Горнопромышленные отходы как сырье для производства строительного щебня

Рассмотрены общие проблемы неоднородности минерального сырья и управления его качеством, геолого-минералогические факторы, определяющие технологические свойства и ооогатимость железистых кварцитов, сульфидных медно-никелевых руд. а также свойства отвальных продуктов горнопромышленного комплекса.

Показаны особенности вскрышных пород Оленегорского, Печенгского. Хибинского, Ковдорского и Мончегорского рудных районов как сырья для производства строительного щебня. Установлены принципиальные отличия техногенного сырья от природного, прежде всего, неоднородность и присутствие нежелательных минералов-примесей. Предложены способы стабилизации свойств и управления качеством вскрышных пород.

Представляет интерес для специалистов, работающих в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, строительного материаловедения, геоэкологии, геологии, а также студентов ВУЗов, обучающихся соответствующим специальностям.

В мире ежегодно добывается несколько миллиардов кубометров природного камня для производства облицовочных материалов, блоков, бутового камня, щебня и гравия, сотни миллионов тонн песка, глины, известняка и другого нерудного сырья для производства строительных материалов. В частности, в США добыча природно-каменных материалов превышает 2.5 млрд. тонн ежегодно [11. Как правило, такого рода сырье добывается в небольших по глубине карьерах, что приводит к выведению из хозяйственного оборота больших площадей земель и нарушению сложившегося экологического равновесия. Как и при разработке других видов полезных ископаемых, добыча нерудного минерального сырья нарушает практически все компоненты окружающей среды. Перемещение больших объемов горной массы может привести к возникновению нежелательных инженерно-геологических процессов - оползней, обвалов, суффозионных явлений и т.д. Применение буровзрывных работ при разработке скальных нерудных полезных ископаемых сопровождается выбросом большого объема силикатной пыли и вредных газов, в том числе -оксидов азота. Добытая и заскладированная горная масса является источником вторичного загрязнения воздушного бассейна пылью. При разработке нерудных полезных ископаемых нарушается режим подземных, а иногда и поверхностных водотоков, изменяется химический состав поверхностных и подземных вод. В качестве загрязнителей могут рассматриваться аварийные поступления нефтепродуктов и других веществ, связанных с работой механизмов. Важным источником загрязнений являются водорастворимые компоненты, образующиеся вследствие гипергенных процессов в горной массе.
Вторым важным аспектом проблемы является то, что в семидесятые годы во многих промышленно развитых странах обозначилась проблема нехватки простейших видов нерудного сырья, считавшихся общераспространенными. Большая часть легко доступных месторождений высококачественного сырья была отработана. В нашей стране оказались практически полностью отработанными месторождения в наиболее густонаселенных и промышленно развитых районах, где потребности в этом сырье особенно велики. Практически вся центральная часть России испытывает дефицит в строительном и дорожном щебне: традиционные месторождения песчано-гравийных смесей моренного происхождения полностью отработаны. Проблема нехватки простейших видов нерудного сырья, в частности, заполнителей бетонов коснулась и многих стран Западной Европы. В ряде стран (Франция, ФРГ и др.) организовано производство щебня из сносимых зданий, в некоторых (Великобритания, Бельгия и др.) гравий и песок добывают на шельфе. Значительно возросли цены на эти виды минерального сырья. В современных условиях возникла необходимость при разработке рудных месторождений использования всех нерудных компонентов минерального сырья либо непосредственно, либо после некоторой первичной подготовки.
Объем складируемых горнопромышленных отходов соизмерим с потребностью промышленности строительных материалов в минеральном сырье. Однако в настоящее время используется лишь 5-8% от общего объема отходов. Анализ причин столь низкого вовлечения вторичного сырья в переработку показал, что более 90 % его существенно отличается от традиционного по минеральному и химическому составу, физико-химическим и технологическим свойствам. Одним из наиболее существенных отличий является присутствие в составе отходов минералов и элементов-примесей, не характерных для традиционного минерального сырья для производства строительных и технических материалов. Второе существенное отличие горнопромышленных отходов от традиционного сырья - высокая степень изменчивости их химического, минерального состава, физико-химических и технологических свойств [2-5].
Оба эти отличия связаны со спецификой образования месторождений рудных и нерудных полезных ископаемых. Последние образуются в условиях однообразной геохимической и физико-химической обстановки и, следовательно, состав и свойства пород на значительных площадях варьируют в очень небольших пределах. Рудные месторождения возникают в тех случаях, когда возможна концентрация, иногда в десятки и сотни раз, отдельных компонентов, т.е. в условиях значительных градиентов геохимических и термодинамических параметров. Это определяет, прежде всего, высокую изменчивость состава и свойств вмещающих пород, а в целом ряде случаев - околорудные изменения пород и околорудные ореолы - повышенные содержания во вмещающих породах рудных или сопутствующих рудам минералов или отдельных элементов.