2020 МАГ Тажитдин А.А.. Тажитдин Абдумалик Абдужамаллы Бактериальное выщелачивание медьсодержащих хвостов магистерская диссертация
 Скачать 1.91 Mb.
|
|
2.4 Утилизация бытовой и электрической техникой Бытовые приборы, стекло, бумага, пластик – это те товары, которые образуют более 50 процентов ТБО. Основной проблемой Казахстана является его обширная территория и небольшое количество населения. Это затрудняет переработку и сбор электронных и других бытовых отходов, а также строительство мусороперерабатывающих предприятий. 49 2.5 Эксплуатация хвостохранилищ Содержимое хвостохранилища – это измельченная горная порода с примесью химических веществ после извлечения из нее ценных компонентов. Как правило хвосты ОФ поступают через пульпопровод. Пульпопровод – это трубопровод по которому пульпа, являющаяся раствором измельченной горной породы с примесью химических веществ после извлечения из нее ценных компонентов, попадает в хвостохранилище [16]. Обычно один основной и второй резервный. Учитывая значительную поверхность хвостохранилища требуется мероприятия для предотвращения попадания поверхностных вод в чашу водохранилища из окружающих склонов. Для этого используют отводный каналы. 2.5.1 Мониторинг безопасности хвостохранилища Для обеспечения безопасной эксплуатации объектов хвостохранилища проводится регулярный мониторинг по контрольно-измерительным приборам и аппаратам [19]. Таблица 4 - Рекомендуемая частота измерений при мониторинге участка хвостохранилища № Параметры Рекомендуемая частота 1 Контролируемые параметры дамбы (высота, длина, трещины и признаки эрозии, перемещение гребня) Еженедельно 2 Контролируемые параметры лагуны (высота наполнения, ширина пляжа) Еженедельно 3 Контролируемые параметры фильтрации (линия фильтрации, размыв дамбы, давление воды в порах экранов и дамбы) Ежемесячно 4 Состав и физико-механические свойства хвостовых материалов Раз в год 5 Уровень и состав подземных вод на участке расположения хвостохранилища Ежемесячно 6 Состав поверхностных вод на водных объектах в зоне хвостохранилища Ежеквартально 7 Состав и количество дренажной воды Ежемесячно 8 Находится ли в рабочем состоянии дренажная система Ежемесячно 50 Продолжение таблицы 4 № Параметры Рекомендуемая частота 8 9 Показатели количества и состава сточных вод Ежемесячно 1 10 Рабочие параметры трубопроводов и насосов в пределах, указанных в руководстве по эксплуатации Ежемесячно 11 Контролируемые физико-механические свойства грунтов, образующих дамбу Раз в год 12 Контролируемые физико-механические свойства грунтов, подстилающих хвостохранилище Раз в год 1 13 Находятся ли в допустимых пределах контролируемые физико-механические свойства грунтов в прилегающей к хвостохранилищу зоне Раз в год 1 14 Параметры состояния поверхностного защитного покрытия Раз в год 1 15 Оползни и просадки грунта Раз в год 1 16 Сейсмическая активность По мере необходимости с учетом сейсмичности района 2.5.2 Безопасность хвостохранилища Безопасность хвостохранилища – состояние хвостохранилища, которое позволяет обеспечивать защиту жизни, здоровья и законных интересов людей, окружающей среды, безопасное функционирование инфраструктуры и хозяйственных объектов [46]. Гидротехнические сооружения являются весьма ответственными сооружениями, поэтому аварии (прорывов плотин или ограждающих дамб хвостохранилищ) могут привести к катастрофическим последствиям с нанесением ущерба предприятиям, сельскому хозяйству, дорожному, жилищно-коммунальному хозяйству и населению. В настоящее время длительность сроков эксплуатации большинства гидротехнических сооружений (ГТС), в частности хвостохранилищ (земляных плотин, дамб) при ограниченности финансовых ресурсов нередко приводит к опасному их состоянию и снижению надежности. От 51 правильности и оперативности принимаемых решений по определению уровня безопасности зависит надежная и бесперебойная эксплуатация этих сооружений. Дамбы хвостохранилищ может разрушиться также в связи с переливом воды через ее гребень (если отметка гребня дамбы назначена неправильно) или в результате оползания откосов, находящихся под воздействием фильтрационных сил, и по ряду других причин, являющихся специфичными для работы тела дамбы. При сочетании неблагоприятных факторов массив намывной дамбы может перейти в неравновесное состояние и потерять устойчивость. К внешним факторам относятся природные и техногенные факторы, а также технология возведения, наращивания и эксплуатации сооружения, а к внутренним – изменение физико- механических