Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Минеральные отходы горной промышленности
В горнопромышленном комплексе мира Россия занимает одну из ведущих позиций. Из ее недр извлекается 6 % каменного угля, до 10 % нефти, 14 железной руды, 10-20 цветных и благородных металлов, 25-30 % природного газа от всего объема этих полезных ископаемых. Такие показатели, как 3 % мирового населения, 1/8 мировой территории, от 10 до 30 % мировых количеств природных ресурсов определяют в последующем развитии России существенное значение горнопромышленного комплекса. Поэтому вопросы менеджмента в обращении с образующимися и уже накопленными минеральными отходами являются весьма актуальными. Минеральные отходы горнопромышленного комплекса представляют собой скопление минерального вещества, образованное в результате отработки природных месторождений полезных ископаемых, а также последующей переработки полученного минерального сырья (в частности, промежуточной продукции горнометаллургического или горно-химического производства). Минеральные отходы могут отличаться масштабами, вещественным составом, пространственным размещением — от погашенных, подземных горных выработок до нагорных и подводных отвалов горных пород, иметь весьма различные возраст и экономическую значимость и т.д. Важным аспектом разделения минеральных отходов является их изменчивость как во времени, так и пространстве. По этому признаку целесообразно выделение статических, динамических и статико-динамических минеральных отходов. Первоначальное, наиболее общее разделение минеральных отходов предусматривает их дифференциацию по физическому состоянию вещества (твердые, жидкие, газообразные, смешанные) и стадиям формирования в общем цикле горно-металлургического производства: • рудные склады (разного рода) и отвалы пустых пород, формируемые при вскрышных работах и добыче полезного ископаемого; • хвосты и шламы, образуемые в результате обогащения рудной массы на обогатительных фабриках; • шлаки и кеки, формируемые в результате металлургического передела концентратов, поступающих с обогатительных фабрик; • карьерные, фабричные и другие воды и газы, образуемые при ведении добычи и переработки. Дальнейшая дифференциация минеральных отходов производится по нескольким направлениям. Одним из них служит состав формирующих отходы горных пород во взаимосвязи с перспективами и конкретными направлениями их народно-хозяйственного использования.Так, по перспективам применения выделяются минеральные отходы, подлежащие непосредственному использованию, перспективные для использования и непригодные для использования. По составу горных пород (в частности, уровню содержания полезных компонентов) выделяются: склады кондиционных, временно некондиционных (потенциально некондиционных), некондиционных руд, а также отвалы металлосодержащих и неметаллосодержащих горных пород. По направлениям непосредственного использования минеральные отходы разделяются на предназначенные для извлечения полезных компонентов (металлов), производства стройматериалов, закладки горных выработок, использования в химической промышленности, сельском хозяйстве и т.д. и неиспользуемые (агрессивные, ядовитые и т.п.), в том числе подлежащие захоронению и т.д. Существенной особенностью, влияющей на объем и характеристики отходов, является ведомственная разобщенность горных предприятий по подотраслям (урановой, золотодобывающей, стройматериалов и т.д.), препятствующая комплексному использованию полезных компонентов. В результате, например, в отвалы металлургического производства поступают и другие виды отходов. Так, в медной подотрасли накоплено (но не используется) более 4 млн т огарков химических производств; в свинцово-цинковой — свыше 50 тыс. т шлака сурьмянистого, а также 70 тыс. т свинцового и цинкового кеков и до 4 млн т клинкера отвального. В никель-кобальтовой подотрасли в хвострхранилища поступает более 30 млн т в год хвостов обогащения, а также валуны и хвосты гидрометаллургической переработки. В алюминиевой подотрасли накоплено более 160 млн т белитовых и бокситовых шла-мов, а также фосфогипса. Особенностью минеральных отходов является и то, что их без предварительного извлечения металлов, не всегда можно утилизировать в промышленности стройндустрии. Это могут быть причины экономического характера. Например, в г. Владикавказе накоплены сотни тонн клинкера завода «Электроцинк», но их утилизация не возможна без предварительного извлечения 3 т содержащегося в