CC BY
30
Zhabin Aleksandr Borisovich, doctor of technical science, professor, Zha-bin.tula@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Linnik Vladimir Yurievitch, doctor of economic science, [email protected], Russia, Moscow, State University of Management,
Tretyakova Marina Vitalievna, posgraduate, [email protected], Russia, Moscow, State University of Management
Reference
1. A. Zich, Y. Linnik, M. Tretyakova. Potenziale von Russland im Bereich der Energieeinsparung und Energieeffizienz: gute Chance für deutsche Unternehmen [Electronic resource] // Energiespektrum. 2015. URL :http://www.energiespektrum.de/index.cfm?pid=
1706&pk=161585#.Vr2TD09f1Qk. (data obrashhenija: 19.01.2017).
2. European Commission: Europe 2020. A strategy for smart, sustainable and inclusive growth. COM (2010) 2020 final, Brussels, 3 March 2010.
3. Tret'jakova M. V. Analiz upravlenija jenergojeffektivnost'ju v organizacijah TJeK Rossii i v organizacijah - krupnyh potrebiteljah toplivno-jenergeticheskih resursov // Informa-cionnye resursy Rossii. 2015. №6 (148). S. 12-15.
4. Tret'jakova M.V. Sistema jenergeticheskogo menedzhmenta kak odin iz instru-mentov povyshenija jenergeticheskoj jeffektivnosti organizacij toplivno-jenergeticheskogo kompleksa Rossii // Vestnik universiteta. 2015. №13. S. 60-65.
УДК: 622.237
ПЕРСПЕКТИВЫ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ
МЕСТОРОЖДНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Ю.Ф. Патраков., М.В. Писаренко
На примере минерально-сырьевой базы Барзасского геолого-экономического района Кузнецкого угольного бассейна раскрывается перспективность реализации комплексного проекта освоения недр на основе производства каменного литья. По технологии каменного литья путем плавления переработке подвергаются базальты Мариинского участка. В качестве топлива для производства каменного литья предлагается использовать горючий газ и жидкие углеводородные продукты полукоксования сланцев Дмитриевского месторождения, добыча которых осуществлять попутно с базальтами. Зольные отходы переработки сланцев используются как сырье в основном процессе.
Ключевые слова: месторождение, комплексное освоение недр, сланцы, базальты, каменное литье.
Россия добывая около 383,2 млн т (2016 г.) является одним из мировых лидеров по добыче угля, занимая по итогам 2015 года пятое место после Китая (3747 млн т), США (812 млн т ), Индии (677 млн т), Австралия
(485 млн т) и Индонезии (392 млн т). Поставляя на экспорт около 165 млн т Россия уступает по этому показателю только Индонезии (более 410 млн т) и Австралии ( более 375 млн т). Однако снижение спроса и цены угля на мировых рынках, которое наблюдается в последние годы, повышает требования к минерально-сырьевой базе угольной промышленности и снижает доходность от поставок угля на экспорт. При этом следует подчеркнуть, прирост объемов добычи угля в России наблюдаемый в течение последних 10 лет связан с поставки угля на экспорт, так как внутренние его потребление постоянно снижается, и составило в 2016 году около 167 млн т.
В связи с этим, для повышения экономической оценки минерально-сырьевой базы России требуется не только внедрение новых перспективных технологий добычи и переработки [1], а также изменение подхода к организации процесса освоения недр. Этот подход предполагает реализацию комплексных проектов освоения недр, в которых промышленной оценки и извлечению подлежат все полезные компоненты месторождения. При этом конечным продуктов является не добытое сырье, а продукты его переработки, которые имеют более высокую добавленную стоимостью при минимальных затратах на их производство. Ценность полезных компонентов месторождения и получаемых продуктов их переработки и определяют промышленную значимость месторождения. Детально возможность реализации такого подхода предлагается рассмотреть на примере малосвоенного промышленностью Барзасского геолого-экономического района Кузнецкого угольного бассейна.
Барзасский геолого-экономический район расположен в северной части восточной окраины Кузнецкого каменноугольного бассейна. Район мало освоен промышленностью. Самый крупный населенный пункт района п. Барзас находится в 52 км от города Кемерово, с которым он связан железной и автомобильной дорогами (рис. 1).
В районе выявлены различные виды твердых полезных ископаемых: уникальные угли известные как барзасситы, горючие сланцы, известняки, огнеупорные глины, основные изверженные породы, различные строительные материалы, бокситы, бурые железняки и золото.
