Министерство угольной промышленности СССР Управление охраны природы ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И

проешо-конструкторский институт охраны окружающей

ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (ВНИИОСуголь)

ВРЕМЕННОЕ РУКОВОДСТВО ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОБЪЕМА И НОМЕНКЛАТУРЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ МЕРОПРИЯТИЙ ПО УТИЛИЗАЦИИ ВСКРЫШНЫХ И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД

Министерство угольной промышленности СССР

Управление охраны природы

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ГРОНКгаО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ охраны окружающей ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ в УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (ВНИИОСуголь)

Временное руководство по определению объема и номенклатуре исходных данных для составления мероприятий по утилизации вскрышных и вмещающих пород

Пермь

1983

- II-

3. ХАРАКТЕРИСТИКА УГЛЕОТХОДОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

3.1. Классификация отходов добычи и обогащения угля

В настоящее время общепризнанным является целесообразность и необходимость комплексного использования минерального сырья, извлекаемого из недр вместе с углем. Разнообразие состава и свойств отходов, а также многочисленность возможных направлений их утилизации обусловили необходимость в создании классификации углеотходов по направлению их промышленного использования.

Проведенные исследования и обобщение литературных данных позволяют сформулировать основные принципы классификации твердых отходов угольной промышленности.

По происхождению (способу получения) твердые отходы угольной промышленности можно разделить на две основные группы: I) отходы угледобычи - вскрышные и шахтные породы; 2) отходы углеобогащения.

Целесообразно разделить отходы по гранулометрическому составу на крупную породу (более 25 мм), породу средней крупности (1-25 мм) и мелкую (0-1 мм), представленных в большинстве случаев флотохвостами.

Важнейшая особенность отходов угольной промышленности по сравнению с другими видами минерального сырья - наличие в них органического материала. Этот классификационный признак позволяет определить применяемость отходов в качестве сырья процессов окислительной и восстановительной термообработки. По содержанию углерода (органического) отходы целесообразно разделить:

- 12 -

В СССР имеются отходы угледобычи, относящиеся ко всем названным группам, а отходы углеобогащения - ко всем группам, кроме 1, 1а.

Отходы 5-й группы ввиду их значительного энергетического потенциала ( > 2000 ккал/кг) целесообразно подвергать сжиганию или газификации с последующей утилизацией вторичных золошлаковых отходов. В производстве аглопорита возможно использование отходов групп 2-4. Однако, если отходы 3-й группы практически не требуют введения в шихту каких-либо добавок, то отходы 2-й группы необходимо шихтовать с топливосодержащим материалом, а отходы 4-й - с отощающими добавками. Для обжига во вращающихся печах в керамзитовом производстве наиболее целесообразно использование отходов I-й группы. Для большинства термовосстановительных процессов, связанных о использованием углеотходов, оптимальным является применение отходов групп 2 и 3. Производство изделий строительной керамики может быть осуществлено на основе отходов первых трех групп (с введением топливосодержащей добавки в отходы I-й группы). Для производ-ства облицовочной плитки можно рекомендовать отходы угледобычи группы I.

В качестве классификационного параметра целесообразно также ввести показатель, характеризующий степень углефикации органической части углеотходов. Разделение отходов по этому признаку позволит прогнозировать скорость процессов, основанных на термической переработке углеотходов, количество выделяющихся в газовую фазу смолообразных веществ, а также некоторые особенности аппаратурного оформления соответствующих производств. Подобным показателем может быть, например, содержание углерода на горючую массу (С£). Весьма простым и оперативным методом оценки степени углефикации органических включений в отходы является петрографический метод.

В соответствии с полученными данными углеотходы по содержанию углерода в горючей массе можно условно разделить на три группы: С£ > 90%; 75% < С£ < 90%; С£ < 75%. При использовании в производстве аглопорита I-й группы позволяют достичь вертикальной скорости спекания 5-10 мм/мин. (ниже, чем для традиционного глинистого сырья); отходы 2-й группы - 10-15 мм/мин. и 3-й - 15-25 мм/мин. Следует отметить,

что применение отходов 3-й группы в ряде случаев требует включения в технологический процесс некоторых дополнительных операций, связанных с мероприятиями по охране окружающей средй. Использование отходов 3-й группы нецелесообразно в термовос-становительных процессах (например, в производстве кремний-аляминиевых сплавов).

