Отходы при добычи рудных полезных ископаемых

Более 90% образующихся отходов промышленного производства составляют отходы добычи и обогащения полезных ископаемых.

Виды отходов добычи и обогащения полезных ископаемых

Вскрышные породы открытой добычи
Вмещающие породы шахтной добычи
Порода, шламы, хвосты обогащения (флотации)
Шахтные воды
Газообразные выбросы

Отрасли, в которых образуется основная масса отходов добычи и обогащения

Угольная промышленность
Черная металлургия
Цветная металлургия
Химическая промышленность (включая производство минеральных удобрений)

Виды отходов добычи и обогащения каменного угля и нормативы их образования

Вскрышные породы	36-40 тыс. куб. м/т угля
Вмещающие породы	110-150 куб. м/т угля
Отходы углеобогатительных фабрик (хвосты обогащения)	100-120 куб. м/т угля

Состав сырьевых компонентов в отходах добычи и обогащения каменного угля

Горючий материал (угольная крошка, угольная пыль, водоугольная взвесь)
Природный камень (каменный материал)
Гравий, песок
Глинистые породы (глины, коалиты, оргиллиты, суглинки)
Горелые глинистые породы

Направления возможного использования отходов добычи и обогащения каменного угля

В черной металлургии – (горелые глинистые породы) для производства огнеупоров и в качестве компонента в технологии подготовки железно-рудного сырья
В строительной промышленности – для производства агломерата, кирпича, керамзита, железобетонных изделий и др.
В строительстве – в качестве строительного материала для сооружения оснований (фундаментов) зданий и дорог
В химической промышленности – в качестве компонента при получении сернистых соединений
В черной и цветной металлургии – в качестве сырья и сырьевых добавок при производстве кремне-алюминиевых сплавов, карбидкремниевых материалов, кислородных соединений алюминия и др.
В газовой и нефтедобывающей промышленности – (хвосты обогащения) для приготовления тампонажных растворов
В сельском хозяйстве – в качестве удобрений и добавок к ним

Отходы добычи и обогащения железных и марганцевых руд и нормативы их образования

Нормативы образования отходов зависят от процентного содержания железа и марганца в исходном сырье, глубины залегания рудного сырья и др. подобных факторов
Вскрышные и вмещающие породы	60-70 % от объема извлекаемой горной массы
Хвосты сухой магнитной сепарации при обогащении железных руд	5-12 % от переработанной руды
Хвосты мокрой магнитной сепарации при обогащении железных руд	35-80 % от переработанной руды
Хвосты мокрой магнитной сепарации при обогащении марганцевых руд	до 6 % от переработанной руды
Отходы флотации и дешламации при обогащении марганцевых руд	до 45 % от переработанной руды

Состав сырьевых компонентов отходов добычи и обогащения железных и марганцевых руд

Остатки невыбранных компонентов железных и марганцевых руд (от 2 до 16 % от уровня первичного извлечения)
Окисленные мартитовые кварциты
Силикат, карбонат
Природный камень (каменный материал)
Гравий, песок
Глинистые породы

Направления возможного использования отходов добычи и обогащения железных и марганцевых руд

В черной металлургии – для дальнейшей переработки и доизвлечения полезных компонентов
В строительстве – в качестве замены щебня, песка или в дополнение к ним

Отходы добычи и обогащения руд цветных металлов и нормативы их образования

Вскрышные породы при добыче бокситов для производства алюминия	до 320 куб. м /т бокситов
Вскрышные породы при добыче нефелинового сырья для производства алюминия	до 4-5 тыс. куб. м /т нефелинового сырья
Шлам (спекальный, «Байеровский) при производстве глинозена	до 7 т/т глинозема
Вскрышные породы при добыче медно-цинковых руд	17-19 куб. м/ т руды
Хвосты обогащения медно-цинковых руд (производство медного концентрата)	80-88 куб. м/ т медного концентрата
Хвосты обогащения медно-цинковых руд (производство цинкового концентрата)	100- 114 куб. м /т цинкового концентрата
Вскрышные породы при добыче медно-никелевых руд	18-19 куб. м/ т кондиционного рудного сырья
Хвосты обогащения медно-никелевых руд (производство никелевого концентрата)	90-98 куб. м/ т никелевого концентрата

