Помощь студентам в учебе
Эколого-экономическая оценка возможности эксплуатации техногенных месторождений (на примере отвала отходов горно-рудного производства в городе Питкяранта)
|
Введение 2
1. Понятие «техногенное месторождение», свойства, классификация и способы их
образования 5
2. Литературный обзор 10
2.1. Степень разработанности проблемы 10
2.2. История возникновения проблемы освоения техногенных месторождений в России 12
2.3. История добычи полезных ископаемых на территории Питкярансткого месторождения. ...14
2.4. Преимущества и недостатки разработки техногенных месторождений 15
3. Физико-географическое описание 18
3.1. Характеристика географического положения р. Карелии 18
3.2. Рельеф 20
3.3. Геологическое строение 21
3.4. Тектоника 23
3.5. Климат 24
3.6. Гидрогеология 25
3.7. Почвенный покров 27
3.8. Растительный покров 28
4. Основные этапы исследования техногенных месторождений 30
4.1. Полевые исследования и аппаратурно-методическое обеспечение аналитических
исследований ТМ 30
4.2. Методика и техника эколого-экономической оценки ТМ. Статистическая обработка
данных и оценка экономической эффективности разработки шлакоотвала 33
4.3. Оценка эффективности разработки техногенных месторождений 38
5. Результаты исследования и их обсуждение 43
Заключение 49
Благодарности 51
Список литературы 52
Приложения 60
1. Понятие «техногенное месторождение», свойства, классификация и способы их
образования 5
2. Литературный обзор 10
2.1. Степень разработанности проблемы 10
2.2. История возникновения проблемы освоения техногенных месторождений в России 12
2.3. История добычи полезных ископаемых на территории Питкярансткого месторождения. ...14
2.4. Преимущества и недостатки разработки техногенных месторождений 15
3. Физико-географическое описание 18
3.1. Характеристика географического положения р. Карелии 18
3.2. Рельеф 20
3.3. Геологическое строение 21
3.4. Тектоника 23
3.5. Климат 24
3.6. Гидрогеология 25
3.7. Почвенный покров 27
3.8. Растительный покров 28
4. Основные этапы исследования техногенных месторождений 30
4.1. Полевые исследования и аппаратурно-методическое обеспечение аналитических
исследований ТМ 30
4.2. Методика и техника эколого-экономической оценки ТМ. Статистическая обработка
данных и оценка экономической эффективности разработки шлакоотвала 33
4.3. Оценка эффективности разработки техногенных месторождений 38
5. Результаты исследования и их обсуждение 43
Заключение 49
Благодарности 51
Список литературы 52
Приложения 60
На сегодняшний день одной из первостепенных проблем устойчивого социально-экономического развития, которое сохраняет качество окружающей среды и учитывает способность удовлетворять разумные и фундаментальные потребности населения, представляется проблема рационального использования минеральных ресурсов, включая техногенные источники сырья.
Современные технологии не предоставляют возможности извлечения исключительно полезных компонентов из недр, извлекаемая масса содержит большое количество отхода, не находящего в производстве дальнейшего применения. В связи с этим предприятия складируют его на поверхности, которая больше не может использоваться в хозяйстве.
К началу 2018 года в России накоплено 38 млрд 73 млн т промышленных и бытовых отходов, причем порядка 90% приходится на различные производства, в основном добывающие. На данный момент уровень переработки в России составляет лишь 5-7% (в 2018 году было утилизировано для повторного применения 2 млрд 53,9 млн т), в то время как в странах Европейского союза перерабатывается до 60% твёрдых коммунальных отходов (Государственный доклад..., 2018).
Подвергаясь процессам выветривания и другим, склад минеральных отходов глобально воздействует на окружающую среду. Кроме этого, по мере разработки месторождений ухудшаются условия добычи полезных ископаемых, что приводит к еще большему образованию отходов добычи и переработки.
В России обращение с отходами характеризуется неэффективным использованием материальных и энергетических ресурсов, возрастающим негативным воздействием на окружающую среду и здоровье человека, и в этом случае, решением, способным возместить нехватку минерального сырья в будущем, является использование полезных ископаемых техногенных образований.