Другим общим классификационным признаком может служить литологическая и химико-минералогическая характеристика отходов, которая определяет преимущественный литологический и химико-минералогический состав. По указанному признаку отходы добычи и обогащения углей можно классифицировать на глинистые, песчаные и карбонатные породы.

Глинистые же отходы можно разделить на три группы. Минеральная часть первой группы представлена, в осногном, каолинитом и кварцем (не более 15%). Минеральные компоненты второй группы имеют сложный состав, представленный главным образом гидрослюдами, а в третьей группе преобладает минералл монтмориллонит (в виде примеси возможно присутствие каолинита), а также включения кварца, сидерита, пирита, кальцита и полевых шпатов.

Содержание соединений железа и минеральной части углеот-ходов иногда определяет области их возможной утилизации, а также технологические режимы термической переработки. По содержанию соединений железа (в пересчете на содержание FegOg в золе) углеотходц подразделяются на: I) низкожелезистые (менее 1_#5% FegOg), 2) маложелезистые (I,5-5,0% FegOg), 3) среднежелезистые (5-12% FegOg), 4) железистые (12-18% FegOg) и 5) высокожелезистые (более 18% FegOg))

Для производства пористых заполнителей можно применять все отходы, кроме относящихся к 5-й группе, а для получения огнеупорных заполнителей - только отходы I-й, 2-й групп. Эти же отходы преимущественно каолинитового состава пригодны для производства других огнеупоров, глинозема и т.д. В производстве изделий тонкой керамики, фарфоровых изделий пригодны отходы только I-й группы. Кирпичное производство может быть организовано на основе отходов групп 2-4.

Большое значение для правильной оценки отходов угольной промышленности как технологического сырья имеет содержание в

них серы. По содержанию серы отходы можно разделить на четыре группы:

I - содержание серы не более 0,556;

2- 0,5%    1,5%;

3- 1,5    < S'* 4    3%;

4-    S'^{1 2 3}    >3,0%.

В производстве пористых заполнителей можно использовать отходы первых трех групп, строительной керамики и огнеупорных материалов - I-й и 2-й, кремнеалюминиевых сплавов - только 1-й группы. Возможными областями применения отходов 4-й группы является дорожное строительство (сооружение нижних слоев дорожных оснований, укрепленных неорганическими вяжущими) и в ряде случаев выделение колчедана с последующей его химической переработкой, а также использование отходов этой группы как компонента удобрений.

В соответствии с общепринятыми методами практического пользования классификационными параметрами целесообразно для каждого из них установить определенное индексное обозначение. Предлагаемая система индексного обозначения перечисленных выше классификационных групп отходов приведена в табл.3.1.

Таблица 3.1

Система индексного обозначения классификационных групп отходов угольной промышленности

