Техногенные месторождения, способы их формирования и переработки (стр. 2 )

2. ИСТОЧНИКИ ТЕХНОГЕННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

Источниками техногенных минеральных ресурсов являются техногенные минеральные образования и отходы горно-обогатительного, металлургического и других производств. Ресурсы подразделяются на следующие группы.

1. Техногенные минеральные образования (ТМО). К этой группе относятся отходы добычи, а также переработки полезных ископаемых. ТМО - это скопления минеральных веществ на поверхности земли или в горных выработках, образовавшиеся в результате отделения их от массива и складирования в виде отходов горно-обогатительного и металлургического производства.

2. Твердые промышленные отходы (ТПО). ТПО образованы га остатков сырья, материалов и полуфабрикатов, а также продуктов физико-химической переработки сырья различными отраслями промышленности. По некоторым оценкам ежегодно в мире создается около 20 млрд. т промышленных отходов.

3. Твердые бытовые отходы (ТБО). К ним относятся бывшие в употреблении изделия и материалы, потерявшие свои потребительские качества в результате физического и морального износа Главными компонентами ТБО являются бумага, картон и пищевые отходы. Накопление твердых бытовых отходов в планетарном масштабе в настоящее время составляет около 4,5 - 5,0 млрд. т в год. ТБО складируются на полигонах бытовых отходов муниципального подчинения, либо накапливаются на несанкционированных свалках.

Отходы, улавливаемые при очистке отходящих газов и сточных вод. Эти отходы составляют сравнительно небольшую часть и, как правило, возвращаются в производство. Концентрация осадков в сточных водах составляет 20 - 100 г/л, а их объем по сравнению с объемом очищаемых стоков колеблется от 2 до 20%. Например, в осадках очистных сооружений гальванических производств было определено (%): Си-1,0: Zn-0,9; Sn-0,6; Ni-0,3 и др. Ежегодно образуется около 1000 т таких осадков.

4.Радиоактивные отходы (РАО). В эту группу входят жидкие и твердые продукты, получаемые в ходе ядерно-топливного цикла, добычи и переработки урановых руд, производства ТВЭЛов и другие источники ионизирующего излучения. Отработанное ядерное топливо промышленных и военных энергетических установок после хранения на полигонах подлежит регенерации. Ежегодно в мире вырабатывается около 10000 т высокоактивных отходов и более 200000 м3 жидких низкорадиоактивных отходов. Большая часть этих отходов подлежит захоронению в геологических формациях. При разработке урановых руд подземным способом на 1 г урановой руды приходится 1,5 - 1.6 т твердых радиоактивных отходов. Способами кучного выщелачивания возможно дополнительное извлечение урана из отвалов рудников, а способами подземного выщелачивания разрабатывают некондиционные руды и забалансовые руды действующих и законсервированных месторождений.

Вышеперечисленные техногенные минеральные объекты при положительной технико-экономической оценке и обосновании кондиций качества минеральной массы возможно рассматривать как техногенные месторождении. Отвалы рудников, эфеля обогатительных фабрик также рассматриваются в качестве техногенных руд в связи с уменьшением кондиционных показателей природных руд.

Особое внимание следует уделить отходам горнодобывающей промышленности, поскольку они накоплены в значительных количествах и занимают огромные площади. Эти ТМО не являются пока объектом массовой переработки на базе существующих технологий, хотя находятся в природном состоянии. Техногенные минеральные образования отвечают понятию нетрадиционных минеральных ресурсов.

Помимо уже сформированных в районах действующих горнодобывающих предприятий техногенных образований актуально исследование проблемы целенаправленно сформированных техногенных минеральных объектов.

Значительная часть техногенных минеральных образований на основании комплексного изучения их минерально-сырьевой ценности и возможности использования в промышленности может быть отнесена к техногенным месторождениям.

Примерами современных техногенных месторождений могут быть хвостохранилиша уральских медно-колчеданных и медно-цинковых месторождений. К настоящему времени в складах и хвостохранилищах этих месторождений скопилось около 180 млн. т твердых минеральных образований, в которых содержится 475 тыс. т меди, 680 тыс. т цинка и 38 млн. т серы. Следует

отметить. что всего горнорудной промышленностью России в 1998 г. было добыто 523 тыс. т меди и 126 тыс. т цинка.

Перспективными техногенными месторождениями Уральского региона являются хвостохранилиша Красноуральской и Углической обогатительных фабрик. Здесь складировано около 55 млн. т минеральной массы со средним содержанием 0,4% меди, 0.6% цинка, 20- 30% серы. В этом же районе выявлено более 90 млн. т медных шлаков, содержащих 350 тыс. т меди, 220 тыс. т цинка, 300 тыс. т висмута и 8 тыс. т кадмия.

Всего в России к концу 1998 г. накоплено около 90 млн. т хвостов свинцово-цинковых обогатительных предприятий, содержащих 400 тыс. т цинка, 145 тыс. т свинца при среднем содержании 0,1 - 0,8% и 0,1 - 0,3% соответственно.

