УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ ОБОГАЩНИЯ АЛМАЗОНОСНОЙ РУДЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

На правах рукописи
ОБЛИЦОВ Антон Юрьевич
УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ ОБОГАЩНИЯ
АЛМАЗОНОСНОЙ РУДЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИМЕНИ
М.В. ЛОМОНОСОВА
Специальность 25.00.36 – Геоэкология (в горноперерабатывающей промышленности)
Автореферат
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург
2012
Работа выполнена в федеральном государственном
бюджетном
образовательном
учреждении
высшего
профессионального
образования
Санкт-Петербургском
государственном горном университете.
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Пашкевич Мария Анатольевна
Официальные оппоненты:
Холодняков Генрих Александрович, доктор технических
наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный
горный университет, профессор кафедры разработки
месторождения полезных ископаемых
Ивко Вячеслав Ростиславович, кандидат технических
наук, доцент, Северный Федеральный Арктический
Университет, заведующий кафедрой открытых горных
работ
Ведущая организация – ЗАО «Питергорпроект».
Защита диссертации состоится 28 мая 2012 г. в 13:15 ч на
заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при СанктПетербургском государственном горном университете по адресу:
199106,
г.
Санкт-Петербург,
21-я
линия,
дом
2,
(boguslEI@yandex.ru) ауд. 1166.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
Санкт-Петербургского государственного горного университета.
Автореферат разослан 27 апреля 2012 г.
УЧЁНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета
д.т.н., профессор
Э.И. БОГУСЛАВСКИЙ
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.
В
районах
расположения
горнодобывающих
и
горноперерабатывающих предприятий одним из основных
источников нарушения и загрязнения различных компонентов
природной среды являются хранилища твердых минеральных
отходов. До настоящего времени доминирующим методом
обращения с отходами минерально-сырьевого комплекса, является
наземное складирование, что ведёт к возникновению на территориях
площадью более 4 млн.га неблагоприятных экологических ситуаций,
проявляющихся в ухудшении санитарно-гигиенической обстановки,
нарушении и видоизменении естественных ландшафтов, а также
утрате природных ресурсов.
Примером образования техногенной нагрузки на компоненты
природной среды являются отходы обогащения алмазных руд,
складируемые на территории ОАО «Североалмаз». Отходы
представлены разбухающими глинистыми породами, что приводит к
увеличению размеров хранилища и, соответственно, зоны
воздействия. Ежегодно на территории хвостового хозяйства ОАО
«Североалмаз» складируется до 1,7 млн. тонн отходов обогащения.
Северные экосистемы под действием техногенных источников легко
разрушаются, так как имеют низкий потенциал самоочищения и
самовосстановления, а антропогенная нагрузка на природные
ландшафты в этом районе ежегодно увеличиваются.
Значительный вклад в развитие технологий утилизации
отходов и рационального природопользования внесли российские
учёные: Сочава В.Б, Гальперин М.В., Авессаломова И.А, Кутепов
В.М., Осипов В.И., Дашко Р.Э., Холодняков Г.А. Проблемы
утилизации
отходов
обогащения
месторождения
имени
М.В.Ломоносова нашли отражение в трудах таких ученых как
(Осипов ВИ., Вержак В.В.,Веричев Е.М., Гаранин В.К. Головин
Н.Н., Кудрявцева Г.П)
Однако, несмотря на экологическую опасность отходов,
большую площадь территорий, занятых под их складирование до сих
пор не разработаны технологические решения, позволяющие с
высокой
эффективностью
и
минимальным
техногенным
воздействием утилизировать отходы.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Повышение эффективности разработки
Ломоносовского месторождения алмазов путем внедрения
3
рациональной технологии утилизации отходов обогащения с целью
снижения техногенной нагрузки на окружающую среду.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:
 анализ экологической обстановки в зоне влияния
хвостохранилища ОАО «Севералмаз»,
 исследование химического, минерального, фазового состава
отходов обогащения,
 обоснование применения метода утилизации хвостов,
 разработка технического решения для промышленной
утилизации отходов обогащения,
 эколого-экономическая оценка технологии утилизации
отходов обогащения.
