Prospects of valuable non-ferrous and rare metal from Kemerovo area power enterprises ash dumps.pdf В настоящее время в мире и в России отмечаются истощение запасов, ухудшение горно-геологических условий разработки и экономико-географических усло-вий эксплуатации многих месторождений металличе-ских полезных ископаемых. В России также наблюда-ется значительное сокращение объема геологоразве-дочных работ (ГРР) и сокращение прироста запасов. Около половины разведанных месторождений с балан-совыми запасами в условиях рыночной экономики ста-новятся условно рентабельными и даже нерентабель-ными для разработки. Эти обстоятельства свидетельст-вуют о необходимости комплексного освоения рента-бельных месторождений, а также о необходимости во-влечения в переработку отходов минерального сырья.Особенно много информации накоплено о ценных ме-таллах, являющихся попутными компонентами в ком-плексных рудных месторождениях. Например, железные руды контактово-метасоматических месторождений Гор-ной Шории и Кузнецкого Алатау часто содержат повы-шенные концентрации меди, молибдена, кобальта, цинка, свинца, золота, серебра, редких и редкоземельных метал-лов [1, 2]. Повышенные содержания этих элементов отме-чены и в хвостохранилищах обогатительных фабрик [3].Извлечение ценных цветных и редких металлов возможно из углей и из золо-шлаковых отвалов энерге-тических предприятий. В углях, так же как и в рудах, отмечаются повышенные концентрации ряда ценных металлов - галлия, германия, ванадия, вольфрама, нио-бия, титана, циркония и некоторых других. По данныммногих авторов, эти концентрации достигают г/т, де-сятков г/т, и даже сотен г/т (Ti, Zr) [4-7].Переработка золо-шлаковых отходов на промыш-ленном производстве может дать от одного до несколь-ких десятков тонн редких металлов в год [4, 6, 7]. Сле-довательно, попутные полезные компоненты углей Кузбасса можно считать перспективной местной мине-рально-сырьевой базой ряда ценных металлов (галлия, германия, ванадия, вольфрама, скандия), обеспечи-вающих часть потребности промышленности Кемеров-ской области и Сибирского региона, а также перспек-тивными для экспорта.В Кузбассе ежегодно накапливается до 15 млн т зо-ло-шлаковых отходов (включая металлургические и другие предприятия), в том числе из 2,6 млн т ежегод-ного выхода золы и шлака на ТЭС области, 2,4 млн т в виде золо-шлаковых смесей, способом гидроудаления отправляется в отвалы (в настоящее время их накопле-но ≈ 40 млн т и не менее 20 млн т можно использовать в бетонах и растворах). С учетом относительно невы-соких содержаний большинства цветных и редких ме-таллов в углях (в основном это эпигенетические и, ре-же, сингенетические аномалии) практический интерес представляет извлечение ценных цветных и редких металлов из золо-шлаковых отвалов ТЭС (табл. 1), где их запасы могут составить тысячи т, десятки тысяч т и более [4, 10-12]. Ценные металлы можно также извле-кать из зол уноса, где их содержание в 2-3 раза выше, чем в золоотвалах.Содержания ряда цветных и редких металлов в углях КузбассаТ а б л и ц а 1МеталлСодержание в углях, г/тКонцентрации, рекомендуе-мые к оценке, г/тМаксимальное содержание в золе, г/тКондиции для руд, %Титан100-500500560010-15Цирконий100-30050030003Медьдо 1510037000,5Свинецдо 255048002Цинк10-300100160001Барий200100058001Ванадийдо 5010050001Вольфрамдо 310015000,5-1Бериллийдо 11004300,1Ниобий1-310030000,1Галлий1-32030000,04Германийдо 11027000,1Практический интерес к комплексному использова-нию зол углей подкрепляется в последнее время со-вершенствованием и созданием новых технологиче-ских схем обогащения и извлечения элементов. В на-стоящее время имеется целый ряд технологических решений, позволяющих эффективно утилизировать163некоторые виды золо-шлаковых отходов с целью из-влечения из них полезных компонентов. Например, с помощью выщелачивания можно извлекать золото, литий, ванадий, вольфрам, иттрий, редкоземельные и др. элементы. Так, из золо-шлаковых отходов энерге-тических бурых углей извлекается до 40-67% титана, 45-77% бериллия, 70-87% меди, 50-81% марганца, 74-84% мышьяка, 48-60% ванадия и 62-83% галлия [5].