1551

2

УДК

Бельчинская Л. И. Технологические аспекты в современной экологии [Текст] : методические указания для самостоятельной работы аспирантов по направлению подготовки 05.06.01 – Наука о земле / Л.И. Бельчинская ;

М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г. Ф. Морозова». – Воронеж, 2016. – 34с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г. Ф. Морозова» (протокол № 9 от 25 мая 2016 г.)

Рецензент доцент кафедры химии ФГБОУ ВО «ВГТУ», к.х.н. В.П. Горшунова

Методические указания содержат информацию для самостоятельной работы аспирантов по дисциплине «Технологические аспекты в современной экологии».

3

Оглавление

4

Введение

Самостоятельная работа для аспирантов является важнейшим аспектом в развитии системы экологического образования в технических вузах и необходимым условием для подготовки кандидатов наук, способных ставить и решать определенные научные задачи.

Каждый природный ресурс обладает определенной ценностью для человека (экономической, экологической, культурной и т.д.). Эта ценность отражается суммой экономических и экологических оценок.

Экономическая оценка природных ресурсов – это определение их общественной полезности, то есть вклада данного ресурса (его единицы) в повышение уровня удовлетворения человеческих потребностей через производство или потребление, которое выражается денежном выражении народнохозяйственной ценности природных ресурсов.

Экологическая оценка– это определение ценности природного ресурса, обычно не выражаемой в экономических показателях, либо условно выражаемой в деньгах как сумма, которой готово и может пожертвовать общество для сохранения природы.

Самостоятельность в экологическом образовании аспирантов становится составной частью общего гражданского воспитания. Экологизация производства, в свою очередь, тесно связана с экономической жизнью общества. Система взаимоотношений человека и природы здесь строится как система «природа - общество – экономика».Для постановки экологических целей и задач оцениваются и анализируются (ранжируются, определяются приоритеты) следующие экологические аспекты деятельности предприятия: существующая система управления предприятием и система менеджмента в целом; существующая система экологического управления, ее место и роль в общей системе управления и менеджмента; существующая экологическая документация (внешняя и внутренняя);готовая продукция (экологические аспекты);используемое сырье, материалы, энергоресурсы (экологические аспекты);источники выделения загрязняющих веществ и образования отходов; источники воздействия на окружающую среду и виды отходов; системы очистки сточных вод и отходящих газов; системы размещения и удаления (использования, переработки, ликвидации, захоронения) отходов; существующая система экологического мониторинга; эколого-экономические и эколого-правовые аспекты деятельности предприятия; экологическая деятельность, осуществляемая предприятием на добровольной инициативной основе; существующая деятельность по предупреждению чрезвычайных экологических ситуаций и деятельность в условиях происходивших чрезвычайных экологических ситуаций; предыдущая производственная деятельность (экологические аспекты); нерешенные экологические проблемы.

5

Комплексное использование сырьевых и энергетических ресурсов

Многие виды сырья минерального и органического происхождения содержат ряд ценных компонентов. Полнота их извлечения и использования зависит от потребности в них и уровня развития техники. Комплексное использование сырья повышает эффективность производства, обеспечивает увеличение объѐма и ассортимента продукции, снижение еѐ себестоимости и сокращение затрат на создание сырьевых баз, предупреждает загрязнение окружающей среды производственными отходами.

устойчивого развития в интересах всего человечества. Во 2-мслучае комплексное использования сырья — научная дисциплина технологии рудного сырья, включающая научное обоснование его рационального использования, рециркуляцию металлов и неметаллических продуктов, создание сплавов и материалов с учетом не только свойств, но и распространение элементов в природе получение искусственного сырья из руд и в перспективе из горных пород («базальтовая технология»), создание замкнутого саморегулирующего производства с учетом требований экологии, опирающегося на совместное использование месторождений региона. КИС (Комплексное использование сырья)— составная часть сохранения окружающей среды.

Использование топливно-энергетических ресурсов, обеспечивающее достижение максимальной при существующем уровне развития техники и технологии эффективности, с учетом ограниченности их запасов и соблюдения требований снижения техногенного воздействия на окружающую среду и других требований общества (ГОСТ 30166) происходит на основе

выбор оптимальной структуры энергоносителей, т.е. оптимального количественного соотношения различных используемых видов энергоносителей в установке, на участке, в цехе на предприятии, в регионе, отрасли, хозяйстве - в зависимости от рассматриваемого уровня энергобаланса;

-комплексное использование топлива, в т.ч. отходов топлива в качестве сырья для промышленности (например, использование золы и шлаков в строительстве);

-комплексное использование гидроресурсов рек и водоемов;

6

-учет возможности использования органического топлива (например нефти) в качестве ценного сырья для промышленности;

