИИ На предприятиях горной химии основными отходами являются:

галитовые отходы в калийной промышленности;

фосфогипс при переработке фосфатного сырья;

отходы апатитовой флотации при переработке апатито-нефелиновых руд;

пиритные огарки при переработке серосодержащего сырья.

В солеотвалах и шламонакопителях предприятий накоплено более 460 млн.

т галитовых отходов, для складирования которых отведено 1700 га сельскохозяйственных земель. Их используют в небольших количествах (в 1984 г.

использовано около 14% от общего их выхода при производстве калийных удобрений) для производства технической очищенной соли, закладки выработанного пространства шахт, подсыпки дорог в целях борьбы с гололедом и для химической водоочистки в энергетических системах. Изучается возможность наиболее полной замены пищевой соли на ее технические сорта из отходов калийных предприятий.

При производстве фосфорных удобрений образуется один из самых массовых отходов — фосфогипс, ежегодный выход которого составляет 20 млн. т.

В отвалах разных предприятий накопилось около 170 млн. т. Использование фосфогипса в народном хозяйстве составляет не более 10-14% текущего его выхода. Фосфогипс успешно используется в ряде отраслей. В сельском хозяйстве его употребляют на химическую мелиорацию солонцовых почв вместо природного сыромолотого гипса, в цементной — в качестве добавки к цементному клинкеру перед его помолом вместо природного гипса. В стройиндустрии фосфогипс употребляется при производстве гипсовых вяжущих изделий и продуктов, получаемых на их основе. Ведутся исследования по использованию фосфогипса в производстве серной кислоты, в бумажной промышленности, при тампонировании нефтяных скважин и креплении шахтных выработок, а также в дорожном строительстве.



На производственном объединении «Фосфорит» ежегодно в хвостохранилище поступает более 5 млн. т кварцевых отходов, в которых уже накопилось более 60 млн. т песка. Площадь, занятая под отходами, составляет га. Более 8-10% стоимости основной продукции этих предприятий расходуется на удаление промышленных отходов. Пыль фосфогипса содержит вредные вещества (фтор, стронций, мышьяк и др.) и может загрязнять атмосферу, почвы в радиусе до 10 км и более. Расчетами установлено, что из отходов перерабатываемой исходной кингисеппской руды можно получить обширный перечень высококачественных продуктов и внедрить безотходную технологию. Хвосты обогатительных фабрик после обезвоживания могут быть использованы для производства строительных материалов (штукатурных кладочных растворов, ячеистых и тяжелых бетонов, силикатного кирпича и облицовочной плитки и т.д.), а также в дорожном строительстве. Разработаны и проверены в опытно промышленных установках режимы и технологические схемы получения высококачественных кварцевых стекольных и формовочных песков, кварцевого абразива для бытовой химии, песка для силикат-глыбы и стекловолокна, а также магний-аммоний-фосфатных удобрений и продуктов процесса грохочения.

Комплексное использование сырья предусматривает также снижение вредных воздействий на окружающую среду за счет утилизации различного вида отходов —извлечения фтора при переработке фосфоритов, использования вскрышных пород в строительстве, рекультивации нарушенных земель, меньших объемов захоронения отходов.

Ежегодное образование отходов апатитовой флотации составляет около млн. т, в том числе 28 млн. т — на производственном объединении «Апатит» при переработке апатито-нефелиновых руд Хибинского месторождения. В отвалах находится 300 млн. т, отходов апатитовой флотации. Общее содержание полезных минералов в массе апатито-нефелиновой руды составляет почти 98%. Хибинские месторождения содержат ценнейшие минералы, имеющие народнохозяйственное значение: апатит, нефелин, сфен, титаномагнетит и эгирин. В состав этих минералов в общей сложности входит около 22 химических элементов, важнейшие из которых — фосфор, алюминий, натрий, калий и др. Разработаны достаточно эффективные технологические схемы переработки хибинских руд, позволяющие получать свыше 20 видов товарных продуктов. Но в настоящее время из этих руд извлекается только апатит и около 12% нефелина, что составляет не более 60% общей ценностной структуры руды. На производственном объединении «Апатит» площадь хвостохранилища обогатительных фабрик составляет свыше 10 млн. м2. При годовом объеме добычи апатитовой руды 42 млн. — при обогащении из 30 млн. т отходов возможно получение 6 млн. т нефелинового концентрата. Конечными продуктами переработки последнего могут быть глинозем, сода, поташ, алюминиевый коагулент, алюмокалиевые квасцы, керамические связки.

В отвалах сернокислых производств на начало 1984 г. хранилось около млн. т пиритных огарков. Годовое образование пиритных огарков — около 4, млн. т. Пиритные огарки используются в основном в цементной промышленности, незначительное их количество применяется при производстве стекла и огнеупорных материалов, в сельском хозяйстве для мелиорации почв, при обжиге свинцовых концентратов в качестве агломерирующей добавки с последующим извлечением содержащихся в этих огарках золота и серебра.

Проводятся исследования по комплексной переработке пиритных огарков с извлечением таких ценных компонентов, как железо, золото, серебро, цветные и редкие металлы.

7. ТЕХНОГЕННОЕ СЫРЬЕ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЭНЕРГЕТИКИ На предприятиях угольной промышленности объем учтенных накопленных отвалов превышает 10 млрд. м3, причем половина из них подвержена горению. К отходам угольной промышленности относятся отвальные вскрышные породы, образующиеся в процессе разработки месторождения, отходы углеобогащения и зола от сжигания энергетических углей. Определились два основных направления утилизации отходов: повторное обогащение отходов, использование их в других отраслях промышленности.

Попутные продукты угледобычи При разработке угольных месторождений ежегодно извлекается из недр около 1 млрд. т вскрышных пород, 100 млн. т шахтных пород. Интенсивное развитие открытого способа добычи привело к более быстрому накоплению этих отходов. Только в Донецком бассейне ежегодный объем их складирования составляет 75 млн. т породы. Отходы угледобычи подразделяются на твердые:

минеральные и органоминеральные (углесодержащие с Сорг. более 4%), а также жидкие и газообразные. Твердые отходы часто содержат попутные полезные ископаемые, то есть минеральные комплексы в породах, вмещающих основное полезное ископаемое, образующие самостоятельные пласты, залежи или рудные тела, которые экономически целесообразно добывать для использования при разработке углей (горючих сланцев). К ним относятся пески, песчано-гравийные смеси, глины, каменные строительные материалы, железные руды, фосфориты, бокситы, россыпные полезные ископаемые, кремнистые породы, гипс, ангидрит, самородная сера. Попутные полезные ископаемые обычно сосредотачиваются в минеральных отходах угледобычи (вскрышных или шахтных породах, С орг. менее 4%).

Во вскрышных породах часто содержится уголь. Например, его потери со вскрышей составляют на карьерах Кузнецкого бассейна (Россия), Экибастузского бассейна (Республика Казахстан) и Ангренского месторождения (Республика Узбекистан) до 10 млн. т в год. Тем не менее, есть примеры доизвлечения угля из таких органо-минеральных отходов. Применительно к углям Канско-Ачинского бассейна разработан метод комплексного энерготехнологического использования низкосортного топлива, основанный на термической переработке углей. При этом получают высокосортное твердое, жидкое и газообразное энергетическое топливо и одновременно технологическое сырье для химической промышленности (углеводороды, фенолы, серу), производства строительных материалов и сельского хозяйства, то есть создается малоотходная технология использования высокозольного и сернистого топлива в энергетике.

Одним из наиболее естественных (хотя и дорогостоящих) способов использования горной породы является оставление ее в шахте для закладки выработанного пространства и забутовки горных выработок, то есть для поддержания кровли в забоях. Такое использование пород, бесспорно, обеспечивает наилучшие условия для поддержания кровли в выработанном пространстве, крепления и ремонта горных выработок. При этом практически отсутствует проседание почвы на поверхности, что особенно важно при подработке ценных сельскохозяйственных земель, городских и прочих территорий. Окончательный вывод об эффективности данного способа должен делаться по итогам технико-экономических расчетов. Альтернативой здесь является выдача породы на поверхность с последующей ее переработкой и полезным использованием.