Скопление техногенных минеральных ресурсов, образовавшееся в результате складирования отходов производства и пригодное для разработки и переработки стало называться «техногенным месторождением».
Практически все компоненты, которые содержатся в минеральном отходе, могут быть полезны при определенных условиях, это означает, что почти все отвалы с отходами можно отнести к таким месторождениям.
Актуальность эколого-экономической оценки природных ресурсов, в том числе содержащихся в отвалах, была признана несколько десятилетий назад во многих странах.
Страны, вмещающие огромные запасы минеральных ресурсов, широко применяют экономические методы стоимостной оценки ресурсов (Канада, Австралия, США и др.). В других развитых странах ведется учет природных ресурсов и состояния окружающей среды в эколого-экономических показателях, устанавливаются оптимальные параметры и ограничения устойчивого развития с помощью составляемых ресурсных балансов.
Необходимость изучения техногенных месторождений с экономической точки зрения обусловлена следующими факторами:
• существующий спрос на минеральное сырье;
• истощение уже действующих месторождений полезных ископаемых;
• нехватка рабочих мест на месторождениях;
• затраты на содержание отвалов и хвостохранилищ;
• высокая себестоимость обогащения руд в связи с добычей, дроблением и классификацией.
Разработка техногенных месторождений для вторичного использования минеральных ресурсов обосновывается не только экономической, а еще и экологической причиной, поскольку в отходах разработанного сырья накапливается немалое количество токсичных и потенциально опасных элементов, таких как ртуть, мышьяк, бериллий, кадмий, таллий и др. Аэрогенный вынос шлакового материала обуславливает загрязнение приземного слоя атмосферы, а ассимиляция твердых частиц на прилегающей территории приводит к загрязнению почв. Ликвидация хранилищ твердых минеральных отходов в значительной мере способствует улучшению состояния окружающей среды, рациональному природопользованию (Черенцова, Олесик, 2013).
Так, переработанные отходы улучшают эффективность производства, являются дополнительным ресурсом для получения сырья, материалов и энергии для народного хозяйства.
Несмотря на наличие обширного научного материала по рассматриваемому вопросу, проблема комплексной оценки использования техногенных месторождений в настоящий момент не решена, экологическая и социально-экономическая обстановка в некоторых городах является достаточно тяжелой, что обусловливает необходимость проведения дальнейших экономических исследований в этой области и является актуальным направлением экологической и экономической наук. Исходя из этих причин, была выбрана тема для данной выпускной квалификационной работы.
Целью данной работы является анализ состава шлакоотвала в черте города Питкяранта, оценка перспективности вторичного использования и подбор оптимального способа переработки шлаков на данной территории.
Для достижения данной цели был поставлен ряд задач:
1. Изучение литературы по теме техногенных ресурсов и месторождений, ознакомиться с особенностями геологического строения Питкярантского горно-рудного района;
2. Выявление преимуществ и недостатков при разработке техногенных месторождений;
3. Рассмотрение основных методологических принципов оценки экономической эффективности освоения техногенных источников сырья;
4. Проведение химико-аналитических работ с учетом данных предыдущих исследований;
5. Обработка данных и оценка экономической эффективности разработки шлакоотвала;
6. Подбор оптимального алгоритма переработки и утилизации отходов из шлакоотвала.
Объектом исследования является шлакоотвал переработки руд месторождений, находящихся в центре города Питкяранта, республика Карелия.
Научная новизна исследования состоит в применении результатов анализа состава шлакоотвала для расчетов, необходимых для эколого-экономической оценки, а также в разработке эффективной и комплексной схемы переработки существующих залежей.
Современные технологии не предоставляют возможности извлечения исключительно полезных компонентов из недр, извлекаемая масса содержит большое количество отхода, не находящего в производстве дальнейшего применения. В связи с этим предприятия складируют его на поверхности, которая больше не может использоваться в хозяйстве.
К началу 2018 года в России накоплено 38 млрд 73 млн т промышленных и бытовых отходов, причем порядка 90% приходится на различные производства, в основном добывающие. На данный момент уровень переработки в России составляет лишь 5-7% (в 2018 году было утилизировано для повторного применения 2 млрд 53,9 млн т), в то время как в странах Европейского союза перерабатывается до 60% твёрдых коммунальных отходов (Государственный доклад..., 2018).
