Реферат: Флюидная экстракция комплексов урана из техногенных месторождений
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ
ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Техногенные
месторождения (ТМ) – техногенные образования (отвалы горнодобывающих
предприятий, хвостохранилища обогатительных фабрик, шлакозольные отвалы
топливно-энергетического комплекса, шлаки и шламы металлургического
производства, шламо-, шлако- и т.д. отвалы химической отрасли) на поверхности
Земли по количеству и качеству содержащегося в них минерального сырья пригодные
для промышленного использования в настоящее время или в будущем по мере
развития науки и техники и изменения экономических условий.
Появившиеся в
последние десятилетия техногенные месторождения являются результатом
интенсивного развития горнодобывающей и перерабатывающей промышленности.
Техногенные месторождения представляют собой класс месторождений,
сформировавшихся в районах горнорудной промышленности (Украина, Казахстан,
Северо-запад и Юго-восток европейской части Росси, Урал, Юго-восток и Восток
азиатской части, Центр Сибири и др.). Эти месторождения обычно обладают
своеобразным минеральным составом и являются потенциальным источником
разнообразных полезных ископаемых, в частности цветных, редких и благородных
металлов, а также строительных материалов (щебень, песок, гравий и т.д.).
На территории
Украины в результате деятельности 500 промышленных предприятий только твердых
отходов накоплено около 25 млрд. тонн. Эти отходы негативно влияют на природные
ландшафты и экологические условия, занимая площадь около 150 тыс. га
плодородных земель и ухудшая среду обитания человека. Техногенные месторождения
приводят к исключению из хозяйственного оборота больших площадей земель,
занятых отходами производства. Так, например, площадь золоотвалов
топливно-энергетического комплекса Урала составляет около 3 000 га, а площадь
нарушенных земель в медной подотрасли превышает 60 000 га. Значительную площадь
(260 га) занимает Черемшанское шламохранилище Высокогорского ГОКа, в котором
сосредоточено около 40 млн т отходов обогащения железных руд. Кроме того, происходит
уничтожение или снижение качества земель из-за пылевых заносов с отвалов и
хвостохранилищ. Например, с 1 га отвалов КМА ежегодно сносится до 500 тонн
пыли. Идет загрязнение окружающей среды (почв, поверхностных и подземных вод,
атмосферного воздуха) тяжёлыми металлам и солями в концентрациях, нередко
превышающих допустимые нормы. Так ориентировочный суммарный объём сброса
загрязнённой оборотной воды с золоотвалов АО «Свердловэнерго» составляет не
менее 7,6 млн.м3/год. Содержание в сбрасываемой воде таких элементов как F, V и
Mn превышает ПДК в десятки и сотни раз. С отвалов Садонских месторождений
ежегодно выносится в р. Терек до 3 000 тонн цинка.
На
01.06.2000г имелась информация о 1600 техногенных объектах Украины по 13
областям. За 200 лет промышленной добычи каменных углей в Донбассе и их
переработки накоплено громадное количество отходов: на каждого жителя этого
региона приходится их около 4000 т. Из 1257 терриконов и отвалов угольных шахт
до 35% подвержены процессам самовозгорания угля. Выделяющиеся при этом из
очагов горения горячие газы отлагают на поверхности самородную серу, нашатырь и
другие техногенные минералы. В радиусе до 3-х км каждый террикон является
источником загрязнения воздушной, водной и поверхностной природной среды
различными токсинами, в том числе мышьяком, ртутью и др.
В
развитых индустриальных странах мира уровень использования промышленных отходов
достигает 70-80%, тогда как в Украине и ближнем зарубежье он не превышает
12-15%.
В США,
например, из промотходов получают 20% всего алюминия, 33% железа, 50% свинца и
цинка, 44% меди и т.д. Подобная тенденция использования вторичных ресурсов
наблюдается в Канаде, Великобритании, ЮАР, Испании и других странах. Например:
• В
штате Монтана (США) из отвалов рудника Мандиски получают ежегодно 2 т Au и 4 т
Ag при содержании в отвалах золота – 0,84 г/т и серебра – 2,8 г/т.
• В
штате Мичиган (США) из хвостов обогащения, содержащих 0,3% Cu, достигнуто
из-влечение 60% меди.
• В ЮАР
из отвалов золотоизвлекательных фабрик при содержании золота – 0,53 г/т и урана
– 40 г/т получают 3,5 т золота и 696 т урана в год при производительности 50000
т/сутки.
