Еколого-економічна оцінка техногенних родовищ Кривбасу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

техногенний родовище економічний мінеральний

У світі за останні декілька десятиліть видобуто більше корисних копалин, ніж за всю попередню історію. Людство, в пошуках нових джерел мінеральної сировини, почало освоювати шельфи і дно морів та океанів, зростають глибини пошуків. Очевидно, що відкриття і введення в експлуатацію таких родовищ потребує величезних затрат коштів і часу. Окрім цього, незворотнім наслідком роботи гірничодобувної та переробної промисловості та інших галузей народного господарства є утворення на накопичення величезних обсягів відходів в техногенних родовищах (ТР), які ж до того негативно впливають на навколишнє середовище (НС).

ТР - це техногенні скупчення відходів промислової діяльності гірничо-видобувного, металургійного, хімічного та інших виробництв на поверхні Землі або в гірських виробленнях. Попри те, що техногенні родовища - це негативні результати екстенсивного споживання ресурсів, це потенційне джерело вторинної сировини. ТР - це штучні скупчення відходів видобутку та переробки мінеральної сировини, використання яких у промисловості є рентабельним. Відмінною особливістю ТР є їх ресурсна значимість. Вони містять корисні компоненти або мінерали, отримання яких з готової продукції економічно доцільно. Використання техногенних відходів дозволить вирішити ряд екологічних, економічних та соціальних проблем. Також, експерти вважають, що використання таких родовищ в 10-15 разів дешевше, ніж природних.

Відомий вчений Ферсман О. Є. сказав: «В боротьбі за надра людина використає всю гірничу масу. Ніяких відходів, ніяких не використаних пустих порід. Все буде слугувати промисловості, вся Менделєєвська таблиця буде використана». Також відомий американський еколог Одум Є. висловив таку думку: «Людство може комфортно існувати, якщо буде використовувати лише відходи». Думаю, що ці вислів повинні стати гаслом для людства, головним напрямком використання ТР.

Якщо розглядати ТР з боку сталого розвитку, то поки що ці поняття несумісні між собою. Адже однією зі складових сталого розвитку сучасного суспільства є екологічна безпека та охорона НПС, найбільшу небезпеку по відношенню до якого представляють техногенні відходи.

Криворізький залізорудний басейн - один з найбільших басейнів в Україні, головний гірничо-видобувний центр країни. Одночасно промислові відходи якого віднесені до комплексних техногенних родовищ. Об'єм відходів Кривбасу складає більш 30% від загальної кількості промислових відходів України.

В роботі розглянуті проблеми, пов'язані з ТР, перспективи їх використання на прикладі Криворізького залізорудного басейну; визначена ресурсна цінністьтехногенних відходів; були обрані головні напрямки використання відходів в якості продуктів для продажу (як будівельних матеріалів); визначений можливий прибуток від розробки ТР, а також відвернений збиток НС.

Мета даної кваліфікаційної магістерської роботи полягає у проведенні еколого-економічного оцінювання потенційних техногенних родовищ Кривбасу.

Для досягнення мети кваліфікаційної магістерської роботи було поставлено низку задач, а саме:

1 - надати характеристику техногенних родовищ як нових геологічних утворень;

2 - вивчити особливості утворення комплексних техногенних родовищ, розташованих в межах Криворізького залізорудного басейну;

3 - визначити ресурсну цінність компонентів техногенних родовищ;

4 - надати характеристику впливу техногенних родовищ Кривбасу на навколишнє середовище;

5 - визначити еколого-економічну результативність розробки техногенних родовищ Криворіжжя.



1. Характеристика техногенних родовищ як нових геологічних утворень

У сучасній науковій літературі часто вживаються терміни техногенні утворення, техногенні ресурси, техногенні масиви, техногенні родовища (ТР). «Техно» в перекладі з грецького означає мистецтво, ремесло, а «ген» - народження. Якщо перекладати дослівно, то техногенне - це щось штучно народжене. Таким чином, термін «техногенний» головним чином стосується відходів гірничо-промислової переробки, однак, у науковій літературі в даний час немає чіткого визначення поняття «техногенного родовища» [1]. Уці родовища в ряді випадків потрапляє значна кількість корисних компонентів. В міру розвитку технологій мінеральної сировини, зміни економічних іекологічних умов виникає необхідністьвикористання відвалів видобутку і переробки сировини. В мірурозвитку науки і техніки роль ТР усе більше зростає. Людинаможе з великою вигодою використовувати ці родовища [2].

ТР- це скупчення мінеральних речовин на поверхні Землі або в гірничих виробленнях, які є відходами гірничого, збагачувального, металургійного та інших виробництв і придатні по кількості та якості для промислового використання, яке стає можливим при розвитку технології його переробки і зміні економічних умов [3].

З одного боку, ТР - це негативні результати екстенсивного споживання природно-ресурсного потенціалу, наслідками якого є утворення багатотоннажних відходів, накопичених на поверхні Землі у вигляді териконів, хребтових відвалів, шламосховищ.

З іншого боку, ТР - це штучні скупчення мінеральних речовин, які по кількості, якості та умовам залягання (при відповідному рівні техніко-технологічного забезпечення та споживчому попиті) придатні для промислового використання [4].

Отже, ТР- техногенні утворення (відвали гірничодобувних підприємств, хвостосховища збагачувальних фабрик, шлакозольні відвали паливно-енергетичного комплексу, шлаки і шлами металургійного виробництва, шламо-, шлако-і т.д. відвали хімічної галузі) на поверхні Землі, в яких міститься мінеральна сировина, що за кількістю та якістю придатна для промислового використання в даний час або в майбутньому в міру розвитку науки і техніки та зміни економічних умов.

За ознакою формування ТР розділені на дві основні категорії: ТР, створені без урахування наступного освоєння, і ТР, що формуються із заданими параметрами. У першому випадку ТР формуються на основі традиційних вимог до складування відходів виробництва без урахування можливості і доцільності розробки в даний час або в майбутньому при вдосконаленні гірничо - збагачувальних і металургійних технологій. У другому випадку - за спеціальними технологіям із забезпеченням необхідних технологічних, геомеханічних та фізико - хімічних параметрів [5].