Интерес для изучения в связи с исключительностью, микроструктуры и состава представляют, барзасситы. Органическая масса данных углей характеризуется высоким содержанием водорода (8-12 %) с выходом летучих веществ в 50-60 %, иногда до 90 %. Одним из важнейших показателей качества барзасских углей является выход смолы при полукоксовании, составляющих 28 % на органическую массу [2]. С использованием технологий традиционного пиролиза или высокотемпературной сверхкритической экстракции возможно получение широкого спектра углеводородной продукции: компонентов моторных топлив, органического связующего, фло-тореагентов и др. [2]. Это позволяет рассматривать их как ценное химическое сырье для получения широкого спектра углеводородной продукции.
Анжеро-Судженск
у1^Андреевский уч. Васш^мский-!
III Шахтное поле
Станционжгй
ч, Кедровскии; Условные обозначения:
• Железная дорога
•-Автомобильная дорога
£22 Участки барзасского угля
г-1 Дмитриевско-Перебойская
Т1 11Г Ч-' толща
Шахтное поле
Базальты, долериты
Лицензионные I участки базальтов
(у^^асильевский II
уч. Южный :
г. Кемерово
уч. Мариинский
Рис. 1. Схема расположения участков полезных ископаемых Барзасского геолого-экономического района
Ресурсы барзасситов до глубины 600 м, по имеющейся геологической информации, оцениваются 116 млн т и 207 млн т до глубины 1200 м [3, 4]. Запасы барзасситов сосредоточенные на трех (I, II и III шахтные поля) наиболее детально изученных участках числятся на государственном балансе в объеме 30,9 млн т.
Горно-геологические условия разведанных запасов позволяют отрабатывать их только подземным способом. Расположенность основных запасов этих месторождений под поселком (I шахтное поле) и рекой Барзас
(II шахтное поле), высокая зольность углей снижают промышленную ценность этих углей.
Горючие сланцы барзасского района образуют две полосы условно объеденные в Дмитровско-Перебойскую толщу (рис. 1). Мощность сланцевой толщи по известным немногочисленным разрезам колеблется от 80 до 140 м с углом падения до 200. Содержание золы в исследуемых пробах данных месторождений находится в пределах 63-74 %, причем минеральная часть их содержит иногда до 50 % карбонатов. Влажность сланцев составляет 1,5-2,5 %, а выход летучих веществ изменяется в пределах от 9 до 25 % [3], кажущаяся плотность составляет 2,17 г/см3, а низшая теплота сгорания органического вещества - 9,5 МДж/кг [5].
Согласно исследованиям проведенных еще в 30-х годах прошлого века при полукоксовании сланцы дают от 1,5 до 10 % легкоподвижной смолы, по своему внешнему виду и составу близкой к естественной нефти, с удельным весом 0,863 [3].
В отличие от барзасситов, условия разработки горючих сланцев, особенно Дмитриевского месторождения, следует считать исключительно благоприятными. Данное месторождение представляет собой довольно значительную (0,5*9,0 км) полосу выходов сланцевой толщи (рис. 1). При пологом падении и довольной большой мощности (до 50 м) образуются значительные пригодные для отработки открытым способом запасы, оцениваемые в 131 млн т до глубины 150 м (табл. 1)[3].
Таблица 1
Ресурсы горючих сланцев Дмитриевского месторождения, млн т
По значимости По степени достоверности Интервалы глубин, м Всего
действительные вероятные возможные до 300 300 -600 600 -1800
Кондиционные 238 262 - 238 262 500
Не кондиционные 112 143 798 112 143 798 1053
ИТОГО 350 405 798 350 405 798 1553
Однако, несмотря на благоприятные горно-геологические условия отработки данное месторождение сланцев по своим технологическим свойствам (высокая зольность и низкая теплота сгорания) как энергетическое сырье не может конкурировать с каменными углями бассейна. Недостаточная изученность химико-технологических свойств и неопределённость в перспективности использования его в качестве химического сырья не позволяют оценить промышленную значимость месторождения.
