Оценка рисков в Донецком бассейне Закрытие шахт и породные отвалы Филипп Пек



страница29/35
Дата17.10.2016
Размер3,33 Mb.
1   ...   25   26   27   28   29   30   31   32   ...   35

Использование вмещающих пород отвалов

Бороться с вредным влиянием породных отвалов на окружающую природную среду помимо рекультивации можно путем переработки отвалов с получением ресурсоценных компонентов. Широкий спектр различных химических соединений и элементов, включающих германий и редкоземельные, а так же глинозём для производства бокситов, железная руда и непосредственно уголь при высокой доступности, низкой цене и практически неограниченных объёмах исходного сырья – породы, делает перспективным указанное техническое направление.




    1. Извлечение алюминия, алюмосодержащих соединений и редкоземельных элементов

Одной из основных составных частей добытых пород являются глинистые минералы с высоким содержанием оксида алюминия, который колеблется для шахт Донецко-Макеевского региона в пределах 20-27%. Это является свидетельством того, что породы терриконов можно использовать для получения соединений алюминия, в частности сульфата алюминия и глинозема, а также металлического алюминия 52.

Но решить проблему алюминиевого сырья и экологии в зонах угледобычи мешает отсутствие универсальной технологии переработки породы. Принятая для переработки бокситов технология Байера (или гидрохимический способ) в данном случае оказалась неэффективной - она не позволяет справиться с огромным количеством примесей, которые находятся в отходах углепроизводства. Основная сложность заключается во взаимодействии двуокиси кремния с используемой в процессе переработки щелочью, в результате которого увеличивается расход реактивов, и, соответственно, производственные затраты.

Поэтому в качестве базового рекомендуется принять метод спекания (кислотный способ), требующий существенных энергетических затрат, но, в то же время, обеспечивающий их окупаемость за счет низких требований к сырью и возможности получения дополнительных продуктов (соды, цемента, поташа, галлия).

Основной принцип технологии спекания заключается в обработке сырья двумя видами кислот (обычно используются серная, сернистая, соляная или азотная) и спекания полученной смеси при высоких температурах. Алгоритм получения сульфата алюминия можно условно разделить на несколько этапов — подготовка сырья, первичная обработка, спекание, очистка и прокаливание.

Предварительная обработка отходов угледобычи и углеобогащения предусматривает измельчение породы: шихта дробится и перемалывается (в среднем величина частиц помола варьируется от 200 до 250 мкм), производится дозировка отдельных компонентов сырья. После этого сырье вступает в реакцию с концентрированной кислотой (85-90%). Далее проводится спекание полученной смеси, которая выдерживается в печи при температуре 420 °С около полутора часов. Полученный спек промывается горячей (80-90 °С) водой — в ходе этой процедуры образуется осадок сульфата алюминия. Следующий этап — очистка полученного сырья от примесей. Для этого некоторые исследователи предлагают использовать методику растворения сульфата алюминия в концентрированной HCl, при одновременном насыщении получаемой смеси газообразным хлороводородом. Еще один способ очистки — обработка сульфата алюминия стеариновой кислотой с последующей фильтрацией.

Получение непосредственно глинозема осуществляется за счет прокаливания очищенного сульфата алюминия при температуре 900-1000°С — такой глинозем можно использовать в металлургических целях.

Практическое применение данного метода имеет ряд существенных недостатков. В первую очередь речь идет о сложностях и специфических требованиях, которые накладывает работа с кислотами: для успешной переработки сырья необходимо дорогостоящее оборудование из кислотостойких материалов. Существенные затраты провоцирует и приобретение самих кислот, объем расхода которых в ходе производственного процесса довольно велик.

Неплохой альтернативой традиционному спеканию может стать комбинированный кислотно-щелочной метод обработки алюмосиликатных пород, при котором воздействие кислот на шихту осуществляется до стадии получения оксида алюминия, а его очищение производится методом Байера. Схема реализации подобной технологии сложна, однако она позволяет заметно сократить и облегчить производственный процесс, поскольку она не требует дополнительной очистки соли алюминия от примесей железа.

Помимо высокого содержания Al2O3, в отходах углепроизводства присутствуют германий, галлий и другие редкоземельные элементы такие, как иттрий, цирконий, скандий, перспективные для их попутного промышленного извлечения.

Извлечение германия из содержащего его сырья может осуществляться несколькими способами.

Первый, наиболее простой, состоит в переводе сырья в раствор с последующим использованием дубового концентрата (танинового комплекса).

Вторым способом, обеспечивающим одновременно выделение кроме германия других редкоземельных элементов, является применение электростатической сепарации.