ИДЕЯ РАБОТЫ: основным методом утилизации отходов
обогащения алмазоносной породы является обжиг формованных
отходов при различных температурных режимах с получением
керамики и цементного клинкера.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ:
 установлена зависимость качества продукции, полученной из
отходов, от их химического, минерального, гранулометрического
состава;
 установлена зависимость между распределением отходов по
различным зонам хвостохранилища и их химическим, минеральным,
гранулометрическим
составом,
позволяющая
установить
расположение в хвостохранилище наиболее пригодных для
переработки отходов.
ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
1. В условиях ОАО «Севералмаз» для утилизации отходов следует
использовать технологию обжига сгущенных хвостов обогащения с
получением на выходе керамического кирпича и цементного
клинкера различного качества в зависимости от температурных
режимов, минерального и химического состава отходов и добавок, а
также времени обжига.
2. Эффективная защита окружающей среды от воздействия отходов
обогащения алмазодобывающих предприятий достигается их
утилизацией по предлагаемой технологии с получением продуктов,
удовлетворяющих санитарным нормам по содержанию токсичных
элементов.
3. Оценка негативного воздействия на компоненты природной среды
4
хвостохранилища
ОАО «Севералмаз» определяет экологоэкономический эффект от утилизации отходов, выражающийся
суммарной величиной снижения экологических платежей, величин
предотвращенных ущербов воздействия на окружающую среду и
прибыли от реализации продукции, полученной в ходе утилизации.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.
В качестве основных методов исследований применялись:
 обзор и анализ используемых методов утилизации отходов,
 экспериментальные, аналитические, геохимические работы в
лабораторных и полевых условиях,
 методы математической статистики, аналогового и численного
моделирования,
 экспериментальные исследования и опытно–промышленные
испытания технологии обжига отходов.
 экспериментальные исследования технологии использования
переработанных отходов в качестве раскислителей и мелиорантов
для почвы, а также в виде компонента бурового раствора.
ДОСТОВЕРНОСТЬ
НАУЧНЫХ
ПОЛОЖЕНИЙ,
ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ обеспечена использованием
большого объема исходных материалов и применением
современных
методов
анализа.
Полученные
результаты
подтверждены
комплексом
лабораторных
и
натурных
экспериментов. Приведенные в работе аналитические и
экспериментальные результаты согласуются и дополняют новейшие
данные, опубликованными другими авторами.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ:
 выполнена оценка техногенной нагрузки на компоненты
природной среды в районах складирования хвостов обогащения
ОАО «Севералмаз»,
 определены оптимальные параметры технологии обжига
отходов обогащения.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА.
 постановка цели и задач,
 проведение эколого-экономического обоснования обжигового
метода утилизации отходов,
 разработка технологических решений по минимизации
воздействия на природную задач и разработку методики
5
исследований,
 разработка методики проведения лабораторных исследований
хвостов обогащения,
 эколого-экономический анализ влияния хвостохранилища и
отстойников на природную среду,
 полевые исследования в зоне влияния хвостохранилища и
отстойников,
 лабораторные исследования состава и свойств отходов,
 разработка оптимальной технологии обжига отходов
обогащения.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ:
 разработанные технические предложения по утилизации
отходов обогащения приняты за основу задания на проектирование
технологии обезвреживания отходов ОАО «Севералмаз»,
 научные и практические результаты работы используются в
учебном процессе при подготовке специалистов горногеологического профиля в СПГГУ, в частности, при проведении
занятий по дисциплине «Экология».
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.
Основные положения работы докладывались, обсуждались и были
одобрены на международных, российских и иного уровня научных,
научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах, в т.ч.
на международной молодежной научной конференции во
Фрайбергской горной академии в 2011, Международной научной
конференции «Неделя горняка-2011» в МГГУ, на ежегодных
конференциях молодых ученых и студентов СПГГУ «Полезные
ископаемые России и их освоение» (СПб, 2009-2011г.г.).
ПУБЛИКАЦИИ.
