Створення класифікації способів використання відходів вуглевидобутку
Мета. Зробити аналіз інноваційних способів використання відходів вуглевидобутку. Виділити найбільш актуальні способи використання відходів на основі економічних показників собівартості використання технологій утилізації відходів вуглевидобутку та їх впливу на екологічний стан вуглевидобувних регіоні...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва |
|---|---|
| Datum: | 2022 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2022
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189997 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Створення класифікації способів використання відходів вуглевидобутку / І.І. Чоботько // Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва: Зб. наук. пр. — 2022. — Вип. 24. — С. 128-141. — Бібліогр.: 17 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859814291887095808 |
|---|---|
| author | Чоботько, І.І. |
| author_facet | Чоботько, І.І. |
| citation_txt | Створення класифікації способів використання відходів вуглевидобутку / І.І. Чоботько // Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва: Зб. наук. пр. — 2022. — Вип. 24. — С. 128-141. — Бібліогр.: 17 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва |
| description | Мета. Зробити аналіз інноваційних способів використання відходів вуглевидобутку. Виділити найбільш актуальні способи використання відходів на основі економічних показників собівартості використання технологій утилізації відходів вуглевидобутку та їх впливу на екологічний стан вуглевидобувних регіонів.
Методика. При підготовці до проведення досліджень ставилися наступні завдання: проаналізувати проблему і дати оцінку основним способам використання відходів вуглевидобутку; встановити основні переваги та недоліки застосування того чи іншого способу використання відходів вуглевидобутку; виділити найбільш перспективні способи використання відходів вуглевидобутку у наш час.
Результати. В статті приведено кричний аналіз наукових робіт, інтернет-ресурсів з інноваційних способів використання відходів вуглевидобутку. Обґрунтовано переваги та недоліки при застосуванні технологій переробки відходів вуглевидобутку.
Наукова новизна. Встановлено взаємозв’язок класифікацій способів використання відходів вуглевидобутку в залежності від літологічного складу відвальної маси та її фізико-механічних властивостей. Доведена необхідність використання відходів вуглевидобутку з врахуванням екологічного показника їхнього впливу на прилеглі території.
Практична значимість одержаних даних свідчить про використання відходів вуглевидобутку в якості цінної сировини для будівельної промисловості та техногенних родовищ з цінними рідкоземельними елементами. Розглянута ринкова вартість рідкоземельних елементів та їх практичне застосування в промисловості. Висвітлено основні напрямки використання породних відвалів – вилучення цінних компонентів і в якості джерела цінної сировини для будівельної промисловості. Акцентовано увагу на технологічні, економічні та соціальні аспекти доцільності промислового освоєння породних відвалів, а також основні причини, що в теперішній час ускладнюють цей процес.
Purpose. To analyze innovative ways of utilizing coal mining waste. To identify the most relevant ways of using waste based on the economic indicators of the cost of using coal mining waste utilization technologies and their impact on the environmental condition of coal mining regions.
Methods. In preparing for the research, the following tasks were set: to analyze the problem and assess the main ways of using coal mining waste; to identify the main advantages and disadvantages of using a particular method of using coal mining waste; to identify the most promising ways of using coal mining waste today.
Findings. The article provides a critical analysis of scientific papers and Internet resources on innovative ways of using coal mining waste. The advantages and disadvantages of using coal mining waste processing technologies are substantiated.
Originality. The interrelation of classifications of methods of utilization of coal mining waste depending on the lithological composition of the waste mass and its physical and mechanical properties is established. The necessity of using coal mining wastes is proved, taking into account the environmental indicator of their impact on the adjacent territories.
Practical implications. The data obtained indicate the use of coal mining waste as a valuable raw material for the construction industry and man–made deposits of valuable rare earth elements. The market value of rare earth elements and their practical application in industry are considered. The main areas of use of waste heaps are highlighted – extraction of valuable components and as a source of valuable raw materials for the construction industry. Attention is focused on the technological, economic and social aspects of the feasibility of industrial development of waste heaps, as well as the main reasons that currently complicate this process.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:21:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
128
УДК 622.7 – 553.93 https://doi.org/10.37101/ftpgp24.01.009
СТВОРЕННЯ КЛАСИФІКАЦІЇ СПОСОБІВ ВИКОРИСТАННЯ
ВІДХОДІВ ВУГЛЕВИДОБУТКУ
І.І. Чоботько1*
1Відділення фізики гірничих процесів Інституту геотехнічної механіки
ім. М.С. Полякова Національної академії наук України, м. Дніпро, Україна
*Відповідальний автор: e-mail: efilonov79@gmail.com
CREATING CLASSIFICATION OF WAYS TO USE COAL MINING
WASTE
I.I. Chobotko1*
1Branch for Physics of Mining Processes of the M.S. Poliakov Institute of
Geotechnical Mechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Dnipro,
Ukraine
*Corresponding author: e-mail: efilonov79@gmail.com
ABSTRACT
Purpose. To analyze innovative ways of utilizing coal mining waste. To identify
the most relevant ways of using waste based on the economic indicators of the cost
of using coal mining waste utilization technologies and their impact on the
environmental condition of coal mining regions.
Methods. In preparing for the research, the following tasks were set: to analyze the
problem and assess the main ways of using coal mining waste; to identify the main
advantages and disadvantages of using a particular method of using coal mining
waste; to identify the most promising ways of using coal mining waste today.
Findings. The article provides a critical analysis of scientific papers and Internet
resources on innovative ways of using coal mining waste. The advantages and
disadvantages of using coal mining waste processing technologies are
substantiated.