Макеевским Научно-исследовательским Институтом (МакНИИ) ведется разработка проекта по комплексной переработке породных отвалов с получением сплавов алюминия, редкоземельных металлов, концентрата железа, германия, угля и строительных материалов. По проектным предположениям после переработки породного отвала земля становится пригодной к использованию. Продукция, получаемая в результате переработки породного отвала, по массе делится следующим образом: 25% - сплавы алюминия, 13% - железный концентрат, 20% - уголь, 20% - редкоземельные металлы, 5% - германий, остаток – строительные материалы. Однако, уголь, извлекаемый из породного отвала, расходуется на поддержание технологических процессов по извлечению остальных соединений и не рассматривается как продукция для продажи. Для реализации данного проекта в Украине необходимы капитальные затраты в размере около 6 млн. $, из которых основную часть составляет стоимость технологического оборудования. Проект содержит в своем составе 6 технологических циклов, для которых необходимы эксплуатационные затраты в размере 5 млн. $ в год. Для минимизации затрат проект целесообразно реализовывать на инфраструктуре закрывающейся шахты. По утверждению специалистов МакНИИ реализация данного проекта экономически выгодна и срок окупаемости проекта составляет 2 год. Также по утверждению специалистов МакНИИ реализация проекта возможна практически на всех породных отвалах Украины и перерабатывается 100% горной массы отвала. Разработка проекта находится на завершающей стадии. Однако проект не внедряется в связи с отсутствием необходимого объема инвестиций 53.

Все разработки по извлечению сплавов алюминия и редкоземельных металлов из породных отвалов угольных шахт представляют большой интерес с научной точки зрения. Однако на практике существует ряд проблем, в связи с которыми данные проекты вряд ли будут реализованы в ближайшее время. Одной из главных проблем реализации проектов по комплексной переработке отвала являются большие капитальные и эксплуатационные затраты при условии отсутствия аналогов подобных проектов в Украине. Помимо этого до конца не определен рынок сбыта готовой продукции. В Украине спрос на редкоземельные металлы не высок, а экспорт редкоземельных металлов в Европу и США связан с серьезными трудностями. Кроме того, вызывают справедливое недоверие точность и правдивость допущений по получаемым продуктам и расчетов сроков окупаемости.

Так вызывают большое сомнение заявления о возможности извлечения из тел «практически всех породных отвалов Украины» 20% угля и 5% германия (как впрочем, и 20% редкоземельных). По оценкам специалистов, практически занимающихся извлечением угля из породных отвалов, максимальный процент извлечения угля составляет 10-15% от общей массы, и то только на отдельных (наиболее «удачных») терриконах. А при сложившихся мировых ценах на германий и редкоземельные металлы (с учетом заявленных объемов их извлечения) для окупаемости проекта хватало бы переработки 100-200 тонн в год, что само по себе смешно, если учесть, что объем среднего террикона составляет 1-2 млн. тонн.



    1. Извлечение угля

Данное направление является одним из немногих, получивших практическое осуществление. Деятельность по извлечению угля из породных отвалов угольных шахт началась в Украине несколько лет назад. Активизация такой деятельности была связана с повышением цен на энергоносители, что сделало извлечение угля из породных отвалов экономически выгодным. Однако даже имеющиеся примеры фактической разборки породных отвалов с целью извлечения угольной продукции зачастую имеют неофициальную основу и проводятся в условиях полулегальности. Среди полностью легальных инициатив в этой сфере можно отметить опыт ООО «Антрацит», созданного с целью реализации прогрессивных комплексных методов рекультивации и реабилитации зе­мель.

Начало осуществления програм­мы улучшения экологической об­становки Донецкого края данным предприятием было по­ложено в 2005 году в г. Снежное.




Обогатительная установка «Снежнянская №1»
На базе построенной обогати­тельной установки «Снежнянская №1», впервые на Украине вне­дрена современная технология вы­деления угля из породных отвалов, способная совмещать задачу полу­чения столь дефицитного на сего­дняшний день угольного концентра­та и ликвидацию терриконов - ис­точников вредных выбросов.






Породный отвал №14 в г. Снежное в период строительства обогати­тельной установки

Проведение работ по рекультивации

земель на месте породного отвала №14

С момента запуска установки было переработано два террикона общим объёмом около 2 млн. м3. Породой из этих терриконов был заполнен отработанный ранее карьер, в результате чего город по­лучил земли, пригодные для строи­тельства, а так же дополнительные территории на месте бывших тер­риконов общей площадью 18 га.

