Перспективы переработки техногенных отходов и техногенных месторождений в РФ

Н.Б. Хмелев - Директор по развитию ООО «ИМГ-Инжиниринг».













С.В. Мамяченков - Директор по науке ООО «ИМГ-Инжиниринг», заведующий кафедрой металлургии цветных металлов ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».











Начнем интервью с определения понятий. Что понимается в настоящее время под техногенными отходами и техногенными месторождениями? Какие виды техногенных отходов в Российской Федерации являются наиболее значимыми?

Мамяченков: Единого строгого мнения по этим терминам нет. Среди специалистов привычным определением считается, что к техногенным относятся отходы промышленного производства, образующиеся на предприятиях при производстве конечного продукта. В первую очередь к ним относят частично или полностью утратившие потребительскую ценность остатки сырья и материалов, а также отходы, образующиеся при очистке технологических газов и сточных вод. Понятие «техногенные месторождения» относится к большим скоплениям минеральных веществ, образовавшихся в результате добычи полезных ископаемых, в т.ч. углеродного топлива, извлечения черных, цветных, благородных и редких металлов, производства строительных материалов и химической продукции. Масштабы техногенных месторождений часто могут быть сопоставимы с природными месторождениями.

Хмелев: Техногенные отходы горнодобывающего и металлургического комплексов в России наиболее масштабны и перспективны с точки зрения использования (рис. 1).

Наибольший интерес представляют собой источники цветных, редких и благородных металлов, железа, силикатных и других ценных соединений, имеющих техногенное происхождение. К ним относятся:

• шлаки предприятий цветной металлургии;
• пыли и шламы газоочистки предприятий чёрной и цветной металлургии;
• зола ТЭС;
• пиритные хвосты обогащения сульфидных медно-цинковых руд;
• пиритные огарки;
• красные шламы глинозёмного производства;
• шламы нейтрализации сточных вод металлургических и химических заводов;
• фосфогипс и отходы предприятий по производству минеральных удобрений;
• отработанные автономные источники тока, включая высокотоксичные литиевые и кадмиевые.

А с точки зрения экологии?

Мамяченков: До настоящего времени последствия устаревших технологий накопления, хранения и утилизации отходов проявляются в нарушении целостности окружающей среды и оказывают негативное воздействие на человека. В большей мере негативное воздействие на природную среду оказывает именно деятельность крупных горно-обогатительных и металлургических предприятий. Немедленного решения требуют проблемы утилизации шламо- и хвостохранилищ, шлаковых отвалов с рекультивацией занятых под их размещение земель и предотвращением дальнейшего загрязнения природных вод и воздушного бассейна.

Рис. 1. Классификация техногенных минеральных образований

То есть техногенные отходы можно рассматривать с позиции экономически значимого извлечения ценных компонентов с одновременной экологической реабилитацией проблемных территорий?

Хмелев: Конечно. Сейчас актуален только такой подход.

Ценность техногенных отходов как сырья определяется не только их химическим составом, но и другими бонусными факторами:

• большим объёмом накопленных отходов;
• удобной формой для переработки;
• технологически привлекательным агрегатным состоянием;
• расположением на территориях с развитой инфраструктурой и избытком рабочей силы.

Особое внимание при разработке техногенных месторождений необходимо уделять извлечению благородных (в т.ч. платиновых) металлов, редких и рассеянных элементов, обезвреживанию токсичных примесей (табл. 1).

Металлы	Хвосты обогащения, г/т	Шлаки, г/т	Пиритные огарки, г/т
Ge	1,14–4,36	2,4–3,8	Н/д
In	0,76	8,5–44	0,5
Cd	15,5–39	0,2–5,9	0,93
Se	5-35	0,6–3,85	2,8
Te	3-36	3–3,5	3,5
Co	26–63	Н/д	Н/д
Bi	1-4	9,7–20	Н/д
As	24-58	70-500	Н/д
Au	0,39–1,2	0,26–1,9	1,9
Ag	1,08–20,2	3,4–26	26

Табл. 1. Уровни содержаний рассеянных редких и благородных металлов в отходах обогащения и металлургических переделов медьсодержащего сульфидного сырья некоторых уральских предприятий

Мамяченков: Объёмы накопленных отходов только на Урале исчисляются сотнями миллионов тонн, и ежегодно они увеличиваются на 10–15 млн т. Важно отметить, что техногенные месторождения расположены локально, и при строительстве обогатительных и перерабатывающих мощностей транспортные расходы будут сведены к минимуму.

