ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦЕОЛИТОВ КУЗБАССА

6.2. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦЕОЛИТОВ КУЗБАССА

Народно-хозяйственное значение цеолитов Общие сведения

Предлагаемый раздел Программы подготовлен первооткрывателем Пегасского месторождения цеолитов, главным геологом литологической партии ПГП "Запсибгеология", кандидатом геолого-минералогических наук В. П. Болтухиным.

Состояние изученности проблемы.

В 70-е годы работами ПГП "Запсибгеология" выявлен крупный цсолитоносный район в бассейне р. Томи, вблизи п. Крапивино. Детально разведано и эксплуатируется Пегасское цеолитовое месторождение, способное удовлетворить потребности сельского хозяйства, коммунального хозяйства и промышленности Кемеровской области в этом виде высокоэффективного минерального сырья. Подготовленные к эксплуатации разведанные запасы месторождения составляют 36 млн. тонн.

Уже в 1989 году ПО "Кемеровоуголь" заложило на месторождении эксплуатационный карьер и артелью "Цеолит" было добыто, переработано и отправлено потребителям 21 тыс. т пегасских цеолитов. В настоящее время добыча сырья наращивается.

Параллельно с поисковыми и разведочными работами в 1988—92 гг. проведен большой комплекс научно-исследовательских работ по многоцелевому использованию цеолитов в Кузбассе: для очистки дымовых газов от окислов серы и азота, для очистки промышленных и хоз-бытовых сточных вод, для повышения урожайности почв, для использования молотых цеолитов в качестве добавок в корм скоту и птице, для изготовления лечебных препаратов и так далее.

В процессе выполнения программ "Цеолиты Сибири", "Цеолиты Кузбасса", "Цеолиты России" значительно расширился перечень областей применения природных цеолитов. Проведены опыты по их использованию при производстве строительных материалов, препаратов с фунгицидами и гербицидами, в цветоводстве, рыбном хозяйстве и пр. В научных исследованиях кроме ПГП "Запсибгеология" приняли участие ряд институтов Сибирского отделения РАН (в том числе Институт почвоведения и агрохимии, результаты исследований которого рассмотрены в томе 5 настоящей Программы), СО ВАСХНИЛ, КемТИП, СибНИИрыбпроект, Новокузнецкий НИИКПГИПЗ, КемНИИСХ и другие.

По результатам всего комплекса работ и составлена предлагаемая ниже комплексная программа использования цеолитов Кузбасса. Бурное развитие промышленности и сельского хозяйства, опирающихся на научнотехнический прогресс, сопровождается вовлечением в сферу использования новых видов минерального сырья. Одним из таких видов сырья с очень широким спектром применения являются цеолиты.

Цеолиты — минералы из группы каркасных алюмосиликатов с общей формулой M_x/n[(AlO₂)_x(SIO₂)_y.wH₂O]

где: М — катион с валентностью п, xv число молекул воды, у/х в зависимости от структуры принимает значение от 1 до 5.

Во внутрикристаллическом пространстве широкополостных цеолитов имеется система микропор, в которых располагаются обменные катионы и молекулы воды. Эти особенности строения цеолитов объясняют их уникальные адсорбционные катионообменные и каталитические свойства, которые используются в промышленности и 'сельском хозяйстве.

В настоящее время в природе известно около 40 разновидностей минералов — цеолитов. Из них наибольшее практическое значение имеют следующие: филлипсит 2,6 (диаметр пор в ангстремах), клиноптилолит — 3,5; мордснит ~ 3,9; шабазит 4,3. На основе природных цеолитов можно получить молекулярные сита с другими размерами входных окон (до 6—9 ангстрем).

Цеолиты, обезвоженные путем нагревания, приобретают способность сорбировать молекулы различных веществ, которые по своим размерам не превышают диаметра входных окон (молекулярно-ситовой эффект).

При изменении условий, сорбированные молекулы могут быть легко удалены, а обменные катионы заменены другими, в результате чего цеолиты легко регенеруются и могут работать в многоцикловом режиме. Обработка цеолитов растворами кислот, солей и щелочей позволяет модифицировать их и целенаправленно изменять свойства применительно к решению поставленных задач.

Основные направления использования природных цеолитов в народном хозяйстве

Несмотря на то, что цеолиты известны с давних времен, широкое внедрение природных цеолитов в сферу промышленного производства только начинает осуществляться.