По теме работы опубликовано 8 печатных трудов, в том
числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки
России. По теме диссертации подана заявка №2010139102 на патент,
по которой принято положительное решение.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и
библиографического списка. Содержит 160 страниц машинописного
текста, 52 рисунка, 22 таблицы и список литературы из 64 наименований, 3 приложения со схемами хвостохранилища ОАО
6
«Севералмаз» и мест отбора отходов, актом заседания НТС ОАО
«Севералмаз».
Автор искренне благодарен проф. М.А.Пашкевич за научное
руководство работой и проф. Р.Э.Дашко за ценные научные
консультации.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Рациональной технологией утилизации отходов ОАО
«Севералмаз» является технология обжига сгущенных хвостов
обогащения с получением на выходе керамического кирпича,
цементного клинкера в зависимости от температурных режимов,
минерального и химического состава отходов и добавок, а также
времени обжига.
ОАО «Севералмаз» ведет разработку алмазоносных руд
трубки Архангельской одноименной алмазоносной провинции.
Ежегодно горно-обогатительный комбинат (ГОК) перерабатывает
около 1 млн. тонн руды. Основными промышленными отходами
предприятия являются хвосты обогащения.
К
2011г.
в
хвостохранилище
обогатительной
фабрики
складировалось более 6 млн. т отходов. С предполагаемым вводом в
строй конце 2012- начале 2013 новой фабрики годовой объем
отходов может составить до 10 млн. т. В таблице 1. представлен
график заполнения хвостохранилища до 2011 г.
Таблица 1
Складирование отходов по 2011 год.
Год
Выход
хвостов,
млн.
т/год
Объем
уклад.
хвостов,
млн. м3
Поступление
воды в пруд,
млн. м3/год
Требуемый
объем на
конец года,
млн. м3
Отметка
уровня
воды в
пруде на
конец
года, м
Требуемая
отметка
гребня
дамбы конец
года, м
2008
1,0
0,34
0,29
4,00
115,90
116,90
2009
1,1
0,41
0,29
4,70
116,80
117,80
2010
1,3
0,48
0,29
5,47
117,50
118,50
2011
1,7
0,63
0,29
6,39
118,40
119,40
7
Значительное увеличение объемов хвостов, связанное с
разбуханием глинистых минералов, приводит к увеличению
размеров хвостохранилища, выражающемуся как в наращивании
дамбы, так и к занятию новых площадей.
Так складирование хвостов в течение первых трех лет
эксплуатации с 2005 по 2007 год осуществлялось в хвостохранилище
с пионерной дамбой с отметкой гребня 116,0 м. В декабре 2007 года
введена в эксплуатацию 2-я очередь дамбы с отметкой гребня 120,0
м, обеспечивающая работу хвостохранилища до 2011 года.
Параллельно росту отметок дамбы рос и объем хвостов,
укладываемых в хвостохранилище.
Выбор метода утилизации отходов и технологии на его
основе
обусловливается
совокупностью
физико-химических
параметров отходов, возможностями применяемого метода,
экономическими
показателями
существующих
технологий
утилизации хвостов, а также имеющимся в мировой практике
опытом утилизации отходов подобного рода. Проведенный анализ
показал, что при утилизации влажных хвостов обогащения
месторождения им. Ломоносова наиболее рациональным является
применение сушки с последующим обжигом отходов обогащения и
основанной на нем технологии с получением строительных
материалов.
Отходы обогащения алмазных руд месторождения им.
Ломоносова представлены в основной своей массе минералами
группы смектитов - монтмориллонитом и сапонитом. Данные
минералы, являясь глинистым магнезиальным сырьем, успешно
применяются в производстве таких строительных материалов как
керамический кирпич, прессованные стройматериалы, цемент и пр.
Для определения совокупности физико-химических параметров
отходов с целью подтверждения их пригодности к использованию в
качестве строительных материалов после утилизации, был проведен
комплекс лабораторных исследований, включавший:
• химический анализ хвостов;
• физико-механический анализ хвостов;
• рентгенофазовый анализ алмазоносной породы и отходов обогащения;
• термографический анализ хвостов с определением потерь при
прокаливании;
• обжиг образцов в муфельной печи.
