Какие полезные ископаемые есть в терриконах
В последние годы большую проблему в масштабе всего человечества приобрели отходы его собственной жизнедеятельности. Вмешательство общества в природные процессы приводит к загрязнению окружающей среды. Как следствие, загрязняются почвы, поверхностные и грунтовые воды, реки, формируются антропогенные формы рельефа, искажаются природные ландшафты, условия обитания фауны, исчезают экологические ниши для многих видов млекопитающих, включая человека.
Ни для кого не секрет, что важной экологической проблемой для Донецкого региона является воздействие процессов угледобычи. Наличие большого количества терриконов оказывает пагубное влияние на состояние окружающей среды и на самого человека, являя собой настоящую проблему для всего региона.
На территории Донбасса насчитывается более 1,5 тыс. терриконов, в каждом из них в среднем 1144 м3 породы. Терриконы разбросаны по всей территории Донбасса на площади 800 га. Они занимают значительные территории и оказывают негативное воздействие на атмосферу, почвы, поверхностные и подземные водные источники, вызывают эрозию. Поэтому проблема утилизации терриконов в настоящий момент является актуальной.
Проблемам использования терриконов и утилизации горных выработок посвящены работы таких ученых и общественных деятелей, как В. Демчишин,
Л. Ивченко, Л. Козлов, А. Мнухин, С. Третьяков и др.
Несмотря на значительное количество публикаций и общественное обсуждение проблемы терриконов, в практической плоскости удается не так и много. В связи с этим возникает причина возвращения в данной тематике.
Огромные горы, созданные из отработанной горной породы, уже давно являются предметом спора местных ученых, промышленников и политиков. Для одних террикон – почти бесполезный мусор, для других – ценный ресурс. В составе терриконов присутствует порода, которую можно промыть, спрессовать в брикеты и использовать для предприятий, которые работают с углем. По отдельным оценкам, цена террикона может достигать более 150 тыс. долларов, в зависимости от объема породы. Такой потенциал вызывает интерес с точки зрения утилизации терриконов и получения определенных экономических преференций.
Отходы добычи природных ресурсов и остатки сырья, не использованного в процессе изготовления основной продукции, не всегда полностью теряют хозяйственную значимость и зачастую тоже могут быть использованы в качестве сырья для производства той или иной продукции. Отвальная порода угольных шахт тоже относится к таким отходам. В настоящее время известны такие способы ее утилизации, как получение строительных материалов и углеудобрений, производство бокситов и алюминиевых сплавов, отделение магнитных железосодержащих соединений из терриконов, выделение германия из терриконов, выделение редкоземельных элементов из терриконов.
После измельчения породы или отходов вторичной добычи, до фракции 10-80 мкм, может использоваться для включения в состав асфальта, бетонных изделий в качестве наполнителя.
Такие страны как США, Польша, Германия уже давно используют технологии переработки терриконов. Породная масса отвалов шахт содержит до 46% угля, до 15% глиноземов (сырья для получения алюминия и силумина) и до 20% оксидов кремния и железа. По данным ГП «Укргеология», содержание редкоземельных элементов в тонне породы достигает: германий – 55 г, скандий – 20 г, галлий – 100 г, также может содержать иттрий и даже цирконий. В сумме их содержание на тонну породы составляет около 250 граммов. Считается, что германий, галлий и скандий целесообразно извлекать, начиная с 10 граммов на тонну. Относительно дешевый метод извлечения металлов – при помощи электростатического сепаратора. Порода измельчается до состояния порошка и сыплется между двумя электродами под высоким напряжением.
Сырье из отвалов и готовая продукция из этого сырья всегда востребованы. Изделия из силумина (трубы, запорная арматура, фитинги и т.д.) необходимы для нужд химической, газовой и нефтяной промышленности.
Германий, металл с очень высоким электрическим сопротивлением, используется в производстве бытовых пластмасс, в качестве катализатора в металлургии и электротехнической промышленности, в медицине, оптике, гелиоэнергетике. Германиевые стекла и линзы применяют в приборах ночного видения, в военных системах наведения. Стоимость германия превышает 1 тыс. дол. США за кг.
Скандий, мягкий металл, который в чистом виде достаточно легко поддается обработке (ковке, прокатке, штамповке), незаменим в авиационной и космической промышленности, автопроме (моторы), криогенной технике, галогеновых лампах и даже в зубном протезировании. Добавки скандия в сталь и чугун повышают их качество до статуса «спецметаллы высокой прочности». Стоимость скандия колеблется в пределах 42-45 тыс. дол. США за кг.
