Экономическая эффективность совершенствования процессов утилизации руд

Экономическая эффективность технологии определяется суммой положительных эффектов ее отдельных процессов в любом месте и в любое время. Оценка негативного влияния технологии раздельно по слагающим ущерб факторам не всегда адекватно описывает общую картину. Более достоверные результаты можно получить при одновременной оценке негативных факторов в атмосфере, гидросфере и литосфере, создающих синергетический эффект [1].

Горному производству уже 2 века принадлежит лидерство по нанесению ущерба окружающей среде, причем одним из наименее защищенных элементов является безопасность населения, проживающего в районе добычных работ.

Хвостохранилища горных предприятий расположены на участках, пересекаемых реками и их притоками. Например, хвостохранилища Садон-ского СЦК расположены на берегах рек, а до 1984 г. их просто сбрасывали в р. Ардон – приток р. Терек.

Любое хвостохранилище является территорией повышенного риска для жителей окрестностей. Так, в той же р. Ардон за счет загрязненных стоков концентрация свинца и цинка ниже хвостохрани-лища в 2 раза выше, чем до него.

Физико-химические процессы в массиве хво-стохранилищ со временем активизируются под влиянием кислорода воздуха, воды, водорода, хлора, сульфата железа и т.п. Различия в формах распределения элементов, формах миграции, устойчи- вости комплексных соединений при меняющемся режиме рН, сорбционности минералами приводят к дифференциации близких по кристаллохимическим свойствам минералов, а также к миграции минералов с фракционированием и осаждением.

Максимальное количество пыли в окрестностях хвостохранилищ образуется летом, когда испарение воды с поверхности хранилища не препятствует разносу активных частиц. Запыленность практически везде превышает ПДК (4мг/м3) в десятки раз.

В районе хвостохранилищ создаются аномалии техногенного происхождения протяженностью и шириной в километры, причем высокое содержание металлов в верхнем горизонте почв связано не с аккумуляцией гумуса, а с техногенным воздействием.

Между параметрами загрязненности и состоянием здоровья ее населения установлена корреляция. В районах локализации хвостохранилищ выражена тенденция ухудшения медико-демографических показателей – младенческой и общей смертности врожденных пороков развития, смертности населения от злокачественных опухолей и т.п. Прямыми следствиями влияния мышьяка, вольфрама, молибдена, сурьмы, свинца, цинка в несколько раз превышающих ПДК или фоновые значения являются молибденос, пневмокониоз, пылевой бронхит, ларингофарингиты, мочекаменная болезнь [2]. Между тем, при технико-экономическом обосновании технологий это обстоятельство не учитывается.

Из ложа хвостохранилища дренируют минерализованные растворы, свидетельствующие о недостаточной эффективности защитных мер, а конструкция хвостохранилищ не препятствует выносу растворов переливом во время дождей.

При оценке условий труда персонала в окрестности хвостохранилища рекомендуются комплексные мониторинговые исследования с одновременным опробованием почв, растительности, поверхностных вод, поверхности хвостохранили-ща и пыли. Суммарный показатель загрязнения в районе хвостохранилищ достигает 150, что весьма опасно для человека [3].

Обеспечить безопасные условия хранения хвостов способами традиционного обогащения и металлургии, в том числе и захоронением в недрах ни технологически, ни экономически невозможно, поэтому для реальной защиты населения необходимы безотходные технологии утилизации хвостов [4].

В истории техники известен обоснованный Й. Хинтом феномен изменения состояния вещества большой механической энергией в дезинтеграторе при обработке со скоростью удара 250 м/с. при ско- рости ударов на порядок больше, чем в вибро– и шаровых мельницах и ускорении в миллионы раз превышающем ускорение свободного падения [5].

В силовых полях большой механической энергии дезинтеграторы не являются лишь помольными агрегатами, а еще и придают обрабатываемым веществам новые свойства, что придает веществам новые качества.

Промышленное использование дезинтегратора в горной практике впервые осуществлено на месторождении «Шокпак» (Северный Казахстан), где 10 лет эксплуатировалась установка ДУ-65, оборудованная 4– на 3-рядными роторами и двигателями мощностью 250 кВт. Материал активировали роторами с защитным слоем и само – футерующимися роторами. Установка располагалась в составе закладочного комплекса в трех уровнях с площадью основания 5-7 м [6].

Активация в дезинтеграторе обеспечивала приращение прочности на 25-30% больше, чем обработка в шаровой мельнице. Выход до 55 % активного класса в комбинации с вибро– мельницей увеличил выход до 70 %, что позволяло утилизируемым хвостам металлургии конкурировать с товарным цементом (рис.1).

