Сорочинская Анна Вадимовна, аспирант Научный руководитель – Александрова Татьяна Николаевна, зав. лабораторией, д.т.н.

Сорочинская Анна Вадимовна,
аспирант
Научный руководитель – Александрова Татьяна Николаевна,
зав. лабораторией, д.т.н.
г. Хабаровск, Институт горного дела ДВО РАН
ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ
БУРОУГОЛЬНОГО СЫРЬЯ
SUBSTANTIATION OF METODS OF ECOLOGICAL SAFETY
GROWTH IN BROWN COAL RAW MATERIAL TECHNOLOGY
В качестве топлива большинство электростанций Дальневосточного
региона используют уголь, его доля в топливном балансе
теплоэлектростанций (ТЭС) составляет 72%. Основными компонентами
горючих материалов являются углерод, водород и кислород, в меньших
количествах содержатся сера и азот, присутствуют также следы металлов и
их соединений (чаще всего оксиды и сульфиды). В состав отходящих
дымовых газов входят диоксид углерода, диоксид и триоксид серы и ряд
других компонентов, поступление которых в воздушную среду наносит
большой ущерб всем основным компонентам биосферы. Таким образом,
разработка
экологически
безопасных
технологий
в
области
углепереработки чрезвычайно актуальна.
Объект исследования – буроугольное сырье Ушумунского
месторождения, предмет - экологически безопасные технологии по
переработке буроугольного сырья. Цель, поставленная исследоватетелем –
подтвердить экологическую безопасность инновационной технологии в
области углепереработки. Задачи исследования: экспериментальное
обоснование технологии обогащения и брикетирования буроугольного
сырья, оценка экологической безопасности предложенной технологии.
Экологическая безопасность геотехнологий учитывает как
устойчивость биосистем к действию техногенных факторов горного
производства, так и возможности биологической релаксации в
постэксплуатационный период. Инженерная защита окружающей среды
развивается в двух направлениях: устранение причин техногенного
изменения геологической среды, ликвидация последствий изменения
литосферы. Учитывая особенности подземной разработки месторождений,
можно представить три взаимно дополняющих друг друга пути создания
экологически безопасных технологий: сокращение объёма отходов
(избирательная выемка), создание технологий путем использования
отходов в других отраслях хозяйства; возврат переработанного вещества
литосферы в выработанное пространство [1]. Экспериментально
реализовывалось
включение
битумных
отходов
Хабаровского
нефтеперерабатывающего завода в технологический цикл обогащения и
брикетирования угля.
Экспериментально обосновывалось направление повышения
качественных и энергетических показателей буроугольного сырья путем
снижения зольности посредством флотационного обогащения бурых углей
(объект – угли Ушумунского месторождения, отбор проб проведен в
пределах действующего угольного разреза) в тяжелых средах. Новизна
предлагаемого
метода
заключается
в
использовании
нового
флотационного реагента на основе битума в роли аполярного собирателя и
применении битума в качестве связующего при брикетировании.
С целью оценки влияния угольного сырья на экологию ДВ региона
проведены следующие исследования: расчет класса опасности веществ,
используемых при обогащении и брикетировании углей; измерение
радиоактивности буроугольного сырья Ушумунского месторождения
дозиметром; оценка элементного состава образцов угля методом
рентгенофлуоресцентного анализа, определение экологического влияния
продуктов сжигания угольного сырья с применением коэффициента
миграции элементов при температурном воздействии (ktмигр).
Была проведена экологическая оценка углей Ушумунского
месторождения, золы, полученной при их сжигании. По итогам расчетов,
проведенных с помощью программного обеспечения (ПО) «Dang_Waste»
(авторское свидетельство № 2009612788).
Таблица 1
Класс опасности используемых веществ для окружающей природной среды
Вещество
Исходное
буроугольное
сырье
Зола
Показатель
Класс опасности Интерпретация
степени опасности для окружающей
отхода,
природной
Котх
среды
46,12
IV
малоопасный
40,09
IV
малоопасный
Как уголь, так и золы малоопасны для окружающей природной
среды. В процессе эксплуатации ТЭЦ образуются твердые отходы (огарки,
шлаки, золы), которые складируются на больших площадях, оказывая
негативное влияние на атмосферу, поверхностные и поземные воды,
почвенный покров (пыление, выделение газов) [4]. Норма образования
отходов на 1 т угольного сырья Ушумунского угля рассчитана с
применением ПО «Отходы котельных». При сжигании 1 т буроугольного
сырья Ушумунского месторождения 0,251 т угольной золы, 0,039 т
угольного шлака, 0,011 т шлама очистки котлов (мазутной золы). При
снижении показателя зольности до 10% вследствие обогащения выход
угольной золы составит 0,088 т, угольного шлака – 0,009 т.
Оценка радиактивности угля выявила, что мощность гамма –
излучения составляет 0,0-0,01 микрорентген в час, что не превышает
существующих нормативов (согласно основным санитарным правилам
обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99)).
Анализ отобранных на Ушумунском месторождении проб проведен
на ренгенофлуоресцентном анализаторе S4 PIONEER на предмет
содержания редких и ценных компонентов, а также металлов благородной
группы последовательно исследовалось исходное буроугольное сырье и
зола, полученная при температурном воздействии на уголь.
Автором предложен и рассчитан коэффициент миграции элементов
при температурном воздействии ktмигр, вычисляемый по формуле (1):
kt
ìèãð

ç
ó ,
(1)
где ώз – содержание элемента в золе исследуемого угля, г/т, ώу содержание элемента в исходном буроугольном сырье, г/т.