Originality. The interrelation of classifications of methods of utilization of coal
mining waste depending on the lithological composition of the waste mass and its
physical and mechanical properties is established. The necessity of using coal
mining wastes is proved, taking into account the environmental indicator of their
impact on the adjacent territories.
Practical implications. The data obtained indicate the use of coal mining waste as
a valuable raw material for the construction industry and man–made deposits of
valuable rare earth elements. The market value of rare earth elements and their
practical application in industry are considered. The main areas of use of waste
heaps are highlighted – extraction of valuable components and as a source of
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
129
valuable raw materials for the construction industry. Attention is focused on the
technological, economic and social aspects of the feasibility of industrial
development of waste heaps, as well as the main reasons that currently complicate
this process.
Keywords: coal mining waste, coal mining waste utilization technology, rational
use of coal mining waste, assessment of the environmental method of waste
processing
1. ВСТУП
З моменту повномасштабного військового вторгнення Росії до України ві-
дбулося значне послаблення промислового сектору економіки України. Од-
ним з пріоритетних завдань післявоєнної відбудови країни є пошук рішень
щодо раціонального використання відходів вуглевидобутку у рамках проєкту
управління відходами Міністерства захисту довкілля та природних ресурсів
України.
В роботі [1] пропонується рішення щодо дослідження шляхів поповнення
вичерпних природних ресурсів шляхом переробки відвалів вуглевидобутку.
Ідея полягає в розробці економічно вигідних способів використання відходів
вуглевидобутку як техногенного родовища з досить високим рівнем Al, Ga,
Ge, Bi та ін., що представляє велику цінність для промисловості.
У більшості розвинених країн вуглевмісні породи практично повністю
йдуть на закладку виробленого простору, а на поверхні – на дорожньо-буді-
вельні роботи, виготовлення цегли, труб, кераміки (Німеччина, Франція,
Польща, Бельгія). Пневматичний і гідравлічний способи закладання відходів
у відпрацьований простір розроблюваних родовищ, які використовують у цих
країнах, дають змогу скоротити обсяги порожньої породи, яку виносять, і за-
побігти осіданню поверхні, розвитку процесів підтоплення після виробки, а
також обмеженню конвергенції стін порожнини, що збільшує загальну стій-
кість гірничого масиву [2].
За класифікацією використання відходи вуглевидобутку поділяють на:
енергетичні, використання в якості будматеріалу, закладний матеріал у виро-
блений простір шахт, техногенне родовище.
Промислове використання відходів вуглевидобутку розпочалося у 1921–
1932 рр. Вперше в ці роки розпочалося використання горілих порід відходів
вуглевидобутку з додаванням до них невеликої кількості вапна й портландце-
менту, були отримані бетони, котрі використовувалися для виготовлення сті-
нового каменю. Пізніше подрібнені горілі породи стали застосовувати як на-
повнювачі під час виробництва кам'яних та оздоблювальних робіт. В Україні
широко відомо використання горілої породи відходів вуглевидобутку у ком-
паніях ТОВ «БУДІВЕЛЬНА КОРПОРАЦІЯ ЛЬВІВБУД» та ТОВ «ВОЛИНЬ-
БУД».
До енергетичних відносяться використання термічної енергії відходів вуг-
левидобутку в процесі внутрішнього горіння на потреби шахти або прилеглих
громад; в якості закладного матеріалу у вироблений простір шахти викорис-
товують рідко, оскільки зазвичай цей шлях вважається найбільш трудоміст-
ким, і його вартість перевищує вартість вуглевидобутку; окремо слід виділити
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
130
використання відходів вуглевидобутку в якості техногенного родовища, в ба-
гатьох випадках вміст корисних елементів у вигляді рідкоземельних металах
з одного породного відвалу у відношенні грн/т може перевищувати по собі-
вартості річний видобуток корисних копалин підземним способом.
2. ЦІЛЬ ДОСЛІДЖЕННЯ
Проаналізувати підходи щодо використання відходів вуглевидобутку, як
цінного джерела корисних копалин та матеріалу для застосування у будівель-
ній промисловості. Визначити раціональні рішення використання відходів ву-
глевидобутку.
3. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
При підготовці до проведення досліджень ставилися наступні завдання:
проаналізувати проблему і дати оцінку основним способам використання ві-
дходів вуглевидобутку; встановити основні переваги та недоліки застосу-
вання того чи іншого способу використання відходів вуглевидобутку; виді-
лити найбільш перспективні способи використання відходів вуглевидобутку
у наш час.
4. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ
На рисунку 1 зображено систематизовані підходи раціонального викорис-
тання відходів вуглевидобутку, які описані у наукових джерелах. Проте зро-
бивши аналіз наукових статей, монографій, інтернет-джерел мною встанов-
лено, що на сьогодні не існує єдиного підходу щодо способів використання
відходів вуглевидобутку. Були спроби 2000–2012 рр. створити озеленення ві-
дходів вуглевидобутку але вони не набули подальшого розвитку у зв’язку з
браком фінансування.
За даними роботи [3] у світовій практиці можна виділити три напрямки ро-
зв'язання проблеми використання відходів вуглевидобутку: повернення від-
валів назад у шахти, цей шлях вважається найбільш трудомістким, і його ва-
ртість перевищує вартість вуглевидобутку; озеленення поверхні териконів,
цей шлях допомагає лише скоротити санітарну зону біля териконів; утиліза-
ція териконів, цей напрямок найбільш перспективний у вирішенні нашої про-
блеми. Ціна утилізації терикону залежить від того, який матеріал видобува-
тиметься в процесі переробки відвалу.
