Главная »  Возобновляемые источники » Разумный подход

Разумный подход

Угольные предприятия стоят в одном ряду с наибольшими промышленными загрязнителями окружающей среды. При этом вред экологии наносится не только непосредственно в процессе добычи, но и много лет после ее прекращения. Источником такого загрязнения являются терриконы. Однако просто рекультивировать горные отвалы нецелесообразно, ведь терриконы являются богатыми источниками ценного сырья и топлива для многих технологических процессов.

Большая проблема

Все существующие способы подземной добычи угля связаны с обязательным образованием на поверхности земли породных отвалов. Ежегодно в процессе подземной добычи угля в Украине на поверхность поднимается около 40 млн куб м породы, которая складируется в отвалы. По данным НПО "Механик", за двести лет разработки угольных месторождений в стране уже образовалось более 1100 терриконов, под которыми занято 6300 гектаров плодородной и пригодной для промышленного и жилого строительства земли.

Вредное воздействие терриконов на окружающую среду сопряжено также с тем, что породным отвалам присуще самовозгорание с выделением в атмосферу вредных газов и пыли, вплоть до взрыва терриконов.

В среднем из одного горящего отвала за сутки выделяется около 10 т окиси углерода, 1.5 т сернистого ангидрида и значительное количество примесей других газов. Породные отвалы оказывают токсическое воздействие на весь живой организм — содержащиеся в них цинк, медь, свинец, кадмий, никель отрицательно влияют на ЦНС человека, нарушают работу почек, печени, изменяют формулу крови, вызывают онкологические заболевания. Степень опасности зависит от валового содержания токсичных компонентов и нахождения их в предельно допустимых для почв и геохимического фона нормах.

Таким образом, главной задачей в национальном масштабе сегодня должно стать снижение вреда, который причиняет окружающей среде горная промышленность, а точнее, — уменьшение влияния терриконов на экологическую ситуацию в стране.

Сравнительная характеристика содержания микроэлементов в горной породе шахт ГХК "Краснодонуголь"

Элементы

Класс опасности

ПДК для почв, мг/кг

Геохимический фон, мг/кг

Обнаруженные концентрации, мг/кг

Ртуть

1

2.1

0.9

0.13

Сурьма

2

4.5

-

-

Свинец

1

30

13.7

15.0

Медь

2

55

28

30.0

Мышьяк

1

2

-

7.0

Ванадий

1

150

90

90.0

Марганец

3

1500

575

375.0

Галлий

-

-

11.1

10.0

Никель

2

50

46

35.0

Хром

2

100

133

137.5

Кобальт

2

50

11

8.0

Барий

3

-

2.55

400.0

Бериллий

1

-

2

2.0

Молибден

2

4

1.8

1.5

Олово

2

-

4.3

6.3

Литий

1

-

45

62.5

Кадмий

1

-

0.6

-

Серебро

1

-

0.03

0.0000225

Цинк

1

100

68

92.5

Кладовая ценного сырья

Сегодня наиболее распространенным методом борьбы с вредным воздействием терриконов на окружающую среду является их рекультивация. Однако данный метод с экономической точки зрения не приносит никакой выгоды, а наоборот, является энергетически и финансово достаточно затратным.

Ситуацию можно изменить, если посмотреть на терриконы, как на источник ценного сырья и энергии, который может приносить доход. Ведь породная масса отвалов шахт содержит до 46% угля, до 15% глиноземов (сырья для получения алюминия и силумина) и до 20% оксидов кремния и железа. По данным ГП "Укргеология", содержание редкоземельных элементов в тонне породы достигает: германий — 55 г, скандий — 20 г, галлий — 100 г. Это при том, что данные элементы целесообразно извлекать, начиная с 10 грамм на тонну. Общее же количество редкоземельных элементов в отвалах составляет около 230-260 г на тонну.

Сырье из отвалов и готовая продукция из этого сырья всегда востребованы. Изделия из силумина (трубы, запорная арматура, фитинги и т.д.) необходимы для нужд химической, газовой и нефтяной промышленности.

Германий, металл с очень высоким электрическим сопротивлением, используется в производстве бытовых пластмасс, в качестве катализатора в металлургии и электротехнической промышленности, в медицине, оптике, гелиоэнергетике. Германиевые стекла и линзы применяют в приборах ночного видения, в военных системах наведения. Стоимость германия превышает $1 тыс/кг.

Скандий, мягкий металл, который в чистом виде достаточно легко поддается обработке (ковке, прокатке, штамповке), незаменим в авиационной и космической промышленности, автопроме (моторы), криогенной технике, галогеновых лампах и даже в зубном протезировании. Добавки скандия в сталь и чугун повышают их качество до статуса "спецметаллы высокой прочности". Стоимость скандия колеблется в пределах $42-45 тыс/кг.

