д-р техн. наук, профессор Фоменко А.И.

ГОУ ВПО Череповецкий государственный университет

РАЗРАБОТКА ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ В АСПЕКТЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ

Запасы отходов в отвалах предприятий горно-добывающей и горно-перерабатывающей промышленности ежегодно увеличиваются, формируя техногенные массивы. Последствия складирования этих отходов в накопители определяются потерей ценного минерального сырья и загрязнением окружающей природной среды. В то же время, повышение эффективности использования сырьевых ресурсов путем вовлечения в переработку отходов способствует решению проблемы расширения сырьевой базы. Учитывая ограниченные возможности по расширению объемов накопителей, а также истощение источников минерального сырья, приоритетными являются задачи разработки новых решений по определению возможности и обоснованию целесообразности вовлечения таких отходов в ресурсный цикл. Такая задача в настоящей работе решалась применительно к техногенным массивам углеобогатительной фабрики коксохимического производства. Вопросам утилизации углеотходов уделяется большое внимание. Общая тенденция сформированных к настоящему времени направлений утилизации отходов углеобогащения состоит в обеспечении использования их как вторичных сырьевых ресурсов в энергетике и строительной индустрии. Однако подавляющее большинство технологий утилизации разработаны применительно к отходам текущего выхода, поставляемых непосредственно с углеобогатительных фабрик. Разработка складированных в накопители отходов углеобогащения в настоящее время затруднена, так как требует проведения специальных исследований по оценке степени их однородности.

Для определения наиболее эффективных направлений и способов утилизации отходов углеобогащения, складированных в виде шлама в накопители, были проведены сравнительные исследования проб, отобранных по разрезу глубиной до 1,2 м с различных участков сформированного пляжа накопителя. В программу исследований входило определение фазово-минералогического и химического составов отходов и их структурных изменений при термообработке. Фазово-минералогический состав отходов исследован с использованием рентгенофазового анализа. Химический состав отобранных проб отходов определен с использованием гравиметрического, спектрофотометрического, потенциометрического, флуориметрического, атомно-абсорбционного методов анализа. Расшифровка дифрактограмм показала, что по минералогическому составу изученные отходы близки к используемому цементными заводами сырью и могут заменять глины и частично железосодержащие корректирующие добавки в составе сырьевой шихты при производстве цемента. Во всех исследованных образцах отхода идентифицированы фазы глинистых минералов, кварца, полевых шпатов, кальцита, сульфатов, соединений железа и рентгеноаморфная фаза, представленная остающимися в продукте углистыми включениями. Однако исследования химического состава проб отхода показали значительные их различия. Отходы более раннего периода накопления отличаются малым остаточным содержанием угольной фракции. По своему химическому составу эти отходы не содержат компонентов вредных для дальнейшего передела в качестве сырьевой цементной шихты. Отходы более поздних сроков накопления по своему вещественному составу представляют собой многокомпонентные смеси из остаточного углерода в виде самостоятельных конгломератов и сростков с минеральной частью угольных фракций. Содержание остаточного углерода в пробах этих отходов достигало до 55 мас.%. По показателю зольности эти отходы пригодны для использования в энергетике в качестве твердого топлива. Однако утилизация в таком качестве их без обогащения повлечет определенные технологические сложности и значительное увеличение удельных норм образования шлаков и золоотходов, также складируемых в накопители. Физико-химические и структурные изменения проб исследованных отходов оценивались при термообработке материала. Полученные данные структурных изменений проб отходов соответствуют результатам рентгенофазового и химического анализов и определяют их значимые отличия по содержанию горючих включений.

Выявленные различия химического состава изученных проб отходов указывают на необходимость проведения специальных исследований применительно к конкретным материалам, а также предполагают усреднение материала и эксплуатацию пробоподготовительных установок. Учитывая целесообразность использования этих вторичных ресурсов, исследования включали их фракционное разделение с получением обогащенной угольной фракции и минеральной части с остаточным содержанием угля, количественно определяемым в зависимости от эффективности обогащения. Технология подготовки отходов к утилизации включала отделение магнитной фракции и классификационное разделение по классам крупности. Исходя из полученных результатов, при такой схеме фракционного разделения выделение в отдельную фракцию остаточного угля возможным представляется только для отходов более позднего периода накопления. Полученные данные физико-химических характеристик продуктов фракционного разделения этих отходов показывают целесообразность использования обогащенной угольной фракции в качестве энергетического сырья. Содержание магнитной фракции в значительных количествах (от 4,5 до 16,74 мас.%) позволяет рассматривать практическую целесообразность выделения ее в отдельную фракцию, как в технологическом аспекте утилизации отходов, так и экономии железорудного сырья. Немагнитная минеральная фракция отходов с остаточным содержанием угля исследована в качестве компонента сырьевой цементной шихты.

Таким образом, проведенными исследованиями определена возможность освоения техногенных массивов углеобогатительной фабрики коксохимического производства как источника расширения сырьевой базы для производства цемента с существенной экономией высококачественного топлива, а также энергетических и железорудных ресурсов.