Введение

Введение        

               

Актуальность работы. В условиях мощного антропогенного воздействия требуется осуществлять поиск и выполнение экономически, социально и экологически сбалансированных решений, которые должны обеспечить основную задачу - получение природных ресурсов с минимальным воздействием на окружающую среду и социальную сферу.

В основе загрязнения окружающей среды при ведении любых технологических процессов горного производства лежит прежде всего загрязнение земли, вод или воздуха отходами при нерациональном использовании недр, деградация этих элементов среды и нарушение сложившихся равновесных биохимических и геохимических связей. В связи с этим в основу инженерного решения задач охраны окружающей среды должно быть положено прежде всего понятие о том, что при любом горно-технологическом производстве, отходов как таковых не бывает, если их рассматривать как сырье для смежных или сопутствующих производств.

Разработка и внедрение мероприятий по комплексному использованию полезных ископаемых и так называемых отходов производства может дать значительный экономический эффект не только на горных предприятиях, но и в других отраслях народного хозяйства. Так как количество отходов велико и при сохранении существующей технологии отработки по прогнозным данным будет возрастать, использование их в качестве сырья для различных отраслей промышленности является важной народнохозяйственной задачей.

Всё это определяет актуальность исследований по экономическому обоснованию внедрения научно обоснованной технологии утилизации некондиционного сырья горно-промышленного комплекса РСО-Алания.

Методы исследований: анализ и обобщение литературных источников и данных практики; аналитические методы изучения состава и свойств материалов; методы математического планирования и обработки экспериментов;

6

лабораторные эксперименты; физическое и экономико-математическое моделирование; технико-экономические расчёты с оценкой технологических решений и апробация на практике.

Цель работы - научное обоснование комплексной природоохранной технологии использования широкого спектра отходов горно-промышленного комплекса Республики Северная Осетия - Алания в производстве ресурсосберегающих сварочных материалов.

Идея работы заключается в обеспечении сохранения и сбалансированного развития геоэкологии Северо-Кавказского региона в результате применения отходов горного производства в составе импортозамещающих сварочных материалов нового типа.

Научные положения, представляемые к защите:

1. Применение отходов горного производства и попутно добываемых пород в других отраслях промышленности позволяет намного сократить общее число горнодобывающих предприятий и увеличить количество практически безотходных, чистых производств, кардинально решая тем самым вопросы защиты окружающей среды.

2. Использование отходов добычи доломитов, сланцев и туфа в качестве компонентов обмазки сварочных электродов, позволяет улучшить их технологические свойства, при одновременном снижении себестоимости на 15-18%.

3. Выбор экологически чистых вариантов освоения отходов горных предприятий производится по критерию замыкающих затрат с учетом предотвращенного ущерба окружающей среде.

4. Оптимизация рецептур композиций обмазки, полученная с применением экспериментальных и расчетных методов, даёт возможность обеспечить снижение содержания вредных веществ в сварочном аэрозоле на 10 - 20%, что благоприятно скажется на здоровье сварщиков и снизит техногенную нагрузку на окружающую среду.

7

Научная новизна работы:

1. Определена область рационального использования продуктов переработки отвалов карьеров РСО-Алания с учетом их свойств для комплексного улучшения экологии горнопромышленного региона.

2. Предложены нетрадиционные технологии применения твёрдых отходов горного производства, впервые в качестве компонентов обмазки электродов применены слюдистые сланцы и вулканический пепел.

3. Разработаны принципиально новые рецептуры шихты для изготовления сварочных электродов с улучшенными экологическими характеристиками, имеющие в своей основе некондиционное сырьё.

4. Установлен характер влияния гранулометрического состава используемых компонентов на физико-химические свойства новых материалов.

