Экономико-математическая модель ранжирования техногенных образований по их народно- хозяйственной значимости

Забайкальский край является старейшим горнорудным районом России, где на протяжении длительного времени осуществляется добыча свинца, цинка, золота, серебра, молибдена, вольфрама, олова, угля и других полезных ископаемых. Деятельность множества горнорудных предприятий привела к накоплению огромных объёмов отходов добычи и переработки минерального сырья.

Характерной чертой сырьевой базы Забайкальского края является её комплексный состав руд, горнодобывающие же предприятия в основной массе были ориентированы на извлечение одного-двух компонентов. В результате в отвалах и хвостах обогащения скапливались в основном опасные для окружающей среды и живых организмов химические элементы - ртуть, мышьяк, сера, сурьма, висмут, литий, бериллий, свинец, цинк, кадмий и другие. Изъятие из недр и освобождение минералов в результате дробления и обогащения, нарушение их обычного устойчивого природного состояния, контакт с воздухом, влагой, реагентами переводили их в другие формы, подчас весьма опасные для окружающей среды. Таким образом, техногенные образования (ТО) горнорудных предприятий являются объектами повышенной опасности для существования живых организмов. С другой стороны, в них содержится значительное количество полезных компонентов, которые при использовании современных технологий, можно извлекать и тем самым получать дополнительную прибыль. Кроме этого техногенные образования могут служить прекрасным сырьем для производства строительных материалов: стеновых блоков, панелей, силикатного и керамического кирпича, асфальтобетона, в стекольной и фарфоро-фаянсовой промышленности, добавка в известняково-кремнистое вяжущее, шлаковое литье, минеральная вата, гравий, щебень, песок и пр.

Предварительные исследования показали что, хвосты Шахтаминской обогатительной фабрики пригодны в качестве добавки к глинистому сырью Средне-Шахтаминского месторождения глин для производства керамического кирпича, вскрышные отвалы Мало-Кулиндинского месторождение для производства строительного щебня. Отвалы забалансовых руд Забайкальского ГОКа могут быть использованы для получения концентратов лития, бериллия, тантала, ниобия, олова.

Хвосты обогащения руд Завитинского месторождения после извлечения полезных компонентов и незначительной технологической доводки могут широко использоваться в стекольной и фарфоро-фаянсовой промышленности, а также в производстве строительных изделий (стеновые блоки, панели, силикатный кирпич, асфальтобетоны и прочее). Хвосты вторичной переработки Калангуйской фабрики могут быть использованы в качестве добавок при производстве силикатного и керамического кирпича, лёгких пористых заполнителей, ячеистых бетонов, стеновой керамики.

Общий объём ТО Забайкальского края оценивается в 2871,7 млн.т. В них ориентировочно насчитывается около 149 т золота (с содержанием 0,3-3,5 г/т); 925 т серебра (0,5-29 г/т); 74,3 тыс.т олова (0,035-0,12%); 10 тыс.т вольфрама (0,076-0,4%); 24 тыс.т молибдена (0,022-0,096%); 133,5 тыс.т свинца (0,18%-первые %); 192,3 тыс. т цинка (0,1%-первые %); 7,4 тыс.т меди (0,02-0,1%); около 480 т кадмия; 2 тыс.т тантала; 2,1 тыс.т ниобия; 85,7 тыс.т лития; 13,5 тыс.т бериллия; 690 т висмута; около 4,5 тыс.т мышьяка; 146 тыс.т серы и ряд других рудных и нерудных компонентов.

ТО горнорудных предприятий являются, с одной стороны, дополнительным источниками полезных ископаемых, а с другой стороны - объектами негативного воздействия на окружающую среду, то есть проблема техногенных скоплений горнорудного производства рассматривается не только как сырьевая и экономическая, но и как экологическая и социальная[1].

