Целью модуля является рассмотрение месторождений электротермофосфорных шлаков, условий их формирования и направлений использования в различных отраслях стройиндустрии

Значительный интерес для производства строительных материалов представляют электротермофосфорные шлаки - отходы электротермической переработки фосфоритовых руд. Электротермофосфорные гранулированные шлаки (ЭТФ-шлаки) представляют собой отходы производства желтого фосфора методом электротермической возгонки, получаемые быстрым охлаждением силикатного расплава, образующегося в электропечах при плавке шихты из фосфорной руды, кварцита и кокса. При выпуске 1 т фосфора получается 10-14 т огненно-жидкого шлака. Структура шлаков представлена стекловидной фазой (90-98 %) метасиликатного состава, имеющей микронеоднородное строение. Кристаллическая фаза - псевдоволластонит. Химический состав ЭТФ - шлаков в % по массе: SiО₂ - 34,0-45,0; А1₂О₃ - 1,07-3,29; СаО - 44,7- 50,0; MgO - 0,91-4,38; F - до 3; P₂O_{5 -} до 2,5 - свидетельствует о том, что они не могут служить полноценным заменителем традиционных видов алюмосиликатного и железосодержащего сырья.

Вязкость расплавов ЭТФ-шлаков ниже, чем доменных (при 1450 °С она равна 0,1—0,2 пз), что объясняется присутствием ионов фтора, способствующих разрушению кремнеалюмофосфоркислородных компонентов. При введении в сырьевую смесь оптимальных количеств ЭТФ-шлака (6-12 % сырьевой смеси) может быть достигнут значительный минерализующий эффект, значение которого зависит от содержания P₂O₅ и F в исходных сырьевых материалах, химического состава шихты, ее коэффициента насыщения и модулей, соотношения фосфорного ангидрита и фтора в применяемом шлаке. В качестве сырьевого компонента при производстве цементного клинкера могут использоваться не только гранулированные, но и закристаллизованные (отвальные) ЭТФ-шлаки, которые, кроме псевдоволластонита, содержат ранкинит, ольдгамит, флюорит и силикофосфаты.

Основная масса таких шлаков образуется в СНГ на Чимкентском заводе ОАО "Фосфор", Джамбульском "Химпром" и Ново-Джамбульском фосфорном заводе, работающих на базе фосфоритов бассейна Каратау в Казахстане. Годовой выход отходов на перечисленных заводах составляет 4 млн.т., а с полным освоением мощностей Ново-Джамбульского завода превысит 6 млн.т. Небольшое электротермофосфорное производство (0,4 млн.т. шлаков в год) имеется в Поволжье на ОАО «Фосфор» (ранее называлось ПО «КуйбышевФосфор»).

Электротермофосфорные шлаки близки по своим свойствам к доменным и используются в двух направлениях: производстве гранулированного шлака - более 2 млн.т в год и производстве литого щебня -1,2 млн.т в год.. Гранулированный шлак идет в основном (70 % и более) в производство цемента, а также в качестве бесцементного вяжущего. Шлаковый щебень используется в качестве наполнителя в бетон, для дорожных покрытий, в производстве минеральной ваты. Часть шлаков (1,2 млн.т) отправляется в отвал. В настоящее время на заводах "Химпром" и "Фосфор" скопилось более 12 млн.т отвальных шлаков, в том числе в"Химпром" - 8,5 млн.т. Отвалами занято 50 га плодородных земель.

Выполненные в разное время исследования и проектные работки свидетельствуют о технической возможности и экономической целесообразности значительного расширения номенклатуры строительных материалов из электротермофосфорных шлаков.

Исследованиями Алма-Атинского НИИстромпроект установлено, что фосфорный шлак является ценным сырьем для производства вяжущих материалов, которые можно эффективно применять вместо извести для производства силикатного кирпича и силикатобетонных изделий автоклавного твердения.

Казахским ДорНИИ показана возможность применения в дорожном строительстве вяжущего из молотого гранулированного шлака, активированного добавкой извести или пыли клинкеробжигательных печей. В Чимкенте филиалом Каздорпроекта проектируется цех по помолу фосфорного шлака мощностью 100 тыс.т в год.

Казахским химико-технологическим институтом совместно с Ачисайским металлургическим цехом рекомендуется использование гранулированного фосфорного шлака для замены цемента при закладке горных выработок твердеющими смесями. На Миргалимсайском руднике строится комплекс по производству такого закладного материала.

УралНИИстромпроектом совместно с ЛенНИИгипрохимом разработана барабанная технология переработки огненно-жидких шлаков, на пемзу.

На основании всех этих разработок Алма-Атинским НИИстромпроектом совместно с Южгипроцементом выполнено ТЭО полной утилизации фосфорных шлаков предприятий Казахстана. На основании этого ТЭО их годовая переработка достигнет 6,7 млн. т шлака

Предусматриваются следующие направления и объемы переработки электротермофосфорных шлаков:

1) около 3,0 млн.т гранулированного шлака ежегодно будет направляться на цементные заводы Казахстана и Средней Азии для производства шлакопортландцемента;

2) 1335 тыс.т гранулированного шлака будет использоваться в производстве бесцементных шлаковых вяжущих для силикатных изделий;

3) около 300-500 тыс.т гранулированного шлака будет поставляться на строящиеся предприятия цветной металлургии Казахстана для изготовления на его основе сложного вяжущего для закладочного бетона;

4) на Джамбульском комбинате "Химпром" предусматривается получать из огненно-жидких шлаков 800 тыс.м3 пемзы и 440 тыс.м3 искусственногопеска в год. Часть литого шлакового щебня (80 тыс.т в год) намечается использовать для получения шлаковой ваты в кличестве 726 тыс.м3; 5) планируется 27 тыс. т гранулированного шлака использовать для производства 1352 тыс.м2 шлакоситалловых плит.

Возможности применения шлаков электротермического производства фосфора в производстве строительных материалов не менее широкие, чем металлургических и топливных. Наличие примесей соединений фосфора и фтора, более высокое содержание кремнезема и меньшее глинозема определяют некоторые особенности использования этого вида отходов.

Вяжущие материалы. Большинство фосфорных шлаков применяется в цементной промышленности. Фосфорный шлак соответствует требованиям, предъявляемым к активным минеральным добавкам искусственного происхождения. Сравнительно низкое содержание А1₂О₃ обусловливает меньшую гидравлическую активность фосфорных шлаков по сравнению с доменными. В нормальных температурных условиях шлак электротермофосфорного производства не обладает вяжущими свойствами, также незначительна его прочность в условиях пропаривания. Однако фосфорные шлаки хорошо активизируются щелочными возбудителями, в связи с чем их используют в производстве шлакощелочных вяжущих.

Установлена возможность комплексной активизации тонкомолотого электротермофосфорного шлака небольшими добавками извести (0,5 - 3,0 %), хлористыми, сернокислыми и углекислыми солями щелочных и щелочно-земельных металлов. Марки безобжиговых солешлаковых вяжущих при обработке: тепловлажностной - М200-М500, автоклавной - М300-М900. Для них характерна повышенная сульфатостойкость, применение их вместо цемента возможно лишь при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций без изменений существующих технологий с тепловлажностной обработкой в пропарочных камерах и автоклавах.

Использование безобжигового солешлакового вяжущего позволяет совместить технологию производства вяжущего и бесцементных бетонов в одном комплексе. При этом упрощается процесс производства вяжущих, который сводится к сушке и помолу гранулированного электротермофосфорного шлака совместно с добавкой извести-кипелки до удельной поверхности 2800-3500 см²/г. Так как все виды применяемых солей являются водорастворимыми, то введение их в бетонную смесь осуществляется с водой затворения.