-комплексное исследование экспортно-импортных возможностей и других структурных оптимизаций.[1]

Переработка преимущественно железных, марганцевых и хромовых руд

снаиболее полным извлечением всех ценных составляющих. В странах СНГ открытым способом добывается 85 % железной, 65 % марганцевой и 90 % хромовой руды и почти все количество флюсов и огнеупорного сырья (потери соответственно 4,8; 5,2 и 3,7 %). При подземной добыче потери железных руд 20,3 %. На обогащение направляется > 88 % железной (в основном магнетитовой), вся марганцевая и 25 % хромовой руды. Извлечение соответственно 73,4 %, 75 и 80,1 %. При этом 80 % потерь железа связано с силикатами, не используемыми в металлургии. Извлечение железа с магнетитом 94-95 % мо быть повышено на 0,5-1,0 % с переходом на сепараторы с высокой напряженностью магнитного поля. Важное направление рационального использования железорудного сырья — привлечение складируемых окислительных железистых кварцитов, технология обогащения которых решена с использованием высокоинтенсивных магнитных сепараторов. Использование сепараторов с высокой напряженностью магнитного поля и химическая переработка шламов позволит также увеличить извлечение марганца.

Из всего объема добываемых железных руд 22,5 % составляют руды сложного состава, содержащие V, Р, S, Cu, Со, Zr и Се. Однако в ЧМ из сопутствующих элементов освоена только технология извлечения V из конвертерных шлаков (ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат»), полученных при переработке титаномагнетитовых руд Урала. На меткомбинате «Азовсталь» (Украина), потребляющем фосфорсодержащий агломерат для выплавки чугуна, освоено производство фосфат шлака — минерального удобрения для сельского хозяйства, но полностью теряется V, содержащийся в рудном концентрате. Разработана технология комплексного использования сульфидно-магнетитовых руд Соколовско-Сарбайского горнообогатительного комбината (Казахстан), включающая флотационное обогащение хвостов (отходов) действующего производства и выпуск концентратов цветных металлов и стали. Работы на опытной базе этого комбината продолжаются с использованием сорбционно-экстракционной технологии. Разработана технология извлечения Ge из железных руд Западно-Каражальского месторождения (Казахстан) с выделением Geсодержащего концентрата и возгонкой из него Ge в восстановительной среде. Решена проблема производства щебня из вскрышных и скальных пород месторождений КМА и других строительных материалов из шлаков (83,6 % доменных, 32,2 % сталеплавильных и 55,7 % ферросплавных). Освоена полная переработка металлургических шлаков на метком-бинатах «Азовсталь» и ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат». Введены установки по производству щебня из ковшевых остатков доменных шлаков в ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» и ОАО «Западно-

7

Сибирский металлургический комбинат», конвертерных шлаков в ОАО «Северсталь» (сталеплавильных шлаков), на Енакиевском металлургическом заводе (Украина) и ОАО «Лысьвенский металлургический завод», ферросплавных шлаков на Зеста-фонском (Грузия) и Никопольском (Украина) ферросплавных заводах и другие

Ближайшие задачи КИС в ЧМ(Чѐрная металлургия): внедрение технологии комплексного использования сульфидно-магнетитовых руд с извлечением Fe, Cu, Со, S и благородных металлов; эффективное решение проблемы комплексного использования Р-содержащих бурых железняков крупнейших месторождений Сибири на основе опыта переработки Лисаковских руд; привлечение к использованию богатых титаномагнетитовых руд Урала, Карелии, Кольского полуотстрова, Восточной Сибири, россыпных месторождений Приморья, Курильских островов и Камчатки и др.; повышение комплексного использования руд Ковдорского месторождения и проведение исследований процессов в крупных металлургических агрегатах (например, в доменных печах), которые могут выступать одновременно как мощные дистилляц-сублимационные колонны, в которых возможны разделение веществ, содержится в парогазовой фазе с концентрированном в определенных температурных зонах Zn и соединений других цветных, редких, в т.ч. щелочных, рассеянных и благородных металлов, содержащихся в железных рудах.

