Способы добычи ископаемых и их сравнительная эффективность
Производство конечной продукции в промышленности представляет сложный процесс, который обусловлен видом сырья, условиями его переработки и другими обстоятельствами. В различных отраслях индустрии он имеет свою специфику. Однако независимо от этого его можно представить в общем плане в виде следующей схемы.
Следовательно, полезные ископаемые составляют первичную, базисную основу промышленного производства. Чтобы получить конечную продукцию необходимо природные ресурсы извлечь из недр на поверхность. Этот первичный этап промышленного производства называется добычей. Добыча полезных ископаемых проводится открытым и подземным способами. В первом случае ресурсы изымаются из недр после удаления пород, которые покрывают их. В этом случае ископаемые извлекаются как бы с поверхности земли. При подземной добыче ископаемые извлекаются на поверхность из под покрывающих пород через специальные горные выработки, пройденные в горных породах. Выбор способа добычи зависит от вида природных ресурсов, горно-геологических условий их залегания и других обстоятельств. Наиболее прогрессивный способ добычи — открытая разработка полезных ископаемых. Это объясняется рядом преимуществ по сравнению с подземной добычей. В открытых разработках рабочее пространство не ограничено, как в шахтах. В результате создаются благоприятные условия для применения мощных, высокопроизводительных машин. Производственный процесс высокомеханизированный и выполняется почти без ручных работ. Как следствие производительность труда в 3-6 раз большая, чем в шахтах. Высокий уровень механизации снижает трудоемкость производства и обеспечивает более легкие, безопасные, гигиенические условия труда горняков. Благодаря широкому развитию фронта работ необходим меньший период на строительство открытых разработок, быстрее осваиваются проектные мощности. В результате капитальные вложения при строительстве карьера в 1,5-2,5 раза меньше, чем при шахтных разработках.
Все приведенные обстоятельства объясняют высокую эффективность открытых разработок. Поэтому преимущественное развитие данного способа добычи определяет прогрессивные тенденции в промышленности. Широкое развитие открытых разработок сдерживается рядом обстоятельств. Во-первых, больше зависимость разработок от природных условий (климатических, горно-геологических и др.). Достаточно отметить, что добыча ископаемых этим способом при современном уровне развития научно-технического прогресса ограничена глубинами до 500 м. Во-вторых, значительное влияние на окружающую среду, которое может быть настолько негативным, что делает экологический фактор основным в определении способов добычи сырья. Однако современный уровень развития научно-технического прогресса позволяет уменьшить влияние этих обстоятельств на разработку ресурсов открытым способом.
Открытая разработка природных ресурсов
Открытым способом добывают все сырье для производства строительных материалов, большую часть железных, хромовых, медных руд, значительную долю марганца, сланцев, угля и других ископаемых.
Применение открытых разработок экономически целесообразно при условии, что себестоимость единицы добываемого сырья меньше или равна себестоимости его извлечения подземным способом. Открытые разработки используются при относительно неглубоком залегании от земной поверхности ресурсов. Так, в Кривом Роге (Украина) железные руды добываются с глубин до 250 м. Выбор способа зависит также от мощности пластов. Маломощные пласты не эффективно разрабатывать даже при относительно неглубоком залегании, так как необходимо перемещать значительные объемы пустой породы на единицу сырья. Поэтому только часть всех запасов природных ресурсов пригодна для открытых разработок. Все телефоны гостиницы снежный барс домбай можно найти на сайте snow-bars-dombay.ru. Набрав менеджерам, вы сможете забронировать любой понравившийся тип номера и отправится всей семьей на отдых.