5. Обоснована экологическая целесообразность применения предложенных ресурсосберегающих технологий, без необходимости строительства дополнительных перерабатывающих комплексов в окрестностях эксплуатируемых месторождений.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Доказано, что утилизация некондиционных продуктов горного производства в качестве компонентов обмазки сварочных электродов обеспечивает полноту использования недр и оздоровление окружающей среды. Разработанные рекомендации по оценке и обоснованию эколого-экономической эффективности освоения неиспользуемых отвалов карьеров предложены в качестве основы для модернизации горного производства РСО-Алании. Разработаны ТУ для трёх компонентов электродных покрытий наиболее широко распространённых марок. Освоен технологический процесс изготовления электродов марок ОСА, LB 52 TRU на -Цей» (г. Владикавказ) и (г. Краснодар). Объём производства электродов на указанных предприятиях достиг 500 т. Экономический эффект от производства од-

8

ной тонны электродов марки LB 52 TRU составляет 3000 руб., от применения такого же их количества - 6500 руб.

На основании проведённых работ возможно создание принципиально новой для PC О-Алания отрасли промышленности.

Достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается использованием комплекса современных методов исследования: анализ и научное обобщение литературных источников, статистических и практических данных; аналитические, графические и графоаналитические методы; методы математической статистики с применением вычислительной техники; методы математического моделирования. А также достаточным объёмом экспериментальных данных; надёжностью обработки статистической информации; корректностью и сходимостью результатов моделирования и аналитических расчетов с натурными исследованиями; реализацией разработок на практике.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы и её отдельные положения докладывались и получили одобрение на П-й международной конференции по сварочным материалам стран СНГ «Дуговая сварка. Материалы и качество на рубеже XXI века» г. Орёл, 2001 г., IV-й международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий: проблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов» г. Владикавказ, 2001 г. и на 1-ой международной научно-практической конференции «Защита окружающей среды, здоровье, безопасность в сварочном производстве» г. Одесса, 2002 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, получено 3 патента РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 126 наименований. Работа изложена на 212 стр. машинописного текста, включает 43 рисунка и 35 таблиц.

9

1. Анализ воздействия предприятий горно-промышленного комплекса на окружающую природную среду и современные представления о возможных направлениях утилизации твёрдых отходов и некондиционных продуктов перерабатывающей промышленности.

1.1. Современное экологическое состояние и взаимодействие предприятий горно-добывающей отрасли с окружающей средой.

Добыча полезных ископаемых по многоплановости и необратимости воздействия на среду является лидером среди промышленных технологий. Объем добычи полезных ископаемых в мире удваивается каждые 10-15 лет. Интенсификация добычи минерального сырья расширяет масштабы влияния на биосферу. К 1990 г. человек изменил исходные природные ландшафты на 55% территории Земли, т. е. 2,3 га на жителя планеты. Доля утилизации отходов добывающего и перерабатывающего производств не превышает 10%. Общее количество не утилизированных отходов горного производства в России - до 45 млрд. тонн на площади 250 тыс. га. Деятельность рудников, карьеров и заводов вызывает необратимые изменения в виде: разрушения земной коры; перераспределения напряжений; изъятия из оборота почв; загромождения поверхности отвалами; заболачивания или обезвоживания почв; изменения состояния элементов биосферы; изменения характера атмосферных явлений и запыленности; увеличения уровня радиации; изменения видов и количества флоры и фауны; возникновения биогенных мутаций, выход на поверхность сточных вод, сход лавин и селей, изменение рН грунтовых вод и их загрязнение [1].

Установлено, что элементы окружающей среды представляют собой единую систему, они взаимосвязаны и взаимозависимы. Большинство из них образуют структуры глобального плана, имеющие облик сфер: атмо-, гидро-, лито - и биосферу. Биосфера пронизывает все оболочки, но основная масса ее сосредоточена на стыке атмосферы, литосферы и гидросферы, образуя тонкую оболочку толщиной от десятков до первых сотен метров. По степени мобильности, являющейся определяющим фактором распространения мине-