Сфера применения галлия достаточно специфична – производство смазочных и клеящих материалов, конструирование полупроводниковых лазеров, термоэлементов для солнечных батарей. Интересно, что мировая потребность галлия превышает его добычу. Стоимость галлия в настоящее время составляет около 1.3-1.5 тыс. дол. США за кг.
На базе закрывающихся шахт необходимо создавать предприятия для разбора терриконов. Перелопатив отвал, просто извлечь из его породы германий, а затем везти ее на завод для выплавки алюминия нецелесообразно. Наличие на шахтах железнодорожных и автомобильных подъездных путей, помещений промышленного и бытового назначения, энергетического комплекса позволит сократить расходы и сроки введения в работу планируемого производства. Помимо этого, создание предприятий даст работу жителям шахтных поселков.
Процесс переработки терриконов можно организовать следующим образом. Экскаватор будет нагружать породу на ленточный конвейер, доставлять в производственное помещение к дробилке и далее – к железоотделителю (магнитная сепарация). Так, сначала отделяется железо и его соединения. Потом из породы выделяется сплав алюминия с кремнием. Следом – германий, скандий и другие редкие металлы. Оставшиеся отходы (15-20% общего количества породы) пригодны для производства стройматериалов. Технология извлечения редких элементов из шахтной породы полностью отработана и дополнительных исследований не требует.
На одном терриконе реально заработать 100 млн. долл. США, а в Донбассе их насчитывается свыше тысячи.
В конечном итоге на месте террикона появляется облагороженная территория, пригодная для строительства или сельского хозяйства. Отсюда следует, что мы должны научиться использовать все имеющиеся ресурсы, и использовать их эффективно.
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.
Экономические проблемы: постоянное удорожание сырья, извлекаемого из недр земли, в связи с разработкой месторождений на всё более значительных глубинах; истощение запасов полезных ископаемых; снижение производительности труда и уменьшение темпов добычи полезных ископаемых в связи с постоянным ухудшением горно-геологических условий.
Социальные проблемы: осложнение ситуации с использованием рабочей силы вследствие уменьшения объема работ, вызванного истощением запасов полезных ископаемых; ухудшение условий труда при эксплуатации глубокозалегающих месторождений; высвобождение рабочей силы закрываемых шахт.
Экологические проблемы: исключение из хозяйственного оборота больших площадей земель, занятых терриконами; уничтожение или снижение качества земель из-за пылевых заносов с отвалов; загрязнение окружающей среды (почв, поверхностных и подземных вод, воздуха) тяжелыми металлами и солями.
Вовлечение в переработку сырья горных отвалов обеспечивает:
сокращение расходов на поиски новых и разведку эксплуатируемых месторождений;
сохранение ресурсов в недрах, так как запасов полезных ископаемых, накопившихся в терриконах, достаточно, чтобы удовлетворить потребности на многие десятилетия вперед;
повышение производительности труда за счет рентабельной переработки уже добытого сырья, являющегося готовым полупродуктом и находящегося вблизи действующих предприятий;
улучшение условий труда, так как техногенные месторождения расположены на поверхности, в отличие от все более глубокозалегающих обычных месторождений полезных ископаемых;
производство дешевых стройматериалов;
освобождение занимаемых отвалами земель, ликвидация источников загрязнения окружающей среды.
Сегодня внимание промышленников как дальнего, так и ближнего зарубежья снова обращено к породным отвалам угольных шахт. Широкий спектр различных химических соединений и элементов (германий, редкоземельные элементы, глинозем, железная руда и другие) при высокой доступности, низкой цене и практически неограниченных объемах исходного сырья (породы) делает перспективным это направление.
Вышеизложенное указывает на актуальность и важность проблемы переработки и полной утилизации отходов угледобывающей отрасли. Однако, как показывает опыт, без поддержки инвесторов освоить настолько рисковое, но в то же время прибыльное направление, достаточно сложно.
Литература:
1. Переработка угольных терриконов. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.torezavtomatika.narod.ru/index.htm
2. Бизнес на терриконах. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://finforum.org/page/index.html
3. Угольный портал. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://coal.dp.ua/index.php?option=com_content&view=frontpage&Itemid=1
Гребенюк К. А.
Бычкова О. В.