Одним із перспективних напрямків утилізації є використання відходів ву-
гільного видобутку в будівельній галузі. Також відходи вуглевидобутку є
складами різних хімічних елементів таких як:
– германій – може використовуватися у виробництві пластмаси, в металу-
ргії та електротехнічній промисловості, в медицині, оптиці та геліоенерге-
тиці. Скло і лінзи можуть застосовуватися в приладах нічного бачення і у вій-
ськових системах наведення. Вартість германію, витягнутого з терикону, пе-
ревищує 1 тис. дол./кг;
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
131
– скандій – м'який матеріал, який легко піддається обробці. Може бути ви-
користаний в авіаційній і космічній промисловості, автопромі і навіть у зуб-
ному протезуванні. Добавки скандію в сплави чавуну і сталі підвищують їхню
цінність. Вартість скандію коливається від 42 до 45 тис. дол./кг;
– галій – метал, який використовується у виробництві клейких і мастиль-
них матеріалів, у конструюванні окремих видів лазерів і термоелементів для
сонячних батарей. Вважається, що потреба світу в галії перевищує його видо-
буток. Вартість галію коливається від 1,3 до 1,5 тис. дол./кг.
Перераховані способи вирішення проблеми відходів вуглевидобутку не
нові й широко використовуються в різних країнах світу. Цією проблематикою
займаються фахівці таких країн, як:
– Японія (при переробці териконів відбувається вилучення рідкісних мате-
ріалів);
– США (відновлені землі пускають під лісонасадження);
– країни Центральної та Східної Європи (здійснюють сільськогосподар-
ське освоєння рекультивованих земель);
– Великобританія (рекультивовані землі передаються, головним чином,
для рекреаційного освоєння, промислового і цивільного будівництва, рідше –
для сільського господарства).
Рисунок. 1. Схема використання відходів вуглевидобутку
Табаченко Н.Н. [4] пропонує проводити ліквідацію шахтних породних від-
валів шляхом їхньої газифікації, рисунок 2. Для цього масив гірських порід у
відвалах просочується горючими відходами нафтохімічного виробництва.
Утворена теплота відхідних газів одночасно утилізуються тепловими насо-
сами для теплопостачання і вітроелектричними установками для виробництва
електричної енергії, потім зі складу породного відвалу отримують різні хімі-
чні продукти методом купчастого вилуговування. Опис рисунку: 1 – кускова
маса вугільно-породного відвалу; 2 – теплогенеруюча обсадна труба; 3 – го-
ризонтальна нагнітаюча труба (свердловина); 4 – газоповітряна горілка;
5 – герметизуючий покров терикону; 6 – вертикальна труба (свердловина) для
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
132
насичення породного відвалу рідкими продуктами й відводу газа; 7 – переми-
кач; 8 – відводна газова труба; 9 – газопровід; 10 – газоочистна установка; 11 –
підживлена труба дуття; 12 – гідроізоляційний шар; 13 – зона газифікації (во-
гневий вибій).
Рисунок 2. Технологічна схема газифікації шахтного терикону [4]
З переваг вищезазначеного способу газифікації слід виділити інноваційний
підхід та високий ККД роботи технологічної схеми. Однак є і недоліки, які
пов’язані з подальшою утилізацією відпрацьованого відвалу: недостатньо об-
ґрунтована взаємодія речовин каталізаторів для вилуговування корисних еле-
ментів з відвалу, необхідність проведення технологічних робіт з розборки від-
працьованого відвалу після його експлуатації.
В роботі Саїка П. [5] пропонується дослідження способів та розробка тех-
нологічної схеми вилучення теплової енергії з породних вугільних відвалів.
Розглянуто ряд доступних шляхів використання джерел скидного тепла гір-
ничодобувних підприємств, а саме: вихідного вентиляційного потоку, шахт-
них вод та інших породних відходів породних відвалів. Запропоновано тех-
нологічну схему утилізації теплоти породного відвалу з використанням теп-
лових насосів, які є складовими сегментами теплонасосної геосистеми на ос-
нові свердловинної підземної газифікації вугілля, рисунок 3. До системи вхо-
дить: 1 – відвал, 2 – обсадна труба, 3 – сипкий заповнювач, 4 – елементи теп-
лообмінної системи, 5, 10 – циркуляційні насоси, 6 – випарник, 7 – компресор,
8 – дросельна засувка, 9 – конденсатор, 11 – трубопроводи теплопостачання,
12 – споживач теплоти.
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
133
Рисунок 3. Технологічна схема утилізації тепла породних відходів [5]
Зазначена робота має практичну значимість та дозволяє використовувати
теплову енергію відвалу для потреб споживачів. Проте існує й інша сторона
медалі у вигляді недоліків, а саме вплив відвалу на навколишнє середовище
за рахунок його незахищеності від впливу навколишнього середовища. Якщо
в попередній роботі автори детально описали заходи з мінімізації контакту
відвалу з середовищем, то в цій роботі цього апріорі нема, що одразу ставить
цей спосіб екологічно небезпечним.
В таблиці 1 проведено аналіз наукових робіт, з яких виділено основні спо-
соби використання відходів вуглевидобутку, виділено недоліки та переваги
від використання способів, область раціонального застосування в промисло-
вості.
Таблиця 1. Аналіз способів застосування використання відходів вуглевидобутку
Спосіб викорис-
тання відходів
вуглевидобутку
Загальна
характеристика
Переваги та
недоліки
Область
застосування
Використання
теплової енергії
[4, 5, 13]
Використання
теплової енергії
внаслідок екзо-
термічного го-
ріння відходів
вуглевидобутку
за допомогою
спеціального об-
ладнання (трубо-
проводи, пароге-
нератори, газоге-
нератори, на-
соси)
До переваг слід
віднести незна-
чні затрати вико-
ристання техно-
логії.
