• 5

15,2. ПЕРЕРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОПУТСТВУЮЩИХ ПОРОД

Вскрышные и попутно извлекаемые породы при добыче по­лезных ископаемых содержат разнообразные компоненты, яв­ляющиеся ценным сырьем для промышленности строительных материалов. Так, мел может быть использован для производст­ва белого* цемента и воздушной строительной извести, а также в производстве минеральной ваты, стекла и резиновых изделий. Глинистые сланцы являются хорошим сырьем для производства портландцемента. Из песчаных пород можно производить гар­ное стекло, а песчано-глинистые породы можно использовать в производстве кирпича. На основе таких отходов можно полу­чать заполнители для бетонов, штукатурные и кладочные рас­творы. Основой для производства почти всех известных видов строительных материалов могут служить горелые породы—пу­стые породы, сопровождающие залежи каменных углей, обож­женные при подземных пожарах (они получаются и при само­возгорании терриконов). Ряд горнорудных отходов можно ис­пользовать в качестве удобрений в сельском хозяйстве.

Вскрышные породы как сырье для производства керамзита. Среди попутно извлекаемых и вскрышных пород значительное место занимают пластичные глины. Так, в Никопольском бас­сейне их запасы оцениваются в 430 млн. м3, а ежегодный выход составляет 9,5 млн. м3. Такие глины являются хорошим сырь­ем для производства керамзита, служащего искусственным по­ристым наполнителем для легких бетонов и хорошим теплозву- коизоляционным материалом.

Обычно керамзит получают путем обжига легкоплавких (< 1350 °С) глинистых пород с добавками порообразующих ма­териалов (соляровое масло, торф, сульфитно-спиртовая барда и др.). В большинстве случаев керамзит получают в виде гра­

* Белый портландцемент изготовляют из маложелезистого клинкера (серый цвет обычного цемента обусловлен главным образом содержанием соединений железа в исходных сырьевых материалах).

вия с размером зерен 5—40 мм или щебня. Плотность керам­зитового гравия составляет 150—800 кг/м3.

В настоящее время в СССР для стран —членов СЭВ разра­ботаны технологические схемы заводов по производству керам­зита (средняя насыпная плотность 500 кг/м3) мощностью. 200 тыс. м3/год.

По одному из вариантов этой схемы исходное глинистое сырье после переработки в камневыделительных вальцах, глиномешалке с фильтрующей головкой и вальцах тонкого помола подают в башни-силоеы для гомогениза­ции, откуда усредненная глииомасса поступает в формующий агрегат. От­формованные сырцовые гранулы вводят в двухбарабаиную вращающуюся печь, разделенную перегрузочной камерой. В первой части печи происходит подсуш­ка сырцовых гранул, во второй — их обжиг.

Для опудрииаиня отформованных гранул с целью предотвращения их спе­кания предусмотрено специальное устройство для введения в зону вспучива­ния печи огнеупорного порошка. Контроль и корректировка процесса обжига обеспечиваются при помощи измерителя насыпной плотности керамзита, уста­новленного между откатной головкой печи и холодильником. Вспученные зерна керамзитового гравия по выходе из печи охлаждают и рассеивают па фракции.

Рекультивация земель. Перечисленные пути утилизации и пе­реработки отвалов добычи и отходов обогащения полезных ■ископаемых в значительной степени способствуют их ликвида­ции, однако на основе только такого рода мероприятий пробле­ма может быть решена лишь частично, так как масштабы этих отходов огромны. Поэтому в нашей стране проводятся работы, связанные с ликвидацией отвалов или их вредного действия на окружающую среду и по ряду других направлений. В частно­сти, с 1962 г. ведутся работы по рекультивации земель, нару­шенных открытыми горными разработками.

Рекультивация — это комплекс работ, направленных на вос­производство и улучшение (в порой и совершенно новое моде­лирование) всего нарушенного природно-территориального- комплекса в целом. В процессе рекультивации различают два основных этапа: горно-технический 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 благоприятных для жизнедея­тельности человека ландшафтов.