Одной из областей применения безобжигового солешлакового вяжущего может служить производство на его основе легкобетонных панелей из бетонов классов В3,5-В10 и конструкционных керамзитобетонных изделий из бетонов классов В15-В25.Морозостойкость керамзитобетона классов В3,5-В10 составляет более 35 циклов, классов В15-В25 - более 50.

Прочность сцепления керамзитобетона с арматурой на солешлаковом вяжущем составляет 3,06-4,14 МПа, что соответствует показателям сцепления цементного керамзитобетона с арматурой.

Химический состав фосфорных шлаков позволяет частично или полностью заменить ими глинистый компонент в производстве порт-ландцементного клинкера. При добавке 3-5 % шлака возможно загус-тевание сырьевого шлама и снижение его текучести в результате коагуляции. При увеличении дозировки до 8-10% шлам вновь приобретает удовлетворительную растекаемость.

Фосфорные шлаки, содержащие до 3 % Р₂О₅, фтора 1 - 2 % и оксидов марганца 1 - 1,5%, являются комплексными минерализаторами и легирующими добавками, ускоряющими обжиг и положительно влияющими на активность портландцементного клинкера. Оксид фосфора содействует росту активности клинкера при содержании его не более 0,3 %, а при большем — нормальный процесс клинкерообразования нарушается и качество цемента снижается. Для получения в клинкере 0,2 - 0,3% Р₂О₅ количество фосфорных шлаков в сырьевой смеси должно составлять 8 - 10%. Отмечено, что при таком количестве шлака декарбонизация сырьевой смеси начинается при более низкой температуре и идет интенсивнее, а температура спекания снижается на 100 - 150 °С. Это обеспечивает снижение удельного расхода топлива на обжиг и повышение производительности печей на 3 – 6 %. Одновременно существенно повышается гидравлическая активность клинкера (на 5 - 10 МПа в 28-суточном возрасте). Легирующее действие фосфорных шлаков объясняется изменением свойств клинкерных минералов при образовании их твердых растворов, содержащих Р₂О₅ Изменение тонкой структуры клинкера приводит к снижению микротвердости минералов фосфорсодержащего клинкера, что, в свою очередь, снижает удельный расход электроэнергии на помол цемента.

Благодаря повышенному содержанию кремнезема, фосфорные шлаки могут заменять в сырьевой смеси кремнеземистые добавки, применяемые при выпуске сульфатостойкого портландцемента. Коэффициент сульфатостойкости и прочностные показатели цемента при твердении в сульфатных растворах возрастают на 10 – 15 %.

При содержании фосфорных шлаков в сырьевых смесях более 10 % резко повышается силикатный модуль и обжиг клинкера затрудняется, несмотря на минерализующее действие фтористых соединений. Увеличение в цементе количества оксида фосфора более 1,5 % замедляет сроки схватывания. Цемент с повышенным содержанием Р₂О₅ характеризуется меньшей теплотой гидратации в раннем возрасте, чем цемент с такой же минералогией, но изготовленный на обычном клинкере. В более позднем возрасте эта разница сглаживается.

Фосфорные шлаки также эффективны в качестве активной минеральной добавки при измельчении клинкера. Их вводят в портландцемент и шлакопортландцемент в том же количестве, что и гранулированные доменные шлаки. При этом содержание в них SiО₂ должно составлять не менее 38 %, (СаО + MgO) - не менее 43 и Р₂О₅ - не более 2,5 %.

В отличие от доменных, фосфорные шлаки представлены в основном стекловидной фазой псевдоволластонитового состава, что удлиняет формирование структуры шлакопортландцемента. Схватывание фосфорно-шлакового цемента замедляется по мере возрастания содержания в нем шлака. Прочностные показатели этого вида шлакопортландцемента в ранние сроки ниже, чем обычного, особенно при высоком содержании фосфорных шлаков. Однако в возрасте 3-5 мес. прочность фосфорно-шлакового цемента становится выше, чем цемента на основе доменных шлаков. Как и другие виды шлакопортландцемента, фосфорно-шлаковый интенсивно твердеет при тепловлажностной обработке, особенно при высоких температурах.

Характерной особенностью фосфорно-шлаковых цементов является высокая сульфатостойкость, обеспечиваемая низким содержанием в шлаках глинозема и уменьшением щелочности среды в результате связывания гидроксида кальция со шлаковым стеклом.

Материалы из фосфорно-шлаковых расплавов. Из фосфорно-шлаковых расплавов можно получать шлаковую пемзу, вату и литые изделия. Шлаковую пемзу получают по обычной технологии без изменения состава фосфорных шлаков. Она имеет насыпную плотность 600 - 800 кг/м³ и стекловидную мелкопористую структуру. Фосфорно-шлаковая вата характеризуется длинными тонкими волокнами и средней плотностью 80 - 200 кг/м³.

Фосфорно-шлаковые расплавы могут перерабатываться в литой щебень по траншейной технологии, применяемой на металлургических предприятиях. Технологическая цепь состоит из электротермической печи, литейных траншей и дробильно-сортировочного узла.

Промышленная установка для получения литого щебня состоит из отделения наполнения расплавом шлаковозных ковшей, литейных траншей с кантовальными механизмами и устройствами для полива водой, экскаваторов для разработки остывшего шлака, механизмов для дробления, фракционирования, складирования и отправки щебня потребителю. Оптимальная толщина слоя шлака в траншее 100 - 200 мм, при этом количество получаемого шлакового щебня прочностью не ниже 100 МПа и средней плотностью 2500 - 2550 кг/м³ составляет 95 - 100%.

На основе щебня, полученного из огненно-жидких шлаков, изготавливают бетоны с пределом прочности до 50 МПа без перерасхода цемента. Для них характерны более высокие, чем при применении гранитного щебня, значения модуля упругости и меньшие предельные деформации.

Из огненно-жидких фосфорных шлаков можно отливать брусчатку с высокой плотностью и механической прочностью. В закристаллизованных фосфорных шлаках преобладающими минералами являются волластонит (65 – 70 %), мелилит (20 – 25 %) и апатит (5 – 7 %).

Из шлаков электротермического производства фосфора получают шлакоситаллы прочностью до 400 МПа, обладающие повышенной стойкостью в агрессивных средах и при высоких температурах. Они имеют более низкую себестоимость, чем аналогичные материалы на основе доменных шлаков, что объясняется дешевым составом шихты для варки стекломассы, а также требуют меньших удельных капиталовложений в их производство.

Испытаниями установлено положительное влияние добавки фосфорных шлаков (20 – 40 %) на прочность при сжатии керамических изделий. Применение фосфорных шлаков в производстве кирпича позволяет повысить марку стеновых изделий.

Установлена возможность применения фосфорных шлаков в качестве основного компонента керамических масс, например при производстве фасадной плитки. Являясь плавнем, шлак способствует образованию требуемого количества жидкой фазы и улучшает спекание керамики. Одновременно, благодаря игольчатому строению псевдоволластонита, он служит армирующим компонентом. Более 20 лет завод «Стройфарфор» (г. Шахты, Ростовской области) работал на керамической массе для производства облицовочной плитки состоящей из тугоплавких глин Федоровского месторождения и электротермофосфорных шлаков.

Использование фосфорных шлаков при производстве керамических изделий сопряжено с определенными трудностями. При шликерном способе подготовки массы введение добавки шлаков вызывает некоторое загустевание шликеров. Наличие в составе шлаков соединений фосфора и серы может стать причиной повышенной загазованности и требует соответствующих вентиляционных систем.