Объемы оловосодержащих хвостов переработки руд составляют около 100 млн. т с запасами олова 80 тыс. т и со средним содержанием металла 0,18%.

В хвостах Приморской и Забайкальской обогатительных фабрик установлено высокое содержание WО3 (0,3 - 0,32%), что выше, чем его содержание в природных рудах Тырныаузского и Джидинского месторождении.

Рис. 1. Плотина хвостохранилиша: 1 - плотина первой очереди, 2- вторичные дамбы, 3 -плотина второй очереди

Шламохранилище — крупные земляные наземные сооружения объемом до десятков миллионов кубических метров и глубиной до 50 м, срок службы их превышает 10 лет. Их создают в системе горно-химических предприятий. Размешают на равнинных участках местности и обваловывают со всех сторон или частично на участках местного понижения рельефа.

Шламохранилиша размешают также в пологих оврагах и балках. Дамбы обвалования и перегораживающие плотины возводят насыпным способом из суглинистых материалов. Шламовую пульпу подают в шламохранилиша по таким же схемам, что хвостовую пульпу в хвостохранилища.

По условиям складирования отходов шламохранилища делят на намывные и наливные. Для наливных шламохранилищ предварительно сооружают земляные плотины на полную высоту проектируемой емкости или же на часть этой высоты. Чаще всего возводят насыпные плотины.

По гребню плотины прокладывают дорогу и пульпопроводы. Гребень плотины должен иметь защитное покрытие и систему кюветов для организованного сбора и отвода поверхностных вод. Шламохранилища могут занимать различную площадь и рабочий объем. В среднем площадь шламонакопителя составляет 10 - 20 га, количество сбрасываемого осадка 30- 40 тыс. т в год.

Шламонакопитепи предназначены для сбора шлама шлаковых материалов и т. п. Эти земляные сооружения подобны хвостохранилищам и шламохранилишам.

На рис. 2. показана схема шламонакопителя. Площадь земельного участка, занимаемого им, составляет около 5 га, глубина 10 м. Во избежание попадания в шламонакопитель поверхностных вод с площади водосбора устраивают ограждающую насыпь шириной по гребню 4 м. Чтобы предотвратить загрязнение грунтовых вод избыточной влагой шламов предусматривают противофильтрационный экран. Такой же экран устраивают на выровненной поверхности шлама.

Экраны состоят из двух слоев: нижнего (два слоя полимерной пленки толщиной по 0,2 мм) и верхнего (грунтополимерный слой толщиной 0,6 мм). Грунтополимерный слой получают разбрызгиванием разогретого до 80° С раствора синтетических жирных кислот по подготовленному слою грунта.

В экологических целях для контроля работы противофильтрационного экрана и качества грунтовых вод в районе шламоотвала бурят скважины для отбора проб воды на химический анализ.

Отвалы металлосодержащих пород представляют собой насыпи, имеющие в поперечном сечении форму трапеций и создаваемых из привозимых горных пород. В отвалах складируется горная порода с низким содержанием полезных компонентов, перерабатывать которую в ближайшем будущем традиционными методами нецелесообразно. Среднегодовое поступление горных пород в отвалы составляет порядка 1-2 млн. м3 в год на подземных рудниках и 6-12 млн. м3 в год на рудных карьерах. Высота отвалов составляет 25 - 50 м, их площадь 100 - 150 га. На некоторых горнорудных предприятиях одновременно эксплуатируются несколько отвалов (до 10), при этом общая площадь, занимаемая отвалами предприятия, достигает 500 - 600 га.

Рис.2. Шламонакопитель твердых отходов: 1- чаша, 2 - эстакада,

3 - откосы накопителя, 4 - лесопосадка, 5 - водоотводная канава

Отвалы формируют, как правило, с учетом следующих требований: минимума затрат на отвальные работы, обеспечения устойчивости откосов отвалов и минимизации отвальных площадей, в определенной степени - охраны окружающей среды. При этом во многих случаях не учитываются возможности их целенаправленного формирования и эффективной отработки в будущем.

3. СИСТЕМАТИКА ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Систематика природных объектов или явлений представляет собой перечень их признаков, характеристик и значений. Систематизация знаний о техногенных месторождениях направлена на повышение эффективности использования ресурсов техногенного минерального сырья. Поэтому главным признаком является принцип формирования техногенных месторождений, выделяющий две основные категории: техногенные месторождения, созданные без учета их последующего освоения (стихийные ТМ), и техногенные месторождения с оптимальными для освоения параметрами (целенаправленно сформированные ТМ).

Первые формировались на основе принятой практики складирования отходов и строительства отвалов, хвостохранилищ без учета возможности разработки в будущем при совершенствовании технологии переработки и обогащения полезных ископаемых. Вторые, сформированные с учетом качества сырья, технологии переработки полезных ископаемых, создаются целенаправленно с обоснованием оптимальных параметров (размеров, формы, внутреннего строения, качества минерального сырья). Оптимальные параметры техногенных месторождений позволяют применять эффективную систему их разработки, обеспечить сохранность качества минерального сырья, исключить проведение разведочных работ и снизить потерю земельных ресурсов.