Рекультивация, таким образом, позволяет не только устра­нить вредное влияние отвалов горнодобывающих предприятий на биосферу, но и вернуть народному хозяйству значительные земельные площади, которые могут быть использованы для со­здания лесных массивов, сельскохозяйственного освоения, строи­тельства некоторых объектов и ряда других целей. Проблеме ре­культивации в настоящее время уделяется большое внимание.

Закладка выработанных пространств. С начала 60-х годов в горнодобывающей промышленности нашей страны развиваются способы шахтной добычи полезных ископаемых с закладкой вы­работанного пространства. С целью максимального удешевле­ния закладочных работ стремятся в качестве закладочного ма­териала использовать как отвалы и хвосты обогащения горных предприятий, так и отходы других отраслей промышленности (шлаки, золы и т. п.).

В большинстве случаев способы добычи с закладкой приме­няют с целью более полной добычи полезных ископаемых, так как при обычной технологии их выемки для компенсации гор­ного давления требуется оставлять под землей так называемые охранные целики, содержащие десятки и сотни миллионов тонн руд и твердого топлива. Практикуется и засыпка выработанных пространств пустой породой, обеспечивающая временное (на период добычи) укрепление кровли и резкое сокращение объ­емов поверхностных отвалов. В последнем случае предотвра­тить полностью оседаниё породной толщи (появление провалов и а земной поверхности) не удается из-за усадки закладочного материала, достигающей иногда 50% от первоначально зало­женного объема. Применение же твердеющего закладочного материала обеспечивает его усадку, не превышающую 5% даже при десятикратном превышении ожидаемого на глубине давле­ния. Такая монолитная закладка особенно необходима при до­быче высокоценных руд, когда недопустимы никакие их потери в охранных целиках.

При монолитной закладке закладочный материал должен обладать способностью схватывания (твердения) и иметь пре­дел прочности при одноосном сжатии 2,0—2,5 МПа. Указанные свойства зависят от химического состава, степени измельчения, твердости и некоторых других характеристик используемого для закладки материала. Поэтому различные твердые отходы гор­ных, обогатительных, а также других предприятий неодинаково пригодны для этой цели. В большинстве случаев к таким мате­риалам (отвальные песчаники, горелые породы, отходы обога­щения и др.) необходимо добавлять активаторы схватывания: цемент, известь, гипс, жидкое стекло и др. В то же время от­дельные виды измельченных шлаков, например, могут сами вы­полнять роль вяжущих материалов.

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 й укладки закладочного материала различают гидравлическую, самотечную, пневматическую, гидропневматическую, механиче- ■скую и ручную закладку. Выбор того или иного приема.зависит

от принятого порядка проведения горных работ и конфигурации выработанного пространства.

Использование закладки выработанного пространства при добыче полезных ископаемых является весьма перспективным,, так как позволяет не только увеличить добычу руд и топлива (за счет охранных целиков), но и ликвидировать значительную- часть хранящихся на земной поверхности твердых отходов про­мышленности. Однако закладка — дорогостоящее мероприятие, существенно сказывающееся на себестоимости добываемых по­лезных ископаемых. В этой связи большое внимание уделяется вопросам удешевления и сокращения потребления прежде всего- самих закладочных материалов с одновременным увеличением их эффективности. Существенные успехи, в частности, дости­гнуты в последнее время в области приемов закладки, основан­ных на вспучивании закладочных материалов.

Геотехнология. При существующей технологии открытой и. подземной разработок полезных ископаемых все труднее доби­ваться более эффективных результатов как с точки зрения даль­нейшего повышения производительности труда и снижения себе­стоимости продукции, так и с точки зрения охраны .природы.