ВОПРОСЫ И ПРОЕКТНЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ МОДУЛЯ 5:

Проектное задание 1: Провести сравнительную характеристикутехногенных месторождений электротермофосфорных и металлургических шлаков.

Проектное задание 2: Охарактеризовать условия образования электротермофосфорных шлаков.

Проектное задание 3: Описать отрасли промышленного использования электротермофосфорных шлаков.

Проектное задание 4: Охарактеризовать новые направления и технологии использования электротермофосфорных шлаков.

Вопросы для самоконтроля:

1. Дайте общую характеристику электротермофосфорных шлаков.

2. Назовите характерный химический состав электротермофосфорных шлаков.

3. Перечислите новые направления и технологии использования электротермофосфорных шлаков.

4. Назовите районы в СНГ распространения техногенных месторождений электротермофосфорных шлаков.

Тесты рубежного контроля:

1. Техногенные месторождения электротермофосфорных шлаков образуются при переработке природных:

а. слюд

б. боратов

в. каолинов

г. фосфоритов

2. При помоле электротермофосфорных шлаковпроявляются следующие новые свойства:

а. вспучивание

б. растворение

в. гидравлическая активность

3. При термообработке электротермофосфорных шлаков проявляются следующие новые свойства:

а. вспучивание

б. спекание

в. гидравлическая активность

4. При выпуске 1 т фосфора получается:

а. 10—14 т огненно-жидкого шлака

б.2—3 т огненно-жидкого шлака

в. 20-22 т огненно-жидкого шлака

Модуль 6. Состояние, перспективы и проблемы использованиятехногенного минерального сырья

Все охарактеризованные в первой части курса “Техногенные месторождения” отходы, образующиеся в результате добычи, обогащения и последующей переработки твердых полезных ископаемых, объединяются в большую группу горнопромышленных отходов. Наиболее крупнотоннажными из них являются вскрышные и вмещающие породы, отходы обогащения, металлургические шлаки, золы и шлаки электростанций.

6.1. Состояние и перспективы использования техногенных месторождений в России и странах ближнего зарубежья

Средние годовые объемы (млн. т) образующихся в России и странах ближнего зарубежья горнопромышленных отходов приведены ниже:

Вскрышные, вмещающие породы и отходы обогащения....................................................................................................................5600

Металлургические шлаки......................................................................110

Золы и шлаки тепловых электростанций.............................................100

Фосфогипсы..............................................................................................20

Электротермофосфорные шлаки...............................................................5

Систематический учет годового выхода отходов и состояния отвалов ведется лишь по шлакам черной металлургии и золошлаковым отходам сжигания энергетического твердого топлива. Государственным институтом по проектированию металлургических заводов (Гипромез) ежегодно выпускается справочник, по количеству и качеству образующихся и накопленных в отвалах доменных, сталеплавильных и ферросплавных шлаков, объемам и направлениям их утилизации, по экономическим показателям переработки. Подобный справочник выпускается также Всероссийским теплотехническим институтом (ВТИ) по топливно-энергетическим шлакам. По этим двум видам отходов имеются разработанные планы расширения утилизации и совершенствования технологии переработки.Значительно сложнее обстоит дело с учетом других видов горнопромышленных отходов, особенно вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения.

Концентрирующаяся в Госкомстате отчетность о комплексном использовании полезных ископаемых недостаточно полная. Она не содержит сведений о состоянии изученности возможностей пользования отходов и другой информации, необходимой для планирования их более широкой утилизации. Для этих целей создан банк данных, содержащий сведения по территориям о потребности в сырье для производства основных видов строительных материалов.

К сожалению, создание такого банка не решает многих аспектов проблемы. Во-первых, потому, что данные в нем далеко не полны, что вполне естественно, поскольку достаточно детальный учет не ведется непосредственно на местах добычи и переработки. Во-вторых, формы выдачи информации несовершенны и пользование ими затруднено. Кроме того, большим минусом такого банка является то, что он имеет узкоцелевую направленность, поскольку горнопромышленные отходы рассматриваются в нем с позиций их использования лишь в производстве строительных материалов.

В производственном геологическом объединении "Севзапгеогия" разработана форма учета горнопромышленных отходов, проведена паспортизация 56 предприятий, находящихся на территории Мурманской, Ленинградской, Новгородской областей и Карелии.

Имеется опыт паспортизации минеральных отходов обогатительных фабрик, предприятий цветной металлургии и др. Однако всеобщий и систематический учет горнопромышленных отходов не ведется, что, безусловно, препятствует расширению их утилизации.

В России и странах ближнего зарубежья ежегодно обуется 5,6 млрд. т отходов добычи твердых полезных ископаемых, из которых 5 млрд. т составляют вынимаемые из недр вскрышные и вмещающие породы, а 0,6 млрд. т - отходы обогащения. По-видимому, фактическое образование отходов несколько выше, поскольку не удается учесть многочисленные мелкие карьеры, главным образом стройматериалов, а также некоторые горнодобывающие предприятия цветной металлургии, химической промышленности и других.

Выход отходов добычи и обогащения полезных ископаемых в различных районах колеблется в широких пределах. Больше всего их образуется в Донецко - Приднепровском, Казахском, Уральском, Западно- и Восточно-Сибирском, Дальневосточном, Северном районах.

Наибольшее количество вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения (2,4 млрд. т., т.е. более 40 % ) накапливается на предприятиях угольной промышленности, где сочетаются большие объемы добычи и высокая доля открытых разработок. Особенно велики объемы вынимаемых из недр вскрышных пород в Кузбассе, Красноярском крае, Амурской области, на Украине. Второе место по количеству отходов добычи (учтено 1,7 млрд. т. в год) занимает черная металлургия. Основной объем образуется на железорудных и марганцевых карьерах Украины, Курской магнитной аномалии, Урала. В цветной металлургии в связи с тем, что преобладает подземная добыча, выход отходов меньше (учтено 0,7 млрд. т. в год). На горнодобывающих предприятиях остальных отраслей суммарный годовой выход вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения составляет 0,8 млрд. т. в год.

Степень утилизации горнопромышленных отходов в Росси и странах ближнего зарубежья низкая. В отвалы и хвостохранилища ежегодно поступает более 2 млрд. т. "пустой" породы.

В настоящее время в строительной индустрии утилизируется 2,3 % годового выхода вскрышных и вмещающих пород, 15 % входов обогащения, 67 % шлаков черной металлургии, 8 % золошлаковых отходов тепловых электростанций, 80 % электротермофосфорных шлаков, более 5 % фосфогипсов. Низкая степень использования большинства видов горнопромышленных отходов ведет к интенсивному росту отвалов и хвостохранилищ, в которых сейчас скопилось свыше 60 млрд. т. горной массы. Эти отвалы наносят ощутимый вред окружающей среде, занимая огромные площади, нарушая природный ландшафт, загрязняя воздушный бассейн, поверхностные и подземные воды. Радиус вредного воздействия на природу в 10-15 раз превышает площадь самих отвалов. Особенно существенное воздействие тонких шламов - отходов обогащения руд цветных металлов. Такие шламы содержат целый ряд химически устойчивых компонентов, которые проникают в грунтовые воды и отравляют их. Трудно оценить последствия хранения тонкой фракции обогащения асбестовых руд, состоящей на 60 % из тончайшей канцерогенной асбестовой пыли.

Недопустимо загрязнена атмосфера в угледобывающих районах Украины и Кузбасса. Очень сложная экологическая обстановка создалась в некоторых областях Казахстана, Урала, Курской магнитной аномалии.