Недоліки: не
враховується
екологічні аспе-
кти викорис-
тання технології;
не враховано
економічну доці-
льність викорис-
тання облад-
нання
Нетрадиційні
джерела енергії
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
134
Диверсифікація
[14]
Запропонований
підхід щодо ди-
версифікації тех-
нологій пово-
дження з пород-
ними відвалами
сприятиме ухва-
ленню ефектив-
них управлінсь-
ких рішень на ді-
ючих і ліквідова-
них вугледобув-
них підприємст-
вах
Переваги: запро-
поновано широ-
кий набір інстру-
ментів для вико-
ристання пород-
них відвалів.
Недоліки: не
враховано еко-
номічну скла-
дову викорис-
тання запропо-
нованих інстру-
ментів викорис-
тання відходів
вуглевидобутку
Прийняття ефек-
тивних управлін-
ських рішень
щодо раціональ-
ного викорис-
тання відходів
вуглевидобутку
на діючих та лік-
відованих шах-
тах
Використання,
як сировини тех-
ногенного похо-
дження [15]
Раціональне ви-
користання від-
ходів для повто-
рної переробки
на основі широ-
кого застосу-
вання новітніх
технологій. Розг-
лянуто широкий
спектр застосу-
вання відходів в
якості будівель-
ної сировини, те-
хногенного ро-
довища, нетра-
диційного дже-
рела енергії
Переваги: приве-
дено широкий
спектр способів
використання ві-
дходів вуглеви-
добутку в залеж-
ності від літоло-
гічного складу
відвальної маси.
Недоліки: не об-
ґрунтована еко-
номічна ефекти-
вність застосу-
вання того чи ін-
шого способу
Використання,
як нетрадицій-
них джерел енер-
гії; інертні запов-
нювачі; важкі та
легкі бетони; бу-
дівельних та там-
понажних розчи-
нів, що володі-
ють корозійною
стійкістю і гідро-
ізоляційною зда-
тністю; дорожнє
будівництво; за-
кладки виробни-
чих просторів
шахт і кар’єрів та
облаштування
порушених рель-
єфів місцевості
Вилучення
рідкоземельних
металів
[9, 10, 16]
Запропоновано
технологію ви-
лучення рідкозе-
мельних металів
на основі аналізу
закордонних
аналогів
Переваги: обґру-
нтовано доціль-
ність вилучення
рідкоземельних
металів їх рин-
кова вартість;
поліпшення еко-
логічного стану
вуглевидобув-
них регіонів; ви-
вільнення корис-
них площ земель
Використання як
техногенного ро-
довища; вилу-
чені рідкоземе-
льні метали є
стратегічної си-
ровиною для еко-
номіки України
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
135
під забудову та
створення рекре-
аційних парко-
вих зон.
Недоліки: запро-
понована техно-
логія носить тео-
ретичний харак-
тер; немає прак-
тичного застосу-
вання; неможли-
вість фінансу-
вання державою
у зв’язку з недо-
станім розумін-
ням застосованої
технології
Матеріал для
закладання
виробленого
простору
[6, 7]
Використання ві-
дходів вуглеви-
добутку, як цін-
ної сировини те-
хногенного по-
ходження для за-
кладки виробле-
ного простору.
Розробка управ-
лінських рішень
щодо застосу-
вання відходів
вуглевидобутку
як цінної мінера-
льно-сировинної
бази.
Переваги: без-
відходне вироб-
ництво; вивіль-
нення корисних
площ земель;
підтримка виро-
бок від просі-
дання покрівлі;
раціональне ви-
користання від-
ходів вуглевидо-
бутку.
Недоліки: у де-
яких випадках
вартість робіт по
закладці вироб-
леного простору
при застосуванні
відходів вугле-
видобутку може
перевищувати
комплекс робіт
по складуванню
та утриманню ві-
дходів вуглеви-
добутку на зем-
ній поверхні
Використання ві-
дходів вуглеви-
добутку як мате-
ріалу для закла-
дки виробленого
простору виро-
бки в залежності
від фізико-меха-
нічних властиво-
стей відвальної
маси
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
136
Автор [6] висвітлює проблему недостатній увазі держави до проблеми по-
водження з відходами вуглевидобутку: наявність на поверхні відвалів у ви-
гляді відходів збагачення, і як наслідок, потрібно використовувати площі зе-
мель придатні до сільськогосподарської діяльності; взаємодія відходів виро-
бництва з навколишнім середовищем, що призводить до погіршення якості
повітря та мінералізації стічних вод; деформування денної поверхні, що при-
зводить до просідання будівель, інфраструктурних об’єктів, а також пору-
шення водоносних горизонтів [7]. Вирішення наведених проблем полягає у
застосуванні технологій закладки виробленого простору твердіючими сумі-
шами на основі застосування відходів гірничого виробництва, а також проду-
ктами переробки.
Дещо інший підхід пропонується в інтернет-статті [8] одним із прогресив-
них методів утилізації таких відходів є брикетування – процес переробки ву-
гільних дрібних часток в кускове паливо. Метод дозволяє отримати паливний
продукт, що характеризується високою тепловіддачею, зниженою кількістю
викидів в атмосферу під час згоряння, простотою транспортування і збері-
гання. Такі брикети можна використовувати для потреб металургійної, хіміч-
ної промисловості, як сировину для електростанцій, а також для побутових
потреб населення.
