УДК 628.544

Определение суммы полуторных оксидов металлов в породе отвала шахты им. М.И. Калинина ГП «Макеевуголь»

 

Достовалова Д.А., инженер I категории

Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности

Подгородецкий Н.С., доцент

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

Завадский Я.В., научный сотрудник, Володин А.В., заведующий лабораторией

Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности

 

Проведено качественное испытание состава образцов отвальной породы с целью определения объемного содержания нерастворимого остатка исследуемых образцов. Произведен химический анализ суммы полуторных оксидов металлов в образцах перегоревшей породы.

 

Производственная деятельность угольных шахт сопровождается складированием и накоплением отходов угледобычи, формированием породных отвалов, которые являются источниками выбросов пыли и различных химических соединений, негативно влияющих на окружающую среду. С другой стороны породные отвалы содержат компоненты для производства бокситов и алюминиевых сплавов, редкоземельные металлы, железосодержащую руду, силикатные материалы для строительных целей [1], извлечение которых позволит повысить экономическую эффективность добычи и переработки угля в регионе.

По оценкам специалистов, концентрация глинозема в породных отвалах города Донецка колеблется в пределах 11,7 % – 29,4 %. Она зависит от уровня его изначального содержания в отрабатываемой осадочной породе, которое определяется условиями седиментогенеза первичного осадка, последующими процессами диагенеза, катагенеза и гидротермальных преобразований [2]. Химический состав ряда породных отвалов шахт Донецкого региона характеризуется повышенным содержанием угля - от 28 % до 46 %, оксида алюминия - Аl₂О₃ (до 15 %), германия (до 55 г/т). Основную массу составляют оксиды кремния и железа (SiO₂ – 47 %, Fе₂О₃ – 20 %), щелочные компоненты - СаО и MgO не превышают 5 % [3]. Данные спектрального анализа свидетельствуют о высокой степени минерализации перегоревшей породы, что подтверждается смещением полос поглощения оксидов. В образцах породы обнаружены полуторные оксиды кремния, железа и алюминия [4].

Целью и задачей исследования является оценка породного отвала шахты им. М.И. Калинина ГП «Макеевуголь» как источника техногенного сырья на основании результатов химического анализа суммы полуторных оксидов металлов в образцах перегоревшей породы.

Объектом исследования является породный отвал шахты им. М.И. Калинина ГП «Макеевуголь», расположенный на северо-востоке от промышленной площадки шахты.

Породный отвал по форме плоский, эксплуатируется с 1962 года, площадь основания породного отвала по проекту составляет 260 000 м², фактическая площадь основания породного отвала – 213 188 м²; высота породного отвала по проекту - 100 м, фактическая высота - 82 м; количество накопленной породы на 01.01.2012 г. составляет 12 869 тыс. м³ [5].

Отбор проб горных пород шахты производился в соответствии с ДСТУ ISO 10381-1–10381-4:2004.

Ввиду того, что содержание силикатов в отвальных породах может варьировать в очень широких пределах, при определении полуторных оксидов схема анализа должна быть выбрана в соответствии с примерным содержанием силикатов [6]. Поэтому исследование проводилось в два этапа.

На первом этапе было проведено качественное испытание состава образцов отвальной породы с целью определения объемного содержания нерастворимого остатка исследуемых образцов. Для этого предварительно измельченную отвальную породу до фракций 0,05-1 мм разложили хлороводородной кислотой до получения нерастворимого остатка. Результаты исследований приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Объемное содержание нерастворимого остатка

Номер образца отвальной породы	Объемное содержание нерастворимого остатка, %
Образец № 1	80,6
Образец № 2	82,3
Образец № 3	81,8
Образец № 4	84,2
Образец № 5	79,3

 

Во всех исследуемых образцах содержание нерастворимого остатка варьировалось в пределах от 79,3 % до 84,2 %.

На втором этапе исследований, с учетом, того, что во всех образцах выявлено очень высокое содержание нерастворимого остатка была принята следующая схема химического анализа по определению полуторных оксидов [6].

