извлечение и переработку природных ресурсов

Лекция 2
• Природопользование
• Классификация природных ресурсов.
• Основные проблемы комплексного
использования минерального сырья
•
Природопользование определяется как
совокупность процессов взаимоотношения
природы и человека.
•
Объектом научного природопользования
служит комплекс взаимоотношений между
природными
ресурсами,
естественными
условиями жизни общества и его социальноэкономическим развитием.
•
Предметом природопользования является
оптимизация этих отношений, стремление к
сохранению
и
воспроизводству
среды
жизнедеятельности человека.
Природопользование включает:
• извлечение и
переработку
природных ресурсов;
• использование и
охрану природных
условий;
• сохранение
экологического
баланса биосферы, что
служит основой
сохранения природноресурсного
потенциала развития
человека.
Природопользование может быть:
А) прямым, когда имеет место
непосредственное влияние человека на
различные природные объекты (распашка
земли, добыча полезных ископаемых и
т.д.).
При этом уменьшается объем природных
ресурсов (восполнимых и невосполнимых). В
данном случае человек может сопоставить
свои расходы с запасами и регулировать этот
процесс;
б) косвенным, когда воздействие человека
на природу является следствием прямого
природопользования (добыча полезных
ископаемых – и, как следствие, разрушение
плодородного слоя почвы; повышенный
водозабор из водоемов – и, как следствие,
разрушение берегов и ухудшение условий
жизни рыб и т.д.).
В этом случае многое вообще не удается
предвидеть и регулировать, тем более что
последствия проявляются не сразу, а через года
или десятки лет.
Рациональное природопользование
(по Н.Ф. Реймерсу)
- это система деятельности, призванная
обеспечить экономную эксплуатацию
природных ресурсов и условий и наиболее
эффективный режим их воспроизводства с
учетом
перспективных
интересов
развивающегося хозяйства и сохранения
здоровья людей.
• Правило «мягкого» управления природой —
когда управление природными процессами
способно вызвать желательные природные
цепные реакции без нарушения естественных
процессов в экосистемах
• Жесткое — техническое и техногенное
воздействие и вмешательство в естественные
процессы, их исправление путем коренного
преобразования механизмов и систем природы
(переброска рек, строительство плотин,
сплошнолесосечные рубки и др.)
• Правило неизбежных цепных реакций
«жесткого» управления природой —
«жесткое»
управление
природными
процессами как правило чревато цепными
природными реакциями, значительная часть
которых
оказывается
экологически,
социально и экономически неприемлемой в
длительном интервале времени.
*изменение русла рек, орошение сухих
степей, распашка огромных площадей
целинных земель
КЛАССИФИКАЦИИ РЕСУРСОВ
Систематизация ресурсов
(по классической экономической теории)
1. Природные – потенциально пригодные для
применения в производстве естественные силы и
вещества
2. Материальные – природные и искусственные
средства производства и потребления (предметы
труда, сырье, основные и вспомогательные
материалы)
3. Трудовые – население в трудоспособном возрасте
4. Финансовые – денежные средства, которые общество
в состоянии выделить на организацию производства
Природные (естественные) :
• природные объекты и явления, используемые в
настоящем, прошлом и будущем для прямого и непрямого
потребления, способствующие созданию материальных
богатств,
воспроизводству
трудовых
ресурсов,
поддержанию условий существования человечества и
повышающие качество жизни (ресурсы удобств,
эстетические ресурсы, в том числе феномены природы).
• РЕСУРСЫ МИНЕРАЛЬНЫЕ — все пригодные для
употребления вещественные составляющие литосферы,
используемые в хозяйстве как минеральное сырье или
источники энергии (рудные и нерудные ископаемые,
гидротермические источники и т. п.) – невозобновляемые
природные ресурсы.
Классификации
природных ресурсов
(по Реймерсу Н.Ф.)
