Исследование способов обезвреживания и использования твердых отходов в качестве строительных материалов

Министерство образования и  науки Республики Казахстан

«Допущена к защите»

Заведующий кафедрой

Экология

_____________________

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

На тему: «Исследование способов обезвреживания и использования твердых отходов в качестве строительных материалов»

по специальности 5В060800 – «Экология»

 

Выполнил:

Научный руководитель

Профессор:         

 

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………............3

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР СПОСОБОВ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ СТРОЙМАТЕРИАЛОВ НА ПРИМЕРЕ СУЛЬФИДНЫХ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ И ВСКРЫШНЫХ ПОРОД ДОБЫЧИ МЕДИ…………………..6

1. Опыт исследования методов обезвреживания, переработки и использования сульфидных хвостов и вскрышных пород медного производства в Казахстане и за рубежом…………………………………………………………..6
2. Место сульфидных хвостов и вскрышных пород медного производства в классификации твердых отходов………………………………..13

2 ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА МЕДНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ОБРАЗОВАНИЕМ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД И СУЛЬФИДНЫХ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ

2.1 Общая характеристика месторождения …………….………………...18

2.2 Технология разработки  карьера на месторождении с  образованием вскрышных пород………………………………………………………..……….22

2.3 Образование хвостов  обогащения на месторождении  …………………………………………………………………………..…26

3 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ, ПЕРЕРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА МЕДИ …………………………………………32

3.1 Обезвреживание, переработка и использование сульфидных хвостов обогащения…………………………………………………………………………32

3.2 Обезвреживание, переработка и использование вскрышных пород добычи меди………………………………………………………………………..48

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………...55

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………...59

ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………..62 

Введение

 

Актуальность  работы. Повышение социально-экономической эффективности недропользования – государственная политика Казахстана. В этой связи особую значимость приобретают вопросы комплексного, экологически безопасного освоения месторождений минерального сырья. При этом первоочередной задачей ставится снижение объемов отходов предприятий и вовлечение их в эффективное промышленное использование.

Кроме того, являясь страной  с быстро развивающейся экономикой и эффективной демографической  политикой, Республика Казахстан тратит огромные средства на застройку и  поддержание в функциональном состоянии  жилых массивов, дорожных коммуникаций, промышленных зон и так далее. Таким образом, актуальность проблемы переработки и повторного использования промышленных отходов именно в качестве строительных материалов обусловлена сразу несколькими факторами.

Как известно, рост объемов производства в горнодобывающей промышленности неизбежно влечет за собой увеличение количества техногенных отходов. На территории Казахстана в целом и в частности на территории Хромтауского района Актюбинской области накоплено некоторое количество отходов, образующихся при добыче и переработке медно-колчеданных руд: отвалы вскрышных пород, хвосты обогащения, отходы обогатительного производства. В силу высокой избирательности используемых в настоящее время технологий по обогащению полезных ископаемых в отвалах техногенных материалов складировано и продолжает накапливаться большое количество не использующихся полезных компонентов, таких как сера, железо и так далее.

Следует подчеркнуть, что в регионе это производство находится на стадии развития и значительных объемов отходов пока не образовалось. Поэтому вопрос утилизации (переработки) сульфидных хвостов от переработки медных руд актуален, так как его своевременное решение предотвратит создание проблем уже имеющихся в развитых горнорудных районах Казахстана.

Негативное влияние отвалов техногенных материалов чрезвычайно высоко. Занимая собой огромные территории, они загрязняют еще большие участки, делая их непригодными для рационального использования. Атмосферные осадки, проходя через отвалы техногенных образований, способствуют естественному выщелачиванию металлов. Согласно экологическим исследованиям [23; 31] состава подземных вод в районе исследования, они содержат большое количество ионов цветных металлов и имеют высокую степень минерализации. Кроме того, агрессивно воздействующие на природную среду техногенные компоненты, тем не менее, являются важным резервом пополнения объемов минерального сырья. Следовательно, отходы обогащения руд представляют собой не только источник чрезвычайной экологической опасности, но и средство получения огромных материальных ресурсов, что обуславливает крайнюю необходимость их очищения и переработки.

То есть, интерес к проблеме обезвреживания и использования отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд обусловлен не только материальной выгодой, но и возросшими экологическими требованиями.

Итак, кардинальным решением проблемы рационального использования природных ресурсов и защиты окружающей природной среды от загрязнения является широкое внедрение принципов малоотходных и ресурсосберегающих технологий. На этом фоне обезвреживание и переработка отходов медного производства в строительные материалы позволила бы решить своевременную и актуальную задачу повышения полноты использования техногенных отходов и изыскать при этом дополнительные материальные ресурсы, способствующие экономическом росту региона.

Таким образом, объектом исследования являются обезвреживание и использование твердых отходов в качестве строительных материалов, а предметом исследования – обезвреживание и использование вскрышных пород добычи меди и сульфидных хвостов обогащения меди.

Научная новизна дипломной  работы состоит в том, что в ней подобраны и скомбинированы методы, комплексное использование которых позволяет достичь максимально полной, переработки пиритных хвостов обогащения медных руд, делая безотходным (за исключением газообразных отходов, ликвидируемых с помощью ряда очистных сооружений) сам процесс обогащения медных руд.

Практически полученные данные могут быть применены для внедрения предлагаемого метода в производство, например путем постройки отходоперерабатывающего предприятия при обогатительной фабрике. Так же данная дипломная работа может быть использована преподавателями и студентами для подготовки учебного материала по соответствующей теме, а так же при написании научных работ.

База исследования: месторождение медно-колчеданных руд.