Самим найбільш дієвим з економічної точки зору способом використання
відходів вуглевидобутку є використання їх як техногенного родовища. За да-
ними [9] з териконів можна витягувати алюміній, германій, скандій, галій, іт-
рій і навіть цирконій. Згідно з наведеними даними ДП «Укргеологія» вміст
рідкісноземельних елементів у породі відходів вуглевидобутку становить: ге-
рманій – 55 г, скандій – 20 г, галій – 100 г. Загальна ж кількість рідкісноземе-
льних елементів у відвалах оцінюється приблизно в 230–260 г/т. В таблиці 2
наведено вартість найбільш поширених рідкоземельних елементів, які міс-
тяться у відходах вуглевидобутку. Отримана з одного середнього обсягу те-
рикону сировина коштує щонайменше 100 млн. дол.
Технологія вилучення рідкоземельних металів працюватиме таким чином:
екскаватор навантажуватиме породу на стрічковий конвеєр, доправлятиме у
виробниче приміщення до дробарки і далі – до залізовідділювача (магнітна
сепарація). Так, спочатку відокремлюється залізо та його сполуки. Потім –
сплав алюмінію з кремнієм. Слідом – германій, скандій та інші рідкісні ме-
тали. Відходи, що залишилися (15–20% загальної кількості породи), придатні
для виробництва будматеріалів [10–11]. Виробництво щодо переробки поро-
дних відвалів доцільно розгортати виключно на базі шахт, які закривають (по-
трапляють під реструктуризацію) або збагачувальних фабрик, відвали яких
мають всі необхідні сировинні компоненти. При цьому істотно скоротити те-
рміни введення в дію переробного комплексу та витрати на його розробку і
споруду дозволяють наступні фактори: наявність близько об’єктів переробки
залізничних та автомобільних під’їзних шляхів; наявність системи електро-
постачання; наявність будівель і споруд промислового та побутового призна-
чення; наявність прилеглих шахтних селищ з кваліфікованою робочою си-
лою [12].
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
137
Таблиця 2. Ринкова вартість вилучених рідкоземельних елементів з відходів
вуглевидобутку та їх застосування у промисловості [10]
Рідкоземельний
елемент
Вартість,
дол./кг
Сфера застосування
Германій 1400 Використовують як каталізатор у мета-
лургії та електротехнічній промислово-
сті, медицині, виробництві побутових
пластмас. Германієві діоди, наприклад,
використовують у виготовленні каль-
куляторів, напівпровідники – у вироб-
ництві телевізорів. В електроніці, крім
напівпровідникових діодів, цей метал
застосовують для фотоелементів і плів-
кових опорів. Германій незамінний і в
лазерній техніці. Сонячні батареї в су-
путниках зв'язку будують на германіє-
вих підкладках.
Скандій 42000 Авіаційній та космічній промисловості,
автопромі (мотори), кріогенній техніці,
галогенових лампах. Добавки скандію
в сталь і чавун підвищують їхню якість
до статусу «Спецметали високої міцно-
сті».
Галій 1500 Атомна енергетика, конструювання на-
півпровідникових лазерів, термоелеме-
нтів для сонячних батарей. Використо-
вують для холодної пайки керамічних і
металевих виробів.
Ітрій 440 Атомна та авіакосмічна промисловість
(виготовлення ракет), автомобілебуду-
вання.
Цирконій 14 В атомній енергетиці використовують
для виготовлення ядерних реакторів.
Легування сталей цирконієм підвищує
їхні механічні властивості та оброблю-
ваність. Застосовують у виробництві
хімічних джерел світла (факели, освіт-
лювальні ракети), а також для ство-
рення кісткових, суглобових, зубних
протезів і хірургічних інструментів.
Дещо інший варіант використання теплової енергії відходів вуглевидобу-
тку пропонувався в роботі [13]. Усією поверхнею терикону глибиною близько
1,5 м прокладається мережа з полімерних труб діаметром 40 мм із розрахунку
1,5...2 м труби на 1 м2 поверхні терикона (або відвалу). Трубна система поді-
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
138
ляється на ділянки до 100 м. За необхідності ділянки забезпечуються венти-
лями, що відключають їх від мережі. Мережа має повітровипускні пристрої.
Трубами прокачується вода з антифризом, що є проміжним теплоносієм. Для
рівномірного розподілу теплоносія мережею необхідно прагнути, по можли-
вості, до однакової протяжності переміщення теплоносія, що надходить у ко-
жну гілку. Температура води знижується в процесі піврічного відкачування
до мінус 10...200С. Проміжний теплоносій віддає теплоту камері випарову-
вання теплового насоса, який підтримує потенціал основного теплоносія на
рівні 60...65°С [14–17].
5. ВИСНОВКИ
По-перше своєчасне запровадження ефективних технологій використання
та переробки відходів вуглевидобутку на вугледобувних підприємствах до-
зволить попередити забруднення ґрунтів, поверхневих та підземних вод та ат-
мосферного повітря на територіях де розташовані відходи гірничого вироб-
ництва.
По-друге використання відходів вуглевидобутку, як техногенних родовищ
дозволить вилучати рідкоземельні елементи, що дозволить використовувати
їх в промисловості в подальшому в якості стратегічної сировини для еконо-
міки України.
По-третє використання відходів вуглевидобутку, як об’єктів альтернатив-
них джерел геотермальної енергії дозволить значно заощадити використання
атомної енергетики для потреб населення, які мешкають у вуглевидобувних
регіонах.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Зубова Л.Г., Зубов О.Р., Зубов А.О. (2020). Переробка відвалів вуглевидобу-
тку з метою використання їх у якості сировини для металургії. Збірка матеріалів
Національного форуму «Поводження з відходами в Україні : Законодавство, еконо-
міка, технології», 8–10 жовтня, м. Івано–Франківськ, 224-249. http://surl.li/eszup
2. Зубова Л.Г., Зубов А.Р., Верех–Белоусова К.И.,. Олейник Н.В. (2012). Полу-
чение металлов из терриконов угольных шахт Донбасса: монография. СНУ им. В.