В таблице 2 приведены экономически значимые укрупнённые характеристики некоторых видов указанного сырья.

Каково сейчас состояние дел с разработкой технологий извлечения ценных компонентов из отходов?

Хмелев: Особенностью многочисленных работ, выполненных по проблеме утилизации медеплавильных шлаков, золошлаковых отходов и пиритных концентратов или огарков, является их узкая направленность. В результате предлагаются достаточно корректные и хорошо проработанные технологии извлечения той или иной группы ценных составляющих, при этом решение проблем попутного извлечения других компонентов и полная утилизация техногенного сырья лишь декларируется. Экономическая эффективность такого подхода крайне ограничена и это является основной причиной отсутствия практических полномасштабных примеров переработки техногенных отходов в большинстве стран мира.

Перспективность в реализации обсуждаемых проектов усматривается только при комплексной переработке с минимальными объемами и отсутствием или экологической чистотой вторичных отходов.

Мамяченков: Например, исследования по извлечению ценных компонентов из шлаков цветной металлургии проводились и проводятся. Такая переработка, в частности, с доизвлечением меди, возможна и эффективна, однако в России эти процессы используются ограниченно. Предприятия ООО «УГМК-Холдинг» активно участвовали в проекте «Переработка отвальных шлаков медеплавильный предприятий Свердловской области». Разработка и внедрение технологии обогащения шлака конвертерного производства способствовало переводу ещё в 1994 г. обогатительной фабрики ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод» (ОАО «СУМЗ») на переработку собственных отвалов. На сегодняшний день на фабрике перерабатывается более 1 млн т шлака в год с получением медного концентрата с массовой долей меди более 21 %.

В промышленных условиях обедняются флотационным способом только текущие отвальные шлаки уральских медеплавильных заводов, накопленные шлаковые отвалы практически не перерабатываются. Хвосты обогащения шлаков, являясь, по сути, вторичными многотоннажными отходами, при хранении на полигонах оказываются более опасными отходами, чем исходные медеплавильные шлаки.

Какие, с вашей точки зрения, экономические стимулы необходимы сейчас для активизации решения проблем техногенных отходов в России?

Хмелев: Государственным балансом учтена лишь небольшая часть различных полезных ископаемых в отходах недропользования, признанных промышленно значимыми. Преобладают золотосодержащие техногенные объекты — свыше 100, оловянных — 18, железных — 17, медных — 7, вольфрамовых — 6. От 1 до 4 техногенных объектов учтены по платиноидам, алмазам, молибдену, хрому, свинцу, цинку, цирконию, бокситам, фосфатам. Вместе с тем известно, что ресурсный потенциал техногенных отходов значителен — до 1 тыс. т золота, 0,5 млн т олова, 8 млн т меди, 9 млн т цинка, огромное количество железа и других металлов.

Тип	Коммерчески значимые компоненты	Накопленные объемы, млн т	Образование, млн т в год	Содержание ценных компонентов, %
Шлак медеплавильного производства	Cu, Zn, Fe, SiO2	200–250	8-12	Cu (0,4–0,8), Zn (3–6), Fe (18–20), SiO2 (20–35)
Зола ГРЭС	Fe, Al, БМ, РЗМ	1500–1700	10-15	Fe (5–10), Au (0,1–1 г/т) SiO2 (40–60), Al2O3 (15–30)
Пиритные огарки	Cu, Fe, БМ	30–35	5-8	Fe (50–65), Cu (0,7–1,5), Zn (5–7), Au (1–2 г/т)
Пиритные хвосты	Cu, Fe, БМ	260–290	10-12	Fe (25–30), Cu (0,1–0,4)  Au (0,07–1,2 г/т)
Красные шламы	РЗМ, Al, Fe	100–150	10-12	Fe (30–50), Al (10–15), Ti (1–2), Sc (0,04–0,05), V2O5 (0,1–0,2)
Фосфогипс	СаO, P2O5, SiO2, S, РЗМ	450–500	10-15	CaO (30–42), P2O5 (1–2), SiO2 (1–10), РЗМ (80–100 г/т)

Табл. 2. Общая характеристика наиболее значимых техногенных отходов в РФ

Эти объекты являются уникальным источником многих ценных редких металлов. Основной источник получения германия — зола ТЭЦ; рения — пыль обжига молибденовых концентратов; селена и теллура — отходы переработки сульфидных медных руд; кадмия, таллия, индия — полиметаллические руды; галлия — отходы переработки бокситов и нефелинов.