 Это связано с тем, что до последнего времени не было известно крупных месторождений цеолитового сырья, пригодных для промышленной разработки. Потребность в адсорбентах подобного типа послужила причиной создания в экономически развитых странах промышленности синтетических цеолитов.

В СССР и за рубежом синтетические цеолиты в больших объемах используются в самых различных областях науки и промышленности. Природные цеолиты по своим основным полезным свойствам либо не уступают, либо мало уступают синтетическим, а по некоторым показателям превосходят их.

В течение последних 20—25 лет были выявлены крупные месторождения природных цеолитов в породах вулканогенного происхождения в США, Японии, ВНР, ВНР, Кубе, СФРЮ, Италии, Франции и СССР. По-видимому, наиболее крупными запасами цеолитов обладают СССР и США.

Экономическая оценка эффективности добычи цеолитов из месторождений США показала, что разработка бедных месторождений с последующим обогащением сырья обходится в 20 раз дешевле производства синтетических, а добыча мономинеральных залежей дешевле в 100 раз.

Стоимость одной тонны цеолитов в Японии составляет 50—200 долларов и зависит от чистоты продукта и характера предварительной обработки.

Наиболее богатый опыт использования цеолитосодержащего сырья имеется в Японии. По данным Т. Кагио, наибольшее количество цеолитосодержащих пород применяется в качестве наполнителей при производстве резины и бумаги (30000—36000 т/год), для кондиционирования почв (4800—6000 т/год), для добавления в корм домашним животным (4300—6000 т/год). Всего за год в Японии потребляется 80—90 тыс. тонн природного цеолита.

В США природные цеолиты разрабатываются и применяются целым рядом компаний, которые используют природные цеолиты с целью получения катализаторов и молекулярных сит для нефтеперерабатывающей промышленности, как адсорбента при осушке и очистке газов, очистке сточных вод.

Природные цеолиты используют в некоторых зарубежных странах для удаления из радиоактивных растворов изотопов цезия и стронция. В ФРГ для этой цели применяют смесь природных цеолитов с другими природными минералами (фильтролит). По данным комиссии по атомной энергии США природный клиноптилолит можно использовать для ионной дезактивации вод с низкой радиоактивностью.

В СФРЮ, ФРГ, Италии и других странах цеолитовые туфы используются в цементной промышленности. По данным Мамптона (1973) в одной только СФРЮ для получения цементов используется 200 тыс. тонн цеолитов в год.

Приведенные выше цифры являются ориентировочными и не в полной мере отражают масштабы применения цеолитов за рубежом, так как вопросы практического применения цеолитов являются профессиональными секретами фирм. Фактически объем потребления цеолитов за рубежом постоянно возрастает. В последние годы разработаны новые перспективные области применения цеолитов в энергетике, холодильной технике, химической и пищевой промышленности, природоохранных мероприятиях.

В СССР промышленные месторождения цеолитов не были известны до 1969 года. Работами сотрудников ВНИИгеолнеруд во главе с доктором геолого-минералогических наук А. С. Михайловым были определены районы и площади, перспективные на цеолиты. На этих площадях непосредственно институтом, либо территориальными геологическими организациями, было открыто 20 месторождений с суммарными прогнозными запасами порядка 1 млрд. тонн клиноптилолита и мордснита.

Одновременно с геологическими работами в нашей стране проводятся промышленные, опытно-промышленные и лабораторные технологические исследования с целью определения путей использования природных цеолитов. В настоящее время имеются три основных области их применения:

1.   Охрана окружающей среды;

2.   Промышленность;

3.   Сельское хозяйство.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦЕОЛИТОВ В СФЕРЕ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Очистка отходящих газов от окислов серы

На Алавердском ГМК внедряете^ установка для извлечения двуокиси серы из газовых отходов, Расчеты показывают, что экономический эффект на весь объем отходящих газов Алавсрдского ГМК составит около 1 млн. рублей в год. Применение цеолитов для этой цели только на аналогичных предприятиях Минцветмета СССР может дать экономический эффект около 10—15 млн. рублей, причем помимо эффек-

 59

 та охраны окружающей среды, в процессе очистки газов получается дополнительно 0,8-1,0 млн. тонн серной кислоты.