В ближайших планах предпри­ятия намечено строительство вто­рой обогатительной установки «Снежнянская №2» для рекультивации дополнительных земель на месте пяти породных отвалов об­щим объемом около 12 млн.м3, что позволит реабилитировать порядка 45 га полезных площадей 54.

Как уже отмечалось выше, одним из основных факторов, определяющих возможность «тиражирования» примера ООО «Антрацит», является рентабельность данных мероприятий. Основными показателями, определяющими рентабельность извлечения угля из породных отвалов, являются процентное содержание угля в горной массе, марка угля и зольность. На основе опроса людей занятых в данной сфере, разработка породного отвала с целью извлечения угля экономически выгодна при процентном содержании угля не менее 5%, зольности угля не более 15-20% и содержании серы – не выше 1,5%. Наиболее пригодны для переработки и извлечения угля породные отвалы с содержанием угля марки А (антрацит). Породные отвалы такого типа расположены в основном на востоке Донецкой области в районе гг. Шахтерск, Торез, Снежное. Удельная теплота сгорания (калорийность) угля, извлекаемого из породных отвалов, зависит от марки угля. Например, для антрацит теплотворная способность составляет до 6 МДж/кг. Основными потребителями извлеченного угля являются ТЭС, котельные различных промышленных предприятий и частные потребители. Извлеченный уголь подвергают фракционной сортировке: штыб (0-6 мм), семечка (6-13 мм), орешек (13-25 мм), орех (25-50 мм), кулак (50-100 мм) и плита (более 100 мм). Руководствуясь личным опытом и консультациями с экспертами данной сферы можно отметить, что на сегодняшний день в Донецкой области приблизительно около 30-40 породных отвалов могут быть потенциально привлекательными для промышленного извлечения угля. Однако, основными препятствиями на пути системного внедрения таких производств становятся: огромная капиталоемкость, низкие показатели рентабельности, многоуровневость и непрозрачность процесса бюрократического согласования данной деятельности.

В Украине, для того чтобы вести деятельность по извлечению угля из породных отвалов на законных основаниях, необходимо официальное согласие большого количества инстанций, таких как Министерство угольный промышленности Украины, Министерство топлива и энергетики Украины, органы Министерства охраны здоровья Украины (Донецкая областная санитарно-эпидемиологическая станция и местные органы СЭС), органы Министерства охраны окружающей природной среды Украины (Государственное управление охраны окружающей природной среды в Донецкой области), местные власти (Донецкий областной совет, Донецкая областная государственная администрация, городские и районные советы и администрации) и прочие. Также необходимо провести дорогостоящую (10-20 тыс. $ на один породный отвал) работу по исследование всех физико-химических параметров породного отвала. Помимо этого необходимо разработать проект по переработке породных отвалов с целью извлечения ресурсно-ценных компонентов, который в обязательном порядке должен учитывать мероприятия по охране окружающей природной среды и охране труда, а также социальные обязательства инвесторов перед жителями населенных пунктов по рекультивации территории под отвалами и возвращению их в собственность местных властей. Организация и ведение такой деятельности требует больших капитальных и эксплуатационных затрат и будет рентабельной только при условии переработки большого количества горной массы (не менее 3 млн. м3).

В связи с этим в Донецкой области имеются примеры нелегальной разработки породных отвалов, которая требует гораздо меньшего количества капитальных и эксплуатационных затрат (поскольку нормы техники безопасности игнорируются) и времени на получение разрешений уполномоченных инстанций. Данная деятельность основывается на извлечении в основном не угля, а товарной продукции, которая по внешнему виду очень похожа на уголь. Т.е. производится только первичное (ручное) извлечение угля, а акцент ставится на извлечение породы, внешне схожей с углем. Данная продукция (порода) также проходит фракционный рассев, после чего используется в так называемых «темных схемах». Суть этих схем заключается в следующем. При погрузке в вагон на дно грузится слой породы, который присыпается чистым углём с показателями качества, которые требует потребитель (по теплотворной способности, зольности, сере и т.д.). Представители приемки потребителя за взятку принимают ВЕСЬ вагон по качеству верхнего слоя. На разнице в стоимости закупки верхнего (угля) и нижнего (породы) слоев отправитель получает «чёрную» прибыль. Поэтому говорить о потенциале для правомерных операций с породой некорректно. Кроме того, в связи с тем, что описанная деятельность нелегальна, данные относительно качества получаемой продукции (калорийность, зольность и т.д.) и ее объемов отсутствуют.

