УДК 622:658.567
аспирант
Научный руководитель:
проф. д. э.н.
кафедра ЭП
Московский государственный горный университет
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ УГЛЕДОБЫЧИ
ANALYSIS OF EXISTING METHODS OF UTILIZATION AND PROCESSING OF WASTES OF COAL
Глобальное техногенное вмешательство человека и техники в природную среду с целью добычи полезных ископаемых привело к накоплению на земной поверхности огромного количества отходов производства. В результате добычи и обогащения полезных ископаемых образуются десятки миллионов кубометров шламов и отвальных пород.
При переходе к рыночной системе хозяйствования старые методы перестали работать, не были созданы условия, которые стимулировали бы сбор и использование вторичного сырья в новых условиях. Специализированные предприятия, занимавшиеся переработкой вторичных материалов, акционизировались, приватизировались и частично перешли на другие виды деятельности, что привело к резкому уменьшению сбора и использования вторичного сырья.
Неблагополучно обстоят дела с использованием отходов угледобычи. При разработке рудных и угольных месторождений ежегодный объем вскрышных пород составляет несколько сотен миллионов кубометров, однако, их широкое использование в строительстве еще не организовано. Существенным резервом увеличения производства и снижения себестоимости нерудных строительных материалов является использование отходов углеобогащения и горнорудной промышленности.
До 90-х годов текущего столетия учеными и научными организациями России выполнен большой объем НИР по комплексному использованию вскрышных пород, отходов рудо- и углеобогащения. Многие из работ доведены до опытно-промышленного применения, однако, внедрение результатов научно-технических разработок в последние годы резко сократилось. Проблемой отходов промышленности занимаются не только в нашей стране, но и во всем мире. В настоящее время в России и в мире отсутствует единый комплексный подход к проблеме переработки и использования вторичного сырья и отходов промышленности в строительстве. Эта проблема имеет большое народнохозяйственное значение и в плане сохранности окружающей среды.
Законодательной базой в области использования углеотходов являются законы РФ. Основными принципами государственной политики в области обращения с отходами являются: охрана здоровья человека; поддержание или восстановление благоприятного состояния окружающей природной среды и сохранение биологического разнообразия; использование новейших научно - технических достижений в целях реализации малоотходных и безотходных технологий; комплексная переработка материально - сырьевых ресурсов в целях уменьшения количества отходов; использование методов экономического регулирования деятельности в области обращения с отходами в целях уменьшения количества отходов и вовлечения их в хозяйственный оборот.
К полномочиям субъектов Российской Федерации в области обращения с отходами относятся:
• обеспечение проведения государственной политики в области обращения с отходами;
• осуществление правового регулирования в области обращения с отходами в соответствии с законодательством Российской Федерации и контроль за осуществлением такого регулирования;
• проектирование и строительство объектов размещения отходов, а также объектов использования и обезвреживания отходов;
• обеспечение экономических, социальных и правовых условий для более полного использования отходов и уменьшения их образования.
Федеральный закон от 01.01.2001 г. № 89 (ред.10.01.2003 ) «Об отходах производства и потребления» определяет правовые основы обращения с отходами производства и потребления в целях предотвращения вредного воздействия отходов производства и потребления на здоровье человека и окружающую природную среду, а также вовлечение таких отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья.
Федеральный закон (10.01.2002) Федеральный закон «Об охране окружающей среды» определяет правовые основы государственной политики в области охраны окружающей среды, обеспечивающие сбалансированное решение социально-экономических задач, сохранение благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия, укрепления правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности.
На угледобывающих и углеперерабатывающих предприятиях наряду с производством основной продукции (углем, угольным концентратом) образуется большое количество газообразных, твердых и жидких отходов (шахтный метан, порода, хвосты обогащения, сточные воды). Указанные отходы отрицательно влияют на результаты хозяйственной деятельности предприятий, поскольку требуют затрат на их сбор, транспортирование, хранение, а также осложняют экологическую обстановку в районах размещения шахт [2].
Существенное влияние на природную окружающую среду оказывает выдача и переработка горной массы и пород от проведения горных выработок, которые выражаются в занятии земель под отвалы, нарушении естественного ландшафта земной поверхности, загрязнении атмосферы твердыми и газообразными примесями, загрязнении водоемов шламовыми водами. Каждая тысяча тонн подземной добычи сопровождается выдачей на поверхность 110-150 м3 пород, тысяча тонн обогащения угля – складированием 100-120 м3 пород.