Объем ущерба, наносимого отвалами и хвостохранилищами народному хозяйству, трудно поддается учету. Он складывает из огромных потерь от изъятия пригодных для использования земель, нарушения экологического равновесия и затрат на устройство и содержание отвалов. Достаточно сказать, что в России и странах ближнего зарубежья нарушено горными работами 2 млн. га земельных угодий.

Затраты на устройство хвостохранилищ достигают 10 % от общих затрат на строительство горнорудных предприятий. Велики затраты на содержание отвалов в угольной промышленности. Так, на Ангренском угольном разрезе они составляют около 60 % от себестоимости товарной продукции. В связи с общим ростом потребления минерального сырья и возрастанием доли карьерной добычи при увеличении ее глубины проблема утилизации горнопромышленных отходов с каждым годом все более обостряется. Уже в настоящее время 80 % руды для черной металлургии добывается открытым способом. Глубокими карьерами (более 200 м) разрабатывается около половины месторождений. В дальнейшем число таких карьеров будет интенсивно возрастать. Их глубина достигнет 600-700 м и более. Так, глубина Сарбайского карьера составит 750 м, Качарского 720 м.

Таким образом, расширение утилизации отходов добычи, обогащения и дальнейшей переработки твердых полезных ископаемых становится все более злободневной обостряющейся проблемой.

Первоочередные проекты по очистке загрязненных территорий предлагается осуществлять в рамках федеральной целевой программы «Экологическая безопасность России», проект концепции которой разработан и согласован со всеми предполагаемыми государственными заказчиками. Реализация программы начнется уже в 2014 году.

В число «кризисных» и требующих оперативной ликвидации отходов объектов включен ряд территорий горно-обогатительных, добывающих и химических предприятий, в том числе прекративших свое существование. По степени загрязненности наиболее показательными являются: ОАО «Фосфор»: Акташское горно-металлургическое предприятие на Алтае, ГОК «Тувакобальт» в Республике Тыва, «Уфахимпром» в Башкортостане, «Беловский цинковый завод» в Кемеровской области, и др.

Конечно, не все горнопромышленные отходы могут найти применение. Наиболее широки возможности утилизации металлургических, электротермофосфорных, топливно-энергетических шлаков, фосфогипсов, которые теоретически полностью могут перерабатываться на строительные материалы, удобрения и другие ценные продукты. Иначе обстоит дело с отходами добычи. Основываясь на результатах изученности качества вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения, сведениях об их составе, способе обогащения и проводя аналогию между однотипными месторождениями установлено, что для получения строительных материалов может быть утилизировано 27 % годового выхода вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения (1,5 млрд. т.), т.е. в 7 раз большем, чем используется сейчас. В этой группе отходов самые широкие возмести утилизации у хвостов обогащения, которые имеют, как правило, более однородный состав, чем вскрышные и вмещающие породы. Облегчает их использование и то, что они измельчены, а иногда и фракционированы.

Возможности утилизации вскрышных и вмещающих пород связаны с генезисом основного полезного ископаемого. Наиболее распространены осадочные вскрышные и вмещающие породы. Их количество (годовой выход) оценивается ориентировочно в 3,3 млрд. при общем годовом выходе вскрышных и вмещающих пород 5 млрд. т, из которых 1,5 млрд. т составляют не имеющие прямой генетической связи с основным полезным ископаемым - песчано-глинистые, реже карбонатные породы четвертичного и неогенового возраста. Степень их утилизации в качестве минерального строительного сырья низкая и оценивается в среднем в десятые доли процента. В большинстве случаев они пригодны лишь как материал для закладки выработанного пространства, отсыпки дорог, строительства временных плотин и других сооружений. Однако иногда представляют собой ценное сырье для производства строительных материалов, как, например, на месторождениях железистых кварцитов Курской магнитной аномалий, где во вскрыше залегают кварцевые пески, мел, кирпичные и керамзитовые глины.

Большую группу составляют вскрышные и вмещающие породы месторождений угля, горючих сланцев, фосфоритов, глин и песков различного назначения. Их годовой выход 1,4 млрд. т. Породы песчано-глинистые. карбонатные, иногда базальты (Кайерканское месторождение угля в Красноярском крае). Они утилизируются для производства щебня, песка строительного, кирпича глиняного, строительной керамики, песчано-гравийной смеси. Степень утилизации несколько выше, чем в предыдущей группе, и составляет 1 %. Могут использоваться в качестве стекольного, цементного сырья, для производства извести.

Вскрышные и вмещающие породы месторождений самородной серы, бокситов, гипсов, известняков, доломитов различного назначения представлены карбонатными породами, гипсами, мергелями, глинами. Их годовой выход 120 млн. т. Породы довольно широко используются для производства щебня (свыше 10 % годового выхода). Могут быть применены также для получения строительной извести (Билютинское месторождение известняков для химической промышленности в Бурятии), гипса, цемента (Гаурдакское месторождение самородной серы в Туркменистане), глиняного кирпича, керамзита (Жирновское месторождение флюсовых известняков в Ростовской области); минеральной ваты, керамдора (Гремячевское месторождение доломитов в Нижегородской области), термолита (Алексеевское месторождение цементного сырья в Мордовии).

Во вскрыше месторождений осадочных марганцевых, железо-марганцовых, железных руд залегают бентонитовые, гидрослюдистые глины, кварцевые пески, известняки, глинистые сланцы, суглинки. Их годовой выход 260 млн. т. Породы утилизируются в качестве керамзитового сырья и строительного песка (1 % годового выхода). Могут также использоваться для производства цемента, глиняного кирпича, стеклоизделий (Никопольское месторождение марганца в Днепропетровской области).

Относительно небольшую группу представляют россыпные месторождения. На них вскрыша представлена, как правило, песчано-глинистыми породами, их годовой выход - 50 млн. т. Утилизируются породы очень мало, лишь в качестве строительного песка (Иршанское месторождение апатит-ильменитовых руд в Житомирской области).

Годовой выход магматогенных и метаморфогенных вскрышных пород почти в два раза ниже, чем осадных. Это обусловлено их меньшей распространенностью в верхних горизонтах.

Среди собственно магматических месторождений выделяются две группы. К первой группе отнесены вскрышные и вмещающие породы большого числа полезных ископаемых - нефелиновых, апатит-нефелиновых, апатит-магнетитовых, сульфидных, медно-никелевых, хромитовых руд, строительного, облицовочного камня. Вскрышные и вмещающие породы месторождений этой группы представлены широким комплексом магматических пород, преимущественно основных и щелочных. Их годовой выход 275 млн. т. Утипизируется около 4 %, главным образом для производства щебня и в качестве облицовочного камня. Они могут применяться также для получения декоративного щебня (Хибинская группа месторождений апатит-нефелиновых руд в Мурманской области), каменного литья, минеральной ваты, поделочного камня (Талнах-Октябрьская группа месторождений сульфидных медно-никелевых руд в Красноярском крае).

В особую группу выделены месторождения алмазов, вскрыша которых представлена известняками. Годовой выход вскрышных пород 70 млн. т. Утилизируется менее 3 % на щебень. Возможно производство цемента (некоторые кимберлитовые трубки в Якутии).

С пегматитами связаны месторождения слюд, полевого шпата, кварца, редких металлов. Вскрышные и вмещающие породы - гнейсы, мигматиты, пегматиты, амфиболиты. Их годовой выход 5 млн. т. Утилизируются в качестве щебня. Могут применяться для получения высококачественных полевошпатовых и кварцевых материалов (Мамско-Чуйская группа месторождений слюдоносных пегматитов в Иркутской области).