Техногенні родовища, що з'явилися в останні десятиліття, є результатом інтенсивного розвитку добувної та переробної промисловості. ТР являють собою клас родовищ , що сформувалися в районах гірничорудної промисловості (Україна, Казахстан, Північний Захід і Південний схід європейської частини Россі, Урал, Південний схід і Схід азіатської частини, Центр Сибіру та ін.) Ці родовища зазвичай володіють своєрідним мінеральним складом і є потенційним джерелом різноманітних корисних копалин, зокрема кольорових, рідкісних і благородних металів, а також будівельних матеріалів (щебінь, пісок, гравій і т.д.)[6].

Вперше в Україні на великому фактичному матеріалі зроблений аналіз стану вторинних ресурсів України [7]. На 01.06.2000р. була інформація про 1600 техногенні об'єкти України по 13 областях України і частково по Криму. Прогнозно-пошукове обстеження і випробування відходів більше 100 підприємств, проведене геологами України, виявило в багатьох із них високі, аж до промислових, концентрації кольорових, рідкісних і благородних металів і нерудної сировини.

Встановлено, що внаслідок переробки тільки обстежених промислових відходів потреби промисловості України можуть бути забезпечені на десятки років у скандії, галії, ітрії, танталі, ніобії, ртуті, цезії. Щорічна потреба в дефіцитних для країни свинці, цинку, міді, ванадії, цирконії, золоті, сріблі, літії може задовольнятися на 10-25%. Різноманітну нерудну сировину з відходів раціонально використовувати для одержання будівельних матеріалів, хімічних реагентів для очищення стічних вод, добрив для сільського господарства і т.д. Важливою обставиною є те, що собівартість товарної продукції з промислових відходів у 5-15 разів менше, ніж з тих, що добуваються традиційними засобами руд родовищ корисних копалин. Активне використання промислових відходів мінеральної сировини дозволить дістати прибуток у мільярди доларів США щорічно [8].

В Україні накопичилось біля 8,6млрд.м³відходів, які займають приблизно 150 тис. га площі. За експертними оцінками загальні обсяги накопичення промислових техногенних відходів в Україні перевищують 30млрд.т. [9].

Найбільша кількість промислових техногенних відходів утворюється в гірничо-видобувній промисловості. Обсяги накопичення відходів у відвалах, що знаходяться на балансі підприємств, становлять 5,5млрд.т. В основному, найбільші об'єми даних відходів сконцентровані в Донецькій, Дніпропетровській, Запорізькій, Луганській та Львівській областях, тобто в основних гірничопромислових регіонах України, вони представлені відвальними породами видобутку, збагачення та переробки руд чорних та кольорових металів, хімічної та нерудної сировини, шлаками і золами ГЕС, породами вуглевидобутку та вуглезбагачення, відходами та згонами металургійного виробництва, гальванічних шламів, шахтних та рудничних вод тощо. У той же час за даними вітчизняних та зарубіжних досліджень останніх років доведена можливість ефективного використання промислових відходів для отримання чорних, кольорових, рідкісних, рідкісноземельних металів та нерудної мінеральної сировини.

Україна є сировинною базою таких важливих корисних копалин таких, як залізо, марганець, графіт, титан, ртуть, первинні каоліни тощо, в той же час не добуваються (або добуваються в недостатній кількості) кольорові, рідкісноземельні та благородні метали, але вони можуть в значній кількості вилучатися з промислових техногенних відходів кольорової та хімічної промисловості та задовольнити ринок держави даними металами. Як показали попередні дослідження практично всі метали, які не добуваються в Україні, існують у відходах промислових підприємств у підвищених або високих концентраціях, отже вони можуть бути джерелом отримання дефіцитної мінеральної сировини. Разом із тим освоєння комплексних технологій та переробка складованих раніше та поточних промислових відходів рівною мірою покращує, як економічні так і екологічні показники гірничорудних регіонів в цілому, так і кожного підприємства окремо.

Наукові розробки і практичний досвід закордоном підтверджують, що використання промислових техногенних відходів економічно та екологічно необхідно і вигідно. Більшість підприємств, які переробляють промислові відходи отримують окупність капітальних вкладів за 1-2 роки. В Україні з відходів вторинної мінеральної сировини може вироблятися багато видів будівельних матеріалів, можна отримувати вугільне паливо, чорні, кольорові, рідкоземельні та благородні метали, флюси, магнієві та сірковмісні добрива, вапнякові та гіпсові меліоранти, коагулянти для очищення стічних вод, газів тощо.

До нашого часу більша частина промислових техногенних відходів гірничодобувної промисловості використовувалась для засипки відроблених кар'єрів, засипки підземних гірських виробок, рекультивації порушених орних земель, для виробництва високо тривкого дорожно -будівельного матеріалу, стінових панелей, керамзитового гравію і піску, глиняного глинозольної та золосилікатної цегли, керамзитозолобетону, пористих заповнювачів бетону, високопустотних стінових керамічних виробів та інших матеріалів. Складнішою є ситуація з застосуванням промислових відходів для вилучення цінних металів. В Україні деякою мірою розробляються промислові техногенні відходи на Миколаївському глиноземному заводі, Турбівському каоліновому комбінаті, Кримському заводу двоокису титану, Лемнінському, Іршанському ГЗК та техногенні відходи балки «Скаженої» і «Крутої» та на інших підприємствах.

1.1 Умови формування техногенних родовищ

Для того, щоб зрозуміти умови формування ТР, необхідно насамперед представити сучасне гірниче виробництво, всі його галузі (видобуток, збагачення, переробку сировини), а також найважливіші технологічні процеси і продукти, одержувані в результаті його проведення. І тоді стане очевидно, як утворюються техногенні скупчення рудної, нерудної, пальної твердої мінеральної сировини, техногенних газів, вод. Ці скупчення складуються на багатьох підприємствах і, по - суті, є відходами та втратами конкретного виробництва, але одночасно можуть представляти інтерес в якості попутних і вторинних мінеральних ресурсів. Сировину з техногенних скупчень можна використовувати безпосередньо без переробки (піски, гравій, кварц- полешпатові й баритові концентрати, шлаки), але часто її збагачують і піддають вторинній переробці за новими технологічними схемами з метою до вилучення корисних компонентів (металів, хімічних елементів).

Всі родовища техногенної сировини за способом утворення можна розділити на три основні групи: родовища підприємств, родовища гірничо-збагачувальних підприємств, родовища гірничо-переробних підприємств.

