Разработка техногенных месторождений как способ решения экологических проблем региона

Министерство образования и  науки РФ

Государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального образования

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Институт природных ресурсов

Кафедра ГЭГХ

 

 

 

 

Реферат на тему:

 

«Разработка техногенных месторождений  как способ решения экологических  проблем региона»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск 2013

1. Понятие техногенное месторождение (ТМ), особенности и перспективы разработки

Техногенные месторождения  представляют собой класс месторождений, сформировавшихся в последние столетия в районах горнорудной промышленности (Северо-запад и Юго-восток европейской  части России, Урал, Юго-восток и  Восток азиатской части, Центр Сибири). Эти месторождения обычно обладают своеобразным минеральным составом и являются потенциальным источником разнообразных полезных ископаемых, в частности цветных, редких и  благородных металлов, а также  строительных материалов (щебень, песок, гравий и т.д.).

Техногенные месторождения  – техногенные образования (отвалы горнодобывающих предприятий, хвостохранилища обогатительных фабрик, шлакозольные отвалы топливно-энергетического комплекса, шлаки и шламы металлургического производства, шламо-, шлако- и т.д.отвалы химической отрасли) на поверхности Земли по количеству и качеству содержащегося в них минерального сырья пригодные для промышленного использования в настоящее время или в будущем по мери развития науки и техники.

Особенностями техногенных  месторождений являются:

географически расположены только в промышленно развитых районах;

находятся на поверхности  Земли и горная масса в них  преимущественно дезинтегрирована;

значительно большее количество минералов (более 30 000), чем в обычных  месторождениях (около 3 000).

Последняя особенность определяет сложность переработки техногенных  руд, так как из-за многообразия минеральных  форм, требуются иные технологии, чем  для обычных руд, основанные на последних  достижениях науки и техники.

Отвалы горнодобывающих  и металлургических предприятий  как перспективные источники  сырья для различных областей индустрии издавна привлекали внимание. Так ещё в 30-е годы прошлого столетия проводились исследования по оценке медьсодержащих отходов на большинстве  медных предприятий Урала. С 50-х годов  отходы медного производства оценивались  не только на основные, но и на полезные попутные компоненты. Исследованиями последних лет установлено, что  в России к настоящему времени  накоплено свыше 50 миллиардов тонн техногенных отходов, содержание металлов в которых нередко превышает  их содержание в рудах, извлекаемых  из недр и поступающих на обогащение. Особенно это относится к старым отвалам и хвостохранилищам, которые формировались в 40-50-е годы прошлого столетия, когда не уделялось должного внимания комплексному изучению минерального сырья, а кондиции добычи и переработки были значительно выше современных.

Известны примеры успешного  вовлечения техногенных месторождений  в эксплуатацию. Так ещё в 70-80-е  годы прошлого столетия Хрустальненский Солнечный, Алмалыкский и Зыряновский комбинаты приступили к ревизии отвалов прошлых лет, добыче и использованию некондиционных руд для получения дополнительной продукции (олова,свинца, цинка и др.). Однако, до настоящего времени техногенные месторождения используются в незначительных масштабах. Основной причиной этого является то, что для широкого вовлечения их в переработку требуется строительство практически новых производств, реализующих новые технологические принципы и решения, которые разработаны, как правило, на уровне научных открытий, лабораторных или полупромышленных исследований и редко доведены до промышленного производства. Отсюда высокая капиталоёмкость нового строительства и реконструкции с последовательной заменой действующих технологических линий на новые производства.

Несмотря на указанные  трудности, перспективность использования  техногенных месторождений очевидна, так как их использование позволяет  одновременно решать целый ряд экономических, социальных и экологических проблем.

Экономические проблемы:

1.Постоянное удорожание  сырья, извлекаемого из недр, в  связи с разработкой месторождений  на всё более значительных  глубинах, часто с закономерным  понижением содержания ценных  компонент. В последние 30 лет стоимость сырья неуклонно растёт на 5-10% в год, несмотря на внедрение новой техники и даже автоматизацию некоторых производств.

2.Истощение запасов полезных  ископаемых в недрах Земли.  Например, при современном уровне  добычи и обогащения, запасов  цинка осталось на 25-30 лет, а  свинца на50-60 лет.

3.Снижение производительности  труда и уменьшение темпов  добычи полезных ископаемых в  связи с постоянным ухудшением  горно-геологических условий добычи (большие глубины, бедные руды).