Большую группу составляют скарновые месторождения магнетитовых кобальтсодержащих, полиметаллических, вольфрам-молибденовых, боратовых руд. Вскрышные и вмещающие породы на них представлены роговиками, скарнами, гранодиоритами, сиенитами, гранитами, кварцевыми диоритами, известняками, мраморами, диабазами. Годовой выход 330 млн. т. Утилизируется 4 % на щебень, поделочный камень. Возможными областями использования в строительной индустрии являются производство извести (Тырныаузское месторождение вольфрам-молибденовых руд в Кабардино-Балкарии), строительного гипса, ангидритового цемента (Дальногорское месторождение в Приморском крае).

Гидротермальные месторождения по характеру вскрышных и вмещающих пород подразделяются на четыре группы.

На месторождениях кварц-вольфрамовых, кварц-молибденовых, кварц-касситеритовых, золото-мышьяковых, сульфидных касситеритовых, молибденовых, медно-молибденовых руд вскрышные и вмещающие породы представлены кварцевыми диоритами, гранит-порфирами, гранодиоритами, диоритами, окремненными песчаниками, сланцами, диабазами, туфобрекчиями. Годовой выход 85 млн. т. Породы утилизируются для производства щебня (8 %). Могут быть также использованы дляизготовления цемента (Холтосонское месторождение вольфрам-молибденовых руд в Бурятии), полевошпатовых материалов (Сорское - молибдена в Красноярском крае).

Вскрышные и вмещающие породы месторождении флюорита, магнезита, брусита, а также ртутных, сурьмяно-ртутных, некоторых магнетитовых руд, медистых песчаников представлены известняками, доломитами, кремнистыми, углистыми сланцами, кальцифирами, туфобрекчиями, траппами, песчаниками, аргиллитами. Их годовой выход 75 млн. т. Утилизируется 8 % для производства щебня, преимущественно карбонатного и в очень небольших количествах - в качестве поделочного камня. Можно использовать и как декоративный щебень (Кульдуское месторождение брусита в Хабаровском крае). Особую группу составляют месторождения хризотил-асбеста и талька, вскрыша и вмещающие породы которых сложены перидотитами, серпентинитами, габбро-диоритами, гранитами. Их годовой выход 200 млн. т., из которых около 2 % утилизируется на щебень, как правило, высококачественный. Могут использоваться для получения мозаичной крошки (Тетри-Миндорское месторождение талька в Грузии), минеральной ваты (Баженовское - хризотил-асбеста в Свердловской области).

В последнюю, четвертую группу включены гидротермальные месторождения медно-колчеданных, полиметаллических, барит-полиме-таллических руд. Вскрышными и вмещающими породами на них являются гранодириты, диориты, диабазы, альбитофиры, дациты, карбонатные и карбонатно-эффузивные породы. Их годовой выход 150 млн. т. Утилизируется менее 3 % для производства щебня, часто высококачественного и строительной извести. Могут быть применены для получения стекловаты, облицовочных плит (Учалинское медно-колчеданное месторождение в Башкирии).

Вскрышные и вмещающие породы инфильтрационно-остаточных месторождений боратовых руд и серы представлены гипсами, глинами, доломитами. Сведения об их годовом выходе отсутствуют. Утилизируются они в очень ограниченном количестве в качестве строительного гипса. Могут быть использованы, также как цементное и стекольное (доломитовое) сырье.

Среди большой группы метаморфических месторождений выделено две подгруппы. В первую включены месторождения железистых кварцитов и кварцитов для металлургии. Вскрышные и вмещающие породы - гнейсы, амфиболиты, безрудные кварциты, роговики, кристаллические сланцы. Годовой выход 470 млн. т. Утилизируется свыше 8 % пород на щебень. Могут применяться для изготовления полубелого технического и листового стекла, изделий строительной керамики и каменного литья (Костомукшское месторождение железистых кварцитов в Карелии).

Во вторую группу вошли месторождения мраморов различного назначения и кристаллического графита. Вскрышными вмещающими породами на этих месторождениях являются кальцифиры, гнейсы, чарнокиты, кристаллические известняки, некондиционные мраморы. Их годовой выход 2 млн. т. Породы широко утилизируются (свыше 30 %) для производства строительного и декоративного щебня. Могут быть применены для получения извести (Завальевское месторождение графита в Кировоградской области).

Области применения отходов обогащения в значительной степени связаны со способом переработки и видом полезного ископаемого. Современные сложные технологические схемы включают, как правило, несколько методов, но обычно ведущим является один из них, как например, для угля - гравитационный, для руд цветных металлов - флотационный и т.д.

Наиболее простыми и распространенными являются механическиеспособы переработки - дробление, сортировка, рудоразборка и камнепиление.

Выделяется две группы отходов. Одна - отходы обработки строительных камней магматического и метаморфического происхождения, кварцитов для металлургии, слюдоносных и керамических пегматитов, другая - отходы переработки карбонатных пород различного назначения, годовой выход которых, соответственно, 20 и 40 млн. т. Обе группы утилизируются более чем на 40 % для получения щебня, щебеночно-песчаной смеси, строительного песка, силикатных изделий. Кроме того, отходы первой группы применяются для изготовления мраморной крошки, кварц-полевошпатовых материалов, мелкоразмерного мусковита, а второй - как сырье для производства строительной извести, цемента, мела.

Хвосты мокрой магнитной сепарациижелезистых кварцитов, магнетитовых и апатит-магнетитовых руд являются наиболее крупнотоннажным видом отходов обогащения. Их годовой выход 265 млн. т (почти 40 % всех отходов обогащения). Степень утилизации низкая - 3 %. Применяются в качестве песка строительного и для получения силикатного кирпича. Они могут быть также использованы для получения темного стекла (на ГОКах Курской магнитной аномалии), в качестве железосодержащей добавки в цемент (Ковдорский ГОК).

Хвосты сухой магнитной сепарациититано-магнетитовых, магнетитовых руд значительно более перспективны в качестве строительного сырья, но годовой выход их ниже - 40 млн. т, из которых 55 % утилизируется для производства щебня и песка строительного. Они могут найти применение также в качестве добавки при производстве кирпича (Абаканское РУ).

Отходы флотации, осуществляемые обычно в комплексе с другими методами обогащения - гравитацией, магнитной сепарации, обжигом - подразделяются на четыре группы.

Хвосты обогащения большинства руд цветных металлов и самородной серы утилизируются для производства щебня, наполнителя в асфальтобетоны, строительного кирпича, цемента, песка строительного. Их годовой выход 100 млн. т. Степень использования невысокая - 9 %. Хвосты могут применяться значительно шире - для изготовления стеклоизделий (Маднеульский ГОК), керамики (Орловский ГОК, керамзита (Иультинский ГОК), а также для получения талькового концентрата (Ловозерский ГОК).

Отходы обогащения апатит-нефелиновых, апатит-ильменитовых, ильменитовых руд образуются в количестве 45 млн. т в год. Как минеральное строительное сырье используются мало (0,2 %) лишь в качестве строительного и стекольного песка на Верхнеднепровском ГОКе. Могут быть применены также для получения силикатного и глиняного кирпича, цемента, керамических изделий (Иршанское месторождение ильменитовых руд).

Хвосты обогащения фосфоритовых руд и графита применяются пока только в качестве строительного песка (5 %). Их годовой выход 20 млн. т. Отходы могут утилизироваться для производства стеклоизделий (Кингисеппское месторождение фосфоритов в Ленинградской области), силикатного кирпича (Завальевское месторождение графита).

Наконец, последнюю группу отходов флотационного обогащения составляют хвосты руд редких металлов и каолина. Их выход 4 млн. т в год. Утилизируются в качестве песка строительного, для производства стекольных и керамических изделий, полевошпатовых материалов (всего используется 25 %). Могут применяться также для получения абразивов (Ловозерский ГОК).