Например, фтор, обладая высокой биохимической активностью, может формировать антропогенные очаги флюороза. Прогнозирование эндемических заболеваний в зависимости от присутствия фтора в воде и продуктах питания связано с тем, что влияние этого галогена на организм оказывает комбинированное действие, причем сказывается индивидуальная восприимчивость к фтору, а также сочетание присутствующих микроэлементов и рН среды. Проведенные обследования населения рудничных поселков показали, что у 78-81% взрослого населения распространен кариес зубов, а флюорозом страдают около 12%, что в 2,5... 3,0 раза превышает средний уровень по стране[2].

На сегодняшний день перед региональными властями стоит серьезная проблема необходимости срочного захоронения ТО, и в то же время максимально использовать их сырьевой потенциал.

В настоящее время не разработана экономико-математическая модель, позволяющая решить задачу выбора рационального освоения ТО и дальнейшего захоронение отходов, не пригодных для промышленной переработки.

Нами предложена модель, позволяющая дать экологоэкономическую оценку ТО, определить эффективность их освоения в соответствии с предложенной организационно-технологической схемой, ранжировать все объекты в соответствии с их народно-хозяйственной значимостью и очередностью ввода в эксплуатацию, обосновать рациональный вариант захоронения отходов (рис. 1).

Технологическое картирование , представляет собой изучение вещественного и химического состава материалов ТО, в т.ч. содержания в них вредных и полезных компонентов, полезности для промышленной переработки, или его полная непригодность и как следствие дальнейшее захоронение.

Поскольку ТО являются объектами первичной переработки (извлечения полезных компонентов), то стадий дробления и измельчения не потребуется, что значительно снизит себестоимость выпуска готовой продукции.

Под организационно-технологической схемой освоения ТО следует понимать пространственное расположение основных и вспомогательных производственных объектов предназначенных для переработки минерального сырья, с целью получения готовой продукции в виде концентрата, строительных материалов, изделий и пр., объектов жилищнобытового назначения, их взаимосвязь и параметры, а также влияние, расположенных на незначительном удалении, действующих ГОКов, предприятий стройиндустрии.

Для освоения обособленных удаленных на большие расстояния от крупных промышленных центров ТО потребуется строительство самостоятельного перерабатывающего комплекса с вахтовым поселком и минимум бытовых услуг. Эксплуатация этих объектов сопряжена с высокими капитальными затратами на единицу производственной мощности, высокими затратами на транспорт, низким спросом на строительные материалы.

В случае расположения нескольких ТО на относительно небольшой территории возможно создание единого базового центра, предназначенного для эксплуатации группы ТО с единой технологической схемой. На базовом центре размещаются, объекты вспомогательного назначения – ремонтно-механические мастерские, теплоэнергетическое хозяйство, склады и пр. Групповая организационно-технологическая схема в сравнении с обособленной позволяет увеличивать объем переработки сырья, повысить фондоотдачу основных производственных фондов, снизить себестоимость продукции. В модели заложена программа выбора рационального места расположения базового центра.

Если, вблизи ТО находится действующий промышленный комплекс или прекративший свою деятельность, но сохранивший свою инфраструктуру ГОК, рудник, целесообразно использовать его производственные мощности дополнив или реконструировав отдельные технологические звенья. Модель позволяет определить рациональные параметры промышленного комплекса.

По критерию ЧДДТО оцениваются возможные варианты параметров промышленного комплекса. Для этого поочередно рассчитывается суммарный чистый дисконтированный доход (ХЧДДТО) от разработки группы ТО находящихся на различном удалении от промышленного центра.

^ЧДДто = ЧДДто1 + ЧДДто 2 + ••••+ ЧДДто _№                     (1)

где ЧДД_ТО1,ЧДД_ТО2,™ЧДД_ТОп, - чистый дисконтированный доход от освоения соответственно 1 -го, 2 -го,... n - го ТО, тыс. р

Если ХЧДД_ТО>0 , ТО включается в структуру промышленного комплекса, а в случае ХЧДД_ТО<0 ТО целесообразно не включать в этот комплекс.

