Переработка добытого минерального сырья

После описания цикла освоения запасов шахтного поля, мы сузили объект изучения и рассмотрели проблемы, имеющие отношение лишь к добычным процессам шахты и карьера.

Но добыча не завершает последовательность процессов, которым подвергается минеральное сырье на длинном пути от недр до реализации.

Главная цель переработки минерального сырья - преобразование свойств и потребительского качества минерального сырья согласно требованиям потребителей.

Преобразования затрагивают как натуральный состав сырья, так и его физико-химические свойства. В простейшем случае - это дробление, измельчение и сортировка сырья (этими средствами достигают однородности сырья для последующего передела по одному из признаков, например, крупности). Более сложные процессы переработки направлены на улучшение качества добытого сырья (повышение содержания полезного компонента и удаление вредных либо посторонних примесей). Этот тип переработки называют обогащением минерального сырья. Важной задачей процессов обогащения является также разделение полезных компонентов, содержащихся в комплексных рудах. В ряде случаев, особенно в цветной металлургии, обогащение играет особенно важную роль: выплавка металла из необогащенных руд может быть технически неосуществима.

Переработка связана с процессами добычи руды, получая на свой "вход" сырье, от регулярности подачи и качества которого зависят экономические показатели обогатительной фабрики. Изначальное, природное качество добываемого сырья может быть весьма разным - даже имея в виду сырье, добываемое одним рудником. Так, железные руды в странах СНГ, поступающие на обогащение, имеют содержание железа от 16 до 45 %. Поставщику проще отпускать добытое сырье таким, каким оно поступает из забоя.

В итоге обогатительных процессов состав минерального сырья радикально изменяется. Так, содержание железа в концентратах, по сравнению с поступившей на обогащение рудой, повышается в среднем в 2 раза, цинка - в 20 - 25 раз, свинца - в 30 - 50 раз, олова - в 150 - 200 раз при обогащении оловянных руд, в 700 - 1000 раз при обогащении оловоносных песков и в 1500 - 2000 раз - при обогащении танталсодержащих руд. В итоге количество полученного продукта при обогащении железных руд в среднем составляет около 40 %, руд цветных металлов - десятые доли и единицы процента от переработанного. Отсюда - два важных следствия. Первое - трудно избежать значительных потерь полезного компонента при существующих технологиях обогащения. Масштабы этих потерь в среднем составляют, %: апатиты - 8, медно-никелевые руды - 10 - 13, уголь - 15, свинцово-цинковые руды - 20, железные руды - 25, оловянные руды - 35, фосфориты - 39. Второе - громадные объемы отходов обогащения ("хвостов") достигают 60 - 99 % исходного количества сырья. Это, с одной стороны, создает предпосылки для широкого использования этих отходов, но одновременно рождает проблемы их складирования, обезвреживания и охраны окружающей среды. Все эти особенности сказываются на экономических показателях процессов переработки.

Наиболее дорогостоящей операцией обогащения является измельчение руд. На ее долю приходится до 50 - 70 % всех расходов по переделу "обогащение".

Наряду с основными, профильными для предприя- Комплексное тия видами минерального сырья, месторождения использование полезных ископаемых всегда содержат много дру- попутных гих компонентов. Их извлечение зачастую возмож- и вторичных но и целесообразно, хотя они и не считаются для минеральных данного предприятия ведущими. Эти компоненты ресурсов именуют попутными.

При производстве и потреблении основного и попутного минерального сырья образуются всевозможные отходы. Под ними понимают неиспользуемые остатки, в данном виде не обладающие должными потребительскими свойствами. Содержащееся в отходах минеральное сырье считают вторичными минеральными ресурсами (BMP). Ту часть BMP, которую будут использовать, называют вторичным сырьем. Другую их часть, использовать которую невозможно либо нецелесообразно, составляют потери.

Экономически оправданное извлечение попутного сырья и снижение потерь минеральных ресурсов на всех стадиях цикла представляют собой одну из важнейших проблем предприятий горного профиля.

Отходы возникают на всех фазах и этапах промышленного освоения минерального сырья. Масштабы их образования обусловлены качеством исходного сырья, условиями его залегания и применяемыми технологиями добычи, переработки и использования МС.

Для получения из вторичного сырья полезного компонента необходима специальная, "вторичная" его переработка, создание соответствующих технологий и немалые средства. Получаемая при этом продукция вторичной переработки вовсе не обязательно совпадает с основной, традиционной продукцией предприятия.