Для
Казахстана, России и Украины, стран, производящих значительную долю всей
минеральной продукции мира и обладающих мощным горнопромышленным потенциалом,
проблема утилизации промышленных отходов имеет первостепенное значение. Важным
обстоятельством является то, что себестоимость товарной продукции из
промышленных отходов в 5-15 раз меньше, чем из добываемых традиционными
способами руд месторождений полезных ископаемых. Активное использование
промышленных отходов минерального сырья позволит получить прибыль в миллиарды
долларов ежегодно.
Например,
вторичная переработка 150 млн. тонн отходов обогащения марганцевых руд
Никопольского района и 500 млн. тонн отходов обогащения железных руд
Криворожского бассейна могут дать товарной продукции на 5-7 млрд. долларов.
Эти, а также другие данные показывают настоятельную необходимость изучения и
утилизации техногенных месторож-дений Украины и, особенно, Донбасса.
1.1 Способы образования и
классификация техногенных месторождений
Множественность
показателей, характеризующих ТМ, к которым относятся:
• условия
образования,
• объёмы,
• вещественный
состав,
• характер
процессов, преобразующих первичное вещество,
• неоднородность
влияния отдельных показателей на принятие технологических решений и
экономических оценок и некоторые другие
предопределяют
сложность их классификации и типизации.
По
морфологическим признакам ТМ можно разделить на 2 типа:
1.Месторождения
насыпные, представляющие собой холмы и терриконы. К этому типу относятся:
• терриконы
угольных шахт и разрезов;
• отвалы
рудников и карьеров руд цветных, чёрных и редких металлов, сложенные
дезинтегрированными вскрышными и вмещающими породами, а так же убогими
забалансовыми рудами;
• техногенные
россыпи, образующиеся при разработке россыпных месторождений и из отходов
золоторудных фабрик;
• шлакоотвалы
цветной и чёрной металлургии.
2. Месторождения
наливные, образующиеся при заполнении впадин земной поверхности. Представителями
этого типа ТМ являются:
• отходы
обогащения руд (шламо- и хвостохранилища горнообогатительных фабрик);
• шламоотвалы
цветной и чёрной металлургии;
• золо-
и шлакоотвалы энергетического комплекса, возникающие при гидравлическом
удалении золы и шлаков с теплоэлектростанций;
• шламоотвалы
химических производств.
По составу
техногенные месторождения подразделяются на 4 типа:
1. Породные
ТМ, состоящие из природных горных пород и представленные глыбово-щебенистым
материалом и шламо- и хвостохранилищами обогатительных фабрик.
2. ТМ
пирометаллургических процессов цветной и чёрной металлургии, сложенные шламами
и шлаками.
3. ТМ
теплоэлектростанций, сложенные золой и шлаками ТЭС.
4. ТМ
химического производства (шламы).
По возможным
областям использования ТМ подразделяются на 3 типа:
1. ТМ
строительного сырья.
2. ТМ
(по извлекаемому металлу) – медные, цинковые и т.д.
3. ТМ
смешанного типа, т.е. пригодные для получения стройматериалов и металла.
Разработка
месторождений первого типа обеспечивает освобождение площадей земли от
техногенных отходов с последующей их рекультивацией, второго типа - позволяет
осуществить доизвлечение металла, но не решает проблемы освобождения территории
отвалов от отходов, так как вторичная переработка отвалов, учитывая низкое
содержание в них полезных компонент, практически даёт то же самое количество
отходов.
Третий тип
техногенных месторождений позволяет осуществлять и рекультивацию земель и
доизвлечение металла.
По
экологическому воздействию среди техногенных месторождений выделяют:
1. Неопасные,
представленные горными породами и глыбовощебенистыми и щебенистыми шлаками
цветной и чёрной металлургии, слабо разрушающимися в течение хранения.
2. Поражающие
атмосферу и гидросферу, если они сложены окисляющимися или глинизирующимися
породами, окисляющимися шлаками и шламами, пылящими шламами и высохшей пульпой
хвостохранилищ.
В настоящее
время терминология, классификация ТМ, критерии принадлежности их к тому или
иному типу меняются и дополняются по мере углубления исследований и
практических работ в области разработки техногенных месторождений.
Наиболее
удобной представляется классификация ТМ, в основу которой положены условия их
формирования, так как они определяют обычно и морфологию, и вещественный
состав, и возможные области использования, и экологическое воздействие на ОС
(рис.1).
Пользуясь
классификацией, представленной на рис.1, можно оценить основные характеристики
любого типа месторождений. Например, ТМ горнодобывающих предприятий,
возникающие при обогащении руд и представляющие собой хвостохранилища,
относятся к месторождениям
• наливного
типа (морфологический признак);
• по
составу – породные;
• по
возможным областям использования – смешанного типа, т.е. пригодные для
доизвлечения металла и получения стройматериалов;
• по
экологическому воздействию на окружающую среду – поражающие атмосферу (пыль) и
гидросферу (фильтрация вод хвостохранилищ через защитные дамбы).