10

ральных загрязнений, геосферы образуют миграционный ряд: атмосфера - поверхностная гидросфера - подземная гидросфера - биосфера - литосфера. Отдельно взятые компоненты геосферы переходят самостоятельно из иммобильного в мобильное состояние, например, при добыче полезных ископаемых. Окружающая среда обладает большим арсеналом в разной степени выраженных аккумуляционных свойств. Это реакционные, нейтрализационные, сорбционные, обменные свойства отдельных ее элементов. При этом во многих случаях аккумуляционные свойства являются необратимыми в масштабах больших промежутков времени. В наибольшей мере аккумуляционные свойства находят проявление в литосфере при образовании разнообразных веществ, в том числе и месторождений полезных компонентов, а также в растительном мире и почвенном покрове. Под влиянием космических, планетарных и местных факторов аккумуляционная деятельность элементов окружающей среды постоянно нарушается, следствием чего является рассеяние и миграция веществ. С развитием человеческого общества окружающая среда в возрастающей степени испытывает результаты его деятельности. В настоящее время эта деятельность распространилась практически на все геосферы, кроме подкорковой и внутренней частей планеты и проникла в космическое пространство. В наибольшей степени она сосредоточилась в приповерхностной части Земли, т. е. в зоне обитания основной видовой и количественной массы живого вещества. Деятельность человека распространилась на все доступные геосферы и объединила их в ноосферу, представляющую собой "очеловеченную природу". В вертикальном разрезе геосферы исследованиями выделены зоны (рис. 1.1).

Наиболее глубоко залегающая зона локализации полезных минералов - потенциальный источник минерального загрязнения;

-расположенная над ней промежуточная зона, в которой концентрации полезных минералов не представляют практического значения, но целостность ее служит гарантом сохранности экосистем на земной поверхности;

11

-приповерхностная зона, в пределах которой сосредоточено основное количество живого вещества - объект минерального загрязнения в результате техногенного воздействия.

100.000 ИОНОСФЕРА

4.000 2.ООО

10

О

-10

-100 -2ОО

-1000

-3000 - LO. OOO

Граница распространения жшкпвых Граница распростанения высшх растений

БИОСФЕРА

Эвфспическяя Афоническая зова

Нефтяные воды (присутствуют бактерии)

МПКС-13.ООО

Рис. 1.1 Вертикальный разрез геосферы.

Зона локализации представляет собой обводненный стратиграфический или литологический горизонт или комплекс небольшой и переменной мощности, сложенный между водоупорами, внутри которого опасности подвергаются только микроорганизмы.

Промежуточная зона состоит из чередующихся стратиграфических или литологических горизонтов, среди которых и водоносные. Мощность промежуточной зоны составляет десятки и сотни метров. Как и в зоне локализации, биологические объекты отсутствуют. Если промежуточная зона оказывается

12

маломощной или отсутствует, месторождение располагается практически в зоне обитания биологических видов.

В состав приповерхностной зоны или зоны обитания входят материнские породы и почвы, породы зоны аэрации и грунтовых вод, грунтовые и поверхностные воды, приповерхностные части атмосферы, населенные представителями растительного и животного мира. Мощность зоны обитания на суше - первые десятки метров, в континентальной гидросфере - первые сотни метров и в тропосфере также первые сотни метров. В океаническом пространстве мощность зоны обитания живого вещества не превышает сотен метров. Эта зона является основным объектом минерального поражения в результате техногенного воздействия.

Каждое месторождение полезных ископаемых до начала эксплуатации является потенциальным источником минерального загрязнения окружающей среды. С началом разработки предприятия по добыче и переработке минералов становятся генераторами загрязнений. Компоненты-загрязнители активизируются и становятся мобильными. Образуются новые компоненты-загрязнители, которые не были свойственны исходному состоянию.

Основополагающим признаком традиционных способов является образование вещества в недрах вследствие извлечения на поверхность минералов, рудничных вод и газов. В зоне обитания, извлеченные на поверхность минералы, складируются в отвалах, покрывающих площади поверхности вместе с растениями, почвами и организмами. Отвалы, под воздействием атмосферных и космических факторов разрушаются, химически преобразуются, подвергаются водному и ветровому разносу.

Добытые минералы транспортными средствами доставляются на перерабатывающие предприятия за сотни километров. В пути они подвергаются воздействию атмосферных и космических факторов. К ним присоединяются механические потери, вследствие чего транспортные артерии нередко загрязняются. Минералы измельчаются и подвергаются воздействию реагентов.

13

Таблица 1.1 Классификация способов загрязнения экосистем окружающей среды.

