Комплексная переработка вторичных минеральных ресурсов
Покупка
Новинка
Основная коллекция
Тематика:
Обогащение полезных ископаемых
Издательство:
Инфра-Инженерия
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 296
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Специалитет
ISBN: 978-5-9729-1893-5
Артикул: 827504.02.99
Представлены общие сведения о техногенных месторождениях, основных причинах роста накопления отходов добычи и первичной переработки полезных ископаемых. Подробно рассмотрены вопросы комплексной переработки отходов добычи и обогащения углей, отходов топливно-энергетической индустрии, отходов добычи и обогащения руд чёрных и цветных металлов, отходов металлургического производства и химической отрасли.
Для обучающихся по специальности 21.05.04 «Горное дело» специализации «Обогащение полезных ископаемых» всех форм обучения.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
В. Г. Самойлик, А. Н. Корчевский КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ВТОРИЧНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ Учебное пособие Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2024 1
Рекомендовано ученым советом ФГБОУ ВО «ДонНТУ» в качестве учебного издания для обучающихся образовательных учреждений высшего образования (протокол № 7 от 31.10.2023 г.) УДК 622.7 ББК 30.69 С17 Рецензенты: доктор технических наук, профессор, заведующий отделом сдвижения земной поверхности и охраны подрабатываемых объектов ФГБНУ «РАНИМИ» Грищенков Николай Николаевич; доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительства зданий, подземных сооружений и геомеханики ФГБОУ ВО «ДонНТУ» Борщевский Сергей Васильевич Самойлик, В. Г. С17 Комплексная переработка вторичных минеральных ресурсов : учебное пособие / В. Г. Самойлик, А. Н. Корчевский. – Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2024. – 296 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-1893-5 Представлены общие сведения о техногенных месторождениях, основных причинах роста накопления отходов добычи и первичной переработки полезных ископаемых. Подробно рассмотрены вопросы комплексной переработки отходов добычи и обогащения углей, отходов топливно-энергетической индустрии, отходов добычи и обогащения руд чёрных и цветных металлов, отходов металлургического производства и химической отрасли. Для обучающихся по специальности 21.05.04 «Горное дело» специализации «Обогащение полезных ископаемых» всех форм обучения. УДК 622.7 ББК 30.69 ISBN 978-5-9729-1893-5 © Самойлик В. Г., Корчевский А. Н., 2024 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 2
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................... 6 РАЗДЕЛ ȱ. ТЕХНОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ .............................................................................................. 9 Глава 2. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ РОСТА НАКОПЛЕНИЯ ОТХОДОВ ДОБЫЧИ И ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ...................................................................................................... 12 Глава 3. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ .......... 16 РАЗДЕЛ ȱȱ. КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ДОБЫЧИ И ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЕЙ Глава 4. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЕОТХОДОВ ..................................................................................................... 22 Глава 5. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА УГЛЕОТХОДОВ ..................................................................................................... 25 5.1. Состав и свойства шахтных и вскрышных пород ..................................... 27 5.2. Состав и свойства отходов обогащения ..................................................... 30 Глава 6. ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕОТХОДОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДОРОГ И ИСКУССТВЕННЫХ ЗЕМЛЯНЫХ СООРУЖЕНИЙ ........................ 34 6.1. Применение углеотходов при строительстве автомобильных дорог ..... 34 6.2. Применение углеотходов при строительстве искусственных земляных сооружений ......................................................................................... 36 Глава 7. ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕОТХОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ...................................................................... 41 7.1. Керамические стеновые материалы ........................................................... 41 7.2. Производство искусственных пористых заполнителей ........................... 44 7.3. Применение углеотходов для производства вяжущих веществ .............. 48 Глава 8. ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ............ 50 Глава 9. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОБОГАЩЕНИЮ УГЛЕОТХОДОВ ..................................................................................................... 56 9.1. Переработка терриконов и породных отвалов .......................................... 56 9.2. Переработка шламоотстойников и илонакопителей ................................ 63 Глава 10. ПОЛУЧЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ АЛЮМИНИЯ ИЗ УГЛЕОТХОДОВ ............................................................................................... 70 10.1. Получение глинозёма ................................................................................. 70 10.2. Производство коагулянтов на основе сульфата алюминия ................... 72 Глава 11. КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА УГЛЕОТХОДОВ ....................... 75 РАЗДЕЛ ȱȱȱ. КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ИНДУСТРИИ ....................................... 79 Глава 12. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ТЭС ....................................................................................................... 79 3
Глава 13. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА ЗШО .......................................................................................................................... 83 13.1. Физико-химические свойства и состав зол-уноса .................................. 83 13.2. Физико-химические свойства и состав шлаков ...................................... 88 Глава 14. ПРИМЕНЕНИЕ ЗШО В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ....................................................................................................... 90 14.1. Использование ЗШО при производстве бетонов и строительных растворов .............................................................................................................. 90 14.2. Производство цементов и вяжущих веществ с использованием ЗШО ...................................................................................................................... 97 14.3. Искусственные пористые заполнители на основе зол и шлаков ТЭС ...................................................................................................... 98 14.4. Использование ЗШО в производстве строительной керамики ........... 103 Глава 15. ПРИМЕНЕНИЕ ЗШО ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ .............................................................................. 107 Глава 16. УТИЛИЗАЦИЯ ЛЁГКИХ ФРАКЦИЙ ЗОЛЫ С ПОЛУЧЕНИЕМ ПОЛЫХ ЗОЛЬНЫХ МИКРОСФЕР ................................... 111 Глава 17. ПОЛУЧЕНИЕ КОНЦЕНТРАТОВ РЕДКИХ И БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ЗШО ........................................................ 117 Глава 18. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЗШО ............................................................. 128 18.1. Выделение фракций ЗШО с повышенным содержанием железа ........ 129 18.2. Удаление недожога из ЗШО .................................................................... 131 18.3. Грануляция ЗШО ...................................................................................... 137 Глава 19. КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЗШО .......................................... 139 РАЗДЕЛ ȱV. КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ДОБЫЧИ И ОБОГАЩЕНИЯ РУД ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ............... 146 Глава 20. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОТХОДОВ ДОБЫЧИ И ОБОГАЩЕНИЯ РУД ........................................................................................ 146 Глава 21. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ДОБЫЧИ И ОБОГАЩЕНИЯ РУД .................................................. 150 21.1. Извлечение ценных компонентов из отходов добычи и переработки руд ............................................................................................. 151 21.2. Комплексная переработка отходов добычи и обогащения руд ........... 161 РАЗДЕЛ V. КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА ............................................. 167 Глава 22. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА .................................................. 167 22.1. Шлаки чёрной металлургии .................................................................... 167 22.2. Мелкодисперсные отходы металлургического производства ............. 172 22.3. Отходы цветной металлургии ................................................................. 174 Глава 23. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА .................................................. 176 4