Промисловий і побутової брухт, стружка, скрап чорних і кольорових металів та їх сплавів також є важливою техногенною сировиною. Проте їх скупчення не можна назвати родовищем, так як вони не мають закономірної форми, певної будови, мінерального наповнення, і їх не можна вивчати і оцінювати за правилами геологорозвідувального процесу.

На видобувних підприємствах основними техногенними скупченнями є відвали кар'єрів, рудників, шахт. У відвалах діючих підприємств накопичуються насамперед розкривні і вміщуючі породи, а також бідна і позабалансова сировина,окислені і комплексні руди,які не переробляються у зв'язку з недосконалістю існуючих технологічних схем вилучення корисного компонента. Особливо значними за обсягом є відвали відкритих розробок корисних копалин. Розкривні і вміщуючі породи складаються з пухких і кристалічних різновидів, а також ґрунтів. Їх використовують для рекультивації земель в якості закладних, будівельних, дорожніх, формувальних матеріалів, сировини для скляної, керамічної промисловості, обважнювачів, барвників. Особливістю таких скупчень є їх швидке старіння, руйнування,хімічні і фізико - хімічні зміни під дією атмосферних явищ, горіння. Більшою мірою це стосується пухких утворень (ґрунту, глинистих,крейдяних порід), які взагалі не рекомендується зберігати тривалий час, а необхідно використовувати відразу. Кристалічні утворення, незважаючи на їх кращу стійкість зовнішніх явищ, у відвалах також злежуються і окислюються. Окислення несприятливо позначається на якості деяких видів рудної сировини.

До техногенних скупчень позабалансових руд можна віднести від валиокислених залізистих кварцитів, бідних і окислених сульфідних руд колчеданних, поліметалічних, мідно - нікелевих,золоторудних родовищ. З відвальних бідних руд при сучасних технологіях стає рентабельним вилучати залізо, хром, марганець, ванадій, мідь, свинець, цинк, золото, срібло, германій, кобальт, нікель, титан, алюміній.

При вуглевидобутку крім твердих корисних копалин (глин, пісків,карбонатних і скельних порід, горючих сланців, графіту, самородної сірки), які складуються у відвали, котирується шахтний газ, спеціальні водозбірники і штучні озера для шахтних вод. Використовувані для опалення в місцевих котельних, для виробничого протипожежного та сільськогосподарського водопостачання, облагородження зон відпочинку шахтні гази і води також відносяться до техногенних ресурсів, які накопичуються при видобутку корисних копалин. Утилізація попутного газу необхідна також при видобутку нафти, а води - на багатьох рудниках. У випадках, коли родовище зневоднене, але дренажні води не можуть бути використані за призначенням, їх можна захоронювати. Таким чином, створюються особливі форми ТР за рахунок скидання або перекачування підземних вод розроблюваної товщі порід в нижні водоносні товщі, тим самим поповнюючи природні запаси прісних вод.

Великі втрати при витяганні корисних компонентів з мінеральної сировини за рахунок його збагачення і подальшої переробки сировини на металургійних, хімічних, енергетичних підприємствах. При переробці корисних копалин ТР можуть утворюватися за рахунок втрат двох видів: технологічних та організаційних. До технологічних належать втрати, що залежать від природної якості руди, пов'язані з системою розробки родовища і прийнятою технологією переробки. В організаційні втрати включені втрати, пов'язані з організацією та управлінням підприємством, в тому числі організацією технологічного процесу переробки.

За продуктам переробки і технологічним процесам втрати цінного компонента розподіляються наступним чином:

- втрати при рудо підготовці - хвости, сепарації, пилу;

- втрати при збагаченні - відвальні хвости, відвальні шлами, різнойменні концентрати, пилу, промстоки;

- втрати при гідрометалургії - кеки, промстоки;

- втрати при пірометалургії - шлаки, пил, гази.

Наведемо суть деяких термінів, які використовуються в гірському виробництві для позначення його продуктів і процесів.

Хвости - відходи збагачення корисних копалин на збагачувальних фабриках, в яких вміст цінного компонента значно нижче, ніж у вихідній породі.

Xвостосховище - складовані хвости або, по - суті, штучні розсипи, що складаються з дробленного і відсепарованого матеріалу відходів (піщаних фракцій і нижче).

Шлам - (від німецького «бруд») - 1 ) суспензія дрібних (до 10-40 мм) часток твердих речовин у воді, що утворюється в процесі подрібнення порід і руд при збагаченні, 2) порошкоподібний продукт, що випадає в осад при електролізі міді, цинку та інших металів (часто містить благородні метали).

Відвальні шлами - зневоднені і складовані на поверхні шлами.

Шламові озера - шлами, складують в штучних і природних водоймах.

Кек - (від англійського - «укріпляти») - шар твердих частинок, що залишається після фільтрації суспензій, або нерозчинний залишок, одержуваний після вилуговування цінних компонентів з руди або промпродукту. Містить 12-20% вологи. Прикладом кеків є відходи гідрометалургійних процесів вилучення кольорових металів, зокрема міді з окислених руд.

Шлаки - 1) розплавлена, а після затвердіння скловата і кам'яно подібна речовина, що формується з рудних матеріалів, порожньої породи, флюсів при пірометалургійних процесах (металургійний шлак), 2) частки золи, що спеклися або сплавлені в шматки (шлак паливний). Прикладом металургійних шлаків є відходи з доменної печі, що складаються з силікату кальцію і утворюються в результаті реакції між флюсовим вапняком і порожньою породою, що міститься в залізній руді.

Зола - незгорілий залишок (у вигляді пилу), що утворюється з мінеральних домішок палива при повному його згоранні.

Шлакова пемза (термозіт) - штучний пористий заповнювач для легких бетонів, одержуваний з розплавлених металургійних (переважно доменних) шлаків при їх швидкому охолодженні наступному подрібненні.

Вельцювання (від німецького «катати», «перекочувати») - витяг металів (цинку, свинцю, кадмію та ін.) відгонкою при нагріванні під обертової печі поліметалічних відходів свинцевого, мідного і олов'яного виробництва (шлаків).