Рисунок 1. Схема активации отходов:1– исходное сырье;

2– активированное сырье

Экономический эффект достигался тем, что активированный в дезинтеграторе доменный кислый шлак – отход металлургического процесса заменил товарный цемент в процессе приготовления твердеющих смесей для заполнения технологических пустот. Замена цемента объясняется генерацией фракций шлака крупностью до 0,076 мм, объем которых в хвостах обогащения достигает 80%.

Феномен активации при обработке в дезинтеграторе подтверждается и в смежных отраслях[7]. Так, активация воды увеличивает рост растений на 30-40%, животных на 20%, рыб на 45-100%, повышает стойкость растений к экстремальным условиям на 20%, причем добавка активированной воды в количестве всего лишь 10 мл на 1 кг веса животных ведёт к дополнительному привесу их на 20% при одинаковом питании и др.

Работами ученых Северо-Кавказской школы проф. Голика В.И. доказана перспективность комбинирования процессов механической активации в дезинтеграторах и химического выщелачивания [8].Выщелачивающий реагент подается в рабочий орган дезинтегратора, где извлечение металлов в раствор происходит одновременно с разрушением кристаллов с запрессовкой реагентов в трещины (рис.2).

Рисунок 2. Схема механохимической активации сырья: 1– исходное сырье; 2– реагент; 3-металлосодержащий раствор; 4-вторичные хвосты

При переработке хвостов обогащения полиметаллов Садона, угля Российского Донбасса и железистых кварцитов КМА технология обеспечивает извлечение до 80% металлов от исходного содержания в хвостах со снижением остаточного содержания при неоднократной переработке до ПДК [9].

Вовлечение в производство колоссальных минеральных ресурсов создает новую сырьевую базу для горной промышленности и избавляет от необходимости вовлечения в эксплуатацию новых месторождений, что особо актуально ввиду дефицита ряда металлов для обеспечения минеральной безопасности России.

Совершенствование процессов выщелачивания металлов в дезинтеграторе основывается на усилении слагающих его механо - химических компонент (табл.).

Для предотвращения слипания зерен материала в процессе активации на сырье дополнительно воздействуют вибрацией в горизонтальной плоскости с подбрасыванием с колебаниями от 30 до 1500 Гц при амплитуде горизонтальных колебаний от 2 до 50 мм и амплитуде вертикальных подбрасываний до 30 мм (рис.3) [10].

Рисунок 3. Совершенствование механической компоненты процесса:1– вибраторы; 2– виброгасящая основа

Дополнительно к основным процессам хвосты совершают еще и поступательное движение с подбрасыванием, лишаются возможности слипаться между собой и прилипать к рабочим поверхностям, что повышает эффективность процесса, так как при прочих одинаковых условиях прочность бетонов увеличивается на 30-40%.

Эффективность извлечения металлов из хвостов обогащения увеличивается, если перед подачей сырья в дезинтегратор хвосты в смеси с элементарной серой обработать раствором смеси серной и азотной кислот (рис.4) [11].

Рисунок 4. Совершенствование химической компоненты выщелачивания:1– закисленные хвосты; 2– металлосодержащий раствор; 3-вторичные хвосты

Таблица 1

Направления совершенствования процессов выщелачивания металлов в дезинтеграторе

Воздействия	Цель совершенствования	Способ осуществления
Механическое	Увеличение поверхности реагирования	Повышение импульсов вибрации
Химическое	Ускорение химических процессов	Предварительная обработка раствором кислот
Комбинированное	Комплексное улучшение показателей	Последующая обработка раствором кислот

Хвосты обогащения при соотношении твердой фазы к жидкой 1:2 измельчают в смеси с элементарной серой в количестве 12% до крупности 100% фракции 0,01 мм. Обработку смесью кислот осуществляют при массовом соотношении последних 2:1 до доведения показателя рН до значения 1 с дальнейшим его повышением в течение 2 часов до 3.

В выщелачиваемой массе образуются окислители, которые переводят не окисленные упорные минералы металлов в легко вскрываемые формы. Разрушенные соединения металлов переходят в растворимые комплексы. Экономические преимущества заключаются в ускорении процесса выщелачивания с минимизацией эксплуатационных расходов и увеличении извлечения металлов.

После выщелачивания в дезинтеграторе сырье укладывают в штабели, обрабатывают раствором серной кислоты, промывают водой и дополнительно выщелачивают серной кислоты с концентрацией 10-30 г/л. Последующее выщелачивание осуществляют раствором сульфидотриоксосульфата натрия с концентрацией 10-20 г/л [12].