В России в период до 2035 г. по утвержденным проектам планируется освоить отходы недропользования в масштабах 55 т золота, 61 т серебра, 119 т платиноидов, 98 тыс. т меди, 9,3 т олова, 15,4 т WO₃, 349 тыс. т цинка, 100 т ZrO₂, 4 млн т железных руд, 0,3 млн т P₂O₅, 11,4 млн т цементного сырья, 47 млн м³ строительного камня, 377 тыс. т флогопита, 1895 тыс. т полевошпатового сырья. Как правило, речь идет о переработке россыпных техногенных месторождений, либо сырья, относящегося к легкообогатимому.

Мамяченков: Несмотря на то, что имеются готовые технические решения по использованию шлаков и хвостов обогащения руд в производстве строительных материалов общестроительного и специального назначения, позволяющие снизить нагрузку на окружающую среду, производство строительных материалов по-прежнему остается неблагополучной отраслью промышленности. Такое состояние дел легко объясняется не только инертностью мышления, но и необходимостью вложения солидных средств в развитие экологически ориентированного производства, поскольку работа с отходами по большей части малорентабельна и не дает предпринимателям ощутимой для них прибыли.

В чем вы видите сложности реализации инновационных отходоперерабатывающих проектов на территории РФ и какие организационные и технологические мероприятия для этого необходимы?

Хмелев: Важной государственной задачей является создание отходоперерабатывающей отрасли, обеспечивающей эффективную переработку образующихся и накопленных отходов и, прежде всего, отходов промышленности, представляющих собой ее сырьевой потенциал.

В настоящее время в условиях постоянного накопления промышленных отходов проблема комплексной переработки техногенных образований весьма актуальна. Для её полного решения требуется разработка инновационных технологий и нового оборудования.

Проблема переработки техногенных отходов усугубляется, кроме критического для человечества роста их объемов, значительным усложнением их состава и повышением воздействия на окружающую среду вследствие того, что добываемые природные ресурсы также имеют тенденцию к разнообразию состава и снижению содержания ценных компонентов.

Кроме того, некоторые виды металлургических отходов не нуждаются даже в обогащении и могут быть приравнены к рудным концентратам. Накопленные техногенные отходы также могут служить сырьем для производства продукции для промышленности строительных материалов и дорожного строительства, химической отрасли, сельского хозяйства, цветной металлургии, для получения драгоценных и редкоземельных металлов.

Переработчики техногенных отходов в РФ должны быть готовы к работе в сложных условиях. Типичными проблемами, с которыми они сталкиваются, являются:

1. Отказ собственника техногенных отходов передавать их переработчику или значительное увеличение цены после вложения переработчиком инвестиций и запуска производственных мощностей.
2. Незаинтересованность потребителя приобретать производимую на основе техногенных отходов продукцию.
3. Увеличение затрат вследствие возникновения обязанности осуществлять платежи за негативное воздействие отходов, накопленных в результате прошлой хозяйственной деятельности крупных промышленных предприятий.
4. Непомерно высокий земельный налог за объекты размещения накопленных отходов.
5. Претензии органов государственного надзора вследствие возникновения новых источников загрязнения окружающей среды в результате производственной деятельности отходоперерабатывающего предприятия.
6. Непредвиденное увеличение производственных затрат и себестоимости продукции вследствие недостаточной отработанности технологического процесса и отсутствия пилотных опытно-промышленных образцов специфических отходоперерабатывающих установок.
7. Отсутствие современного, соответствующего мировому уровню, недорогого отечественного оборудования для переработки отходов (обогащение, выщелачивание, обезвоживание, прессование, гранулирование и т.д.).

Указанные проблемы приводили к приостановке или даже прекращению реализации действующих проектов после нескольких лет работы. Но главным препятствием на пути развития переработки техногенных отходов является отсутствие реальной государственной поддержки.

Неоднозначное правовое регулирование обращения и управления отходами недропользования фактически препятствует реализации экологической политики государства, предусматривающей безопасное обращение с отходами недропользования путем их утилизации при вовлечении в повторный хозяйственный оборот, что часто усложняет реализацию, делает такие проекты экономически невыгодными и предполагает устранение правовых коллизий на законодательном уровне.

