Введение к работе
Актуальность. Разработка технологических процессов, оборудования и реагентов, обеспечивающих глубокую переработку сырья с утилизацией образующихся отходов, является базисным элементом в структуре управления природно-технической системы
Геоэкологическое воздействие промышленности охватывает весь технологический процесс, причем на каждой стадии необходима организация размещения и переработкиотходов В Дальневосточном регионе по глубине и охвату преобразования экосистем выделяются горнорудное производство и лесопереработка, в т ч предприятия по переработке макулатуры (далее ППМ) Эти отрасли занимают лидирующее положение и в перечне источников негативного воздействия на природную среду Золотодобыча в Дальневосточном регионе на протяжении многих лет базировалась на отработке россыпных месторождений С 2001 года, с началом освоения новых коренных месторождений и выходом на проектную мощность добычи металла на Многовершинном месторождении, добыча рудного золота превышает добычу из россыпей В настоящее время более 70 процентов золота добывается на коренных месторождениях Несмотря на значительное количество научно-технических разработок металлургических процессов извлечения золота, преобладающее применение получили технологии цианидного вскрытия золота (Многовершинное, Покровский рудник, рудник Рябиновый, Тас-Юрях, Хаканджа, Албазинское, Авлаяканское) С экологической позиции рудные месторождения и их первичные ореолы представляют собой природные очаги химического загрязнения среды тяжелыми металлами, а возникающие при промышленном освоении продукты техногенеза формируют экологически опасные ореолы и потоки рассеяния, активно влияющие на состояние и метаморфизацию экосистем В этой связи оценка воздействия на геоэкологическую ситуацию существующих и разрабатываемых технологических решений, направленных в т ч и на снижение расхода цианидов, является актуальной задачей Новые методы рудоподготовки и переработки минерального сырья дают возможность свести до минимума количество отходов, однако, складирование хвостов за редким исключением является неизбежным
За последние 10 лет накоплено более 400 млн тонн отходов горнодобывающей промышленности (включая отходы промывки и вскрышных работ) Развитие производства и потребительского рынка вызывают увеличение количества твердых отходов Ежегодно образуется около 4,5 млн т отходов, в том числе промышленных - 4 млн т По оценке пригодности к использованию в качестве вторичных ресурсов ежегодно образуется 500 тыс т макулатуры Наибольшее количество отходов образуется в цветной металлургии - 25 % и лесоперерабатывающей - 13% Техногенные массивы - наиболее значимые объекты негативного воздействия на окружающую среду В то же время многие из них являются потенциальными техногенными месторождениями цветных и благородных металлов В этой связи вовлечение в переработку техногенных ресурсов позволяет снизить негативное влияние на окружающую среду, а также
решает задачи ресурсосбережения
Переработка макулатуры дает значительный экономический и экологический эффект Выбросы в атмосферу снижаются на 85 % (по сравнению с производством из первичного сырья - древесины), загрязнения воды до 40 % Переработка отходов позволяет эффективно использовать природные ресурсы вовлечение в переработку 1 т макулатуры позволяет экономить 4 м3 древесины Поэтому разработка технологических решений, направленных на повышение эффективности использования макулатуры, является актуальной задачей
Уменьшение объема образующихся отходов представляет генеральное направление решения проблемы отходов В соответствии с концепцией интегрированной системы управления отходами (ИСУО) это направление рассчитано на долговременную перспективу и считается наиболее выгодной альтернативой традиционным способам борьбы с отходами, так как снижает затраты на хранение, сбор и захоронение В этой связи разработка рационального комплекса технологических решений переработки природного и техногенного сырья для оценки и управления природно-техническими системами является актуальной
Работа выполнялась в период с 1991 по 2007 годы в соответствии с целевыми научно-техническими программами, координируемыми Министерством науки и технологий РФ, Министерством образования РФ, в том числе по программе «Исследование и комплексное использование биомассы дерева» и по Федеральной целевой научно-технической программе «Комплексное использование древесного сырья», по программе НИР РАН «Создание новых и совершенствование применяемых методов и технологий извлечения ценных компонентов из минерального сырья Дальневосточного региона»
Цель работы. Разработать методы оценки и управления природно-техническими системами на основе рационального комплекса технологических решений переработки природного и техногенного сырья
Задачи исследования
Разработать концепцию управления природно-техническими системами, направленную на максимальную замкнутость антропогенного круговорота ресурсов
Оценить вклад золотодобывающих предприятий и НИМ в воздействие на геоэкологическую ситуацию Дальневосточного региона и разработать методы снижения нагрузки на окружающую среду
Оценить экологичность и отходоемкость технологических процессов переработки золотосодержащих руд и выявить пути их оптимизации
Выявить закономерности поведения минеральных и органических волокнистых частиц в процессе переработки, позволяющие оценить влияние физико-химических воздействий на технологические показатели
Разработать комплекс технологических решений переработки
техногенных массивов, обеспечивающих практическую реализацию теоретических принципов управления отходами. Провести промышленную апробацию предлагаемых технологических решений и оценить их экономическую и экологическую эффективность
Идея работы состоит в том, что для устранения неблагоприятных геоэкологических последствий необходима системная перестройка производственного цикла, в тч с использованием физико-химических воздействий, направленная на экономию сырья, материалов и энергии, увеличение степени использования промышленных продуктов, полного извлечения полезных продуктов из исходного сырья и промышленных отходов
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Концепция управления природно-техническими системами, основанная на разработанных методах и критериях оценки природного и техногенного сырья и воздействий на окружающую природную среду, направленная на максимальную замкнутость антропогенного круговорота ресурсов путем рециклинга материальных потоков между золотодобывающими и лесоперерабатывающими предприятиями
-
Методы оценки экологичности технологий переработки минерального сырья, как совокупности взаимосвязанных химических, физико-химических и минералогических свойств, характеризующих качество сырья и обуславливающих степень его экологической опасности, позволяющие на основе эколого-технологической классификации руд определить рациональные пути переработки
-
Технические и технологические методы и средства управления природно-техническими подсистемами переработки природного сырья, основанные на применении физико-химических воздействий на последовательных стадиях трансформации сырья, позволяющие повысить степень использования сырья при снижении нагрузки на окружающую природную среду
-
Технологические способы управления техногенными массивами на основе разработанных технических решений и технологий, обеспечивающие оптимизацию между производственными процессами переработки техногенного сырья и окружающей природной средой
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
подтверждается корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием физико-химических методов, методов математической статистики и современных достижений вычислительной техники, удовлетворительной сходимостью результатов аналитических расчетов с данными, полученными экспериментальным путем (относительная погрешность сопоставимых результатов аналитических, лабораторных и производственных исследований не превышает 5 %), значительным объемом экспериментальных исследований, положительным результатом внедрения работ на предприятиях
Научная новизна работы.
