Использование отходов, вскрышных и сопутствующих пород

Неудовлетворительно пока используются отходы горнодобывающих и перерабатывающих предприятий, вскрышные и сопутствующие породы разрабатываемых месторождений. Из-за отставания строительства специализированных цехов на предприятиях ценное для народного хозяйства сырье подчас не используется.

В результате накопления огромных отвалов горно-обогатительных угольных комбинатов и металлургических заводов, а также многочисленных терриконов угольных шахт из народнохозяйственного оборота изъяты значительные площади земли, к тому же последние требуют дополнительных издержек для организации специальных служб по их содержанию. Огромные отвалы вызваны разработкой также и других полезных ископаемых.

В своих трудах Д.И. Менделеев (еще в начале XX века) неоднократно с широкой народнохозяйственной точки зрения рассматривал проблему использования отходов и отбросов в промышленном производстве, указывая, что главная цель передовой технологии — отыскание способов производства полезного из бросового бесполезного. Суть этих требований сводится к тому, чтобы:

— «по возможности превращать всякие свои отбросы в товары, имеющие приложение, хотя бы при этом не только не было выгоды, но и был бы некоторый расход;

— по возможности возвращать в производство свои отбросы;

— использовать отбросы, неизбежно поступающие в воздух, например, с дымом, в воду (например, при промывке), чтобы не причиняли вреда окрестным жителям».

Совершенно очевидно, что современные масштабы разработки месторождений полезных ископаемых требуют проявления все большего внимания к утилизации отходов горной промышленности. Важнейшее значение имеет использование отходов заводов цветной металлургии. В них скопилось более 260 млн. т шлаков, в том числе около 135 — никелевого производства (0,07—0,17% никеля, 15—25% железа), около 100 — медеплавильного производства (0,3—0,7% меди, 2,8% цинка, 40—60% железа) и более 10 — свинцово-цинкового производства (2—14% цинка, 0,3—2,2% свинца, 0,4—1% меди, 30—40% железа). На свинцовых заводах потери свинца со шлаками достигают 75% всей суммы потерь, а меди — на медеплавильных — 90%. Ежегодное пополнение шлаковых отходов достигает 12—15 млн. т.

Нередко шлаки отличаются высоким содержанием металлов; например, на предприятиях Восточного Казахстана содержание металлов в них в 2—3 раза превышает содержание их в рудах, добываемых на ряде горно-обогатительных предприятий. Условная ценность 1 т шлаков заводов Восточного Казахстана составляет 60—80 руб., тогда как условная ценность 1 т свинцово-цинковых руд 25—40 руб. В шлаках меднорудной плавки содержание меди 0,3—0,5%, цинка 2—7%, железа 26—30%. Более высоким качеством отличаются конверторные шлаки медного производства: в них содержание меди составляет 1—3%, цинка 0,5—8% и железа — до 50%. Кроме того, в шлаки переходит 17—36% содержащегося в концентрате кадмия, 45—79% олова, 54—83% германия, 46—62% таллия, а также часть селена, теллура и благородных металлов. На Урале только на одном Кировградском комбинате с 1934 г. накопилось около 15 млн. т шлака, в котором содержится железа 3,3 млн. т, меди 35 тыс. т, цинка 22 тыс. т и большие количества других компонентов.

Технологические схемы непрерывной безотвальной комплексной переработки цинковых шлаков, а также жидких шлаков медной и свинцовой плавок могут служить основой для сооружения промышленных установок на Алтае и Урале. На одном из свинцовых заводов действует промышленная установка для извлечения из металлургических шлаков свинца, цинка и меди, позволяющая получать ежегодно свыше 5 млн. руб. дополнительной прибыли.

Разработанная технология переработки холодных шлаков вельцеванием позволит получать дополнительно свинец, цинк, редкие элементы, а в переделе !магнитного обогащения клинкера—железо, медь и благородные металлы. Силикатная часть шлаков может быть использована для каменного литья и шлако-ситалловых изделий.

На Алмалыкском горно-металлургическом комбинате уже в течение ряда лет часть конверторного шлака перерабатывают па обогатительной фабрике совместно с рудой, при этом извлечение меди из него составляет 78—80%.

Флотационный способ переработки конверторных шлаков требует в 2 раза меньших энергетических затрат, чем электротермический, и для малоцинковистых конверторных шлаков Красноуральского и Карабашского медных заводов экономически более рационален. Между тем для переработки цинксодержащих конверторных шлаков Среднеуральского медеплавильного завода экономически предпочтителен электротермический способ, так как при флотации шлаков основная часть цинка (85—87%) будет потеряна с хвостами.