характеристик пород тела дамбы в период после их возведения и в процессе уплотнения насыпной (намывной) массы, прочностные характеристики грунтов основания; гидродинамические, гидростатические, сейсмические и динамические силы. Характерной чертой оползней является медленное накопление деформаций с последующим быстрым обрушением массива. Этот вид деформаций является наиболее крупным по объему и размерам захватываемых участков. Международный опыт эксплуатации гидротехнических сооружений (ГТС), показывает, что в большинстве случаев причиной аварий является воздействие фильтрационного потока в основании и в теле дамбы. Другие причины - неверные расчеты при оценке максимально возможного паводка. В связи с этим, для безопасной эксплуатации ГТС, необходимо уделять особое внимание комплексу контрольно-измерительных систем. Под контрольно-измерительной системой подразумевается комплекс контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), установленной на ГТС (пьезометры, водомерные рейки, контрольные марки, опорные репера и т.д.) и предназначенной для контроля над состоянием ГТС на протяжении всего периода эксплуатации. При этом сбор информации от контрольно- измерительной аппаратуры и устройств может проводиться полностью вручную, в полуавтоматизированном и автоматизированном режиме наблюдений. В последнем случае в состав комплекса входит автоматизированная система опроса контрольноизмерительной аппаратуры (АСО КИА) [34]. Хвостохранилище при аварийной ситуации использует «План ликвидации аварий на участке хвостового хозяйства» который регламентирует порядок работы при возникновении чрезвычайных ситуаций на объектах хвостового хозяйства, с целью уменьшения негативного воздействия на здоровье людей и окружающую среду. Данный план должен пройти экспертизу в государственных органах. Появившиеся в последние десятилетия техногенные месторождения являются результатом интенсивного развития горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. 52 2.6 Образование техногенных месторождений и их классификация Для последних десятилетий характерен гигантский рост потребления энергетических и минеральных ресурсов: угля, нефти, газа, рудных и нерудных полезных ископаемых. При этом создается масса отходов, что существенно сказывается на экологическом состоянии отдельных регионов. Кроме того, эти отходы могут быть использованы в будущем, а частью и в настоящее время как дополнительный источник минерального сырья, то есть техногенных месторождений. Суммарное содержание полезных компонентов, которые накапливаются в техногенных месторождениях за 20- 30 лет, сопоставимо, а иногда и превышает их количество в ежегодно добываемых рудах [36]. Особенностями техногенных месторождений являются: 1) расположение в промышленно развитых районах; 2) месторождения находятся на поверхности, и материал в них преимущественно раздроблен; 3) количество искусственных минеральных форм, которые образуются в техногенных месторождениях, превышает 30 000, что значительно превосходит число известных в настоящее время природных минералов, составляющее около 3300 [68]. Классификация техногенных месторождений построена на ряде признаков, важнейшим из которых является процесс их образования на рисунке 4. Горное производство оставляет после себя отвалы, сложенные раздробленными породами, вмещавшими руды, убогими рудами, которые экономически невыгодно перерабатывать, а также продуктами переработки промышленных руд - отходами обогащения. В эту группу техногенных месторождений входят терриконы угольных шахт и разрезов; отвалы рудников и карьеров сульфидных руд цветных металлов; отвалы рудников и карьеров оксидных и силикатных руд черных и легирующих металлов; шламы и хвостохранилища горнообогатительных фабрик (отходы обогащения руд специалисты называют хвостами) [67,68]. Сложное строение имеют техногенные месторождения, представленные отвалами энергетического и металлургического производства, которые состоят из шлаков, шламов, пылей, зол, металлов и их сплавов, используемых в металлургии огнеупорных материалов [23]. Как и природные месторождения полезных ископаемых, техногенные месторождения имеют определенную структуру распределения полезных компонентов, зоны вторичного обогащения, окисления, но в отличие от них обычно характеризуются низкими содержаниями полезных компонентов. 