Себестоимость лабораторного извлечения металлов оценивается рядом исследователей на настоящий мо-мент от нескольких тысяч руб./кг и более (например, 4000 руб./кг - Ga, 8000 руб./кг - Y). При извлечении ценных редких металлов из руд применяются дорого-стоящие физико-химические методы (например, ульт-развуковые методы, метод зонной плавки). Это под-тверждают высокие цены на эти металлы (особенно на мировом рынке - Ga - 36000 руб. за кг, иттрий метал-лический около 30000 руб. за кг). Учитывая относи-тельно невысокую себестоимость лабораторного из-влечения металлов из золо-шлаковых отходов, можно ожидать, что и производственная себестоимость будет, по крайней мере, не выше, чем себестоимость традици-онного получения этих металлов.Эти данные подтверждают экономическую целесо-образность извлечения ценных металлов из золы углей. Выбор оптимального варианта извлечения затруднен из-за отсутствия сейчас в РФ промышленных методов из-влечения металлов. Одним из перспективных методов является способ восстановления хлоридов металлов магнием (извлечение металлов более 90%). Гиредметом (Государственным институтом редкометаллической промышленности, г. Москва) разработан способ хлори-рования лопаритовых концентратов, который в настоя-щее время внедрен в промышленность. В настоящее время разработаны технологические схемы извлечения редких металлов из доменных шламов НКМК, из отхо-дов обогащения Абагурской аглофабрики, а также из клинкера Беловского цинкового завода [8].Предварительная оценка показывает, что при пере-работке около 2 тыс. т концентрата золы и при извле-чении только титана, циркония, ванадия и галлия (10 т Ti и 10 т Zr, 1 т V и 0,1 т Ga) затраты по проекту (≈ 40 млн руб., из них 30 млн руб. - капитальные) оку-паются в течение года, а выручка достигает 70 млн. руб. Расчет устойчивости проекта показывает, что даже при увеличении капитальных и эксплуатационных за-трат на 100% (≈ 10-15% в год) и уменьшении выручки также в 2 раза проект окупается в срок до 5 лет [4, 6]. Рост цен на металлы выше роста величины затрат. Сейчас (в $/кг) - Ti и Zr - 100, V - 40, Ga - 1200.Для уточнения степени экономической целесооб-разности использования этих попутных полезных ком-понентов необходимо применять международную классификацию ООН запасы/ресурсы. Она основана на приведении к единым экономическим категориям раз-личных национальных классификаций запасов и ресур-сов полезных ископаемых. Единые критерии оценки запасов/ресурсов основаны на их оценке в трехмерной системе координат: степень геологической изученно-сти, наличие промышленных технологий извлечения и переработки минерального сырья, наличие спроса на минеральное сырье. Исходя из применяемых геологи-ческих, технологических и экономических параметров запасы полезных ископаемых подразделяются как эко-номические, потенциально экономические и, возмож-но, экономические [9].В целом можно выделить следующие критерии оценки запасов редких металлов в углях и в золо-шлаковых отходах углей, позволяющие оценить эко-номическую эффективность их извлечения.1..Степень геологической изученности (запасы ряда металлов в углях можно оценить по категории С2, а в золе углей - по категории С1, т.е. как балансовые).2..Рентабельные технологии извлечения ценных ме-таллов из углей и отходов угольной продукции. В на-стоящее время они находятся в основном на стадии лабораторных и полупромышленных испытаний.3.Экономический фактор - цены, спрос - предложе-ние, условия продаж и т.