Мамяченков: Для обеспечения комплексного подхода к рациональному использованию и охране недр необходимо уже на этапе технико-экономического обоснования и подсчета запасов базового месторождения принятие решений, направленных не только на эффективную разработку природных минеральных ресурсов, но и на решение технологических задач экологически сбалансированного использования сырья техногенных образований и текущих отходов добычи и переработки полезных ископаемых.

При проектировании цехов и предприятий по переработке техногенных отходов следует максимально использовать технологический потенциал и инфраструктуру имеющихся возле техногенных месторождений обогатительных и металлургических предприятий.

Для создания конкурентоспособной отечественной промышленности переработки отходов производства и, прежде всего, накопленных отходов производства от прошлой хозяйственной деятельности угольных, горнорудных, металлургических и теплоэнергетических предприятий, требуется создание опытных производств и типовых производственно-технических комплексов. Опытные производства необходимы для отработки технологий и разработки научно-технической и проектной документации, а также проведения регистрационных и сертификационных процедур. Необходима система государственного субсидирования опытных производств и типовых производственно-технологических комплексов по переработке накопленных отходов промышленности, финансирования опытно-технологических испытаний, созданных на основе отходов инновационных видов продукции. В условиях необходимости диверсификации экономики промышленных городов в России, в большинстве случаев базирующейся на угледобывающей и металлургической отраслях промышленности, развитие переработки техногенных отходов может стать одним из перспективных направлений их развития.

Хмелев: Это определяет необходимость своевременного изучения техногенных образований, создания безотходных (или малоотходных) способов извлечения и переработки отходов недропользования, предусматривающих разработку принципиально новых технологических схем и методов, исключающих выбросы тяжелых и токсичных элементов в окружающую среду; — создание замкнутых технологических схем с многократным использованием техногенного сырья, технологических вод и газов; — создание инновационной системы переработки отходов недропользования, которые рассматриваются как вторичные материальные ресурсы с организацией крупных региональных территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой потоков сырья для глубокой переработки.

Для этого необходимо создание эффективных государственных механизмов, обеспечивающих инвестиционную привлекательность проведения поисковых и оценочных работ, а также завершенного цикла научных исследований и опытно-конструкторских работ по созданию инновационных отечественных технологий и оборудования.

Современный интерес к техногенным образованиям при фактическом отсутствии соответствующей нормативно-правовой базы четко обозначил давно назревшую необходимость в создании государственной программы по изучению, учету и освоению техногенных ресурсов страны.

Поскольку большинство проектов не будет иметь проектов-аналогов, для них будут характерны риски, связанные с оценкой малоизученных техногенных объектов и с использованием новых технологических решений для разработки этих месторождений. При этом необходимость решения экологических и социальных проблем позволит получить определенную поддержку со стороны региональных и федеральных органов власти.

Систематическое решение этой проблемы, прежде всего, следует начать с разработки и освоения технологий извлечения тех компонентов, сырьём для производства которых Россия или не располагает, или потребность в нём удовлетворяется не полностью. Это хром, молибден, олово, марганец, цинк, свинец, медь, германий, индий, галлий. В первоочередном порядке в переработку должны вовлекаться также отходы, содержание ценных компонентов в которых превышает их содержание в рудах.

В настоящее время в технологическом развитии ключевых отраслей промышленности Российской Федерации значительно возрастает роль инжиниринговых компаний, являющихся драйверами роста промышленного потенциала страны, увеличения выпуска продукции, импортозамещения и цифровизации производства. Как и во всем мире, инжиниринговые компании России берут на себя задачи промышленной реализации новых идей и технологий, внедрения современных проектных решений, обеспечения производства цифровыми системами автоматизации и управления, промышленного дизайна.

Компания ООО «ИМГ-Инжиниринг» является разработчиком и поставщиком технологий, оборудования и услуг для добывающих, металлургических, химических и энергетических предприятий России и СНГ. Компания имеет более чем 15-летний опыт реализации масштабных проектов в области обогащения и металлургии цветных и благородных металлов.

Решение задач производства цветных и благородных металлов из техногенного сырья остается главным приоритетом деятельности ООО «ИМГ-Инжиниринг», поэтому компания всегда открыта для взаимодействия с промышленными предприятиями, металлургическими холдингами, университетами, научными и проектными организациями.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 4 (66)/декабрь 2024 г.