Экосистемы Способы загрязнения Процессы загрязнения

2 3 4

воздух пылевой разнос, газовые выделения образование аэрозолей, испарение

почва утечка реагентов; разнос; выбросы при авариях и ремонтах, стоки химические и обменные реакции, высыхание, инфильтрация

флора то же, что и для почв загрязнение пылью и жидкостями; усвоение загрязнителей из почв

фауна то же, что и для почв потребление загрязненных растений и поверхностных вод

поверхностные воды подземные стоки; проливы растворов; поверхностный сток дождевых и талых вод химическое загрязнение вод, флоры и фауны, сорбция

грунтовые воды утечки из продуктивного горизонта; фильтрация загрязненных вод химические загрязнения, выщелачивание, растекание растворов

породы зон аэрации и грунтовых вод то же, что и для грунтовых вод сорбция, выщелачивание, ионно-обменные процессы, новообразования

пром., гражданские сооружения, памятники аэрозоли, грунтовые воды химические и сорбционные процессы, новообразования, изменение свойств

заповедные места, рекреационные зоны все перечисленные выше факторы химическое и биохимическое загрязнение

подземные воды продуктивного горизонта растворы реагентов сорбционные и химические процессы, изменение свойств грунтов

породы продуктивного горизонта и водо-упоров циркулирующие растворы, загрязнение воды химические реакции, повышение минерализации, смешивание, растекание

месторождения полезных ископаемых растворы и загрязнение под воздействием бытового потока и забора подземных вод то же, что для горных пород продуктивного горизонта

14

Хвосты сбрасываются в хранилища, которые становятся зонами инфильтрации жидкой фазы в подстилающие породы и грунтовые воды, а высохшие пляжи - источниками пыли. Добывающие и перерабатывающие предприятия, использующие перемещение и дробление, обработку при нагревании и др. способы воздействия на минералы, влияют на экосистему окружающей среды прилегающей территории. Подземные воды, извлечённые на поверхность, содержат мобильные растворы и взвеси, попадающие в гидрографическую сеть или накопители. При традиционной добыче минералов источник загрязнений оказывает влияние, главным образом, на зону обитания. Многообразие факторов, влияющих на загрязнение окружающей среды показано в (табл. 1.1). 1.2. Технологии охраны окружающей среды

В соответствии с действующим законодательством способы вскрытия, системы отработки месторождений и технологические схемы переработки минерального сырья должны обеспечивать наиболее полное, комплексное и экономически целесообразное извлечение из недр запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых, недопущения сверхнормативных потерь и разубоживания, рациональное использование вскрышных пород и отходов переработки сырья.

На основе анализа результатов предыдущих исследований, законодательных актов по охране недр и литературных источников [2, 3, 4], может быть предложен следующий комплекс мероприятий по рациональному использованию полезных ископаемых и охране недр (рис. 1.2).

Концептуальные основы охраны окружающей среды от минерального загрязнения могут быть сформулированы следующим образом:

- главным объектом охраны и защиты являются компоненты наземной и подземной частей биосферы;

- при традиционных технологиях добычи минералов воздействие сосредотачивается на зоне обитания. Лишь после погашения предприятия оно может стать генератором загрязнений.

15

Комплекс мероприятий по рациональному использованию полезных ископаемых и охране недр

Обеспечение полноты извлечения полезных ископаемых

т

Комплексное использование полезных ископаемых

Охрана неиспользуемых запасов полезных ископаемых

При добыче

улучшение качества геологоразведочных работ осущест-нление доразведки месторождений и участков

применение наиболее рациональных и эффективных методов добычи

расширение дооычи полезных

ископаемых открытым

способом

соблюдение технологии горных работ

дополнительная дооыча полезных ископаемых, в т. ч. повторная разработка участков и месторождений

разработка мер экономического стимулирования более комплексного и полного использования запасов и добытых руд

При переработке

повышение степени извлечения

полезных ископаемых за счет

совершенствования технологии

переработки

переработка отвалов и отходов, доизвлечение полезных компонентов

использование методов морального и материального стимулирования за повышение качества поставляемого сырья

очистка шахтных и сточных вод и извлечение из них полезных компонентов

разработка мер экономического стимулирования более полного извлечения при обога шении

комплексное изучение недр, технологическая оценка основ-ных и совместно с ним залегающих полезных ископаемых и

содержащихся в них компонентов

разработка и внедрение технологических схем и методов обогащения и переработки сырья, обеспечивающих комплексное извлечение полезных компонентов