них золота, стоящего на балансе в Минэкономики. Получаемые при переработке бокситов красные шламы, накопленные в больших количествах, содержат богатейшую гамму ценных компонентов в концентрациях, достаточных для их промышленного использования: железо— 30-33 %, оксид алюминия— 12-30, диоксид титана— 4 %, а также ванадий, цирконий, галлий и др. Другой причиной невозможности утилизации может служить наличие в минеральных отходах токсичных металлов. Другой особенностью отходов горнопромышленного комплекса является то, что накопленные минеральные отходы, содержа значительные количества различных элементов (в том числе и токсичных металлов), являются существенным загрязнителем окружающей среды. В частности, основными загрязнителями г. Владикавказа являются заводы «Электроцинк» и «Победит», отходы которых составляют более 3 млн т на площади около 20 га. На заводе «Электроцинк» накоплены содержащие ртуть промышленные отходы 1-го класса токсичности, которых скопилось свыше 300 т, а также 2-го класса опасности, содержащих сурьму и мышьяк — более 53 тыс. т. На отвалах завода «Электроцинк» размещен клинкер, объем которого достигает 3, 1 млн т. В целом объем всех твердых отходов во Владикавказе достигает 6 млн т, что составляет 16 т на каждого жителя города, а ежегодное накопление отходов на одного жителя — 0, 67 т (табл. 5.39). Таблица 5.39 Динамика образования отходов в г. Владикавказе, тыс. т
Следующей особенностью получения и управления горнопромышленными минеральными отходами является низкая рентабельность многих горных предприятий России. В частности, эта особенность весьма характерна для угольных шахт. Поэтому управление минеральными отходами только экономическими рычагами в данном случае малоэффективно и способствует лишь лучшему освоению денежных потоков. Внедрение в промышленную практику разработанных в Минэкономики России нормативов усиливает и без того напряженное финансовое состояние горных предприятий. Кроме этого обстоятельства важное значение приобретает и то, что горные предприятия в большинстве случаев являются градообразующими предприятиями, обеспечивающими поддержку социальной инфраструктуры и, следовательно, экономические рычаги государственного управления их отходами имеют серьезное ограничение. На характеристики отходов существенное влияние оказывает и технология ведения горных работ. В целом эффективное управление горнопромышленными отходами должно быть направлено на достижение следующих результатов: • рациональное использование геогенных месторождений полезных ископаемых; • эффективное действие систем контроля и управления элементами окружающей среды с ее взаимодействием со службами всех подразделений горнодобывающих объединений и предприятий; • уменьшение до или ниже регламентированного уровня или полную ликвидацию загрязнения атмо-, гидро-, лито- и биосферы выбросами и сбросами; • комплексную разработку месторождений полезных ископаемых с полным использованием попутных или побочных продуктов и вторичных материалов в процессах безотходных технологий; • сокращение (до обоснованного минимума) потерь полезных ископаемых и их разубоживания; • соблюдение экологически обоснованных требований к продукции горных предприятий. Для учета суммарного воздействия размещаемых отходов на природную среду конкретной территории необходимо использование коэффициентов экологической ситуации и экологического состояния почв. За основу этих показателей берется степень загрязнения и деградации природной среды на территории экономических районов РФ, в которых размещены те или иные минеральные отходы. Внесение платы за загрязнение окружающей природной среды не освобождает природопользователей от выполнения природоохранных мероприятий и рационального использования природных ресурсов, а также от возмещения в полном объеме вреда, причиненного окружающей природной среде, здоровью и имуществу граждан, народному хозяйству загрязнением. В современных условиях совершенствование экономических методов управления минеральными отходами должно идти по следующим направлениям: 1) оценка природоресурсного потенциала и экологического состояния территорий их хранения. Здесь целесообразно осуществлять ранжирование территорий на основе ландшафтно-геохимического подхода, позволяющего оценить способность территории к концентрированию или рассеянию поступающих в их пределы загрязнителей, т.