Производственный процесс открытой добычи значительно проще, чем при подземных разработках ресурсов. Он состоит из подготовительных, вскрышных и очистных работ. Подготовительные работы проводятся с целью удаления с полей разработок природных и искусственных преград, которые сдерживают производство. Обычно природными преградами являются леса, реки, болота, озера и др. Для проведения открытых горных работ вырубают леса, осушают болота, создают специальные скважины или горные выработки для понижения уровня грунтовых вод. В целях охраны разработок от атмосферных осадков прокладывают канавы, по которым воды отводятся за пределы разработок. Искусственными преградами могут быть различные строения (дороги, поселения и др.). При необходимости они переносятся за границы месторождений. В подготовительный период прокладывают подъездные пути, различные инженерные коммуникации.
Когда на месторождении выполнены названные работы, приступают к вскрышным, то есть удалению пустой породы, покрывающей руду. В результате открывается непосредственно доступ к природным ресурсам. Удаление породы проводят послойно (рис. 2). В процессе разработки каждый слой приобретает форму уступа, ступени. Торцевая часть его называется забоем. На площадках уступа размещают горное оборудование, транспортные средства, а сам уступ называют вскрышным. Способ удаления вскрышных пород зависит от их физических свойств. Рыхлые и мягкие породы удаляют механическим способом с использованием экскаваторов, бульдозеров. Твердые, скальные породы первоначально разрушают взрывом, а затем перемещают механическими средствами. Вынутую породу перевозят в отвалы – специально отведенные площадки, которые могут быть расположены как в выработанном пространстве (внутренние отвалы), так и за его пределами (внешние отвалы). Перемещение пустой породы в отвалы называется отвальными работами.
Очистные работы включают операции по изъятию полезных ископаемых из недр, и свое название получили от сущности назначения. Они проводятся, когда обнажены природные ресурсы. Добыча проводится, как и при удалении вскрышных пород – послойно. Образованные уступы называются очистными.
Основным механическим средством при проведении вскрышных и очистных работ является экскаватор – самоходная землеройная машина, которая выполняет выемку породы и ее перемещение в ковше. Экскаваторы бывают одноковшовыми и многоковшовыми.* Применяются также драглайны – канатно-ковшовые экскаваторы. Они отличаются от одноковшовых экскаваторов тем, что ковш со стрелой соединен тросом. Драглайны бывают шагающими и на гусеничном ходу. Кроме экскаваторов, на открытых разработках применяются скреперы, бульдозеры, буровзрывная техника и другие машины, которые имеют вспомогательное назначение.
Предприятия, которые представляют совокупность горных выработок, оборудование для добычи ископаемых открытым способом называются карьерами, а в угольной промышленности – разрезами.
Для оценки эффективности открытой добычи используется показатель коэффициент вскрыши, который представляет отношение объема пустой породы к количеству добытого полезного ископаемого. Этот показатель показывает количество перемещаемой пустой породы на единицу добытого сырья.
Многоковшовые экскаваторы бывают цепными (ковши расположены на цепи) и роторными (ковши размещены на вращающемся колесе – роторе).
Коэффициент вскрыши при добыче нерудных материалов составляет около 1 м³ пустой породы на одну тонну сырья (1 м³ /т), угля – до 15 м³ /т. С развитием добычи сырья разрабатывается все больше месторождений с худшими горно-геологическими условиями, а это обусловливает увеличение коэффициента вскрыши. Так, в 60-е годы на угольных разрезах Кузбасса этот показатель составлял 4 м³ /т, а в 90-е – более 7 м³ /т. Такой динамике показателя благоприятствует эксплуатация все более мощной техники, которая позволяет с меньшими затратами изымать руду из недр.
Открытая добыча значительно влияет на окружающую среду. Во-первых, это влияние обусловлено изъятием из хозяйственной деятельности значительных земельных угодий под карьеры, отвалы, которые в современных условиях на каждом предприятии занимают площади в несколько квадратных километров. Достаточно отметить, что размеры одного из крупнейших угольных разрезов «Богатырь» (Казахстан) составляют около 10 км². В крупнейших горнорудных районах под карьерами и отвалами заняты десятки тысяч гектаров. При этом можно отметить, что под них отводятся весьма продуктивные почвы. Так, на Курской магнитной аномалии для разработок железных руд отведено около 15 тыс. га, в том числе 9 тыс. га пашни, а здесь самые продуктивные в мире почвы – черноземы, что еще более увеличивает негативное экологическое воздействие на среду.