Коэффициент применим при прогнозировании состава вредных
выбросов и накоплении токсичных отходов при традиционном
энергетическом применении буроугольного сырья: если ktмигр > 1, то при
озолении угля происходит шлакование элемента, переход его в твердую
фазу зольного остатка. При ktмигр < 1 подвергаемые температурному
воздействию элементы переходят в газовую фазу, образуя летучие
соединения с кислородом.
Содержание в углях химических элементов различных классов
токсичности по принятой эколого-геохимической классификации
опасности, а также значения ktмигр отражены в табл. 2 [2, 3].
Таблица 2
Среднее содержание и предел колебаний токсичных элементов в
Ушумунских углях
ПДК(атмосф),
Элемент
As
Pb (кроме
сульфида и
х , г/т
lim, г/т
117
40…155
мг/м
0,003
39
36…41
0,0007
среднесут.
3
ПДК
(почв),
мг/кг
2,0
kмигр
32,0
0,69
0,39
тетраэтилсвинца)
S
Mn
7000
900
4830…9440 (SO2) 0,05
1,89
600…1000
1500
1,69
Продолжение таблицы 2
ПДК(атмосф),
Элемент
V
Cu
Ni
Co
Cr
х , г/т
lim, г/т
99,2
149,4
64,6
60,671
86…126
124…179
61…72
50…76
65…79
среднесут.
3
мг/м
-
ПДК
(почв),
мг/кг
150
3,0
4,0
5,0
6,0
kмигр
1,44
0,53
1,65
0,71
1,46
Примечание:
х - среднее содержание элемента в угольном сырье;
lim – предел колебаний, г/т;
kмигр- коэффициент миграции элемента.
При сравнении данных по содержанию токсичных элементов
существенно меняется (lim), что свидетельствует об изменении в
петрографическом составе, форме и характере распределения
минеральных примесей углей по пластам Ушумунского месторождения.
Коэффициент миграции элементов при температурном воздействии
выше единицы (ktмигр >1) для некоторых элементов II группы (Ba, Mg, Ca),
третьего (Al, Si, P, S) и четвертого (Ti, V Cr, Mn, Ni, Ge) периодов а также
калия, железа и циркония. Коэффициент миграции элементов при
температурном воздействии ниже единицы (ktмигр < 1)для некоторых
щелочных металлов (Na, Rb), элементов 4 периода I-IV групп (Cu, Zn, Ga,
Ge, As), элементов 5 периода (Rb, Sr, Y, Nb, Mo) а также скандия,
кобальта, цезия и свинца. Данные, свидетельствующие о повышении
содержания серы в зольном остатке объясняются агломерацией пиритной
серы. Эмиссия для таких элементов, как мышьяк (As), свинец (Pb), олово
(Sn) и медь достигает значений, способных принести вред окружающей
среде (табл. 3).
По данным проведенного исследования вследствие наличия таких
элементов, как марганец, ванадий, никель и хром (ktмигр > 1, установленный
ПДК в почве) необходимо предусмотреть мероприятия по захоронению
отходов обогащения и сжигания в бункерах. Так как выбросы по мышьяку
и свинцу могут достигать значений, превышающих предельно
допустимые, следует установить электрофильтры или скруберы для
очистки выбросов котельных.
Таблица 3
Коэффициент миграции при температурном воздействии особо токсинных
компонентов
Точка
отбора
1
2
3
4
5
Среднее
Элемент
ώу, г/т
38
41
36
40
40
39
Pb
ώз, г/т
29
29
20
30
27
27
мигр
kt
0,763
0,707
0,556
0,75
0,675
0,690
ώу c, г/т
109
155
40
145
136
117
As
ώз, г/т
26
53
40
26
29
34,8
ktмигр
0,239
0,342
1
0,179
0,213
0,395
Отходы обогащения предлагается складировать в бункерах [5],
предотвращая загрязнение почв и вод. Также снизится средняя
техногенная нагрузка отдельных химических элементов (ktмигр > 1) на
окружающую среду вследствие меньшего содержания экологически
опасных элементов в продуктах обогащения и более полного сгорания
угольных брикетов. Реализация разработанных технологических решений
позволит повысить экологическую безопасность природопользования в
Дальневосточном регионе.
Список литературы
1. Галченко Ю.П. Методология создания подземных геотехнологий,
обеспечивающих инженерную защиту окружающей среды // Неделя
горняка 2010: труды научного симпозиума, сборник статей. – М.: Горный
информационно-аналитический бюллетень, №ОВ1, 2010. – 496 с.
2. Евлампиева
Е.П.,
Панин
М.С.
Эколого-геохимическая
характеристика вскрышных пород углеразреза «Каражыра» ВосточноКазахстанской области // Экологические системы и приборы, ежемесячный
научно-технический производственный журнал. - ISSN: 2072-9952, №11,
2009.
3. Садовникова Л.К. Экология и охрана окружающей среды при
химическом загрязнении: Учебное пособие / Л.К. Садовникова, Д.С.
Орлов, И.Н. Лозановская. – 3-е изд., перераб. – М.: Высшая школа, 2006. –
334 с.
4. Трубецкой, К.Н., Галченко, Ю.П., Бурцев, Л.И. Экологические
проблемы освоения недр при устойчивом развитии природы и общества. –
М.: Наутехлитиздат, 2003. – 260 с.
5. Burt Richard O. Gravity concentration technology. – Amsterdam: Elsevier Science Publisher, 1984.– 605 р.
Аннотация
Определены направления инженерной защиты окружающей среды
при разработке углеперерабатывающих технологий, экспериментально
обоснована технология обогащения и брикетирования угля, рассчитаны
некоторые показатели оценки экологического влияния выбранной
технологии.
Ключевые слова
экологическая безопасность геотехнологий, уголь, флотационное
обогащение, брикетирование, экологическая оценка.