Социальные проблемы:

1.Осложнение ситуации  с использованием рабочей силы  во многих рудных районах вследствие  уменьшения объёма работ, вызванного  истощением запасов полезных  ископаемых.

2.Ухудшение условий труда  при эксплуатации глубокозалегающих  месторождений.

Экологические проблемы:

1.Исключение из хозяйственного  оборота больших площадей земель, занятых отходами производства. Так, например, площадь золоотвалов топливно-энергетического комплекса Урала составляет около 3 000 га, а площадь нарушенных земель в медной подотрасли превышает 60 000 га.

2.Уничтожение или снижение  качества земель из-за пылевых  заносов с отвалов и хвостохранилищ. Например, с 1 га отвалов КМА  ежегодно сносится до 500 тонн пыли.

3.Загрязнение окружающей  среды (почв, поверхностных и подземных  вод, атмосферного воздуха) тяжёлыми  металлам и солями в концентрациях,  нередко превышающих допустимые  нормы. Так ориентировочный суммарный  объём сброса загрязнённой оборотной  воды с золоотвалов АО «Свердловэнерго» составляет не менее 7,6млн.м3/год. Содержание в сбрасываемой воде таких элементов как F, V и Mnпревышает ПДК в десятки и сотни раз. С отвалов Садонских месторождений ежегодно выносится в р. Терек до 3 000 тонн цинка.

Вовлечение в переработку  техногенного сырья обеспечивает:

1.Сокращение расходов  на поиски новых и разведку  эксплуатируемых месторождений.

2.Сохранение истощающихся  минеральных ресурсов в недрах, так как запасов полезных компонент,  накопившихся в отходах ГОК’ов, достаточно чтобы удовлетворить потребности на многие десятилетия вперёд.

3.Повышение производительности  труда за счёт рентабельной  переработки уже добытого сырья,  являющегося, по существу, готовым  полупродуктом и находящегося  вблизи действующих предприятий,  что особенно важно для тех  из них, для которых вследствие  истощения сырьевой базы оказываются  незагруженными производственные  мощности, и высвобождается рабочая  сила.

4.Улучшение условий труда,  так как техногенные месторождения  расположены на поверхности Земли  в отличие от всё более глубокозалегающих  обычных месторождений полезных  ископаемых.

5.Производство дешёвых  стройматериалов (песок, щебень, гравий, цемент, абразивы,материал для отсыпки дорожного полотна, строительства плотин, дамб, и т.д.), а из шлаков - шлаковаты, шлакового литья (брусчатка, тюбинги, плитки, бордюрный камень и т.д.), литого шлакового щебня, стеклокерамических изделий, вяжущих добавок в цемент, минеральных добавок для улучшения почв, удобрений для сельского хозяйства и др.

6.Освобождение занимаемых  им земель и их рекультивацию  и ликвидацию источников загрязнения  окружающей среды (ОС), улучшая  тем самым экологическую обстановку  вокруг действующих предприятий.  Это относится к тем ТМ, освоение  которых сопровождается производством  стройматериалов. Если же осуществляется  только добыча металлов (цветных,  редких и благородных), то из-за  низкого их содержания количество  техногенных отходов практически  не уменьшается.

Таким образом, всё вышеизложенное указывает на актуальность и народно-хозяйственную  важность проблемы переработки и  полной утилизации отходов горнорудной, металлургической, топливно-энергетической и химической отраслей промышленности. Уже существующие и перспективные  технологические разработки позволяют  оптимистически оценивать прибыльность переработки ТМ и возможность  перехода к безотходным технологиям  для их полной ликвидации.

Большинство развитых зарубежных стран осуществляют политику сбережения своих ресурсов, интенсивно вовлекая в переработку ТМ, утилизируя отходы производства, разрабатывая технологии переработки этих отходов. Например, в США ещё в 1993 году доля вторичного сырья в производстве цветных  металлов составляла:

по меди – 55%, вольфраму  – 28%, никелю – 25%.

Подобная тенденция использования  вторичных ресурсов наблюдается  в Канаде, Великобритании, ЮАР Испании  и других странах. Вот несколько  примеров:

В Канаде из отходов меднорудных предприятий, содержащих 0,45% Cu достигается извлечение 40% меди благодаря новым способам обогащения (кучного кислотного выщелачивания, кучного пиритного и бактериального выщелачивания).

В штате Монтана (США) из отвалов рудника Мандиски получают ежегодно 2т Au и 4т Ag при содержании в отвалах золота – 0,84г/т и серебра – 2,8г/т.