23.1. Переработка доменных шлаков .............................................................. 180 23.2. Переработка сталеплавильных шлаков .................................................. 188 23.3. Переработка ферросплавных шлаков ..................................................... 195 23.4. Переработка шлаков цветных металлов ................................................ 201 23.5. Переработка металлургических пылей и шламов................................. 209 23.6. Переработка отходов глинозёмного производства ............................... 219 23.6.1. Переработка нефелиновых шламов ................................................. 219 23.6.2. Переработка бокситовых (красных) шламов ................................. 227 РАЗДЕЛ VI. КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ХИМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ ............................................................................. 237 Глава 24. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОТХОДОВ ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА ................................................................................................. 237 Глава 25. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ КАЛИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА ....................................................................... 240 25.1. Общая характеристика отходов калийного производства ................... 240 25.2. Переработка галитовых отвалов ............................................................. 242 25.3. Переработка глинисто-солевых шламов калийного производства ..... 245 Глава 26. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ АПАТИТО-НЕФЕЛИНОВЫХ РУД .................................................................... 250 26.1. Переобогащение хвостов апатитового производства ........................... 251 26.2. Применение отходов апатито-нефелинового производства в строительной отрасли .................................................................................... 256 Глава 27. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ ........................................... 261 27.1. Производство гипсовых вяжущих и изделий из них ............................ 261 27.2. Производство цемента из фосфогипса ................................................... 264 27.3. Использование фосфогипса в сельском хозяйстве ............................... 265 27.4. Рекуперация серы из фосфогипса ........................................................... 265 27.5. Использование фосфогипса при строительстве автомобильных дорог ................................................................................................................... 269 Глава 28. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ СОДЫ ........................................................................ 271 28.1. Возможные направления утилизации отходов производства кальцинированной соды в строительной отрасли ......................................... 271 28.2. Получение пероксида кальция из отходов производства кальцинированной соды ................................................................................... 278 28.3. Использование отходов производства кальцинированной соды в сельском хозяйстве ......................................................................................... 279 28.4. Использования шламов содового производства в качестве изолирующего материала ................................................................................. 281 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................. 284 5
ВВЕДЕНИЕ Горнопромышленный комплекс России – один из крупнейших источников нарушения земель и загрязнения окружающей среды. Ежегодно горнопромышленным комплексом страны выбрасывается в атмосферу около 50 млн т вредных веществ, сбрасывается в водоёмы более 2 млрд м3 загрязнённых сточных вод и складируется на поверхности земли более 8 млрд т твёрдых отходов. Крупное горное производство сконцентрировано в половине регионов страны, где наблюдается крайне неблагополучная экологическая обстановка. В ряде районов Донбасса, Урала и Кузбасса высокая загрязненность и деградация природной среды достигли критических значений, тяжёлая обстановка сложилась в Центральном и Центрально-Чернозёмном экономических регионах, на Кольском полуострове, в Прикаспии и Приангарье, Норильском районе и Ямале [1]. Постоянную угрозу экосистеме несут формируемые и уже сформированные и неэксплуатируемые места складирования твёрдых отходов. К основным угрозам вызванных наличием породных отвалов можно отнести: обрушение откосов породных отвалов; ветровая эрозия; оползни нижних и средних ярусов отвалов, способных расширится за пределы санитарной защитной зоны; горение породных отвалов с выбросами в атмосферу вредных продуктов горения – окиси углерода, окислов азота, сернистого газа и пыли. Процессы вымывания и выщелачивания дождевой водой