1. По источникам и местоположению
2. По темпам скорости исчерпания:
Быстро - исчерпаемые ; медленно – неисчерпаемые
(*минеральные ресурсы)
3. По возможности самовосстановления и культивирования:
Возобновимые и невозобновимые
(*растительность, вода; почва мин.богатства)
4. По темпам экономического восполнения
(за счет поиска новых источников или новых технологий изъятия):
восполнимые и невосполнимые
(*Топливно-энергетические мин.ресурсы-гидроэнергией; кислород, чистая вода)
5. По возможности замены одних ресурсов другими:
заменимые и незаменимые
(*металла пластмассой или керамикой; атмосферный
кислород для дыхания)
Классификация природных (естественных) ресурсов по
источникам и местоположению
(по Реймерсу Н.Ф.)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1. Энергетические ресурсы
2. Атмосферные газовые ресурсы
3. Водные ресурсы
4. Ресурсы литосферы
5. Ресурсы растений-продуцентов
6. Ресурсы консументов
7. Ресурсы редуцентов
8. Климатические ресурсы
9. Рекреационно-антропоэкологические
10. Познавательно-информационные ресурсы
11. Ресурсы пространства и времени
Экономическая классификация полезных
ископаемых и минерального сырья
минеральное сырье по отношению к
транспортным издержкам :
• сырье повсеместного размещения или
общераспространенные полезные
ископаемые (ubiquitous minerals);
• локализованное сырье из индивидуально
расположенных месторождений (individual
mine minerals).
(Боярко, 2000)
минеральные виды полезных
ископаемых по степени освоенности:
• традиционные полезные ископаемые
(traditional minerals) относятся большинство
основных видов минерального сырья,
используемых потребителями для
производства определенных товаров и услуг в
течение продолжительного периода времени
(десятки и сотни лет).
• нетрадиционные полезные ископаемые
(unconventional minerals, alternative minerals) новые минеральные виды, ранее не
вовлекаемые в производство.
• Большинство традиционных полезных
ископаемых в недалеком прошлом также были
нетрадиционными, а зачастую и экзотическими:
например: алюминий в XIX веке считался редким
драгоценным металлом,
• а урановые руды до 40-х годов – лишь сырьем
для производства радиевой люминесцирующей
краски.
• К появлению новых нетрадиционных источников сырья
приводит открытие промышленных концентраций
нового минерала или минерала, известного ранее лишь
как акцессорного; новой парагенетической ассоциации
промышленного минерала; новых полезных свойств у
известного промышленного минерала.
Классификация основных видов
полезных ископаемых
I. Твердое топливно-энергетическое и химическое сырье
1. Каменный уголь – коксующийся, антрацит, энергетический
3. Бурый уголь и лигниты
2. Уран
4. Горючие сланцы
5.Торф
II. Жидкое и газообразное топливно-энергетическое и химическое сырье
1.
Нефть
2.
Природный газ
3.
Газовый конденсат
4.
Попутный нефтяной газ
III. Металлы
1.
2.
3.
4.
3.
4.
Черные металлы: Fe, Mn, Cr, Ti, V
Цветные металлы: Al, Mg, Cu, Pb. Zn, Ni, Co, Sn, W, Mo, Hg, Bi, Sb, As
Редкие металлы: Li, Be, Nb, Ta, Zr, РЗМ, Sr
Рассеянные элементы: Sc, Ga, Ge, Rb, Cz, Cd, In, Ta,
Se, Te, Ga, Re
Благородные металлы: Au, Ag, Pt, Pd, Ir, Os, Ro, Ru
Радиоактивные металлы: Th, Ra
IV. Нерудное сырье для металлургии
1. Флюсы, известняки и др., карбонаты, плавиковый шпат
2. Огнеупоры: магнезиты, доломиты, огнеупорные глины, кварциты, графит,
пирофиллит, формовочные пески
3. Высокоглиноземистое сырье: нефелиновые сиениты, алуниты, силлиманит,
кианит, андалузит, диаспор
V. Техническое сырье, драгоценные, полудрагоценные и поделочные
камни
1. Абразивы: алмазы технические, корунд, топаз, гранат, кварц
2. Пьезооптическое сырье: пьезокварц, оптический кварц. исландский шпат,
оптический флюорит
3. Тепло- и электроизоляционное сырье: асбест (хризотил-асбест и др.), тальк и
тальковый камень, слюда (мусковит, флогопит, вермикульт)
4. Драгоценные и полудрагоценные камни: первого класса – алмаз, рубин,
сапфир, изумруд, александрит и др.; второго класса – топаз, аквамарин,
красный турмалин; третьего класса – благородные разности гранатов,
кордиерита, кианита, эпидота, турмалина и др.; драгоценные камни
органического происхождения (жемчуг, коралл, янтарь и др.)
