Основные мероприятия при использовании железосодержащих отходов черной металлургии с получением товарной продукции с учетом экономической оценки

Нетрадиционный характер формирования техногенных месторождений предполагает полный цикл исследований при осуществлении опробования. В процессе изучения техногенных образований предполагается следующая последовательность мероприятий:

• -    изучение геологических особенностей объекта, включающее также описание гидрогеологического режима территории;

• -    оконтуривание техногенного массива с привязкой к местности и его геолого-технологическим и экологическим картированием;

• -    описание промышленных объектов и селитебных зон, граничащих с месторождением;

• -    описание технологии основного предприятия, являющегося источников образования отходов;

• -    описание предполагаемых путей рекультивации земель, занятых под полигон;

• -    характеристика вспомогательных производств;

• -    классификация отходов по классу опасности.

Следующий цикл мероприятий - непосредственное опробование техногенного массива - предполагает организацию представительного пробо-отбора. При планировании работ необходимо учитывать изменения химического и фазового состава изучаемых объектов в зависимости от времени образования массива, климатических особенностей района и гидрогеологических условий. Объекты длительного хранения необходимо обследовать методом колонкового бурения, причем рекомендуемая масса единичной пробы должна быть не менее 20 кг. Далее организуется отбор лабора- торных, укрупненно-лабораторных и предварительных технологических проб с привязкой сетки пробоотбора к рассматриваемому объекту; технологические пробы актируются, и на каждую составляется отдельный паспорт.

Следующий цикл работ – пробоподготовка, включающая, в зависимости от физического состояния материала, ряд операций, например: дробление, измельчение, сокращение массы проб и т.д.

Материал, прошедший этап пробоподготовки, исследуется с использованием современных методов химического и фазового анализа и далее определяется его вскрываемость путем технологического опробования, моделирующего основные параметры.

Функционирование предприятий черной металлургии сопровождается образованием значительных масс железосодержащих отходов, в частности, пылей и шламов систем газоочистки мартеновского, доменного и конвертерного производств, масса которых оценивается на уровне 35 тыс.т/год, 45 тыс.т/год и 120 тыс.т/год соответственно. Смесь этих продуктов общей массой ~8 млн.т депонирована в золошламонакопителях. Учитывая изложенное, объектом исследований явились отходы названных производств, отобранные при опробовании полигонов АО "Северсталь".

Изучение пылей мартеновского, конвертерного и доменного производств осуществляли методами рентгеноструктурного и минералогического анализов. Съемка рентгенограмм осуществлялась на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3М. Использовали монохроматизированное Fe-К -излучение. Рентгенограммы получены от плоской поверхности вращающегося образца; напряжение на трубке 30 кВ; ток 2,5 мА. Запись рентгенограмм вели при скорости движения диаграммной ленты 600 мм/час.

Изучение названных ранее продуктов позволило установить:

Пыли мартеновского производства :

Система дифракционных линий теоретически отвечает рентгенограмме магнетита, для которого величина а - периода элементарной ячейки (в дальнейшем - период) составляет 8,396 А [1]. В действительности, значение периода, вычисленное по линии {800}, существенно меньше - 8,360 А . Такой величиной обладает магнезиоферрит [3], отвечающий составу MgFe 2 О 4 . Следует заметить, что кристаллы феррита магния в этом образце достаточно крупные и хорошо сформированы. Об этом свидетельствует намечающееся разрешение дублета K 1 , 2 , начиная уже с 60⁰ . Можно предположить присутствие следовых количеств металлического -железа (низкотемпературная форма, устойчивая ниже 910⁰С).

Рентгенограммы пылей конверторного и доменного производств (в дальнейшем 2, 3 - соответственно) не имеют принципиальных различий в дифракционной картине, и представлены, в основном, линиями вюстита и магнетита. Знание величины периода ячейки вюстита дает возможность определить его состав. Для этой цели можно воспользоваться уравнением [2], связывающим величину периода ячейки вюстита с величиной x - отклонения от стехиометрии в формуле Fe1-xO:

а = 4,333  0,589x

Расчет значений а - периода ячейки вюстита осуществлялось по линии {222}. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Значение периода ячейки вюстита и его состав

Характер дифракционных линий вюстита (снижение интенсивности и расширение линий с увеличением угла отражения) свидетельствует о значительных нарушениях трехмерной периодичности его кристаллов. Эти нарушения могут быть вызваны как дисперсностью, так и высокой концентрацией дефектов кристаллической решетки. По этой причине следует считаться с тем, что результаты определения состава могут быть искажены, поскольку на величину периода решетки также заметное влияние оказывают характер и концентрация микродефектов.

Что касается магнетита, то, в отличие от образца 1, здесь он соответствует составу Fe 3 O 4 , однако микроструктура его в сравнении с 1 явно нарушена, возможно, из-за большей дисперсности.

Помимо линий вюстита и магнетита на рентгенограммах образцов 2, 3 присутствует ряд линий, в том числе достаточно интенсивные. Сильная, узкая линия c межплоскостным расстоянием d= 3,37 - 3,38 А (имеющаяся также и на рентгенограмме обр.1) принадлежит графиту, который в этих образцах находится в виде тонких кристаллов-чешуек, строго ориентированных плоскостями (000l) параллельно плоскости образцов. В заметном количестве присутствует -железо. Наличие кристаллического графита в виде ориентированных чешуек и металлического железа подтверждается микроскопическим (минералогическим) исследованием. Оставшиеся линии наилучшим образом идентифицируются в предположении СаСО 3 (в форме кальцита).

Дальнейшие исследования планируется, с учетом программы технологических экспериментов, ориентировать на изучение полупродуктов предполагаемого технологического цикла переработки всех видов отходов основных производств.

Технологические исследования должны завершаться экономической оценкой использования отходов на различных стадиях соответствующего технологического процесса. Экономическая оценка отходов в качестве вторичных минеральных ресурсов должна учитывать, что при их утилизации:

• -    обеспечивается существенная экономия капитальных вложений и снижение издержек производства на предприятиях, перерабатывающих отходы;

• -    возникает значительная экономия за счет геологоразведочных работ, поскольку вторичные минеральные ресурсы являются уже добытым сырьем;

• -    происходит улучшение экономических показателей производства, в том числе себестоимости продукции и рентабельности основного производства.

• -    при использовании вторичных минеральных ресурсов возникают экологический, эколого-экономический и социальные эффекты.[4,5]

Решению проблем наиболее полного использования отходов в качестве вторичных минеральных ресурсов в значительной степени может способствовать их правильный учет и экономическая оценка.

По нашему мнению концепция экономической оценки вторичных минеральных ресурсов должна базироваться на основополагающих принципах оценки минерального сырья в условиях регулируемой рыночной экономики (макроэкономическая потребность в сырье и в улучшении качества окружающей среды, принцип необходимой и достаточной прибыли на инвестированный капитал, системный подход к оценке вторичных минеральных ресурсов и др.) При этом основополагающим принципом, в значительной степени определяющим методологию экономической оценки вторичных минеральных ресурсов является системный подход к оценке.[5] Системный подход к оценке объекта вторичных минеральных ресурсов определяет его рассмотрение как составного элемента в сложной динамической природо-хозяйственной системе, который находится во взаимосвязи и взаимозависимости с другими ее элементами. Системная оценка подразумевает рассмотрение объектов вторичных минеральных ресурсов с различных точек зрения, исходя из целей хозяйствующих субъектов и общества. Такие цели должны отражать показатели, характеризующие использование вторичных минеральных ресурсов с позиций коммерческих и общественных интересов.