Даля, 144 с. http://surl.li/etahm
3. Хоменко Я.В., Солдатова А.C. (2015). Оценка проблемы терриконов Дон-
басса. Економічний вісник Донбасу, 1(39), 12-19.
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87535
4. Табаченко Н.Н., Дычковский Р.Е., Фальштынский В.С., Лозинский В.Г.
(2011). Современный подход к ликвидации шахтных породных отвалов. Матеріали
ІІ Міжнародної конференції «Підземні катастрофи: моделі, прогноз, запобігання»,
201-207. http://surl.li/eqduy
5. Saik Pavlo (2017). Study of Methods and Development of Technological Scheme
for Heat Removal from Rock Waste Dump. Advanced Engineering Forum, (Vol. 25), 128-
135. doi:10.4028/www.scientific.net/AEF.25.128
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
139
6. Хорольський А.О. (2022). Обґрунтування обсягів робіт із закладки виробле-
ного простору твердіючими сумішами на основі відходів гірничого виробництва. На-
ціональний форум «Поводження з відходами в Україні: законодавство, економіка,
технології», 24 листопада, 1-5. http://surl.li/etajf
7. Хорольський А. О., Гріньов, В.Г. (2020). Оцінка і вибір параметрів при роз-
робці родовищ корисних копалин. Физико–технические проблемы горного производ-
ства, 22, 118-140. https://doi.org/10.37101/ftpgp22.01.009
8. Ксенія Оринчак (2023). Шахтні терикони – вторинний ресурс для віднов-
лення України. Енергетика. Електронний ресурс [Режим доступу]: http://surl.li/epdaq
9. Украина: утилизация угольных терриконов (2013). Металл Украины. Елект-
ронний ресурс [Режим доступу]: http://surl.li/epdbm
10. Роман Побережнюк (2008). Разборщик терриконов – новая профессия для ре-
гиона. Газета 2000. Електронний ресурс [Режим доступу]: http://surl.li/epgfi
11. Чоботько І.І. (2022). Обґрунтування способів та методів усунення самозай-
мання відходів гірничого виробництва. Вісті Донецького гірничого інституту,
1(50), 166-171. https://doi.org/10.31474/1999–981X–2022–1–166–171
12. Мнухін А.Г., Мнухіна Н.О., Гітуляр А.А. (2017). Аналіз методів добування
чорних і кольорових металів шляхом переробки породних відвалів. Металургія,
1(37), 50-53. https://dspace.znu.edu.ua/jspui/handle/12345/495
13. Накорчевский А.И., Недбайло А.Н., Беляева Т.Г. (2007). Извлечение возоб-
новляемой теплоты терриконов. Промышленная теплотехника, 7(29), 22-26.
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61315
14. Колесник В.Е., Федотов В.В, Бучавый Ю.В. (2012). Обобщенный алгоритм
диверсификации технологий обращения с породными отвалами угольных шахт. На-
уковий вісник НГУ, 4, 138-142. http://surl.li/epygp
15. Кочмар І.М., Карабин В.В. (2021). Екологічна небезпека горіння вугільних
териконів та перспективні методи використання відходів вуглевидобутку. Екологіс-
тика. Теорія і практика управління сміттєзвалищами, 183-197.
https://sci.ldubgd.edu.ua/jspui/handle/123456789/11280
16. Мнухин А.Г., Мнухина Н.А, Гитуляр А.А., Горошко И.П. (2017). К вопросу
извлечения редкоземельных металлов из породных отвалов угольных шахт. Уголь
Украины, 7-8, 64-66. http://nbuv.gov.ua/UJRN/ugukr_2017_7–8_14
17. Книш І.Б. (2006). Перспективи використання відходів вугільної промислово-
сті Львівщини як нової мінеральної сировини. Вісник Львівського університету, 20,
11-23. http://surl.li/eqdtq
REFERENCES
1. Zubova L.H., Zubov O.R., Zubov A.O. (2020). Pererobka vidvaliv
vuhlevydobutku z metoiu vykorystannia yikh u yakosti syrovyny dlia metalurhii. Zbirka
materialiv Natsionalnoho forumu «Povodzhennia z vidkhodamy v Ukraini :
Zakonodavstvo, ekonomika, tekhnolohii», 8–10 zhovtnia, m. Ivano–Frankivsk, 224-249.
http://surl.li/eszup
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
140
2. Zubova L.G., Zubov A.R., Vereh–Belousova K.I.,. Oleynik N.V. (2012).
Poluchenie metallov iz terrikonov ugolnyih shaht Donbassa: monografiya. SNU im. V.
Dalya, 144 р. http://surl.li/etahm
3. Homenko Ya.V., Soldatova A.C. (2015). Otsenka problemyi terrikonov Donbassa.
Ekonomichnyi visnyk Donbasu, 1 (39), 12-19.