Цель: поиск и анализ экономически и экологически рациональных способов обезвреживания и использования твердых отходов в качестве стройматериалов на примере сульфидных (пиритных) хвостов переработки медно-колчеданных руд и вскрышных пород, образующихся при их добыче.

Задачи дипломной  работы:

1. Проанализировать литературу по проблеме исследования;
2. Определить место сульфидных хвостов обогащения меди и вскрышных пород добычи в классификации твердых отходов;
3. Проследить эффективность существующих методов обезвреживания и использования сульфидных хвостов и вскрышных пород медного производства в Казахстане и за рубежом;
4. Проанализировать опыт обезвреживания и использования сульфидных хвостов и вскрышных пород медного производства в качестве стройматериалов;
5. Изучить технологические процессы добычи и обогащения меди на месторождении, а так же техническую документацию предприятия;
6. Определить механизм образования изучаемых твердых отходов;
7. Эмпирически исследовать способы обезвреживания и использования сульфидных хвостов и вскрышных пород медного производства на базе месторождений.

 

 

1. Литературный обзор способов обезвреживания и использования

твердых отходов  в качестве стройматериалов на примере  сульфидных хвостов обогащения и  вскрышных пород добычи

 

1. . Опыт исследования методов обезвреживания, переработки и использования сульфидных хвостов и вскрышных пород медного производства в Казахстане и за рубежом

 

Республика Казахстан  – экономически развитое государство, с высоким индустриальным уровнем  и быстрыми темпами развития промышленности. В связи с этим вопрос утилизации именно промышленных отходов наиболее актуален как для экологии, так  и для экономики страны.

Повышение социально-экономической  эффективности недропользования –  государственная политика Казахстана. В этой связи особую значимость приобретают  вопросы комплексного, экологически безопасного освоения месторождений  минерального сырья. При этом первоочередной задачей ставится снижение объемов  отходов предприятий и вовлечение их в эффективное промышленное использование.

Как известно, одной из нерешенных задач промышленности нашего региона  остается утилизация и полное использование  отходов образующихся в результате добычи и обогащения полезных ископаемых.

В данной работе мы предлагаем вариант решения проблемы обезвреживания и полного использования части  твердых отходов медного производства, а именно сульфидных хвостов и  вскрышных пород путем переработки  их в строительные материалы.

Как известно, промышленная добыча медных руд ведет свое начало с давних времен. В РСФСР и Казахской ССР медное производство представляло собой развитую отрасль, с каждым годом набирающую обороты. Такое положение дел осталось актуальным и в постперестроечный период. При этом непозволительно мало внимания уделялось утилизации и рециркуляции отходов добычи и производства. Вскрышные породы и сульфидные хвосты медного производства складывались и накапливались в отвалах и хвостохранилищах.

Кроме того, масштабы добычи и переработки руд характеризуются  нарастающей динамикой и непрерывным  поступлением в хранилища промышленных отходов. Таким образом, отвалы вскрышных пород и хвостохранилища на сегодняшний день занимают значительные площади по земельному отводу, мощность хвостов, складированных в них, изменяется в пределах 18-40 м. При этом, большая часть хранилищ отходов уже законсервированы, а эксплуатируемые в настоящее время находятся на стадии завершения эксплуатации [30].

Парадоксально, что при этом только в последние десятилетия, когда в связи с катастрофическим накоплением экологических проблем промышленность просто вынуждена искать безопасные пути утилизации отходов, начались попытки решения вопроса переработки и полезного использования таких промышленных отходов, как вскрышные породы добычи меди и пиритные хвосты медного обогащения. При том, что эффективность мероприятий по их переработке напрямую зависит, в том числе, от срока хранения отхода. Так на Урале и в других регионах России, где эксплуатационные запасы кондиционных руд практически отработаны, и на поверхности горного отвода в хвостохранилищах накоплено значительное количество отходов, было принято решение разрабатывать затопленные отвалы пиритных хвостов как техногенные месторождения для добычи ценных элементов. При этом процент и содержания и извлечения оных существенно снижен по сравнению с этими же показателями только что отработанных материалов [30].

Так как в нашем регионе  производство меди находится на стадии развития и значительных объемов  отходов пока не образовалось, вопрос утилизации (переработки) сульфидных хвостов  от обогащения медных руд особенно актуален, так как его своевременное  решение предотвратит создание проблем  уже имеющихся в регионах России и развитых горнорудных районах  Казахстана. Таким образом, становится очевидным, что переработка отходов обогатительного передела позволит снизить негативное воздействие на окружающую среду и расширить минерально-сырьевую базу предприятия за счет возможности комплексного использования этих руд.

В ходе анализа литературных источников по теме исследования было выявлено несколько способов, предлагаемых в качестве решения проблемы утилизации пиритных хвостов.

Первым из предлагаемых путей  переработки пиритных хвостов является доизвлечение из них цветных и благородных металлов. Как известно, золото и серебро концентрируется в кристаллической решетке пирита и пирротина.

С целью определения условий  эффективного применения гравитационного  метода для извлечения металлов из сульфидных хвостов проводились опыты на центробежном концентраторе “Кнельсон” марки KC-MD7” канадской компании промпродукт “Knelson Concentrator”. Порог крупности золота, извлекаемого в концентрат, данного аппарата составляет 10 мкм.

Исходная пульпа, крупность  материала 82,9 % класса 0,074+0 мм, 30 % твердого, загружали в приемную воронку в течение 1,5-2 мин. На манометре аппарата устанавливали центробежное ускорение соответствующее 20 g, 40 g, 50 g и 60 g. Опыты проводили по схеме основной сепарации.