5.
5.
6.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
V. Техническое сырье, драгоценные, полудрагоценные и поделочные
камни
Поделочные камни: первого класса – нефрит, родонит, лазурит, малахит и
др.; второго класса – агольматолит, обсидиан и др.; третьего класса –
лабрадорит, мрамор, яшма и др.; Поделочные камни органического
происхождения: мамонтовая кость, окаменелое дерево.
Сырье для каменного литья: диабазы, базальты и др.
Каменные кислотоупоры
VI. Сырье для строительной индустрии
Строительные камни: стеновые (изверженные, осадочные,
метаморфические горные породы), кровельные (сланцы и др.),
дорожные (галька, гравий, щебень), бутовые
Облицовочные
камни:
мраморы,
граниты, лабрадориты и
др.
Цементное сырье: мергели, известняки, глинистые сланцы, глины и др.
Наполнители бетона: щебень, песок и др.
Вяжущие материалы: мергели, известняки, глины гипс, ангидрит
Гидравлические добавки: трассы, пемза, диатомиты, трепел, опока,
перлит и др.
Минеральные краски: мумия, охра, умбра
Стекольно-керамическое сырье: стекольные пески, полевой шпат,
пегматиты, керамические глины, каолин
VII. Горнохимическое сырье
1. Химическое сырье: натрийсодержащие соли, сера, серный колчедан,
сульфаты кальция, бария, алунит, карбонатное сырье
2. Агрономическое сырье: фосфориты, апатиты, калийные соли,
бораты, глауконит, селитра, известняки
VIII. Воды
1. Подземные воды: питьевые, технические, геотермальные,
минеральные, бальнеологические (углекислые, сероводородные;
радиоактивные и др.), соляные воды, нефтяные воды, содержащие
бром, йод и др.
2.
3.
Поверхностные воды: озерные рассолы (рапа и др.), морские воды
(как источник для получения магния и др.)
Минеральные грязи и илы
IX. Газы
1.
2.
3.
4.
Азот
Углекислый газ
Инертные газы: гелий, неон, аргон, радон
Сероводород
• С позиции гарантированного обеспечения
государственных потребностей стран –
производителей минерального сырья
стратегическими и дефицитными видами
ресурсов недр, наличие которых влияет на их
национальную безопасность, обеспечивает
основы их суверенитета, а также для
выполнения обязательств по их
международным договорам выделяется
группа стратегических видов минерального
сырья (resources strategic mineral), объемы
добычи которых регулируются
правительствами этих стран.
•
Постановлением Правительства РФ № 50-р от 16 января 1996 г. к
стратегическим видам минерального сырья в Российской Федерации
отнесены: нефть, природный газ, уран, марганец, хром, титан,
бокситы, медь, никель, свинец, молибден, вольфрам, олово, цирконий,
тантал, ниобий, кобальт, скандий, бериллий, сурьма, литий,
германий, рений, редкие земли иттриевой группы, золото, серебро,
платиноиды, алмазы, особо чистое кварцевое сырье.
Виды товарной продукции из
минерального сырья:
• Полезное ископаемое (газ, жидкость, руда или горная масса),
непосредственно добытое из недр в природном виде или после
обработки, придающий потребительские свойства и
выполняемой на месте добычи (обезвоживание, деэмульсия и
обессолевание нефти, сепарация газа, осветление и
обеззараживание питьевых вод, для твердых продуктов:
сортировка, отмывка, размол, распиловка, иногда – обжиг).
• Концентрат, полученный при обогащении добытого сырья и
используемый как полуфабрикат для дальнейшей переработки
в один или несколько товарных продуктов.
•
Металл, кристаллосырье или иной минеральный продукт,
которые при обогащении добытого сырья имеют товарный вид
уже после первичной переработки.
• Ресурсоэффективные технологии – это
технологии, приводящие к повышению
эффективности использования ресурсов.
• Повышение ресурсоэффективности во
всех сферах человеческой деятельности
позволяет существенно замедлить
опасные тенденции.
ОСНОВНАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ
• Безотходная
технология
–
система
технологических, технических, экономических и
организационных средств, направленных на
максимальное
использование
минерального
сырья,
предусматривающая
комплексную
переработку сырья и утилизацию отходов с целью
производства дополнительной продукции.
• Безотходная схема переработки сырья – это
графическое
изображение
безотходной
технологии.
• Малоотходная технология – это то же, что и
безотходная, но характеризуется частичным
использованием отходов и незначительным
ущербом, нанесенным окружающей среде.
• Комплексное использование
технология,
обеспечивающая
получение из сырья продуктов,
номенклатура
которых
максимально возможному при
уровне техники и экономики.
сырья – это
рентабельное
количество и
соответствует
современном
• Ценные компоненты – это составляющие сырье
компоненты, извлечение которых возможно и
экономически целесообразно при современном
уровне техники.
• Попутные компоненты – компоненты, не
являющиеся ведущими при типизации руд или
отходов технологических процессов, извлечение
которых
технологически
возможно
и
экономически целесообразно при современном
уровне техники.
• Отходы – остатки сырья, продуктов или
полуфабрикатов, образующихся в процессе
производства
(отходы
производства)
или
потребления (отходы потребления), не имеющие
в данном виде потребительских свойств.
• Вскрышные (вмещающие) породы – это горные
породы, покрывающие (вмещающие) полезные
ископаемые, выделяемые в отвалы при
разработке месторождения.
• Утилизация отходов – это совокупность
технологических
процессов
переработки,
использования
или
размещения
отходов
производства
товарной
продукции,
предотвращения их вредного влияния на ОС.
• Вторичное сырье – отходы производства или
потребления, заменяющие первичное сырье.
• Вторичные минеральные ресурсы – это
минеральное сырье, содержащееся в отходах
производства или потребления, переработка
которого
технологически
возможна
и
экономически целесообразна для получения
конечной
продукции, эквивалентной по
своим свойствам продукции из первичного
минерального сырья.
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
КОМПЛЕКСНОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Главным ключевым моментом здесь является
создание безотходной технологии
Обоснование создания безотходной
технологии имеет несколько аспектов:
• 1. Экологический аспект
• 2. Ресурсный аспект
• 3. Технический и технологический
аспект
• 4. Социально-экономический аспект
1. Экологический аспект
безотходной технологии
Усиление отрицательного
воздействия горного производства
на окружающую среду.
Анализ
вредных
последствий
современных технологий производства
показывает необходимость организации
кругооборота материалов и энергии в
процессе производства, который при этом
исключал бы деградацию окружающей
природной среды и минимизировал
наносимый ей ущерб в условиях роста
масштабов общественного производства.
2. Ресурсный аспект безотходной технологии
В отличии от лесов, вод и некоторых
других природных ресурсов богатства
недр
не
возобновляются.
Важное
значение в настоящее время имеет
рациональное бережное использование
минерально-сырьевых
ресурсов,
являющихся
одним
из
главных
природных богатств страны.
• В развитии горной промышленности
отмечаются некоторые тенденции:
• 1) рост масштабов добычи и потребления
минерального и энергетического сырья.
• 2) увеличение мощности горного
производства.
• 3) истощение запасов богатого минерального
сырья и увеличение масштабов освоения
ресурсов с более бедным содержанием
полезных компонентов.
4) резкое ухудшение и усложнение горногеологических
и
экономикогеографических
условий
разработки
месторождений.
5) Удорожание геологоразведочных работ,
рост себестоимости добычи 1 т
полезных
ископаемых
и
цен
на
минеральное сырье.
В зависимости от содержаний основного ценного
компонента, руды металлов могут делиться на
богатые, рядовые и бедные.