Клінкер - 1) металургійний - твердий спечений залишок після вельцювання; його переробляють для одержання міді, срібла та інших елементів, 2) цементний - напівпродукт, одержуваний (у вигляді гранул) при випалюванні тонкоподрібненої суміші вапняку з глиною, застосовується у виробництві цементів, 3) дорожній - високоміцний цемент, одержуваний з глин випалюванням до спікання. Використовується для мощення підлог у промислових будинках.

Шлакопортладцемент - отримується сумісним тонким помелом портландцементного клінкеру, доменних гранульованих шлаків (в межах 30-60% від маси цементу) і гіпсу (не більше 5%).

Штейн (від німецького «камінь») - проміжний продукт виробництва деяких кольорових металів (міді, нікелю, свинцю) - сплав сульфідів кольорових металів і заліза.

На збагачувальних підприємствах основні втрати цінних компонентів, у тому числі і металів, пов'язані з хвостами збагачення. Хвостосховища багатьох комбінатів, особливо старих, в даний час можна вважати ТР. За кордоном експлуатується більше 20 видів установок для переробки старих хвостів для добування міді, свинцю, олова, золота, важких металів, флюориту. Найбільша установка має потужність 60 тис. т хвостів на добу на фабриці Моренсі (США). Фахівцями Гірничого бюро США підраховано, що повторна переробка 1 млн. т хвостів з вмістом міді0,5 % дає можливість додатково отримати 5 тис. т металу.

У нашій країні використання відвальних відходів гірської промисловості здійснюється повільно, хоча їх обсяги, які утворюються при видобутку різних корисних копалин, обчислюються мільярдами тон. У невеликій кількості вони знаходять застосування лише у виробництві будівельних матеріалів і нерудної сировини, але вже достатньо мається дослідно - промислових розробок з утилізації відвалів і хвостосховищ з метою добування попутного і до вилучення основної рудної сировини. У колишньому СРСР технологія до вилучення металів з хвостів збагачення руд вперше була освоєна на Балхашської фабриці, а потім набула поширення на інших підприємствах. Після до вилучення з відвальних хвостів металів і головних хімічних компонентів (фосфору, магнію, калію, сірки) у них залишається цінна попутна сировина (в основному нерудна), яку можна використовувати в будівельній індустрії, у якості кварцової сировини, скляних і формувальних пісків, керамічного і абразивного матеріалу, барвників). Наприклад, головними відходами збагачення фосфорвміщуючої сировини є фосфогіпс - техногенна сировина для будіндустрії, сільського господарства. У хвостосховищах після апатитової флотації втрачається сієніт, сфеновий, титаномагнетитові концентрати. В калійній промисловості скупчуються значні галітові відходи, з яких отримують технічні сорти солі.

Значними за обсягом техногенними скупченнями є відвали шлаків. Шлаки, також як і хвости збагачення, використовують за двома напрямками: 1) з них до вилучають метали, 2) залишки використовують як нерудні матеріали, головним чином, будівельні. Повертають технологічний процес для до вилучення заліза доменні і сталеплавильні шлаки. З шлаків кольорової металургії до вилучають цинк, свинець, мідь, нікель. У червоних шлаках, одержуваних на алюмінієвих виробництвах, міститься залізо, алюміній, титан, ванадій, цирконій, галій, ніобій, скандій, рідкісні землі. З піритних огірків сірчанокислого виробництва можливий витяг заліза, золота, срібла, кольорових і рідкісних металів.

З золошлакових відходів теплоелектростанцій можливий витяг рідкісних металів, молібдену, глинозему. Однак більша частина шлаків використовується в будівельній індустрії - як заповнювачі для виготовлення бетонів, сировина для виготовлення силікатних цеглин, добрив, облицювальної плитки, склотари, як заповнювачів тепло-і звукоізоляційних матеріалів [10].

1.2 Техногенні родовища: терміни, визначення, основні поняття

Гірничопромислові відходи, що утворюються при видобутку, збагаченні та металургійному переділі мінеральної сировини, накопичуються у відвалах, хвосто -, шлако - і шламосховищах. В даний час їх прийнято називати техногенними утвореннями (ТУ), техногенно - мінеральними об'єктами (ТМО) або техногенними родовищами (ТР). За масштабом і цінностю ресурсів гірничопромислові відходи можуть бути розділені на дві групи: відходи, тимчасово складовані в невеликих обсягах, і власне техногенні утворення (відвали, хвосто - і шлакосховища). Серед останніх виділяються перспективні техногенні об'єкти і потенційно перспективні, представлені комплексними хвостосховищами, нерудними і рудними спец відвалами.

Промислову цінність можуть представляти не тільки відходи безпосередньої переробки руд і концентратів, але також відвали розкривних, вміщуючих порід і забалансових руд для вилучення з них корисних компонентів або використання в якості будівельних та інших матеріалів.

Незважаючи на тривалий інтерес до техногенних утворень, об'єктами спеціального вивчення і оцінки вони почали ставати тільки в останні роки. До теперішнього часу ще не визначилася єдина методологія таких робіт і розуміння їх пріоритетних цілей і завдань; відсутня загальноприйнята систематизація відомостей про них, тобто немає єдиної класифікації ТМО, утворених в результаті видобутку і переробки корисних копалин; неоднозначно трактуються і багато питань, що стосуються проблеми їх раціонального комплексного освоєння.

Узагальнення відомих матеріалів з питань вивчення та оцінки гірничопромислових відходів призводить до наступних визначень основних категорій техногенних утворень:

Техногенне утворення (ТУ) - скупчення на поверхні або в гірничих виробках Землі, в її надрах, гідросфері або атмосфері продуктів, створених людиною, а також мінеральних речовин, штучно відокремлених від природного масиву або які зазнали зміни безпосередньо в масиві в результаті діяльності людини, що є відходами.

Техногенні мінеральні ресурси (ТМР) - це сукупність техногенної мінеральної сировини, що міститься у відходах гірничо-збагачувального і металургійного (хімічного) виробництва в межах якого-небудь регіону або галузі в цілому.

Техногенні мінеральні об'єкти (ТМО) - скупчення мінеральних утворень на поверхні Землі або в межах відкритих гірських робіт, що утворилися в результаті відділення їх від масиву і складування у вигляді відходів гірничого, збагачувального і металургійного (хімічного) виробництв. Потенційна промислова цінність таких об'єктів, як правило, не ясна. Для її встановлення потрібно проведення спеціальних геологічних і технологічних робіт.