е. дает возможность сделать предварительный экологический прогноз; 2) планирование охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов; 3) создание эффективного механизма реализации природоохранных мероприятий и совершенствования финансового обеспечения; 4) внедрение обязательного и добровольного видов экологического страхования для покрытия непредвиденных расходов при возможных авариях и катастрофах, путем создания государственных фондов экологического страхования и независимых страховых компаний; 5) развитие экологических банков федерального и регионального уровней, а также создание специальных банков для финансирования крупных экологических проектов; 6) создание различных экологических фондов на предприятиях; 7) совершенствование экологического стимулирования путем установления налоговых и кредитных льгот предприятиям, экологическим фондам, осуществляющим природоохранные мероприятия, а также поощрительных цен и надбавок для экологически чистой продукции; 8) дополнительное налогообложение на экологически вредную продукцию и технологию; 9) государственная поддержка предприятий, производящих природоохранное оборудование, приборы и оказывающие экологические услуги; 10) введение «купли-продажи» на аукционе разрешений на право выброса или сброса загрязняющих веществ в окружающую среду; 11) формирование рынка экологических платных работ и услуг путем создания фирм и внедренческих центров, привлечения иностранных фирм; 12) совершенствование платности природопользования в увязке с налоговой системой введения новых видов платежей; 13) осуществление экономического воздействия на нарушителей природоохранного законодательства с уточнением методики определения ущерба несанкционированных выбросов от аварий и трансграничных переносов загрязняющих веществ; 14) совершенствование административных методов природопользования: лимитирование и квотирование природопользования, выдача лицензий на комплексное природопользование, сертификация и регулирование экспортно-импортных природных ресурсов и отходов; 15) учет экологического фактора при приватизации через создание экологической санации на приватизирующихся предприятиях. 5.5.3. Ядерные отходы Существует ряд критериев, по которым осуществляют классификацию радиоактивных отходов. В частности, по критерию активности выделяют три основные группы радиоактивных отходов (РАО) — высокоактивные (ВАО), среднеактивные (САО) и низкоактивные (НАО). По агрегатному состоянию РАО могут быть жидкими, твердыми (табл. 5.40) и газообразными. Таблица 5.40 Классификация твердых радиоактивных отходов
В настоящее время на территории всех АЭС России хранится около 300 тыс. м3 радиоактивных отходов общей активностью порядка 45 тыс. ККи, при этом ни на одной атомной электростанции нет полного комплекта установок для кондиционирования этих РАО. Так, только на трех АЭС имеются установки прессования и еще на двух станциях — установки сжигания твердых РАО. С позиций современного подхода к обеспечению радиационной и экологической безопасности этих технических средств явно недостаточно. Очень серьезные трудности возникают также и в связи с устаревшими и переполненными хранилищами твердых и отвержденных отходов на многих российских АЭС. Радиоактивные отходы зарубежных атомных АЭС к 2000 г. составили 125 тыс. т. В России земли площадью 60 тыс. га заняты отвалами пустой породы и шламом, которые образовались при добыче и переработке урановых и ториевых руд и содержат естественные радионуклиды. Серьезная проблема с радиоактивными отходами имеется в Уральском регионе, в зоне действия НПО «Маяк». Здесь сооружение в русле р.Теча каскада искусственных водоемов привело к повышению уровня грунтовых вод до 1, 5-2 м. В результате фильтрация из последнего водоема в р. Течу достигает 10 млн м3 в год, а через ложе грунтовых вод — 8 млн м3/год. Всего же в каскаде водоемов находится около 400 млн м3 жидких радиоактивных отходов с концентрацией (З-активных нуклидов — 0, 14-0, 52 мкКи/л, трития — 0, 24-0, 7 мкКи/л и общим накоплением (3-активных радионуклидов до 200 тыс. Ки. Озера Карачай и Старое Болото, находящиеся на территории промплощадки, являются основными источниками заражения подземных вод, ареал загрязнения которых распространяется за территорию отвода предприятия на юг, в сторону водозабора г. Челябинска. Жидкие отходы считают радиоактивными, если их допустимая концентрация превышает норму, установленную для воды открытых водоемов, которая равна (Ки/л): Имевшие место аварии и нарушения в обращении с радиоактивными отходами привели к обширному загрязнению (свыше 3 млн