Переход к сухим методам технологии переработки минерального сырья как фактор повышения экологической безопасности водных ресурсов

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631.82

ТарГУ им.М.Х. Дулати, Тараз

Переход к сухим методам технологии переработки минерального сырья как фактор повышения экологической безопасности водных ресурсов

Сабденбеков Д.О., Мынбаев М.С., Ташимбет К.М.

В концепции экологической безопасности РК /1/ одной из стратегических целей и задач является - обеспечение опережающего развития научных исследований по важнейшим проблемам экологической безопасности и устойчивости природопользования, в том числе фундаментальным. По естественным особенностям окружающей среды (биосферы) более половины территории республики относится к пустынным и полупустынным, а по естественно-историческим условиям при сложившейся преимущественно ресурсно-сырьевой системе природопользования остаются экстремально высокими техногенные нагрузки добывающих и перерабатывающих предприятий... В связи с этим в стране сложилась неблагоприятная, а в ряде районов - критическая экологическая обстановка. Наиболее опасные проявления экологического кризиса - региональное техногенное опустынивание, деградация почв, истощение и загрязнение водных ресурсов. Одним из основных приоритетов должен стать переход от принципа «установить и ликвидировать» к «предсказать и не допустить», так как ликвидация последствий всегда обходится намного дороже, чем их предупреждение.

В настоящее время на горно - перерабатывающих предприятиях РК по признаку использования воды, применяются мокрые и сухие методы переработки минерального сырья. Однако оценка их применимости в условиях месторождений Казахстана исследована недостаточно.

По данным ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО /2/ в силу распространенности воды в природе, низкой стоимости подачи ее в производство и возможности сброса в водоемы широкое распространение получили «мокрые» технологии. Проектирование систем водопользования в производстве товарного продукта проводилось в два этапа. На первом этапе проектировались системы водопользования, предполагающие употребление на всех стадиях технологического процесса свежей воды, в том числе и для очистки газовых выбросов и твердых отходов (содержащих водорастворимые примеси), на втором этапе - системы отведения сточных вод предприятий в водоемы после предварительной очистки или без нее. В результате в настоящее время вода, взятая из водоема и не использованная в производстве, не может быть употреблена без санитарной очистки. В промышленных регионах с преобладанием предприятий черной и цветной металлургии, угольной, химической промышленности наблюдается кризисная экологическая ситуация, требующая неотложных мер по yлучшению состояния окружающей среды, социальных условий проживания и здоровья населения.

Технологии переработки минерального сырья для месторождений Казахстана, ранее разработанные Всесоюзными НИИ, в большинстве случаев являются стереотипами технологических схем, являющихся оптимальными для обводненных регионов в Европейской части бывшего СССР. Небольшие поправки известной технологии на местное сырье не приводили к желаемому эффекту. Из-за напряженной обстановки по водообеспечению сбросы промышленных стоков вызвали сверхнормативные загрязнения окружающей среды. Таким образом применение мокрых методов переработки минерального сырья в пустынных и полупустынных зонах Казахстана вступает в противоречие с возможностями региона, что привело к необходимости поиска альтернативных методов.

Академик РЭА Эльпинер Л.И. отмечает /3/, что спад производства и соответственно сокращение промышленных стоков должны были снизить уровень загрязнения окружающей среды, однако результаты регулярных исследований не подтверждают этого предположения. Качество природных вод продолжает ухудшаться. Очевидно здесь играют роль и многолетние придонные накопления вредных веществ.

Как отмечается в /4/, загрязнение вод является основной причиной качественного истощения водных ресурсов. При этом главную опасность представляют сточные воды (промышленные и другие). В настоящее время на Земле сбрасываемые воды загрязняют более одной трети всего устойчивого стока. Ежегодно в среднем в реки сбрасывается около 160 куб. км промышленных сточных вод, которые загрязняют 2000 куб. км естественной чистой речной воды. Причем учеными предполагается, что в ближайшие годы сброс сточных вод достигнет 2400 куб.км/год, при этом для разбавления этого количества потребуется не менее 20-25 тыс. км чистой проточной воды. водопользование товарный месторождение минеральный

Увеличение масштабов переработки бедных, тонковкрапленных и труднообогатимых руд, требующих тонкого измельчения для раскрытия зерен полезных минералов, приводит к росту выхода тонких классов, обогащение которых традиционными методами неэффективно/5/. Еще в 1967 г. член-корреспондент АН СССР И.Н.Плаксин отмечал, что потери со шламовыми фракциями составляют существенную долю общих потерь минерального сырья. Это определяет необходимость совершенствования существующих и разработки новых технологических процессов. Например, решение проблемы повышения качества фосфатных концентратов из руд бассейна Каратау механическими способами осложняется тем, что эти руды в большинстве характеризуются тонким прорастанием фосфатных и кремнистых минералов. При флотации недостаточно селективно разделяются тонкие классы, для ее успешного осуществления требуется обесшламливание рудной пульпы, вследствие этого объем отходов в хвостохранилище имеет тенденцию к росту (в настоящее время объем заскладированных отходов составляет 15 млн. тонн).