За счет более глубокой проработки структурных компонентов при увеличении извлечения полезных компонентов снижается удельный расход реагентов на выщелачивание. Активированная в дезинтеграторе масса продолжает отдавать содержащиеся в ней металлы, увеличивая извлечение металлов по сравнению с обоими способами в отдельности вследствие синергетического взаимодействия.

Эколого – экономическая эффективность процессов выщелачивания хвостов традиционной переработки в дезинтеграторе состоит в том, что из уже извлеченного из недр с затратами сырья извлекается большее количество металла [13].

В работах Агошкова М.И., Котенко Е.А., Симакова В.А., Шестакова В.А. и др. при оценке эффективности отработки запасов сравниваются показатели полноты извлечения полезного компонента из

где П – прибыль, руб.; Цд – добытая ценность, руб.; З затраты на производство конечного продукта, руб.; ЦП – потерянная ценность, руб.; Е - нормативный коэффициент приведения; t – время на производство конечного продукта.

Подавляющую часть потерянной ценности руд составляют омертвленные при традиционной технологии хвосты переработки. При наличии возможности их утилизации:

П

t

=∑

Ц_д-З-Ц_п+Ц_в (1-Е)

где ЦВ – возвращенная из потерь ценность в виде товарной продукции, руб.;

Взаимосвязь между предельно-допустимыми затратами на получение конечной продукции и полнотой использования извлеченных на земную поверхность руд:

Зпд = (Цд +Цв)(2- К )

где ЗПД – предельно-допустимые затраты на производство конечного продукта, руб.; КСИ – сквозной коэффициент извлечения металлов в конечный продукт.

При комбинировании технологий активная часть основных средств высвобождается, но возникает необходимость в дополнительных ка-

питальных вложениях на сооружение объектов переработки растворов, насосных и т.п. Избыток вовлеченных в хозяйственный оборот средств позволяет получить дополнительную прибыль [14] .

С учетом полноты использования основных и

оборотных средств величина прибыли:

П=

З-Рп+Рв З-Рр

[Пуд

-

(Сос + Соб)Еппф]

недр, которая определяется соотношением запасов металлов в конечной стадии разработки к запасам до начала разработки.

Потери полезного ископаемого учитываются опосредованно через массу извлекаемой ценности. В этом случае при добыче богатых руд затраты незначительны, поэтому можно получить прибыль даже при извлечении из недр менее 50% запасов. В большинстве случаев стоимость теряемых руд в расчетах эффективности не участвует. Ущерб от потерь полезного ископаемого учитывают вычитани-

где З – запасы руд, т; РП – потерянные руды, т; РР – разубоженные руды, т; РВ – возвращенные из потерь запасы путем комбинированной активации, т; ПУД – удельная прибыль на 1 т металла, руб./т; Сос – на I т металла при принятом варианте доработки, руб.; Соб – на I т металла при принятом варианте доработки, руб.; Еппф – норма отчислений за пользование производственными фондами.

Экономическая эффективность добычи с утилизацией хвостов по механохимической техноло-

гии [15]:

ем стоимости потерянных запасов:

П

t

=∑

Ц д -З-Ц п (1-Е)

э тр

А тр

э + э |   3

тр     в          _в

---

A TP   ) А в

Ак • r

где П – прибыль от комбинирования технологий; З_тр – затраты на единицу металла при базовой технологии, ден. ед.; З_в – затраты на единицу

металла при новой технологии, ден. ед.; Э_тр – приведенные эксплуатационные и капитальные расходы базового варианта, ден. ед.; Э_в – приведенные эксплуатационные и капитальные расходы нового варианта, ден. ед.; А_тр – годовой объем выпуска металлов по базовой технологии, ед.; А_тр – годовой объем выпуска металлов по новой технологии, ед.; А_к – годовой объем выпуска металлов предприятием, ед.; r – коэффициент риска рыночных операций.

Комбинирование технологий обеспечивает увеличение производительности труда по конечному продукту, поскольку выщелачивание в дезинтеграторе подлежит полной автоматизации.

В условиях увеличения необходимости в металлах для удовлетворения растущих потребностей в минеральном сырье для промышленности и истощения пригодных для разработки запасов месторождений металлических руд комбинирование традиционных и новых технологий включает в производственный цикл некондиционные для традиционных технологий руды, что радикально сокращает потери запасов и избавляет от необходимости освоения новых месторождений [16].

Вовлечение в производство некондиционных для традиционных технологий ресурсов может стать приоритетным направлением выживания депрессивных горнодобывающих предприятий, пытающихся путем диверсификации производства выжить в условиях становления рыночных отношений в России.

Концепция радикальной утилизации отходов обогащения металлургии отвечает принципам взаимодействия Человека и биосферы в интересах устойчивого развития Земной цивилизации [1718].