8
Из данных рентгенофазового анализа (рис.1) можно
заключить, что глинистые минералы трубки отходов обогащения
классифицируются
как
минералы
группы
смектитов
с
преобладанием ди- и триоктаэдрического
монтмориллонита,
особенностью
глины
является
незавершенное
строение
кристаллической
решетки,
вызывающее
повышенное
водонасыщение породы. Рентгенофазовый анализ выполнялся на
дифрактометре XRD-7000 фирмы “SHIMADZU”.
Рис.1. - Дифрактограмма исходного (нижняя кривая) и
насыщенного образца (верхняя).
На дифрактограмме на рис.1 четко видны пики двух
образцов исходной и насыщенной этиленгликолем проб
отмученной глинистой фазы хвостохранилища, отобранных с
пляжа. На кривых видно, что образцы в своей основе представляет
собой практически биминеральную смесь монтмориллонита и талька
9
с примесями кварца и пирофиллита. Химический состав отходов
обогащения является характерным для магнезиальных силикатов и
представлен
в
таблице
2.
Определение
содержания
породообразующих
элементов
выполнено
методом
рентгенофлуоресцентной спектроскопии на спектрометре ХRF-1800
для 4 проб методом с двукратной повторяемостью опыта. Для
контроля правильности анализа использовались стандартные
образцы состава глины и дунита. Результаты анализа представлены
в таблице 2:
Таблица 2
Химический состав отходов обогащения
Содержание химических соединений,%
Образец
1
2.
3.
Сусп
SiO2
Al2O3
MgO
Fe2O3
CaO
K2O
TiO2
MnO
Na2O
P2O5
46,86
6,44
23,78
5,05
4,12
0,86
0,55
0,072
0,37
0,31
45,24
6,75
24,63
5,08
3,60
0,81
0,63
0,074
0,59
0,30
46,14
6,09
24,03
5,40
4,00
0,83
0,53
0,068
0,37
0,31
45,37
7,16
25,18
6,58
3,64
0,99
0,78
0,084
0,4
0,43
Водонасыщяемость породы была определена на приборе для
измерения набухания грунтов (ПНГ) (рис. 2).
Время, мин
Исходная порода
10
5
Набухание, мм
4,5
4
3,5
3
2,5
2
.
1,5
1
0,5
0
5
10
15
30
45
60
120
Время, мин.
Исходная порода
Обезвоженная суспензия
Рис. 2. Сравнительная диаграмма водонасыщения исходной породы
и обезвоженной глинистой суспензии.
Для определения числа пластичности глинистая пульпа
хвостов была предварительная обезвожена, затем насыщена водой
до формовочного состояния. Определение числа пластичности
произведено для глиняной массы хвостов рабочей консистенции, то
есть для глины с формовочной влажностью. Определение
формовочной влажности проводилось согласно ГОСТ 21216.93.
Предел текучести по итогам 10 замеров составил Wt=44; предел
пластичности Wp=30; число пластичности П=14.
Глина с числом пластичности 14 является умеренно-пластичной по
классификации ГОСТ 9169.75 и может успешно применяться в
производстве керамических изделий.
Располагая отобранной с хвостохранилища глинистой
пульпой, были проведены опыты по экспериментальному
получению образцов стройматериалов. Полученная пульпа
усреднялась путем отбора проб в зоне водосборного колодца
11
хвостохранилища с разных глубин (3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6, 6,5;7 м).
Пульпа заливались в ванну для выпаривания осадка путем
естественного испарения при комнатной температуре. Средняя
плотность твердого осадка составила 1,14 г/см3. Плотность пульпы,
поступающей с хвостохранилища, близка к плотности воды – 1,04
г/см3. Опыты по выпариванию осадка из раствора показали, что
содержание твердых частиц в сухом виде составляет 11% общей
массы. Полученные показатели определялись по ГОСТ 5180-84.