Очистка высокомутных вод для питьевого и промышленного водоснабжения

В Азербайджане на опытных установках с зернистой загрузкой из дробленной цеолитсодержащей породы (туфа) отработан технологический процесс очистки воды р. Куры. При этом установлено, что при мутности воды до 150 мг/л и скорости фильтрования 5—8 м/час достигается устойчивый эффект очистки ее до норм ГОСТа 2874—73 "Вода питьевая". В настоящее время в стадии пуска находится промышленная установка производительностью 10 тыс. м воды в сутки для очистки вод р. Куры. Экономический эффект от внедрения установки составит 250 тыс. рублей.

Очистка городских сточных вод от аммонийного азота

Исследования по очистке бытовых сточных вод от аммонийного азота, проведенные на Тушинской станции аэрации в г. Москве,' показали, что ионобменный метод с применением клиноптилолита является наиболее перспективным из существующих методов. Одновременно вода очищается от щелочноземельных и цветных металлов.

Применение клиноптилолита водородной формы для доочистки сточных вод от ионов Са приблизительно в 8 раз дешевле, чем применение катионов и анионитов. Стоимость очистки с использованием клиноптилолита является наиболее низкой и на установке производительностью 10 тыс. м /сутки составляет 0,3 коп. за кубометр.

ПРИМЕНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Осушка и очистка природного газа

Природные цеолиты для этой цели уже применяются в промышленности на Минибаевском газоперерабатывающем заводе им. Ленинского комсомола. В течение трех лет эксплуатации адсорберы с загрузкой по 18 т клиноптилолита с месторождения Дзегви обеспечивали глубокую и стабильную степень осушки природного газа (минус 65—70 С по точке росы). Годовой экономический эффект составил 80 тыс. рублей.

На основании опытно-промышленных испытаний, проведенных АзВНИИГазом установлено, что природные цеолиты могут применяться дли осушки природного газа при подготовке его к дальнейшей транспортировке на всех газовых месторождениях! СССР в условиях пониженных устьевых; давлений. В результате достигается экономия 1,3 млн. рублей в год (по сравнению со способом искусственного охлаждения).

Осушка воздуха и азота

В промышленном масштабе осушка воздуха и азота внедрена на Нижнекамском ПО "Нефтехим". Замена материалов, используемых для осушки воздуха и азота, природными цеолитами дает годовую экономию только по этому предприятию 120 тыс. рублей в год. Также проведены лабораторные и опытно-промышленные испытания по осушке природными цеолитами технических масел, фреоновых смесей в холодильной промышленности и т. д. Во всех случаях доказана более высокая эффективность и большая экономичность осушки природными цеолитами по сравнению с другими известными способами.

Применение природных цеолитов при изготовлении цементов

Опытно-промышленные испытания проведены в объединении Главтюменьнефтегаз" Министерства нефтяной промышленности на Самотлорском месторождении нефти. Добавление 8—12% природного цеолита месторождения Сокирница, гидрофобизированного кремне-органической жидкостью ГКЖ-94, вдвое уменьшает величину сжатия тампонажного раствора в период схватывания и раннего твердения, что обеспечивает лучшую газоводонепроницаемость, а также уменьшает вязкость раствора и повышает прочность затвердевшего цемента.

В качестве активных добавок природные цеолиты Айдагского месторождения применяются в промышленном масштабе на Таузком цементном заводе (Азербайджанской ССР) для изготовления высокодекоративных цементов, начиная с 60-х годов. Замена ра-^ нее применяемых каолиновых глин природными цеолитами позволили увеличить марку цемента и улучшить его декоративность.

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРФОВ И САПРОПЕЛЕМ В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ

КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Одной из насущных экологических проблем является проблема состояния земельных ресурсов. Рост населения и технический прогресс обуславливают повышение антропогенной нагрузки на окружающую природу, в том числе и на сельскохозяйственные угодья. Негативные изменения в земельном фонде связаны как с процессами интенсивного земледелия, так и с изъятием сельскохозяйственных угодий под городское и сельское строительство, строительство и расширение промышленных предприятий, дорог, открытых горных выемок, созданием "лунных ландшафтов" на подработанных шахтных полях и т. д. Нарастание сухости, дегумификации почв, засоление, повышение их кислотности, развитие эрозионных процессов, загрязнение ландшафтов токсическими соединениями приводят к потере плодородия и даже полному разрушению почв.

Особенно остро проблемы сохранения и улучшения плодородия пахотных земель стоят для Кемеровской области, характеризующейся большой плотностью крупных промышленных и горнодобывающих предприятий. При общей площади всех землепользовании области 9572,6 тыс. га, на 1.01.1969 года под городами, промышленными предприятиями, дорогами и т. д. было занято более 712 тыс. га (Трофимов, 1975), к тому же более половины земельного фонда Кузбасса составляют горно-таежные области, являющиеся регулятором водного баланса и, следовательно, не подлежащие вовлечению в сельскохозяйственное освоение.

