способ рекультивации карьеров с использованием промышленных отходов

Формула изобретения

Способ рекультивации отработанных карьеров при открытой разработке месторождений, включающий раздельную выемку, перемещение и складирование в отдельные ленточные отвалы почвенного слоя и вскрышных пород, отработку карьерного поля, укладку и выравнивание вскрышных пород, их уплотнение с целью формирования противофильтрационного экрана и внесение закладочного материала, устройство верхнего изолирующего покрытия (финального перекрытия) карьера из вскрышных пород и укладывание почвенного слоя, отличающийся тем, что закладочный материал представляет собой смесь вскрышных пород и неорганических промышленных отходов - пыли электрофильтров цементного производства и цитрогипса в соотношении, мас.ч., вскрышные породы:пыль электрофильтров цементного производства:цитрогипс = 2:(1-1,5):(0,2-0,3).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к охране окружающей среды, и может быть использовано при рекультивации нарушенных земель с использованием промышленных отходов после ведения открытых горных работ.

Известен способ рекультивации карьеров, включающий выемку, перемещение и складирование почвенного слоя в отдельные ленточные отвалы на дно в центре карьерного поля по мере его отработки, вскрышные породы складируются у границ карьерного поля на нерабочих бортах карьера в ленточные отвалы, затем по мере отработки карьерного поля вскрышные породы перемещают на выположенную поверхность бортов и дна карьера прямым ходом планировочного оборудования до j-го отвала почвенного слоя, после чего j-почвенный слой укладывают на вскрышные породы обратным ходом планировочного оборудования [А.с. 1062392 СССР, кл. Е21С 41/00].

Но данным техническим решением нельзя утилизировать неорганические отходы промышленного производства и тем самым снизить затраты на рекультивацию, уменьшить вредное воздействие на окружающую среду за счет исключения открытого хранения неорганических промышленных отходов.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ рекультивации карьеров с использованием в качестве отхода промышленного производства древесных частиц, вносимых в массу отвала [Патент РФ (11) 2004114215 (13) А]. При этом в качестве древесных частиц используется древесная щепа, получаемая из отходов древесины, которые являются побочным продуктом при горных разработках, и деревянные подпорки шахты, разрушенные при проведении взрывных работ.

Недостатком этого способа является невозможность утилизации неорганических отходов, к которым относятся отход цементного производства - пыли электрофильтров очистки отходящих газов обжиговых печей, и гипсосодержащий отход производства лимонной кислоты - цитрогипс, образующийся на стадии разложения цитрата кальция серной кислотой, которые в настоящее время не нашли практического применения и хранятся на специально выделенных территориях - шламохранилищах. Это вызывает негативное влияние на окружающую среду - вторичное пыление при воздействии атмосферного воздуха со скоростью воздушного потока более 4 м/с, выделение сероводорода при биологическом разложении компонентов цитрогипса в процессе длительного хранения, а также отчуждение земель сельскохозяйственного назначения для организации хранилищ неорганических отходов промышленного производства.

Целью предложенного способа является возможность рекультивации отработанных карьеров с использованием неорганических отходов промышленных производств, что не препятствует реализации последующего биологического этапа рекультивации - посадки древесно-кустарниковых культур при восстановлении нарушенных земель.

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом способе рекультивации карьеров, включающем раздельную выемку, перемещение и складирование в отдельные ленточные отвалы почвенного слоя и вскрышных пород, по мере отработки карьерного поля в качестве закладочного материала, используется смесь вскрышных пород и неорганических промышленных отходов - пыли электрофильтров цементного производства и цитрогипса в соотношении, мас.ч., вскрышные породы:пыль электрофильтров цементного производства:цитрогипс = 2:(1-1.5):(0,2-0,3).

Сопоставимый анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в массу отвала совместно с вскрышными породами в определенном соотношении вносятся неорганические отходы промышленного производства (пыль электрофильтров цементного производства и цитрогипс), при следующем соотношении компонентов (мас.ч.), вскрышные породы:пыль электрофильтров цементного производства:цитрогипс = 2:(1-1,5):(0,2-0,3), которые не подвергаются биохимическому окислению в процессе хранения, формируя закладочный материал карьерной выработки, с последующим его уплотнением, что значительно снижает скорость проникновения атмосферных осадков в глубь отвала, и связанные с этим процессом растворение компонентов пыли электрофильтров цементного производства и цитрогипса и последующее загрязнение грунтовых вод.

При таком способе рекультивации карьеров, с использованием отходов производства цементного завода, пыли электрофильтров, и отходов производства лимонной кислоты, цитрогипса, не происходит загрязнение окружающей природной среды. Таким образом, заявленный способ соответствует критерию «новизна».

Известны технические решения по рекультивации карьеров с использованием органических отходов - древесных частиц, вносимых в массу отвала [Патент РФ (11) 2004114215 (13) А]. Однако при указанном решении не предполагается использование неорганических промышленных отходов - пыли электрофильтров цементного производства и цитрогипса. Что также позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».