Из общей глинистой массы компрессионным кольцом были
изготовлены шайбы диаметром 32 мм и высотой 32 мм.
Пробы обжигались при разных температурах в муфельной печи
Поликон-613. Обжиг разделялся на несколько этапов:
1) Сушка. Температура 120 ºC в течении 10 часов. За это
время из образцов испаряется вода.
2) Дегидратация. Температура 600 ºC в течении 5 часов. За
это время из образцов удаляется химически связанная вода. Формула
приобретает вид - Мg3Si4010.
3) Обжиг. Было проведено 3 варианта обжига при
температурах 800, 900 и 1000 ºC в течении 4 часов.
4) Остывание. В течении 5 часов до температуры 50 ºC.
На выходе с обжига были получены образцы керамики, что
позволило опытным путем подтвердить возможность утилизации.
После получения опытным путем образцов керамики производилась
оптимизация процесса обжига, заключающаяся, прежде всего в
сокращении затрачиваемого времени, а также подборе оптимального
температурного режима. В первой попытке было сокращено время
сушки до 2 часов при одновременном повышении температуры с
120°C до 150°C. Сокращение времени сушки в совокупности с
повышением температуры визуально не сказалось на полученных
образца, так как не наблюдалось увеличения количества трещин.
Дальнейшим шагом являлось уменьшение затраченного времени на
все процессы, а именно сушку до 1-2 часов, дегидратацию до 1-2
часов, обжиг до 1 часа, остывание до 2 часов.
Придерживаясь указанного выше временного режима,
формованные образцы обжигались в дальнейшем при максимальных
температурах в 800, 900, 1000ºC с целью определения оптимальной
температуры обжига. Эксперимент осуществлялся с 5 образцами.
Образцы керамики и образцы кирпича-сырца (необожженного
12
кирпича) были испытаны на одноосное сжатие на прессе с Fmax=500
kH (табл.2). Также на одноосное сжатие испытывались образцы
кирпича–сырца, также в количестве 5 штук. Кирпич-сырец – это не
обожженный кирпич.
Таблица 2
Испытание образцов на одноосное сжатие.
Серия
образцов
Т,ºC.
1
2
3
4
120
800
900
1000
Значение давления разрушения, МПа.
2,00
11,81
12,44
8,08
2,36
12,17
13,18
9,70
2,11
8,70
16,02
8,83
2,24
8,08
9,95
11,44
2,27
14,28
9,95
10,07
2,19
12,60
13,01
9,62
Среднее,
МПа
2,63
13,53
14,91
11,54
Давление разрушения
образца, МПа
Проведенные эксперименты показали, что оптимальной
температурой обжига для увеличения крепости кирпича является
температура 900 ºC. При этом обжиг допустимо проводить и при
температуре 800 ºC при незначительном снижении прочности.
Дальнейшее повышение температуры обжига ведет к охрупчиванию
образцов и снижает их прочность (рис. 3).
20
15
10
5
0
120
800
900
1000
Температура обжига, град
Рис.3.Зависимость прочности образцов, МПа от температуры
обжига.
13
В последующих опытах по обжигу определялась
пригодность отходов различных зон хвостохранилища (прудковой
зоны, пляжной зоны) наиболее пригоден для утилизации с
получением керамических строительных материалов. Для обжига
были отобраны твердые образцы хвостов с
участков пляжа
хвостохранилища, отмеченных, как место отбора (МО) 1, 2, 3, а
также образцы, полученные из предварительно обезвоженной
глинистой суспензии (Сусп.) прудковой зоны (см. вкладку). Из
данных материалов были изготовлены стерженьки диаметром 2,5 см
и длиной 4 см, которые были обожжены при температуре 900ºC.
После обжига они были подвергнуты испытанию на одноосное
сжатие (табл. 4).
Таблица 4
Результаты испытаний образцов на одноосное сжатие.
Место
отбора
МО 1
МО 2
МО 3
Сусп.