Гравитацияявляется основным методом обогащения углей, асбеста, горючих сланцев.

Отходы углеобогащения образуются в количестве 85 млн. т. в год. Утилизируются они мало (немногим более 2 % годового выхода) в качестве песка строительного, щебеночно-песчаной смеси, для производства глиняного кирпича, аглопорита, керамзита.

Хвосты гравитации асбестовых руд образуются в количестве 50 млн. т в год. Они широко используются для производства высококачественного щебня и строительного песка (более 40 % годового выход). Могут также применяться как отощающая добавка при изготовлении глиняного кирпича. Однако области их утилизации должны быть строго ограничены в связи с канцерогенностью хризотил-асбеста.

Отходы обогащения горючих сланцев образуются в количестве 11 млн. т. в год. Утилизируется более 30 % на карбонатный щебень. Небольшое количество отходов применяется при производстве керамзита (Кашпирское месторождение горючих сланцев в Самарской области). Карбонатные хвосты обогащения горючих сланцев могут быть утилизированы в цементном производстве («ОАО „Ленинградсланец“» и «ОАО „Завод Сланцы“»).

Большие перспективы использования в строительной индустрии имеют отходы производства глинозема из бокситов, нефелинов, алунитов. Их годовой выход 9 млн. т. Утилизируется свыше 60 % в производстве щебня для подсыпок и в качестве цементного сырья. Разработана технология производства на их основе гянджепорита - нового вида пористых заполнителей из отходов алюминиевого завода в г. Гянджа. Бокситовый шлам может быть также использован при производстве глиняного кирпича, керамзита, цемента (ПО „Глинозем" в Ленинградской области, Пикалевский цементный завод), нефелиновый - для получения силикатного кирпича (Ачинский глиноземный комбинат), отходы производства алюминия из алунита -для изготовления ячеистого бетона, цемента, стеклоизделий (алюминиевый завод в г. Гянджа).

Все, что сказано выше о перспективах применения вскрышных пород и отходов обогащения, касается только пород текущего выхода. Породы же, находящиеся в отвалах и хвостохранилищах подлежат специальному изучению. Попадая в отвалы, они постепенно меняют свои свойства: теряют одни и приобретают другие. Например, достаточно прочные известняки и доломиты, отвечающие требованиям, предъявляемым к строительному камню, находясь в отвале, разрушаются и могут быть непригодными для получения щебня. Напротив, некоторые глины, подвергаясь в отвалах выветриванию (вылеживание), улучшают свое качество.

Использование отвальных пород усложняется тем, что на большинстве горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятиях породы разного состава вывозятся в общий отвал, где перемешиваются, окисляются, разрушаются и безвозвратно теряют свои потребительские свойства. С течением времени (в среднем через 10 лет) отвал зарастает, постепенно застраивается и становится частью окружающего ландшафта.

Лишь в тех случаях, когда запасы вскрышных и вмещающих пород утверждены в качестве попутного минерального сырья, но по каким-то причинам не утилизируются, они складируются отдельно в "спецотвалах" и могут быть впоследствии использованы. Иногда в силу однородности попадающих в отвалы пород и благоприятных условий складирования скопившаяся горная масса может быть утилизирована как минеральное сырье, а сам отвал может рассматриваться как техногенное месторождение. Следует отметить, что в настоящее время отвалы формируются с учетом лишь двух основных требований - минимум затрат на отвальные работы и максимум устойчивости. Однако уже теперь необходимо ставить вопрос о том, чтобы подходить к формированию отвала как к процессу создания техногенного месторождения с заданными параметрами и качеством сырья, которое в последующем будет использовано. При этом на первый план должна выступать экологическая безопасность такого месторождения.

При решении вопроса об утилизации всех видов горнопромышленных отходов на первый план выступает их качество, к которому промышленность строительных материалов предъявляет очень жесткие требования, распространяющиеся как на природное, так и на техногенное сырье. Тем не менее, на практике во многих случаях вскрышные, вмещающие породы и отходы обогащения утилизируются без детальной разведки их запасов и качества (Водинское месторождение самородной серы в Самарской области, Сибайское - медноколчеданных руд в Башкирии, Первоуральское - титаномагнетита в Свердловской области, Сорское - молибдена в Красноярском крае и многие другие).

Нарушение требований к изученности вещественного состава и свойств сырья для производства строительных материалов приводит иногда к большому материальному ущербу.

Так, в качестве заполнителя любого бетона не должны использоваться без специальных исследований эффузивные породы, содержащие аморфный кремнезем (риолиты, дациты и др.), а также соответствующие им по составу витро- и литокластические туфы. Аморфный кремнезем, реагируя со щелочами цемента, образует силикагели адсорбирующие воду, что приводит к развитию интенсивных внутренних гидростатических напряжений и, как следствие, - к растрескиванию и разрушению зданий и сооружений. В практике известны случаи, когда использование в бетоне щебня, полученного дроблением пород рудных отвалов содержавших пирит и пирротин, окисление которых дает серную кислоту, быстро приводило в аварийное состояние сооружения из такого бетона. В некоторых случаях здания оказывались непригодными для жилья из-за повышенной радиоактивности щебня.

В последние годы большое опасение вызывает канцерогенность отходов обогащения асбеста, в которые пока что широко применяются как железнодорожный балласт и как строительный щебень. В кирпичном производстве используются шлаки оловянной отрасли цветной металлургии, но они токсичны и применение изготовленного на их основе кирпича, должно быть строго ограничено.

Все это говорит о необходимости очень тщательного и многостороннего изучения качества горнопромышленных отходов при их утилизации в строительной индустрии.

За очень редким исключением, отходы могут применяться в производства строительных материалов только после соответствующей переработки (дробления, сушки, фракционирования и пр.). Например, хвосты обогащения фосфоритов Кингисеппского месторождения в Ленинградской области являются прекрасным стекольным сырьем марки ВС -050 -1, но только после дообогащения (снижение содержания железа и других вредных примесей). Фосфогипсы требуют сушки и грануляции. Отходы сухого обогащения некоторых магнетитовых руд Западной Сибири можно использовать лишь после доизвлечения металлов. Доменные и электротермофосфорные шлаки для их использования в цементной промышленности должны быть подвергнуты грануляции.

Кроме того очень часто для того, чтобы отходы можно было бы утилизировать, приходится изменять способ разработки месторождения (например, производить селективную выемку отдельных пород вскрыши), корректировать принятую технологию обогащения, изменять способ складирования и пр.

Таким образом, утилизация горнопромышленных отходов влечет за собой необходимость дополнительных материальных затрат, иногда довольно значительных, связанных с реорганизацией основного производства. Тем не менее, практика работы многих предприятий, добывающих и перерабатывающих минеральное сырье, показывает, что общая рентабельность при этом повышается.

Определение эффективности использования горнопромышленных отходов само по себе очень сложно, поскольку экономический эффект от вовлечения в сферу производства техногенного сырья складывается из многих элементов, не все из которых могут получить должное выражение. Довольно легко рассчитывается та часть эффекта, которая достигается за счет распределения затрат на добычу, транспортировку, обогащение между основным и попутным производством, а не за счет совместного использования производственной инфраструктуры. Реально также определить экономию, получаемую за счет усовершенствования территориального размещения сырьевой базы строительных материалов и сокращения перевозок сырья и продукции. Можно рассчитать прибыль от уменьшения затрат на отвалообразование. Однако труднее выразить в рублях эффект от повышения качества отдельных материалов и расширения их ассортимента, экономии природного сырья, снижения загрязненности воздушной и водной среды и т.д. Тем не менее, в научных и общественно-политических публикациях последних лет приводятся многочисленные данные об эффективности использования отходов. Так, например, Первоуральское рудоуправление 63 % прибыли имеет за счет попутного производства щебня, и только 37 % за счет профильной продукции - железа и ванадия. Первоначально основной продукцией предприятия был железорудный концентрат, содержащий пятиокись ванадия. Щебень выпускался как отходы обогащения и не соответствовал требованиям ГОСТа.