-
Разработана концепция управления природно-техническими системами, направленная на максимальную замкнутость антропогенного круговорота ресурсов путем рециклинга материальных потоков между золотодобывающими и лесоперерабатывающими предприятиями
-
Разработан комплексный критерий геоэкологической индикации технологий переработки природного сырья и показана его применимость для экологической оценки действующих и проектируемых предприятий
-
Проведена оценка воздействия на окружающую среду золотодобывающих предприятий и ППМ Дальневосточного региона с учетом их технологических особенностей
-
Установлены энергетические и кинетические закономерности поведения минеральных частиц в процессах рудоподготовки и обогащения в присутствии химических добавок и определено их влияние на технологические показатели извлечения ценных компонентов из руд и россыпей ДВ региона
-
Получены новые данные о бумагообразующих свойствах волокнистого сырья и определены пути оптимизации процессов переработки
-
Развита концепция управления отходами и разработана методология ее реализации на золотодобывающих предприятиях и ППМ
-
Разработаны инновационные технологические решения переработки отходов, позволяющие снизить нагрузку на окружающую среду
Практическая значимость работы.
Разработаны новые физико-химические методы интенсификации технологических процессов переработки минерального сырья Разработаны
практические рекомендации для совершенствования технологии переработки руд месторождений Дурминское, Многовершинное
Проведена эколого-технологическая оценка отходов золотодобычи и ППМ и разработаны рекомендации по их практическому использованию
Разработана методика геоэкологической оценки технологий и программное обеспечение для оперативной оценки опасности отходов и формирования паспорта отходов
Разработаны новые способы переработки макулатурной массы для изготовления бумаги, направленные на повышение степени использования сырья, повышение качества вырабатываемой продукции и экономию лесосырьевых ресурсов Внедрение.
Разработки по оптимизации режимных параметров технологической схемы обогащения при измельчении руд использованы в практической деятельности ООО «Рос-ДВ», ЗАО «Многовершинное»
Предложены новые технологические решения, направленные на повышение степени использования макулатуры в композиции волокнистых материалов, внедренные на Уссурийском картонном комбинате и Хабаровском картонно-рубероидном заводе
Разработанные научные положения и практические решения нашли конкретное воплощение в учебном процессе при организации учебной и научной работы студентов, курсовом, дипломном проектировании, курсах лекций и создании учебно-методических пособий для студентов ТОГУ
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены на конференциях и конгрессах различного уровня На международных научно-технических симпозиумах и конференциях «Современные проблемы НТП Дальневосточного региона с учетом развития советско-китайских связей», Хабаровск, 1991,
«The second international symposium on promotion of the scientific and technological progress in the Far East», Harbin, 1992,
«Актуальные проблемы научного и технологического прогресса в ДВ регионе», Хабаровск, 1993, Харбин, 1995, Хабаровск, 1997,
«Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса», Екатеринбург, 1999,
Международный форум молодых ученых Азиатско-Тихоокеанского региона», Владивосток, 2001, «Экономическая, научно-техническая кооперация в лесной промышленности»,
Харбин, 2003,
«Современные проблемы комплексной переработки природного и техногенного
сырья», Санкт- Петербург, 2005,
V Конгресс обогатителей стран СНГ», Москва, 2005,
«Принципы и процессы создания неорганических материалов (Третьи
Самсоновские чтения), Хабаровск, 2006,
Международная научно-практическая конференция «ЦБП России - взгляд в
будущее», Санкт-Петербург, 2006,
Международная конференция «Проблемы экологии безопасности
жизнедеятельности и рационального природопользования Дальнего Востока и
стран АТР», Владивосток 2006,
«Неделя горняка - 2007», Москва, январь 2007,
VI Конгресс обогатителей, Москва, март 2007,
Международный экологический форум «Природа без границ», Владивосток, июнь2007 г
Личный вклад автора состоит в постановке задач, их решении, в разработке физических и математических моделей процессов, проведении экспериментальных исследований, анализе полученных результатов и их обобщений, обосновании всех защищаемых положений, внедрении результатов исследований
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 307 стр компьютерного текста и состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографии из 310 наименований, содержит 104 рисунка и 57 таблиц