га) земной поверхности, водоемов и подземных вод. Более 200 населенных пунктов с численностью жителей около 500 тыс. человек были подвергнуты радиоактивному воздействию, а более 800 км2 территории изъяты из хозяйственной деятельности. Кроме того, в процессе утилизации атомных подводных лодок (АПЛ) образуются радиоактивные отходы в виде реакторного отсека с габаритами 12-18 м и весом около 1000 т, содержащего после выгрузки активной зоны реактора порядка 106 Кюри радиоактивных веществ осколочного и наведенного происхождения. Анализ имеющихся данных показывает, что в реакторном отсеке наиболее значимая накопленная активность наведенного происхождения приходится на долю кобальта, определяющего радиационную обстановку в течение 50 лет после остановки реактора. Следующим по величине накопленной активности является никель, который будучи)3-излучателем не оказывает существенного влияния на радиационную обстановку в отсеке, но играет решающую роль в оценке отсека как твердого радиоактивного отхода (согласно основным санитарным нормам ^-отходы считаются радиоактивными, если их удельная активность превышает 2-1Сг6 Ku/кг). В корабельной энергоустановке удельная активность никеля достигает 1, 0 Ku/кг, что при периоде полураспада, равном 92 года, определяет длительное хранение подобного отсека. Для переработки и захоронения РАО имеет значение не только их удельная активность и агрегатное состояние, но и элементный состав в отработанном ядерном топливе (ОЯТ). Так, основной вклад в радиоактивность компонентов ОЯТ вносят короткоживущие осколочные нуклиды, поэтому удельная активность отходов со временем резко уменьшается. Но наряду с корот-коживущими изотопами при нейтронном облучении ядерного топлива образуются и долгоживущие трансурановые элементы, обладающие повышенной радиотоксичностью (вследствие способности накапливаться в жизненно важных органах человека). Поэтому период изоляции отходов, содержащих - трансурановые элементы, должен быть значительно больше расчетного времени снижения суммарной радиоактивности. Основная часть трансурановых элементов заключена в высокоактивных отходах, незначительное их количество может присутствовать в среднеактивных, а низкоактивные отходы трансурановых элементов обычно не содержат. Основной объем низкоактивных отходов представляют хвосты горных пород, образующихся после перераработки урановых руд (из которых к тому же в атмосферу выделяется радиоактивный газ 222Rn). Эти отходы размещают на открытых площадках, окруженных инженерными сооружениями в виде Дамбы или плотины. На АЭС и радиохимических заводах образуется большое количество жидких низко- и среднеактивных отходов. Жидкие отходы очищают с использованием термических, сорбционных и мембранных методов. Наиболее распространенными способами обращения с низко- и среднеактивными жидкими РАО являются химическое осаждение, ионный обмен, выпаривание, фильтрование, мембранные технологии, битумирование, остекловывание и т.д. Так, очистка отходов от радиоактивности при использовании первого способа происходит за счет собственно осаждения, соосаждения и адсорбции нуклидов на образующихся объемных осадках в системе «отходы-оса-дитель», а также за счет физического захвата осадками суспензированных коллоидных частиц. В этой технологии используются различные химические реагенты: гидроксиды железа, алюминия, титана, фосфаты, сульфаты и сульфиды, ферроцианиды меди, цинка, никеля и Т.д. В результате образуются жидкая и твердая фазы. Степень очистки жидкой фазы характеризуется значениями 50-100%. В дальнейшем жидкая фаза может подвергаться дополнительной очистке, после которой направляется для повторного использования или сбрасывается в окружающую среду. Твердая фаза становится обогащенной радионуклидами и должна вторично перерабатываться и направляться на хранение или захоронение. Осаждение применяется главным образом для низко- и среднеактивных отходов. Очистка жидких РАО по ионообменной технологии осуществляется с использованием неорганических природных и синтетических, а также органических материалов. К неорганическим природным материалам относятся глины и минералы: вермикулит, природные пелиты и др. Органические ионообменные материалы представляют собой смолы, в основу которых главным образом входят полистирол и фенолформальдегид (с введением в них функциональных групп). Ионообменные смолы позволяют обеспечить высокую степень очистки вод от радионуклидов (порядка 10" 2-10" 4), однако предъявляют жесткие