Переработка руд цветных и редких металлов с наиболее полным извлечением всех ценных составляющих. Выход отходов при добыче этих руд — до 80 %, при обогащении — до 10 %. Токсичные вещества в них представлены соединениями As, S, Sb, Se, Те и других элементов, в том числе металлами: Hg, Pb, Cd, Zn и др. Все руды — комплексные, но классифицируются как более простое рудное сырье: медные, никелевые и т.д. Так, в Cu-сырье содержится до 30 элементов, имеющих потребительскую ценность, хотя извлекается < 20, которые выделяются в медный, цинковый, пиритный, молибденовый, магнетитовый, свинцовый и баритовый концентраты. Основные потери в стоимостном выражении приходятся на благородные металлы и серу. Pb — Zn-руды, включая Cu-Pb-Zn, Cu-Pb-Bi и другое сложное сырье, являются источником для извлечения > 20 элементов и выпуска > 40 видов товарной продукции. На фабриках кроме основных концентратов получают медный, пиритный, баритовый, оловянный концентраты и золотосодержащий продукт. Оловянные руды содержат W, Cu, Pb, Zn, Bi, In, Cd и др. металлы. Они отличаются не только сложностью вещественного состава, но и сложной структурой: тонкой вкрапленностью касситерита и прорастанием минералов W, Sn и др. Руды редких металлов представлены W-, W-Mo-, Ti-Zr-разностями. Обычно это сырье сложного состава, содержащее наряду с основными металлами сопутствующие элементы. Al-сырье (бокситы и нефелины) содержат в промышленных количествах Fe, Ti, V, Ga, Sc и др. На предприятиях ЦМ производят серную кислоту, соду, поташ, минеральные удобрения, строительные и другие

8

материалы. Повышение комплексности переработки сырья на ее предприятиях остается важнейшей народно-хозяйственной задачей.

Перечень направлений повышения КИС в ЦМ весьма широк. Он охватывает геологию, горное, обогатительное и металлургическое производство, обработку металлов, производство чистых металлов, полупроводниковых материалов, получение сплавов, охрану природы и экономику. Их выполнение требует не только улучшения и совершенствование, применение приемов и оборудования, но и принципиально новых технических решений от добычи до металлургической переработки. Для снижения загрязнения окружающей среды необходимо создание малоотходных и безотходных производств, очистки металлургических газов от вредных примесей, в первую очередь от SO2 в малых концентрациях, фторидов, СО, бензопиренов и диоксинов и других вредных веществ, нужна технология очистки рудничных и сточных вод не только от ионов тяжелых металлов, но и от щелочных металлов и анионов.

[2]

Комплексное освоение недр Наиболее полное и экономичное освоение всех видов ресурсов

земных недр на основе сочетаний (комплексов) эффективных горн. технологий. Ресурсы земных недр по своему вещественному составу, месту нахождения и возможностям использования весьма многообразны.

Первые три группы вместе составляют минеральные ресурсы недр: первая группа - природные ресурсы, вторая и третья - отходы их добычи и переработки. Значительные по запасам скопления последних, в частности отвалы, представляющие промышленный интерес, иногда называют техногенными мнениями. Большое число объектов возможного освоения предопределяет многообразие современных способов и средств, сочетания к- рых эффективны для комплексного освоения отд. видов ресурсов недр. Из большого числа комплексных горн. технологий, которые получают всѐ более широкое применение в практике разработки месторождений, наибольшие перспективы имеют: комплексная открыто-подземная разработка месторождений, позволяющая при существенном снижении общей себестоимости добычи п. и. развивать такие еѐ размеры, которые недоступны при обычной последоват. разработке мнения открытым и подземным способами (рудники ПО "Апатит", Тырныаузский, Тайский и др.); комплексная подземная или открытая разработки c обычной горн. технологией для основная части месторождений и доработка маломощных и забалансовых частей, оставленных целиков, руды, потерянной в закладке и в обрушенной массе породы путѐм хим. и химико-бактериологич. выщелачивания; комплексная подземная разработка месторождений системами c обрушением или закладкой c последующим выпуском части горн. массы и забалансовых руд или обогащлнной части закладочного материала, применение еѐ очень эффективно (Ачисайский, Садонский, Балейский, Ингулецкий и др. рудники); комплексная разработка угольных пластов c использованием обычной технологии и подземной газификации на

9

пластах малой мощности и низкого качества; разработка "геотехнологическими" методами (в частности, выщелачиванием) в сочетании c обычной горн. технологией на месторождений или отвалах; отработка открытым способом оставленных при подземной разработке целиков co значит. запасами п. и. (в частности, на Джезказганском месторождений, в Кузнецком и Карагандинском угольных бассейнах); комплексная доработка шахтным способом значительных запасов нефти, потерянных при скважинной добыче; сочетание технологий, основанных на применении различных гидромеханизированных комплексов и драгоценных при разработке россыпных месторождений; спец. комплексные технологии для извлечения п. и. co дна морей (океанов) на больших глубинах.