Предлагаемый способ рекультивации карьеров с использованием промышленных отходов реализован следующим образом.

1. Выполаживание бортов карьера.

2. Выравнивание контура участка.

3. Перемещение вскрышных пород из отвалов временного хранения, укладка на дно карьерного поля и уплотнение с целью формирования противофильтрационного экрана, высота которого составляет не менее 2 м в уплотненном состоянии.

4. Перемещение вскрышных пород из отвалов временного хранения и перемешивание с неорганическими промышленными отходами (пылью электрофильтров цементного производства и цитрогипсом) в соотношении, мас.ч., вскрышные породы:пыль электрофильтров цементного производства:цитрогипс = 2:(1-1,5):(0,2-0,3) с целью формирования закладочного материала, его укладка с последующим уплотнением (Рис.1).

5. Перемещение и укладка вскрышных пород из отвалов временного хранения с целью формирования защитного экрана поверхности (финального перекрытия) высотой до 1,5 м.

6. Нанесение почвенно-растительного грунта, снятого в процессе эксплуатации карьера и хранящегося в складах временного хранения, по всей площади рекультивации слоем 0,3-0,5 м.

7. Посадка древесно-кустарниковых пород.

Пыль электрофильтров, образующаяся при очистке отходящих газов обжиговых печей цементного производства, содержащая, мас.ч. %: CaO - 38,5-46,5; MgO - 0,5-6,0; Al ₂O₃ - 0,8-6,2; Fe₂O₃ - 2,6-7,2; SiO₂ - 2,0-13,0; K₂O - 5,5-15,2; Na₂O - 0,25-0,9; SO₃ - 2,3-5,8; хлориды - 2,6-3,2; ппп - 4,8-22,1, смешивается с цитрогипсом, образующимся при производстве лимонной кислоты на стадии разложения цитрата кальция серной кислотой, содержащим, мас.ч. %: CaO - 30,5-31,7; SO₃ - 44,8-45,7; MgO - 0,02-0,04; Al₂O ₃ - 0,8-0,12; Fe₂O₃ - 0,02-0,04; CO₂ - 0,05; гидратная вода - 21,23; с вскрышными породами сырьевого карьера, находящимися в отвале временного хранения, в соотношении - вскрышные породы:пыль электрофильтров цементного производства:цитрогипс = 2:(1-1,5):(0,2-0,3). Полученный закладочный материал анализируется на степень вымывания компонентов используемых отходов и влияние на развитие высших растений, что оценивается по объему и уровню рН получаемого фильтрата и массе зеленой части выращенных культур. Полученные результаты представлены в таблице.

Технический результат от использования данного изобретения заключается в снижении вредного воздействия на окружающую среду за счет исключения открытого хранения отходов: цементного производства - пыли электрофильтров, и производства лимонной кислоты - цитрогипса, и использования их в составе закладочного материала при рекультивации карьеров, что позволяет восстановить нарушенные земли и реализовать биологический этап рекультивации - посадку древесно-кустарниковых культур.

Указанный результат достигается тем, что при смешении компонентов закладочного материала в соотношении, мас.ч., вскрышные породы:пыль электрофильтров цементного производства:цитрогипс = 2:(1-1,5):(0,2-0,3), не происходит вымывание токсичных элементов, содержащихся в пыли электрофильтров и цитрогипсе, что предотвращает загрязнение окружающей среды, а также не угнетает рост и развитие древесно-кустарниковых культур на данном рекультивируемом участке.

Изменение соотношения компонентов закладочного материала (мас.ч.) в сторону увеличения содержания пыли электрофильтров цементного производства - вскрышные породы:пыль электрофильтров цементного производства:цитрогипс = 2:(3-6):(0,2-0,3), нецелесообразно, т.к. в этом случае происходит загрязнение грунтовых вод вымывающимися токсичными элементами пыли электрофильтров и угнетение роста и развития высших растений.

При изучении литературных источников аналогичного решения рекультивации отработанных карьеров при открытой разработке месторождений с применением промышленных отходов - пыли электрофильтров цементного производства, образующейся при очистке отходящих газов обжиговых печей, и цитрогипса производства лимонной кислоты, образующегося на стадии разложения цитрата кальция серной кислотой, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Использование предлагаемого способа рекультивации отработанных карьеров с использованием неорганических промышленных отходов (пыли электрофильтров цементного производства и цитрогипса) по сравнению с существующими способами следующие:

1. Применение неорганических промышленных отходов в составе закладочного материала, используемого для заполнения (засыпки) карьерной выемки, не препятствует реализации биологического этапа рекультивации - посадки древесно-кустарниковых культур при восстановлении нарушенных земель.

2. Снижение вредного воздействия на окружающую среду за счет исключения открытого хранения неорганических промышленных отходов - пыли электрофильтров цементного производства и цитрогипса.