Наиболее широкое применение порода находит пока в строительной индустрии. Скальные породы используются в дорожном строительстве и для балластировки железнодорожных путей, в виде щебня. Различные сорта глин и карбонатные породы направляются на производство цемента, кирпича, керамических изделий, дренажных труб, аглопорита, керамзита и других видов строительных материалов.

Однако при больших возможностях переработки отходов уровень их фактического использования в целом еще весьма незначителен: из добываемого объема вскрышных и смешанных пород для производства строительных материалов используется менее 3%.

На Ангренском месторождении, разрабатываемом угольным разрезом, в толще вмещающих пород залегают каолины, известняки, песчано-глинистые отложения и суглинки. Запасы каолинов месторождения составляют значительную долю балансовых запасов этого сырья в целом по Узбекистану. В настоящее время на Ангренском месторождении реализуется около 10% попутной годовой добычи каолинов — в основном для производств канализационных и дренажных труб, облицовочных плиток, санитарно-технических фаянсовых изделий, бытовой посуды, а также в качестве добавки в производстве белого и цветного цементов и высокопрочного кирпича. Основная же масса добываемых каолинов вывозится в спецотвалы.

Горелые породы шахтных отвалов успешно применяются для устройства оснований немагистральных шоссейных дорог. Наконец, все породы могут быть использованы для рекультивации земель. Для повышения эффективности рекультивации порода, выдаваемая из шахт и обогатительных фабрик, должна укладываться в плоские отвалы, которые легче и дешевле рекультивируются и практически не самовозгораются.

Перегорелые породы находят все большее применение при строительстве постоянных и временных дорог. Тонкомолотые перегорелые породы являются ценнейшим материалом для изготовления стеновых панелей и стеновой керамической плитки. На Украине было установлено, что построенные на базе перегорелой породы дороги хорошо дренируют поверхностные воды, на них не наблюдается зимнего вспучивания, как следствие — срок их нормальной эксплуатации увеличивается более чем в два раза.

На предприятиях «Интауголь» в советские годы из породных отходов изготавливался кирпич марки 75-100, все показатели соответствовали ГОСТу (в том числе и морозостойкость). Опыт показал, что для получения качественного кирпича содержание углистого вещества в шихте не должно превышать 10%.

Кирпич, изготавливаемый из породы, легче глиняного и обладает лучшими теплоизоляционными свойствами.

На бывшем ПО «Ростовуголь» еще в 1980 году был построен завод по производству блоков из горелой породы бывшей шахты им. Петровского. На заводе был организован экспериментальный цех керамики, изучались возможности использования пород для выпуска санитарно-технических изделий.

Горелые породы породоотвала шахты им. Октябрьской революции были использованы для строительства ткацкой фабрики №3 Шахтинского хлопчатобумажного комбината, а также отсыпки автодороги г. Шахты — станица Мелиховская. Кроме горелой породы породоотвалов, используются и свежие породы шахт и обогатительных фабрик для устройства плотин на строительстве прудов.

Важным попутным продуктом угледобычи является выдаваемая на поверхность шахтная вода.

Объем шахтных вод зависит от водообильности месторождений, например, на шахтах Донецкого бассейна — 3 м3/т. Вся поступающая из подземных водотоков в горные выработки вода направляется в водосборники, из которых ее и откачивают на поверхность.

Для более широкого использования шахтных вод в народном хозяйстве необходимо улучшить их качество. Механических примесей в шахтных водах, например, Донецкого бассейна — не более 200-300 мг/л, они состоят из частиц угля и пород крупности не более 100 мкм.

Откачиваемые на поверхность шахтные воды подвергаются очистке в отстойниках и прудах-осветлителях в одну и две стадии. Средняя эффективность отстаивания взвешенных веществ составляет: при одноступенчатой очистке 65 75%, при двухступенчатой 70-80%. Глубокая очистка шахтных вод от взвешенных веществ и бактериальных загрязнений до норм воды питьевого качества проводится лишь на немногих шахтах. Основное количество шахтной воды после очистки используется для производственного и противопожарного водоснабжения. В очистных сооружениях шахт ежегодно образуется много осадков, которые могут использоваться в качестве минеральных удобрений.

При добыче угля открытым способом попутно извлекаемые воды используются на углемойках с оборотным циклом с целью более полного его извлечения. Часть шахтных вод, несмотря на минерализацию, применяется в сельском хозяйстве для полива посевов овощных культур и многолетних трав.

Важным попутным продуктом угледобычи является метан. При определенных соотношениях концентрации метана в шахтной атмосфере он представляет серьезную опасность, так как может стать источником взрыва, а также препятствует увеличению нагрузки на очистной забой, повышению темпов подготовки и отработки выемочных полей.





Для обеспечения допустимых концентраций метана на шахтах Донецкого и Кузнецкого бассейнов применяется дегазация, в результате которой резко улучшаются все технико-экономические показатели процесса угледобычи.

Однако, газ, извлекаемый при дегазации вакуум-насосными установками угольных шахт, по происхождению относится к природным углеводородам и является попутным продуктом разработки угольных месторождений. Количество метана, содержащегося в подрабатываемых толщах дегазируемых шахт глубиной 500 м, эквивалентно 10-15% добываемого ими угля. Если извлекать только половину запасов газа, то годовая его добыча будет эквивалентна 2 млн. т условного топлива.

Использование продуктов углеобогащения При обогащении твердых горючих полезных ископаемых выделяются и накапливаются в самостоятельные концентраты и продукты обогащения различные попутные компоненты. Основными методами обогащения углей являются флотация и гравитация. При этом образуются отходы крупностью от 300 до 0,5 мм и менее, содержащие каолинит, гидрослюду, монтмориллонит, хлорит, кварц, сульфиды, карбонаты, полевые шпаты. Области применения отходов углеобогащения и добычи во многом совпадают: это производство аглопорита, керамзита, строительной керамики, кремнеалюминиевых сплавов, огнеупорных материалов, пиритного концентрата, стеклокристаллических и плавленых материалов;

дорожное и гидротехническое строительство, производство удобрений.

Одним из перспективных направлений использования отходов углеобогащения является производство пористых заполнителей для бетонов (аглопорита, керамзита). Промышленное производство пористых заполнителей методом агломерации было начато в середине 1950-х годов, когда в США был введен в эксплуатацию завод по производству заполнителей из отходов обогащения каменного угля. В настоящее время в мире эксплуатируется более предприятий по производству аглопорита из отходов углеобогащения. Основной потенциальной сырьевой базой производства аглопорита являются отходы гравитационного обогащения углей.

Производство керамзита может быть ориентировано на использование минеральных отходов угледобычи (глин, суглинков, аргиллитов), а также на применение отходов обогатительных фабрик Печорского, Донецкого, Кузнецкого и Сахалинского бассейнов, характеризующихся низким содержанием углерода и высокой вспучиваемостью.

Отходы добычи и обогащения углей могут частично или полностью заменить глинистое сырье в шихте кирпичных заводов. Кроме того, в ряде случаев отходами углеобогащения удается заменить несколько компонентов в составе сырьевых смесей кирпичных заводов (опилки, уголь, шамот, гранулированный шлак), что упрощает технологию. Опытно-промышленными работами показана целесообразность введения до 20% тонкоизмельченных отходов гравитационного обогащения углей в состав шихты Новокузнецкого завода.

Одним из примеров использования отходов углеобогащения в качестве компонентов для производства цементов является Польша, где ежегодно около 0,4 млн. т таких отходов используется в шихте цементных заводов.

