Развитие угольной промышленности России и ее перспективы на основе комплексного использования техногенного сырья

Развитие промышленности, транспорта, энергетики, индустриализация сельского хозяйства привели к тому, что антропогенное воздействие на окружающую среду резко возросло и приняло катастрофический характер. Ежегодно выбрасываются миллионы тонн твердых и газообразных отходов, сырья, водоемы загрязняются миллиардами кубометров сточных вод. В результате загрязнения природной среды ухудшается здоровье населения, погибает растительный и животный мир, ускоряется разрушение материалов, зданий и сооружений. Антропогенное воздействие на природу превышает ее восстановительный потенциал, что влечет за собой необратимые изменения природной среды.

Промышленные предприятия, особенно расположенные вблизи городов, следует отнести к числу наиболее опасных в аспекте возможного возникновения ЧС и аварий, загрязнения окружающей среды. Такими их делает энергетическая насыщенность, экстремальность технологических режимов, сложность технологических схем. [5,6]

Бережное и рациональное использование природных ресурсов в настоящее время приобретает особое значение. Решение этой актуальной народнохозяйственной проблемы предполагает разработку эффективных безотходных технологий за счет комплексного использования сырья, что одновременно приводит и к ликвидации огромного экологического ущерба, оказываемого «кладбищами» отходов. Само понятие «отходы производства и потребления» для многих материальных продуктов становится условным. Они превращаются в ценное, порой даже дефицитное сырье.

В то же время многие отходы промышленности и городского хозяйства, представляющие большой практический интерес, остаются недостаточно востребованными по разным причинам. В этом плане популяризация возможных направлений применения отходов и достигаемого при этом эффекта имеет важное значение.

В законодательстве целого ряда стран главной целью деятельности государства признана охрана окружающей среды, и выполнение законов, устанавливающих правила сбора, переработки и уменьшения количества отходов как основных источников загрязнения природной среды контролируется очень строго.

Нормативно-правовая база охраны окружающей среды в России определяется Конституцией РФ, федеральными законами, нормативными актами, постановлениями правительства, указами президента, санитарными, строительными нормами и правилами. Все граждане Российской Федерации имеют конституционное право на благоприятную окружающую среду. Охрана окружающей среды и обеспечение экологической безопасности регламентируются федеральными законами РФ.

Правовую основу использования как отходов производства, так и добываемых природных ресурсов составляет закон «О недрах» от 21.02.1992.

Закон «О недрах» регулирует отношения, возникающие в связи с геологическим изучением, использованием и охраной недр территории

Российской Федерации, ее континентального шельфа, а также в связи с использованием отходов горнодобывающего и связанных с ним перерабатывающих производств, торфа, сапропелей и иных специфических минеральных ресурсов, включая подземные воды, рассолы и рапу соляных озер и заливов морей. Он содержит правовые и экономические основы комплексного рационального использования и охраны недр, обеспечивает защиту интересов государства и граждан РФ, а также прав пользователей недр.

Техногенные отходы (месторождения) - это неиспользуемые продукты добычи и переработки минерального сырья, выделяемые из массы добытого полезного ископаемого в процессах разработки месторождения, обогащения и химико–металлургической переработки. Эти остатки после предварительной обработки, а иногда и без нее, могут быть использованы в сфере производства или потребления.

Большая номенклатура отходов, образующихся на предприятиях различных отраслей экономики, затрудняет их классификацию, учет, сбор и переработку.Ввиду наличия многих причин, в настоящее время, как у нас в стране, так и за рубежом отсутствует научная классификация отходов промышленности, которая охватывала бы все их разнообразие.[1,2]

Угольные предприятия стоят в одном ряду с наибольшими промышленными загрязнителями окружающей среды. При этом вред экологии наносится не только непосредственно в процессе добычи, но и много лет после ее прекращения. Источником такого загрязнения являются терриконы. Однако просто рекультивировать горные отвалы нецелесообразно, ведь терриконы являются богатыми источниками ценного сырья и топлива для многих технологических процессов. Несмотря на трудности и риски, перспективность использования сырья горных отвалов очевидна, т.к. их утилизация позволяет решать одновременно целый ряд экономических, социальных и экологических проблем. [8,9,10]

Непосредственно при добыче и обогащении углей побочными продуктами служат шахтные и вскрышные породы, отходы углеобогащения. Шахтные отвальные породы наиболее часто представлены аргиллитами, алевритами, песчаниками, известняками.

Метаморфизированные аргиллиты, алевриты и песчаники обладают высокой плотностью и, как правило, трудно размокают в воде. Их можно отнести к малопластичному или непластичному глинистому сырью.

По сравнению с глинами аргиллиты обладают более высокой прочностью, которая составляет 2–4 МПа при естественном залегании. Алевриты по сравнению с аргиллитами имеют более крупнозернистое строение.

Для применения в производстве строительных материалов наибольший интерес представляют отходы углеобогащения, характеризуемые наименьшими колебаниями состава и свойств. Содержание угля, не выделенного в процессе обогащения, может достигать 10%. Отходы углеобогащения представлены обычно в виде кусков крупностью 8-80 мм.

