Введение к работе
Актуальность работы. Ежегодный прирост твердых отходов на угледобывающих предприятиях Печорского бассейна составляет около 3000 тыс. т. Значительную часть из них составляют каменноугольные шламы с размерами частиц от 0 до 0,5 мм и влажностью от 30 до 60 %. В наружных шламонакопителях, на угольных объектах вблизи городов Воркуты и Инты, в настоящее время, сосредоточено до 6000 тыс, т. влажных шламов. Под их размещение задействуются значительные площади, которые приходится ежегодно увеличивать за счет территории горного отвода.
Продолжительное хранение столь значительных объемов тонкодислерснои мелочи на открытом воздухе приводит к ее попаданию с паводковыми и ливневыми водами в бассейны близлежащих рек, а также к загрязнению атмосферы и почв. Угольные отходы содержат органические и минеральные вещества, характеризуются повышенным содержанием некоторых вредных и опасных элементов (Ni, V, Мп, Си и др.), что при водной эрозии приводит к образованию фитотоксичных потоков, при дефляции - к аэротехногенному загрязнению, оказывающему негативное воздействие на биоту. Ингибирование основного компонента арктической флоры - лишайников, индикаторов обильного загрязнения воздуха, говорит о возрастающих суммарных техногенных нагрузках угольных шахт на окружающую среду.
С другой стороны, каменноугольные шламы Воркутского
геолого-промышлениого района по своим качественным
характеристикам и минеральному составу не уступают добываемым
углям и относятся к категории перспективных для использования в
качестве полноценного бытового топлива. Шламы Интинского
геолого-промышленного района можно рассматривать как
энергетическое и органоминеральное сырье. Последнее - для
производства строительных материалов и изделий (керамзита,
кирпича и т.д.). Использование шламов, извлеченных из
шламоотстойников и наружных шламонакопителей в естественном
виде, а также перемещение их железнодорожным и автомобильным
транспортом, затруднительно из-за высокой степени их
j МАУЧИЛЛ фК/^ОТЬХА : Моск. са^ь-.^'.о-ог. йча^п-іИк ';
и. їьЛгЗЗОЗВ
обводненности. Для полноценной утилизации углеродсодержащих тонкодисперсных отходов обогащения необходимо обеспечить снижение содержания массовой доли влаги до 14-8% уровня, который является оптимальным для брикетирования и транспортирования.
Теоретическими и экспериментальными исследованиями в области механического и термического обезвоживания тонких классов углей в разное время занимались В.В. Бобриков, Ю.Н. Бочков, Д.А. Каминский, В.П. Митенев, О.В, Михеев, А.Е. Молчанов, Б.П. Одинокое, Л.А. Пучков, Ю.В. Шувалов и другие исследователи.
Однако, в настоящее время, отсутствуют малозатратные технические решения по обезвоживанию влажного угольного сырья для дальнейшего использования, и именно это приводит к низкому оперативному уровню утилизации отходов. Поэтому возникла настоятельная необходимость в разработке минимально затратного и максимально эффективного способа обезвоживания каменноугольных шламов.
Цель работы. Снижение негативных воздействий на окружающую среду, и повышение эффективности практического использования тонкодисперсных отходов углеобогащения в результате утилизации угольной массы формованием за счет ее обработки модифицирующими добавками.
Идея работы. Получение продукта необходимой пластической прочности из тонкодисперсных шламов обеспечивается их вибрационным обезвоживанием с помощью мобильного модульного комплекса и обработкой измельченным серпентинитом.
Основные задачи работы:
- оценка экологического состояния окружающей природной среды Печорского угольного бассейна;
-обобщение материалов по концентрации, распределению и химическому составу атмосферной пыли, осажденной на снеговой покров и по содержанию тяжелых металлов в почвах на урбанизированных территориях;
-изучение видового состава и значений проективного
покрытия лишайниками субстратов для выявления
аэротехногенного загрязнения промышленных территорий;
анализ качественного и количественного состояния отходов углеобогащения и методов их утилизации;
изучение свойств тонкодисперсных угольных шламов и обоснование целесообразной влажности и пластической прочности для наиболее рационального их использования;
анализ закономерностей процесса смачивания угольных частиц различных классов, физических процессов обезвоживания углей;
исследование процесса "влагоудержания" (псевдоосушения) брикетной шихты с различным уровнем содержания массовой доли влаги до и после обработки модифицирующими добавками;
определение эффективного объема модифицирующей добавки;
разработка технологических и технических решений обезвоживания угольных шламов и снижения отрицательного влияния влажности на эффективность их утилизации.
Научная новизна:
-определена зависимость концентрации малых элементов от интенсивности пылевыпадсния и расстояния до источника загрязнения;
установлена количественная зависимость максимальной величины проективного покрытия лишайниками промышленных территорий от интенсивности пылевой нагрузки и суммарной концентрации малых элементов, содержащихся в воздухе;
предложена закономерность изменения пластической прочности угольной шихты от объема введенной модифицирующей добавки.
Защищаемые положения:
1.Отходы обогащения каменных углей в отвалах, наружных шламоиакопителях, золоотвалы и пылевые выбросы производственных предприятий содержат тонкодисперсные органические и минеральные вещества, а также токсичные
элементы. Они формируют аэротехногенное загрязнение и образуют территориальные геохимические аномалии сложного состава, суммарная концентрация элементов в которых, зависит от интенсивности пылевыпадения, причем зона их ингибирующего воздействия на биоту в 400-500 раз превышает площадь самого источника загрязнения.