В связи с этим большое взимание уделяется разработке гео- технолопических процессов добычи полезных ископаемых, кото­рые исключают вынос на земную поверхность пустых пород. Под геотехнологией понимают совокупность химических, физи­ко-химических, биохимических и микробиологических методов, добычи полезных ископаемых на месте их залегания. Геотехно­логические методы выгодно отличаются от обычных методов до­бычи полезных ископаемых: добычу ведут через скважины, средством добычи служит рабочий агент (теплоноситель, рас­творитель), исключается тяжелый труд (так как управление процессом ведется на поверхности земли), переработку руды обычно проводят на месте 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 NaCI—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. В ГИГХСе разработан способ гидромеханического разрушения руды с выдачей ее в виде гидросмеси через скважину примени­тельно к глубокозалегающим фосфоритам Прибалтики. Этим методом можно эффективно разрабатывать россыпи полезных

ископаемых и многие рыхлые руды (железные, марганцевые, •бокситы 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. Предложено использовать для подземной выплавки битума н серы токи высокой частоты.

Хорошо известен и принцип подземной газификации — добы­чи горючих ископаемых путем перевода их в газообразное со­стояние. Он еще не нашел широкого промышленного примене­ния, однако исследования в этом направлении продолжаются.

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, и се­робактерии. Свою клеточную массу они строят из воды и угле­рода, который получают путем усвоения С02, выделяемого из атмосферы или из руды. Единственным .источником энергии для жизненных процессов этих микроорганизмов, являющихся хе- моавтотрофами, служат реакции окисления неорганических со­единений различных металлов, элементной серы.

Так, железобактерии способны' окислять сульфидные минералы, переводя лих в сульфаты прямым и косвенным путем. В последнем случае они переводят

закисное сернокислое железо в оксидную форму, которая сама служит энер­гичным окислителем и хорошим растворителем сульфидов:

бактерии

2FeS04+'/202+H2S04         >- Fe2(S04)3+H20,

Fes(S04)»+MeS —>- MeS04+2FeS0,+S.           (III.119)

Сульфат железа (III) быстро регенерируется железобактериями из FeSO<, что значительно (в 7—18 раз) ускоряет растворение ряда минералов.

Железобактерии широко используют в промышленности для бактериаль­ного выщелачивания меди из отходов и бедных руд. Для их обработки (вы­щелачивания) используют водный раствор иа основе сульфата железа(111) и серной кислоты в присутствии A12(S04)3, FeS04 и тиоиовых бактерий, под действием которого сульфиды меди переходят в растворимое состояние:

2Fe2(S04)3+2CuS+2H20+302 — —> 2CuS04+4FeS04+2H2S04,    (III.120)

Полученный раствор медного купороса может быть подвергнут цемента­ции (обработке железным скрапом) для выделения металлической меди. Образующаяся медь может быть отделена от циркулирующего в установке выщелачивания раствора в виде концентрата — вязкой . темно-коричневой Влажной массы, содержащей около 80% цветного металла. Другим возмож­ным путем выделения меди из раствора после выщелачивания может быть электролиз.

Технологический процесс бактериального выщелачивания может быть оформлен в виде различных вариантов в зависимо­сти от вида обрабатываемого материала (отвалы обогатитель­ных предприятий, подземные залежи, шлаки и т. п.). Наиболее сложным среди них является вариант подземного выщелачива­ния, более простым по оформлению является кучное выщелачи­вание отвалов.

В нашей стране на ряде комбинатов и рудников работают установки, обеспечивающие получение нескольких тысяч тонн в год дешевой меди (первая промышленная установка по подзем­ному выщелачиванию меди была введена в эксплуатацию в 1964 г.).

В мировой практике метод бактериального выщелачивания в значительных масштабах используют для извлечения из руд ура­на. Проводятся исследования по бактериальному выщелачива­нию с помощью тионовых бактерий ряда других элементов (Zn, Мп, As, Со и др.). Ведется поиск других видов микроорганиз­мов с целью извлечения более широкого круга полезных ве­ществ. Метод бактериального выщелачивания весьма перспек­тивен для переработки твердых отходов горнообогатительных и других предприятий, так как он позволяет значительно снизить себестоимость ценных полезных ископаемых (чему способству­ет быстрое размножение микроорганизмов и простота исполь­зуемой аппаратуры) и расширить сырьевые ресурсы промыш­ленности, обеспечивая реализацию возможности более глубоко­го комплексного использования минерального.сырья.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я