Строительство карьеров глубиной сотни метров обусловливает понижение уровня грунтовых вод. А это отрицательно проявляется на водообеспечении хозяйства, а также продуктивности почвы.
Значительное влияние на окружающую среду оказывают отвалы от вскрышных пород. Кроме изъятия земель из хозяйственной деятельности, отвалы загрязняют воздух, воду, почву элементами отвальных пород. Глубина этого процесса зависит как от масштабов, так и химического состава отвалов. Так, соли попадают в компоненты природы, изменяют их химический состав, растительность окружающей среды, повышают заболеваемость населения. Уменьшить отрицательное влияние позволяет рекультивация земель, использование всех пород отвалов в хозяйственных целях. Из отвалов возможно получать различные строительные материалы, минеральные удобрения, глинозем и др. При этом себестоимость продукции значительно меньше, чем из специально добытого сырья.
Источник
Является ли глубоководная добыча ископаемых более экологичной, чем наземная добыча?
В этом году Международный орган по морскому дну изменит правила глубоководной добычи. Дно океана покрыто галькой размером с картофель, содержащей большое количество кобальта, марганца, никеля и меди — материалов, которых вскоре может не хватить по мере перехода к чистой энергии.
Хотя многие сходятся во мнении, что электромобили предлагают существенное улучшение по сравнению с транспортными средствами, основанными на двигателях внутреннего сгорания, критика в отношении электромобилей сохраняется — особенно это касается практики поиска сырья.
Экологичный способ получения ресурсов
Но команда исследователей из Канады под руководством DeepGreen Metals Inc. утверждают, что они нашли более экологичный способ получения таких материалов. Океанские конкреции — куски размером с картофель, покрывающие дно океана, — рассматриваются как жизнеспособная альтернатива наземной добыче руды. Эти породы состоят из никеля, кобальта, марганца и меди.
«Океанские конкреции являются уникальным ресурсом для рассмотрения в то время, когда общество срочно нуждается в хорошем решении для поставки новых чистых металлов для зеленой энергетики», — говорит председатель и исполнительный директор DeepGreen Джерард Баррон. «Извлечение первичных металлов — из любого источника — по определению не является устойчивым и наносит ущерб окружающей среде. Наша обязанность — понять преимущества, а также ущерб, связанный с получением базовых металлов из конкреций».
«По сути, они представляют собой аккумуляторную батарею для электромобилей», — сказал председатель и исполнительный директор DeepGreen Джерард Баррон, отметив, что конкреции содержат материалы, необходимые для электромобилей и домашних хранилищ.
DeepGreen Metals, компания, которая специализируется на разведке полиметаллических конкреций, более года работает над изучением влияния извлечения материалов для аккумуляторов из подводных горных пород. В условиях, когда электромобиль и оборудование для хранения данных все еще находятся на зачаточном этапе, жажда индустрии чистых технологий в отношении меди, никеля, марганца и кобальта в ближайшие годы будет только расти. Уже сейчас можно наблюдать последствия наземной добычи полезных ископаемых, поскольку землепользование ведет к разрушению окружающей среды.
Команда DeepGreen провела анализ устойчивости жизненного цикла (LCSA) и стандартный анализ жизненного цикла, чтобы сравнить влияние производства батарей из полиметаллических конкреций со дна Тихого океана и наземных руд. Их работа является первым в своем роде исследованием LCSA двух источников для производства 1 миллиарда электромобилей. В оценке было учтено несколько категорий, включая выбросы парниковых газов, секвестрацию углерода, экосистемные услуги, неживые ресурсы, биоразнообразие, здоровье человека и экономику.