-
Оптимальный уровень содержания массовой доли влаги для утилизации тонкодисперсных углеродсодержащих отходов обогащения каменных углей формованием составляет 8-14 %, что соответствует полусухому состоянию каменноугольной мелочи со значением пластической прочности Pm=8,0-12,0Kna. Он может быть расширен до 20-28 % путем введения в шихту модифицирующей добавки - измельченного серпентинита класса 10-s-50x 10"*мм.
-
Переработка влажных шламов и снижение техногенной нагрузки на окружающую природную среду достигается использованием комплекса виброобезвоживающего оборудования с последующей обработкой полученной массы влажностью 20-28 % модифицирующими добавками в объеме 0,2 % от массы шихты.
Методы исследований
Теоретической и методологической основой работы является
комплексный подход к изучению экологического состояния
природной среды, базирующийся на анализе и обзоре результатов
фундаментальных исследований отечественных и зарубежных
авторов. Для решения поставленных задач были использованы:
аналитические, физико-химические, петрографические,
экспериментальные методы исследований, натурные испытания и эксперименты в производственных условиях.
Практическая значимость работы:
предложена экономичная и экологически безопасная технология обезвоживания высоковлажных угольных шламов, позволяющая в короткие сроки подготавливать угольную массу для дальнейшей утилизации;
разработан эффективный метод направленного изменения состава и свойств угольных шламов для их последующей утилизации формованием;
разработана методика изменения структуры шихты за счет обработки угольных шламов тонкодисперсными природными минеральными добавками;
разработаны технические решения по аппаратурному обеспечению технологического модульного комплекса по обезвоживанию шихты.
Достоверность научных положений, выводов н рекомендаций подтверждается положительными результатами испытания технологии и оборудования, результатами анализов качества конечной продукции с представительным количеством экспериментов (более 30) и проб (более 100), применением современных методов определения элементного состава, полного полуколичественного спектрального анализа, полного технического анализа и др.
Реализация результатов работы
Результаты исследований использованы при разработке рецептур и режимов обработки брикетной шихты для производства брикетов из шламов Воркутского и Иитииского ГПР в целях их переработки в коммунально-бытовое топливо. Основные выводы и положения диссертации использованы в учебном процессе при чтении курса лекций по дисциплинам: "Геология угольных месторождений", "Экология", "Инженерная экология" и "Горное дело и окружающая среда".
Апробация работы
Экологические аспекты работы обсуждались на заседаниях Республиканского экологического центра по изучению и охране восточноевропейских тундр (Воркута, 2000 г.), на научных семинарах Воркутинского филиала Санкт-Петербургского государственного горного института, научно-практической конференции "Неделя Горняка" (Москва, 1999 г.).
Технологические решения по применению
модифицирующих добавок с целью направленного изменения структуры брикетной шихты испытаны на базе ООО "Эрион" (г. Гатчина) при проведении промышленных испытаний по брикетированию каменноугольной мелочи Воркутского и Иитииского геолого-промышленных районов.
Личный вклад автора
Лично автором или при его непосредственном участии выполнено:
постановка задачи исследований и их методическое обеспечение;
организация и проведение инструментальных лабораторных исследований и постановка экспериментов;
исследование состава и свойств отходов обогащения углей Воркутского геолого-промышленного района;
обобщение результатов мониторинга окружающей среды;
аналитическая оценка зависимостей между величиной проективного покрытия лишайниками промышленных территорий Воркутского геолого-промышленного района, интенсивностью пылевыпадения и расстоянием от объекта пылевыделения;
аналитическая оценка взаимосвязи различных видов влаги угольной мелочи и ее пластической прочности до и после обработки активными модифицирующими добавками на состояние угольной мелочи с точки зрения пригодности последней для транспортирования и утилизации способом брикетирования;
разработка технологической схемы процесса обезвоживания (удержания) влаги каменноугольных шламов.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Работа выполнялась в Санкт-Петербургском
государственном горном институте (техническом университете) им. Г.В. Плеханова. Программа исследований по теме диссертации предусматривалась планом НИР института, экологическими программами г. Воркуты и Республики Коми.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, Заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору Ю.В. Шувалову, за помощь и консультации в процессе проведения натурных исследований и лабораторных работ одному из своих учителей и коллеге, кандидату геолого-минералогических наук, доценту Ю.Н, Приходько, коллегам по кафедре, главному инженеру проекта ОАО "СПб Гипрошахт"
Э,Я. Белостоцкому, д.б,н., директору Воркутинского ЭЦЕТ М.В. Гецен, К.Т.Н., доценту, директору института Печорниипроект М.И. Смирнову, сотрудникам института С.З. Ларионовой, Л.М. Коршуновой, а также В.В. Зуеву и Б.Н.Лукьянцу.
Объем н структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, общим объемом 169 страниц машинописного текста, содержит 38 таблиц и 20 рисунков, 6 приложений. Список использованной литературы включает 93 наименования.
Похожие диссертации на Снижение загрязнения окружающей среды отходами обогащения на шахтах Печорского бассейна