53 Рисунок 4 - Классификация техногенных месторождений 2.6.1 Состав полезных компонентов и использование сырья техногенных месторождений Во многих рудных районах, достаточно широко распространены техногенные месторождения, представленные раздробленными горными породами и убогими рудами. Отвальные массы используют для строительных целей, закладки выработанного пространства в подземных выработках, рекультивации. Однако достаточно часто в подобные отвалы попадают и полезные компоненты, которые во время разработки не представляли промышленного интереса. Во многих случаях для переработки техногенного сырья требуются иные технологии, чем для природных руд, чаще всего новые способы, основанные на последних достижениях науки и техники. Например, Известно урановое хвостохранилище в г.Актау. В настоящее время начата переработка этих отходов в Степногорске в компании «Сареко» где доизвлекаются редкоземельные металлы и элементы [7]. Более перспективными по содержанию и запасам полезных компонентов по сравнению с месторождениями-отвалами горнодобывающих предприятий являются хвосты обогащения руд черных и цветных металлов. Хвосты - это отходы обогащения полезных ископаемых, в которых содержание ценного компонента естественно ниже, чем в исходном сырье, поскольку в них преобладают частицы пустой породы [15]. Твердая фаза 54 хвостовой пульпы представлена смесью минеральных частиц разного размера - от 3 мм до долей микрона. Состав частиц и их плотность зависят от минерального состава пород, вмещающих полезное ископаемое. В настоящее время на Урале работают 10 обогатительных фабрик, которые перерабатывают медные и медно-цинковые руды. При производстве медных, цинковых и пиритных концентратов образуется ежегодно 5-7 млн т хвостов, в которых содержится 0,3-0,4% цинка, 0,2-0,3% меди, 20-35% серы, более 35% железа. Значительную площадь (260 га) занимает, например, Черемшанское шламохранилище Высокогорского ГОКа, в котором сосредоточено около 40 млн. т. отходов обогащения железных руд. Отходы обогащения более удобны для утилизации, чем отвалы, поскольку они, во-первых, более однородны, а во-вторых, представляют собой уже дробленый, иногда фракционированный материал. Наиболее перспективны для использования в строительстве отходы, образующиеся при сухих способах обогащения - хвосты сухой магнитной сепарации, сухой гравитации. Хвосты сухой магнитной сепарации отличаются повышенной крупностью (20-70 мм) и пониженным содержанием металлов. После предварительной подготовки (рассева) они полностью используются в качестве щебня. Хвосты мокрой магнитной сепарации являются мелкодисперсными отходами, за год на горнообогатительных комбинатах их накапливается миллионы тонн. Они содержат много ценных металлов, в том числе скандия, галлия, стронция, титана. Нисколько не уступают по набору и количеству ценных компонентов хвостохранилища обогатительных фабрик, перерабатывающих руды цветных металлов. По общим запасам хвостохранилища некоторых предприятий существенно превосходят многие месторождения. Вовлечение их в разработку облегчается тем, что при этом не нужны вскрышные и буровзрывные работы. Раздробленный материал подготовлен для извлечения металлов современными методами, в частности выщелачиванием кислотами. Запасы металлов в отходах металлургического производства, преимущественно в шлаках, также значительны. Шлак представляет собой затвердевший металлургический расплав, который покрывал поверхность жидкого металла. Формируется шлак при плавлении пустой породы, флюсов и т.д. Он является ценным вторичным сырьем и широко применяется в строительстве. Гранулированные шлаки используют для получения шлакопортландцемента, в качестве заполнителя для бетонов, в дорожном строительстве; из шлаковых расплавов вырабатывают минеральную вату, шлаковую пемзу, шлаковое литье. Разработка техногенных месторождений, представленных отвалами металлургического производства, связана с определенными трудностями из- за сложности состава шлаков и часто значительной неоднородностью 55 отвалов, особенно тех, которые накапливаются при электрометаллургическом производстве ферросплавов. Вторая группа подобных техногенных месторождений представляет собой скопления шлаков цветной металлургии, которые поступают в отвалы после предварительной грануляции или в горячем состоянии. Конвертерный медеплавильный шлак содержит до 70% FeO при относительно небольших количествах кремнезема. Его минеральную основу составляет минерал фаялит (2FeO " SiO2), а второстепенные минералы представлены цинкосодержащим магнетитом, купритом (Сu2О), теноритом (СuО), сульфидами меди и железа. В небольшом количестве в шлаках присутствуют также стекло и металлическая медь [56,57]. Особое место занимают золоотвалы тепловых электростанций. Золы - твердый остаток, образующийся при сгорании топлива (углей, горючих сланцев, торфа), состоит из тонкодисперсного порошка, так называемой золы-уноса и шлака - сплавленного кускового материала [13]. Шлаки используют в строительстве, зола-унос в основном складируется в мокрых золоотвалах и лишь частично используется в цементной промышленности в качестве сырья и добавок, при производстве строительной керамики, асфальтобетона, обжигового и безобжигового гравия. 