Состав сырьевых компонентов отходов добычи и обогащения руд цветных металлов

Остатки невыбранных компонентов руд цветных металлов (приравниваются к бедным и труднообогатимым рудам с содержанием ценных компонентов от 0,2 до 40% от уровня первичного извлечения)
Сопутствующие компоненты руд черных, драгоценных и редкоземельных металлов
Компоненты апатито-нефелиновых, фосфоритных и других сырьевых элементов для химической промышленности

Направления возможного использования отходов добычи и обогащения руд

В черной и цветной металлургии — для повторной переработки и извлечения из них руд черных, цветных, драгоценных и редкоземельных металлов
В черной металлургии — в качестве дополнительного, (а в некоторых случаях единственного) источника сырья марганцевых руд, сырья для получения легированных железных порошков, легированных окисленных окатышей и других ценных материалов
В строительной промышленности — в качестве глинистого компонента при производстве белых цементов, строительного гипса
В сельском хозяйстве — в качестве удобрений
В горно-рудной промышленности — для гидравлической закладки выработанных пространств шахт и рудников
В машиностроении и металлообработке — в технологии производства (кварцевые пески) литых чугунных и стальных изделий

Отходы добычи и обогащения рудного сырья химической промышленности и нормативы их образования

Вскрышные породы при добыче руд, содержащих серу	0,5-0,6 т/т рудного сырья
Хвосты флотации при обогащении серных руд	4,0-5,3 т/т обогащенного рудного сырья
Вскрышные породы при добыче руд, содержащих магний	2,0-2,2 т/т рудного сырья
Вскрышные породы при добыче апатитовых и фосфоритовых руд	5 т/т рудного сырья
Хвосты флотации при производстве апатитового концентрата	1,7 т/т концентрата
Хвосты флотации и отходы промывки фосфорного сырья при производстве флотационного и мытого фосфорного концентратов	2-5,2 т/т концентрата

Состав сырьевых компонентов отходов добычи и обогащения рудного сырья химической промышленности

Остатки невыбранных компонентов апатито-нефелиновых фосфоритных, боратовых руд, серы и других сырьевых продуктов (от5 до 50% от уровня первичного извлечения)
Суглинки и неогеновые глины
Природный камень, гравий, песок
Гравийно-песчаная смесь в чистом виде и в смеси со щелочными компонентами, известняком, гипсом суглинками и др. глинистыми материалами
Гипс, гипсовый камень, известняк
Глинистые материалы, включая соленостную глину

Направления возможного использования отходов добычи и обогащения рудного сырья химической промышленности

В химической (горно-химической) промышленности — для повторной переработки и доизвлечения полезных компонентов, а также в качестве закладочного материала выработанного пространства шахт и рудников
В цветной промышленности — для повторной переработки и извлечения компонентов цветных металлов
В строительстве и промышленности строительных материалов – в качестве строительного материала для сооружения оснований зданий, дорог, в качестве материала для изготовления железо-бетонных изделий, керамической продукции и др.
В сельском хозяйстве — в качестве минерального удобрения

Источник

Полезные ископаемые представляют собой фундамент цивилизации. Извлеченные из недр Земли, они подвергаются обработке для получения металлов, химикатов, строительных материалов, удобрений и топлива. Наше развитое общество не может существовать без таких предметов потребления. Они являются базой для изготовления почти 3/4 объема нашего общего национального продукта.

Но при извлечении, обработке полезных ископаемых и использовании большинства продуктов, изготовленных из них, образуются отходы. Иногда они образуются при добыче руд. В западных штатах США в руднике с добычей меди открытым способом каждый час добывается 300 т медной руды, предназначенной для дробления. При добыче такой руды, содержание меди в которой настолько мало, что использование только метода экстрагирования может сделать рентабельной эксплуатацию рудника, снимаются тысячи тонн земли и скальных пород, лежащие над залежами руды. Вблизи рудника постепенно образуются огромные скопления отходов, из которых ветер выдувает пыль, загрязняющую воздух, а дожди выносят кислоты, загрязняющие реки. Экономические вопросы, связанные с рекультивацией земель, разрушенных при подобном методе добычи полезных ископаемых, редко рассматриваются, поэтому в настоящее время большие территории США отмечены неприглядными символами непрерывных поисков полезных ископаемых.