Подвергаясь процессам выветривания и другим, склад минеральных отходов глобально воздействует на окружающую среду. Кроме этого, по мере разработки месторождений ухудшаются условия добычи полезных ископаемых, что приводит к еще большему образованию отходов добычи и переработки.
В России обращение с отходами характеризуется неэффективным использованием материальных и энергетических ресурсов, возрастающим негативным воздействием на окружающую среду и здоровье человека, и в этом случае, решением, способным возместить нехватку минерального сырья в будущем, является использование полезных ископаемых техногенных образований.
Скопление техногенных минеральных ресурсов, образовавшееся в результате складирования отходов производства и пригодное для разработки и переработки стало называться «техногенным месторождением».
Практически все компоненты, которые содержатся в минеральном отходе, могут быть полезны при определенных условиях, это означает, что почти все отвалы с отходами можно отнести к таким месторождениям.
Актуальность эколого-экономической оценки природных ресурсов, в том числе содержащихся в отвалах, была признана несколько десятилетий назад во многих странах.
Страны, вмещающие огромные запасы минеральных ресурсов, широко применяют экономические методы стоимостной оценки ресурсов (Канада, Австралия, США и др.). В других развитых странах ведется учет природных ресурсов и состояния окружающей среды в эколого-экономических показателях, устанавливаются оптимальные параметры и ограничения устойчивого развития с помощью составляемых ресурсных балансов.
Необходимость изучения техногенных месторождений с экономической точки зрения обусловлена следующими факторами:
• существующий спрос на минеральное сырье;
• истощение уже действующих месторождений полезных ископаемых;
• нехватка рабочих мест на месторождениях;
• затраты на содержание отвалов и хвостохранилищ;
• высокая себестоимость обогащения руд в связи с добычей, дроблением и классификацией.
Разработка техногенных месторождений для вторичного использования минеральных ресурсов обосновывается не только экономической, а еще и экологической причиной, поскольку в отходах разработанного сырья накапливается немалое количество токсичных и потенциально опасных элементов, таких как ртуть, мышьяк, бериллий, кадмий, таллий и др. Аэрогенный вынос шлакового материала обуславливает загрязнение приземного слоя атмосферы, а ассимиляция твердых частиц на прилегающей территории приводит к загрязнению почв. Ликвидация хранилищ твердых минеральных отходов в значительной мере способствует улучшению состояния окружающей среды, рациональному природопользованию (Черенцова, Олесик, 2013).
Так, переработанные отходы улучшают эффективность производства, являются дополнительным ресурсом для получения сырья, материалов и энергии для народного хозяйства.
Несмотря на наличие обширного научного материала по рассматриваемому вопросу, проблема комплексной оценки использования техногенных месторождений в настоящий момент не решена, экологическая и социально-экономическая обстановка в некоторых городах является достаточно тяжелой, что обусловливает необходимость проведения дальнейших экономических исследований в этой области и является актуальным направлением экологической и экономической наук. Исходя из этих причин, была выбрана тема для данной выпускной квалификационной работы.
Целью данной работы является анализ состава шлакоотвала в черте города Питкяранта, оценка перспективности вторичного использования и подбор оптимального способа переработки шлаков на данной территории.
Для достижения данной цели был поставлен ряд задач:
1. Изучение литературы по теме техногенных ресурсов и месторождений, ознакомиться с особенностями геологического строения Питкярантского горно-рудного района;
2. Выявление преимуществ и недостатков при разработке техногенных месторождений;
3. Рассмотрение основных методологических принципов оценки экономической эффективности освоения техногенных источников сырья;
4. Проведение химико-аналитических работ с учетом данных предыдущих исследований;
5. Обработка данных и оценка экономической эффективности разработки шлакоотвала;
6. Подбор оптимального алгоритма переработки и утилизации отходов из шлакоотвала.
Объектом исследования является шлакоотвал переработки руд месторождений, находящихся в центре города Питкяранта, республика Карелия.