Техногенне родовище (ТР) - це техногенне утворення (об'єкт), в якому міститься мінеральна сировина за кількістю та якістю придатна для ефективного використання у сфері матеріального виробництва в даний час або в майбутньому (у міру розвитку науки і техніки). У категорію родовища техногенне утворення (об'єкт) може бути переведено тільки у разі його позитивної техніко-економічної оцінки в результаті спеціальних геологорозвідувальних робіт та апробації запасів сировини територіальною комісією по запасах.

Різні об'єкти складування відходів визначаються таким чином:

Об'єкт для розміщення відходів - полігони зі знешкодження та захоронення промислових і побутових відходів, шламонакопичувачі, хвостосховища та інші споруди, облаштовані і експлуатовані відповідно до проектів; санкціоновані звалища, тобто дозволені органами виконавчої влади території (існуючі майданчики) для розміщення промислових відходів, але не облаштовані у відповідності зі СніП.

Полігони зі знешкодження та захоронення промислових і побутових відходів - споруди для розміщення промислових і побутових відходів, облаштовані і експлуатовані відповідно до проектів.

Шламонакопичувачі, хвостосховища, золошлакосховища - споруди для розміщення хвостів збагачення корисних копалин, осадів стічних вод, шламів, шлаків, зол, мулів і т.п. рідких, пастоподібних або твердих відходів, облаштовані відповідно до проектів.

Відвали, терикони - штучний насип з відвальних ґрунтів корисних копалин, промислових, побутових відходів.

Техногенно-мінеральні об'єкти характеризуються безліччю різних показників.

Так, за характером утворення вони поділяються на ті, які:

- утворилися в результаті видобутку корисних копалин. До них відносяться відвали розкривних і вміщуючих порід, спецвідвали позабалансових руд, які піддалися лише механічному впливу (дроблення, переміщення);

- утворилися в процесі переробки мінеральної сировини (шламо-і хвостосховища, відходи металургійного, хімічного та іншого переділу і т.д.). Матеріал таких техногенно-мінеральних утворень відрізняється від природного не тільки за гранулометричним складом, але нерідко і за вмістом цілого ряду хімічних речовин і новоутворень, що виникли в процесі переробки та зберігання.

За тривалістю зберігання ТМО поділяються на:

- поточні, які утворилися і накопичуються в процесі поточного видобутку та переробки мінеральної сировини;

- ТМО минулих років (лежалі), утворені в результаті діяльності підприємств в попередній період. Вони можуть бути враховані і числитися на балансі підприємства як тимчасово заскладовані з метою подальшого користування, або не враховуватися і не перебувати на балансі. У ряді випадків виробник лежалих відходів може бути невідомий зважаючи на давності подій (безгосподарні ТМО).

За морфологічними ознаками ТМО можна розділити на два типи:

- ТМО насипні, утворені у вигляді пагорбів і териконів;

- ТМО намивні, утворені шляхом заповнення западин земної поверхні.

Серед техногенних об'єктів, представлених відвалами порожніх гірських порід, за їх складом і екологічним впливом слід виділити два різновиди:

- ТМО, складені гірськими породами що слабо руйнуються протягом зберігання;

- ТМО, складені гірськими породами що швидко руйнуються і окислюються.

До першого різновиду відносяться техногенні об'єкти, утворені при видобутку і переробці залізних руд, нерудної мінеральної сировини (азбесту, будівельних матеріалів, виробів каменів і т.п.). Ці утворення складені гірськими породами, стійкими до процесів вивітрювання і окислення, і не містять екологічно шкідливих компонентів. Основною можливою областю застосування цих техногенних утворень є виробництво будівельних матеріалів для різних галузей будівництва: відсипання дорожнього полотна, будівництва гребель і дамб, щебінь та гравій для бетонів і т.д. Головною перешкодою використання техногенних відвалів цього типу може бути відсутність роздільного складування порід і мінеральних агрегатів з різними складами і фізичними властивостями, змішування їх у процесі відсипання.

До другого різновиду техногенних утворень з брилово-щебенистим характером компонентів, що складають їх, відносяться відвали гірських порід мідних рудників зі значним вмістом в них сульфідних мінералів, які досить швидко піддаються процесу окислення. При цьому процесі відбувається руйнування первинних порід зі складними перетвореннями їх у глинисто - щебенистий агрегат і виносом металів у НС. Залежно від мінерального складу сульфідного вкраплення у води та ґрунти виносяться мідь, свинець, вісмут, миш'як, сурма та інші шкідливі для природного середовища важкі метали. Можливість використання техногенних утворень цього типу, особливо старих (30-50 років), є обмеженою.

Таким чином, ці техногенні утворення в першу чергу слід оцінювати як джерела підвищеної екологічної небезпеки і лише потім як об'єкти економічно вигідною утилізації.

Численними і більш складними є техногенні об'єкти намивного типу, представлені хвостосховищами збагачувальних фабрик. Процеси формування просторово роз'єднаних зон підвищеної концентрації різних металів у них мали місце як в процесі самого складування, так і під впливом пізніших процесів окислення і перерозподілу за участю водних розчинів. Заскладовані хвости збагачення являють собою подрібнену масу з тонкодисперсного матеріалу з водонасиченням до 20-50%, щільністю 2,5-4,6 г/см³, вміст глинистих частинок досягає 50%. Для них характерна безструктурність, висока водопроникність і легка вивітрюваність.

Залежно від крупності хвостові відкладення поділяються на грубозернисті (з діаметром часток більше 0,5 мм понад 50%), середньозернисті (з діаметром часток 0,5-0,25 мм понад 50%), дрібнозернисті (з діаметром часток 0,25 - 0,1 мм понад 75 %) і пилоподібні (з діаметром часток менше 0,1 мм менше 75%). Більшість фабрик скидає відходи, представлені пилоподібним матеріалом по флотаційній технології збагачення і дрібнозернистим матеріалом по гравітаційній технології. На ділянках, близьких до місця випуску пульпи і близько дамби хвостосховища, крупність намитих хвостів зростає і є максимальною.

У процесі накопичення хвостів виникають макро- і мікрошарові текстури, утворення яких пояснюється особливостями технології робіт з намиву (мікротекстура) і турбулентністю потоку, який несе суспензії (мікрослоістость ).