Конкретные виды BMP очень разнообразны и дают широкую возможность промышленного их использования.

Объемы добываемой в странах СНГ горной массы к настоящему времени достигли 15 млрд т в год. Практически используют не более 40 % этих объемов. Остальные 8-9 млрд т идут в отходы, их складируют в отвалах на поверхности, занимая значительные площади плодородных земель. Около 80 % всех отходов образуются на угольных и металлургических предприятиях. Всего же в отвалах горнодобывающих и перерабатывающих предприятий накоплено около 60 млрд т вскрышных и скальных пород и отходов обогащения.

Одним из, казалось бы, наиболее естественных способов использования горных пород является складирование их в недрах для закладки выработанного пространства и поддержания кровли в забоях. Однако этот способ дорог. Главное же заключается в том, что при этом полностью теряются попутные продукты, содержащиеся в породах. А эти породы нередко содержат широкий комплекс сопутствующих полезных ископаемых - огнеупорные, строительные, бентонитовые и керамические глины, песок, карбонатное сырье, скальные породы, горючие сланцы, графит, самородную серу. Альтернативный вариант - выдача породы на поверхность с последующей ее переработкой и использованием. Наиболее широко эти породы применяют в строительной индустрии. Однако на сегодняшний день потребляют только несколько процентов от всего выдаваемого на поверхность объема горных пород.

Важным попутным продуктом при угледобыче является выдаваемая на поверхность шахтная вода. Объем шахтных вод зависит от водообильности месторождений: на шахтах Подмосковного бассейна - 12 м3/т, Донецкого - 3 м3/т и т.п. Сток сильно минерализованных вод составляет ежегодно 1 млрд м3 или 44 % общего объема сточных вод угольных предприятий СНГ. Для использования этих вод необходима их очистка. Если же ее не производить, мы теряем не только возможность потребления этих вод, но и наносим ущерб природной среде.

Еще одним важным попутным продуктом угледобычи является содержащийся в угольных пластах метан. На каждую добытую шахтным способом тонну угля в атмосферу выбрасывается 10-40 м3 метана. Лишь ничтожно малую его часть используют как местное топливо, хотя по своим свойствам метан мало чем отличается от высокоценного природного газа. Метанообильность разрабатываемых угольных пластов ежегодно растет по мере углубления добычных работ.

В черной металлургии перерабатывают ежегодно более 2 млрд т рудных и нерудных материалов. Отходы образуются прежде всего при добыче руд открытым способом. Но и каждый металлургический завод выбрасывает на каждый миллион тонн выплавленной стали, тыс. т: шлаков - 800, пыли - 100 и шламов - 30. В целом же предприятия черной металлургии в странах СНГ ежегодно выдают более 78 млн т шламов, из которых используют лишь 44 млн т.

Особое место занимает проблема комплексного использования отходов, получаемых при переработке бокситов - так называемых красных шламов. Громадные их залежи накопились и ежегодно пополняются в окрестностях алюминиевых (глиноземных) заводов. Между тем, красные шламы содержат, %: железа 30-33, окиси алюминия - до 12 - 30, двуокиси титана - 2 - 4, пятиокиси ванадия - 0,2, а кроме того цирконий, галлий, ниобий, скандий, редкоземельные элементы. Концентрация ценных компонентов в шламах достаточна для их промышленного извлечения. В отвалах и хвостохранилищах предприятий в странах СНГ скопилось такое количество подобных "пустых" пород, что это дает возможность рассматривать их в качестве особых, техногенных (созданных не природой, а деятельностью человека) "месторождений" ценных полезных ископаемых.

Утилизация отходов позволяет существенно повысить прибыльность горных предприятий. Ведь затраты на производство продукции из вторичных минеральных ресурсов обычно бывают ниже, чем на аналогичную продукцию, вырабатываемую специализированными предприятиями из первичного сырья. Помимо этого происходит экономия затрат на содержание отвалов. В ряде случаев при этом достигают и экономию транспортных издержек по доставке продукта потребителю.

Весьма важны экологические эффекты утилизации вторичных ресурсов. К ним относятся: высвобождение земель, занятых отвалами, хвостохранилищами и т.п.; снижение вредных выбросов; оздоровление природной среды. При существующем кризисном состоянии природной среды это имеет особое, приоритетное значение. Меры по использованию BMP вдвойне эффективны. Ценой небольших дополнительных затрат они позволяют покончить и с потерями ценного сырья, и с отравлением среды обитания.