Применение специальных методов очистки и кондиционирования всей оборотной воды требует больших капитальных и эксплуатационных затрат, что резко увеличивает себестоимость получаемых концентратов /6/. Поэтому при создании бессточных схем оборотного водоснабжения обогатительных фабрик фосфатного сырья доочистка и кондиционирования рекомендуется лишь для части оборотной воды, которая используется на технические и санитарно-технические цели, во вспомогательных операциях или в отдельных узлах технологической схемы обогащения руд, как например, в перечистных операциях флотации. Для восполнения естественных потерь из хвостохранилища (фильтрация, испарение и др.) необходима подпитка оборотной системы свежей водой.

Ресурсы подземных вод также подвергаются мощному антропогенному загрязнению. Наибольшему загрязнению подвержены подземные воды в регионах дислоцирования предприятий горнодобывающей, металлургической, химической промышленностей. Главным фактором, формирующим неудовлетворительное состояние систем питьевого водоснабжения является продолжающийся сброс загрязненных, недостаточно очищенных промышленных сточных вод в водотоки. Сформировавшееся за многие десятилетия «экологически неблагоприятное состояние природы» продолжает оказывать мощное негативное влияние на естественное воспроизводство населения, на заболеваемость, смертность, в первую очередь, детей и людей пожилого возраста, а также на миграцию населения. Например, промышленное водоснабжение города Тараз в основном осуществляется за счет поверхностных вод рек Таласа и Асы, а коммунально-бытовое водоснабжение за счет подземных вод. Основанное на отсталой технологии развитие промышленности Каратау-Жамбылского промрайона привело к ухудшению экологической обстановки в районе городов Тараз, Каратау и Жанатас. Отмечено загрязнение подземных вод фтором, сульфатом, повышенной жесткостью, увеличением минерализации в 5-10 и более раз ПДК. Залповыми аварийными выбросами периодически загрязнялись поверхностные воды рек Талас и Аса, в отдельные годы волна загрязнения достигала озера Биликуль /7 /. Обогатительные фабрики, как правило, главные потребители воды в горно-перерабатывающих комбинатах (в среднем расход воды составляет 5 м³ на 1 т обогащаемых полезных ископаемых). Значительное количество воды используется при осуществлении процессов классификации, измельчения и флотации, что естественно, сопровождается загрязнением воды. Степень загрязнения сточных вод обогатительного производства значительно выше степени загрязнения сточных вод шахт и карьеров. Воды характеризуются повышенной минерализацией, высоким содержанием нерастворенных минеральных частиц, органических веществ и химических (в частности токсичных) реагентов. В качестве примера может быть приведена эксплуатация ОФ Верхнеднепровского горно-металлургического комбината. Выбор альтернативного (вместо флотационного) метода облагораживания руд, исключающего из технологического процесса использование огромного количества токсичных реагентов, обеспечили создание малоотходной технологии производства/8/.

Таким образом, применение воды в технологических процессах в качестве разделительной среды приводит к следующим последствиям: (Поскольку вода является растворителем, ее применение при переработке полезных ископаемых сопровождается сильной минерализацией воды, от которой ее необходимо очищать весьма дорогостоящими способами. Ее полная очистка нереальна по экономическим затратам, а разбавление недоочищенных стоков до норм ниже ПДК требует наличия огромных природных водных запасов.

1. Вязкость воды (1,510³ кг/(мс) при +5°С) устанавливает некоторые ограничения на крупность разделяемых частиц. На практике широко применяются технологические схемы, по которым из измельченного минерального сырья фракция мельче 50 мкм путем обесшламливания выводится из дальнейшей переработки в отходы (потери доходят до 50%)

2. Наиболее практикуемые на горно-обогатительных фабриках мокрые методы переработки полезных ископаемых основаны на реагентной обработке водной среды, с использованием вредных для окружающей среды реагентов (в том числе и токсичных реагентов).

3. Возникает необходимость обработки и очистки шламов с возвращением части оборотной воды, при этом очистительные сооружения и водооборотное хозяйство требуют больших дополнительных капитальных затрат. Не исключается возможность загрязнения подземных вод, частичный сброс сточных вод в открытые водоемы, а также непрерывное покрытие 4. производственных нужд чистой воды из природных источников.

4. Возможность зарастания (цементации) систем трудноудалимыми отложениями, что является следствием обработки мелкодисперсного минерального сырья (особенно содержащих СаО свыше 20%) водой, резко снижают эксплуатационную надежность установок.