д. (цены и объемы продаж неус-тойчивы, рост цен может иметь спекулятивный харак-тер, вход на рынки металлов затруднен, что требует оценки рисков и поддержки правительства).При оценке целесообразности извлечения металлов из углей и золы углей необходимо учитывать финансо-вый, экологический, социальный и косвенный эффекты и суммарный народно-хозяйственный эффект.Мировое потребление цветных металлов ежегодно прирастает примерно на 2,5-3%, а черных металлов -на 2%. Промышленный рост прогнозируется и в Рос-сийской Федерации, но потребности в большинстве цветных и особенно редких (титан, тантал, ниобий, цирконий) металлов для российский металлургических, машиностроительных и других предприятий обеспечи-ваются главным образом за счет импорта. Выход на относительно устойчивые показатели развития мине-рально-сырьевого комплекса страны возможен (только по так называемому «перспективному варианту») к 2020 г. Это потребует привлечения значительных средств, включая средства отечественных недрополь-зователей и зарубежных инвесторов. Следовательно, проблема удовлетворения возрастающих потребностей промышленности России в цветных и редких металлах останется актуальной и после 2020 г.Дальнейшее развитие промышленности Кузбасса, особенно металлургии и машиностроительного ком-плекса, требует увеличения местной МСБ черных, цветных и редких металлов. Конкурентоспособность горно-металлургических компаний определяется нали-чием собственной МСБ, сортаментом продукции, кон-солидацией отдельных производств. Потенциальной МСБ многих ценных цветных и редких металлов явля-ются техногенные месторождения. Перспективность производства по извлечению дефицитных металлов из зольных отходов ТЭC можно наглядно продемонстри-ровать с помощью метода последовательного размеще-ния производства (т.н. технологических цепочек). Рас-чет суммарной себестоимости по цепочке производит-ся по формуле [4]:S1 = f1 × (S0 + a1 + tl1),(1)где S0 - себестоимость добычи руды; S1 - себестои-мость обогащения; а1 - затраты на обогащение на мес-те; l1 - расстояние транспортировки руды до места обо-гащения; t - тариф перевозки 1 т груза ( примерно 10 $ на т/км до 1000 км).164f0, f1, f2, f3 - коэффициенты расхода вещества, по-ступившего на вход, на единицу сырья и продукта на выходе (соответственно добыча руды, обогащение, получение промежуточного продукта и получение ме-талла). Они рассчитываются с помощью величины из-влечения металла (ε):ε = (Сконц × (Сруда - Сотходы)) / (Сруда × (Сконц - Сотходы)). (2)Таким образом, коэффициент расхода вещества яв-ляется величиной, обратной величине извлечения ме-талла (1/ε). Для цветных металлов в среднем значение f1 = 1,2; f2 и f3 = 1,5, для редких металлов в рудах f1 = =1,5; f2 и f3 = 2, а для зол углей f2 и f3 = 2. При расчете суммарной себестоимости по всей технологической цепочке 2-ю и 3-ю стадии (получение промежуточного продукта и получение металла) можно для упрощения расчетов объединить в единую стадию. При расчете суммарной себестоимости извлечения ценных метал-лов из золо-шлаковых отходов эта стадия будет един-ственной (получение концентрата золы и получение ценных цветных и редких металлов методом термохло-рирования). Себестоимость получения 1 т концентра-та - 30 $, а средняя себестоимость комплексного полу-чения 1 т цветных и редких металлов - 40 000 $ [4, 6].Суммарная себестоимость получения 1 т полиме-таллов из руд (таких, как Cu, Pb, Zn), исходя из практи-ческих данных, составит в настоящее время не менее 100 000 руб. / т:S1 = 1,2 × (100 $ + 200 $ + 10 $) = 372 $, S2, 3 = 1,5 × (372 $ + 2 000 $ + 10 $) = 3573 $.Суммарная себестоимость получения редких метал-лов из руд (таких, как цирконий) составляет в среднем 200 000 $ / т, или 6 000 000 руб. / т:S1 = 1,5 × (200 $ + 300 $ + 10 $) = 765 $, S2, 3 = 2 × (765 $ + 100 000 $ + 10 $) = 201550 $.