В штате Флорида мощные машины черпают из земли гальку, содержащую фосфаты, — первая стадия процесса получения удобрений. Затем при разделении фосфорных соединений каждый час образуется примерно 700 т отходов. Чтобы избежать загрязнения поверхностных водоемов, шлаки сбрасывают в огромные ямы, где они хранятся многие годы в ожидании разработки эффективных методов организация утилизации отходов. Отходы при добычи рудных полезных ископаемых

Каждый год в США образуется более 1 млрд. т отходов от обработки полезных ископаемых. Полное накопление таких материалов на сегодняшний день требует приблизительно 0,8 млн. га. Это приблизительно соответствует той самой площади, которая требует рекультивации после добычи ископаемых открытым способом.

Добавочные миллионы тонн отходов накапливаются после использования полезных ископаемых и их продуктов. В большом северо-западном городе для выработки электроэнергии за один час сжигается 400 т каменного угля. При сгорании 400 т угля примерно 40 т превращается в летучую золу. Выработанное электричество служит миллионам потребителей, а потребителей летучей золы относительно немного. Каждый год необходимо каким-то образом избавиться от миллионов тонн такого нежелательного продукта. Эти отходы очень многочисленны, и их нелегко распределить по категориям согласно происхождению, химическому составу или физической форме.

Неприятности, связанные с накоплением таких отходов от полезных ископаемых, и их потенциальная опасность для окружающей среды и нашего здоровья вызывают к ним все возрастающую антипатию общественности. Однако в конце концов самый убедительный довод в пользу реализации таких отходов — бесполезная потеря ценных природных ресурсов, которые они представляют. Ибо почти неизменно такие отходы содержат ценные полезные ископаемые, использование которых обусловлено ростом населения и экономическими соображениями. Конечно, регенерация отходов экономически целесообразна, однако, чтобы называться приемлемым источником полезных ископаемых, отходы должны конкурировать по стоимости с природными источниками— рудами. В этом отношении несколько факторов свидетельствуют в пользу применения отходов: их изобилие, доступность (которая исключает необходимость проведения дорогостоящих работ по добыче полезных ископаемых) и возрастающее желание производителей отходов разрабатывать методы утилизации, социально более приемлемые, чем свалка. Такое желание является важным стимулом для проведения правительственных и частных исследований по регенерации отходов.

Проблемами потенциальных возможностей использования отходов от добычи полезных ископаемых и их измельчения занимаются многие ученые. Для определения металлических и неметаллических составляющих, обусловливающих наилучшие перспективы регенерации, делают анализ проб отходов, взятых из основных свалок страны.

Проект, выдвинутый в шт. Пенсильвания, включал проведение экспериментов по рекультивации земель в нескольких районах открытой добычи полезных ископаемых с целью разработки дешевых методов. Отходы, образованные при подземной добыче ископаемых, используются для заполнения подземных пустот и поддерживания тех слоев земли, которые расположены над залежами полезных ископаемых. Таким образом, при открытой добыче ископаемых будут спасены и сохранены для использования в будущем большие площади земель, так как в этом случае отсутствуют проблемы, связанные с карстовыми явлениями.

Статья продвинута программой Rich Key.

Источник

По данным ЮНЕСКО, в мире ежегодно извлекают из недр более 120 млрд. т руд, горючих ископаемых, другого сырья (20 т сырья на каждого жителя планеты). По масштабам извлекаемого и перерабатываемого сырья хозяйственная деятельность человека превзошла вулканическую (10 млрд. т в год) и размыв суши всеми реками мира (25 млрд. т в год). Эта деятельность, кроме того, сопровождается образованием колоссального количества отходов.

Основными «производителями» многотоннажных отходов являются:

горнообогатительная, металлургическая, химическая, лесная и деревообрабатывающая, текстильная отрасли промышленности;
энергетический комплекс;
промышленность строительных материалов; агропромышленный комплекс;
бытовая деятельность человека.

Из отраслей материального производства, способных потреблять промышленные (техногенные) отходы, наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Отходы производства или побочные продукты промышленности являются вторичными материальными ресурсами. Многие отходы по своему составу и свойствам близки к при-родному сырью. Установлено, что использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40 % потребности строительства в сырьевых ресурсах.

Применение промышленных отходов позволяет на 10-30 % снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья, создавать новые строительные материалы с высокими технико-экономическими показателями и, кроме того, уменьшить загрязнение окружающей среды.