Сфера применения галлия достаточно специфична — производство смазочных и клеящих материалов, конструирование полупроводниковых лазеров, термоэлементов для солнечных батарей. Интересно, что мировая потребность галлия превышает его добычу. Стоимость галлия в настоящее время составляет около $1.3-1.5 тыс/кг.

Химический состав горной породы на примере ГХК "Краснодонуголь"

Химическое соединение

Содержание, %

SiO2

45.30 – 38.14

Al2O3

19.94 – 14.74

Fe2O3

8.13 – 8.58

TiO2

0.66 – 0.95

CaO

0.85 – 1.33

MgO

1.21 – 1.33

Pb2O5

0.11 – 0.10

K2O

2.32 – 2.10

Na2O

0.54 – 0.64

SO3

3.60 – 8.31

SO2

1.88 – 3.51

Сульфиды

2.43 – 3.02

Прочие вещества и соединения

18.27 – 19.49

Мировая практика

В настоящее время в мире существует несколько вариантов использования отвальной породы в качестве сырья и топлива для промышленности, разработаны разные программы их утилизации. В частности, в России отходы угледобычи приравнены к полезным ископаемым.

В мире на сегодняшний день чаще всего используются горелые породы с минимальным (менее 5%) содержанием углистых примесей и минеральной глинисто-песчаной части, обожженной в той или иной степени. Такие породы содержатся в старых или полностью перегоревших терриконах и образуются в результате естественного обжига под влиянием высоких (до 10000С) температур.

Особенность горелых пород заключается в их высокой микропористости и адсорбционной активности, благодаря чему они являются хорошими наполнителями для различных мастик. Физико-механические свойства таких пород позволяют использовать их как сырье для строительства тротуаров и автодорог, а также в качестве заполнителей в обычных бетонах.

Горелые породы терриконов пригодны для изготовления керамзита, насыпных грунтов и кирпича. Так, уже сейчас мировая строительная промышленность все чаще ориентируется на производство кирпича именно из отвальных пород. Такой кирпич обладает высокими показателями прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

Кроме того, из отвальной породы можно производить плиты, перекрытия, стенные панели, лестничные марши, лифтовые шахты и другой стройматериал. При этом использование в качестве сырья отходов угледобывающей промышленности позволяет удешевить стоимость строительства, как минимум, на 15-20%.

Содержимое угольных отвалов вполне может заменить энергетический или бурый уголь. Современные технологии их переработки позволяют использовать отвальные породы угольной промышленности в качестве топлива.

Полная утилизация

Существует еще один альтернативный способ использования терриконов — разобрать их до основания, применив в промышленности все, без исключения, составляющие породного отвала. Так, заместитель директора по научной работе Макеевского НИИ по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ) Анатолий Мнухин разработал уникальный проект, согласно которому на базе закрывающихся шахт будут построены мини-заводы по комплексной стопроцентной переработке накопленной породной массы.

Проектом предусматривается извлечение из терриконов стратегически важных для страны алюминия, германия, скандия, галлия, иттрия и даже циркония. Разделение сырья на фракции планируется проводить электростатическим методом, что в десятки раз дешевле и экологичнее, чем приминение традиционных технологий использования огромных сепараторов со специальными техническими жидкостями. Для измельчения горной массы предлагается использовать так называемый электровзрыв.

Экскаватор будет нагружать породу на ленточный конвейер, доставлять в производственное помещение к дробилке и далее к железоотделителю (магнитная сепарация). Таким образом, сначала отделяется железо и его соединения. Затем — сплав алюминия с кремнием, дальше — редкоземельные элементы: германий, скандий, галлий.

То, что остается в конце утилизационного цикла (15-20% общего количества породы), — сырье для стройматериалов. В конечном итоге на месте террикона появляется облагороженная территория, пригодная для строительства или сельского хозяйства. А перерабатывающий комплекс в составе нескольких мобильных блоков переезжает на новое место.

Наличие на шахтах железнодорожных и автомобильных подъездных путей, помещений промышленного и бытового назначения, энергетического комплекса позволяет значительно сократить расходы и сроки ввода в работу такого мини-завода. Помимо этого, создание предприятия обеспечит работой жителей заброшенных шахтных поселков.

По оценке автора проекта, на оснащение мини-завода всем необходимым оборудованием (плавильные печи и электрогидравлические дробилки) и закупку химреактивов нужно $9.5 млн. Стоимость сырья, полученного из одного террикона среднего объема, составляет около $100 млн. Плюс, после ликвидации очередного террикона, появляются возможности выгодно реализовать квоты на выбросы парниковых газов в соответствии с Киотским протоколом.

Несмотря на все преимущества метода, проект до сих пор так и остался лишь на бумаге. Все чем помогло государство — это разрешило заниматься работой за счет собственных средств, — констатировал А.Мнухин.