В некоторых случаях может оказаться эффективной комбинация двух вариантов освоения ТО, это означает частичная переработка сырья и выпуск отдельных видов продукции (обогащенный концентрат, сплавы) на передвижных обогатительных установках непосредственно на объекте и получение продукции строительного производства в цехах действующих промышленных комплексах. Применение этой схемы, особенно для ТО находящихся на значительном расстоянии (свыше 100 км), позволит на 1520 % снизить транспортные расходы на перевозку минерального сырья. Модель позволяет разделить экономически рациональный уровень передела минерального сырья между передвижными обогатительными установками и промышленным центром.

Применение той или иной производственно-технологической схемы, существенно повлияет на эколого-экономическую оценку ТО. Каждая схема имеет свои отличия в структуре и объеме капитальных затрат, сроках их вложения.

Следует отметить, что увеличение ассортимента выпускаемой продукции промышленного комплекса позволит диверсифицировать производство, обеспечив тем самым более устойчивое финансовое состояние.

Составление ТЭО позволит решить вопрос эффективности освоения ТО с учетом выше изложенных предпосылок.

В основу технического проекта заложен план процессов, последовательность действий и операций, через которые должно пройти минеральное сырьё до получения конечного продукта. Он включает в себя чертежи с компоновкой помещений и технологического оборудования, а также том описания (расчеты необходимого сырья и материалов, расчеты площадей под различные производства, расчеты транспортных потоков, штатное расписание и т. д.).

Расчет показателей ЧДД, ИД, ВНД, Ток.,  У, У? • Чистый дисконтированный доход от разработки ТО определится по формуле

ЧДД_ТО = ^«(^[(О-О^Смеех Ц + АМ, + АМ₂ + АМ₃) -

Ар^Сдоб +Спер +Садм +Стр.тр-Я<- У+Уtn— ==0ТсСарр 1+Et где Арt – годовой объем переработки минерального сырья в t – ый год эксплуатации ТО, т/год; См.t. – среднее содержание полезного компонента в t – м году, %; ε – коэффициент извлечения полезного компонента при обогащении руды, дол. ед; Ц – цена единицы производимой продукции, р/т; АМ1, АМ2, МА3 – амортизационные отчисления соответственно на специализированные основные производственные фонды, срок использования которых определяется сроком разработки ТО, на основные производственные фонды, срок эксплуатации которых не связан со сроком разработки ТО и автосамосвалы, эксплуатируемые на объекте, р; Сдоб, Спер, Садм – соответственно эксплуатационные затраты на добычу минерального сырья, переработку и административные расходы, р/т; Стр.р.– затраты на транспортирование 1 т минерального сырья на 1 км, р/т∙км; lтр.– расстояние транспортирования, км; Нt – суммарные налоги, выплачиваемые в t – м году, р; Кстр.к. – капитальные затраты на строительство, р; Е – норма дисконта; ТТО – срок эксплуатации ТО по варианту, лет; Тс – срок строительства, лет; У – рассчитанный экономический ущерб от воздействия проекта на окружающую среду; у^ -предотвращений ущерб [3].

На последнем этапе производится ранжирование ТО. Выявляются техногенные образования, пригодные для первоочередной переработки – ценные; перспективной переработки - средней ценности; отдаленной перспективы переработки – малоценные; наконец, не представляющие экономической ценности, последние отправляются на захоронение. Модель позволяет выбрать рациональный вариант захоронения отходов.

С помощью разработанной экономико-математической модели дана эколого-экономическая оценка Юго-Восточной группы ТО расположенных на территории Забайкальского края на примере использования центрального промышленного комплекса строящегося Бугдаинского ГОКа (табл. 1).