Прочность керамики, МПа
2,40
4,60
6,50
10,50
2,20
3,40
6,70
11,20
2,10
3,50
6,80
11,30
1,90
2,90
7,70
10,70
1,80
3,20
6,80
10,70
Среднее
значение,
МПа
2,08
3,52
6,90
10,88
Полученные образцы явились подтверждением возможности
производства качественных керамических изделий
в ходе
утилизации отходов обогащения. Как видно из таблицы, наибольшей
прочностью обладают образцы, полученные из тонкодисперсной
суспензии, наименьшей – образцы, полученные из материала с МО
1. Пляж хвостохранилища в районе МО 1 намыт самыми крупными
по размеру частицами (см. вкладку). Таким образом, наблюдается
зависимость прочности полученной керамики от размера частиц,
отобранных для ее создания.
14
Давления разрушения, МПа
12
10
8
6
4
2
0
24
21
14
4
Содержание твердогов в хвостах, %
Рис. 4. Зависимость прочности образцов, МПа от температуры
обжига.
В ходе дальнейших опытов был получен цементный клинкер
марки 250 для производства портландцемента. Состав клинкера: 75%
известняк, 25% - глина. Изготовление керамических образцов и
клинкера осуществлялось по методикам, описанным Горчаковым
Г.И и Баженовым В.И. при температуре 1450°C.
Результаты натурных испытаний позволили определить
оптимальные технологические параметры обжига. По первому
варианту для получения керамического кирпича обжиг
формованных хвостов обогащения, с содержанием серы и фосфора,
не превышающем ПДК, осуществляется в присутствии выгорающих
добавок в следующем порядке: при температуре 150°C в течение 12ч, затем плавное повышение температуры от 150°C до 900°C в
течение 1-2ч, при температуре 950°C в течение 1ч, затем остывание
до 50°C в течение 2ч. В качестве добавок используются отходы
деревообрабатывающей, бумажной промышленности, нефтешламы,
в кол-ве 10-15 %.
По второму варианту для получения цементного клинкера
обжиг сгущенных хвостов обогащения, с содержанием серы и
фосфора, не превышающем ПДК, осуществляют в присутствии воды
при температуре 1400-1500°C совместно с известняком и
15
золошлаковыми отходами при соотношении, мас.%: указанные
отходы – 20-25; известняк – 70; золошлаковые отходы – 5-10.
Для утилизации отходов по первому направлению возможно
строительство завода по обжигу керамики непосредственно на
предприятии. На завод хвосты поступают обезвоженными до
формовочной влажности. Производительность такого завода может
составлять от 1 до 30 и более млн. кирпичей в год,
энергопотребление до 400 кВт/час. Принимая, что основным
продуктом будет стандартный кирпич размерами 250x120x65 в
миллиметрах, ежегодно будет расходоваться от 22 тыс. до 660 тыс.
м3 отходов.
Для утилизации отходов по второму направлению
необходимо осуществлять обжиг смеси известняка, хвостов и
различных добавок во вращающейся печи. Необходимо либо
возводить подобную печь на самом предприятии, либо осуществлять
обжиг на ближайшем цементном заводе. Обжиг во вращающейся
печи с получением клинкера позволил бы почти увеличить объем
утилизируемых отходов на 200000 м3.
2.Эффективная защита окружающей среды от воздействия
отходов обогащения алмазодобывающих предприятий должна
достигаться их утилизацией с получением продуктов,
удовлетворяющих санитарным нормам по содержанию
токсичных элементов.
Для оценки токсичности отходов обогащения и продуктов их
утилизации, проводился экологический мониторинг. В ходе
мониторинга были отобраны пробы в пластиковые ёмкости: На
хвостохранилище ОФ-1 в рамках диссертационных исследований
был проведен отбор проб пульпы следующим образом:

10 литров проб глинизированной суспензии
находящегося на плаву в прудковой зоне хвостохранилища,

5 литров пульпы с МО №1 (ПК 12),

5 литров пульпы с МО №2 (ПК 13),

5 литров пульпы с МО №3 (ПК 17).