Научная новизна исследования состоит в применении результатов анализа состава шлакоотвала для расчетов, необходимых для эколого-экономической оценки, а также в разработке эффективной и комплексной схемы переработки существующих залежей.
По результатам проведённого исследования были сделаны следующие выводы:
1) Объект исследования находится внутри селитебной зоны, в центре города Питкяранта, близкое его расположение к акватории Ладожского озера и жилым постройкам определяет данный шлакоотвал как источник загрязнения различными химическими веществами, вследствие которых может происходить ухудшение качества компонентов окружающей среды..
2) При определении перспективности разработки техногенных месторождений необходимо учитывать условия образования залежей, физико-географические характеристики его расположения, состав компоненты, условия переработки и утилизации, вид использования сырья и экологичность работ. В соответствии с этими данными и полученным результатом геолого-инженерных изысканий и эколого-экономической оценки принимается решение о целесообразности работ по извлечению и вторичному использованию ресурсов.
3) Результат анализа компонентов шлакоотвала показал высокие содержания многих химических элементов, в том числе и полезных, среди которых Mo средним значением 84 г/т, Ti со значением 2994 г/т, V со значением 104 г/т, Ag со значением 8 г/т и др. Учитывая, что некоторые редкие металлы не имеют собственных рудных месторождений и их производство связано с переработкой руд других металлов (Pb, Zn, Cu, Al), то такие нетрадиционные источники редких металлов, как шлаковые отходы, будут приобретать особую актуальность. Также высокие цены на металлы на мировом рынке, при сравнительно невысокой себестоимости их лабораторного извлечения из отвалов, проявляют возможность получения металлов в лабораториях ниже стоимость извлечения их из недр Земли.
В его составе также находится множество токсичных элементов (Cd со средним значением 26 г/т, As со значением 149 г/т и др.) которые загрязняют почвенную среду, атмосферу и акваторию Ладожского озера, находящегося в непосредственной близости. Отвал также является источником загрязнения растительного и животного мира вследствие его нахождения на берегу озера и возле жилых и производственных зданий.
4) Результат проведённой эколого-экономической оценки показывает, что при внедрении алгоритма по извлечению, переработке и утилизации залежей, возможно получение денежных средств, в перерасчете полученного дохода в размере 9,099 млрд. рублей и всех производственных издержек, среди которых расходы на транспортировку в размере 1,046 млрд. рублей и др. Целью оценки являлось получение положительного результата, который означает перспективность и выгодность привлечения денежных средств к его разработке и полученный результат удовлетворяет этому условию.
5) Для варианта переработки данного шлакоотвала, в работе был представлен один из комплексных методов переработки отвала для дальнейшего использования в различных сферах промышленности (строительстве, медицине и т.д.), с последующим удалением отходов согласно государственным нормам. Данная схема соответствует содержанию шлакоотвала для наиболее полного извлечения полезных компонентов.
На данный момент изучение вопроса о переработки шлаков не имеет целостного новаторского решения с учетом всех особенностей техногенных месторождений и районов их нахождения, поэтому, можно сделать вывод, что переработка залежей полезных компонентов нуждается в инновационных и инвестиционных проектах, которые будут иметь многоцелевую направленность и учитывать эколого-социально-экономическое состояние района нахождения.
Перспективность использования техногенных месторождений очевидна, так как их использование позволяет одновременно решать целый ряд экономических, социальных и экологических проблем. При комплексном обращении с опасными отходами производства возможно уменьшение негативного экологического воздействия на оболочки окружающей среды, освобождение земель, занимаемых отвалами, которые могут быть использованы в дальнейшей хозяйственной деятельности, рационально распределить вторичные ресурсы и получить прибыль от производства низких по себестоимости товаров. На данный момент рекультивация территорий, занятых шлако- и золоотвалами, будет происходить за счет экологического законодательства. Стоит задуматься над созданием комплекса мероприятий, направленных на восстановление среды, за счет потребителей данных территорий - заводов, тепло- и электростанций и др., а также ввести более жесткие меры по размещению отходов, особенно опасных, на дневной поверхности Земли.
Также в будущем главной задачей горно-обогатительных и металлургических производств должна стать минимизация поступления металлосодержащих отходов в отвалы за счет снижения потерь металлов на всех технологических циклах: от добычи и обогащения до металлургического передела.