Техногенные образования

Продукты сжигания углей (золы и шлаки)	Продукты металлургического процесса (шлаки)	Хвосты обогащения руд
Продукты химического процесса переработки	Бедные и некондиционные (забалансовые) руды	Вскрышные породы

Технологическое картирование, изучение вещественного и химического состава (содержание полезных и вредных компонентов) Выявление полезности промышленного назначения

Пригодные для извлечения полезных компонентов			Пригодные для извлечения полезных компонентов и производства стройматериалов		Пригодные для производства строительных материалов
						t—
			________________________________________1                                          1_____________________________________________________

Непригодные

Благоро дные Ме

Au  Ag

Цветные Ме
Cu	P b	Zn
Ni	Sn	Cd
Bi	Sb

Редкие Ме
T a	Li	Be
Ga	In	Nb
Mo

Черные Ме
Fe	Mn

Не Ме
S	Se
Te	As

Добавка в известняковокремнистое вяжущее	Стекольная пром-ть
Шлаковое литье, минеральная вата	Песок
Фарфоро-фаянсовая промышленность	Гравий, щебень
В кирпичном производстве	Наполнитель бетона

Исследование и разработка технологии извлечения полез. комп. и производства строительного материала

I

Выбор организационно-технологической схемы освоения техногенного образования
Обособленная чДДо6-Ц=0\^еУ^Ц1*а1 3t Ht У+Ут- t=GTcii+EtKpt+Klt	Групповая CTp V V      XA2 + (у - уд2 x Qptt X Сур X Ku t=l t=0 Тоф ,------------------------------------ \^Pa2 + b2) + (у - yD2 x Qkt x Cyk x Kv . + Z         (!+£/         ^min	Централизованная ^ЧДД то = ЧДД то1 + ЧДД то 2 + -•+ ЧДД то n ,	Комбинированная ЧИП = У7 П~И'У+А _ -^13-1 (1+£.)t+tcm tltcmp/ttl+Ft+noyi +tcmp

Таблица 1.

Эколого-экономическая оценка ТО Юго-Восточной группы

Объекты	Производство готовой продукции за год	Годовой объем выпуска продукции, тыс.руб.	ЧДД, тыс. р.	ВНД, %	ИД	Ранжирование
1) Хвосты Шахтаминской обогатительной фабрики	Cu – 13,365 т Pb – 21,227 т Mo – 11,214 т S – 78,624 т Bi – 1,78 т Ag – 222,3 кг Керам. кирпич -34174,716 тыс. шт.	277,5 268,2 565,2 215 1546,8 105281,3 410096,592	530656,6	22,6	1,65	Средней ценности
2) Отвал окисленных руд Бугдаинского рудника	Mo – 25,4 т	1613	-103962	-11,9	-0,47	Не представ. ценности
3) Сереброплавильные шлаки полиметаллического месторождения ЮгоВосточного Забайкалья (Старо-Кутомарский участок XVII-XIX вв)	Cu – 3,936 т Pb – 656,82 т Zn – 1087,357 т Sn – 20,475 т Sb – 26,325 т Ga – 0,414 т In – 0,414 т Ag – 639,8 кг	80,929 7898,917 1042434,9 1484,437 6,318 14076 11178 302987,7	1165521	23,5	1,69	Ценные
4) Сереброплавильные шлаки полиметаллческого месторождения ЮгоВосточного Забайкалья (Кутомарский участок XVII-XIX вв)	Cu – 32,4 т Pb – 1364,4 т Zn – 961,2 т Sn – 32,8 т Sb – 32,4 т Ga – 0,496 т In – 0, 496 т Ag – 1926 кг	666,1 16408,3 9217,9 2378 7,8 16891,2 13413,6 912302,78	3403739	27,6	1,71	Ценные
5) Сереброплавильные шлаки полиметаллического месторождения ЮгоВосточного Забайкалья (Екатерининский участок XVII-XIX вв)	Cu – 24,3 т Pb – 792,99 т Zn – 850,662 т Sn – 24,57 т Sb – 31,59 т Ga – 0,496 т In – 0,496 т Ag – 2049 кг	499,559 9536,497 8157,846 1781,325 7,581 16891,2 13413,6 970612,4	3585841	27,9	1,72	Ценные

The article describes the materials, showing the effects of man-made structures on the environment and human beings and the need to dispose of the maximum of raw potential. An economic-mathematical model to ecological and economic assessment of man-made structures, to determine the effectiveness of their development in accordance with the proposed organizational and technological scheme to rank all items according to their national economic importance and precedence constraints of commissioning, to justify the rational option of waste disposal.