Значительным развитием в районе пользуются основные изверженные породы - базальты и долериты (диабазы), запасы которых только на участках, представленных в недропользование, оцениваются в 56 млн
3
м (табл. 2). Предварительные исследования показали, что средний химический состав диабазов в %: 8102 - 48,89 (48,88), АЬ03 -18,01(16,48), Бе203 --7,91(4,56), Бе0 - 2,37(6,12), Mg0 - 5,88 (4,12), СаО - 8,6 (9,88), N20 -2,74 (2,77), К20 - 0,71 (1,88), свидетельствует о возможности их использования в качестве сырья для получения каменного литья. В скобках представлен химический состав диабазов Васильевского месторождения [6]. Отдельные разности барзасских базальтов при плавке показывают хорошую литьевую и кристаллизационную способность с удельным весом ли-
3 3
тья около 2,81 г/см и водопоглащением 0,235 г/см .
Таблица 2
Номенклатура лицензионных участков общераспространённых
полезных ископаемых
Запа-
Наименования сы, 3 млн м Использование
Труднинское месторождение 3,5 камнелитейное производство
Одиночное месторождение базальто- 9,0 камнелитейное производ-
вых и андезитовых порфиритов ство
Васильевское II месторождение диа- 18,5 железнодорожный балласт
базов строительный камень
Васильевское месторождение диаба- 5,0 камнелитейное производ-
зов ство
Участок Перебой 8,0 облицовочный камень, камнелитейное производство
Участок Мариинский порфирит 12,0 облицовочный камень, камнелитейное производство
Участок Южный диабаз 3 камнелитейное производство
ИТОГО 56
Сил базальтовых порфиритов расположен в непосредственной близости от Дмитриевского месторождения (участок Мариинский), сложен крепкими монолитными породами с редкими трещинами открытого типа, цвет которых от темно-серого до черного. По своим характеристикам они отвечают требованиям к блочному камню с хорошими декоративными свойствами, а по химическому составу базальты соответствуют требованиям камнелитейной промышленности и могут найти комплексное применение в облицовочной и камнелитейной промышленности.
Принимая во внимание инфраструктурную развитость района (наличие автомобильной и железной дорог), близость к городам Анжеро-Судженск и Кемерово, а также сырьевой потенциал района видится возможность реализации комплексного проекта по выпуску продукции на основе технологии каменного литья. По технологии каменного литья путем плавления при температуре 1100...1450 °С переработке подвергаются базальты, диабазы, а также подомные им по составу техногенные отходы (зольные отходы ТЭЦ, отвальные породы и др.). При этом в зависимости от качества исходного сырья возможно получение двух видов каменного литья: износостойкое и термостойкое [7].
Дальнейшая переработка полученного расплава с использованием различных технологий позволяет получать довольной широкий спектр готовой продукции, характеризующейся износостойкостью и стойкостью в химически агрессивных средах и радиационных. Поэтому область использования продукции из базальтового литья довольно широкая это и горнодобывающая, металлургическая, стекольная, химическая и коксохимическая, энергетическая промышленности, обогатительные фабрики, железнодорожный транспорт, метрополитен, а также может широко использовать в строительной индустрии, в ЖКХ и др.
Технологический процесс получения каменного литья аналогичен плавки металла. Однако для получения плотной структуры необходим отжиг при плавном снижении температуры от 800 до 200 0С, что увеличивает энергоемкость процесса. Считается, что на производства 1 т продукции требуется около 500 кг условного топлива [8], поэтому в себестоимости готовой продукции топливная составляющая занимает значительную долю. В связи с чем, в качестве топлива для производства каменного литья предлагается использовать горючий газ и жидкие углеводородные продукты полукоксования сланцев Дмитриевского месторождения. Попутная их добыча с базальтовыми породами смежного Мариинского участка и благоприятные горно-геологические условия отработки (пологое залегание, мощность пласта до 50 м, коэффициент вскрыши около 0,5 м /т) обеспечат минимальные затраты на добычу, которые по оценкам не превысят 25-50 руб./м3.
Предварительный анализ элементного состава золы сланцев Дмитриевского месторождения показал возможность ее использования в качестве сырья при производстве продукции каменного литья [9].