Себестоимость получения 1 т ценных редких и цветных металлов (таких, как Ti, Zr, V, Ga) из золо-шлаковых отходов методом термохлорирования в среднем составит 80 000 $ / т, или ≈ 2 400 000 руб. / т: S2, 3 = 2 × (30 $ + 40 000 $ + 10 $) = 80 080 $.Полиметаллы (такие, как Cu, Pb, Zn) также могут из-влекаться из золы только в комплексе с редкими метал-лами, иначе их извлечение неэффективно. Себестоимость извлечения редких металлов из зол гораздо ниже, чем получение этих металлов традиционным путем. Кроме того, при комплексном извлечении металлов их доля сре-ди извлекаемых металлов может составить до 10% и бо-лее (например, доля циркония около 50%).Негативной стороной извлечения цветных и редких ме-таллов из золы методом термохлорирования являются вы-сокие требования к безопасности работ, дополнительные расходы на утилизацию переработанных зол и на другие соответствующие мероприятия. Следует учитывать тот факт, что в настоящее время нет других безопасных и де-шевых методов извлечения ценных металлов из зольных отходов углей. Оценивая экологические требования к имеющимся опытным методам извлечения металлов, сле-дует повышать безопасность этих методов, учитывая их себестоимость в сравнении с традиционным производст-вом. Таким образом, эффективным для использования бу-дет метод, отвечающий данным требованиям.Следует также учесть, что капитальные затраты (включая затраты на НИОКР) будут меньше традици-онных затрат на горно-капитальное строительство. Из-влечение металлов из отвалов позволит экономить зна-чительные средства необходимые для проведения ГРР. Все это дает косвенный эффект. Значителен социально-экологический эффект, определяемый улучшением экологии региона, созданием различных рабочих мест и т.д., что крайне важно для Кемеровской области. Та-ким образом, возможно получение существенного сум-марного народно-хозяйственного эффекта на регио-нальном уровне.Согласно применяемому в экономической теории правилу ромба конкурентоспособность подобных про-изводств в Кузбассе будет успешной и перспективной из-за влияния четырех параметров (вершин ромба) -наличия родственных и поддерживающих отраслей (горно-металлургического комплекса), условий для факторов производства (техногенных отходов, техно-логий извлечения металлов, оборудования), а также спроса и устойчивой стратегии развития региона.Наглядно проиллюстрировать экономическую эф-фективность производства ценных цветных и редких металлов из рудных и техногенных месторождений можно также с помощью теории графов (рис. 1). Тех-нологические цепочки анализируются по финансовым затратам, объемам производства металлов и т.д. В ус-ловиях снижения спроса на металлы более устойчивы-ми будут малые производства по их получению.Поскольку в Российской Федерации прогнозируется рост внутреннего потребления редких и цветных ме-таллов, такая разнообразная продукция (производимая в небольших объемах) будет всегда востребована. Меньший уровень капитальных вложений и годовых затрат, сопоставимые концентрации полезных компо-нентов в исходном сырье (в рудах и в золе углей) также подтверждают эффективность такого производства. Кроме того, при переработке техногенных месторож-дений улучшается экологическая ситуация.В Кемеровской области традиционно развиты от-расли производства горно-металлургического ком-плекса промышленности. Весомый вклад в экономи-ку страны и области вносят металлургические пред-приятия - Западно-Сибирский и Новокузнецкий ме-таллургические комбинаты (ЗСМК и НКМК), Ново-кузнецкий алюминиевый завод, ОАО «Кузнецкие ферросплавы». Черная и цветная металлургия обес-печивают около 40% объема промышленного произ-водства Кузбасса; 20% налоговых поступлений в об-ластной бюджет и более 40% валютных поступле-ний. В цветной металлургии более 90% всей продук-ции в области обеспечивает пятое по величине пред-приятие в стране - Новокузнецкий алюминиевый завод. Активно работают угледобывающие компа-нии, горнорудные предприятия по добыче и перера-ботке руд черных, цветных и благородных металлов. Сегодня Кемеровская область обеспечивает более 50% национальной добычи угля (в том числе 79% -коксующихся марок); более 50% экспорта углей (в основном коксующихся марок).165□ JJ,I,Рис. 1. Сравнительная эффективность получения цветных и редких металлов: Jl, J2, J3, J4 - стадии производства металловиз рудных месторождений (соответственно добыча, обогащение, получение промежуточного продукта, получение металла);J5, J6 - получение редких металлов из техногенных отходов (получение концентрата из золо-шлаковых отходов и извлечение из негометаллов); п -производство металлоизделий; J7, J8, J9 - применение металлоизделий из ценных цветных и редких металловв различных отраслях промышленностиВ то же время следует отметить нестабильность раз-вития экономики Кузбасса. Область пока не может по-крывать свои расходы собственными доходами. Основ-ные источники поступления денежных средств в бюд-жет Кемеровской области обеспечивают четыре вида налогов - налог на доходы физических лиц (примерно 25%), платежи за пользование природными ресурсами (более 10 %), налог на прибыль (более 10%) и налог на имущество (около 10%). При этом нет доходов от внеш-неэкономической деятельности. Для обеспечения безде-фицитности бюджета необходимо увеличение собствен-ных доходов области в полтора раза [10].В последнее время рост производства происходил в ос-новном в так называемых корпоративных секторах эконо-мики, в которые входят крупные горно-металлургические компании (Евразхолдинг, СУЭК, «Русский алюминий и др.). В то же время наблюдается спад производства в ма-шиностроении и в других некорпоративных секторах эко-номики (легкая, пищевая промышленность, сельское хо-зяйство и т.д.). В экономике области невелика доля малых предприятий (особенно наукоемких), невелики и объемы инвестиций в этот сектор экономики. Кемеровская область отстает от соседних Новосибирской и Томской областей по инновационной активности в экономике. Затраты на тех-нологические инновации в Кузбассе в 3-10 раз меньше, чем в других индустриальных регионах [10].Одним из вариантов развития наукоемких малых предприятий является создание компактных производств по переработке техногенных отходов и извлечению из них ценных металлов. Эти производства могут работать в составе крупных горно-металлургических компаний на основе кооперации технолого-экономических связей ме-жду ними и энергетическими предприятиями. Таким об-разом, малые предприятия получат инновационные воз-можности для внедрения современных методов извлече-ния металлов из техногенных месторождений. В настоя-щее время в результате падения цен на цветные металлы и на уголь финансовые проблемы испытывают многие металлургические и горные предприятия. Предлагаемая диверсификация производства обеспечит дополнитель-ную прибыль угледобывающим предприятиям и повысит их финансовую устойчивость в условиях нестабильной работы в сложных горно-геологических условиях.Основными предприятиями энергетической отрасли Кузбасса являются: ГРЭС - Южно-Кузбасская (г. Кал-тан), Томь-Усинская (г. Мыски), Беловская (г. Белово), Кемеровская (г. Кемерово); ТЭЦ - Западно-Сибирская и Кузнецкая (г. Новокузнецк), Кемеровская и Новоке-меровская (г. Кемерово). Эти предприятия являются поставщиками тонкодисперсной золы уноса, шлака и золо-шлаковой смеси (ежегодно накапливается около 2,6 млн т отходов, табл. 2) [11].