В 1975 г. в 1,5 раза больше, чем в 1970 г., переработано шлаков, содержащих цинк, свинец и олово. В десятой пятилетке объем переработки этих шлаков возрастет еще в 4 раза (из текущего производства и из отвалов).

Предусмотрен ввод мощностей по переработке шлаков на Усть-Каменогорском свинцово-цинковом и Лениногорском полиметаллическом комбинатах, что позволит ежегодно из 700 тыс. т отвальных шлаков получать значительное количество цинка и свинца. В 1975 г. введена в эксплуатацию шлаковозгоночная установка на Чимкентском свинцовом заводе, организована переработка холодных шлаков в вельц-печах Алмалыкского цинкового завода.

Значительные успехи достигнуты в утилизации шлаков черной металлургии, общий выход которых в 1975 г. составил 70,4 млн. т, из них доменных 64,5%, сталеплавильных 31,7% ц ферросплавных 3,8%. Впервые уровень переработки доменных шлаков, включая отвальные, превысил выходи составил 102,1%. Полную переработку шлаков производят металлургические заводы «Азовсталь», Ново-Липецкий и ряд других.

В целом по стране экономический эффект, полученный предприятиями черной металлургии от переработки шлака и извлечения металла, составил 79,6 млн. руб. Переработка доменных шлаков на заводе «Азовсталь» дает в год более 7 млн. руб. прибыли. Продукты шлакопереработки отправляются с завода в сотни адресов. Большое количество гранулированного шлака получают цементники России, Азербайджана и Грузии. Шлаковый щебень идет в Москву, Киев, Минск, Волгоград, Ярославль и другие города страны. На азовстальской пемзе работают многие домостроительные комбинаты и заводы железобетонных изделий Украины и Молдавии. Широким спросом пользуются и минераловатные плиты, обладающие прекрасными теплоизоляционными свойствами. В строительные материалы превращается не только огненножидкий шлак, но одновременно отрабатываются и старые отвалы. Титанистую пемзу начали изготовлять на Нижнетагильском металлургическом комбинате из шлаков, получаемых при переработке титаномагнетитовых руд Качканарского месторождения. В последнее время наметилась тенденция увеличения использования сталеплавильных шлаков в доменных печах, агломерационном производстве и вагранках.

К концу десятой пятилетки Минчермет бывш. СССР намечает перевести все доменные цехи на работу без шлаковых отвалов и резко повысить переработку сталеплавильных и ферросплавных шлаков. Возрастет переработка сталеплавильных шлаков, в основном за счет увеличения выпуска щебня и использования шлаков в аглодоменном производстве и вагранках, а также за счет повышения выпуска известняковой и фосфорной шлаковой муки для сельского хозяйства.

Крупные отходы в виде красного шлама накапливаются на глиноземных заводах. Впервые технология процесса полной его переработки была разработана на Ямайке. Экономическая выгода от восстановления железа, TiO2 и сульфата алюминия из красного шлама невелика вследствие небольшой стоимости этих продуктов, однако ценность этого метода заключается в том, что он позволяет сохранить земли, окружающие глиноземные заводы. Крупнейший на Ямайке завод в Нейне мощностью 1 млн. т глинозема в год получил при переработке хвостов 323 тыс. т железа в порошке, 60 тыс. т TiO2 и 900 тыс. т сульфата алюминия.

В последнее время в ряде стран начинает развиваться производство окатышей из рудной мелочи, скапливающейся в отвалах рудников при добыче марганцевой кусковой руды. В начале 1973 г. в северной части Бразилии вступила в строй первая в мире фабрика по производству окатышей из марганцевых руд, использующая в качество сырья рудную мелочь из отвалов рудника Серра-ду-Навиу. Затраты на сооружение фабрики оценены в 15 млн. долл. Проектная мощность предприятия 213 тыс. т окатышей в год. Строительство фабрик по агломерации и окомкованию рудной мелочи предполагается в Габоне, на руднике Моанда, где на долю мелкой руды приходится около 1/3 всего добываемого сырья, а также в Австралии и в Индии.

Возрастающую потребность в строительных материалах можно в значительной степени удовлетворить путем более полной утилизации попутно извлекаемых горных пород и особенно вскрышных при разработке месторождений различных полезных ископаемых открытым способом. Рациональное использование таких пород позволит сократить добычу сырья на предприятиях промышленности строительных материалов и, как следствие, обеспечит сохранность земель, которые были бы нарушены деятельностью специализированных предприятий по добыче строительных материалов.

На Оленегорском горно-обогатительном комбинате организовано производство строительного щебня из пород вскрыши и силикатного кирпича из хвостов обогатительной фабрики. Щебеночный завод получает сырье бесплатно и выпускает в год 350 тыс. т щебня, что дает около 300 тыс. руб. прибыли. Кирпичный завод использует пески хвостохранилища. Большинство зданий города построены и строятся из кирпича, выпускаемого этим заводом. Проект реконструкции завода предусматривает расширение производства кирпича до 120 тыс. штук в год, что даст возможность использовать половину сбрасываемых фабрикой хвостов и тем самым значительно сократить затраты на сооружение и содержание хвостохранилищ.