Корисні компоненти, що містяться в хвостах збагачення, які не розподіляються рівномірно по всьому об'єму хвостосховища, а утворюють досить чіткі і просторові зони підвищених концентрацій, контрольовані періодами відпрацювання родовищ і положенням пульпопроводу. Металоносні ділянки мають складну внутрішню будову і представлені системою роз'єднаних пластоподібних, лінзоподібних, ізометричних і неправильної форми тіл з підвищеним вмістом різних корисних металів [11].

1.3 Класифікація техногенних родовищ

Існує багато показників, які характеризують ТР. До них відносяться:

- умови утворення,

- обсяги,

- матеріальний склад,

- характер процесів, що перетворюють первинну речовину,

- неоднорідність впливу окремих показників на прийняття технологічних рішень і економічних оцінок і деякі інші визначають складність їх класифікації та типізації.

Особливостями ТР є:

- розташування їх у промислово розвинених районах;

- знаходження переважно на поверхні Землі;

- в основному подрібнений характер матеріалу;

- численна кількість штучних мінеральних форм (більше 30 000), що значно перевершує число природних мінералів (близько 6000).

Склад і будова ТР визначаються геолого-промисловим типом вихідного природного родовища, способом видобутку, технологічною схемою переробки мінеральної сировини, умовами складування та термінами зберігання відходів.

За способом утворення виділяються три типи ТР. Це родовища приурочені до:

- сухих відвалів;

- гідровідвалів, хвосто-і шламосховищ;

- комбінованих відвалів.

1. Сухі відвали укладають понад 80% всіх відходів гірничодобувної промисловості і складені спецвідвалами позабалансових руд, відходами розробки родовищ гірничими виробками, відходами сухого збагачення, шлаками, золошлаковими відходами ТЕС сухого видалення, відходами дражного видобутку.

2. Гідровідвали, хвосто-і шламосховища формуються в природних або штучних ємностях, що заповнюються пульпою (роздроблена руда або порода з водою), що надходить по трубах після гідровскриші або мокрого збагачення і переробки.

3. Комбіновані відвали утворюються при поєднанні сухого та гідравлічного способів формування [12].

За морфологічними ознаками ТР можна розділити на два типи:

1.Родовища насипні, що представляють собою хребтові відвали і терикони. До цього типу відносяться:

- терикони вугільних шахт і розрізів;

- відвали рудників і кар'єрів руд кольорових, чорних і рідкісних металів, складені дезінтегрованими розкривними івміщуючими породами, а так само бідними позабалансовими рудами;

- техногенні розсипи, що утворюються при розробці розсипних родовищ з відходів золоторудних фабрик;

- шлаковідвали кольорової та чорної металургії.

2. Родовища наливні, що утворюються при заповненні западин земної поверхні. Представниками цього типу ТР є:

- відходи збагачення руд (шламо - і хвостосховища гірно-збагачувальних фабрик);

- шламовідвали кольорової та чорної металургії;

- золо - і шлаковідвали енергетичного комплексу, що виникають при гідравлічному видалення золи і шлаків з теплоелектростанцій;

- шламовідвали хімічних виробництв.

За складом ТРпідрозділяються на чотири типи:

1. Породні ТР, що складаються з природних гірських пород і представлені глибово-щебенистим матеріалом і шламо - і хвостосховищами збагачувальних фабрик.

2. ТР пірометалургійних процесів кольорової та чорної металургії, складені шламами і шлаками.

3. ТР теплоелектростанцій, складені золою і шлаками ТЕС.

4. ТР хімічного виробництва (шлами).

За можливими областями використання ТР поділяються на 3 типи:

1. ТР будівельної сировини.

2. ТР (за металом, який може бути вилучений) - мідні, цинкові і т.д.

3. ТР змішаного типу, тобто придатні для отримання будматеріалів і металу.

Розробка родовищ першого типу забезпечує звільнення площ землі від техногенних відходів з подальшою їх рекультивацією, другого типу - дозволяє здійснити до вилучення металу, але не вирішує проблеми звільнення території відвалів від відходів, так як вторинна переробка відвалів, враховуючи низький вміст у них корисних компонент, дає практично ту ж саму кількість відходів.

Третій тип ТР дозволяє здійснювати і рекультивацію земель і до вилучення металу.

За здійснюваним екологічним впливом серед ТР виділяють:

1. Безпечні, представлені гірськими породами і глибовощебенистими і щебенистими шлаками кольорової та чорної металургії, які слабко руйнуються протягом зберігання.

2. Ті, що впливають на атмосферу і гідросферу, якщо вони складаються з окислених або глинистих пород, окислених шлаківі шламів, пилячих шламів і висохлої пульпи хвостосховищ [13].

Найбільш зручною є класифікація ТР, в основу якої покладені умови їх формування, так як вони визначають зазвичай і морфологію, і матеріальний склад, і можливі галузі використання і екологічний вплив на НС (рис.1.1).

Рис.1.1- Класифікація ТР за умовами їх формування.



1.4 Еколого-економічна оцінка техногенних родовищ

Оцінку впливу геологорозвідувальних робіт, видобутку і переробки техногенної мінеральної сировини на НС проводять відповідно до «Методичних вказівок по екологічному обґрунтуванню проектів розвідувальних кондицій на мінеральну сировину». При вивченні економічного забезпечення робіт у цьому випадку враховують такі особливості ТР [14]:

- Геологорозвідувальні роботи на техногенну мінеральну сировину завжди ведуть в межах промислово освоєних зон. Тому фактично додатковий збиток від них менш значний, ніж від основного виробництва;

- На відміну від розробки природних родовищ, яка вимагає вилучення земель з господарського обороту, розробка техногенних об'єктів, навпаки, дозволяє повертати їх в сільськогосподарський оборот, під будівництво та ін.

На можливо більш повне звільнення земель націлена вся організація системи розробки та використання техногенної сировини. У зв'язку з цим якість техногенної сировини, як і природної, оцінюють у відповідності з «Вимогами до комплексного вивчення родовищ і підрахунку запасів попутних корисних копалин» [15] для подальшого максимального використання всієї гірничої маси.