Объем потребления продукции каменного литья в нашей стране является незаслуженно низким в силу ряда причин. Не останавливаясь на раскрытии этих причин, следует отметить на одну из основных - стоимость продукции. Процесс получения продукции каменного литья является довольно затратным и в зависимости от технологии переработки сплавов составляет от 50 до 450 руб./м и более [9]. Однако получаемые изделия обладают комплексом свойств, которые значительно (в разы) превосходят
свойства более известных и распространённых материалов. Одним из которых является долговечность, связанная с ней с износостойкость. Благодаря этим свойствам изделия из каменного литья, а также полученные новые материалы - композиты, полимерные матрицы укрепленные базальтовыми волокнам, характеризуются сроком эксплуатации на порядок превосходящим изделия полученных из традиционных материалов. Так, срок использования труб из композиционных материалов на основе базальтового волокна составляет около 60 лет, в отличие от стальных срок эксплуатации которых в аналогичных условиях составляет 10 лет. Применение на ТЭЦ футерованных каменным литьем труб увеличивает срок их эксплуатации более чем в 20 раз по сравнению с металлическими трубами. Срок службы дорожного покрытия с добавлением базальтового волокна (фибры) возрастает в среднем в 8 раз по сравнения с асфальтобетонным [11] и т.д.
Вследствие этого при оценке выгодности использования изделий получаемых из каменного литья сравнению подлежат не только стоимость единицы годовой продукции, но и срок их службы и связанный с ним эффект, заключающийся в снижение объемов продукции, сроков ремонтов и замены и т.д. Так, базальтовая арматура и трубная продукция дешевле металлической по цене 1 пог./м, а повышенный срок эксплуатации позволяет только за счет сокращения объема увеличить этот эффект в разы.
Таким образом, предварительный геолого-экономический анализ свидетельствует об экономической состоятельности реализации комплексного проекта при освоении Дмитриевского месторождения горючего сланца Барзаского геолого-экономического района на базе производства каменного литья. Эффективность таких проектов обеспечивается за счет комплексного использования полезных компонентов содержащихся на осваиваемой территории, последующей их переработки с получением широкой гаммы продуктов высокой добавленной стоимостью с минимальным экологическим воздействием на окружавшую среду и затратами на производство. Реализация таких проектов позволяет повысить экономическую оценку минерально-сырьевой базы и вовлекать в освоение невостребованные промышленностью месторождения.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ рсибирьа №16-45-420524 «Научное обоснование концепции комплексного освоения высокозольных твердых горючих ископаемых на принципах кластерного подхода ( на примере сапропелитовых углей и сланцев Кузбасса»).
Список литературы
1. Шаклеин С.В., Писаренко М.В. Концепция развития сырьевой базы Кузнецкого угольного бассейна // ФТПРПИ. №3. 2014.С 118-125.
2. Патраков Ю.Ф. Состояние и перспективы процессов глубокой переработки углей // Химия в интересах устойчивого развития. 2005.Т. 13. №4. С. 593-597.
3. Тыжнов А.В. Материалы по геологии Западной Сибири №3(45). Геологический очерк барзасского района Кузнецкого бассейна. Томск, 1938. 155 с.
4. Патраков Ю.Ф., Писаренко М.В., Шаклеин С.В. Оценка ресурсов альтернативных твердых горючих ископаемых Кузбасса// ГИАБ. 2013. ОВ № 6. С. 177-186.
5. Патраков Ю.Ф. Федорова Н.И. Характеристика горючего сланца Дмитриевского месторождения Кузбасса// Химия твердого топлива. 2008. № 4. С. 3-6.
6. Татаринцева О.С, Ходакова Н.Н. Оценка возможности использования горных пород Сибири и Дальнего Востока в производстве базальтовых волокон// Базальтовые технологии. 2012. Октябрь-декабрь. С. 15-17.
7. Каменное литье [Электронный ресурс]// ОАО «Первоуральский завод горного оборудования»: официальный сайт. Электр. дан. Первоуральск. Режим доступа: http://pzgo.ru/kamennoe_lite/ (дата обращения 7.12.2016).
8. Проблемы каменного литья. Киев: Институт литейного производства ,1963. 130 с.
9. Патраков Ю.Ф., Шаклеин С.В., Писаренко М.В. Перспективы освоения Барзасского геолого-экономического района Кузбасса// Горная промышленность. 2014. №5. С. 24-27.
10. Рациональное направление использования каменных изделий из синтетических материалов в строительстве / А.М. Игнатов [и др.] //Известие вузов. Строительство. 2011. № 8-9. С. 3-15.
11. Пономарев В.Б. Рапопорт А.Ц. Базальтовые и базальтопластико-вые материалы для строительства // Базальтовые технологии. 2012. Октябрь-декабрь. С. 29-35.