1) Объект исследования находится внутри селитебной зоны, в центре города Питкяранта, близкое его расположение к акватории Ладожского озера и жилым постройкам определяет данный шлакоотвал как источник загрязнения различными химическими веществами, вследствие которых может происходить ухудшение качества компонентов окружающей среды..
2) При определении перспективности разработки техногенных месторождений необходимо учитывать условия образования залежей, физико-географические характеристики его расположения, состав компоненты, условия переработки и утилизации, вид использования сырья и экологичность работ. В соответствии с этими данными и полученным результатом геолого-инженерных изысканий и эколого-экономической оценки принимается решение о целесообразности работ по извлечению и вторичному использованию ресурсов.
3) Результат анализа компонентов шлакоотвала показал высокие содержания многих химических элементов, в том числе и полезных, среди которых Mo средним значением 84 г/т, Ti со значением 2994 г/т, V со значением 104 г/т, Ag со значением 8 г/т и др. Учитывая, что некоторые редкие металлы не имеют собственных рудных месторождений и их производство связано с переработкой руд других металлов (Pb, Zn, Cu, Al), то такие нетрадиционные источники редких металлов, как шлаковые отходы, будут приобретать особую актуальность. Также высокие цены на металлы на мировом рынке, при сравнительно невысокой себестоимости их лабораторного извлечения из отвалов, проявляют возможность получения металлов в лабораториях ниже стоимость извлечения их из недр Земли.
В его составе также находится множество токсичных элементов (Cd со средним значением 26 г/т, As со значением 149 г/т и др.) которые загрязняют почвенную среду, атмосферу и акваторию Ладожского озера, находящегося в непосредственной близости. Отвал также является источником загрязнения растительного и животного мира вследствие его нахождения на берегу озера и возле жилых и производственных зданий.
4) Результат проведённой эколого-экономической оценки показывает, что при внедрении алгоритма по извлечению, переработке и утилизации залежей, возможно получение денежных средств, в перерасчете полученного дохода в размере 9,099 млрд. рублей и всех производственных издержек, среди которых расходы на транспортировку в размере 1,046 млрд. рублей и др. Целью оценки являлось получение положительного результата, который означает перспективность и выгодность привлечения денежных средств к его разработке и полученный результат удовлетворяет этому условию.
5) Для варианта переработки данного шлакоотвала, в работе был представлен один из комплексных методов переработки отвала для дальнейшего использования в различных сферах промышленности (строительстве, медицине и т.д.), с последующим удалением отходов согласно государственным нормам. Данная схема соответствует содержанию шлакоотвала для наиболее полного извлечения полезных компонентов.
На данный момент изучение вопроса о переработки шлаков не имеет целостного новаторского решения с учетом всех особенностей техногенных месторождений и районов их нахождения, поэтому, можно сделать вывод, что переработка залежей полезных компонентов нуждается в инновационных и инвестиционных проектах, которые будут иметь многоцелевую направленность и учитывать эколого-социально-экономическое состояние района нахождения.
Перспективность использования техногенных месторождений очевидна, так как их использование позволяет одновременно решать целый ряд экономических, социальных и экологических проблем. При комплексном обращении с опасными отходами производства возможно уменьшение негативного экологического воздействия на оболочки окружающей среды, освобождение земель, занимаемых отвалами, которые могут быть использованы в дальнейшей хозяйственной деятельности, рационально распределить вторичные ресурсы и получить прибыль от производства низких по себестоимости товаров. На данный момент рекультивация территорий, занятых шлако- и золоотвалами, будет происходить за счет экологического законодательства. Стоит задуматься над созданием комплекса мероприятий, направленных на восстановление среды, за счет потребителей данных территорий - заводов, тепло- и электростанций и др., а также ввести более жесткие меры по размещению отходов, особенно опасных, на дневной поверхности Земли.
Также в будущем главной задачей горно-обогатительных и металлургических производств должна стать минимизация поступления металлосодержащих отходов в отвалы за счет снижения потерь металлов на всех технологических циклах: от добычи и обогащения до металлургического передела.