создание комплексных производств, основанных на замкнутых циклах с организацией в перспективе безотходных производств

поиск сфер применения (вт. ч нетрадиционных) всех полезных ископаемых

разраоотка мер экономического стимулирования комплексного использования всех полезных компонентов руд и пород

тщательная разведка, учет и

документация всех выявленных

полезных ископаемых

разработка специальных мероприятий по сохранению некондиционных (забалансовых) руд и отходов и предупреждение их от выветривания, выщелачивания и других вредных влияний

предупреждение от застройки промышленными и жилыми объектами, затопление при создании водохранилищ, перекрытия отвалами горных пород и хвостохранилищ

охрана гидрогеологического

режима прилегающих

территорий

Рис. 1.2. Мероприятия по рациональному использованию полезных ископаемых и охране недр.

Требования в области охраны окружающей среды при добыче минералов сводятся к следующему:

-исследование геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических свойств локализующей месторождение структуры для выяснения взаимоотношений со смежными геологическими структурами и поверхностными элементами окружающей среды;

-исследование физико-химических и водно-физических свойств минералов, а также свойств подземных вод локализующей месторождение струк-

16

туры для определения потенциала самозащиты и самовосстановления подвергшихся вредному воздействию элементов окружающей среды, локализация остаточных растворов в пределах контура;

- восстановлению до исходного состояния подвергшихся вредному воздействию экосистем окружающей среды;

- осуществление специальных мероприятий для защиты жизненно важных объектов (водозаборов, карьеров, рудников, месторождений полезных ископаемых, в том числе подземных вод), в отношении которых создается опасность вредного воздействия;

- использование потенциала самозащиты и самовосстановления элементов окружающей среды;

- максимальное извлечение из недр основного и сопутствующих минералов;

-организация мониторинга экосистем окружающей среды, подвергающихся воздействию, включая послеэксплуатационный период.

Реализация концепции обеспечивает надежную охрану экосистем окружающей среды при использовании прогрессивных технологий добычи минералов, в т. ч. геотехнологий - принципиально нового способа, обладающего потенциалом бережного отношения к природе.

Основные направления охраны окружающей среды включают (табл. 1.2):

- контрольные мероприятия, обеспечивающие мониторинг экосистем окружающей среды в районе добычи минералов в течение эксплуатации и в послеэксплуатационный период;

- ограничительные мероприятия, помогающие уменьшить воздействия разработок на окружающую среду;

- ликвидационные мероприятия, устраняющие негативные воздействия на окружающую среду при применении технологий (приведение района в исходное состояние).

17

Таблица 1.2

Мероприятия по охране экосистем окружающей среды

Экосистемы Контрольные Ограничительные Ликвидационные

1 2 3 4

Воздух определение источников загрязнения; определение пунктов, чистоты состава и проведение наблюдений компактность сооружений; ограничение движения транспорта; исключение потерь реагентов при соблюдении мероприятий не требуется

Почвенный покров и поверхность определение источников загрязнения; определение состава и проведение контроля; контроль почв после рекультивации и стерильности культур ограничение изъятия земли; ограждение площадей; снятие почв; улучшение дорог; сооружение канав; гидроизоляция площадок; пылепо-давление нейтрализация проливов; сбор загрязненных грунтов; ликвидация сооружений; захоронение осадков; рекультивация нарушенных земель

Растительный покров определение источников загрязнения; определение состава контроля; определение загрязнений минимизация вырубок растительности; защитные мероприятия в отношении почвы уничтожение загрязненной растительности, восстановление растительного покрова;

Животный мир учет видов в районе месторождения; установление мест водопоя и путей миграции наземных животных ограждение объектов и мест водопоя; предупреждение употребления загрязненной растительности захоронение животных, погибших от загрязнений

Поверхностные воды установление выходов поверхностных и грунтовых вод; определение состава; контроль осадков; оборудование пунктов контроля организация стока и отражение потоков; создание отстойников; отвод потоков; сооружение нагорных канав;создание охранных зон ликвидация загрязнённых донных отложений; чистка или захоронение загрязнённых вод; ликвидация загрязнённых объектов

               

       Список литературы