с
понтона,
Для определения в пробах концентраций тяжелых
металлов с использованием метода атомно-эмиссионной
спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП). Определение
валового содержания тяжёлых металлов в образцах глины
выполнено атомно-эмиссионным методом на спектрометре ICPE-
16
9000 после измельчения образцов. Измельчение проводилось
вручную в агатовой ступке до получения пудрообразной
консистенции. Образцы были отобраны с различных участков пляжа
хвостохранилища, отмеченных как МО №1, МО №2, МО №3, также
замеры проводились для обезвоженной суспензии (сусп). Все замеры
дублировались. Результаты анализа представлены в таблице 5:
Таблица 5
Результаты анализа образцов твердых минеральных отходов и
образцов глинистой суспензии на содержание тяжелых металлов
Коэффициенты контрастности
Образец
Cd
Co
Cr
Cu
Ni
Pb
Sr
Zn
МО 1.1
0,25
0,26
0,21
0,83
0,52
0,32
0,27
0,86
МО 2.1
0,3
0,3
0,25
0,86
0,60
<0,03
0,35
1,0
МО 3.1
0,25
0,24
0,20
0,80
0,50
<0,03
0,26
0,73
сусп-1
0,25
0,26
0,21
0,9
0,47
<0,03
0,26
0,78
Коэффициент контрастности являются безразмерными
величинами и рассчитываются путём деления концентрации C i на
ПДК i .Полученные значения загрязняющих веществ ниже ПДК, что
позволяет отнести отходы к 5-ому классу опасности. Таким образом,
продукция, полученная на основе утилизации данных отходов,
является безвредной для человека и соответствует санитарным
нормам.
В рамках исследования по определению способности
глинистой суспензии к раскислению кислых почв (pH=4-7)
проводилось определение её показателя pH. Так в 5 замерах
получены следующие значения pH суcпензии прудковой зоны: 8,82,
8,84, 8,82, 8,84, 8,82 На основе замеров pH-показателя можно
утверждать о щелочной реакции среды глинистой суспензии
хвостохранилища. В ходе дальнейших исследований определялись
17
показатели pH смеси щелочной суспензии и торфа в различных
пропорциях, показавшие, что при внесении более чем 30%-ой доли
суспензии реакция среды становилась нейтральной.
3. Сравнительная оценка негативного воздействия на
компоненты природной среды хранилищ отходов обогащения
ОАО «Севералмаз» и установки по их обезвреживанию
определяет
эколого-экономический
эффект
применения
термического обезвреживания, выражающийся суммарной
величиной снижения экологических платежей и величин
предотвращенных ущербов воздействия на земельные ресурсы,
подземные и поверхностные воды за счет: восстановления
ценности
территории,
занятой
хранилищами
отходов;
прекращения утечек загрязненных вод в грунтовые воды и
водотоки; уменьшения объема образующихся отходов.
Преимущества предлагаемой технологии с точки зрения
утилизации водонасыщенных отходов обусловливаются практически
десятикратным уменьшением объема относительно исходных
отходов. Влияние выбросов установки по обжигу на загрязнение
атмосферного воздуха по всем ингредиентам ограничивается
размерами санитарно-защитной зоны предприятия ввиду низкого
класса опасности отходов.
При
внедрении
предлагаемой
технологии
предусматриваются мероприятия, исключающие возможность
загрязнения и нарушения поверхностных и подземных вод.
Вследствие утилизации отходов будет получена выгода от
предотвращенного ущерба ввиду
незанятия дополнительных
площадей под хранение отходов, ввиду отбора хвостов на
утилизацию из хвостохранилища, что предотвратит его
переполнение. В районе отвода под строительство карьеров
отсутствуют земли сельскохозяйственного назначения, которые в
1994 г. переведены в категорию нелесных земель. Общая площадь
хвостохранилища составляет 155,9 гектаров. По месторождению им.
Ломоносова годовая ставка регулярных платежей на стадии разведки
установлена в размере 7500 руб./км2 за всю площадь Лицензионного
участка (31,01 км2).Таким образом эколого-экономический эффект
будет рассчитан по следующей формуле:
Ээ  Е  Зз  ЧДП  S х * K х , где
18
Eх – экономия за счет нестроительства нового
хвостохранилища, руб., Зз –затраты на строительство завода по
утилизации отходов, ЧДП – чистая дисконтированная прибыль от
реализации продукции, Sх- площадь нового хранилища, км2, Кхставка платежей за пользование землями, руб./ км2.