По данным Кемеровского агропрома на 1.01.1987 г. пахотные земли в Кемеровской области составляли 1557,6 тыс. га., из них 541 тыс. га приходилась на кислые и 9,3 тыс. га на засоленные почвы. С учетом численности населения области 3081 тыс. чел., на каждого кузбассовца приходится около 0,5 га пашни.

Большая часть пахотных земель области представлена малоплодородными серыми лесными и дерново-подзолистыми почвами, выщелоченными и оподзоленными черноземами и лишь менее половины их сложена плодородными черноземами, которые в процессе интенсивного землепользования сильно истощены. Резервы пахотных земель по данным С. С. Трофимова (1975) составляют по области 60—85 тыс. га, причем половина из них — торфяные болота и заболоченные массивы.

Таким образом, вопросы обеспечения населения Кузбасса сельскохозяйственной продукцией вплотную связаны с повышением урожайности имеющихся сельскохозяйственных угодий, их сохранением и вовлечением в сельскохозяйственное освоение техногенных территорий (восстановление земель с нарушенным почвенным покровом и с целью возврата их к сельскохозяйственному использованию) .

Решение этих вопросов невозможно без облагораживания — пахотных земель, восстановления их плодородия, что в прямую связано с обеспечением агропромышленного комплекса области достаточным количеством удобрений.

Расчеты, основанные на опытных данных научных учреждений и передовой практики, показывают, что при современном уровне агротехники только за счет применения удобрений без расширения посевных площадей можно увеличить ежегодное производство зерна в Западной Сибири на 40—45%, картофеля и кормовых культур — на 70— 75%, овощей на 100%.

В настоящее время в регионе на 1 га пашни вносится в 3 раза меньше удобрений, чем в целом по РСФСР и в 6 раз меньше, чем в СССР (Гамзиков и др., 1985). Зависимость урожайности от внесения удобрений наглядно иллюстрируется (Жуков и др. 1988) тем, что за период 1981—85 гг. колхозы и совхозы Западной Сибири собрали всего по 12,4 ц/га (внесли по 43 кг/га действующего вещества), а опытнопроизводственные хозяйства — по 20,7 ц/га (внесли по 122 кг/га действующего вещества).

По данным ИПА СО АН СССР, ИЭ СО ВАСХНИЛ и СибНИИ экономики сельского хозяйства для предотвращения дальнейшего истощения пахотных земель Сибири и улучшения их плодородия необходимо резко увеличить уровень внесения минеральных удобрений и довести его, по крайней мере, до 70—75 кг действующего вещества на га. Это потребует 0,8—1 млн. т удобрений (в пересчете на Рз05) ежегодно.

До последних лет эта потребность удовлетворялась за счет централизованных поставок лишь на 15—20%, а в последние годы, в связи с разбалансированностью хозяйственных связей, поставки удобрений еще сократились. Очевидно, улучшения положения с обеспеченностью привозными удобрениями в обозримом будущем ожидать не приходится. К тому же повышение цен на сырье и значительное увеличение транспортных расходов резко снижают экономическую эффективность их использования.

Собственной промышленности по производству минеральных удобрений (кроме азотных) в Сибири нет из-за отсутствия крупных, легко доступных месторождений традиционного агрохимического сырья, особенно фосфоритов и калийных солей.

Известную роль в решении проблемы удобрений могут сыграть местные агрохимические ресурсы, которым до последних лет практически не уделялось внимания.

Органические удобрения, приготовленные на основе торфа, сапропели, торфовивианиты, повышают урожайность на 10—30%, карбонатные сапропели улучшают кислые почвы, что так же увеличивает продуктивность пашни. В условиях Кемеровской области, где на долю кислых почв приходится порядка 35% пахотных земель, их химическая мелиорация должна дать большой эффект. По данным Жукова и др. (1988) каждый рубль, затраченный на известкование, приносит 2—3 рубля чистого дохода, причем затраты окупаются прибавками уро(|жая первых двух лет.