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87535
4. Tabachenko N.N., Dyichkovskiy R.E., Falshtyinskiy V.S., Lozinskiy V.G. (2011).
Sovremennyiy podhod k likvidatsii shahtnyih porodnyih otvalov. Materialy II
Mizhnarodnoi konferentsii «Pidzemni katastrofy: modeli, prohnoz, zapobihannia», 201-
207. http://surl.li/eqduy
5. Saik Pavlo (2017). Study of Methods and Development of Technological Scheme
for Heat Removal from Rock Waste Dump. Advanced Engineering Forum, (Vol. 25), 128-
135. doi:10.4028/www.scientific.net/AEF.25.128
6. Khorolskyi A.O. (2022). Obgruntuvannia obsiahiv robit iz zakladky vyroblenoho
prostoru tverdiiuchymy sumishamy na osnovi vidkhodiv hirnychoho vyrobnytstva.
Natsionalnyi forum «Povodzhennia z vidkhodamy v Ukraini: zakonodavstvo, ekonomika,
tekhnolohii», 24 lystopada, 1-5. http://surl.li/etajf
7. Khorolskyi A. O., Hrinov, V.H. (2020). Otsinka i vybir parametriv pry rozrobtsi
rodovyshch korysnykh kopalyn. Fiziko–tehnicheskie problemyi gornogo proizvodstva, 22,
118-140. https://doi.org/10.37101/ftpgp22.01.009
8. Kseniia Orynchak (2023). Shakhtni terykony – vtorynnyi resurs dlia vidnovlennia
Ukrainy. Enerhetyka. Elektronnyi resurs [Rezhym dostupu]: http://surl.li/epdaq
9. Ukraina: utilizatsiya ugolnyih terrikonov (2013). Metall Ukrainyi. Elektronnyi
resurs [Rezhym dostupu]: http://surl.li/epdbm
10. Roman Poberezhnyuk (2008). Razborschik terrikonov – novaya professiya dlya
regiona. Gazeta 2000. Elektronnyi resurs [Rezhym dostupu]: http://surl.li/epgfi
11. Chobotko I.I. (2022). Obgruntuvannia sposobiv ta metodiv usunennia
samozaimannia vidkhodiv hirnychoho vyrobnytstva. Visti Donetskoho hirnychoho
instytutu, 1(50), 166-171. https://doi.org/10.31474/1999–981X–2022–1–166–171
12. Mnukhin A.H., Mnukhina N.O., Hituliar A.A. (2017). Analiz metodiv dobuvannia
chornykh i kolorovykh metaliv shliakhom pererobky porodnykh vidvaliv. Metalurhiia,
1(37), 50-53. https://dspace.znu.edu.ua/jspui/handle/12345/495
13. Nakorchevskiy A.I., Nedbaylo A.N., Belyaeva T.G. (2007). Izvlechenie
vozobnovlyaemoy teplotyi terrikonov. Promyishlennaya teplotehnika, 7(29), 22-26.
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61315
14. Kolesnik V.E., Fedotov V.V, Buchavyiy Yu.V. (2012). Obobschennyiy algoritm
diversifikatsii tehnologiy obrascheniya s porodnyimi otvalami ugolnyih shaht. Naukovyi
visnyk NHU, 4, 138-142. http://surl.li/epygp
15. Kochmar I.M., Karabyn V.V. (2021). Ekolohichna nebezpeka horinnia vuhilnykh
terykoniv ta perspektyvni metody vykorystannia vidkhodiv vuhlevydobutku. Ekolohistyka.
Teoriia i praktyka upravlinnia smittiezvalyshchamy, 183-197.
https://sci.ldubgd.edu.ua/jspui/handle/123456789/11280
16. Mnuhin A.G., Mnuhina N.A, Gitulyar A.A., Goroshko I.P. (2017). K voprosu
izvlecheniya redkozemelnyih metallov iz porodnyih otvalov ugolnyih shaht. Ugol
Ukrainyi, 7-8, 64-66. http://nbuv.gov.ua/UJRN/ugukr_2017_7–8_14
Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва 2022, вип. 24
141
17. Knysh I.B. (2006). Perspektyvy vykorystannia vidkhodiv vuhilnoi promyslovosti
Lvivshchyny yak novoi mineralnoi syrovyny. Visnyk Lvivskoho universytetu, 20, 11-123.
http://surl.li/eqdtq
ABSTRACT (IN UKRAINIAN)
Мета. Зробити аналіз інноваційних способів використання відходів вуглеви-
добутку. Виділити найбільш актуальні способи використання відходів на ос-
нові економічних показників собівартості використання технологій утилізації
відходів вуглевидобутку та їх впливу на екологічний стан вуглевидобувних
регіонів.
Методика. При підготовці до проведення досліджень ставилися наступні за-
вдання: проаналізувати проблему і дати оцінку основним способам викорис-
тання відходів вуглевидобутку; встановити основні переваги та недоліки за-
стосування того чи іншого способу використання відходів вуглевидобутку;
виділити найбільш перспективні способи використання відходів вуглевидо-
бутку у наш час.
Результати. В статті приведено кричний аналіз наукових робіт, інтернет-ре-
сурсів з інноваційних способів використання відходів вуглевидобутку. Обґру-
нтовано переваги та недоліки при застосуванні технологій переробки відходів
вуглевидобутку.
Наукова новизна. Встановлено взаємозв’язок класифікацій способів викори-
стання відходів вуглевидобутку в залежності від літологічного складу відва-
льної маси та її фізико-механічних властивостей. Доведена необхідність ви-
користання відходів вуглевидобутку з врахуванням екологічного показника
їхнього впливу на прилеглі території.
Практична значимість одержаних даних свідчить про використання відхо-
дів вуглевидобутку в якості цінної сировини для будівельної промисловості
та техногенних родовищ з цінними рідкоземельними елементами. Розглянута
ринкова вартість рідкоземельних елементів та їх практичне застосування в
промисловості. Висвітлено основні напрямки використання породних відва-
лів – вилучення цінних компонентів і в якості джерела цінної сировини для
будівельної промисловості. Акцентовано увагу на технологічні, економічні та
соціальні аспекти доцільності промислового освоєння породних відвалів, а
також основні причини, що в теперішній час ускладнюють цей процес.