требования к очищаемым стокам: солесодержание — до 1 г/л, суспензированных твердых взвесей — до 4 мг/л, что обусловливает необходимость предварительной их подготовки. Вторичными отходами ионообменных установок являются растворы, полученные после промывки смол (регенерирующие растворы), содержащие значительные количества нуклидов и солей и отработанные ионообменные материалы, требующие дальнейшей переработки, хранения или захоронения. Выпаривание является широко распространенным методом переработки радиоактивных отходов, достигаемая степень очистки в среднем составляет 10~4, а в некоторых схемах — 10~6. В связи с коррозией выпарных аппаратов, пенообразованием, а также появлением накипи радиоактивные отходы должны проходить предварительную подготовку. Вторичными отходами этих процессов являются кубовые остатки — растворы и пульпы с высоким содержанием нуклидов и солей. Часть нуклидов может оставаться в конденсате, что требует организации многостадийного процесса выпаривания, что является весьма энергоемким процессом, что снижает экономическую эффективность его использования для переработки больших объемов радиоактивных отходов. Фильтрование обычно используют в качестве вспомогательного процесса для подготовки жидких РАО к переработке различными методами. Применяются разнообразные системы фильтров, центрифуги и гидроциклоны. Образующийся фильтровальный материал требует дальнейшей переработки. К мембранным процессам относятся обратный осмос, электродиализ и ультрафильтрация, которые применяются в основном для обезвреживания низкоактивных отходов. В стадии разработки находятся электроосмос, электрохимический ионный обмен и др. Во всех этих процессах также получают вторичные отходы, требующие специального обращения. Завершающей стадией технологий обезвреживающих радиоактивные отходы яшяетсяотверждение отходов, являющихся наиболее опасными (прежде всего высокоактивных). Наибольшее развитие нашло остеклование высокорадиоактивных отходов — с получением боросиликатных, фосфатных, базальтовых, содоизвестковых и других типов стекол. В некоторых процессах предварительно осуществляется дегидратация и кальцинация жидких отходов. Процессы остекловывания осуществляются при высоких температурах и сопровождаются газоаэрозольными выбросами, что требует особых мер предосторожности. В некоторых случаях применяется цементирование высоко- и среднеак-тивных отходов с использованием специальных смесей на основе портландцемента. В стадии исследований находится получение минералоподобных, керамических и металлокерамических композиций. Битумирование применяется для низко- и среднеактивных отходов. Горючесть битумов является отрицательной характеристикой данной технологии. Все же разработанные и применяющиеся технологии переработки жидких РАО не обеспечивают их полного обезвреживания, а лишь позволяют уменьшить объемы и перевести в более устойчивую форму (т.е. заключить их в стекло, бетон, битум и т.д.). При этом образуются вторичные отходы, также требующие специального обращения. Так, в результате переработки РАО образуется концентрат и основной поток очищенных вод. Жидкий концентрат перед захоронением цементируют, битумируют, реже — полимери-зуют. Твердые низко- и среднеактивные отходы обрабатывают или перерабатывают для уменьшения объема, после чего заключают в цемент, битум или пелимерные материалы и захоранивают обычно в специально пройденных и обустроенных траншеях. В перспективе предполагается использовать также и приповерхностные туннели и глубокие подземные выработки. Для последующего обращения с твердыми и отвержденными средне- и низкоактивными отходами наиболее перспективным является их поверхностное захоронение. Это объясняется тем, что их удельная активность и соответственно тепловыделение (по сравнению с высокоактивными отходами) намного меньше. Поэтому на захоронение их тепловыделение особого влияния не оказывает. Общее требование к приповерхностным хранилищам с такими отходами то же, что и к глубоким могильникам высокоактивных отходов — минимизация утечки радионуклидов в окружающую среду. При оценке риска, связанного с аварийными или катастрофическими событиями, во внимание принимаются сейсмическая опасность, угроза наводнений, оползней, селевых потоков и др. При сравнительном изучении выбранных для захоронений участков оценивается влияние на миграцию радионуклидов гидрогеологических, гидрологических, климатических и других условий. Одним из наиболее опасных процессов, угрожающих