Не менее важное значение для повышения плодородия почв имеет органическое вещество. Потребность в нем по Кемеровской области на 1990 год по данным Кемеровской станции химизации составила 9300 тыс. т. Удовлетворить эти потребности без использования торфяных месторождений, видимо, нельзя. Желательно для этих целей использовать месторождение болотных фосфатов и фосфатно-карбонатно-торфяных смесей, позволяющих одновременно вносить в почву органику, кальций и фосфор. Потребность области в фосфоре по данным Агропрома на 1995 г. составит 75 тыс. т действующего вещества при фактическом внесении 30 тыс. т в 1988 г. Таким образом, потребность значительно выше существующих поставок, что свидетельствует о необходимости разведки и освоения местных месторождений болотных фосфатов.

Торфа Кемеровской области

Кемеровская область довольно хорошо изучена в отношении торфов. На 1.01.1988 г. здесь выявлено 277 месторождений торфа с суммарными запасами и ресурсами 199,9 млн. т. Из них на долю крупных месторождений с запасами и ресурсами более 1млн. т (34 месторождения) приходится 160 млн. т., или 80% запасов.

Распределение запасов по районам области очень неравномерно. 75% всех запасов (149 млн. т) и наиболее крупные месторождения сосредоточены на севере области, в Мариинском, Тисульском, Тяжинском и Юргинском районах. В южных районах области месторождения преимущественно мелкие, но многочисленные. Особенно много их в Топкинском (37), Беловском (37) и Крапивинском (24) районах (приложение N 1).

Основная масса торфяных месторождений области приурочена к низким террасам и поймам рр. Томь, Иня, Яя, Кия и их притокам, а также к левобережным притокам р. Чулым. Торфа низинного типа, связанные с заболоченными поймами и старицами, реже — займищные. Мелкие месторождения чаще всего имеют овражно-балочный характер. В Мариинском, Ижморском и Новокузнецком районах установлены также переходные и верховые торфа.

Торфяные залежи области сложены, в основном, хорошо разложившимися (степень разложения 30—40%) часто фосфатными высокозольными торфами, причем высокая зольность обусловлена, чаще всего высокими содержаниями окислов кальция (карбонатные торфа). По данным Салмина Л. Н. и др. (1985) они обогащены азотом (до 6% на сухое вещество). Кроме того в них установлен широкий спектр микроэлементов, необходимых для развития растений, таких как марганец, медь, цинк, бор, молибден, ванадий, кобальт. Характерно отсутствие, как правило, канцерогенных и других вредных элементов, таких как сурьма, висмут, селен и кадмий. Ртуть присутствует в стотысячных долях %, мышьяк — менее сотых долей %.

Состав торфяных залежей области позволяет использовать их в сельском хозяйстве не только для изготовления различной продукции на торфяной основе, но и в "чистом" виде, как органическое удобрение.

Похожие работы

Минеральные ресурсы России

Скачать

46012

2

3

... доминирует: твердое топливо (79,5%), далее идут газ (6,9%) и нефть (6,5%). Для остальных видов полезных ископаемых – 7,2%. 6. Возможности и проблемы освоения минеральных ресурсов России Сегодня, как в прошлые века, минерально-сырьевые ресурсы остаются незаменимой материальной основой развития общества. Но в последние десятилетия наметился ряд объективных тенденций, снижающих эффективность ...

Минеральные ресурсы России, Украины и Казахстана

Скачать

23073

0

0

... (производства), специализированные на минеральные ресурсы экспортно-импортные организации. К числу весьма значимых естественных национальных достояний (богатств) многих суверенных стран относятся их минеральные ресурсы (полезные ископаемые), которые являются одним из главных факторов успешного и прогрессивного экономического развития, а также роста производительных сил, промышленного потенциала и ...

Статистика ресурсов окружающей среды

Скачать

54309

13

0

... в результате лесомелиоративных и агротехнических мероприятий снижается поверхностный сток воды с пашен в 2 раза, слой снега с полей - на 30 %, а непродуктивное испарение - на 15-20 %. Как подсистема статистики окружающей среды, статистика лесных ресурсов включает комплекс показателей, которые характеризуют наличие, состояние, восстановление лесных ресурсов, меры по их охране и уходу за ними, ...

Исследование рынка минерального сырья

Скачать

164153

13

0

... действующие, предложения. Практически необходимо разработать "Новую государственную политику в области минерального сырья", исходя из принципа национальной безопасности России. Определить, что основной задачей государственного регулирования отношений в МСК является укрепление системы геологических исследований и обеспечение воспроизводства минерально-сырьевой базы, ее рационального использования ...