Неудавшаяся попытка

Естественно, процесс переработки терриконов сопряжен с некоторыми рисками. Например, наиболее известный отечественный переработчик промышленных терриконов компания "Эко-Инвест" (дочернее предприятие ЗАО "Данко") не так давно объявила о своем банкротстве.

Все начиналось еще в 2002 г., когда за счет средств "Данко" была закуплена первая установка по переработке углесодержащих отходов и установлена на промышленной площадке государственного ОАО "Шахтоуправление "Шахтерское-Глубокое", часть территории которой (около 28.5 га) "Данко" в 2002 г. взяло в долгосрочную аренду. В апреле 2003 г. ЗАО передало эту территорию в субаренду "Эко-Инвесту" на 5 лет.

Изначально предполагалось, что проектная мощность производства антрацитовых концентратов достигнет 100 тыс т в год. Перспективы развития проекта были колоссальные, учитывая объемы накопленных в Донбассе породных масс и содержание порядка 200 кг угля в тонне породы террикона. Предполагалось до 2014 г. извлечь около 25 млн т угля, что параллельно могло решить и экологические проблемы региона.

На начальном этапе работы ежегодно из отвалов извлекалось порядка 10 тыс т концентрата. Для постепенного наращивания мощностей предприятие взяло кредит в размере 1 млн грн в одном из украинских банков, при этом отдав в залог свой основной актив — установку по переработке породных масс.

Однако радужным планам не суждено было сбыться. Так, летом 2007 г. из-за высокой температуры окружающей среды террикон шахтоуправления "Шахтерское-Глубокое" воспламенился, из-за чего "Эко-Инвест" был вынужден остановить работы по выемке сырья.

Через несколько месяцев после пожара произошел сдвиг породы, который повредил технологическую систему разработки породного отвала (засыпан забой и перекрыты дороги). Все вышеперечисленное привело к парализации работы "Эко-Инвеста" к началу 2008 г., из-за чего предприятие начало накапливать кредиторские долги, в конце концов объявив себя банкротом.

До настоящего времени возобновить переработку отечественных терриконов в промышленных масштабах больше не удавалось никому. Были заявления весной 2009 г. относительно реализации во Львовской обл. инвестиционного проекта по переработке отходов, участниками которого выступили Львовская ОГА и немецкая компания Allmineral (один из мировых лидеров по технологии сухой переработки отходов угольных предприятий). Проект предусматривал привлечение 250 млн грн инвестиций на устранение экологической угрозы, вызванной накоплением неутилизированных 42 млн куб м угольных отходов области. Однако до настоящего времени о практической реализации этого проекта ничего не слышно.

Преимущества

Несмотря на трудности и риски, перспективность использования сырья горных отвалов очевидна, т.к. их утилизация позволяет решать одновременно целый ряд экономических, социальных и экологических проблем.

Экономические проблемы:

  • постоянное удорожание сырья, извлекаемого из недр, в связи с разработкой месторождений на всё более значительных глубинах;
  • истощение запасов полезных ископаемых в недрах;
  • снижение производительности труда и уменьшение темпов добычи полезных ископаемых в связи с постоянным ухудшением горно-геологических условий.

    Социальные проблемы:

  • осложнение ситуации с использованием рабочей силы вследствие уменьшения объема работ, вызванного истощением запасов полезных ископаемых;
  • ухудшение условий труда при эксплуатации глубокозалегающих месторождений;
  • высвобождение рабочей силы закрываемых шахт.

    Экологические проблемы:

  • исключение из хозяйственного оборота больших площадей земель, занятых терриконами;
  • уничтожение или снижение качества земель из-за пылевых заносов с отвалов;
  • загрязнение окружающей среды (почв, поверхностных и подземных вод, воздуха) тяжелыми металлами и солями.
  • Вовлечение в переработку сырья отвалов обеспечивает:
  • сокращение расходов на поиски новых и разведку эксплуатируемых месторождений;
  • сохранение ресурсов в недрах, так как запасов полезных ископаемых, накопившихся в терриконах, достаточно, чтобы удовлетворить потребности на многие десятилетия вперед;
  • повышение производительности труда за счет рентабельной переработки уже добытого сырья, являющегося готовым полупродуктом и находящегося вблизи действующих предприятий;
  • улучшение условий труда, так как техногенные месторождения расположены на поверхности, в отличие от все более глубокозалегающих обычных месторождений полезных ископаемых;
  • производство дешевых стройматериалов;
  • освобождение занимаемых отвалами земель, ликвидация источников загрязнения окружающей среды.

    Таким образом, все вышеизложенное указывает на актуальность и важность проблемы переработки и полной утилизации отходов угледобывающей отрасли. Однако, как показал опыт, без поддержки государства освоить настолько рисковое, но в то же время прибыльное направление, достаточно сложно.

  •