В зависимости от способа получения отходов и их класса по крупности содержание угля, а соответственно химический состав и число пластичности изменяются в широких пределах. Наибольшее количество угля (10-30%) находится в отходах флотации. В отходах гравитационного обогащения класса 1 – 13 мм количество угля может достигать 10%, а в отходах класса 13 – 150 мм 4-7%. В отходах угледобычи содержание угля колеблется от 0 до 10%. Весьма важным ограничивающим фактором применения отходов обогащения углей является наличие в них серы. Содержание ее, например, в породах Донбасса достигает 3 – 4%. Влажность отходов зависит от способа их получения. Естественная влажность аргиллитов 4 – 5%. Отходы флотации углей, добываемые из шламонакопителей, имеют влажность 25 – 30%.

В отличие от отвальных пород угольных шахт отходы углеобогащения характеризуются более высоким содержанием угля, более стабильным вещественным составом, меньшим содержанием песчаников и большим содержанием аргиллитов, увеличением содержания серы и уменьшением механической прочности.

Продуктами обжига пустых пород, сопутствующих месторождениям каменных углей, являются горелые породы. Их разновидностями являются глиежи-глинистые и глинисто-песчаные породы, обожженные в недрах земли при подземных пожарах в угольных пластах, и отвальные пере горевшие шахтные породы.

Залежи природных горелых пород широко распространены в различных регионах. Истинная плотность их составляет 2,4 – 2,7 г/смЗ, средняя плотность – 1300 – 2500 г/см3, прочность на сжатие -20 – 60 МПа. По основным физическим и химическим свойствам они близки к глинам, обожженным при 800 – 1000 С0. Химико-минералогический состав горелых пород разнообразен, однако общим для, них является наличие активного глинозема в виде радикалов дегидратированных глинистых минералов или в виде активных глинозема, кремнезема и железистых соединений. В отличие от зол и шлаков горелые породы почти не содержат стекловидных компонентов и характеризуются высокой сорбционной способностью. Содержание несгоревшего топлива в глиежах достигает 2 – 3%, в отвальных горелых породах оно может быть более значительным.

К горелым породам, наряду с природным сырьем, относятся и перегоревшие пустые шахтные породы, содержащие минимальное (менее 5%) количество углистых примесей и минеральную глинисто-песчаную часть, обожженную в той или иной степени. Породы смешаны с отходами угля, горючих сланцев, серой и др. Под действием кислорода воздуха уголь и сера окисляются и самовозгораются, а под влиянием высоких температур (до 1000 С0) порода подвергается естественному обжигу. Органические примеси при этом частично выгорают. Наиболее интенсивно горят породы в терриконах шахт с коксующимися или антрацитовыми углями. Степень обжига горелых пород зависит от многих причин. Неравномерное поступление влаги в горячий слой породы, неравномерное количество воздуха, соприкасающегося с поверхностью породы в терриконе, а также большое количество мелких фракций, затрудняющих доступ кислорода к очагам горения, приводит к тому, что обжиг происходит крайне неравномерно, несмотря на высокую температуру в терриконе. В результате образуется материал различной степени обжига (от спекшегося до слабообожженного) с неодинаковыми физико-механическими свойствами. Неоднородность материала в терриконе один из его существенных недостатков. Размер частиц колеблется в пределах от 40 см до долей миллиметра. В терриконах встречаются плотные и пористые разновидности горелых пород.

Отходы добычи и обогащения угля используются в основном в производстве стеновых керамических материалов и пористых заполнителей. По химическому составу они близки к традиционному глинистому сырью. Как вредная примесь в них присутствует сера, содержащаяся в сульфатных и сульфидных соединениях.

При получении кирпича пластическим способом добавка отходов составляет 0 – 30%. Введение углесодержащих пород до определенного предела может увеличивать связующую способность керамической шихты и особенно сопротивление сжимающим усилиям. При сравнительно высоком содержании этих пород в шихте (до 20 – 30%) резко снижается связующая способность глинистого сырья. Облегчение условий миграции влаги повышает сушильные свойства сырца. Введение оптимального количества топливосодержащей добавки в результате более равномерного обжига улучшает прочностные показатели изделий (до 30 – 40%), экономит топливо, (до 30%), а также исключает необходимость введения в шихту каменного угля и повышает производительность печей.

Лучшими добавками в керамические массы являются отходы обогащения антрацитовых углей. Если в качестве основного керамического сырья используются аргиллиты, алевролиты или другие породы, изделия из которых после обжига имеют неудовлетворительную структуру, неморозостойки и обладают неудовлетворительными теплоизоляционными свойствами, то углесодержащие отходы применяют в качестве поризующих и отощающих добавок, которые вводятся в шихту в количестве 30 – 40%. Для этой цели эффективны породы с максимальным количеством выгорающей части и большим содержанием летучих, которые в процессе обжига не участвуют, так как удаляются с дымовыми газами раньше температуры их воспламенения. Продуктивными добавками к такому керамическому сырью могут служить также отходы флотационного обогащения газовых углей.

На данной основе можно сделать вывод о том, что возможности использования техногенного сырья уледобывающих предприятий достаточно обширны. Кроме того, можно так же сделать вывод о том, что создание технологического комплекса, на базе угледобывающего предприятия, который бы занимался допереработкой сырья целесообразно, т.к. это помогло бы решить ряд экономических, экологических и социалных вопросов предприятия и региона в котором оно работает. Так же технология комплексного использования сырья делает возможным использовать забалансовые запасы углей.