В связи с резким спадом промышленного производства, начиная с 1992 года, спрос на концентрат упал. Встал вопрос о дальнейшей работе предприятия. Коллективом рудоуправления была разработана программа развития, в котором уделялось внимание комплексному использованию месторождения, где кроме запасов сырой руды, имелось сырье для выпуска качественного щебня.

В 1996 году Территориальной комиссией по запасам полезных ископаемых утверждены запасы скальных вмещающих пород в качестве сырья для получения строительного щебня. Собственными силами рудоуправления провело реконструкцию существующих фабрик, что позволило наряду с извлечением концентрата из сырой руды, выпускать фракционный щебень отвечающий требованиям ГОСТа.

Учитывая потребности рынка постоянно ведется работа по расширению ассортимента выпускаемой продукции. Освоен выпуск щебня для балластного слоя железнодорожных путей. Установка дополнительного оборудования позволила наладить круглогодичное извлечение из отходов фабрик фракции 0-10 мм, фракции 3-10 мм пользующегося повышенным спросом потребителей.

В настоящее время выпускается следующая продукция производственно-технического назначения:

· железо-ванадиевый концентрат с содержанием железа не менее 32 %, используемый в качестве сырья в металлургическом производстве для получения высококачественных легированных сталей;

· щебень из природного камня и плотных пород различных фракций, применяемый при строительстве и ремонте автодорог и железных дорог, производстве товарного бетона и сборного железобетона, минераловатных и керамических изделий, каменном литье;

· отходы обогащения используются для изготовления асфальтобетонных смесей различных марок.

Предприятие является одним из крупнейших поставщиков строительных материалов для дорожных строительных организаций. География поставок продукции охватывает 28 регионов РФ.

На предприятии стабилизирована производственная деятельность. За последние годы производство товарной продукции увеличилось на 50 %, количество рабочих мест на 200 человек, значительно улучшилось финансовое состояние, выросли инвестиции в производство.

Получение щебня из отходов на предприятиях цветной металлургии в Казахстане в 2 раза рентабельнее, чем на специализированных карьерах.

Следует подчеркнуть, что при решении вопросов использования техногенного сырья должны быть обязательно учтены имеющиеся ресурсы природного сырья, количество запасов, их качеств, технико-экономические показатели добычи и переработки, дальность транспортировки и пр. В некоторых случаях природное сырье оказывается предпочтительнее, особенно когда его получают на крупном высокопроизводительном предприятии. Кроме того, отказ от специализированной добычи иногда может создать социальные проблемы. Таким образом, каждый конкретный объект требует индивидуального подхода и тщательных экономических расчетов. При этом не исключатся возможность того, что даже при отрицательном значении экономического эффекта от утилизации горнопромышленных отходов, ее надо осуществлять, когда она приводит к существенному улучшению состояния окружающей среды.

Отличительной особенностью последнего десятилетия в России является создание многочисленных малых предприятий различных форм собственности. В регионах где имеют широкое распространение различные виды горнопромышленных отходов наиболее рентабельны стали малые предприятия, перерабатывающие техногенное сырье для получения широкой номенклатуры строительных материалов. Как показал опыт их работы, строительные материалы на основе отходов производства более конкурентоспособны по сравнению с получаемыми из природного сырья.

В настоящее время металлургические шлаки и продукты их переработки используются в металлургии (железофлюс в агломерационном, доменном и сталеплавильном производствах; гранулированный доменный шлак и щебень из доменного шлака в качестве компонента шихты доменных печей при капитальных ремонтах; молотый гранулированный шлак при производстве экзотермических шлакообразующих смесей; шлаковое и шлако каменное литье для футеровки шламопроводов; флюсующие добавки при производстве железо- и углесодержащих брикетов), строительстве дорожном, гидротехническом, производстве строительных материалов, в том числе облицовочных плит и тюбингов при строительстве метро, сельском хозяйстве, кораблестроении, коммунальном и газовом хозяйствах, атомной энергетике, химической промышленности, медицине и других отраслях промышленности.

В ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») проведены многочисленные исследования, результаты которых позволили эффективно использовать шлаки металлургического производства.

С 1994 г. эксплуатируется установка фирмы «Трейдметинвест» по переработке конвертерных шлаков текущего производства и частично отвальных мартеновских шлаков, с 1995 г. – установка компании SKI (Финляндия) по переработке отвальных мартеновских шлаков. В настоящее время их перерабатывают на установках копрового цеха №2, разработанных СП «Бимал» (Россия-США).

Для переработки текущих конвертерных и отвальных мартеновских шлаков в 1994 г. на комбинате сдана в эксплуатацию стационарная установка АО «Хеккет Мультисерв. Россия» (мощностью до 2,2 млн.т/год) и приобретены в Финляндии две передвижных установки SKI.

Переработка шлака на стационарной установке АО «Хеккет Мультисерв. Россия» включает пять стадий грохочения (ГР), три стадии магнитной сепарации (СМС) и одну самоизмельчения.

В результате переработки шлака на установке получают следующие продукты: магнитные фракции 0-10, 10-50 и 50-350 мм, немагнитные фракции 0-10, 10-50 и 50-350 мм, скрап фракции >350 мм и бойный скрап.

Передвижные установки фирмы SKI состоят из двух агрегатов: один (SKI-1) предназначен для классификации шлака по фракциям и выделения из него магнитного продукта, другой (SKI-II) – только для отделения магнитного продукта.

Магнитный продукт фракции 0-10, 0-15 и 10-15 мм сталеплавильных шлаков используется в агломерационном и доменном производствах в качестве металлсодержащего компонента в количестве 35,6 кг/т агломерата и 2-12 кг/т чугуна. Скрап фракции 50-350 мм применяют в металлошихте конвертерной плавки (10-15% массы металлолома). Фракционированный щебень из шлаков поступает на склад готовой продукции, откуда отгружается потребителям.

На заводе «Электросталь» с 1917 г. в результате функционирования металлургического производства сформировался шлакоотвал, объем которого достиг 600-650 тыс.м³. При плотности 2000-2200 кг/м³ масса материала шлакоотвала составила 1200-1300 тыс.т. Материал шлакоотвала представлял собой смесь шлака электросталеплавильного производства большого количества марок сталей и сплавов, металлического скрапа, мусора и отходов производства (глина, отработанные огнеупоры, земля).

Особенность металлической фазы шлакоотвала завода «Электросталь» состоит в том, что примерно половина по массе относится к аустенитной группе и является немагнитной. Технологическая линия переработки материала шлакового отвала включает погрузку шлака в самосвалы с одновременным отделением больших кусков скрапа. Шлак с отвала поступает на площадку предварительной подготовки, где экскаватором выбирают куски скрапа массой более 10 кг, более мелкий скрап выбирается вручную.

В технологической линии переработки шлака предусмотрено отделение земли и мусора от шлака и скрапа. Для разделения материала мелких фракций (0-5 мм, 5-10 мм) на металл и шлак был использован пневматический сепаратор. Шлак крупных фракций (10-28 мм, >28 мм) направляют на дополнительное дробление и последующее сепарирование.

С 1991 по 1999 гг. шлаковый отвал завода «Электросталь» был полностью переработан. При этом извлечено около 145 тыс. т металлической составляющей. Шлаковый песок и щебень были успешно использованы при производстве шлакобетонных изделий с применением метода сухого прессования (фундаментные блоки, стеновые камни, тротуарная плитка, бордюрный камень).

От шлака в результате разработки шлакоотвала и переработки шлака была освобождена территория около 50 тыс.м². Процессы разработки техногенных образований на всех стадиях связаны с обработкой и перемещением больших объемов отвальной массы, поэтому их эффективность и экономическая целесообразность оправданы при максимальной механизации всех трудоемких работ. С точки зрения комплекса операций, входящих в производственные процессы разработки техногенных месторождений, их принимают аналогичными открытым горным работам. Поэтому при организации разработки отвалов целесообразно применять современные технологии и технологические процессы открытых горных работ.

Практически все виды продукции при переработке отвальных шлаков находят применение в различных отраслях производства и успешно конкурируют с природными материалами. Массовыми видами являются щебень, песок и щебеночно-песчаные смеси для дорожного строительства, оборотный и магнитный продукты и металлоконцентрат для доменного, сталеплавильного и литейного производств, удобрения и мелиоранты для сельского хозяйства. В меньших объемах из отвальных шлаков производятся абразивные материалы для струйной обработки поверхностей, зернистые материалы для фильтров и защитных покрытий для мягких кровельных материалов, наполнители и пигменты для шпатлевок, красок, мастик и линолеума и т.д.

Развитие рыночных отношений в России и странах ближнего зарубежья позволяют все больше и больше вовлекать текущие горнопромышленные отходы и техногенные месторождения в сферу промышленного производства. Следует отметить, что предприятия, использующие промышленные отходы освобождаются от ряда налоговых платежей.

6.2. Опыт использования техногенных месторождений за рубежом

Вопросам утилизации отходов переработки минерального сырья во всем мире уделяется сейчас повышенное внимание.

По ориентировочным оценкам, в США ежегодно образуется около 4,5 млрд. т. твердых минеральных отходов, в странах Европейского экономического сообщества - более 2 млрд. т., в Японии - 1,3 млрд. т., в СНГ 6 млрд. т.

Данные об утилизации вскрышных, вмещающих пород и хвостов обогащения в зарубежных странах имеет отрывочный характер, так как она имеет коммерческую тайну. Однако имеющаяся открытая информация позволяет сделать вывод о более высоком уровне их использования, чем в России и странах ближнего зарубежья.

Так, в Германии при переработке на щебень скальных пород в отвалы направляется лишь глинистый шлам, количество которого не превышает 7-10 % от всей добываемой горной массы. Весь остальной материал применяется в строительстве.

Широко используются за рубежом отходы обогащения углей: в Великобритании ежегодно 7-8 млн. т. (15 % годового выхода), в Германии -30 млн. т., тогда как в России их реализуется 800 тыс. т. в год (1 % годового выхода). Основные направления использования хвостов углеобогащения в развитых странах - дорожное строительство и возведение дамб и плотин.

Кроме того отходы угольной промышленности (шахтные породы и особенно отходы углеобогащения) успешно используются в Чехии, Словаки и Польше для закладки, выработанных пространств в шахтах.

Во Франции построен завод по производству легких заполнителей из угольных сланцев. Фирма "Бьюлайт корпорейшн" производит легкий заполнитель из каменноугольного сланца, являющегося отходом при добыче антрацита.

В Бельгии создано акционерное общество "Аграл" по производству из отходов углеобогащения аглопорита. В США фирма "Сирзэшен фид Продакт" имеет завод по производству из пустой породы обожженного кирпича.

Интересен опыт польско-венгерского акционерного общества "Холдекс", разработавшего технологию переработки отходов углеобогащения и угледобычи. При этой технологии, применяющейся в Польше, Великобритании, Турции, Бельгии и других странах мира, порода из отвалов перерабатывается в щековых дробилках, затем в тяжелых суспензиях в гидроциклонах из нее доизвлекается остаточный уголь, после чего отходы могут найти применение в качестве закладочного материала, в производстве кирпича, пористых заполнителей, цемента. По этой технологии в Верхней Силезии ежегодно получают дополнительно 400 тыс.т. угля, 2,5 млн. т. материала для закладки старых выработок и 200 тыс. т. сырья для получения цементного клинкера. В Венгрии применение этого сырья в качестве добавки в глиномассу при производстве кирпича позволило сократить потребление топлива на кирпичных заводах на 33 %.

Во многих странах мира для производства стройматериалов весьма эффективно утилизируются золошлаковые отходы. Уровень их использования достигает (%): в США 25, Великобритании 53,.Франции 65, Германии 79. В России и странах ближнего зарубежья применяется пока лишь 15 % текущего выхода, но с переходом на рыночные отношения хозяйствования эти показатели имеют тенденцию к увеличению.

Проблемы применения отходов сжигания топлива приобретают в мире все большую актуальность в связи с наметившимся темпом перевода многих производств с нефти на уголь. К настоящему времени мировой объем золошлаковых отходов достиг 500 млн. т. в год.

Имеющийся опыт свидетельствует о широких возможностях применения высоко кальциевых зол в сельском хозяйстве для известкования кислых почв и в строительстве.

Технология сжигания угля при высокой температуре, внедренная в США и других странах, а также сухой отбор золы, практикуемый в широких масштабах, обусловливают относительно стабильный состав зол. Подобные золы являются ценным сырьем для производства широкого ассортимента строительных материалов.

Структура использования в строительных целях отходов тепловой энергетики США в настоящее время, такова: введение золы в цемент и уплотненный бетон 39 %, дорожное строительство 41 %, ячеистый бетон, легкие заполнители и другие области применения 20 %. В России и странах ближнего зарубежья доля утилизации зол и шлаков в цементной промышленной и как наполнитель в бетоны несколько выше (67 %), а в дорожном строительстве - ниже (14 %). В Великобритании в дорожном строительстве потребляется 43 % всего объема утилизируемых золошлаковых отходов, в Германии 17,5 %. В Германии с использованием золошлаковых материалов строится 80 % зданий, а темпы роста производства ячеистого зольного бетона составляют около 30 % в год. В Бельгии производство портландцемента полностью заменено производством золопортландцемента. В отдельных случаях зола даже становится предметом экспорта. Так, Дания продает золу Норвегии.

В США подсчитано, что производство бетонных блоков с использованием заполнителей на основе золы-уноса ТЭС обходится примерно на 25 % дешевле, чем на традиционных заполнителях.

Анализ зарубежного опыта использования отходов тепловой энергетики в промышленности строительных материалов свидетельствует о том, что прослеживается четко выраженная тенденция роста объемов их утилизации при производстве многокомпонентных бетонов, особенно ячеистых, цементов и керамического кирпича.

Во многих странах мира широкое применение для производства строительных материалов находят металлургические шлаки. Так же, как и в нашей стране, наиболее успешно используются шлаки доменного производства. В ряде промышленно развитых стран (США, Германия) доменные шлаки перерабатываются полностью, а в других странах - на 90-95 %. Структура потребления доменных шлаков различна - в США и Великобритании, например, основное их количество используется в производстве щебня, в Японии, Чехии и Словакии около половины всего объема образующихся шлаков гранулируется и применяется в производстве вяжущих.

Следует отметить, что за рубежом наблюдается тенденция увеличения объема потребления отходов черной металлургии, расширяется и перечень получаемых из них строительных материалов. Доменные шлаки, например, находят все более широкое применение в производстве цемента, стекла, керамики, ячеистого бетона.

В ряде западноевропейских стран для производства цветного и белого стекла используется калумит - специально подготовленный доменный шлак. Подготовка шлака заключается в его измельчении, отделении вре