Анализ существующих методов использования и переработки отходов угледобычи

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 24.06.1998 г. № 89 (ред.10.01.2003 № 15-ФЗ) «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

закладка выработанного простаранства шахт дробление      и измельчение породы усреднение складирование

т

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.