Патраков Юрий Федорович, д-р хим. наук, проф., зав. лабораторией, уи[email protected] , Россия, Кемерово, Федеральный исследовательский центр угля и уг-лехимии,
Писаренко Марина Владимировна, канд. техн. наук, доц., вед. науч. сотр., [email protected], Россия, Кемерово, Федеральный исследовательский центр угля и уг-лехимии
РЕЯБРЕКТШ К0МРЬЕК8Ы000 08У0УЕМУАМЕ8Т0Ю1ИВЕМУ ТУЕЕВУКИ Р0ЬЕ1ЖКИ ШОРАУЕМУКИ
У.¥. Patrakov, М.У. Pisarenko
Based on the example of the mineral resource base of the Barzas geological and economic region of the Kuznetsk coal basin, the prospect of implementing a complex project for subsoil development based on the production of stone casting is being revealed. Based on the technology of stone casting by melting, the processing is subjected to basalts of the Ma-riinsky site. As fuel for the production of stone casting, it is proposed to use flammable gas and liquid hydrocarbon products of the semi-coking of the Shale of the Dmitrievsky deposit, the extraction of which is carried out along with the basalts. Ash waste from shale processing is used as raw material in the main process.
Key words: deposit, integrated development of subsoil, shale, basalts, stone casting.
Patrakov Yuri Fedorovich, doctor of chemistry sciences, prof., header laboratory, yupat@,icc.kemsc.ru, Russia, Kemerovo, Federal Research Center for Coal and Coal Chemistry,
Pisarenko Marina Vladimirovna, candidate of technical science, docent, leading researcher, [email protected], Russia, Kemerovo, Federal Research Center for Coal and Coal Chemistry
Reference
1. Shaklein S.V., Pisarenko M.V. Koncepcija razvitija syr'evoj bazy Kuzneckogo ugol'nogo bassejna // FTPRPI. №3. 2014.S 118-125.
2. Patrakov Ju.F. Sostojanie i perspektivy processov glubokoj pererabotki uglej // Himija v interesah ustojchivogo razvitija. 2005.T. 13. №4. S. 593-597.
3. Tyzhnov A.V. Materialy po geologii Zapadnoj Sibiri №3(45). Geologicheskij ocherk barzasskogo rajona Kuzneckogo bassejna. Tomsk, 1938. 155 s.
4. Patrakov Ju.F., Pisarenko M.V., Shaklein S.V. Ocenka resursov al'ternativnyh tverdyh gorjuchih iskopaemyh Kuzbassa// GIAB. 2013. OV № 6. S. 177-186.
5. Patrakov Ju.F. Fedorova N.I. Harakteristika gorjuchego slanca Dmitrievskogo mestorozhdenija Kuzbassa// Himija tverdogo topliva. 2008. № 4. S. 3-6.
6. Tatarinceva O.S, Hodakova N.N. Ocenka vozmozhnosti ispol'zovanija gornyh po-rod Sibiri i Dal'nego Vostoka v proizvodstve bazal'tovyh volokon// Bazal'tovye tehnologii. 2012. Oktjabr'-dekabr'. S. 15-17.
7. Kamennoe lit'e [Jelektronnyj resurs]// OAO «Pervoural'skij zavod gornogo oboru-dovanija»: oficial'nyj sajt. Jelektr. dan. Pervo-ural'sk. Rezhim dostupa: http://pzgo.ru/kamennoe_lite/ (data obrashhenija 7.12.2016).
8. Problemy kamennogo lit'ja. Kiev: Institut litejnogo proizvodstva ,1963. 130 s.
9. Patrakov Ju.F., Shaklein S.V., Pisarenko M.V. Perspektivy osvoenija Barzasskogo geologo-jekonomicheskogo rajona Kuzbassa// Gornaja promyshlennost'. 2014. №5. C. 24-27.
10. Racional'noe napravlenie ispol'zovanija kamennyh izdelij iz sinteticheskih mate-rialov v stroitel'stve / A.M. Ignatov [i dr.] //Izvestie vuzov. Stroitel'stvo. 2011. № 8-9. S. 315.
11. Ponomarev V.B. Rapoport A.C. Bazal'tovye i bazal'toplastikovye materialy dlja stroitel'stva // Bazal'tovye tehnologii. 2012. Oktjabr'-dekabr'. S. 29-35.