5. В большинстве случаев согласно техническим условиям конечный концентрат выпускается в сухом виде, это вызывает необходимость сушки всей выпускаемой массы, при этом необходимые энергетические расходы в свою очередь приводят к существенному удорожанию концентрата. В производственных помещениях удерживается повышенная влажность.

Благодаря последним достижениям науки и техники, в сложившейся ситуации достойной альтернативой этому служат сухие методы переработки, реализуемые в воздушной среде (вязкость воздуха составляет 17,3 10^-6 кг/(м с) при +5°С, что примерно на два порядка меньше, чем у воды). При этом воздух не вступает во взаимодействие с перерабатываемым минеральным сырьем, как вода, поэтому он в современных аппаратах пылеулавливания очищается значительно легче и более эффективно.

Вовлечение в переработку все более труднообогатимых руд, стремление к всемерному снижению энергозатрат и повышенные требования к охране окружающей среды диктуют не только необходимость разработки новых способов облагораживания, но и пересмотра отношения к уже известным методам. Член-корр. АН СССР Ревнивцев В.И. с этой точки зрения отмечает большие потенциальные преимущества метода электрической сепарации /9 /, который является одним из наименее энергоемких среди известных разделительных процессов. В отличие от флотации процесс не требует промышленной воды и дорогостоящей очистки сточных вод. Из всех сухих методов переработки при электрической сепарации наблюдается минимальная запыленность воздуха, гак как пыль практически полностью удерживается электрическим полем внутри сепаратора. По своей селективности электрическая сепарация не уступает флотации, в связи с чем образно называется "сухой флотацией ". В последние десятилетия усилиями институтов Механобр, Гипромашобогащение, ГипроНИИнеметаллруд, ВИМС, НПО НИУИФ и Геотехника и др. реализовано промышленное применение электрической сепарации на горно-перерабатывающих предприятиях России, Украины и Беларуси.

Разработка и промышленное освоение весьма высокоэффективных способов очистки воздуха от пыли дает большое преимущество сухим методам при переработке твердых полезных ископаемых. Например, установки электрической очистки газов работают с эффективностью до 99 %, а в ряде случаев и до 99,9 %, причем улавливают частицы любых размеров, включая и субмикронные, при концентрации частиц в газе до 50 г/м³ и выше /10/. При этом остаточная запыленность для большинства случаев является вполне приемлемой и не требуются доочистка и специальные мероприятия по рассеиванию. Электрофильтры отличаются относительно низкими эксплуатационными затратами. Гидравлическое сопротивление электрофильтра не превышает 100-150 Па, т.е. является минимальным по сравнению с другими газоочистными аппаратами, затраты электроэнергии составляют обычно 0,1-0,5 кВт/ч на 1000 м. В настоящее время с учетом последних достижений науки и техники, очистка воздуха от пыли в промышленных масштабах переходит из категории научных проблем в категорию технических или финансовых вопросов предприятия.

Таким образом, научные исследования по разработке сухих физических методов переработки твердых полезных ископаемых, являются предпочтительными в свете современных требований по охране водных ресурсов и менее проблематичными при их освоении на месторождениях, расположенных в пустынных и полупустынных регионах.

Литература

1. Концепция экологической безопасности Республики Казахстан. Указ Президента Республики Казахстан от 3.12.2003 № 1241

2. Алферова Л.А. Экологически чистые технологии производства. Водоснабжение и санитарная техника, Стройиздат, Изд.Штробель,1997, 7, С.2

3. Эльпинер Л.И. Питьевая вода и здоровье. Экология и жизнь. М.: Лето, 1998, №2 (14), С.62

4. Кубаев Б.Х. и др.Экология и рациональное природопользование. Бишкек.,1997., С. 190

5. Барский Л.А., Шрадер Э.А., Ягодкина Н.Г. К проблеме переработки шламов при обогащении окисленных железистых кварцитов. кн. Физические и химические основы переработки минерального сырья . М., Наука, 1982 , С.224

6. Голованов Г.А., Шифрин С.М., Мырзахметов М.М., Кайтмазов В.А. Бессточная технология обогащения фосфатного сырья. М., Химия, 1984. - 136 с илл.

7. Айменов А.Т., Панасенко И.М. Охрана окружающей среды и кономические механизмы природопользования Тараз, 1998

8. Брылов С.А., Л.Г.Грабчак, В.И.Комашенко В.И. и другие. Охрана окружающей среды М., ВШ, 1985, С.272

9. Ревнивцев В.И., Олофинский Н.Ф., Ангелов А.И. Развитие электрической сепарации и ее физических основ В кн. Физические и химические основы переработки минерального сырья. М., Наука, 1982, С. 174

10. 10. Справочник по пыле-золоулавливанию. Под общ. ред. А.А. Русанова. - М.: Энергоатомиздат, 1983

Размещено на Allbest.ru