Вопросы практического использования промышленных отходов, образующихся при добыче и обогащении углей ввиду содержания в них ценного минерального сырья, весьма актуальны. В настоящее время ведутся поиски путей ликвидации шахтных терриконов, ограничения их вредного воздействия на окружающую среду, а также способов переработки горной массы. Исходя из сложившейся экологической и экономической ситуации, представляется перспективным вовлечение терриконов в хозяйственный оборот как мощную и практически бросовую минерально-сырьевую базу, запасы которой более чем достаточны для создания высокорентабельных перерабатывающих производств на многие десятилетия.

Отвальная порода в качестве сырья пригодна для производства строительных материалов, что уже позволило создать ряд перерабатывающих производств соответствующего профиля. Наряду с этим результаты исследований, проведенных специализированными организациями, показывают, что отходы угледобычи представляют особый интерес и как источники получения металлов, в первую очередь цветных и редких. Так, в породных отвалах луганских шахт отмечено повышенное содержание бериллия, олова, иттрия, иттербия, цинка, меди, стронция, ниобия, скандия и других металлов, а в отходах углеобогащения - ванадия, марганца и хрома [1].

Анализ породных отвалов Донецкого региона, выполненный специалистами МакНИИ в последние годы, также позволяет оценить количественный состав элементов, представляющих интерес для извлечения и дальнейшей переработки. Из таблицы следует, что породная масса содержит повышенное количество угля, а также сырье для получения алюминия и германия. Основную массу составляют оксиды кремния и железа, причем содержание щелочных компонентов СаО и MgO не превышает 5 %

Следует отметить, что, судя по результатам спектрального анализа углей, выполненного ПО «Укргеология», помимо германия в данном массиве будут в достаточном для извлечения количестве галлий как сопутствующий германию элемент, иттрий, цирконий и скандий. При этом на основе анализа зол можно предварительно определить, что галлий ожидается в количестве примерно 100 г/т (извлечение целесообразнее начинать с 10 г/т), скандий – 10 – 20 г/т (с 10 г/т). Конкретное процентное содержание в породе указанных элементов уточняют на основе изучения конкретного источника на раздельное содержание в нем редкоземельных элементов (на основании предварительного анализа общее количество в породе редкоземельных элементов составляет примерно 230 – 260 г/т).

Исходя из изложенного, наметим следующие направления формирования технологической схемы переработки породных отвалов, предусматривающей извлечение: железосодержащего сырья; германия; редкоземельных элементов (РЗЭ); алюминийсодержащего сырья для отправления на передел или организации собственного производства; остаточных силикатных материалов для производства строительных конструкций. Поскольку распределение редкоземельных металлов в исходной массе требует уточнения путем выполнения специальных анализов, при формировании предлагаемой технологической схемы однозначно учитывалось безусловное наличие германия и оксида алюминия в количестве, представляющем интерес для промышленного извлечения. Основные сырьевые источники германия – месторождения германиевых минералов и руд (месторождения Тсумеб и Кипуши – Западная Африка), а также руд цветных металлов. Кроме того, германий добывают из продуктов его очистки и отходов производства полупроводников. Промышленное извлечение германия из минерального или рудного сырья, как правило, целесообразно при минимальном содержании 20 г/т, поэтому использование для указанной цели сырья с содержанием германия 55 г/т – наиболее перспективная часть предлагаемой технологической схемы .

Из вмещающего минерального сырья германий целесообразно извлекать способом выщелачивания с последующим осаждением и получением концентрата диоксида германия традиционными методами. Причем, процесс возможно интенсифицировать, используя разрядно-импульсную технологию, обеспечивающую высокую производительность и степень перехода германийсодержащих элементов в воду. Соответствующее оборудование разработано и запатентовано МакНИИ. В зависимости от количества содержащихся в остатке (после извлечения германия, руды и др.) таких элементов, как скандий, цирконий и иттрий, строят дальнейшую технологическую цепочку их извлечения. Наиболее полно эти и другие редкоземельные элементы можно извлекать с помощью метода электростатической сепарации, однако стоимость технического решения может быть значительной. Поэтому на основе технико-экономического сопоставления следует определить целесообразность применения для извлечения указанных элементов этого или традиционных и, следовательно, более апробированных методов (например, выщелачиванием для скандия или хлорированием с помощью соляной кислоты для циркония), или на первом этапе создания производства считать полезным исключить указанные элементы из рассмотрения в качестве объекта для добычи, оценивая оставшуюся массу только как сырье для получения силуминов (сплава алюминия с кремнием) и строительных материалов.

В связи с тем, что в Украине практически отсутствуют запасы глинозема, последний импортируют из-за рубежа по цене до 200 дол. за 1 т (здесь и далее в ценах 2004 г.). Поэтому особый интерес представляют технологии, предусматривающие использование нетрадиционного относительно бедного сырья (содержание А1₂О_З ДО 20 %) для производства алюминиевых сплавов, в частности технологию производства заэвтектических силуминов «ЗЕВС» (разработана и апробирована в России). Стоимость такой продукции достигает 3 – 3,5 тыс. дол. за 1 т. Сырьем также может служить горная масса из отвалов, поскольку только вследствие первичной электромагнитной сепарации возможно увеличение концентрации А1₂О_З до 19 % и более, а с учетом последующего выгорания угля – 25 % и более. Технологию производства силуминов с использованием бедного в части А1₂О_З сырья целесообразно реализовать на базе мини-заводов годовой мощностью 20 тыс. т готовых изделий в год, занимающих площадь до 2 тыс. м2. Готовая продукция высоколиквидна и может широко применяться в нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. Кроме того, сырье с концентрацией А1₂О_З свыше 15 % пригодно в качестве бокситов при производстве алюминия электрогидравлическим способом.

Предлагаемая схема переработки предусматривает кремний- и кальцийсодержащие отходы для изготовления строительных материалов. Практика показывает [2], что при относительно небольших (до 200 – 250 тыс. дол. США) капитальных вложениях возможно создать высокорентабельное производство по выпуску конкурентоспособных строительных материалов и изделий. Упрощенная технологическая схема переработки породных отвалов представлена на рис. 1

Производство по переработке породных отвалов целесообразно разворачивать на базе закрывающихся шахт или обогатительных фабрик, отвалы которых имеют необходимые сырьевые компоненты. Наличие железнодорожных автомобильных путей, энергетического комплекса, зданий и сооружений промышленного и бытового назначения будет способствовать значительному вращению капитальных затрат и сроков ввода в действие перерабатывающего комплекса.

Выводы. Реализация предлагаемой технологии, помимо очевидного экономического эффекта (стоимость только германия и редкоземельных материалов, содержащихся в одном отвале, составляет порядка 100 млн дол.), даст возможность решить важную экологическую проблему ликвидации породных отвалов и рекультивации освободившихся земель. Кроме того, создание высокорентабельного перерабатывающего предприятия, выпускающего высоколиквидную продукта, например, силумин), позволит также получить дополнительные средства на проведение природоохранных мероприятий в Донецком регионе.

Список использованной литературы

1. Вент О., Беседа Н. И. Углепромышленные отходы и шахтные вам как комплексное минеральное сырье // Уголь Украины. – 1994. – № 1.
   
2. Бобров А. Г. Террикон – это техногенное полезное ископаемое // Уголь Украины. – 2000. – № 1.