Процес видобутку і переробки техногенної сировини в кінцевому рахунку також чинить негативний вплив на НС (запилювання, випаровування шкідливих речовин, порушення режиму і забруднення поверхневих і підземних вод та ін.).

Геолого-економічну оцінку техногенних об'єктів, як і природних родовищ, здійснюють на всіх стадіях їх вивчення згідно «Тимчасових методичних рекомендацій з геолого-економічної оцінки промислового значення родовища твердих корисних копалин» [16]. Її проводять відповідно до законодавчих та урядових актів щодо раціонального і комплексного використання надр і охорони НС, положеннями класифікації запасів родовищ і прогнозних ресурсів твердих корисних копалин, тимчасовим керівництвом за змістом, оформленню і порядку подання на державну експертизу ТЕО кондицій на мінеральну сировину, вимогами до комплексного вивчення родовищ, чинним законодавством в галузі екології та охорони НС.

На стадії ревізійно-оціночних робіт у разі встановлення на об'єкті достатніх скупчень техногенної сировини задовільної якості і відсутності очевидних підстав для відбраковування об'єкту складають ТЕМ про перспективи його освоєння. На стадії розвідки розробляють кондиції і виконують ТЕО ефективності промислового освоєння родовища.

Специфікою еколого-економічної оцінки ТР є те, що в розрахунках враховують економічний ефект від звільнення зайнятих відвалами (сховищами) земель, поліпшення загальної екологічної обстановки в районі, скорочення витрат на зберігання, природоохоронні заходи, компенсаційні виплати, штрафи і т.п.

Розрахунок еколого-економічного ефекту від освоєння техногенного родовища (Е) аналогічний оцінці ефективності природоохоронних заходів [14]:

Е = Спр+(ЗЗ₁-ЗЗ₂)-В,

Де Спр - вартість реалізованої товарної продукції;

ЗЗ₁₍₂₎- величини залишкового еколого-економічного збитку до і після відпрацювання ТР;

В- сумарні витрати на реалізацію виробництва, включаючи природоохоронні заходи.

До сумарних витрат відносять капітальні (наведені) і експлуатаційні витрати по всіх виробничо-технологічними стадіями вивчення та освоєння ТР (розвідка, видобуток, транспортування, закупівля обладнання, переробка).

При переробці відвалів також враховують витрати на рекультивацію вивільнюваних земельних угідь. Еколого-економічний ефект освоєння ТР, що був джерелом забруднення НС, визначають прямим розрахунком або методом експертних оцінок.

Одним із способів прямого розрахунку є підсумовування витрат, пов'язаних із зберіганням, видаленням, знешкодженням відходів, а також компенсаційних виплат підприємства за шкоду від забруднення НС, вилучення земель та за шкоду, що наноситься сільському господарству. При цьому враховують також прирощення земельної ренти, яке визначають як різницю між її значеннями до ліквідації відвалу і після.

Метод експертних оцінок визначення еколого-економічного ефекту освоєння родовища полягає у використанні при розрахунках витрат, які проводилися де-небудь раніше в аналогічних ситуаціях. Його використовують тоді, коли здійснити прямий розрахунок неможливо.

Техногенна мінеральна сировина, що знаходиться у відвалах і хвостосховищах гірничо-видобувного або переробного підприємства, належить надрокористувачу, що розробляє те чи інше родовище корисних копалин. Для вивчення і використання техногенної мінеральної сировини старих, занедбаних об'єктів необхідно отримання ліцензії у встановленому порядку [17].

1.5 Перспективи використання техногенних родовищ

На сьогоднішній день в Україні актуальним є питання вирішення проблеми використання техногенних відходів як потенційного джерела вторинної сировини. Внаслідок складування відходів промислових підприємств накопичилося близько 30 млрд. т. відходів на площі понад 160 тис. гектарів. Усі родовища створені без урахування їх подальшого освоєння [18]. Саме існування ТР на земній поверхні викликає негативні наслідки для стану НС.

В розвинених індустріальних країнах світу рівень використання промислових відходів досягає 70-80 %, тоді як в Україні та ближньому зарубіжжі він не перевищує 12-15 %. В США, наприклад, з промвідходів отримують 20 % всього алюмінію, 33 % заліза, 50 % свинцю і цинку, 44 % міді і т. д. Подібна тенденція використання вторинних ресурсів спостерігається в Канаді, Великобританії, ПАР, Іспанії та інших країнах. Наприклад:

- В штаті Монтана ( США ) з відвалів рудника Мандіскі отримують щорічно 2 т Au і 4 т Ag при вмісті у відвалах золота - 0,84 г / т і срібла - 2,8 г / т.

- У штаті Мічиган ( США ) з хвостів збагачення, що містять 0,3 % Cu, досягнуто вилучення 60 % міді.

- У ПАР з відвалів золото-видобувних фабрик при вмісті золота - 0,53 г / т і урану - 40 г / т отримують 3,5 т золота і 696 т урану на рік при продуктивності 50000 т / добу.

Для Казахстану, Росії та України, країн, що виробляють значну частку всієї мінеральної продукції світу і володіють потужним гірничопромисловим потенціалом, проблема утилізації промислових відходів має першочергове значення.

Важливою обставиною є те, що собівартість товарної продукції з промислових відходів в 5-15 разів менше, ніж в тих, які видобуваються традиційними способами. Активне використання промислових відходів мінеральної сировини дозволить отримати прибуток в мільярди доларів щорічно [6].

Перспективність використання техногенних родовищ очевидна, оскільки їх використання дозволяє одночасно вирішувати цілий ряд економічних, соціальних і екологічних проблем.

Економічні проблеми:

1. Постійне подорожчання сировини, що вилучається з надр, у зв'язку з розробкою родовищ на все більш значних глибинах, часто з закономірним зниженням вмісту цінних компонентів. В останні 30 років вартість сировини неухильно зростає на 5-10% на рік, незважаючи на впровадження нової техніки і навіть автоматизацію деяких виробництв.

2. Виснаження запасів корисних копалин у надрах Землі. Наприклад, при сучасному рівні видобутку і збагачення, запасів цинку залишилося на 25-30 років, а свинцю на 50-60 років.

3. Зниження продуктивності праці і зменшення темпів видобутку корисних копалин у зв'язку з постійним погіршенням гірничо-геологічних умов видобутку (великі глибини, бідні руди).