Вовлечение в
переработку техногенного сырья обеспечивает:
1. Сокращение
расходов на поиски новых и разведку эксплуатируемых месторождений.
2. Сохранение
истощающихся минеральных ресурсов в недрах, так как запасов полезных компонент,
накопившихся в отходах ГОК’ов, достаточно чтобы удовлетворить потребности на
многие десятилетия вперёд.
3. Повышение
производительности труда за счёт рентабельной переработки уже добытого сырья,
являющегося, по существу, готовым полупродуктом и находящегося вблизи
действующих предприятий, что особенно важно для тех из них, для которых
вследствие истощения сырьевой базы оказываются незагруженными производственные
мощности, и высвобождается рабочая сила.
4. Улучшение
условий труда, так как техногенные месторождения расположены на поверхности
Земли в отличие от всё более глубокозалегающих обычных месторождений полезных
ископаемых.
Рис.1
5.
Производство дешёвых стройматериалов (песок, щебень, гравий, цемент, абразивы,
материал для отсыпки дорожного полотна, строительства плотин, дамб, и т.д.), а
из шлаков - шлаковаты, шлакового литья (брусчатка, тюбинги, плитки, бордюрный
камень и т.д.), литого шлакового щебня, стеклокерамических изделий, вяжущих
добавок в цемент, минеральных добавок для улучшения почв, удобрений для
сельского хозяйства и др.
6.
Освобождение занимаемых им земель и их рекультивацию и ликвидацию источников
загрязнения окружающей среды , улучшая тем самым экологическую обстановку
вокруг действующих предприятий. Это относится к тем техногенным месторождениям,
освоение которых сопровождается производством стройматериалов. Если же
осуществляется только добыча металлов (цветных, редких и благородных), то из-за
низкого их содержания количество техногенных отходов практически не
уменьшается.
Глава 2. УСТАНОВКА ДЛЯ
СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ФЛЮИДНОЙ ЭКСТРАКЦИИ КОМПЛЕКСОВ УРАНА ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Украина
обеспечена собственными урановыми ресурсами лишь на 30 %. В то же время в
стране имеются техногенные месторождения с высокой концентрацией радиоактивных
и токсичных компонентов, представляющие опасность для окружающей среды и
здоровья населения. Так, в Днепродзержинске на площади 2,5 млн м2 расположено 7
хвостохранилищ, в которых накоплено около 42 млн т отходов переработки урана,
содержащих уран, продукты его распада, мышьяк, селен, торий, радий и т. п.
В ряде
промышленных регионов Украины радиоэкологическая обстановка определяется
деятельностью угольных шахт. Например, в Донбассе за 200 лет добычи каменных
углей и антрацитов образовано 1 257 терриконов общим объемом 1 056 519,9 тыс.
м3. Угольные породы занимают 5 526,3 га. Отвалы, особенно горящие, являются
источниками пыли и токсичных соединений. Исследования показали, что в отходах
гравитационного и флотационного обогащения угля содержание урана составляет
15—150 г/т, тория — 20 г/т.
Таким
образом, возникает необходимость в разработке технологий:
— уменьшения
количества радиоактивных отходов в процессах получения и переработки ядерного
топлива;
— глубокого
извлечения актинидов и других элементов из техногенных месторождений.
Внедрение
таких технологий позволит повысить объем производства ядерного топлива, а также
решить экологические и социальные проблемы регионов.
В ННЦ
ХФТИ создана
экспериментальная установка СФЭ-U (рис. 1) для извлечения радионуклидов с использованием метода
сверхкритической флюидной экстракции углекислым газом (СФЭ-СO2).
Рис. 1. Установка СФЭ-U
Сверхкритическая
флюидная экстракция — новейший, перспективный, экологически чистый, сухой метод
получения различных материалов из растительного, минерального и техногенного
сырья с использованием экстрагентов, находящихся при температуре и давлении
выше критических. Наиболее часто применяют углекислый газ, циркулирующий в
замкнутом объеме без сброса в атмосферу. Он нетоксичен, неактивен, доступен,
дешев и обладает невысокими критическими параметрами (температура 37 °С,
давление 7,3 МПа). В отличие от традиционных методов жидкостной экстракции при
СФЭ-СО2 экстрагируемое вещество не содержит следов экстрагента.
Страницы: 1, 2
|