Классификационный признак    j    Индекс

Окончание таблицы 3.1

Классификационный признак    j    Индекс

б)    гидрослюдистые    Б1б

в)    монтмориллонитовые    Б1в

2.    Песчаные    Б2

3.    Карбонатные:    БЗ

а)    кальцитовые    БЗа

б)    сидеритовые    БЗб

В. Содержание соединений железа:    В

1.    Низкожелезистые (менее 1,5% FegOg)    BI

2.    Маложелезистые (1,5-5% РвзОз)    В2

3.    Среднежелезистые (5-12% FejOg)    ВЗ

4.    Железистые (12-18% FegOg)    В4

5.    Высокожелезистые (более 18% РвзОз)    В5

Г. Содержание углерода    (органического):    Г

1.    Низкоуглеродистые (0-4%):    Г1

а)    менее 2% С°Р^Г-    Г1а

б)    2-4% С°Р^Г-    Г1б

2.    Малоуглеродистые (4-8% С°Р^гО    Г2

3.    Среднеуглеродистые (8-12% С°Р^Г")    ГЗ

4.    Углеродистые (12-20% С°Р^Г-)    Г4

5.    Высокоуглеродистые (более 20% С⁰?¹’’)    Г5

Д. Степень углефикации    органической массы:    Д

1.    Низкоыетаморфизованные (С^г4 75%)    Д1

2.    Среднеметяморфизованкые (С^г * 75-90)    Д2

3.    Высокометаморфизованные (С^г > 90%)    ДЗ

Е. Содержание серы:    Е

1.    Низкосернистые (менее 0,5% S )    EI

2.    Малосернистые (0,5-1,5% 8 )    Е2

3.    Сернистые (X,5-3,0% 8    )    ЕЗ

4.    Высокосернистые (более 3% S )    Е4

УДХ 502.3:622.7-17

На основании имеющихся нормативных документов обобщены и классифицированы отходы добычи и обогащения угля по основным направлениям использования их в различных отраслях народного хозяйства. Основой для определения направлений утилизации отходов явилась классификация твердых отходов угольной промьш-ленности по способу их образования и классификации отходов добычи и обогащения углей в зависимости от литологоминералогического состава. Также учтены технические требования, предъявляемые к углеотходам, как сырья для различных отраслей народного хозяйства.

Использование данного руководства проектировщиками и специалистами по охране природы в производственных объединениях позволит более обоснованно выбирать области рационального использования углеотходов в различных отраслях народного хозяйства.

Коллектив авторов: П.М.Джунько,

Т.А.Михалева (ЬНИИОСуголь), докт. техн.наук М.Я.Шпирт, канд.геол.-мин. наук Ю.И.Жаров (ИГИ)

Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт охраны окружающей природной среды в угольной промышленности (ВНИИОСуголь). 1983

- 3 -

ВВЕДЕНИЕ

"Временное руководство по определению объема и номенклатуре исходных данных для составленйя мероприятий по утилизации вскрышных и вмещающих пород" выполнено согласно рекомендаций Всесоюзной школы "Охрана окружающей природной среды - составная часть проекта строительства и реконструкции предприятий угольной промышленности", утвержденной 6 мая I98C года зам.Министра т. Полаком Э.В.

Количество отходов, образующихся при добыче и обогащении угля на предприятиях Минуглепрома СССР, ежегодно составляет:

порода вскрыши    1,1 млрд.м⁴;

шахтная порода    100 млн.т;

отходы углеобогащения    80 млн.т.

В перспективе количество твердых углеотходов будет возрастать (особенно объем вскрышных пород) в связи с преимущественным развитием открытой добычи, увеличением зольности добываемых углей и масштабов их обогащения.

Основная масса вскрышных и частично шахтных пород применяется для закладки выработанного пространства (рекультивации, закладки d шахте и т.д.) или как земляной грунт при строительстве местных автодорог. В настоящее время с этой целью применяется в год свыше 500 млн.м⁴ углеотходов.

Вскрышные (и гораздо реже, шахтные) породы некоторых месторождений практически не отличаются от традиционных видов минерального сырья, а в ряде случаев превосходят их по качеству. Перспектива использования сопутствующих углю полезных ископаемых (например, вскрышных каолинов, известняков и мергелей Ангренского месторождения, известняков, сопутствующих прибалтийским сланцам и т.д.) определяется решением организационных вопросов, обусловленных междуведомственным характером проблемы. В то же время отходы обогащения, а также шахтные и вскрышные породы ряда предприятий, содержащие органическое вещество, по существу представляют новый тип органо-минералfa-ного сырья. Применение подобных углеотходов будет сопровож-

- 4 -

даться высокими (по сравнению с традиционными) технико-экономическими показателями, но требует либо модернизации существующих, либо разработки новых технологических процессов.

Многочисленные исследования, выполненные отечественными исследователями, показывают возможность и технико-экономическую эффективность применения отходов добычи и обогащения в различных отраслях народного хозяйства.