Донецкий национальный университет
Источник
Неотъемлемой частью индустриального пейзажа нашего угольного региона являются терриконы. Это следы промышленной деятельности начального и последующих этапов индустриализации Донбасса. Причины их возникновения, развитие и существование составляют одну из граней промышленной истории.
Донецкий пейзаж
Террикон (в переводе с французского отвал породы (terri), конический (сonique)) – искусственная насыпь из пустых пород, извлеченных при подземной разработке месторождений угля и других полезных ископаемых. Насыпается с помощью вагонеток, которые поднимаются по наклонным рельсам, уложенным на пологой стороне террикона. Одна сторона террикона – пологая с углом наклона около 20°, противоположная и боковые стороны – крутые (угол наклона 45-60°). Высота конического террикона определяет площадь основания. Так, при высоте 23 м площадь основания составляет 5 тыс. м2, при высоте 45 м – 18 тыс. м2, при высоте 63 м – 55 тыс. м2.
Так получаются терриконы
В Донбассе терриконы существуют с 1905 года. Условно терриконы можно разделить по высоте и по периоду образования. Первые терриконы – невысокие, имеют высоту до 50 м и давно заросли мелким кустарником и деревцами. Эти терриконы расположены рядом компактной группой, пологие склоны их обращены в одну сторону. Их характеризует небольшой объём добычи угля на шахтах глубиной до 200 м. Часто они оказываются среди посёлков и районов города. Возле терриконов размещались жилые поселки – Нахаловки. Что означает, такое название, догадаться не трудно – люди строили себе жильё на свободных территориях, ни у кого не спрашивая на то разрешения.
С увеличением объёмов добычи возрастает глубина шахты, растёт высота терриконов. В результате многолетнего складирования горы породы поднимаются на высоту около 100 метров. Рекордсменом являются терриконы шахты имени Челюскинцев в Донецке, их высота – 124 м. На новых шахтах не устраивают конусных отвалов, делая их плоскими, а современные технологии добычи угля позволяют закладывать породу обратно в выработанное шахтное пространство.
Самые высокие терриконы
Терриконы ЦОФ (центральных обогатительных фабрик) отличаются контрастным сочетанием чёрного и красного цветов. Назначение обогатительной фабрики – обогащение добытого угля путём отделения его от сопутствующей при добыче породы. В Славянском районе есть белый террикон с хребтовым отвалом. Это отвалы переработки мела из мелового карьера, расположенного поблизости.
Террикон обогатительной фабрики «Чумаковская»
Белый террикон мелового карьера
В Донецке существует общество терриконоведов, члены которого изучают историю возникновения, развитие, изучают поведение терриконов, собирают и хранят информацию о рукотворных «горах» Донбасса. Сколько же терриконов существует в Донбассе? На каждую тонну угля приходится от 300 до 500 килограммов породы. В Донбассе добывали до ста миллионов тонн угля ежегодно, следовательно, и породы на поверхности скопилось миллионы тонн. В Луганской области насчитывается более 500 породных отвалов. В Донецкой области насчитывается 580 терриконов, из них 114 горящих. В Донецке терриконов – более ста, а если считать и малые – более 140. Для любителей и знатоков, каждый из них имеет свой характер, свою изюминку.
Террикон – одновременно и самое красивое, и самое безжизненное место, обладающее особой притягательностью, но таящее в себе опасность.
«Фантастические» виды терриконов
Внутри терриконов шахт и обогатительных фабрик нередко протекают процессы горения угля без доступа кислорода. Температура этих процессов может достигать 1000-1250 °С. Горячие газы, выделяющиеся при этом во многом аналогичны газам, образующимся при коксовании каменного угля. Днём вершины терриконов дымятся, а ночью виден неяркий огонь – голубоватый, зеленый, желтый – это горит газ. Эти процессы приводят к изменению фазового состава отвальной массы. В вершинной части отвала находятся отложения расплавленных материалов и породы с примесью кристаллов серы, происходит выход горячих газов с максимальной температурой до 500 °С. Здесь можно увидеть фумаролы – отверстия, служащие источниками выхода горячих газов. Каждый житель Донбасса понимает, что существует огромное различие между «живым» и потухшим терриконом. Они различаются по цвету: старые – рыжие от внутренней температуры, новые темно-серые.