Утилизация и использование отвальной породы – одно из направлений прекращения вредного воздействия на окружающую среду и восстановления ландшафтов. Кроме известных способов использования породы с целью получения строительных материалов и удобрений новые направления утилизации еще не достаточно разработаны. В отвалах угольных шахт много запасов некоторых металлов, соизмеримых по объему с природными месторождениями полезных ископаемых, тем более что в настоящее время многие из минеральных ресурсов уже исчерпаны, что является одной из глобальных проблем. В ближайшем будущем многие запасы благородных и цветных металлов, железа будут исчерпаны. Поэтому именно сейчас актуально рассматривать отходы горного производства, как альтернативный вариант пополнения природных ресурсов.
Кроме этого с отходами добычи и обогащения топлива теряется большое его количество.
Существует классификация на основе литологического состава отходов добычи и обогащения углей:
- глинистые (> 50 % глин);
- песчаные (> 40 % песчаника и кварцита);
- карбонатные (> 20 % карбонатов).
Также отходы различаются по физико-химическим и теплофизическим свойствам, по характеристике органического вещества и др.
Отходы добычи называют вскрышными или шахтными породами в зависимости от способа разработки. При подземном способе добычи извлекается меньше попутных пород, чем при открытом, но и они составляют значительные объемы. Так, например, на 1 тонну угля при открытой добыче образуется до I-5 тонн вскрышных пород, при подземной - до 0,2-0,3 тонн шахтных.
Твердые отходы угледобычи используют в качестве низкосортного топлива (при определенном содержании горючих составляющих), как компоненты, повышающие плодородие почв, и как сырье при производстве строительных материалов. Однако из-за неоднородности состава утилизация их довольно сложна и не всегда экономически оправдана. Перспективным направлением утилизации пород, содержащих углеродистое вещество, является их газификация. Газификации целесообразно подвергать свежую породу, содержащую 20% и более горючих веществ. При этом дополнительно получают энергетическое топливо, а зольный остаток можно использовать для производства строительных материалов. В мировой практике отходы угледобычи используют для закладки выработанных шахтных пространств. Разработаны технологии закладки без подъема породы наверх. Особую группу отходов угледобычи представляют горелые породы, обожженные в недрах земли при естественных подземных пожарах в угольных пластах и аналогичные им перегоревшие отвальные шахтные породы. Горелые породы могут широко использоваться при производстве строительных материалов. Они, как и другие обожженные глинистые материалы, обладают гидравлической активностью и могут использоваться как активные минеральные добавки для клинкерных известково-глинитных и сульфатно-глинитных вяжущих известково-глинитные вяжущие получают совместным тонким помолом пород и извести с небольшой добавкой гипса. Они содержат в своем составе 10-30% извести в зависимости от активности горелой породы, но всего 5% гипса, остальное - горелая порода. Сульфатно-глинитные вяжущие получают совместным помолом двупольного гипса (50-65%), горелой породы (15-40%) и портландцементного клинкера (10-20%). Такие вяжущие применяют для производства низкомарочных бетонов и растворов. Горелые породы применяют как гидравлические добавки в количестве от 20% к портландцементу и 25-40% к пуццолановому портландцементу [5].
В бетонах и растворах горелые породы часто используют в качестве крупных и мелких заполнителей. Горелые породы также используют для производима щебня, пористых заполнителей (аглопорита и керамзита), асфальтобетонна для устройства дорожных оснований под покрытия, насыпей и т. д. [5]
Также одним из отходов угледобычи является аргиллит (плотная камневидная глинистая, порода серого цвета), который можно использовать для получения глинозема [3].
Отходы углеобогащения используют как энергетическое сырье путем сжигания или газификации, направляют на переобогащение, строительные материалы, получают серу и ее соединения, сырье для цветной и черной металлургии, используют в сельском хозяйстве, производстве ферросплавов, для извлечения редких рассеянных элементов, при устройстве насыпей, закладке подземных выработок, рекультивации земель [4]. Перспективным направлением является применение отходов углеобогащения в качестве отощающей и выгорающей добавки к сырью и в качестве основного сырья при производстве керамических изделий (кирпича, плитки, черепицы), пористых заполнителей. Хвосты флотации в сравнении с породами обогащения, угледобычи более однородны по составу, содержат до 20% органического вещества, микроэлементы. Это дает возможность их использовать в качестве удобрений в сельском хозяйстве.