Ключові слова: відходи вуглевидобутку, технологія утилізації відходів вуг-
левидобутку, раціональний спосіб використання відходів вуглевидобутку,
оцінка екологічного способу переробки відходів
ABOUT AUTHORS
Chobotko Ihor, Leading Engineer of the Department of Coal and Rock Physics, Branch
for Physics of Mining Processes of the M.S. Poliakov Institute of Geotechnical Mechanics
of the National Academy of Sciences of Ukraine, 15 Simferopolskaya Street, Dnipro,
Ukraine, 49005, E-mail: efilonov79@gmail.com
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-189997 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2664-17716 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:21:13Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Чоботько, І.І. 2023-05-14T19:03:48Z 2023-05-14T19:03:48Z 2022 Створення класифікації способів використання відходів вуглевидобутку / І.І. Чоботько // Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва: Зб. наук. пр. — 2022. — Вип. 24. — С. 128-141. — Бібліогр.: 17 назв. — укр. 2664-17716 DOI: https://doi.org/10.37101/ftpgp24.01.009 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189997 622.7–553.93 Мета. Зробити аналіз інноваційних способів використання відходів вуглевидобутку. Виділити найбільш актуальні способи використання відходів на основі економічних показників собівартості використання технологій утилізації відходів вуглевидобутку та їх впливу на екологічний стан вуглевидобувних регіонів. Методика. При підготовці до проведення досліджень ставилися наступні завдання: проаналізувати проблему і дати оцінку основним способам використання відходів вуглевидобутку; встановити основні переваги та недоліки застосування того чи іншого способу використання відходів вуглевидобутку; виділити найбільш перспективні способи використання відходів вуглевидобутку у наш час. Результати. В статті приведено кричний аналіз наукових робіт, інтернет-ресурсів з інноваційних способів використання відходів вуглевидобутку. Обґрунтовано переваги та недоліки при застосуванні технологій переробки відходів вуглевидобутку. Наукова новизна. Встановлено взаємозв’язок класифікацій способів використання відходів вуглевидобутку в залежності від літологічного складу відвальної маси та її фізико-механічних властивостей. Доведена необхідність використання відходів вуглевидобутку з врахуванням екологічного показника їхнього впливу на прилеглі території. Практична значимість одержаних даних свідчить про використання відходів вуглевидобутку в якості цінної сировини для будівельної промисловості та техногенних родовищ з цінними рідкоземельними елементами. Розглянута ринкова вартість рідкоземельних елементів та їх практичне застосування в промисловості. Висвітлено основні напрямки використання породних відвалів – вилучення цінних компонентів і в якості джерела цінної сировини для будівельної промисловості. Акцентовано увагу на технологічні, економічні та соціальні аспекти доцільності промислового освоєння породних відвалів, а також основні причини, що в теперішній час ускладнюють цей процес. Purpose. To analyze innovative ways of utilizing coal mining waste. To identify the most relevant ways of using waste based on the economic indicators of the cost of using coal mining waste utilization technologies and their impact on the environmental condition of coal mining regions. Methods. In preparing for the research, the following tasks were set: to analyze the problem and assess the main ways of using coal mining waste; to identify the main advantages and disadvantages of using a particular method of using coal mining waste; to identify the most promising ways of using coal mining waste today. Findings. The article provides a critical analysis of scientific papers and Internet resources on innovative ways of using coal mining waste. The advantages and disadvantages of using coal mining waste processing technologies are substantiated. Originality. The interrelation of classifications of methods of utilization of coal mining waste depending on the lithological composition of the waste mass and its physical and mechanical properties is established. The necessity of using coal mining wastes is proved, taking into account the environmental indicator of their impact on the adjacent territories. Practical implications. The data obtained indicate the use of coal mining waste as a valuable raw material for the construction industry and man–made deposits of valuable rare earth elements. The market value of rare earth elements and their practical application in industry are considered. The main areas of use of waste heaps are highlighted – extraction of valuable components and as a source of valuable raw materials for the construction industry. Attention is focused on the technological, economic and social aspects of the feasibility of industrial development of waste heaps, as well as the main reasons that currently complicate this process. uk Інститут фізики гірничих процесів НАН України Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва Техніко-економічні проблеми гірничого виробництва Створення класифікації способів використання відходів вуглевидобутку Creating classifications of ways to use coal mining waste Article published earlier |
| spellingShingle | Створення класифікації способів використання відходів вуглевидобутку Чоботько, І.І. Техніко-економічні проблеми гірничого виробництва |
| title | Створення класифікації способів використання відходів вуглевидобутку |
| title_alt | Creating classifications of ways to use coal mining waste |
| title_full | Створення класифікації способів використання відходів вуглевидобутку |
| title_fullStr | Створення класифікації способів використання відходів вуглевидобутку |
| title_full_unstemmed | Створення класифікації способів використання відходів вуглевидобутку |
| title_short | Створення класифікації способів використання відходів вуглевидобутку |
| title_sort | створення класифікації способів використання відходів вуглевидобутку |
| topic | Техніко-економічні проблеми гірничого виробництва |
| topic_facet | Техніко-економічні проблеми гірничого виробництва |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189997 |
| work_keys_str_mv | AT čobotʹkoíí stvorennâklasifíkacíísposobívvikoristannâvídhodívvuglevidobutku AT čobotʹkoíí creatingclassificationsofwaystousecoalminingwaste |