Министерство Энергетики

Д.Н. Силка, В.В. Аникеев. Нужная вещь: подходы к использованию отходов добычи угля в строительстве

Дмитрий Николаевич Силка – НИУ МГСУ, д. э. н.,
e-mail: silkadn@mgsu.ru

Аннотация. В статье рассматриваются предложения по вовлечению отходов добычи и обогащения угля в производство строительных материалов, и препятствующие этому факторы. Они затрагивают особенности функционирования угольной отрасли в России.

Ключевые слова: угольная промышленность, отходы, добыча и обогащение угля, вторичное сырье, производство строительных материалов, система обращения с отходами.

Введение

Угольная промышленность входит в число отраслей, оказывающих наибольшее негативное воздействие на окружающую среду. Актуальные в настоящее время технологии добычи и обогащения угля на различных стадиях предусматривают образование твердых отходов, которые выводят из пользования значительные площади земельных угодий, ухудшают состояние водных ресурсов. Кроме того, предприятия угольной промышленности несут значительные расходы, связанные с размещением отходов.
В 2017 году в угольной отрасли образовалось 3,598 млрд тонн отходов. Использовано на различные производственные цели 1,963 млрд тонн отходов, размещено во внешних породных отвалах 1,842 млрд тонн. Количество образованных отходов по сравнению с 2016 годом увеличилось на 8,2 %; удельный показатель образования отходов на тонну добычи угля вырос на 4,8 %. Объем использованных отходов увеличился на 273,1 млн тонн, или на 16,2 %, вместе с тем на 314,9 млн тонн (на 20,6 %) возросло количество отходов, размещенных во внешних породных отвалах [1].
К настоящему времени в отвалах и шламонакопителях на территории Российской Федерации в результате как добычи углей, так и их обогащения на фабриках, накоплено более 12 млрд тонн отходов [8]. Эти отходы представлены в основном вскрышными и вмещающими породами, а также продуктами обогащения минерального сырья.

Нередко промышленные отходы по своему составу и свойствам близки к природному сырью, а в ряде случаев обладают преимуществами


Утилизация таких отходов осуществляется, как правило, в местах добычи и обогащения минерального сырья. В основном они используются при закладке горных выработок или рекультивации земель. Однако отходы добычи и обогащения угля могут также использоваться и в качестве вторичного сырья в строительных работах, например, при устройстве оснований дорог, а также при производстве строительных материалов, таких как портландцемент, пористые заполнители, стеновые керамические материалы и др.
Тем не менее, доля их использования в качестве вторичного сырья в Российской Федерации в настоящее время не соответствует аналогичному показателю в развитых странах [9]. Повышение уровня использования промышленных отходов при производстве товаров и выполнении различного вида работ является важнейшей задачей государственного значения [3].
Причинами относительно малой доли отходов угольной промышленности в качестве вторичного сырья являются отсутствие рынка сбыта отходов, несовершенство нормативно-­правовой и технической базы в этой сфере и низкий уровень информированности общества в части возможностей повторного применения такого «мусора».
Нередко промышленные отходы по своему составу и свой­ствам близки к природному сырью, а в ряде случаев обладают преимуществами. Производство строительных материалов является материалоемкой отраслью. Поэтому применение таких отходов в этой отросли является одним из основных направлений снижения материалоемкости этого массового многотоннажного производства.
Появление на рынке новых технологий строительства с применением отходов промышленности в качестве вторичного сырья позволит уменьшить не только материалоемкость технологического процесса, но и снизить себестоимость строительных материалов, что ведет к сокращению затрат сооружения в целом.

Технологические и экономические факторы при выборе оптимального направления использования отходов добычи и обогащения угля

Наиболее важными свой­ствами отходов добычи и обогащения угля, которые определяют область их дальнейшего применения, являются химический состав и физико-­механические характеристики. Кроме того, влияние на область применения могут оказывать токсикологические, пожаро- и взрывоопасные характеристики.
Основные виды твердого топлива – каменные и бурые угли, добыча и обогащение которых сопровождается образованием побочных продуктов: шахтные и вскрышные породы, отходы углеобогащения (аргиллиты, алевриты, песчаники, известняки, граниты и др.). Кроме того, к отходам добычи относятся и остатки обжига пустых пород, сопутствующих месторождениям каменных углей. Это плотные породы, образовавшиеся на угольных месторождениях во время подземных пожаров (глиежи, земляные шлаки, порцелланит).
Одной из главных проблем при использовании отходов добычи и обогащения угля в качестве вторичного сырья является неоднородность и нестабильность их состава. Это обуславливает необходимость подготовки отходов перед их использованием.
Отходы добычи и обогащения угля как сырье для производства строительных материалов, могут использоваться в [4, 8]:
• в качестве компонента сырьевой шихты при получении цемента;
• при изготовлении керамических (керамические плитка и кирпич, дренажные трубы) материалов и силикатных (силикатный кирпич, стекло и др.) материалов;
• в качестве сырья при производстве пористых заполнителей (аглопорит, азерит, керамзит и др.);
• в качестве заполнителя бетона;
• в качестве замены земляного грунта при строительстве гидротехнических сооружений, фундаментов, автомобильных дорог и др.
• в качестве сырья при производстве пористого песка;
• в качестве сырья при производстве минеральной ваты;
Данные области применения отходов добычи и обогащения угля в строительных работах и при производстве материалов предусматривают возможность применения в шихте от 25 % до 100 % в зависимости от химического состава.