Горящий террикон и фумаролы
Терриконы Донбасса содержат почти всю таблицу Менделеева: до 46% угля, до 15% глиноземов (сырье для получения алюминия), до 20 % оксидов кремния и железа. Содержание редко-земельных элементов в 1 тонне породы достигает: германия – 55 граммов, скандия – 20 граммов, галлия – 100 граммов. Общее количество редкоземельных элементов в отвалах составляет около 230-260 граммов на тонну. В сухое время года терриконы пылят. В пыли, которую ветер несет с террикона, содержатся: никель, свинец, медь, цинк, марганец. Естественный радиационный фон в Донецке повышен. Если ночью над терриконом видно красивое голубое зарево – это результат излучения редкоземельных металлов в атмосферу под воздействием высокой температуры внутри террикона.
Бывали случаи и агрессивного поведения терриконов. Так, майским утром 1966 года в городе Димитрово взорвался террикон. В результате взрыва был уничтожен жилой поселок Нахаловка и погибли более 60 человек, сгорев заживо под завалами раскаленной породы. Причина трагедии – сильные ливневые дожди, спровоцировавшие оползень породного отвала на одном из терриконов. Когда масса в сотни тонн сползла с террикона, открылось жерло «вулкана», и из-за резкой смены температуры и попадания воды произошел взрыв. Несколькими годами раньше подобная техногенная авария произошла на шахте «Трудовская». Обошлось без жертв – жилых домов по-близости не было.
Конечно же терриконы – источники химического и радиологического загрязнения грунта, пылегазового загрязнения атмосферы, которые оказывают экологически опасное воздействие, поэтому некоторые экологи считают, что от терриконов необходимо избавляться. Но существует множество аргументов в пользу сохранения терриконов в черте города. Вот строки из стихотворения:
Террикон был разрыт в очень сжатые сроки,
На полезности стройки поставлен акцент,
Раззвонились о «чуде» газетные строки,
Мол, на пустоши вскоре возникнет торгцентр.
Терриконы – степные седые титаны,
Как же горько признать – вас легко сокрушить.
Но мне кажется: смерть каменистых курганов,
Обернётся Донбассу потерей души.
Стремление избавить себя от таких медленно прогрессирующих «вулканов», вполне понятно. Поэтому целесообразным и необходимым является рекультивация терриконов, которая проводится по одному из возможных путей: озеленение террикона; засыпание породы обратно в шахты; вывоз терриконов на свободное место; использование составляющих террикона в качестве промышленного сырья; использование тепла и газа, выделяющихся при горении террикона; установка на терриконах ветровых электростанций.
Терриконы окружают жителей Донбасса с детства. Для многих юных жителей покорение вершины террикона – первый опыт восхождения. Это опасное мероприятие, требующее мужества, напряжения сил, внимательности. Упорное движение вверх, ожидание открытия, вознаграждается прекрасным видом далёкой линии горизонта, теряющейся среди улиц города. Вот это упорное движение вверх, в ожидании чуда, наверное, и составляет частичку донецкого характера.
Для жителей Донбасса терриконы не просто искусственные насыпи из породы, извлеченной при подземной разработке месторождений угля. Террикон – символ шахтерского края.
Образ города Донецка и других мест Донецкого края меняется очень быстро. И может быть, силуэты терриконов затеряются среди жилых массивов или совсем исчезнут с карт. Но они останутся запечатлёнными в символике, во многих гербах городов Донбасса и шахтёрских посёлков, и долго ещё будут напоминать о трудовом подвиге шахтёров.
Терриконы в гербах городов Донецкого края
Материалы научно-популярного журнала «Эврика» для школьников, абитуриентов и студентов, а также всех, кто интересуется инженерной механикой, подготовлены кафедрой «Механическое оборудование заводов чёрной металлургии» Донецкого национального технического университета
Источник
Рукотворные холмы, степные пирамиды – называют их по-разному. Для кого-то они – настоящая диковинка, а для других – серая обыденность. Что такое терриконы? В географии это понятие имеет вполне прозаичное определение: искусственная форма рельефа, созданная из пустой породы. Что еще можно рассказать об этих образованиях? Чем они интересны и чем опасны?
Особенности угольной промышленности
Чтобы ответить на вопрос, что такое терриконы и как они возникли, нужно вначале вкратце ознакомиться с особенностями и спецификой угольной промышленности. Ведь террикон – это не что иное, как «продукт» данной отрасли производства.
Итак, угольная промышленность – это отрасль производства, включающая в себя добычу и первичную переработку угля (каменного или бурого). Его извлекают из недр земли двумя способами:
- открытым (если пласты полезного ископаемого залегают не слишком глубоко);
- подземным (если глубина залегания угля превышает 100 метров).