Сообщается, что полиметаллические конкреции содержат почти полностью полезные минералы и не содержат токсичных уровней вредных элементов. Другим улучшением по сравнению с наземными рудами является высокая концентрация элементов, которая оставляет нулевые твердые отходы при переработке конкреций в батарейные катоды. Руды на суше часто содержат менее 1% желаемого элемента, образуя при этом огромное количество твердых и токсичных отходов.
В отличие от этого, исследователи констатируют, что сбор и обработка конкреций могут привести к сокращению выбросов эквивалента диоксида углерода на 70%, а также к снижению риска накопления углерода на 94% и сокращению выбросов SOx и NOx на 90%. DeepGreen даже заявляет о сокращении твердых отходов на 100%, землепользовании на 94% и лесопользовании на 92%.
«За последние пять лет возросло понимание экологических, социальных и экономических последствий производства металлов из наземных руд», — сказал ведущий исследователь Стивен Катона. «Мы, в основном, опирались на существующие показатели оценки жизненного цикла, применяемые при добыче полезных ископаемых на суше, и создали сравнительный анализ материалов батарей, получаемых из океанических конкреций».
Однако озабоченность по поводу воздействия на дикую природу сохраняется. Компания признает, что предполагается, что глубоководное дно обеспечивает только скудные пищевые ресурсы для поддержки ограниченной биомассы, но необходимо провести дополнительные исследования. В этом контексте DeepGreen заявляет, что проведет многолетнюю оценку воздействия на окружающую и социальную среду. Это будет самая обширная комплексная научная программа по исследованию морского дна и океана. В этом направлении будет проведено более 100 отдельных исследований, и уже существуют партнерские отношения с Республикой Науру, Республикой Кирибати и Королевством Тонга.
Идея сбора океанических конкреций не нова. Зона Кларион-Клиппертон, регион в Тихом океане, известный своими триллионами конкреций, изучалась с 1970-х годов для определения возможностей добычи полезных ископаемых с морского дна. Сегодня DeepGreen обладает исключительными правами на разведку на трех участках морского дна. По сообщению компании, Международный орган по морскому дну заключил 16 таких эксклюзивных контрактов на разведку в регионе.
В статье в издании «Nature» за июль 2019 года обсуждались возможности деградации дикой природы из-за сбора океанических конкреций. Около 30 лет назад Хьялмар Тиль провел самое настоящее испытание в этом районе. Тиль изучил мейофауну региона — крошечных существ, обитающих вокруг конкреций, — и предположил, что добыча может похоронить животных под слоем грязи, оставив их умирать. Чтобы доказать свое предположение, Тиль использовал грабли шириной восемь метров на участке морского дна площадью 11 квадратных километров. Грабли вызвали облако осадка на мейофауне. Испытание показало, что месторождение хоронило и душило крошечных существ. За последние 30 лет локация повторно посещался четыре раза, но, по словам Тиля, жизнь туда вернулась очень мало.
DeepGreen и другие компании позиционируют себя для использования этого ресурса, поскольку в этом году законодательство по морской добыче должно измениться в пользу сбора конкреций. В октябре компания добыла свой первый металл из полиметаллических конкреций, а в марте этого года ее партнерская компания Allseas приобрела коллекторное судно. И всего несколько недель назад DeepGreen сообщила о приобретении Tonga Offshore Mining Ltd. (TOML), которая предоставляет компании доступ к третьей контрактной зоне морского дна, на которой можно вести разведку.
«В рамках своей приверженности развитию этих ресурсов, которые определены как «общее наследие человечества», DeepGreen стремится к полной прозрачности, обязуется делиться всеми полученными знаниями и в настоящее время участвует в глобальном процессе взаимодействия с заинтересованными сторонами», — говорят в компании. опубликовано econet.ru по материалам pv-magazine.com
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
Источник