приводят к загрязнению близлежащих территорий тяжёлыми металлами и радионуклидами. К основным угрозам, вызванным складированием жидких отходов горноперерабатывающей промышленности, можно отнести: загрязнение подпочвенных вод токсичными элементами, которые попадают в отходы в процессе обогащения (в особенности цветных металлов); разрушение ограждающих дамб, что может привести к подтоплению плодородных и сельскохозяйственных угодий, принести вред имуществу населения близлежащих районов и др. Хвостохранилища представляют большую экологическую опасность и после завершения эксплуатации месторождений, так как наиболее интенсивно процесс окисления протекает при циклическом характере увлажнения и высыхания. В литературе известно [2], что контакт сульфидсодержащих отвальных продуктов с почвой приводит к достаточно интенсивному переводу тяжёлых металлов в водорастворимую форму, причём образующиеся органоминеральные комплексы устойчивы и не поддаются очистке традиционными реагентами. Постоянное увеличение производственных мощностей предприятий горноперерабатывающей промышленности ведёт к более скорому проектному заполнению уже существующих мест складирования отходов. В связи с чем предприятия вынуждены дополнительно отводить земельные участки под отвалы и хвостохранилища, что приводит к выводу продуктивных сельскохозяйственных угодий из хозяйственного оборота. 6
Все эти экологические и народно-хозяйственные проблемы ставят в ряд первоочередных задачу комплексной переработки и утилизации отходов горнопромышленного комплекса страны. Особую актуальность эта задача имеет также в связи с тем, что в отходах содержится большое количество ценных компонентов, которые не могли быть извлечены из них при ранее существующем уровне развития технологий и оборудования. Общее количество железа в отвалах бедных и разубоженных руд, окисленных железистых кварцитов, металлургического шлака чёрной металлургии приближается к 200 млн т. По данным Госкомстата и других источников, только в отходах цветной металлургии России содержится (тыс. т): меди – 7790, свинца – 980, цинка – 9000, олова – 540, никеля – 2480, вольфрама – 129, молибдена – 114, лития 97 и др. Основные объёмы цветных металлов сосредоточены в отвалах некондиционных руд и хвостохранилищах обогатительных фабрик [3]. Накопленные на территории России горнопромышленные отходы вполне обоснованно являются резервом пополнения материально-сырьевой базы твёрдых полезных ископаемых, но, несмотря на огромный ресурсный потенциал в нашей стране они традиционно используются нерационально, в основном как сырьё для стройиндустрии. В России утилизации подвергается 20–25 % ежегодно образуемых горнопромышленных отходов, в то время как в США и странах Западной Европы они используются на 85–90 %. Этому способствуют дефицит и высокая стоимость земель, система санкций за загрязнение окружающей среды, отлаженный контроль за использованием земель и недр с применением космических средств наблюдения, а также система поощрительных платежей (за внедрение мало- и безотходных технологий, вторичное использование отходов). В соответствии со Стратегией развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 года в России принята программа поэтапного снижения количества образующихся и захораниваемых отходов, роста доли утилизируемых и обезвреживаемых отходов. Данная программа предполагает следующие меры [4]: – корректировка нормативной правовой, нормативно-технической и методической базы в сфере обработки, утилизации и обезвреживания отходов, использования вторичных ресурсов; – формирование механизмов стимулирования хозяйствующих субъектов к уменьшению количества образования отходов, увеличению объёмов их утилизации и обезвреживания; – проведение комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, обеспечивающих разработку и создание наилучших доступных технологий для отраслевых предприятий на долгосрочную перспективу и адаптацию зарубежных технологий под отечественное оборудование; – внедрение ресурсосберегающих технологий, отечественного высокотехнологичного оборудования, создание и развитие инфраструктуры производ7
ственно-технических комплексов по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов. Реализация настоящей Стратегии должна создать необходимые условия для обеспечения экологической безопасности территорий регионов России, ресурсосбережения и уменьшения объёмов образования отходов, изменения структуры и системы обращения с отходами в пользу утилизации и обезвреживания (вместо захоронения отходов), предотвращения вреда окружающей среде в результате её загрязнения отходами, повышения уровня экологической, технической и санитарно-гигиенической безопасности технологий обработки, утилизации и обезвреживания отходов. 8