Добыча открытым способом осуществляется в карьерах и так называемых разрезах, а подземным, соответственно, в шахтах. Глубина последних нередко превышает одну тысячу метров!
Разумеется, уголь из шахт извлекается не в чистом виде, а с многочисленными примесями – пустой породой. И эти «отходы» нужно куда-то девать. Их насыпают в огромные пирамиды – это и есть терриконы.
Более подробно о том, что такое терриконы, мы поговорим далее. Ведь во многих угольных районах они становятся неотъемлемой частью местного ландшафта.
Что такое терриконы в географии: определение и особенности
«Терриконы — холмы великих усилий – из сплетения воль, сердец, сухожилий», — вот так поэтично описывает эти довольно прозаичные формы рельефа донецкий поэт Игорь Ус-Лимаренко. Действительно, для жителей угольных районов эти объекты – нечто большее, чем просто насыпи из ненужных отходов.
Так что такое терриконы? С точки зрения геологии и геоморфологии, это положительные формы рельефа в виде искусственных насыпей из пустых пород, извлеченных из земли при разработке месторождений угля и некоторых других полезных ископаемых. Сам термин «террикон» имеет французские корни и происходит от двух слов: terril – «отвал» и conique – «конический». Кстати, именно так они и выглядят внешне.
От классических железорудных отвалов терриконы отличаются именно конусовидной формой. Они, как и вулканы, делятся на потухшие и живые. Последние горят, тлеют и даже могут взрываться в результате накопления газов внутри себя. Чтобы предотвратить это, современные терриконы делают слоистыми: шары пустой породы разбавляют слоями глинистого раствора. Кстати, живые и потухшие терриконы можно отличить по цвету: свежие – серые, а старые – желто-бурые.
Что такое терриконы, мы в общих чертах разобрались. Теперь давайте изучим их географическое распространение.
Крупнейший террикон Европы
Угольная промышленность развита во многих государствах планеты. Мировые лидеры по добыче и производству угля – это Китай, США, Индия, Индонезия, Россия, Украина, Польша и Казахстан. Очевидно, в этих странах и следует искать терриконы.
Самый крупный в Европе террикон расположен в Польше, в приграничном шахтерском городке Ридултовы. Он имеет довольно красивое название – Шарлотта (Szarlota), которым его нарекли в 2007 году. Большие желтые буквы красуются на одном из склонов рукотворной горы.
Относительная высота ее составляет 135 метров, а абсолютная (если считать от уровня океана) – 407 метров. Шарлотта занимает солидную площадь в 38 гектаров. Этот террикон настолько огромен, что его даже можно увидеть с территории соседней страны — Чехии.
Известные терриконы Донбасса
На Донбассе насчитывается не менее 700 терриконов! В одном лишь Донецке их около 150. Эти формы рельефа давно и прочно вплетены в восточноукраинский ландшафт. Некоторые из них совсем крохотные, другие же – огромные исполины. Одни терриконы абсолютно голые, а другие густо засажены деревьями и кустарниками.
Самый большой террикон Донбасса расположен в Донецке, на территории шахты им. Челюскинцев. Он всего на десять метров ниже польской Шарлотты. А вот самый эффектный находится в том же городе, на берегу реки Кальмиус. Он получил вполне заслуженное звание террикона с самой красивой панорамой. С его 37-метровой вершины открывается великолепный вид на Донецк.
А в соседней Макеевке расположен необычный «рогатый» террикон! Его вершину венчают два скалистых выступа, которые очень сильно напоминают рога крупного быка. Согласно легенде, именно в этом месте из под-земли пытался выбраться черт. Но попытка оказалась неудачной. Черт увидел солнце и тут же окаменел. Так и остались торчать из толщи горы его страшные рога.
Что делать с терриконами?
Что такое терриконы? Прежде всего это достаточно вредные для окружающей среды объекты. Они сильно загрязняют воздух, грунты и подземные воды. Кроме того, эти образования ведут себя иногда довольно агрессивно. Например, на том же Донбассе каждая четвертая рукотворная гора считается горящей и потенциально опасной.
Что же делать с ними? Существует несколько возможных вариантов:
- засыпать обратно в отработанные шахты (такая практика широко применяется в западных странах);
- рекультивировать (озеленить и облагородить);
- разровнять и застроить (промышленными или складскими зданиями);
- разобрать на дороги (в некоторых странах пустую породу угольных шахт используют для прокладки автомобильных трасс).
Источник