Также в Донецкой области широко распространено извлечение угля из породных отвалов вручную местным населением. Полученная горная масса имеет практически 100% содержание угля с зольностью, зависящей от марки угля. Уголь используется местным населением для личных нужд, т.е. отопления жилых домов в зимний период. Для отопления одного дома на весь зимний сезон необходимо 5-10 т угля. Для продажи местное население уголь практически не использует.

Брикетирование породных отвалов экономически невыгодно. Разработки в этом направлении велись Макеевским Научно-исследовательским Институтом (МакНИИ). В МакНИИ по этим разработкам есть экономические расчеты, однако получить их нет возможности. Однако можно практически с полной уверенностью говорить о том, что использование материалов породных отвалов в качестве сырья для топливных брикетов является, хотя и экологически целесообразным, но экономически нерентабельным (для брикетирования в большей степени подходят шламы углеобогащения).




    1. Использование в качестве стройматериалов или их сырья

Для породных отвалов Восточного Донбасса возможна переработка породной массы в щебень. Такой опыт уже имеется на породном отвале в г. Шахты (Россия). Основной продукцией при переработке породных масс шахтного отвала являются заполнители: щебень фракции от 10 до 40 мм, первичный отсев и отсев дробления.

Основной областью применения заполнителей из породных масс шахтных отвалов является дорожное строительство. Они пригодны для устройства дополнительных и основных слоев оснований и покрытий дорог III, IV, V категорий. По мере накопления положительного опыта эксплуатации дорог на материалах из горелых пород можно продолжить использование таких заполнителей в дорогах более высоких категорий. Дорожное строительство является одним из наиболее емких потребителей щебня, песка и щебеночно-песчаных смесей.

Следующее направление использования заполнителей из породных масс шахтных отвалов –

Для извлечения строительных материалов могут использоваться практически все перегоревшие породные отвалы и часть негорящих. По оценкам специалистов доля таковых отвалов в Донецкой области составляет около 30-40%. Более точные данные могут быть получены в результате проведения комплексной работы по определению физико-химических свойств пород, составляющих отвалы. Основными ограничениями, влияющими на возможность проведения данного рода деятельности, являются в первую очередь место расположения породного отвала (затраты на транспортировку извлеченных материалов), физико-химические свойства породы отвала (возможность ее применения в конкретных производственных процессах по показателям прочности, морозостойкости, истираемости и химическому составу) и экономическая конкурентоспособность извлеченных материалов по сравнению с аналогичными сырьевыми решениями (например, отходы металлургического производства).

В Украине существует масса теоретических разработок в сфере использования отходов угледобычи, складированных в породных отвалах, в качестве строительных материалов или сырья для их изготовления. Кроме того, некоторые из этих теоретических разработок были доведены до стадии проекта и были проведены опытные испытания предложенных технологий. Однако, на сегодняшний день практическое применение получил только один способ утилизации угольных отвалов – использование породы в качестве заменителя природного щебня. Природный щебень и его аналоги, в т.ч. порода террикоников, используется в основном в дорожном и гражданском строительстве.

Наиболее ярким примером использования материалов из породных отвалов для осуществления дорожного строительства может служить возведение земляного полотна 2 очереди 2-го пускового участка обходной (объездной) дороги вокруг г. Донецка от шахты Социалистический Донбасс до шахты Восточная (с ПК 9+28,36 до ПК 16+00). Земляное полотно проходило в насыпи с высотой от 3,7 м до 6,5 м из обогащенной отвальной породы. В качестве основного материала при отсыпке насыпей использовалась отвальная горелая порода (ОГП) отвалов Мушкетовский и Евдокиевский.

В отличие от обычного способа уплотнения применялось уплотнение слоя толщиной 0,6 м вибрационными катками ДУ-34 (5 т) и ДУ-22 (6 т) по 2 прохода по одному следу. При этом сохранился зерновой состав ОГП и уменьшилось время уплотнения.

В качестве изолирующих слоев также использовалась отвальная горелая порода фракции 5-20 мм, укрепленная цементом в количестве 6 %. С целью экономии цемента использовалось комбинированное вяжущее, состоящее из 2-3 % цемента и 25-30 % шлама-отхода химводоочистки, ОАО "Концерн Стирол"55.

За период эксплуатации, в течение 5 лет, земляное полотно не изменило геометрических размеров, включая откосы и обочины, и соответствует предъявляемым к нему требованиям по плотности и прочности. Видимых деформаций и разрушений нет.