Апсацкий разрез, Забайкалье


Использование отходов в качестве вторичного сырья может быть экономически оправданным в том случае, если из них будут производить продукты такого же или более высокого качества. При этом, эти продукты будут востребованы в полном объеме на ограниченной территории вблизи места образования отходов. С точки зрения географии добычи и обогащения, разработка угля наиболее интенсивно ведется в Сибирском федеральном округе, где сосредоточена большая часть (более 80 %) запасов угля России. Здесь размещаются крупнейшие угольные бассейны – Кузнецкий (Кузбасс), Канско-­Ачинский, а также другие перспективные бассейны: Иркутский (Черемховский), Тунгусский, Улуг-­Хемский, Минусинский. Кроме того, добыча и обогащение угля осуществляется в Дальневосточном, и меньших объемах в Уральском, Северо-­Западном и Южном федеральных округах [7].
Учитывая, что производство 90 % строительных материалов сосредоточено в европейской части России, организация производства строительных материалов из отходов добычи и обогащения угля в Сибирском и Дальневосточном федеральных округах будет способствовать снижению себестоимости материалов и сокращению транспортных расходов.
Для решения проблем, препятствующих широкому применению таких отходов в производстве строительных материалов, необходима разработка системы критериев с учетом применения отходов. В настоящее время за рубежом, для решения проблем вовлечения отходов в производство строительных материалов, широко применяются различные экономические модели, внедряемые компаниями угольной промышленности на локальном уровне и органами власти на федеральном и региональном уровнях. Использование таких моделей и их эффективное функционирование осуществляется на основе взаимной заинтересованности бизнес-­сообщества и органов власти. Для этого необходима разработка и постоянное совершенствование нормативно-­правовой базы, учитывающей интересы обеих сторон.
При выборе оптимальных областей использования отходов добычи и обогащения угля в качестве сырья необходимо учитывать следующие показатели:
• степень возможного использования отходов;
• качественные показатели продукции, произведенной с использованием отходов;
• однородность и стабильность состава отходов;
• возможность осуществления их переработки;
• экономия природного сырья и материальных ресурсов;
• экономия топливно-­энергетических ресурсов;
• конкурентоспособность и востребованность продукции, произведенной с применением отходов на рынке;
• наличие транспортных коммуникаций в локации образования отходов;
• наличие постоянных потенциальных потребителей отходов.
Таким образом, организация массового вовлечения отходов добычи и обогащения угля является многофакторным процессом, сочетающим в себе организацию взаимодействия различных отраслей промышленности и создание необходимой нормативно-­правовой базы.

Пост, Назаровский разрез, Красноярский край

Состояние нормативно-­правовой и нормативно-­технической базы

В настоящее время в мировой практике существуют несколько технологий использования отходов угольной промышленности. Однако применение таких технологий на отечественных предприятиях, производящих строительные материалы, в настоящее время затруднено по ряду технологических или экономических причин. Одним из препятствий для масштабного вовлечения таких отходов в производство строительных материалов является несовершенство нормативно-­правовой и нормативно-­технической базы.
ГОСТ Р 57011–2016 «Отходы добычи и обогащения углей» устанавливает классификацию отходов добычи и обогащения углей с целью определения направлений их дальнейшего использования. Классификация отходов осуществляется по происхождению, основным физическим и химическим характеристикам, литолого-­минералогическому составу, стадиям метаморфизма, по основным полезным и потенциально опасным элементам.
Однако, данный ГОСТ в полной мере не решает проблему масштабного вовлечения отходов добычи и обогащения углей в производство строительных материалов. Информационно-­технический справочник по наилучшим доступным технологиям «Добыча и обогащение угля» [7] не предусматривает описания технологий вовлечения отходов добычи и обогащения угля в качестве сырья. Он ограничивается лишь общим перечнем направлений. Вместе с тем, описание таких технологий существует и содержится в различных отраслевых документах. Так, например, в СНиП 2.05.02–85 и СНиП 3.06.03–85 изложены правила, регламентирующие использование отходов добычи и обогащения угля в земляном полотне автомобильных дорог. Тем не менее, прямая связь между приведенными выше документами отсутствует, что во многом затрудняет организацию масштабного вовлечения отходов добычи и обогащения угля в качестве ВС при производстве строительных материалов.