Из углеотходов обогащения целесообразно выделять пиритные концентраты. Такие отходы характерны для предприятий Донецкого бассейнов, причем основные потенциальные запасы дисульфида железа сосредоточены в породе гравитационного обогащения. Пиритный концентрат в течение ряда лет применялся в сернокислотном производстве и к нему предъявлялись жесткие требования по крупности (менее 3 мм), содержанию серы (39% и более) и углерода (менее 5%). Поэтому пиритный концентрат тяжелосреднего обогащения додрабливали, измельчали, подвергали гидроклассификации, а в случае необходимости, дообогащали на концентрационных столах. При использовании пиритного концентрата для улучшения обрабатываемости сталей и в качестве сульфидизатора плавки окисленных никелевых руд содержание углерода не нормируется, крупность может быть 5-100 мм.

В отходах добычи и обогащения углей часто присутствуют породы, богатые алюминием, главным образом состоящие из минералов каолиновой группы (Иркутский, Тунгусский, Таймырский бассейны). Наибольшее число работ посвящено каолиновым породам, залегающим в угольных пластах Экибастузского бассейна и Ангренского месторождения. Доказана эффективность переработки (щелочными методами) на глинозем этого сырья с удалением из него вредных примесей. Примером могут служить вторичные каолины Ангренского месторождения, для которых характерно высокое (до 50-60% при допустимом 30%) содержание зерен кварца размером более 10 мкм.

Для повышения плодородия почв во многих странах мира применяют зольные отходы от сжигания углей и значительно меньше — отходы добычи и обогащения. Многие из содержащихся в углеотходах агрохимических компонентов представлены формами, плохо усваиваемыми растениями. Один из способов перевода малоподвижных форм в легко усваиваемые основан на их биохимической активизации применением в виде компоста (то есть смеси углеотходов с органическим удобрением).

Техногенное сырье на энергетических предприятиях Увеличение общей мощности тепловых электростанций, рост зольности энергетических углей, вовлечение в топливный баланс различных низкосортных топлив сопровождается прогрессирующим возрастанием массы отходов.

Широко известно и в крупных масштабах реализовано в промышленности применение золошлаковых отходов энергетического сжигания углей в качестве компонента сырьевых смесей для производства цемента. Золошлаковые отходы, прошедшие термообработку, существенно изменяют исходный минеральный состав и структуру. При этом золу нельзя отождествлять (как количественно, так и качественно) с минеральной частью топлива. Состав золы топлива принято выражать через оксиды элементов, и он может быть охарактеризован преобладающими SiO2 + Al2O3, варьирующими СаО + MgO и подчиненным количеством Fe2O3. Основные золообразующие минералы в углях — кварц, глинистые минералы, слюды, полевые шпаты, карбонаты, сульфиды, оксиды и гидрооксиды железа, опал, халцедон, корунд. Среди акцессорных встречаются галенит, сфалерит, халькопирит, оксиды титана, диаспор, ильменит, целестин, гипс, ярозит, апатит. Примеси, растворенные в грунтовых водах, также являются одной из составляющих золы топлива. Высокая минерализация грунтовых вод может служить причиной повышенного содержания в углях натрия (так называемые «соленые» угли). В углях более высокой степени углефикации (от газовых до антрацитов) отсутствуют активные группы, реагирующие с металлами, поэтому золообразующие минеральные примеси в них те же, что и в осадочных породах, то есть глинистые минералы и кварц. При обогащении топлива из него удаляют лишь внешние минералы, то есть отделяющиеся от топлива при его размоле. Внутренние минералы, заключенные в частице топлива, претерпевают превращения при более высокой температуре и в более восстановленной среде, чем отделенные от угля. Они составляют зольность собственно угля, которая не зависит от обогащения. При озолении топлива только кварц, полевые шпаты и некоторые оксиды железа не меняют своей массы вплоть до начала плавления. Глинистые минералы, карбонаты, сульфиды теряют массу в результате удаления воды, диоксида углерода, выгорания серы. И наоборот, кальциевые и натриевые соединения, подвергаясь сульфатизации, увеличивают свою массу. В связи с этим зольность топлива практически всегда отличается от содержания в нем минеральных компонентов. В результате термической обработки золошлаковые отходы меняют исходную структуру сырья и могут характеризоваться очень высокой дисперсностью, близкой по крупности к измельченному цементному клинкеру.

Отходы сжигания углей на тепловых электростанциях представляют собой ценное сырье для народного хозяйства и в первую очередь для строительной индустрии. Шлаки, составляющие 10-20% этих отходов, являются хорошим заполнителем бетона, используются в дорожном строительстве и для теплоизоляционных засыпок, а зола — в производстве цемента (как активная минеральная добавка к цементу и как компонент цементной сырьевой смеси), газобетона, керамзитобетонов, искусственных пористых заполнителей (аглопоритового и зольного гравия, золокерамзита), силикатного и глиняного кирпича (отощающие и кремнеземистые добавки). Зола тепловых станций, использующих экибастузские угли Казахстана, содержит до 30% окиси алюминия и может стать практически неисчерпаемым источником сырья для производства глинозема. Использование золошлаковых смесей позволяет сэкономить до 25% технологического топлива за счет вторичного вовлечения топливной составляющей золы. Исследования показывают, что золошлаковые отходы могут содержать повышенные количества серы, германия, галлия, молибдена.

Например, в Великобритании в течение 20 лет германий извлекался из золы и шлаков ТЭЦ, работающих на бурых углях, содержащих 0,01% германия. В условиях избытка воздуха большая часть германия концентрировалась в шлаках (52%) и золе (19%), при недостаточном доступе воздуха (на газогенераторных установках) — в пыли дымоходов (75%), золе и шлаках (25%). Производство было прекращено в связи с переводом ТЭЦ на газовое топливо в середине 1970-х годов. Промышленное использование германия основано на его полупроводниковых свойствах (для изготовления транзисторов светоэмиссионных диодов и выпрямителей), а в последние годы доминирует потребление германия в инфракрасной и волоконной оптике (линзы, стекла). В США 80-90% германия используют в военной области (боевая техника, оснащенная приборами инфракрасного видения). Однако использование в народном хозяйстве указанных отходов до сих пор еще не превышает 5% общего выхода этой продукции.

Проблема утилизации золошлаковых отходов остается нерешенной. Тем не менее, они занимают огромные площади, пагубно действуют на окружающую среду. В странах СНГ такими отвалами занято более 150 тыс. гектаров земли.

В ряде зарубежных стран уровень использования золошлаковых отходов значительно выше и составляет 50-80% от их текущего выхода.

Л.Я. Кизильштейном с соавторами разработана схема комплексной утилизации золошлаковой смеси угольной тепловой электростанции (рисунок 1), позволяющая рассмотреть возможность проектирования технологической линии производства большого ассортимента материалов, актуальных для Юга России.

Примечание: ЗШС — золо-шлаковая смесь;

ФС — ферросилиций;

АСПМ — алюмосиликатные полые микросферы;

МШ — магнетитовые шарики;

НУЧ — несгоревшие угольные частицы Рисунок 1 – Типовая схема комплексного использования золо-шлаковых отходов угольной тепловой электростанции 8. МЕТОДЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ И ОЦЕНКИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В настоящее время не создано единой методики изучения техногенных месторождений, которое зависит от промышленно-генетического типа природного объекта, условий образования и накопления вторичных минеральных ресурсов, существующих схем технологического производства. Однако, несмотря на специфику месторождений, созданных человеком, их изучение должно базироваться на получении той же количественной, качественной и прагматической информации, которая необходима для оценки природных тел полезных ископаемых.

В качестве типовых показателей оценки техногенных месторождений могут быть рекомендованы следующие группировки (Мищенко, 1983):

общая географо-производственная характеристика (источник отходов, его местонахождение, наименование отходов, условия их образования и накопления, изученность);

ресурсная характеристика (текущий и перспективный выход, запасы, емкость отвалов, затраты на удаление и складирование, землеемкость);

качественная характеристика (физико-механические и химико технологическое свойства сырья и продукции из него);

производственно-экономическая характеристика переработки и использования по направлениям (объемы использования и мощность перерабатывающих установок, технологические условия производства, себестоимость, отпускная или оптовая цена, эксплуатационные и капитальные затраты на отгрузку, предварительную переработку отходов, на получение кондиционного сырья или готовой продукции).