Все техногенные отходы можно разделить на две большие группы: минеральные и органические. Преобладающее значение имеют минеральные отходы: их больше, они лучше изучены и имеют наибольшее значение для производства строительных материалов.

В зависимости от преобладающих химических соединений минеральные отходы делят на силикатные, карбонатные, известковые, гипсовые, железистые, цинксодержащие, щелочесодержащие и т.д. Наибольшую практическую применимость имеет классификация отходов по отраслям промышленности их образующим и классификации для отдельных видов отходов.

Шлаки черной металлургии

Шлаки черной металлургии – побочный продукт при выплавке чугуна из железных руд (доменные, мартеновские, ферромарганцевые). Выход шлаков очень велик и составляет от 0,4 до 0,65 т на 1 т чугуна. В их состав входит до 30 различных химических элементов, главным образом в виде оксидов. Основные оксиды: SiO2, Аl2О3, CaO, MgO. В меньших количествах присутствуют FeO, MnO, P2O5, ТiO2, V2O5 и др. Состав шлака зависит от состава кокса, пустой породы и определяет особенности применения шлака. В производстве строительных материалов используется 75 % общего количества доменных шлаков. Основным потребителем является цементная промышленность. Ежегодно она потребляет миллионы тонн гранулированного доменного шлака. Грануляция заключается в быстром охлаждении шлакового расплава, в результате чего шлак приобретает стекловидную структуру и, соответственно, высокую активность.

Сталеплавильные (мартеновские) шлаки применяются в меньшей степени. Трудности их использования связаны с неоднородностью, непостоянством химико-минералогического состава и физико-механических свойств.

Шлаки цветной металлургии чрезвычайно разнообразны по составу. Наиболее перспективное направление их использования – комплексная переработка: предварительное извлечение цветных и редких металлов из шлака; выделение железа; использование силикатного остатка шлака для производства строительных материалов.

При получении цветных металлов с помощью так называемых «мокрых» технологий образуются не шлаки, а шламы (буквальный перевод с немецкого — «грязь»). Это общее название осадков суспензий, получаемых в металлургических и химических производствах в результате процессов, осуществляемых гидрохимическим способом. Например, побочным продуктом при производстве алюминия является бокситовый шлам — рыхлый сыпучий материал красного цвета. При получении глинозема из нефелинового сырья в качестве побочного продукта образуется нефелиновый шлам. Иначе он называется белитовым шламом, так как в основном состоит из мелких кристаллов минерала белита. Если глинозем получают из высокоалюминатных глин, в качестве побочного продукта образуется каолиновый шлам и т.д. Основное применение все эти шламы находят в цементном производстве.

Золы и шлаки тепловых электростанций

Золы и шлаки тепловых электростанций (ТЭС) – минеральный остаток от сжигания твердого топлива. Одна ТЭС средней мощности ежегодно выбрасывает в отвалы до 1 млн. т золы и шлака, а ТЭС, сжигающая многозольное топливо, – до 5 млн. т. По химическому составу топливные золы и шлаки состоят из SiO2, AI2O3, СаО, MgO и др., а также содержат несгоревшее топливо. Используются топливные золы и шлаки всего на 3-4 % от их ежегодного выхода.

Использование зол ТЭС в строительстве и других отраслях сдерживается целым рядом факторов, в частности тем, что на многих ТЭС используется гидроудаление золы, и получаемые золошлаковые отходы (ЗШО) неоднородны и имеют нестабильные физико-химические характеристики.

На современных ТЭС уголь сжигают в пылевидном состоянии. Шлак образуется в результате слипания размягченных частиц золы в объеме топки и накапливается в шлаковом бункере под топкой. Размер зерен шлака 1-50 мм. Зола уносится из топки с дымовыми газами (зола уноса) и улавливается при их очистке в циклонах и электрофильтрах. Размер частиц золы колеблется от нескольких микрон до 50-60 мкм. Большинство зол имеют сферическую форму частиц, гладкую остеклованную поверхность.

Золы и шлаки ТЭС возможно использовать при производстве практически всех строительных материалов и изделий. Например, введение 100-200 кг активной золы (уноса) на 1 м3 бетона дает возможность экономить до 100 кг цемента. Шлаковый песок пригоден для замены природного песка, а шлаковый щебень – в качестве крупного заполнителя.

