Лекция 13
Промышленные отходы добычи и обогащения полезных ископаемых, угле- и нефтедобычи и типичные методы их переработки
Общая характеристика отвальных пород и хвостов обогащения
По генезису (происхождению) отходы добычи полезных ископаемых подразделяют на вскрышные и вмещающие породы. И в тех, и в других содержание полезного ископаемого значительно меньше, чем в среднем по месторождению (пустая порода). Пустую породу приходится отделять от добываемого полезного ископаемого, складируя значительную ее часть в отвалах (отвальная порода).
Вскрышные породы покрывают полезные ископаемые сверху. При толщине слоя не более нескольких десятков метров они удаляются с поверхности, открывая непосредственный доступ к месторождению (открытая добыча).
При больших глубинах залегания разработка месторождения ведется подземным способом, без удаления вскрышных материалов.
Вмещающие породы разделяют отдельные пласты полезных ископаемых в горизонтальных, вертикальных и наклонных плоскостях внутри месторождения.
Отходы обогащения образуются в одноименных процессах, которые обычно являются промежуточными между технологиями добычи полезных ископаемых и их глубокой химической, физико-химической или биохимической переработкой. Обогащение позволяет отделить значительную часть пустой породы и примесей, повысив в исходном сырье концентрацию ценных компонентов. Оно обычно применяется к рудному сырью.
При обогащении получают концентраты, «хвосты» и, иногда, промежуточные продукты. В концентратах содержание полезных компонентов выше, а вредных примесей ниже, чем в исходном сырье. В хвосты переходит пустая порода, вредные примеси и часть полезных ископаемых. Промежуточные продукты (промпродукты) содержат ценных компонентов меньше, чем в концентрате, но больше, чем в руде. В зависимости от экономической целесообразности в некоторых случаях их объединяют с концентратами или хвостами, а иногда дополнительно обогащают, получая кондиционные концентраты и вторичные хвосты.
Отходы добычи и обогащения весьма крупнотоннажны. Значительная их доля, порядка 80% направляется для закладки выработанного пространства шахт и карьеров в рамках исполнения индустриальных технологий добычи полезных ископаемых. Остальная их часть, также значительная, накапливается в отвалах пустых пород горных предприятий и хвостохранилищ обогатительных фабрик.
Производство вяжущих и строительных материалов
Важнейшим источником сырья для этих целей являются отвалы горнодобывающих предприятий. Значительная их часть представлена высокоосновными (маломергелистыми) с большим содержанием извести и кремнийсодержащими (кислыми) породами. Эти свойства отходов определяют основные направления их переработки.
Пески в составе вскрышных пород в большей части подходят для приготовления строительных растворов и бетонов, закладки горных выработок, получения силикатного кирпича. Глинистая фракция может быть применена для выпуска минеральной ваты и керамзита.
Весьма разнообразны содержащиеся во вскрышных породах каменные материалы, которые можно использовать в качестве нерудных заполнителей в бетонах и огнеупорах, добавок в асфальт, для получения строительного щебня, дорожных оснований, бутового камня и т. п. Кристаллические сланцы пригодны для производства облицовочных плит.
Классифицированные по крупности отходы обогащения железосодержащих руд (щебень и пески) используют в основном в строительстве.
Щебень применяют для производства тяжелых бетонов, при строительстве автомобильных дорог, устройстве балластного слоя внутризаводских железнодорожных путей, создании искусственных оснований под фундаменты зданий, при обратных засыпках, производстве холодного асфальта.
Пески крупностью + 0,14 мм, т. е. большей, чем нежелательной илистой части компонентов при получении строительных материалов, используют: как мелкий заполнитель бетонов; для производства силикатного и шлакового кирпича и в качестве добавки для изготовления глиняного кирпича; как балластный материал; при выпуске деталей и конструкций широкой номенклатуры для жилищногражданских, промышленных зданий и сооружений (стеновые блоки, облицовочные керамические плитки и т. п.).
Пески крупностью -0,14 мм применяют как сырье для автоклавных и безавтоклавных изделий и конструкций из тяжелого и ячеистого силикобетонов, в качестве порошка в асфальтобетонных смесях, безобжиговых заполнителей, при выпуске шлаковых цементов.
Карбонатно-бариевые и кварцсодержащие хвосты обогащения железных руд используют в производстве цементов. При их получении применяют также некондиционные железные руды.
Следует, прежде всего, отметить технологии, направленные на извлечение из отвальных пород дополнительного количества черных металлов.
Для доизвлечения железа применяются различные способы обогащения (обратная флотация, флотация хвостов, прямая флотация руды, сухая магнитная сепарация, магнитно-флотационный способ и др.). Вместе с тем они не всегда эффективны для обогащения окисленных немагнитных руд.
Современная техника и технология извлечения цветных металлов из отвальных пород рудных месторождений и хвостов обычно основана на выделении при обогащении сопутствующих компонентов в отдельный концентрат.