При строительстве нового хвостохранилища его площадь
запланирована большей существующему сейчас около 5 км2:
Стоимость строительства приблизительно оценивается в 240-250
млн. рублей. Стоимость строительства завода по утилизации хвостов
различной мощности составляет от 30 млн. до 135 млн. рублей. ЧДП
для первого года составит чуть менее 3 млн. рублей. Таким образом
эколого–экономический эффект от внедрения технологии по
утилизации хвостов обогащения за 10 лет составит более 397 млн.
рублей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация представляет собой законченную научноквалификационную работу, в которой содержится новое решение
актуальной научно-производственной задачи: снижение негативного
влияния хранилищ отходов ОАО «Севералмаз» на компоненты
природной среды на основе применения технологии обжига с
последующим получением строительных материалов.
Основные научные и практические выводы:
1.Многолетние
натурные
исследования в зоне влияния
хвостохранилища ОАО «Севералмаз» показали, что основой
воздействия хвостового хозяйства на окружающую среду является
занятие значительных площадей земель и вырубка леса, что ведет к
локальному опустыниванию, заболачивание территории вокруг
отстойников хвостохранилища. Зафиксированное пыление с пляжей
хвостохранилища является незначительным.
2.Исследование химического, минерального и фазового состава
отходов обогащения позволило определить степень их пригодности
для различных направлений утилизации. На основе данного
исследование дано точное определение минерального и химического
состава отходов обогащения.
3.Экспериментальными исследованиями обосновано применения
метода утилизации отходов, основанного на обжиге сгущенных
хвостов обогащения по нескольким вариантам в зависимости от
19
температурных режимов, минерального и химического состава
отходов и добавок, а также времени воздействия.
4.Выработано техническое решение для промышленной утилизации
отходов обогащения, заключающееся в строительстве мини-завода
по обжигу керамики непосредственно на предприятии, а также цеха
по производству цементного клинкера с обжигом смеси и известняка
и глины во вращающейся печи.
5.Эколого-экономическими расчетами определен эффект утилизации
отходов на основе определения суммарной величины снижения
экологических платежей и предотвращенных ущербов от
воздействия на компоненты природной среды, а также прибыли от
реализации продукции, полученной при утилизации, составляющий
более 121 млн. рублей за первый год утилизации.
Список наиболее значимых публикаций по теме диссертации:
Статьи, в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки
России:
1.Облицов
А.Ю.
Утилизация
отходов
обогащения
алмазосодержащей породы с учетом специфики месторождения им.
М.В.Ломоносова // Записки Горного института. Современные
проблемы горной науки. Т. 189. СПб, СПГГИ (ТУ), 2011. С.141-146.
2.Облицов А.Ю. Современные подходы к горнотехнической
рекультивации. / Д.С.Опрышко, А.Ю.Облицов // ГИАБ. – Москва:
МГГУ, 2011. С. 191-194.
3.Облицов А.Ю. Промышленное использование отходов
обогащения алмазоносной породы на месторождении алмазов им
М.В.Ломоносова // Записки Горного института. Современные
проблемы горной науки. СПб, СПГГУ, 2012. С.163-168.
В прочих изданиях:
5.Облицов А.Ю. Центрифугирование отвальных хвостов с
возможностью промышленного использования // Материалы
конференции «Социально-экономические и экологические проблемы
горной промышленности, строительства, энергетики». – Тула:
ТулГУ, 2008 г, С. С. 145-149.
7.Облицов А.Ю. О некоторых аспектах обогащения
глинизированных алмазных руд месторождения алмазов им.
М.В.Ломоносова // Сб. научных трудов, посвященном XI
международной
молодежной
научной
конференции
«Севергеоэкотех-2009». – Ухта: УГТУ, 2010. С. 225-227.
20