Мнухин Анатолий

д.т.н., професор

Мнухина Нина

к.т.н., доцент

Запорожская государственная инженерная академия

г. Запорожье

 О КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ ШАХТ

В настоящее время внимание промышленности, как в дальнем, так и в ближнем зарубе­жье вновь обращается к породным отвалам угольных шахт.

Угольные предприятия значительно загрязняют окружающую среду. При этом вред экологии наносится не только непосредственно в процессе добычи, но и в последствии много лет после ее прекращения. Источником такого загряз-нения являются породные отвалы или терриконы. Вредное воздействие терриконов на окружающую среду сопряжено также с тем, что породным отвалам присуще самовозгорание с выделением в атмосферу вредных газов и пыли, вплоть до взрыва терриконов.

В среднем из одного горящего отвала за сутки выделяется около 10 т окиси углерода, 1.5 т сернистого ангидрида и значительное количество примесей других газов. Породные отвалы оказывают токсическое воздействие на весь живой организм - содержащиеся в них цинк, медь, свинец, кадмий, никель отрицатель-но влияют на ЦНС человека, нарушают работу почек, печени, изменяют фор-мулу крови и очень часто вызывают онкологические заболевания. Степень опасности зависит от валового содержания соответствующих токсичных компонентов и нахождения их в предельно допустимых для почв и геохимического фона нормах. Таким образом, главной задачей в национальном масштабе сего-дня должно стать снижение вреда, который причиняет окружающей среде горная промышленность, то есть уменьшение влияния терриконов на экологическую ситуацию в стране.

Однако просто рекультивировать горные отвалы весьма дорого, и как, следствие нецелесообразно, ведь терриконы являются богатыми источниками ценного сырья и топлива для многих технологических процессов. Широкий спектр различных химических соединений и элементов, включающих германий и редкоземельные, а также 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. Выполненные целенаправленно в специализированных лабораториях исследования хи­мического состава ряда породных отвалов шахт (см. таблицу 1) дают представления о химическом составе объекта предполагаемой разработки [1].

Таблица 1

Результаты анализа проб породы и угля

     Таким образом, предлагаемый к разработке материал содержит повышенное количество угля - от 28 до 46%, а также сырьё для производства алюминия - Al₂O₃ (до 15%) и германия (до 55 г/т). Основную массу составляют оксиды кремния и железа (SiO₂ - 47%, Fe₂O₃ - 20%), щелочные же компоненты - CaO и MgO не превышают 5%.

Базируясь на указанных исходных данных, можно наметить следующие направления разработки породных отвалов:

- производство бокситов и алюминиевых сплавов;

- отделение магнитных железосодержащих соединений;     

- выделение германия;

- выделение редкоземельных элементов.

Предлагается, например, на базе закрывающихся шахт построить мини-заводы по комплексной стопроцентной переработке накопленной породной массы. Проектом предусматривается извлечение из терриконов стратегически важных для страны алюминия, германия, скандия, галлия, иттрия, а также циркония. Разделение сырья на фракции планируется проводить электростатическим методом, что в десятки раз дешевле и экологичнее, чем применение традиционных технологий с использованием стандартного оборудования. Для измельчения горной массы предлагается использовать так называемый электро-взрыв. Экскаватор будет нагружать породу на ленточный конвейер, доставлять в производственное помещение к дробилке и далее к магнитному сепаратору. Таким образом, сначала отделяется железо и его соединения. Затем извлекается сплав алюминия с кремнием, а далее редкоземельные элементы и германий, оставшаяся порода будет использоваться, как сырье для выпуска стройматериалов. В итоге на месте террикона появится облагороженная территория, которая может быть использована для хозяйственных целей. А перерабатывающий комплекс в составе нескольких мобильных блоков сможет перемещаться  на новое место. Наличие на шахтах железнодорожных и автомобильных подъездных путей, помещений промышленного и бытового назначения, энергетического ком-плекса позволяет значительно сократить расходы и сроки введения в работу та-кого мини-завода. Помимо этого, создание подобных предприятий обеспечит работой жителей заброшенных шахтных поселков. По предварительной оценке, на оснащение мини-завода всем необходимым оборудованием (транспортный комплекс, системы управления и контроля, электромагнитные сепараторы и электрогидравлические дробилки) и закупку химреактивов нужно $9.5 млн. Стоимость продукции, полученной из одного террикона среднего объема, составляет около $100 млн. Кроме того, после ликвидации очередного террикона, появляются возможности эффективно реализовать квоты на выбросы парниковых газов в соответствии с Киотским протоколом и использовать освободившуюся территорию для нужд сельского хозяйства [1].

Несмотря на трудности и риски, связанные с внедрением новых технологий, перспективность данного направления очевидна, т.к. утилизация отвалов позволяет решать одновременно целый ряд экологических, экономических и социальных проблем.

Литература

1.  Мнухин А.Г.  Технологии ХХI века: Том II. Новые технологии в горной  и других отраслях промышленности [Текст]/ А. Г. Мнухин, А. М. Брюханов, И.В. Иорданов, А. И. Панишко, В. А. Мнухин – Макеевка-Донецк: ВИК, 2014.– 275с.