Естественно, что значения содержаний,
определяющие отнесение руд к богатым, рядовым
или бедным для руд разных металлов неодинаковы
Вид полезного
ископаемого
Железо
Хром
Свинец и цинк
Медь
Молибден
Золото
Содержание основного компонента в рудах
богатых
рядовых
бедных
более 45–57%
–
40–20%
более 45%
–
30–45%
4%Pb
или 7% Pb+Zn
более 3–5%
более 0,2%
более 10 г/т
2–4%Pb или
4–7% Pb+Zn
1–3%
0,1–0,2%
5–10 г/т
Примечание
Богатые руды поступают непосредственно
в плавку, бедные требуют обогащения
Богатые руды являются готовым товарным
продуктом, бедные требуют обогащения
1,2–2%Pb или
2–4% Pb+Zn
0,7–1%
Богатые руды могут поступать в плавку
0,1%
Руды требуют обогащения
2–5 г/т
3 .Технический и технологический аспекты
безотходной технологии
Многокомпонентный состав сырья практически
любого месторождения требует при переработке
использование такой комбинации процессов,
которая обеспечивает наиболее комплексную (по
числу извлекаемых компонентов) и полную (по
степени извлечения и использования компонентов)
переработку руды.
Исследования в области создания безотходных и
малоотходных технологических процессов и
методов утилизации отходов показывают, что в
настоящее время на большинстве горных
предприятий имеется возможность довести
определенную часть образующихся отходов до
товарной продукции или вторичного сырья для
других отраслей промышленности.
На настоящий момент предложены новые
перспективные
технологические
процессы
переработки
бедных,
забалансовых,
труднообогатимых руд.
Внедрены методы фотометрической,
рентгенолюминесцентной,
радиометрической
сортировки,
избирательного дробления, отсадки и
сухой магнитной сепарации дробленого
Принциматериала.
"Рентгено
радиомет
рический
сепаратор
цветных
металлов
"СЦМ-1.
пиальная
схема
гравитационного
обогаще
ния угля
отсадкой
• Для труднообогатимых и забалансовых руд,
старых отвалов, хвостохранилищ возможна
организация геотехнологического
выщелачивания полезных компонентов.
Внедрение новых технологий обогащения
позволяет
увеличить
извлечение
ценных
компонентов как из руд, так и их доизвлечение из
промышленных растворов.
В
горнодобывающей
промышленности
достигнуты определенные успехи в реализации
разработанных методов утилизации отходов и
безотходного производства.
Так, в цветной металлургии при извлечении 11
основных металлов получают дополнительно 60
элементов, в том числе все потребляемое в стране
серебро, платиноиды, рассеянные элементы.
В связи с острым дефицитом свежей воды,
снижением
технологических
показателей
процессов
обогащения
при
использовании
оборотных вод и необходимостью охраны
окружающей
среды
к
числу
наиболее
перспективных направлений следует отнести:
• разработку физико-химических методов очистки
промышленных
вод
от
органических
и
минеральных компонентов с одновременным
доизвлечением ценных компонентов;
• создание полностью замкнутых водношламовых циклов на обогатительных
фабриках с регенерацией оборотных вод;
• использование
шахтных
и
других
минерализованных
вод
в
качестве
технологической воды на обогатительных
фабриках.
Обогатительная фабрика на
Забайкальском горнообогатительном комбинате
4. Социально-экономический аспект
безотходной технологии
Традиционно сложившаяся система техники и
технологии добычи и обогащения полезных
ископаемых не соответствует идее безотходной
переработки, так как она создавалась в основном для
извлечения одного (или немногих) основного рудного
компонента.
Современные методы технологий комплексной
переработки полезного ископаемого базируются в
основном на экономическом расчете, в котором часто
не учитываются факторы долговременного и
перспективного
характера:
экономические
последствия принятой технологии, стратегическое
использование некоторых компонентов, возможность
местной утилизации отходов и другие.
Требуется не в общем использовать все ценные
компоненты руды, а использовать их оптимальным
образом. Ведь одни и те же продукты могут служить
и источниками металлов и строительными
материалами.
Некоторые компоненты находятся в сырье в таком
состоянии или количестве, что их извлечение
технологически
трудно
или
экономически
нецелесообразно. Необходимо решить задачу
оптимизации комплекса извлекаемых из руды
ценных компонентов.
Важным
обстоятельством
является
несовершенство технологий извлечения не только
попутных, но и основных компонентов. Низкие
показатели извлечения при переработке шламистых,
окисленных, тонковкрапленных руд заставляют
рассматривать
хвосты
обогащения,
кеки
металлургии и некоторые шлаки не как отходы, а
как перспективное сырье на эти компоненты.
Персонал нужно обучить, что комплексное
извлечение выгодно, научить что и как нужно
извлекать. Большое значение при этом имеет и
общественное мнение.