Золо-шлаковые отходы на территории Кемеровской областиТ а б л и ц а 2Наименование ТЭСОбъем отвалов, млн. тПлощадь отвалов, гаГодовой выход золо-шлаковых отходов, тыс. тТомь-Усинская ГРЭС16,5440800Южно-Кузбасская ГРЭС1,8Нет данных400Кузнецкая ТЭЦ2,660230Западно-Сибирская ТЭЦ6Нет данных530Беловская ГРЭС3,2280440Кемеровская ГРЭС3,582100Кемеровская ТЭЦ1,4Нет данных100Новокемеровская ТЭЦ1Нет данных110166Годовой выход золы на энергетических предпри-ятиях составляет нескольких сотен тыс. т золы, из ко-торой можно получать несколько тыс. т концентрата для малых наукоемких производств.Преимуществом одного из перспективных методов извлечения металлов из концентрата золы - метода термохлорирования, является возможность получения губчатого или порошкового (после операции дробле-ния) титана и циркония. Цены на эти металлы дости-гают 50-100 $/кг и более. Кроме того, комплексное извлечение металлов из золы позволяет одновременно получать металлы (V, W и пр.), используемые в качест-ве легирующих добавок при производстве титановых и циркониевых сплавов.Из накапливаемых за год зольных отвалов ТЭС можно извлечь не менее 100 т Ti, Zr, 10 т V, 1 т Ga, Ge [6]. Учитывая тот факт, что для извлечения ценных металлов может быть использовано не менее 20 млн т накопленных в Кемеровской области золоотвалов ТЭС, можно предположить, что объемы извлекаемых метал-лов из них будут на порядок выше, но эти металлы мо-гут быть, в первую очередь, востребованы в промыш-ленности Кемеровской области и Сибирского региона.Например, в сравнении с этой прогнозной оценкой, по мнению специалистов, прогнозируемые запасы ред-ких металлов в комплексных апатит-магнетитовых и редкометалльных рудах и их отходах в Мурманской области (ведущем потенциальном источнике стратеги-ческого сырья России) составляют миллиарды тонн (руды Ti), миллионы тонн (руды Zr), значительны запа-сы Ta, Nb и других редких металлов. Их годовая добы-ча может составить от десятков (Ta, Nb) и тысяч тонн (Li) до десятков (Zr) и сотен тысяч тонн (Ti) [12]. Эти показатели выше на несколько порядков.Получаемые металлы могут быть востребованы в электротехническом машиностроении области, а также на машиностроительных, ферросплавных и других предприятиях субъектов СФО (Новосибирской и Иркутской областей, Красноярского края).Ряд ценных металлов (таких, как Ti, Zr, Ga, Ge) может быть востребован и на внешних рынках. Прибыль от их продажи можно уточнить (по «спот» или «фьючерс» условиям продаж) по формулеП = В × КВ - З,(3)где П - прибыль от продажи конкретного дефицитного металла, руб.; В - выручка от продажи металла (объем производства × цена металла), руб.; З - общие затраты на производство металла, включая транспортные, руб.; КВ - коэффициент востребованности металла, в долях единицы.Коэффициент востребованности определяется на основе маркетинговых исследований и, следовательно, может влиять на величину будущих затрат.Предложенный подход к извлечению цветных и редких металлов, содержащихся в углях и в золо-шлаковых отходах, позволяет (с учетом рентабельности применяемых технологий) оптимизировать варианты извлечения дефицитных и высоколиквидных металлов из отходов угольной продукции (рис. 2).Например, редкие металлы, содержащиеся в золах углей в относительно небольших количествах и имеющие узкую область применения, могут быть оценены по категории экономических запасов - при наличии промышленных технологий извлечения этих металлов и при больших объемах потребления.В настоящее время запасы ряда редких металлов (Ti, Zr, V, W, Ga, Nb) в золе углей Кузбасса можно оценить как потенциально экономические.Э4( ПЭ1 )I УЭ1 I( ПЭ2 j( ПЭ3 ) ( уэ3 JРис. 2. Оценка использования техногенных месторождений цветных и редких металлов с помощью квазиупорядоченного графа,подразделяющего запасы металлов на экономические (Э), потенциально-экономические (ПЭ) и условно-экономические (УЭ)по 4 параметрам: содержанию металлов в золо-шлаковых отходах (1), наличию технологий извлечения металлов (2),областям применения металлов (3), объемам потребления металлов (4)167ЛИТЕРАТУРА

Скачать электронную версию публикации