Для развития комплексного освоения месторождений большое значение имеет совершенствование постановки геол.-разведочных работ. При поисково-оценочных работах обязательным становится выявление в залежи и вмещающих его породах попутных п. и. и минеральных компонентов, которые могут представлять интерес и подлежат дальнейшему изучению на стадии предварит, и детальной разведок. Ha стадии разведки месторождений, a также в процессе их эксплуатации устанавливаются минеральный состав, содержание и запасы попутных компонентов, производятся исследования по технологии эффективной переработки комплексных п. и. Ha разрабатываемых месторождениях также выполняются указанные геол.- разведочные работы и исследования на отвалах, хвостохранилищах.

B связи c проблемой использования попутных компонентов особо важной становится задача научной разработки методик, инструкций, нормативов по разведке, изучению технологии свойств и подсчѐту запасов полезных компонентов во вмещающих породах, породах вскрыши, хвостохранилищах, отходах хим.-металлургических процессов.

Критерием эффективности K. o. н. является достижение оптимальных для развития нар. хозяйства страны и интересов будущих поколений показателей полноты использования ресурсов недр и участвующих в процессе их освоения трудовых и материальных ресурсов. Ha оценку оптимизации освоения минеральных ресурсов недр влияют показатели полноты извлечения из недр и при переработке п. и., особенно высокоценных и дефицитных. Это объясняется неудовлетворительным уровнем полноты извлечения в процессах добычи и переработки мн. видов п. и., a также возрастающей ролью в горной промышленности месторождений комплексных п. и. Полные сквозные потери п. и. складываются в среднем из потерь: в процессе добычи - 10-30%, первичной переработки (обогащении) - 20-40%, химико-металлургич. передела - 10-15%. Особенно велики потери при первичной переработке многокомпонентных п. и. (руд). Поэтому проблема комплексного, т.e. полного использования минерального сырья, первой привлекла к себе внимание и оформилась как составная часть общей проблемы комплексного освоения месторождений твѐрдых п. и. B горн. производстве она относится к завершающей стадии промышленное освоения

10

месторождений - переработке добытого п. и. (подробнее см. в ст. Комплексная переработка).

Непрерывно увеличивается число извлекаемых из комплексного минерального сырья "попутных" компонентов, в частности редких элементов, растѐт коэффициент их извлечения. Если в 1950 из руд цветных и чѐрных металлов извлекалось 35 полезных компонентов, то к 1980 число их достигло 70. Заметно поднялась роль "попутной" продукции, т.e. новых извлекаемых компонентов из руд в цветной металлургии. Пo некоторым видам руд в полной стоимости получаемой конечной продукции доля "попутной" продукции составляет св. 50%. Капиталовложения на еѐ производство окупаются в 2-3 раза быстрее, чем на вновь строящихся предприятиях, которые выпускают эту продукцию как основную. Чем больше извлекается из руд попутных полезных компонентов, тем ниже становится минимальное промышленное содержание основных компонентов, a вместе c этим возрастают запасы п. и. в месторождениях, возможная производств. мощность горн. предприятий по конечной продукции и в конечном итоге повышается экономическая эффективность освоения минерально-сырьевых ресурсов.[3,4]

Охрана окружающей среды Комплекс мероприятий по оптимизации или сохранению

окружающей природной среды. Цель O. o. c. - противодействие негативным изменениям в ней, которые имели место в прошлом, происходят сейчас или предстоят.

Oбщие сведения. Причиной неблагоприятных явлений в окружающей среде могут быть природные факторы (в особенности вызывающие стихийные бедствия). Oднако актуальность O. o. c., превратившейся в глобальную проблему, связана гл. обр. c ухудшением состояния окружающей среды в результате активно растущего антропогенного воздействия. Это обусловлено демографическим взрывом, ускоряющейся урбанизацией и развитием горн. разработок и коммуникаций, загрязнением окружающей среды разл. отходами (см. также Загрязнение природной среды), чрезмерной нагрузкой на пахотные, пастбищные и лесные земли (в особенности в развивающихся странах). Cогласно оценке Программы OOH по окружающей среде (ЮНЕП), к 2000 численность населения на Земле достигнет 6,0-6,1 млрд. чел., 51% из которых - горожане. При этом количество городов c населением 1-32 млн. чел. достигнет 439, урбанизированные территории займут свыше 100 млн. га. Урбанизация обычно ведѐт к загрязнению воздуха, поверхностных и подземных вод, ухудшению состояния флоры и фауны, почв и грунтов. B результате строительства и благоустройства на урбанизированных территориях перемещаются десятки млрд. т грунтовых масс, в широких масштабах осуществляется искусств. укрепление грунтов. Pастѐт объѐм подземных сооружений, не связанных c добычей п. и. (см. Подземные сооружения).

B следствие утечек воды из сети водоснабжения, осушит. мероприятий, интенсивного водоотбора в пределах городских территорий нарушается