Отходы горнодобывающей промышленности

Вскрышные породы – горнорудные отходы, отходы добычи разнообразных полезных ископаемых. Особенно большое количество этих отходов образуется при добыче открытым способом. По ориентировочным подсчетам в стране ежегодно образуется свыше 3 млрд. т отходов, которые являются неисчерпаемым источником сырья для промышленности строительных материалов. Однако в настоящее время они используются лишь на 6-7 %. Вскрышные и пустые породы находят применение в зависимости от своего состава (карбонатные, глинистые, мергелистые, песчаные и т.д.).

Вскрышные породы – не единственные отходы горнодобывающей промышленности. Большое количество пустой породы поднимается на поверхность земли, измельчается и направляется в отвалы в виде хвостов обогащения. Горно обогатительные комбинаты сбрасывают в отвалы большое количество флотационных хвостов, образующихся в частности при переработке руд цветных металлов. Отходы угледобычи и углеобогащения образуются на углеобогатительных фабриках. Для отходов угледобычи характерно постоянство состава, что их выгодно отличает от других видов минеральных отходов.

Попутно добываемые породы и отходы промышленной переработки рудных полезных ископаемых отличаются по генезису, минеральному составу, структуре и текстуре от традиционно применяемых при производстве строительных материалов. Это объясняется существенным отличием глубин карьеров по добыче сырья для стройиндустрии (20-50 м) от современной разработки рудных месторождений (350-500 м).

Гипсовые отходы

Гипсовые отходы химической промышленности – продукты, содержащие сульфат кальция в той или иной форме. Научные исследования показали полноценную заменимость традиционного гипсового сырья отходами химической промышленности.

Фосфогипс – отход при производстве фосфорных удобрений из апатитов и фосфоритов. Он представляет собой CaSO4?2H2O с примесями неразложившегося апатита (или фосфорита) и неотмытой фосфорной кислоты.

Фторгипс (фторангидрит) – побочный продукт при производстве фтористоводородной кислоты, безводного фтористого водорода, фтористых солей. По составу это CaSO4 с примесями исходного неразложившегося флюорита. Он может содержать также неотмытую серную кислоту.

Титаногипс – отход при сернокислотном разложении титано-держащих руд. Борогипс – отход производства борной кислоты. Сульфогипс получается при улавливании серного ангидрида из дымовых газов ТЭС.

Электротермофосфорные шлаки – отходы производства фосфорной кислоты, получаемой по электротермическому способу. В гранулированном виде содержат 95-98 % стекла. Основные оксиды, входящие в их состав, SiO2 и СаО. Являются ценным сырьем в производстве вяжущих веществ.

Отходы деревообработки и лесохимии

В настоящее время в нашей стране лишь 1/6 часть древесных отходов используется в целлюлозно-бумажной промышленности и промышленности строительных материалов.

Практически не используются кора, пни, вершины, ветви, сучья, а также отходы деревообработки – стружка, щепа, опилки.

Отходы целлюлозно-бумажной промышленности

Отходы целлюлозно-бумажной промышленности – осадки сточных вод и другие промышленные шламы. Скоп – продукт, получившийся в результате механической очистки сточных вод. Это грубодисперсные примеси, состоящие в основном из волокон целлюлозы и частиц каолина. Активный ил – продукт биологической очистки сточных вод, находящийся в виде коллоидов и молекул.

Отходы промышленности строительных материалов

При получении цементного клинкера до 30 % объема обжигаемого продукта уносится с дымовыми газами из печей в виде пыли. Эта пыль может возвращаться в производство, а также использоваться для раскисления почв и в производстве вяжущих веществ. Кирпичный бой, старый и бракованный бетон используются в качестве искусственного щебня. Бетонный лом – отход предприятий сборного железобетона и сноса строительных объектов. Огромные объемы реконструкции жилого фонда, промышленных предпри-ятий, транспортных сооружений, автодорог и т.д. ставят важную научно-техническую задачу по переработке отходов бетона и железобетона. Разработаны различные технологии разрушения строительных конструкций, а также специальное оборудование для переработки некондиционного бетона и железобетона.

Прочие отходы и вторичные ресурсы – отходы и бой стекла, макулатура, тряпье, резиновая крошка, отходы и попутные продукты производства полимерных материалов, попутные продукты нефтехимической промышленности и т.д.

Из книги: Микульский В.Г.
Строительные материалы (Материаловедение и технология)

Источник