Для решения проблемы использования текущих отходов обогащения углей, породных отвалов шахт и углеобогатительных фабрик в народном хозяйстве организациями Минуглепрома СССР разработан и разрабатывается ряд нормативных документов. На основании имеющихся нормативных документов в рамках данного временного руководства сделана попытка уточнить и обобщить объем и номенклатуру показателей, предъявляемых к углеотходам в различных отраслях народного хозяйства.

- 5 -

I. ОБЪЕМ И НОМЕНКЛАТУРА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ МЕРОПРИЯТИЙ ПО УТИЛИЗАЦИИ УГЛЕОТХОДОВ

1.1.    Общие положения

1.1.1.    Объем и номенклатура исходных данных для составления мероприятий по утилизации углеотходов представляют собой перечень показателей, используемых для оценки отходов добычи и обогащения углей как сырья для промышленного использования.

1.1.2.    Количество (объем) и характер (номенклатура) показателей, необходимых для лабораторно-технологической оценки углеотходов, устанавливаются в зависимости от следующих факторов :

Тип (вид) отходов. Номенклатура минеральных отходов угольной промышленности строится, как правило, с учетом источников (условий) их образования. Ориентировочно выделяются следующие типы минеральных отходов:

а)    отходы текущей выдачи

-    шахт (отходы от проведения и поддержания горных выработок) ,

-    обогатительных фабрик (отходы флотационного и гравитационного обогащения,суммарные и по обогащаемым классам),

-    углеразрезов (отходы при транспортных, бестранспортных и комбинированных системах разработки);

б)    складированные отходы

-    обогатительных фабрик (отвалы, шламоотстойники),

-    шахт,

-    углеразрезов,

-    совмещенных отвалов;

в)    сопутствующие углю полезные ископаемые шахт и углеразрезов, имеющие важное народно-хозяйственное значение, и освоение которых ведется одновременно с основным полезным ископаемым без ущерба работам основного производства ^ж';

ж) Изучение, оценка и подсчет запасов сопутствующих полезных ископаемых производятся геологической службой в соответствии с "Временными требованиями к подсчету запасов попутных полезных ископаемых и компонентов в рудах и других видах минерального сырья , утвержденной ГКЗ СССР /1Б/

- b -

г) специально складированные сопутствующие углю полезные ископаемые. Складированию подлежат наиболее ценные виды полезных ископаемых с подсчетом и утверждением их запасов.

Степень изученности объема и качества

По степени изученности углеотходы целесообразно подразделить на группы:

-    отходы, объем и качество которых определены в границах, обеспечивающих возможность организации производства. Результаты их оценки не требуют уточнения;

-    отходы,’результаты изучения и оценки которых требуют дополнений и уточнений по отдельным показателям;

-    отходы, которые ранее не исследовались или их изучение и оценка выполнены по единичным показателям.

Возможные направления утилизации

В зависимости от направлений использования минеральные отходы группируются на следующие разновидности:

-    отходы, непригодные для существующих направлений использования (отходы с невыдержанным составом и свойствами, горящие и эксплуатируемые отвалы, отходы, содержащие повышенные концентрации токсичных элементов и т.д.);

-    отходы, пригодные для низкоквалифицированного использования, не предъявляющие жестких требований к составу и свойствам (материал для планировки территорий, отсыпки местных дорог, закладки выработанного пространства и т.д.);

-    отходы, пригодные для использования в промшленности строительных материалов (огнеупорные и кирпичные глины, отходы, содержащие топливо и т.д.);

-    отходы, пригодные для высококвалифицированного использования как источник дефицитных видов сырья (получение глинозема, соединений серы, редких металлов и т.д.).

1.1.3. Изучение и оценка объема и качества углеотходов производится дифференцированно по типам отходов и определяется необходимой детальностью их исследования. Результаты лабораторно-технологических исследований должны быть подтверждены испытаниями сырья в полупромышленных (промышленных) условиях.