Соціальні проблеми:

1. Ускладнення ситуації з використанням робочої сили в багатьох рудних районах внаслідок зменшення обсягу робіт, викликаного виснаженням запасів корисних копалин.

2. Погіршення умов праці при експлуатації глубокозалягаючих родовищ.

Екологічні проблеми:

1. Виключення з господарського обороту великих площ земель, зайнятих відходами виробництва.

2. Знищення або зниження якості земель через пилові замети з відвалів і хвостосховищ.

3. Забруднення навколишнього середовища (ґрунтів, поверхневих і підземних вод, атмосферного повітря) важкими металами і солями в концентраціях, які нерідко перевищують допустимі норми.

Залучення в переробку сировини з техногенних родовищ забезпечує:

1. Скорочення витрат на пошуки нових і розвідку експлуатованих родовищ.

2. Збереження вичерпних мінеральних ресурсів в надрах, так як запасів корисних компонентів, що накопичилися у відходах ГЗК, достатньо, щоб задовольнити потреби на багато десятиліть вперед.

3. Підвищення продуктивності праці за рахунок рентабельної переробки вже видобутої сировини, що є, по суті, готовим напівпродуктом і знаходиться поблизу діючих підприємств, що особливо важливо для тих з них, для яких через виснаження сировинної бази виявляються не завантаженими виробничі потужності, і вивільняється робоча сила.

4. Поліпшення умов праці, так як техногенні родовища розташовані на поверхні Землі на відміну від все більш глибокозалягаючих звичайних родовищ корисних копалин.

5. Виробництво дешевих будівельних матеріалів (пісок, щебінь, гравій, цемент, абразиви, матеріал для насипання дорожнього полотна, будівництва гребель, дамб, і т.д.), а зі шлаків - шлаковати, жужільного лиття (бруківка, тюбінги, плитки, бордюрний камінь і т.д.), литого жужільного щебеню, склокерамічних виробів, в'язких добавок у цемент, мінеральних добавок для поліпшення ґрунтів, добрив для сільського господарства та ін.

6. Звільнення займаних ними земель, їх рекультивацію і ліквідацію джерел забруднення НС, тим самим поліпшуючи екологічну обстановку навколо діючих підприємств. Це відноситься до тих ТР, освоєння яких супроводжується виробництвом будматеріалів. Якщо ж здійснюється тільки видобуток металів (кольорових, рідкісних і благородних), то,через низький їх вміст, кількість техногенних відходів практично не зменшується [4].

Важливо відмітити цінність пустих порід, адже після вилучення металів з порід, пусті породи придатні для використання будівництві, тобто створенні з пустих порід будівних матеріалів, які відрізняються своєю дешевизною.

1.6 Технологічні схеми відкритої розробки техногенних родовищ

Відкрита розробка родовищ корисних копалин характеризується інтенсивним забрудненням атмосфери. При проведенні гірських робіт у повітряне середовище надходить значна кількість мінерального пилу і газів, в процесі машинного руйнування порід, буріння свердловин, вибухової відбійки, вторинного дроблення, різання гірських порід, вантаження, транспортування і вивантаження їх на приймальних пунктах або відвалах, руйнування дорожнього полотна при русі по ньому транспортних машин, ерозії поверхні відвалів, укосів уступів, кар'єрів.

Викиди в атмосферу шкідливих речовин при розробці родовищ відкритим способом в основному пов'язані з механічними домішками (пил) і хімічними, серед яких, залежно від технології ведення робіт, переважають оксиди вуглецю, азоту, сірчистий ангідрид та ін.

Основними джерелами виділення неорганічного пилу при відкритій розробці залізорудних родовищ є наступні технологічні процеси: буріння свердловин, вибухові роботи, виймально-навантажувальні роботи, транспортування гірничої маси, складування порожньої породи у відвал, запилювання техногенних масивів (відвали, хвостосховище, відкриті породні склади і т. д.). Питомий внесок кожного процесу у забруднення атмосферного повітря представлений на рисунку 1.1.

Рис.

Аналіз даних представлених на рис. 1.1 свідчить, що запилювання техногенних масивів займає велику частку в забрудненні НС. Серед техногенних масивів найбільший вплив на забруднення атмосфери надають відвали порожньої породи.

Для зниження забруднення атмосфери неорганічним пилом на території району в якості природоохоронного заходу пропонується проведення робіт з санітарно-гігієнічної рекультивації, з метою консервації порушених земель (техногенних утворень - відвалів порожніх порід), надають негативний вплив на навколишнє природне середовище [19].

Розробка ТР відбувається з технологічними схемами відкритої розробки ТР [20]. Тобто мають місце всі етапи підготовки родовища, розробка, транспортування, переробка та збагачення (рис.1.2).

Рис.1.2. Класифікація техногенних родовищ у гірничо-видобувному комплексі.

Найбільш екологонебезпечні технологічні процеси є:

- зняття шару на робочому майданчику;

- завантаження, транспортування та розвантаження сировини;

- переробка сировини на різні потреби;

- складування сировини та підготовка до вивозу користувачами;

- складування залишку від переробки сировини.

Для всіх процесів, які екологонебезпечні, потрібно розробити систему заходів які містять:

- знешкодження пило -, газоутворення;

- запобігання втрат сировини;

- мінімізацію впливу на довкілля [20].

Існують достатні дослідження щодо поліпшення екологічної ситуації стану земель, порушених гірничими роботами (створення техногенних ландшафтних заказників, екологічних коридорів, відновлювання екосистеми) [21].

1.7 Характеристика впливу техногенних родовищ на навколишнє середовище

В Криворізькому залізорудному басейні відбулися значні зміни навколишнього середовища. Екстенсивна експлуатація родовищ залізних руд у басейні протягом довгого часу зумовила катастрофічне порушення еколого-геологічного стану у величезному регіоні. У м. Кривому Розі на вузькій смузі протяжністю більше 100 км відмічена рекордна концентрація гігантських гірничовидобувних і переробних підприємств, де проживає близько 1 млн. чоловік. На частку кожного з них припадає майже дві тони шкідливих промислових викидів, в результаті чого Кривий Ріг вийшов на одне з перших місць у СРСР з онкозахворювань. Місто виявилося перед перспективою екологічного колапсу [22].