В штате Мичиган (США) из хвостов  обогащения, содержащих 0,3% Cu, достигнуто извлечение 60% меди.

В Болгарии из отходов, содержащих 0,1-0,15%Cu, получают медный концентрат, себестоимость  которого в 3 раза ниже, чем при получении  его из природного сырья.

В ЮАР из отвалов золотоизвлекательных фабрик при содержании золота – 0,53г/т и урана – 40г/т получают 3,5т золота и 696т урана в год при производительности50000т/сутки.

Однако, необходимость существенного объёма технологической перестройки производства и разработки целого ряда методических и технологических вопросов изучения ТМ не позволяет рассчитывать на скорый повсеместный переход к безотходным технологиям.

2. Способы образования  и классификация ТМ

Множественность показателей, характеризующих ТМ, к которым  относятся: условия образования, объёмы, вещественный состав, характер процессов, преобразующих первичное вещество, неоднородность влияния отдельных  показателей на принятие технологических  решений и экономических оценок и некоторые другие предопределяют сложность их классификации и  типизации.

По морфологическим признакам  ТМ можно разделить на 2 типа:

1.Месторождения насыпные, представляющие собой холмы и  терриконы. К этому типу относятся:

терриконы угольных шахт и  разрезов;

отвалы рудников и карьеров руд цветных, чёрных и редких металлов, сложенные дезинтегрированными  вскрышными и вмещающими породами, а так же убогими забалансовыми рудами;

техногенные россыпи, образующиеся при разработке россыпных месторождений  и из отходов золоторудных фабрик;

шлакоотвалы цветной и чёрной металлургии.

2.Месторождения наливные, образующиеся при заполнении  впадин земной поверхности. Представителями этого типа ТМ являются:

отходы обогащения руд (шламо- и хвостохранилища горнообогатительных фабрик);

шламоотвалы цветной и чёрной металлургии;

золо-и шлакоотвалы энергетического комплекса, возникающие при гидравлическом удалении золы и шлаков с теплоэлектростанций;

шламоотвалы химических производств.

По составу техногенные  месторождения подразделяются на 4 типа:

1.Породные ТМ, состоящие  из природных горных пород  и представленные глыбово-щебенистым  материалом и шламо- и хвостохранилищами обогатительных фабрик.

2.ТМ пирометаллургических  процессов цветной и чёрной  металлургии, сложенные шламами  и шлаками.

3.ТМ теплоэлектростанций,  сложенные золой и шлаками  ТЭС.

4.ТМ химического производства (шламы).

По возможным областям использования ТМ подразделяются на 3 типа:

ТМ строительного сырья.

ТМ(по извлекаемому металлу) – медные, цинковые и т.д.

ТМ смешанного типа, т.е. пригодные  для получения стройматериалов  и металла.

Разработка месторождений  первого типа обеспечивает освобождение площадей земли от техногенных отходов  с последующей их рекультивацией, второго типа - позволяет осуществить  доизвлечение металла, но не решает проблемы освобождения территории отвалов от отходов, так как вторичная переработка отвалов, учитывая низкое содержание в них полезных компонент, практически даёт то же самое количество отходов.

Третий тип техногенных  месторождений позволяет осуществлять и рекультивацию земель и доизвлечение металла.

По экологическому воздействию  среди техногенных месторождений  выделяют:

1.Неопасные, представленные  горными породами и глыбовощебенистыми и щебенистыми шлаками цветной и чёрной металлургии, слабо разрушающимися в течение хранения.

2.Поражающие атмосферу  и гидросферу, если они сложены  окисляющимися или глинизирующимися  породами, окисляющимися шлаками  и шламами, пылящими шламами  и высохшей пульпой хвостохранилищ.

3. Состав и строение  ТМ

Состав и строение ТМ определяются целым рядом факторов, важнейшими среди которых являются:

условия образования (добыча и обогащение руд и угля, переработка  концентратов руд, сжигание угля и т.д.);

состав исходного сырья (месторождения цветных и редких металлов, полиметаллические, железорудные и другие типы коренных месторождений);

физико-химические и механические процессы климатического воздействия  и выветривания отвалов. Они интенсивно окисляются, выщелачиваются и разрушаются, что приводит к изменению минералогического  и вещественного состава техногенных  отложений, выносу элементов и образованию  ореолов рассеяния вокруг отвалов. Особенно это проявляется для  отходов добычи и обогащения, сульфидных руд, так как они при окислении и выветривании быстро разрушаются и переходят в окисленные минеральные формы, требующие при утилизации особых технологий извлечения полезных компонент