- 7 -

1.1.4,    Углеотходы могут оцениваться на различных этапах освоения основного производства - при разведке угольных месторождений, на стадиях проектирования и эксплуатации угольных предприятий. Основным методом оценки’текущих углеотходов является их опробование с потока.

1.1.5.    Методика изучения "модельных" углеотходов для проектируемых углепредприятий требует специальной разработки. Следует иметь в виду, что изучение и оценка отходов текущей выдачи шахт и складированных в отвалы пород является крайне сложной задачей, не имеющей решения, отвечающего всем требованиям.

1.2. Исходные данные для составления мероприятий по утилизации пород

К исходным данным для составления мероприятий по утилизации пород относятся:

-    объем образующихся углеотходов по периодам освоения месторождения с учетом планируемого объема добычи и обогащения угля;

-    показатели состава и свойств углеотходов;

-    соответствие качественных показателей пород углеотходов основным техническим требованиям к сырью;

-    информация о возможных потребителях и потребности в сырье из пород углеотходов на перспективу;

-    ориентировочная оценка себестоимости сырья (из углеотходов) и установление возможных цен на него.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА ОБРАЗОВАНИЯ ТВЕРДО ОТХОДОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ОТРАСЛИ

2.1. Метод определения количества породы, образующейся при добыче угля на шахтах

При разработке мероприятий по утилизации пород данные об объеме породы следует брать из формы 25-ТП ежегодной статистической отчетности, а в случае отсутствия таковых данных общее количество породы, получаемое в шахте от проведения и

- У -

^в»Г ⁰⁽5ъ®^м породы, поступающей во внутренние отвалы, при бестранспортной и комбинированной системах.

Учитывая, что объем породы, вывозимой в отвалы, определяется только при транспортных системах, а при комбинированных и бестранспортных вся вскрыша или большая ее часть перемещается в выработанное пространство и, следовательно, утилизируется, в то время как на ныне эксплуатируемых месторождениях разработка мероприятий по утилизации пород на разрезах (за исключением оценки пригодности для рекультивации и переобогащения), как правило, нецелесообразна.

Осуществление мероприятий по утилизации отходов на угольных разрезах предусматривает раздельную выемку сопутствующего полезного ископаемого. Необходимость раздельной выемки вскрышных пород для осуществления мероприятий по их утилизации оказывает существенное влияние на технологию ведения вскрышных работ. На разрезах, применяющих транспортную технологию при вскрышных работах, раздельная выемка вскрышных пород (сопутствующих полезных ископаемых) повлечет за собой изменение параметров рабочей зоны (количества и высоты вскрышных уступов, размеров рабочих площадок, угла наклона рабочего борта и т.п.). Поэтому на эксплуатируемых и проектируемых углеразрезах важным мероприятием по утилизации породы вскрыши следует считать применение наиболее прогрессивной бестранспортной технологии.

Мероприятия по утилизации пород на разрезах целесообразно планировать лишь на проектируемых объектах в случаях:

-    наличия сопутствующих полезных ископаемых в породах-вскрыпи, установленных на стадии геологоразведочных работ;

-    применения транспортной системы разработки;

-    оценки потребности в выявленных видах сырья и возможности их попутной добычи.

2.3. Определение количества отходов на обогатительных фабриках

Количество отходов обогащения угля определяется по балансу продуктов обогащения (2.3), а для проектируемых фабрик в результате расчета технологической схемы

1

А. Источник получения углеотходов:    А

2

   Отходы угледобычи:    AI

а)    вскрышные породы    Ala

б)    шахтные породы    А16

3

   Отходы углеобогащения:    А2

а)    крупная порода (более 25    мм)    А2а

б)    порода средней крупности    (менее 25 мм)    А2б

в)    мелкая порода (менее I мм)    А2в

Б. Литолого-мичералогическая характеристика:    Б

I. Глинистые:    Б1

а) каолинитовые    Б1а

4

ж) Данные по количеству отходов приведены по состоянию на 01.01.82