Пути ликвидации и предотвращения образования отвалов многотоннажных твердых промышленных отходов (рекультивация, закладка выработанных пространств, геотехнология)

Рекультивация земель. Рекультивация -- это комплекс работ, направленных на воспроизводство и улучшение нарушенного природно-территориального комплекса в целом. В процессе рекультивации различают два основных этапа: горнотехнический и биологический. Задачей первого этапа является подготовка территорий (планировка отвалов, придание откосам нужной формы, покрытие их плодородными грунтами и т.п.) для последующего освоения. Второй этап охватывает мероприятия по восстановлению плодородия нарушенных земель и созданию благотворных для жизнедеятельности человека ландшафтов.

Закладка выработанных пространств. В горнодобывающей отрасли развиваются способы шахтной добычи полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. В качестве закладочного материала используются отвалы и хвосты обогащения горных предприятий, а также отходы других отраслей промышленности (шлаки, золы и т.п.).

Закладка может быть полной (при заполнении всего объема выработанного пространства) или частичной (при заполнении его в виде слоев или полос). Приемы заполнения закладочным материалом выработанных пустот могут быть различными. В зависимости от используемых способов транспортирования и укладки закладочного материала различают гидравлическую самотечную, пневматическую, гидропневматическую, механическую и ручную закладку.

Верхний горизонт месторождения уже отработан и заполнен отвердевшей закладочной смесью. В зоне А находящегося под ним горизонта производят в основном выемку руды камерным способом и ее подготовку к выемке. В зоне Б происходит преимущественно закладка выработанного пространства. Рудное тело этого горизонта поделено на камеры и междукамерные целики. Выемку дробленой руды ведут из камер, боковые стенки которых представляют собой цельную руду (пустую породу) или отвердевшие закладочные массы.

Закладочный комплекс представляет собой предприятие, оснащенное необходимым для приготовления закладочной смеси оборудованием (дробилки, грохоты, смесители и т.п.). При транспортировании жидкой закладочной массы по трубопроводам в последние с целью компенсации их гидравлического сопротивления периодически подают сжатый воздух, а для предотвращения схватывания закладочной смеси к ней добавляют глину.

Геотехнология. Геотехнологии направлены на разработку процессов добычи полезных ископаемых, исключающих вынос на земную поверхность пустых пород. Под геотехнологией понимают совокупность химических, физико-химических, биохимических и микробиологических методов добычи полезных ископаемых на месте их залегания.

К геотехнологическим методам относят скважинную гидродобычу, подземную выплавку полезных ископаемых, подземную газификацию углей, возгонку сублимирующихся веществ и ряд других.

Скважинная гидродобыча широко практикуется в промышленности, например, для получения рассолов NaCl -- сырья для производства хлора, гидроксида натрия (каустической соды) и водорода, а также карбоната натрия (кальцинированной соды). В скважину, пробуренную до залежи каменной соли, нагнетают воду и через нее же отбирают получающийся рассол. Аналогичным путем можно проводить добычу калийных солей.

Методом гидромеханического разрушения руды с выдачей ее в виде гидросмеси через скважину возможна добыча глубокозалегающих фосфоритов, россыпных месторождений полезных ископаемых, рыхлых руд (железных, марганцевых, бокситов и др.

В промышленных масштабах освоена и подземная выплавка легкоплавких минералов, например, серы из ее залежей. Для этого в скважину по одной трубе подают под давлением воду при температуре до 150-160 °С, а по другой -- сжатый воздух. Хорошо известен и принцип подземной газификации -- добычи горючих ископаемых путем перевода их в газообразное состояние.

Большое значение для извлечения из отвалов горных и обогатительных (а также ряда других) предприятий содержащихся в них ценных компонентов имеют методы технической микробиологии -- одной из разновидностей геотехнологических методов.

Важная роль микроорганизмов в создании и разрушении горных пород и минералов широко известна. Способность ряда видов микроорганизмов в определенных условиях переводить нерастворимые минеральные соединения в растворимое состояние все шире используют в последние годы для извлечения ценных компонентов, содержащихся в твердых отходах горных и обогатительных предприятий, с помощью методов кучного и подземного бактериального выщелачивания.

Под бактериальным выщелачиванием обычно понимают процесс избирательного извлечения химических элементов из многокомпонентных соединений в процессе их растворения в водной среде микроорганизмами. Метод бактериального выщелачивания может быть применен при любом способе выщелачивания, если в нем не используют повышенные температуры и давления.

Известно довольно большое число видов микроорганизмов, которые можно применять для бактериального выщелачивания различных элементов из руд. Однако в промышленности наиболее широко для этой цели используют тионовые бактерии (и железобактерии), которые могут окислять двухвалентное железо до трехвалентного, а также сульфидные минералы.