56 3 Исследовательская часть 3.1 Методика исследования и оценки техногенных месторождений Методика исследования техногенных месторождений в значительной мере отличается от изучения природных объектов. Это обусловлено, с одной стороны, компактным размещением техногенных месторождений непосредственно в зоне промышленных предприятий, с другой стороны - необходимостью исследования их часто необычного и сложного минерального состава [56,57]. Проведение комплексных исследований включает в себя несколько последовательных этапов, первым и наиболее важным из которых являются оценочные работы. Они состоят из опробования материала откосов и поверхности отвалов, а также керна скважин колонкового бурения. На втором этапе выполняют аналитические и минералогические исследования с целью изучения состава техногенного месторождения. В последние годы для этих целей все более широко используют ядерно-физические методы анализа, которые можно применять для веществ любого агрегатного состояния (твердого, жидкого, газообразного) и которые наиболее эффективны для определения тяжелых и радиоактивных металлов. Третий этап завершается обработкой полученной информации, составлением геологической карты и разрезов, оценкой концентраций полезных компонентов и прогнозной оценкой запасов. С целью представления данных о техногенных месторождениях для их последующей переработки в настоящее время формируется база данных техногенных месторождений Казахстана. Для оценки прогнозных ресурсов полезных компонентов используют все имеющиеся аналитические данные, прогнозные ресурсы при этом характеризуются в первую очередь объемом отвала и содержанием полезного компонента [57]. 3.2 Подготовка пробы к исследованию В настоящее время накопились значительные запасы лежалых хвостов хвостохранилища «Боргезсай» и «Старое» . Запасы по хвостохранилищу оцениваются в количестве до 1 млрд тонн. Оценка проб показала что среднее содержание меди в хвостах составляет 0,15-0,2 %. В этой связи была поставлена задача провести лабораторные исследования доизвлечения меди из этих медных хвостов. Тем самым решается задача получения дохода за счет получения медного концентрата и очищения хвостохранилища от тяжелых металлов. Учитывая, что хвосты представлены в измельченном виде то не требуются затраты на дробление и измельчение [59]. 57 По предварительному минералогическому анализу показано, что в пробах содержатся медные минералы такие как халькопирит, ковеллин, халькозин, борнит и другие. Среди других минералов встречаются: крайне редко зерна пирита, гематит, магнетит, гидроксиды железа, арсенопирит, рутил. Для проведения исследований на технологическую извлекаемость была предоставлена проба весом 6 кг из отработанного хвостохранилища в Джезгазгане. Исходная проба подвергались усреднению (способом кольца и конуса и квартованием) отобрана по 4 пробы весом по 0,2 кг каждая для проведения теста по выщелачиванию. Дополнительно отобрана пробы для ситового анализа и определения вещественного состава в количестве 0,2 кг. Две пробы были использованы для определения оптимального режимов процесса. Для экспресс анализа и оценки результатов экспериментов был использован ренгенофлоуресцентный анализ проб. 3.3 Проведение исследований Наличие тонковкрапленных минералов меди в кварце и других минералах требует для их раскрытия дополнительного измельчения, что требует дополнительных значительных затрат. Для решения проблемы необходимы меры по деструкции минералов кварца с целью высвобождения тонковкрапленных минералов меди. Для переработки хвостов технология выщелачивания меди является эффективной по капитальным и эксплуатационным затратам. Учитывая данные минералогического и рентгенфлоуресцентного анализа проб, наличие сульфидных минералов меди, наличие общей серы содержание которой достигало 5-7 %, было проведены выщелачивание при различных режимах. Для ускорения процесса использовалось бактериально- химическое выщелачивание. |