Производство топлива

Для коммунальных нужд Украине ежегодно требуется около 20 млн т угля в разных видах: каменного и антрацита, бурого, торфа, других материалов органического происхождения. Эффективное использование терриконов может существенно улучшить топливно-энергетический баланс Украины, а также экологическую ситуацию в угледобывающих и промышленных регионах страны. По своим теплоэнергетическим параметрам угольные отвалы не могут заменить энергетический или бурый уголь. С применением новых технологий их переработки на современных установках эта проблема вполне разрешима.

Десять лет назад учеными Национального горного университета (НГУ) про фессором НГУ Г. Г. Пивняком (ныне ректор), А. Н. Зориным и В. И. Бондаренко (проректор по научной работе) было сделано открытие, зарегистрированное в Госреестре открытий и изобретений в Москве под № 12. Суть его проста: это физико- химическое, точнее - электрохимическое воздействие на горные породы для их укрепления. Данную технологию они реализовали в установке ХОТ-3-1: «Холодное окускование топлива-3-ступенчатое». Данная установка позволяет из шламов, угольных отходов, отвальной породы и др. получать качественное топливо.

ХОТ-3-1 напоминает экструдер от термопластоавтомата или опытную мясорубку. В агрегат через горловину загружаются пылевидные или мелкодисперсные угольные или коксовые сухие шламы, отходы, содержащие органические вещества, которые выступают как связующий материал. Для получения нового вида топлива целесообразно использовать даже бумагу или макулатуру: это сырье обладает высокой калорийностью, низкой температурой сгорания, а также придает определенную прочность новым топливным брикетам. Готовые окускованные топливные стержни длиной до 200 мм выходят через фильеры с круглым отверстием, а затем ломаются на мерные куски под тяжестью собственного веса. Полученное окускованное топливо имеет высокие теплоэнергетические и механические свойства, достаточную механическую прочность, влаго- и термостойкость. Слой такого топлива при сжигании обеспечивает хорошую газопроницаемость, отличается довольно полной степенью сгорания даже при изначально высокой зольности (что особенно характерно для отвалов КХЗ).

Процесс изготовления топливных стержней схож с получением металлических изделий в порошковой металлургии, но при гораздо меньшей температуре, давлении и энергозатратах. Для получения тонны готовой продукции расходуется до 10 кВт/час. Производительность стандартной установки ХОТ 1,2-1,8 т/час. Себестоимость передела - 25-30 грн/т.

Позже была спроектирована и создана новая модификация ХОТ - ее производительность значительно увеличили — до 5-6 т/час при себестоимости передела 5-8 за тонну топливных стержней и почти той же энергоемкости. Причем ХОТ-3-1 стала горизонтальной, а «топливных стержней» за одну загрузку делают уже 25, а не 8. Машина совмещает блоки загрузки, подготовки и очистки шламов-отходов и сушильную камеру в одном блоке. По тех нологии НГУ изготовлены и успешно эксплуатируются 11 установок ХОТ-3 (в Макеевке, Луганске, Донецке, Днепропетровске и в Александрии) [7].

Выводы

Таким образом, рассмотрев лишь некоторые из существующих способов переработки отвальной породы, можно сделать выводы о целесообразности ее использования в качестве сырья и топлива в разнообразных технологических процессах. Это не только позволит сократить объемы отвальной породы, уменьшить негативное воздействие на окружающую среду, высвободить значительные площади плодородных почв, но и позволит получать определенную экономическую выгоду при относительно небольших исходных затратах. Терриконы могут стать не просто участками складирования отвальной породы, но и источниками сырья для строительной промышленности, дорожного комплекса и энергетики Украины в целом и Донбасса в частности.

Сырье из отвалов и готовая продукция из этого сырья всегда востребованы. Изделия из силумина (трубы, запорная арматура, фитинги и т.д.) необходимы для нужд химической, газовой и нефтяной промышленности.

Германий, металл с очень высоким электрическим сопротивлением, используется в производстве бытовых пластмасс, в качестве катализатора в металлургии и электротехнической промышленности, в медицине, оптике, гелиоэнергетике. Германиевые стекла и линзы применяют в приборах ночного видения, в военных системах наведения. Стоимость германия превышает $1 тыс/кг.

Скандий, мягкий металл, который в чистом виде достаточно легко поддается обработке (ковке, прокатке, штамповке), незаменим в авиационной и космической промышленности, автопроме (моторы), криогенной технике, галогеновых лампах и даже в зубном протезировании. Добавки скандия в сталь и чугун повышают их качество до статуса "спецметаллы высокой прочности". Стоимость скандия колеблется в пределах $42-45 тыс/кг.

Сфера применения галлия достаточно специфична — производство смазочных и клеящих материалов, конструирование полупроводниковых лазеров, термоэлементов для солнечных батарей. Интересно, что мировая потребность галлия превышает его добычу. Стоимость галлия в настоящее время составляет около $1.3-1.5 тыс/кг.

Полная утилизация

Существует еще один альтернативный способ использования терриконов — разобрать их до основания, применив в промышленности все, без исключения, составляющие породного отвала.

Так, заместитель директора по научной работе Макеевского НИИ по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ)Анатолий Мнухин разработал уникальный проект, согласно которому на базе закрывающихся шахт будут построены мини-заводы по комплексной стопроцентной переработке накопленной породной массы.

Проектом предусматривается извлечение из терриконов стратегически важных для страны алюминия, германия, скандия, галлия, иттрия и даже циркония. Разделение сырья на фракции планируется проводить электростатическим методом, что в десятки раз дешевле и экологичнее, чем применение традиционных технологий использования огромных сепараторов со специальными техническими жидкостями. Для измельчения горной массы предлагается использовать так называемый электровзрыв.

Экскаватор будет нагружать породу на ленточный конвейер, доставлять в производственное помещение к дробилке и далее к железоотделителю (магнитная сепарация). Таким образом, сначала отделяется железо и его соединения. Затем — сплав алюминия с кремнием, дальше — редкоземельные элементы: германий, скандий, галлий.

То, что остается в конце утилизационного цикла (15-20% общего количества породы), — сырье для стройматериалов. В конечном итоге на месте террикона появляется облагороженная территория, пригодная для строительства или сельского хозяйства. А перерабатывающий комплекс в составе нескольких мобильных блоков переезжает на новое место.

Наличие на шахтах железнодорожных и автомобильных подъездных путей, помещений промышленного и бытового назначения, энергетического комплекса позволяет значительно сократить расходы и сроки ввода в работу такого мини-завода. Помимо этого, создание предприятия обеспечит работой жителей заброшенных шахтных поселков.

По оценке автора проекта, на оснащение мини-завода всем необходимым оборудованием (плавильные печи и электрогидравлические дробилки) и закупку химреактивов нужно $9.5 млн. Стоимость сырья, полученного из одного террикона среднего объема, составляет около $100 млн. Плюс, после ликвидации очередного террикона, появляются возможности выгодно реализовать квоты на выбросы парниковых газов в соответствии с Киотским протоколом.

Несмотря на все преимущества метода, проект до сих пор так и остался лишь на бумаге. Все чем помогло государство — это разрешило заниматься работой за счет собственных средств, — констатировал А.Мнухин.