РАЗДЕЛ ȱ ТЕХНОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ В настоящее время перед человечеством остро встал вопрос о необходимости обеспечения условий для рационального использования недр и охраны окружающей среды. Это связано с рядом причин: – ростом масштабов добычи и потребления минерального сырья; – истощением запасов богатого минерального сырья, ухудшением его качества, увеличением себестоимости и необходимостью освоения ресурсов с более бедными содержаниями полезных компонентов; – усилением отрицательного воздействия горного производства на биосферу, гидросферу и атмосферу. Поэтому освоение ресурсов, созданных и накопленных не только природой, но и человеком, является важнейшей частью программы комплексного использования минерального сырья и создания безотходных технологий. Требование бережного отношения к невозобновляемым минеральным ресурсам имеет не только этический характер, то есть связано с заботой о будущих поколениях. Полное вовлечение в промышленный оборот природных и техногенных ресурсов минерального сырья и топлива является источником повышения экономической эффективности всего цикла работ геологической, горнодобывающей и горно-перерабатывающей отраслей. В настоящее время общемировая добыча горнорудного сырья и топлива значительно превзошла 150 млрд т в год с полезным содержанием менее 8 % от исходной массы. Ежегодно в странах СНГ складируется в отвалах около 5 млрд т вскрышных пород, 700 млн т хвостов обогащения и 150 млн т золы. Из них далее в народном хозяйстве используется не более 2–4 %. Всего в отвалах горнодобывающих предприятий Российской Федерации накоплено более 40 млрд т отходов [5]. Вместе с тем истощаются запасы богатого природного сырья и увеличиваются масштабы освоения ресурсов с более бедным содержанием полезных компонентов. Расширяются сферы использования минерального сырья. То, что вчера рассматривалось как горная порода, сегодня, благодаря открытию новых её потребительских свойств и технологий, становится полезным ископаемым. Общая тенденция полноты использования недр, растущие возможности использования вторичного сырья и различного рода заменителей позволяют говорить 9
о практической неисчерпаемости абсолютного большинства видов минеральных ресурсов на обозримую историческую перспективу. Расширение масштабов горного производства оказывает неблагоприятное влияние на окружающую среду: изменяются природные ландшафты, занимаются отвалами плодородные земли, отходами (часто токсичными) засоряются воздух, вода, почва. Для сохранения облика Земли и выживания современному человечеству необходимо научиться у природы осуществлять полный круговорот вещества. А это значит – научиться максимально полному использованию всех минеральных веществ, извлеченных из недр, и утилизации всех видов промышленных и бытовых отходов. Всё это свидетельствует о важности задачи всемерного и скорейшего вовлечения техногенных месторождений в промышленное производство. Так что же собой представляют техногенные месторождения? Техногенные месторождения (ТМ) – техногенные образования, по количеству и качеству содержащегося в них минерального вещества пригодные для эффективного использования в сфере материального производства в настоящее время или в будущем (по мере развития науки и техники) [6]. Техногенные месторождения представляют собой класс месторождений, сформировавшихся в последние столетия в районах горнорудной промышленности (Северо-Запад и Юго-Восток европейской части России, Урал, Юговосток и Восток азиатской части, Центр Сибири). Эти месторождения обычно обладают своеобразным минеральным составом и являются потенциальным источником разнообразных полезных ископаемых, в частности чёрных, цветных, редких и благородных металлов, угля, а также строительных материалов (щебень, песок, гравий и т. д.). Texнoгeнныe мecтopoждeния, пo cpaвнeнию c тpaдициoнными мecтopoждeниями, oбычнo бoлee бeдныe. Oднaкo этo нe лишaeт иx oпpeдeлeнныx пpeимyщecтв, пpивeдeнныx нижe [7]. 1. Известность (географическая). Иx кoopдинaты зaфикcиpoвaны в гeoлoгичecкиx oтчётax c тoчнocтью дo мeтpoв. Пocтaнoвкa пoиcкoвыx paбoт в тpaдициoннoм пoнимaнии здecь нe тpeбyeтcя. 2. Извлечённость полезного ископаемого из нeдp. Pyды и твёрдые горючие ископаемые, пepвoнaчaльнo зaлeгaвшиe нa бoльшиx глyбинax, тeпepь нaxoдятcя нa пoвepxнocти в oтвaлax cpaвнитeльнo нe6oльшoй мoщнocти. 3. Heвыcoкиe зaтраты нa paзpaбoткy. Texнoгeннoe cыpьё выявлeнo, извлeчeнo (нe тpeбyeтcя выeмoчнoe oбopyдoвaниe), paздpoблeнo (выпoлнeнa нaибoлee дopoгaя oпepaция для pядa pyд), пpoмытo (poccыпныe o6ъeкты). Зaтpaты тeпepь oпpeдeляютcя cтaтьeй pacxoдa пo дoизвлeчeнию цeнныx кoмпoнeнтoв, oкaзaвшиxcя в oтвaлax (хвостoxpaнилищax). 4. Дocтупность. Пpи paзpaбoткe мecтopoждeния 6ылa coздaнa нeoбxoдимaя инфpacтpyктypa (пocтpoeны дopoги, кoммyникaции и дp.), чтo знaчитeльнo yмeньшaeт зaтpaты. Пpи пoлoжитeльныx peзyльтaтax изyчeния o6ъeкт мoжнo экcплyaтиpoвaть cpaзy. 10