Геологическое изучение техногенных объектов можно разделить на два этапа: поисково-ревизионный и разведочно-эксплуатационный, границы между которыми условны.

Первый поисково-ревизионный этап связан с обнаружением техногенных скоплений полезных ископаемых. Успешное проведение этого этапа зависит от общей эрудиции исследователей, знаний конъюнктуры рынка и геологических особенностей природного месторождения, представлений о существующих технологических схемах обогащения и переработки первичного минерального сырья, а также о возможностях внедрения новых эффективных технологий. При этом поиски связаны с изучением фондовой геологической и технической документации, сопровождавших добычу и переработку первичного полезного ископаемого. Выявляются по годам все отходы горного производства и места их складирования. Среди поисковых объектов можно выделить следующие:

скопления в отвалах добывающих предприятий ранее некондиционных руд, но в настоящее время представляющих промышленный интерес в результате изменившихся потребностей, кондиций и появлению новых технологий переработки сырья (как по главному, так и по попутным компонентам);

скопления полезных компонентов, образующиеся при несовершенстве или временных нарушениях обогатительного или перерабатывающего технологического процесса (например, в хвостохранилище обогатительных фабрик, отвалах шлаков, кеков, скоплений пыли);

вскрышные и вмещающие горные породы, минералы и промпродукты, являющиеся отходами для данной отрасли горнорудного производства, но обладающие другими полезными для человека свойствами;

сюда могут быть включены как традиционные полезные ископаемые (строительные материалы, индустриальное, химическое, агрономическое сырье и др.), так и нетрадиционные материалы, заменители первичного минерального сырья.

Задачей поисково-ревизионного этапа является определение перспектив выявленных техногенных скоплений с отбраковкой проявлений, не имеющих промышленного значения. Получение первичной информации дополняется поисково-оценочными работами в соответствии с инструкциями и методиками, разработанными для конкретных видов природных полезных ископаемых.

Разведочно-эксплуатационный этап условно можно разделить на две стадии: предварительную разведку и детальную, сопровождающуюся частичной эксплуатацией объекта. Задачей предварительной разведки является получение однозначного заключения о промышленной значимости объекта как по качественным, так и количественным показателям, детальная разведка производится в тех случаях, когда в ее проведении заинтересована соответствующая отрасль народного хозяйства. На этой стадии выявленное месторождение и минеральное сырье изучаются со всей полнотой, необходимой для передачи объекта в промышленное освоение с получением таких данных, которые оказывают влияние на условия, технику, технологию и экономику добычи.

Геолого-промышленные показатели, получаемые в результате детальной разведки природных месторождений, должны сохраняться и для техногенных месторождений. К ним относятся (Погребицкий, 1974):

характер контура и размеры площадей распространения полезного ископаемого;

положение их в пространстве;

мощность, строение и объем тела полезного ископаемого;

элементы залегания;

количество рудных тел и их взаимоотношение в пространстве;

вещественный состав полезного ископаемого, содержание полезных, вредных и инертных компонентов;

текстурно-структурные особенности, их технические и технологические свойства, объемный вес, влажность;

типы и сорта полезного ископаемого, их пространственное обособление, выход на рудную массу;

запасы полезного ископаемого;

горно-технические условия эксплуатации (гидрогеологические, газовые и термальные условия, крепость и устойчивость полезного ископаемого и боковых пород).

Разведочная модель месторождения обычно представляется в виде ряда графических изображений, которые дополняются и разъясняются словесными данными. Графическое изображение природных объектов дают геологические карты и разрезы, стратиграфические и литологические колонки, тектонические схемы, которые не совсем применимы к техногенным месторождениям. И поэтому для последних на первое место выступают схемы минералогического и геолого-технологического картирования, планы и разрезы опробования и подсчета запасов, планы разведочных выработок, планы в изолиниях мощностей залежи, изменения качества полезных ископаемых, глубина зоны окисления техногенных руд и т.д.

Получение необходимой геологической информации о техногенных скоплениях базируется прежде всего на их опробовании при проведении поисково-разведочных маршрутов, проходке канав и шурфов, бурении скважин и геотехнологическом картировании. Отобранные пробы исследуются в лабораториях минералогическими, петрографическими, минераграфическими, геохимическими методами с выявлением химического состава полезного ископаемого, элементов-примесей, физических и механических свойств, а также подвергаются технологическим испытаниям. Для ряда техногенных полезных ископаемых возможно проведение геофизических исследований (магниторазведки, электроразведки, ядерно-геофизических).

При завершении разведочных работ техногенное месторождение передается в эксплуатацию при следующих условиях:

технологическими испытаниями доказана возможность промышленного использования полезного ископаемого;

технико-экономические расчеты показывают, что дополнительные затраты на их переработку до товарного продукта не превышают извлекаемой при этом ценности;

выявлены конкретные потребители и указаны объемы использования.

Таким образом, несмотря на специфику образования и накопления техногенных полезных ископаемых, их геологическое изучение принципиально не отличается от оценки природных месторождений. Хотя в каждом конкретном случае подобная работа является творческой, она зависит не только от квалифицированного и интуитивного подхода исследователей, но и многих объективных обстоятельств, связанных с условиями проведения работ, возможностями технологического процесса, технической оснащенностью и др.

В качестве примера методики изучения техногенного месторождения можно привести геологоразведочные работы на одном из хвостохранилищ Тырныаузского вольфрам-молибденового комбината (Шуликовский, 1992), целью которых являлось, установление целесообразности его разработки, либо использовании в подсобном хозяйстве комбината для разбивки фруктового сада.

В результате этих работ по разведочным линиям вкрест простирания искусственной россыпи было пробурено 26 скважин глубиной от 25 до 45 м с учетом общей мощности россыпи. Общий объем бурения составил 600 погонных метров, опробованию подвергался каждый 1,5-2-метровый интервал скважин.

Выход опробуемых песков составил в среднем около 60%. Среднее содержание трехокиси вольфрама в целом по хвостохранилищу составило 0,03%, молибдена валового — 0,006%, что довольно точно совпадает с данными ОТК фабрики при заполнении хвостохранилища в 1960-е годы. Объем хвостов здесь составил 15, млн. м3, что при плотности песков 1,55 т/м3 равно 23 млн. т. Изучение распределения вольфрама в искусственной россыпи показало, что его повышенные содержания образуют две горизонтальные линзы в средней и донной части хвостохранилища.

Проведенный минералогический и гранулометрический анализ хвостов выявил, что основная часть потерь металла связана с недоизмельченностью шеелита и молибдошеелита. Присутствие этих минералов в относительно крупных зернах (классов 0,15-0,30 мм и более) указывает на брак работы обогатительной фабрики. Это подтверждает и морфология обогащенных вольфрамом участков хвостохранилища. Вытянутые горизонтальные линзы соответствуют положению хвостопровода и определенным периодам работы фабрики. В связи с этим представляется целесообразным использование гравитационных методов обогащения для переработки отработанной пульпы, идущей с хвоста, с целью извлечения шеелита крупных классов. Разведочные работы показали, что искусственная россыпь шеелита, образованная в описанном хвостохранилище, может служить весьма экономичным объектом отработки открытым способом в связи с частым дефицитом карьерной руды, для подшихтовки основных руд. Положительный результат разведки дал основание для поставки аналогичных работ на другом хвостохранилище, где также возможно образование искусственных россыпей шеелита и некоторых попутных компонентов руд.

9. ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ КАРТИРОВАНИЕ КАК ВЕДУЩИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Среди геологических исследований техногенных месторождений особая роль принадлежит геолого-технологическому картированию, то есть комплексу работ по геометризации руд с различными технологическими свойствами и обогатимостью. Такие работы основаны не на единичных технологических пробах, средних по месторождению или рудному телу, а на массовом опробовании и картировании всего разнообразия руд. В основу методики геолого технологического картирования положено детальное изучение технологические особенностей всех текстурно-минералогических разновидностей руд, их классификация и составление геотехнологических карт, разрезов. При этом выделяются и геометриэуются факторы, обусловливающие технологическую неоднородность полезного ископаемого, составляются частные классификации технологических субтипов руд на основе технологических требований перерабатывающих предприятий;

выделяются и геометризуются технологически, однородные блоки с определением их параметров;

производится опробование технологически однородных блоков и определение оптимальных направлений испытаний технологических проб.

Научные основы геометризации месторождений были заложены отечественными учеными П.К. Соболевским и П.А. Рыжовым еще в 1930-40-е годы. Развитие их идей на современном этапе связано с созданием автоматизированной информационной системы контроля изученности вещественного состава и технологических свойств руд на основе использования электронно-вычислительной техники. Основными функциями такой системы (любого масштаба) будут сбор, систематизация и хранение данных, контроль за их полнотой, корректировка характеристик месторождений по последним данным, выдача необходимой информации в различных режимах. Такие работы позволили бы обоснованно выбирать наиболее целесообразные схемы обогащения для имеющихся типов руд и гарантировали бы полноту использования минерального сырья.

Методика картирования разработана для различных типов природных месторождений, однако, она вполне приемлема и для техногенных объектов.

Выделение технологических типов и субтипов полезных ископаемых производится на основе разных показателей. Так, в качестве технологически значимых параметров руд цветные металлов обычно рассматриваются:

1) содержание в рудах металлов (%);

2) соотношение содержаний металлов;

3) минералогические формы нахождения металлов и минеральный состав руд;

4) текстура и структура руды;

5) флотационные свойства руд и вмещающих пород;

6) литолого-петрографический состав рудовмещающих пород.

В общем случае извлечение металлов из сульфидных руд скарновых, жильных месторождений увеличивается с ростом их содержания в данном типе руд, это связано с хорошими флотационными свойствами главных рудных минералов гидротермального и гидротермально-метасоматического генезиса.

Однако на стратиформных и колчеданно-полиметаллических месторождениях выявленная закономерность не всегда подтверждается. Нередки случаи, когда при меньших содержаниях из бедных руд извлечение металлов значительно выше, чем из богатых. Особенно сильно влияют на изменение технологических свойств минералогические формы нахождения свинца, цинка, меди в рудах.

Флотационным способом обогащения наиболее эффективно извлекаются сульфиды этих металлов. Процессы окисления ухудшают технологические свойства руд, так как у большинства новообразованных минералов свинца, меди и цинка отсутствуют природные гидрофобные свойства. Хорошо флотируются вторичные сульфиды меди, самородная медь, но только после сульфидизации флотируются малахит, церуссит, англезит, смитсонит, виллемит. Облагораживает руды метаморфизм, начиная с p-t условий фации зеленых сланцев, так как при этом они перекристаллизовываются в более крупнозернистые агрегаты сульфидов и последние очищаются от примесей. Эффективность флотации резко понижается для сажистых и землистых (например, малахитовых) руд из зон окисления. Такие агрегаты могут преобладать на поверхности техногенных месторождений цветных металлов.

Крупнозернистый гранулометрический состав зерен сульфидов является одним из исходных условий хорошего флотационного обогащения руд. Поэтому лучшее качество концентратов достигается при обогащении гидротермальных, скарновых и метаморфогенных руд с зернистыми, коррозионными или кристаллобластическими структурами. Тогда как коллоидные (метаколлоидные), тонкополосчатые текстуры и структуры значительно понижают эффективность их обогащения. Особенно часто такие структуры наблюдаются в рудах гидротермально-осадочного и вулканогенно-осадочного генезиса. При селективной флотации из метаколлоидных и коллоидных руд из-за больших потерь металла целесообразно получать коллективный концентрат с последующей переработкой по другим технологиям.

Флотационные свойства могут меняться от особенностей кристаллического строения и примесей в рудных минералах. Так, для сфалерита они зависят от количества и формы вхождения элементов-примесей (Fe+2, Cd+2, Mn+2), изменяющих его кристаллическую решетку. Клеофаны флотируются лучше мартитов. Примеси меди в сфалеритах (изоморфной или механической) повышают их флотоактивность. Присутствие пирита при флотации халькопирита, сфалерита является отрицательным фактором, так при этом в пульпе образуются сульфооксиды смешанных металлов, нежелательные пленки на рудных зернах.

Вмещающие породы, вовлекаемые в процесс флотации, также влияют на конечный результат обогащения (продолжительность измельчения, селективность разделения при шламообразовании, количество балластных примесей в концентратах и др.). Например, на Риддер-Сокольном месторождении установлено отрицательное влияние глинозема и карбонатов на извлечение меди, а карбонатов на извлечение свинца.

Таким образом, учитывая всю совокупность технологических свойств руд, проводится их типизация с учетом существующих на горно-обогатительных предприятиях схем обогащения и возможности изменения технологического процесса. Наиболее перспективным изменением является совершенствование, флотационного метода — ведущего в отечественной цветной металлургии, повышение селективности и расширение диапазона крупности селективно флотируемых частиц. Значительная роль принадлежит введению высокоэффективных флотореагентов. Одним из примеров решения комплекс ной переработки сульфидной медно-свинцово-цинковой пиритовой руды является комбинированная схема обогащения с применением металлургии.

Металлургическая переработка хвостов медной флотации позволяет повысить извлечение свинца до 51%, меди до 73%, цинка до 61,5%, тогда как по чисто флотационной схеме удавалось получить извлечение свинца 30%, меди 61%, цинка 55,5%.

Важным технологическим параметром железорудного сырья является содержание в нем магнитных фракций, т.к. основным методом извлечения железа в концентрат является мокрая магнитная сепарация, использующая магнитные свойства минералов. Поэтому при геотехнологическом картировании железорудных объектов не достаточно иметь данные только по общему содержанию железа в сырье. Необходимо детальное минералогическое изучение вещества, особенно если это отходы первичного горного производства.

Составление геометрических схем распределения доли магнитного железа является результатом такого картирования. По данным практики на месторождениях железистых кварцитов, если это соотношение составляет около 0,9, то относительная часть железа, уходящего в хвосты, — около 80%, а при снижении доли магнитного железа до 0,7, в хвосты теряется уже около 50% исходного железа. Поэтому часто богатые по содержанию железа руды (но бедные по магнетиту) разрабатывать оказывается менее рентабельно по обычной технологии, чем более бедные магнетитовые руды. Одним из путей повышений эффективности извлечения железа из некондиционных руд является внедрение обжигмагнитной схемы обогащения.

При геотехнологическом картировании отвальных скоплений пирита, по данным опробования, составляются геохимические схемы распределения серы, кобальта, золота, меди, цинка, серебра и других ценных элементов. При повышенных содержаниях полезных компонентов в отдельных участках отбираются минералогические пробы, изучаются и картируются формы нахождения попутных компонентов (изоморфные примеси, минеральные), а также их микроассоциации, проводится морфометрический анализ.

На горнообогатительных предприятиях Кольского полуострова в отвалах накоплено большое количество бедных забалансовых апатитовых руд. При картировании таких техногенных скоплений необходимо оконтуривать участки по повышенным содержаниям нефелина, сфена, титаномагнетита, эгирина с изучением формы и размеров зерен этих минералов.