Навеску измельченной породы обработали хлороводородной кислотой, полученный раствор выпарили досуха на спиртовой горелке. Сухой остаток смочили хлороводородной кислотой и обработали горячей водой. Нерастворимый остаток отфильтровали, прокалили в платиновом тигле, взвесили и затем смешали с карбонатом натрия. Сплавление продолжалось в течение 20 минут. Полученный сплав растворили в хлороводородной кислоте и раствор выпарили на спиртовой горелке досуха. Остаток смочили хлороводородной кислотой, залили кипящей водой, затем отфильтровали кремневую кислоту до полного отмывания хлоридов. Фильтр с осадками кремневой кислоты поместили в платиновый тигель, озолили и прокалили в течение 20 мин. при температуре 1000 °С. Получившийся в результате прокаливания остаток обработали сульфатной кислотой и плавиковой кислотой. Кислоты выпарили, остаток прокалили, постепенно повышая температуру, и взвесили. Разница в весе тигля с прокаленным кремнеземом и тигля с остатком после выпаривания с плавиковой и сульфатной кислотами равна массе полуторных оксидов металлов. Результаты исследований приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 - Объемное содержание суммы полуторных оксидов металлов

Номер образца отвальной породы	Объемное содержание полуторных оксидов металлов, %
Образец № 1	7,35
Образец № 2	8,4
Образец № 3	4,0
Образец № 4	10,2
Образец № 5	6,8

 

При среднем объемном содержании полуторных оксидов металлов 7,35 % и ориентировочной массе породного отвала 22,9 млн. т., приблизительное суммарное содержание оксидов металлов (SiO₂, А1₂О₃, Fe₂O₃, TiO₂, СаО, MgO) может составлять 1,7 млн. т.

Выводы. В результате проведенных исследований установлено, что при среднем объемном содержании полуторных оксидов металлов 7,35 % и ориентировочной массе породного отвала 22,9 млн. т., приблизительное суммарное содержание оксидов металлов (SiO₂, А1₂О₃, Fe₂O₃, TiO₂, СаО, MgO) может составлять 1,7 млн. т.

Целесообразна дальнейшая идентификация химического состава отвальной породы шахты им. М.И. Калинина ГП «Макеевуголь» для выбора технологической схемы процесса утилизации и извлечения промышленного сырья.

 

Библиографический список

1. Металічні і неметалічні корисні копалини України. Том 1. Металічні корисні копалини [Текст] / Д. С. Гурський, К. Ю. Єсипчук, В. І. Калінін [та ін.] ; за ред. М. П. Щербака та С. В. Гошовського / Ін-т геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України і геологічна секція Українського державного геологорозвідувального ін-ту. – Київ) Львів : «Центр Європи», 2005. – 785 с.
2. Виборов, С. Г. Перспективы отвальных пород в качестве алюминиевого сырья [Текст] / С. Г. Выборов, А. А. Силин // Уголь Украины. – 2012. – № 6. – С. 33–39.
3. Мнухин, А. Г. Комплексная переработка породных отвалов шахт Донецкого региона [Электронный ресурс] / А. Г. Мнухин. – Режим доступа: http://masters.donntu.org/2014/igg/kazub/library/article8.htm.
4. Достовалова, Д. А. Анализ факторов воздействия горнодобывающей промышленности на окружающую среду [Текст] / Д. А. Достовалова, Н. С. Подгородецкий // Актуальные проблемы экологии и природопользования : сборник научных трудов XXI Международной научно-практической конференции (апрель-сентябрь 2020 г., Москва) ; в 3 т., том 1. – Москва : РУДН, 2020. – С. 309–313.
5. Технический отчет о температурной съемке действующего породного отвала шахта М. И. Калинина ГП «Донецкая топливная энергетическая компания» [Текст] / ОП «Донецкое УТППОРЗ» ГП «ДУЭК». – Донецк : [б. и.], 2012. – 18 с.
6. Локонов, М. Ф. Анализ минерального сырья [Текст] / М. Ф. Локонов, С. Г. Чернорук, М. М. Стукалова [и др.] ; под общей ред. Ю. Н. Книпович,       Ю. В. Мурачевского. – Л. : Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1959. – 1055 с.
7. Получение металлов из терриконов угольных шахт Донбасса [Текст] : монография / Л. Г. Зубова, А. Р. Зубов, К. И. Верех-Белоусова, Н. В. Олейник. – Луганськ : изд-во ВНУ им. В. Даля, 2012. – 144 с.