В Калифорнии разработан способ изготовления кирпичей из хвостов, получаемых при обогащении медных руд. Результаты работы на опытной установке показали, что себестоимость тысячи кирпичей составляет 33,64 долл. (при продажной цене 80 долл.). Спрос на эти изделия является постоянным и гарантирует, даже при значительной стоимости транспортировки, рентабельность производства.

На комбинате «Ураласбест», разрабатывающем Баженовское месторождение, кроме хризотил-асбеста выпускаются холодный асфальт, толерубероидная галя, щебень, песок и материалы для балластировки железнодорожных путей. Общий объем использования отходов по комбинату «Ураласбест» в настоящее время составляет около 9 млн. т в год и он может быть значительно увеличен, если будут расширены возможности транспортировки полученных продуктов. Недостаточно используются отходы обогащения руд на разрабатываемых других месторождениях асбеста.

Вне народнохозяйственного оборота находятся миллионы тонн высококачественных заменителей строительного щебня в шлаковых и хвостовых отвалах металлургических и горных предприятий Украины, КМА, Урала, Казахстана и Средней Азии, а также в терриконах шахт Карагандинского бассейна. Породы перегоревших и потушенных терриконов угольных шахт Карагандинского промрайона могут быть использованы в качестве щебня и заполнителя в бетоны, а также для производства аглопорита и в качестве гидравлической добавки в цемент марки «400». В настоящее время количество таких пород оценивается в 130 тыс. м3.

На Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате отходы цеха обогащения в тяжелых суспензиях по всем технологическим показателям относятся к высшим маркам щебня, пригодным для производства высокопрочных бетонов (дорожных, аэродромных), а также балласта для железных дорог. Годовой выход щебня составляет 1 млн. т. При переработке фосфоритных руд Каратауна фосфорных заводах образуются «фосфоритные шлаки», из которых могут быть получены шлаковый щебень, по прочности близкий к гранитному, и шлаковая пемза.

На криворожских железорудных горно-обогатительных комбинатах ежегодно сбрасывается в отвалы более 20 млн. м3 твердых скальных пород, пригодных для производства строительного и дорожного щебня, на Центральном ГОКе из кристаллических сланцев, поступающих в отвалы в количестве около 1 млн. м3 в год, возможно изготовление керамзита по себестоимости в 2,5 раза ниже отпускной цены. В Никопольском марганцеворудном бассейне ежегодно сбрасывается в отвалы более 130 млн. м3 вскрышных пород, в том числе 7—8 млн. м3 бентонитоподобных глин, около 25 млн. м3 керамических и керамзитовых глин, до 5 млн. м3 чистых кварцевых песков и 2,5 млн. м3 строительных известняков. На Ангренском угольном месторождении вскрышные породы представлены кварцевыми песками, пригодными для получения стекла, силикатного кирпича и формовочных материалов, известняками и мергелями, дающими высококачественную известь и портландцемент и, наконец, огнеупорными глинами и каолинами, пригодными для использования в алюминиевой, фарфоро-фаянсовой и бумажной промышленности.

Мощные пласты мела (почти 70-метровой толщины), залегающие над железной рудой Стойленского рудника, являются сырьем для Старооскольского цементного завода мощностью 2400 тыс. т цемента в год, но миллионы тонн мела еще складируются в отвалах рудников. Выбрасывается в отвалы огромное количество вскрышных пород КМА; отвалы занимают большие площади черноземных земель — одного из основных природных богатств центральных областей России. На некоторых горнорудных и металлургических предприятиях отходы производства могут быть использованы в качестве минеральных удобрений для сельского хозяйства.

Большой экономический эффект может быть получен при применении в качестве сырья для производства строительных материалов пылевидной золы и кусковых шлаков тепловых электростанций, работающих на угле и торфе. Ежегодный выпуск такой продукции составляет примерно 70 млн. т, и около каждой большой электростанции отвалы золы и шлаков занимают площади в 400—800 га. В масштабах страны для этой цели ежегодно отводится до 2 тыс. га земли, что приводит к потере многих ценных сельскохозяйственных угодий. Между тем технологические свойства золы и шлаков позволяют получать из них цемент, мягкие и тяжелые заполнители, минеральные добавки по себестоимости более низкой, чем при изготовлении этой продукции из природного сырья. Из шлаковых расплавов можно готовить литые изделия с высокой кислотостойкостью и получать минерализованные теплоизоляционные материалы.