При картировании терриконов (конусных отвалов угледобывающих предприятий) важным технологически признаком является гранулометрический состав складированного материала. Отбор проб проводится обычно по склону отвала. Картированием геометризуются три зоны: у основания — с валунно глыбовым составом, в средней части — с песчано-гравелитовым размером частиц и верхняя — пелитовая с высоким содержанием органического вещества (горючая составляющая до 20-30%). Наиболее ценным для использования является пелитовый материал — как корректирующая добавка при получении пористой керамики, аглопорита. Избыток серы (более 2%) в этом материале ухудшает физико-механические свойства изделий. Для изучения распределения серы в отвале и выяснения формы ее вхождения в минералы обычно картируются содержания в пробах пирита. Пирит в верхней части терриконов является вредным компонентом при обжиговом производстве также вследствие токсичности серы.

Таким образом, геолог при оценке рентабельности вторичного использования отвального сырья должен хорошо ориентироваться в новейших технологиях обогащения и переработки руд, пород, нерудных минералов, углей и этими знаниями руководствоваться в выборе технологически значимых параметров при картировании изучаемых объектов.

10. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ УГЛЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ КАК СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Изучение углесодержащих отходов добычи и обогащения углей целесообразно проводить в две стадии: предварительной (поисково-ревизионной), выявляющей объекты для дальнейшего изучения и заключительной (промышленной), в результате которой подготавливаются исходные данные для проектирования соответствующей установки или предприятия для переработки углеотходов.

На предварительной стадии анализируют состав и свойства углеотходов, оценивают стабильность этих показателей. Для предварительного исследования отходов обогащения и добычи углей, хранящихся в отвалах, разработана специальная методика, позволяющая определить выбор направлений их использования и основные технологические параметры.

Технические средства не позволяют с удовлетворительными технико экономическими показателями оценить состав и свойства складированных углеотходов во всем объеме отвала. Обычно изучают только внешний слой отвала (на глубину до 4 м). Полученные данные в отличие от исследования текущих отходов обогащения позволяют дать прогноз состава и свойств пород терриконов только на короткий период времени после проведения опробования, продолжительность которого тем меньше, чем больше масштаб переработки. Эти недостатки присущи как зарубежным, так и отечественным методикам опробования пород терриконов. Например, в Великобритании, где угледобыча полностью прекращена, пробы массой около 5 кг отбирают бурением поверхности террикона на глубину до 3 м.

В Венгрии и Польше проводится изучение углесодержащих пород, хранящихся в конусных отвалах, с целью оценки целесообразности получения из них кондиционного топлива методами гравитационного обогащения. Пробы отбирают с поверхности отвала, а расстояние между точками тем больше, чем меньше его объем.

По методике, принятой в нашей стране, отвал разбивают на зоны, от каждой из которых отбирают первичную пробу, составляемую из порционных. Число порционных проб составляет от 3 до 5 в зависимости от площади поверхности зоны. Зоны отмеряются от вершины к основанию, и расстояние между ними (по вертикали) принимается равным 4 и 1 м, соответственно, для конического террикона и плоского отвала. Опробованию не подлежит нижняя зона крупновалунного (500-1000 мм) и глыбового (более 1000 мм) материала. В отобранных пробах исследуются следующие показатели: гранулометрический состав, влажность, пластичность, прочность на сдвиг, анализ серы и золообразующих элементов, литолого-минералогический состав, содержание органического углерода, содержание углистого вещества. Показатель выветриваемости, степень окисленности (или термическая характеристика, разделяющая породы на горелые, горящие и негорелые).

Заключительная стадия исследования выполняется, если имеется потребитель на углеотход конкретного предприятия, установлены (на предварительной стадии) выдержанность состава и свойств углеотходов и определено, что они образуются в объеме, достаточном для использования. На промышленной стадии обычно исследуется одна достаточно крупная (технологическая) проба, состав и свойства которой должны соответствовать данным опробования, полученным на предварительной стадии. На технологической пробе проводится полный комплекс испытаний в лабораторных и полузаводских (заводских) условиях по программе, предусмотренной для оценки традиционного сырья, вместо которого предполагается использовать углеотходы. Оптимальная масса представительной пробы из породных отвалов изменяется от 50 до 200 кг.

Разработанные рекомендации по принципиально возможным и технологически целесообразным направлениям использования углеотходов позволили определить для каждого из них десять параметров (Шпирт и др., 1990), которые представлены в таблице 1. Характеристические параметры обозначаются в таблице латинскими буквами, а более мелкие группы — арабскими цифрами.

Такая индексация позволяет оптимально классифицировать отходы угледобычи и обогащения. Как правило, только совместное рассмотрение нескольких классификационных параметров позволяет выбрать перспективные направления их использования.

Например, песчаные углеотходы (В2) целесообразно применять в качестве земляного грунта при строительстве автомобильных дорог и искусственных земляных сооружений или (с параметрами С1 и С2) — в качестве фильтрующих массивов, а при С3, С4, С5 и Д1 — при рекультивации в смеси со слоем почвы.

Карбонатные углесодержащие отходы (В3) можно утилизировать вместо щебня (с учетом параметров С, S), в дорожном строительстве, для известкования почв и в качестве сырья для производства вяжущих (при определенных значениях параметров С, Д, S).

Углеотходы глинистые (В1) могут быть рекомендованы как сырье в производстве пористых заполнителей для легких бетонов и строительной керамики, кремнеалюминиевых сплавов (с учетом параметров С, Д, Fe, S), абразивных материалов (с учетом параметров С, Fe), а также при строительстве дорог и искусственных земляных сооружений (с учетом параметров Д, S). Из глинистых весьма перспективны для использования углеотходы, относящиеся к каолинито-кварцевой группе (В1а). Они являются наиболее подходящим сырьем для производства, например, огнеупорных и кислотостойких (с учетом параметров С, Д, Fe) пористых заполнителей, глинозема (с учетом параметров С, Fe, S), концентратов соединений алюминия (с учетом параметров С, Д, Fe).

Таблица 1 Индексация параметров и групп общей классификации отходов добычи и переработки углей Цифровой код Обозначение группы Параметр и группа классификации место номер параметра в коде группы А Источник образования отходов 1. Отходы добычи а) вскрышная порода 1 б) шахтная города 1 2. Отходы углеобогащения 1 3. Порода терриконов 1 Первичная характеристика углеотходов Z 1. Горелая порода 2 2. Негорелая порода 2 3. Отходы обогащения а) порода крупная более 13 мм или 25 мм 2 б) порода средней крупности 0,5-13 (25) мм 2 в) флотационные (менее 0,5 мм) 2 В Литолого-минералогическая характеристика 1. Глинистые а) каолинитовые 3 б) гидрослюдистые 3 в) монтмориллонитовые 3 2. Песчаные 3 3. Карбонатные 3 а) кальцитовые 3 б) сидеритовые 3 С Содержание органического углерода 1. Низкоуглеродистые, менее 4% а) 2% 4 б) 2-4% 4 2. Малоуглеродистые, 4-8% 4 3. Среднеуглеродистые, 8-12% 4 4. Углеродистые, 12-20% 4 5. Высокоуглеродистые, более 20% 4 Степень углефикации органической массы D 1. Низкометаморфизованные 5 2. Среднеметаморфизованные 5 3. Высокометаморфизованные 5 Продолжение таблицы Цифровой код Обозначение группы Параметр и группа классификации место номер параметра в коде группы Содержание соединений железа (Fe2O3 в золе) Fe 1. Низкожелезистые, менее 1,5% 6 2. Маложелезистые, 1,5-5% 6 3. Среднежелезистые, 5-12% 6 4. Железистые, 12-18% 6 5. Высокожелезистые, более 18% 6 Содержание серы S 1. Низкосернистые, 0,5% 7 2. Малосернистые, 0,5-2% 7 3. Среднесернистые, 2-3% 7 4. Сернистые, 3-4% 7 5. Высокосернистые 7 Содержание соединений алюминия (А12О3 в золе) Al 1. Малоглиноземные, менее 15% 8 2. Среднеглиноземные, 15-28% 8 3. Высокоглиноземные, более 28% 8 Содержание соединений кальция и магния M (СаО+MgO в золе) 1. Низкокальциевые, менее 3% 9 2. Среднекальциевые, 3-6% 9 3. Кальциевые, 6-12% 9 4. Высококальциевые, более 12% 9 Пластичность P 1. Непластичные, П=0 10 2. Малопластичные, П менее 7 10 3. Среднепластичные, П=7-15 10 Отсутствие данных или требований к изучению - 1-10 параметра При разработке рекомендаций практически всегда необходимо учитывать содержание органического вещества, то есть параметр С.