Породы вскрыши, отличающиеся высоким содержанием минеральных веществ, могут быть использованы для энергетических целей после предварительного обогащения с получением кондиционного по зольности продукта. Породы вскрыши могут применяться как закладочный материал для рекультивации земель, а шахтные – для закладки шахтного пространства. Возможно применение даже без селективной обработки слагающих литологических разностей как сырье для производства пористых заполнителей для легких бетонов, керамических материалов, при строительстве дамб и других сооружений, кислотостойких мастик, в строительстве домов и дамб, в фильтровых установках.
Шахтные породы часто содержат большое число микроэлементов, необходимых для питания растений, поэтому могут применяться в качестве удобрений почв, разбалансировка которых происходит в результате интенсификации и химизации сельского хозяйства.
Отходы углеобогащения, содержащие большое количество горючей массы, могут быть подвергнуты дополнительному обогащению с получением кондиционного по зольности твердого топлива или непосредственно использованы для сжигания и газификации. Возможно и желательно сжигание высокозольных отходов углеобогащения в пылеватом состоянии на электростанциях, в том числе на крупных, при этом уменьшаются выбросы в окружающую среду. В некоторых зарубежных странах нашли применение плазменные печи для переплавки легированных отходов и восстановительной плавки. Для этой цели разработаны и используются разнообразные генераторы плазмы и дуговые плазменные горелки разной мощности, где возможно восстановление руд отходами углеобогащения и выработка некоторого количества электроэнергии за счет отходящих газов [2].
Основным технико-экономическим преимуществом развития производства строительных материалов на основе утилизации породных отходов, как одного из направлений комплексного использования месторождений является: расширение сырьевой базы путем замены дефицитного привозного сырья дешевым местным; приближение мест производства строительных материалов к местам их потребления и, как следствие, снижение транспортных расходов на перевозку сырья; концентрация добычи различных видов минерального сырья на одном предприятии; уменьшение затрат на добычу, дробление и помол исходного сырья.
Сегодня реализация государственной политики в сфере переработки отходов затруднена по многим причинам (причем, это касается переработки практически всех видов отходов независимо от их класса опасности и вида): несовершенная нормативно-правовая база, отсутствие единой информационной сети и базы данных по всем видам отходов, что затрудняет принятие правильных решений, недолжное исполнение и отсутствие контроля за исполнением уже существующих законов и иных нормативно-правовых актов, недостаточное финансирование работ [1].
углеотходы | ||||||
добыча метана |
|
| закладка выработанного простаранства шахт | |||
дробление и измельчение породы | ||||||
| ||||||
усреднение | ||||||
| ||||||
складирование | ||||||
| ||||||
|
|
| потребители |
| ||
| ||||||
строительство дамб и платин | производство цемента | производство шлакоблоков, кирпича | строительство автомобильных и железнодорожных дорог | монолитное домостроение | производство железобетонных изделий | производство бетона |
Рис. 1. Виды использования углеотходов.
Если проанализировать итоги развития российской экономики в последние годы, то становится очевидным, что механизм нерационального потребления ресурсов не только не остановился, но и увеличил обороты, поскольку спад в выпуске продукции опережает сокращение потребления сырья и материалов. Вместе с тем прогресс науки и техники позволяет все более рационально использовать материальные ресурсы. Одним из важнейших направлений ресурсосберегающей деятельности является эффективное использование отходов производства. Среди различных факторов, определяющих их рациональное применение, важную роль играют организационные, в том числе система управления потреблением ресурсов, которой, к сожалению, лишь на немногих заводах уделяется внимание.
Литература.
1. , , и др. Комплексное использование сырья и отходов. – М.: Химия, 1988.
2. Шпирт, использование отходов добычи и обогащения углей / ; ; . – М.: Недра, 1990.
3. Интернет-источник: http://www. masters. donntu. /2004/feht/markhaichuk/library/4.htm Проверено 10.01.2013.
4. и др. Об эффективности использования жидких и твердых отходов промышленности в строительстве. // Строительные материалы, 1997. – №1. – С. 5-6.
5. и др. Строительные материалы из отходов производства. //Экология и промышленность России
, 1997. – №12. – С.23-28.
Аннотация.
В этой статье проведен анализ существующих методов переработки отходов угледобычи с целью улучшения экологической ситуации в горнодобывающих регионах.
In this article the analysis of existing methods for processing of wastes of coal production with the purpose of improvement of the environmental situation in the mining regions.
Ключевые слова.
переработка, отходы, угледобыча, экология, горнодобывающие предприятия, добыча, утилизация отходов, ископаемые, сырье
recycling, waste, coal mining, ecology, mining, production, disposal of waste, minerals and raw materials