Пост, Назаровский разрез, Красноярский край


Для определения направления использования отходов добычи и обогащения угля в качестве сырья необходимо наличие нормативно-­технического документа, содержащего рекомендации на основе существующих практик по методам и направлениям утилизации отходов добычи и обогащения угля, позволяющих осуществить квалифицированный выбор необходимых технологий для вовлечения в производство данных отходов.
Другим препятствием для широкого применения таких отходов является нечеткое правовое разграничение понятий «продукция» и «отход», и механизмов отнесения материала к товарам или отходам [2].
Анализ законодательного регулирования в сфере повторного использования отходов в производстве в качестве сырья [2, 12, 13] показывает наличие пробелов и противоречий, которые препятствуют развитию рынка отходов. Вместе с тем, в ряде стран на законодательном уровне установлена необходимость использования таких отходов при проведении строительных работ и при производстве строительных материалов.
Следовательно, отсутствуют ­какие-либо инструменты для системного применения отходов добычи и обогащения угля в производстве строительных материалов.

Выводы

Осуществление масштабного вовлечения отходов добычи и обогащения угля в производство строительных материалов требует решения ряда организационных и технических проблем, разработки и реализации комплекса мероприятий. Большое значение при этом имеет экономическое стимулирование со стороны государства (финансирование, материальное стимулирование и др.). Кроме того, требует совершенствования нормативно-­техническая база, в том числе развитие стандартизации отходов производства в целом. Необходимо также картирование и региональная каталогизация отходов добычи и обогащения угля с указанием их необходимых характеристик с одновременной организацией регионального статистического учета уже имеющихся и вновь образующихся объемов отходов добычи и обогащения угля. Необходима также разработка, популяризация и внедрение современных технологий производства высококачественных строительных материалов.
Решению перечисленных выше задач во многом будет способствовать создание государственной системы обращения с отходами, используемыми в строительстве и при производстве строительных материалов.
Создание такой системы будет способствовать решению задач в части развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов, усовершенствования промышленности строительных материалов, внедрения инновационных методов в строительной отрасли в целом [11].
Создание такой системы должно включать в себя формирование информационного ресурса, дающего максимально полные данные о количестве уже имеющихся и вновь образующихся отходов. Эта система должна предоставлять данные о характеристиках отходов, описание технологий необходимых для подготовки отходов перед их использованием в качестве вторичного сырья, о возможных направлениях использования отходов в строительстве и при производстве строительных материалов.
Создание данного информационного ресурса будет способствовать: повышению уровня информированности общества и предприятий; принятию наиболее эффективных управленческих решений на различных уровнях; созданию рабочих альянсов для усиления их коллективной конкурентоспособности в сфере производства строительных материалов, несмотря на принадлежность к разным отраслям; организованному объединению и кооперации предприятий и других участников рынка.

Использованные источники

  1. Минприроды России. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2017 году». URL: http://www.mnr.gov.ru/docs/o_sostoyanii_i_ob_okhrane_okruzhayushchey_sredy_rossiyskoy_federatsii/gosudarstvennyy_doklad_o_sostoyanii_i_ob_okhrane_okruzhayushchey_sredy_rossiyskoy_federatsii_v_2017_/
  2. Юрченко Ю.В. «Отход или продукт: правовые аспекты использования отходов в производстве». Экологический вестник России. №11. 2017. С. 30‒35.
  3. Распоряжение правительства Российской Федерации «Об утверждении Стратегии развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 года» от 25.01.2018 года № 84-р // Доступ из справочной правовой системы «КонсультантПлюс».
  4. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. «Строительные материалы из отходов промышленности». ‒ М.: Феникс, 2007.
  5. ГОСТ Р 57011-2016 «Отходы добычи и обогащения углей». Классификация.
  6. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям «Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии». Бюро наилучших доступных технологий, 2017.
  7. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям «Добыча и обогащение угля». Бюро наилучших доступных технологий, 2017.
  8. Шпирт М. Я. Использование твердых отходов добычи и переработки углей / М. Я. Шпирт, В. Б. Артемьев, С. А. Силютин. ‒ М.: Издательство «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2013. ‒ 432 с.
  9. Силютин С.А. «Основные положения классификации твердых отходов добычи и переработки углей как источника неблагоприятного воздействия на окружающую среду при их хранении и технологического сырья в процессах утилизации» // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 1. С. 5–11.
  10. Распоряжение правительства Российской Федерации «О Стратегии развития промышленности строительных материалов на период до 2020 года и дальнейшую перспективу до 2030 года» от 10.05.2016 года № 868-р // Доступ из справочной правовой системы «КонсультантПлюс».
  11. Минстрой России. Проект «Стратегия инновационного развития строительной отрасли Российской Федерации до 2030 года» // URL: http://www.minstroyrf.ru/upload/iblock/906/2_finalnaya-versiya-proekta-strategii_irso_28_06_206-s-dopolneniem.docx.
  12. Sergey Stradanchenko, Stansilav Maslennikov, Vladimir Dmitrienko, Irina Kokun’ko, Irina Kapralova. Metallurgical and Mining Industry. No.10 ‒ 2015, рр. 208-212. URL: http://www.metaljournal.com.ua/assets/Journal/english-edition/MMI_2015_10/033Stradanchenko.pdf
  13. Отраслевой портал Wast.ru. URL: https://www.waste.ru/modules/documents/item.php?itemid=180