приповерхностным хранилищам, является их периодическое подтопление при сезонных колебаниях уровня подземных вод. Поэтому хранилища рекомендуется располагать или в зоне аэрации выше зеркала грунтовых вод или ниже его в зоне полного водонасыщения. В обоих случаях хранилища должны быть перекрыты сверху водоизолирующим материалом, препятствующим проникновению поверхностных вод. При захоронении в зоне аэрации проницаемость вмещающих пород должна быть достаточно высокой для того, чтобы дренировать атмосферные (в том числе ливневые) осадки. В таком случае даже при частичной утечке отходов из хранилища траектория миграции радионуклидов будет направлена вниз к зеркалу грунтовых вод. Для захоронения ниже зеркала грунтовых вод выбираются плохо проницаемые породы, обычно глины. При прогнозировании миграции отходов из приповерхностных хранилищ основное внимание необходимо уделять разработке гидрохимических моделей. При этом следует учитывать, что на подвижность радионуклидов значительное влияние могут оказывать биогеохимические процессы. Твердые высокоактивные отходы, представлены отработавшим топливом, жидкие — растворами, образующимися при регенерации отработанного топлива на радиохимических заводах. Такие отходы переводят в твердую форму. Для этого раствор обезвоживается, после чего образовавшиеся твердые отходы заключают в консервирующую матрицу, в качестве которой используют различные типы стекол (боросиликатные, фосфатные, алюмоси-ликатные), керамические, металлокерамические и стеклокерамические материалы. Заключенные в матрицу высокоактивные отходы помещают в герметичный контейнер и захоранивают в подземном могильнике. Подобная технология используется на ПО «Маяк», где осуществляют концентрирование и связывание ВАО в составе алюмофосфатной матрицы в процессе плавления в специальных печах. Жидкий расплав разливается в стальные цилиндрические контейнеры диаметром 60 и высотой 80 см. По три таких контейнера загружают в пеналы из нержавеющей стали диаметром 63 см и высотой 3, 4 м. Пеналы содержат в заводских хранилищах с принудительной вентиляцией. После выдержки в течение 3-7 лет (за которые происходит распад короткоживущих радиоизотопов и понижение температуры) упакованные таким образом РАО отправляют на захоронение. Кроме ПО «Маяк», радиоактивные отходы на территории России размещают и на Сибирском химическом комбинате (г. Томск-7), а также в Горнохимическом комбинате (г. Железногорск). Всего на территории предприятий ядерно-топливного цикла накоплено около 440 млн м3 жидких радиоактивных отходов и 200 млн м3 твердых отходов. Имеющаяся система обращения с твердыми радиоактивными отходами практически не учитывает наличие плутония и трансурановых элементов, хранение которых требует специальных жестких мер. Однако на заводе по производству гексафторида урана в Томске, где масса плутония в твердых захороненных отходах превышает 70 кг, обоснование ядерной безопасности пока отсутствует. Наибольшую радиационную опасность представляет система обращения с жидкими отходами всех уровней активности. Высокоактивные отходы хранятся в емкостях или закачиваются в глубинные пласты-коллекторы, всестороннее обоснование ядерной безопасности которых также отсутствует. В открытых бассейнах-хранилищах с жидкими отходами в придонном иле также содержится плутоний, масса которого превышает десятки килограммов. Контрольные вопросы к разделу 5 /. Каким образом добыча полезных ископаемых изменяет природные равновесия в биосфере? 2. Что лежит в основе отрицательного влияния горных технологий на биосферу? 3. Какая часть биосферы наиболее уязвима при ведении горных работ? 4. Раскройте механизм негативных влияний горных предприятий, расположенных в криолитозоне. 5. Чем определяются технологические решения по охране биосферы от воздействия горных предприятий? 6. Какие соединения выбрасывают автомобили и автотранспортное хозяйство? 7. От каких факторов зависят автомобильные выбросы? 8. Раскройте классификацию отрицательных последствий для биосферы от воздействия автотранспорта. 9. Какие составляющие биосферы подвержены основному воздействию от автотранспорта? 10. Раскройте смысл менеджмента в обращении с отходами. 11. На какие виды и типы подразделяются отходы? 12. Какие методы управления отходами известны к настоящему времени? 13. Покажите преимущества и недостатки основных технологий управления отходами. 14. Какие существуют примеси в шахтных водах? 15. Как горные работы влияют на атмосферу?
|