Углеотходы группы С1 по свойствам практически не отличаются от традиционного минерального сырья. Углеотходы группы С5, по-существу, являются высокозольным топливом и могут использоваться либо как исходное сырье для выделения кондиционного угля методами обогащения, либо непосредственно для сжигания или газификации, в специальных устройствах. В процессах получения пористых заполнителей методом агломерации (аглопорита) можно использовать углеотходы групп С2, С3, С4. Однако следует учитывать, что если углеотходы с параметром С3 не требуют введения в шихту каких-либо добавок, то углеотходы с параметрами С2 или С4, вероятно, необходимо шихтовать, соответственно, либо с топливосодержащими, либо с отощающими добавками. Для получения пористых заполнителей обжигом во вращающейся печи наиболее целесообразно применять углеотходы с параметрами С1, а углеотходы других групп (С2-С5) необходимо подвергать предварительному обжигу.

Как добавки при производстве строительной керамики могут использоваться углеотходы всех групп (от С1 до С5), но в качестве топливосодержащих компонентов — только с параметрами С3, С4, С5. Как основной компонент шихты для получения стеновой керамики перспективны углеотходы с параметрами С1, С2 и в некоторых случаях С3 (с учетом параметров В, Д, S). Для производства обычной облицовочной плитки можно рекомендовать только углеотходы с параметром С1а. Для большинства термовосстановительных процессов в качестве сырья обычно рекомендуют отходы С2 и С3.

При термообработке в восстановительных условиях малоперспективны углеотходы с параметром Д1, так как для них характерно выделение основного количества топливосодержащих компонентов в газовую фазу при температуре, значительно более низкой, чем требуется для восстановления соединений кремния и алюминия.

Сернистость отходов (S) также определяет выбор направлений их использования. Для производства пористых заполнителей благоприятно использование углеотходов с параметрами S1, S2 и, возможно, S3;

для огнеупорных материалов и стеновой керамики (в качестве основного компонента шихты) — с параметрами S1 и S2, а для кремнеалюминиевых сплавов и карбидкремниевых материалов — S1. Возможной областью применения углеотходов группы S4 может стать дорожное строительство (в нижних слоях автодорог после укрепления вяжущими);

S4 и S5 — как компонент удобрений, а S5 — в качестве исходного сырья для получения пиритных концентратов.

Повышенное содержание соединений железа в углеотходах (параметр Fe) может стать лимитирующим фактором при их использовании в производстве пористых заполнителей (Fe5), кремнеалюминиевых сплавов (Fe3, Fe4, Fe5 и частично Fe2), глинозема (Fe3, Fe4, Fe5). Для снижения содержаний железа можно использовать магнитную сепарацию. Полученные при сепарации высокожелезистые продукты или углеотходы с параметром Fe5, вероятно, представляют интерес как железорудное сырье.

В таблице 2 показаны возможные направления использования углесодержащих отходов в зависимости от параметров общей классификации, показанных в таблице 1. Согласно индексации параметров и групп общей классификации каждый отход можно охарактеризовать десятизначным числом.

Каждая цифра из десяти в этом числе показывает номер группы, а место ее в цифровом коде определяется соответствующим параметром. Например, отходы обогащения бурого угля класса +25 мм при содержании С орг. = 10%, серы = 1,8%, числе пластичности 4, в составе которых содержание минералов каолиновой группы и кварца составляет 65%, а содержание в золе Al 2O3 27%, Fe2O3 4,5%, обозначаются 3314122202. При этом цифра 0 обозначает или незначимость параметра для рассматриваемого направления использования или отсутствие данных о параметре. Индексированная характеристика изучаемого сырья позволяет по таблице 2 найти ему возможное применение в качестве сырья для производства аглопорита, строительной керамики, вяжущих материалов.

Таблица 2 Выбор направлений использования углеотходов в зависимости от параметров классификации (см. табл.

1) Направление использования А Z B C D Fe S Al M P Сжигание, газификация 1;

2 2;

4;

5 1-4 6 1-3 1-5 1-3 1-3 1-3 1- Основное сырье для производства:

аглопорита 1;

3 3;

4 1-3 3-5 1-3 1-4 1;

2 2;

3 1-3 1- керамзита 1-3 1;

3;

4 1-3 1-3 1-3 3;

4 1;

2 1;

2 1-3 2;

строительной керамики 1;

3 2-5 1-3 1-4 1-3 2-4 1;

2 2;

3 1;

2 2;

тонкой керамики 1;

2;

4 1;

2 1-3 1 1-3 1 1 2;

3 1 2;

кремнеалюминиевых сплавов 1-3 2;

3 1;

2 3-6 2;

3 1-5 1 2;

3 1-4 1- огнеупорных материалов 1-3 2-4 1;

2;

4 4-6 2;

3 1;

2 1 3 1 1- (нитриды, карбиды) вяжущих материалов 1 1;

2 5 1;

2 2;

3 2;

3 1-5 2;

3 4 1- пиритного концентрата 3 3;

4 1-4 1-6 1-3 4;

5 5 1-3 1;

2 1;

стеклокристаллических и плавленых 3;

4 1;

3 3;

5 4-6 1-3 3-5 1-3 1;

2 3;

4 1- материалов Дорожное строительство:

основания, укрепленные неорганическими 1-4 1-4 1-3 1-3 3 3-5 4-5 1-3 1-4 1- вяжущими щебень, грунт 1-4 1-4 1-6 1-3 2;

3 1-3 1;

2 1-3 1-4 1- Продолжение таблицы Направление использования А Z B C D Fe S Al M P Гидротехническое строительство 1-4 1-4 1-6 1-5 1-3 1-4 1-3 1-3 1-4 1- Компонент удобрений 1-3 2-5 1-3 5;

6 1 1-3 1-5 1;

2 1-4 1;

Добавка при производстве:

аглопорита 1-4 1-5 1-4 1-6 1-3 1-5 1-4 1-3 1-4 1- строительной керамики 1-4 1-5 1-4 1-6 1-3 1-5 1-3 1-3 1-3 1- вяжущих материалов 1-З;

1-4 1-5 1-5 1-3 1-5 1-5 1-3 1-4 1- чугуна 1;

3 2;

3 1;

2;

4 5;

6 2;

3 1-5 1 1-3 1;

2 1;

Обогащение на энергетическое топливо 1 2 1-4 6 1-3 1-5 1-3 1-3 1-4 1- ЛИТЕРАТУРА Основная Аксенов, Е.М. Техногенные месторождения — проблемы и перспективы 1.

вовлечения в хозяйственный оборот [Текст] / Е.М. Аксенов [и др.] // Разведка и охрана недр. - 2010. - №2. - С. 17-20.

Беневольский, Б.И. Два аспекта проблемы утилизации горно 2.

промышленных отходов [Текст] / Б.И. Беневольский // Минеральные ресурсы России: экономика и управление. - 2011. - №1. - С. 37-42.

Боков, В.Г. Техногенные ресурсы России. Сырье для производства 3.

строительных материалов [Текст] / В.Г. Боков. - М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2001.

- 91 с.

Быховский, Л.З. Техногенные отходы как резерв пополнения минерально 4.

сырьевой базы: состояние и проблемы освоения [Текст] / Л.З. Быховский, Л.В.

Спорыхина // Минеральные ресурсы России: экономика и управление. - 2011. №4. - С. 15-20.

Вершинин, А.С. Методологические основы геолого-технологического 5.

картирования гипергенных никелевых руд [Текст] / А.С. Вершинин // Известия вузов. Геология и разведка. - 1980. - №2. - С. 125-130.

Геолого-технологическое картирование руд месторождений цветных 6.

металлов [Текст] / Ю.Б. Генкин [и др.]. - М.: Недра, 1986. - 120 с.

Залкинд, И.Я. Зола и шлаки в котельных топках [Текст] / И.Я. Залкинд, В.С.

7.

Вдовченко, Э.П. Дик. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 80 с.

Кизильштейн, Л.Я. Ревизионная оценка золо-шлаковых отвалов ТЭС на 8.

территории Ростовской области в качестве техногенных месторождений нерудного сырья [Текст] / Л.Я. Кизильштейн [и др.]. - Фонды ФГУП «ТФГИ по ЮФО». - 2001.

Комаров, М.А. Горнопромышленные отходы — дополнительный источник 9.

минерального сырья [Текст] / М.А. Комаров [и др.] // Минеральные ресурсы России: экономика и управление. - 2007. - №4.

Коц, Г.А. Технологическое опробование и картирование месторождений 10.

[Текст] / Г.А. Коц, С.Ф. Чернопятов, Н.В. Шманенков. - М.: Недра, 1980.

Критерии выделения геолого-технологических типов руд на Удоканском 11.

месторождении [Текст] / И.Ф. Наркелюн [и др.] // Известия вузов. Геология и разведка. - 1982. - №1. - С. 137-142.

Макаров, В.А. Условия формирования техногенных золотосодержащих 12.

объектов и особенности методики их геолого-технологической оценки [Текст] / В.А. Макаров. - Красноярск: Изд-во Красноярского ГТУ, 2002.

Минеральное сырье и экономия материальных и энергетических ресурсов 13.

[Текст] / А.С. Астахов [и др.];

под ред. А.С. Астахова. - М.: Недра, 1986. - 335 с.

Минеральное сырье: от недр до рынка: в 3-х т. - Т. 1. Благородные металлы 14.

и алмазы. Золото, серебро, платиноиды, алмазы [Текст] / Под ред. А.П. Ставского.

- М.: Научный мир, 2011. - 400 с.

Минеральное сырье: от недр до рынка: в 3-х т. - Т. 2. Цветные металлы.

15.

Алюминий, медь, никель, олово, свинец, цинк [Текст] / Под ред. А.П. Ставского. М.: Научный мир, 2011. - 496 с.

Минеральное сырье: от недр до рынка: в 3-х т. - Т. 3. Черные легирующие 16.

металлы и некоторые неметаллы. Железо, марганец, хром, вольфрам, молибден, титан, фосфаты, калийные соли, плавиковый шпат [Текст] / Под ред. А.П.

Ставского. - М.: Научный мир, 2011. - 624 с.

О промышленном использовании окисленных железистых кварцитов 17.

Михайловского месторождения КМА / Н.Т. Цапков [и др.] // Горный журнал. 1983. - №7. - С. 37-38.

Певзнер, М.Е. Экология горного производства [Текст] / М.Е. Певзнер, В.П.

18.

Костовецкий. - М.: Недра, 1990. - 235 с.

Пирогов, Б.И. Роль минералогических исследований в обогащении руд 19.

[Текст] / Б.И. Пирогов // Минералогич. журнал. - 1982. - №1.

Пирогов, Б.И. Изучение апатита и прогноз обогатимости комплексных руд 20.

Ковдорского месторождения [Текст] / Б.И. Пирогов, А.Н. Трунин, И.В. Холошин // Минералогическая зональность и локальный прогноз оруденения. - Ростов-н/Д:

Издательство Ростовского университета, 1991. - С. 149-157.

Погребицкий, Е.О. Геолого-экономическая оценка месторождений 21.

полезных ископаемых [Текст] / Е.О. Погребицкий, В.И. Терновой. - Л.: Недра, 1974. - 304 с.

Техногенные месторождения Среднего Урала и оценка их воздействия на 22.

окружающую среду [Текст];

под ред. Ю.А. Боровкова. - М.: НИА-Природа, 2002. 206 с.

Техногенные минерально-сырьевые ресурсы [Текст];

под ред. Б.К.

23.

Михайлова. - М.: Научный мир, 2012. - 236 с.

Туркебаев, Э.А. Комплексное использование сырья и отходов 24.

промышленности [Текст] / Э.А. Туркебаев, Г.Х. Садыков. - Алма-Ата: Казахстан, 1988. - 140 с.

Фейтельман, Н.Г. Эффективность освоения минеральных ресурсов СССР 25.

[Текст] / Н.Г. Фейтельман. - М.: Недра, 1985.

Чантурия, В.А. Экологические и технологические проблемы переработки 26.

техногенного сульфидсодержащего сырья [Текст] / В.А. Чантурия, В.Н. Макаров, Д.В. Макаров. - Апатиты: КНЦ РАН, 205. - 218 с.

Шадрунова, И.В. Комплексная физико-химическая технология переработки 27.

хвостов обогащения медно-цинковых руд [Текст] / И.В. Шадрунова [и др.] // Горный информ.-аналит. бюлл. - 2005. - №12. - С. 188-197.

Шпирт, М.Я. Рациональное использование отходов добычи и обогащения 28.

углей [Текст] / М.Я. Шпирт, В.А. Рубан, Ю.В. Иткин. - М.: Недра, 1990. - 224 с.

Шуликовский, А.В. Геолого-технологическое картирование рудных тел 29.

Тырныаузского вольфрам-молибденового месторождения [Текст]: дис... канд.

геол.-мин. наук: 04.00.11. - Ростов-на-Дону, 1991. - 145 с.

Дополнительная Арбатов, А.А. Обострение сырьевой проблемы и международные 30.

отношения [Текст] / А.А. Арбатов, А.Ф. Шахай. - М.: Международные отношения, 1981.

Аренс, В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых (геотехнология) 31.

[Текст] / В.Ж. Аренс. - М.: Недра, 1986.

Болдырев, А.С. Использование отходов в промышленности строительных 32.

материалов [Текст] / А.С. Болдырев, А.Н. Люсов, Ю.А. Алехин. - М.: Знание, 1983.

Бурмистров, В.Н. Отходы флотации углей — материал для керамических 33.

стеновых изделий [Текст] / В.Н. Бурмистров, Т.И. Карпунина, В.И. Смолин // Уголь. - 1986. - №2. - С. 43-54.

Вторичные материальные ресурсы угольной промышленности 34.

(Образование и использование) [Текст] / Под ред. А.Е. Юрченко [и др.]. - М.:

Экономика, 1984.

Горлов, В.Д. Рекультивация земель на карьерах [Текст] / В.Д. Горлов. - М.:

35.

Недра, 1981.

Инструкция по изучению и оценке попутных твердых полезных 36.

ископаемых и компонентов при разведке месторождений угля и горючих сланцев [Текст]. - М.: Наука, 1987.

Кравченко, А.Н. Повышение эффективности использования материалов на 37.

шахтах [Текст] / А.Н. Кравченко. - М.: Недра, 1979.

Лебедев, В.В. Комплексное использование углей [Текст] / В.В. Лебедев, 38.

В.А. Рубан, М.Я. Шпирт. - М.: Недра, 1987.

Молявко, А.Р. Сокращение потерь угля с отвальными породами и отходами 39.

обогащения [Текст] / А.Р. Молявко // Уголь. - 1985. - №10. - С. 59-61.

Основные проблемы развития безотходных производств [Текст] / Б.Н.

40.

Ласкорин [и др.]. - М.: Стройиздат, 1981.

Пешев, И.Г. Экономические проблемы рационального использования 41.

фосфоритного сырья [Текст] / И.Г. Пешев. - М.: Наука, 1980.

Якунин, В.П. Использование отходов обогащения углей [Текст] / В.П.

42.

Якунин, А.А. Агроскин. - М.: Недра, 1978.



Pages:     | 1 ||
 

Похожие работы:


 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.