Однако углеотходы имеют значительную неоднородность по составу, состоянию, прочности и стойкости к воздействию погодно-климатических факторов, что требует дифференцированного подхода к этому материалу. В каждом конкретном случае необходимо оценивать агрегатную прочность отходов, характеризующую их строительные свойства. Кроме того, ОГП обладают повышенной потенциальной влагоемкостью и мало поддаются просушиванию. Поэтому возникает необходимость исследования экранирующих и изолирующих слоев, препятствующих проникновению влаги в слои из ОГП. Именно не полный учет всех этих факторов при проектировании автодорог Донецк-Спартак и некоторых участков обхода г. Донецка привели к снижению плотности отсыпных материалов в теле насыпи, повлекшему просадки на отдельных участках земляного полотна и к образованию, так называемых, «грязевых мешков», что значительно ухудшает технико-эксплуатационные качества земляного полотна.

Следует также вкратце осветить и другие инициативы использования заполнителей из породных масс шахтных отвалов, например, производство ячеистых бетонов и теплоизоляционных изделий из них. Производство таких материалов в последнее время интенсивно развивается, потребность в доступном минеральном сырье для ячеистого бетона будет расти.

Отсевы дробления пород составляют сырьевую базу для изготовления экономичных активированных многокомпонентных тонкомолотых вяжущих и вяжущих низкой водопотребности. Также они пригодны к использованию вместо грунта для устройства насыпей, дамб, плотин, выравнивания рельефа земной поверхности, посыпки дорог и улиц во время гололедицы.

Отсевы после второй стадии дробления пород пригодны к использованию в качестве мелкозернистого заполнителя для изготовления плотных асфальтобетонов, стеновых блоков, плит мощения для площадок, тротуаров, садовых дорожек 56.

Материалы из породных масс отвала пригодны к использованию в шахтном строительстве, например, для подавления притоков воды (тампонажные горелопородные растворы на активированных вяжущих), возведения монолитной бетонной крепи, изготовления элементов шахтной крепи.

На развитие других направлений утилизации шахтных пород будет оказывать влияние потребность рынка в новой продукции.


Заключение
В Украине долгое время отсутствовал и отсутствует до настоящего времени комплексный подход к обращению с породными отвалами. Именно данный факт обуславливает отсутствие или труднодоступность информации о фракционном, химическом и морфологическом составах, экономическом потенциале и т.д.

Информация относительно фракционного и морфологического состава, географических координат и других физико-химических параметров породных отвалов необходима для:



  • создания единой электронной геоинформационной базы по породным отвалам;

  • проведение регулярного мониторинга породных отвалов;

  • выбора способа обращения с породными отвалами;

  • определения уровня рисков породных отвалов, связанных с загрязнениями атмосферы, водных и земельных ресурсов;

  • оценки воздействия породных отвалов на флору, фауну и здоровье людей;

  • анализа экономического потенциала и эффективности утилизации породных отвалов;

  • выбора направления утилизации породных отвалов.

Таким образом, из всех вышеизложенных материалов можно сделать вывод, что проблема породных отвалов угольных шахт в Донецкой области стоит крайне остро. Необходимые меры по предотвращению вредного воздействия породных отвалов на окружающую природную среду координируются неэффективно. Отсутствие единого системного подхода к проблеме обращения с породными отвалами, а также отсутствие регулярного финансирования данных мероприятий, приводит к нивелированию положительных результатов отдельных инициатив. Учитывая, сложности, связанные с многолетним накоплением проблем в данной сфере, считаем необходимым осуществить, в первую очередь, следующие меры:

  1. Подготовку Кабинетом Министров Украины проекта государственной программы о срочных мероприятиях по предотвращению регионального влияния подъема уровней засоленности шахтных вод на ухудшение санитарноэпидемического, экологического и, социально-экономического состояния промышленно-жилых агломераций в Донбассе и Украине в целом.

  2. Получение в кратчайшие сроки от Минуглепрома и других соответствующих министерств гарантий решения этой проблемы.

  3. Включение в проекты ликвидации шахт мероприятий по ликвидации подтопления шахтных поселений и ассигнований на их реализацию.

  4. Выполнение мероприятий по тушению и рекультивации породных отвалов, находящихся в черте населенных пунктов и не имеющих нормативной санитарно-защитной зоны.

  5. Первоочередное финансирование природоохранных мероприятий в процессе ликвидации шахт.

  6. Осуществление комплексного исследования всех породных отвалов, сформировавшихся на территории Украины в целом и Донецкой области в частности, с целью создания единой общедоступной геоинформационной базы по отходам угледобычи и углеобогащения.





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   25   26   27   28   29   30   31   32   ...   35


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница