научная статья по теме ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ РЕСУРСОВОСПРОИЗВОДЯЩИХ ГОРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ РЕСУРСОВОСПРОИЗВОДЯЩИХ ГОРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

Воробьев А.Е., доктор технических наук, зав. кафедрой Соколов И.В., ассистент (Российский университет дружбы народов)

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ РЕСУРСОВОСПРОИЗВОДЯЩИХ

ГОРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Мы живем в постиндустриальном мире. Считается, что основной ценностью в таком обществе является информация, в то время как другие производные общественной деятельности, науки и техники лишь носители соответствующих паттернов информации.

С другой стороны, информация - нематериальный объект - должна перерабатываться и способствовать совершенствованию производства материальных объектов.

Ноогенная техносфера - открытая система, активно взаимодействующая с окружающей биогеосредой. Естественно, что самоподдерживающейся такая система быть не может. Следовательно, создатель системы должен прилагать максимум усилий для ее поддержания в пригодном для жизни состоянии.

И эта задача постепенно становиться центральной во множестве наук.

Численность населения на планете неуклонно растет, соответственно этому растут потребности общества в энергии, питании, средствах транспорта и т.п. [0]. Естественно, что все больше необходимо металлов - черных, цветных, редкоземельных.

К настоящему времени накоплен огромный объем горных отходов, которые было нерентабельно перерабатывать на целевой продукт. Но в конце XX века проф. А.Е. Воробьевым были предложены схемы рудовоспроизводящих технологий [0], которые позволяют переводить убогие отходы в рудный техногенный материал.

Основой развития ТМ служит миграция ионов металлов вследствие увеличения их подвижности при превращении оксидов в растворимые соли.

Вопрос сейчас заключается не в том, нужно ли использовать ресурсовоспроизводящие технологии, а в том, как оценивать их влияние. При этом следует отличать ТМ от техногенного минерального объекта (ТМО).

Существенное отличие их заключается в том, что ТМО представляет собой, по существу, отвал, насыпь и т.п. структуру, сформированную случайным образом при отработке месторождений или складировании отходов металлургии, тогда как ТМ - это целенаправленно созданная на основе фундаментальных научных изысканий технологическая структура, в которой происходит целеполагаемое перемещение или создание ценных компонентов из некондиционных минеральных отходов.

Рассмотрим подробнее возможные экологические выгоды и риски ТМ и ТМО (рис. 1).

Видно, что выгод от перевода ТМО в ТМ для экологии (местной или общей) больше, чем недостатков.

Интенсивность ведущихся в этой области исследований и умножающееся число конференций по ресурсовоспроизводящим, малоотходным и природоохранным технологиям освоения недр, многие из которых организованы проф. А.Е. Воробьевым, позволяют надеяться на положительное решение многих вопросов в области экологической, сырьевой и экономической безопасности России.

Экологические аспекты формирования ТМ и 1МО

2. шт

1.1.

Еззобновление ресурсов

ландшафта

1.3. Рационаиьнэе ■.

использование неЕ о стр е б се азяюг

о техногенного 1фта

2.2. Увеличенное

гашение

1.5. Концентрация потенциально вредного производства на малом ареггае

Чи У

4. Занятие большой площади(особенно в сравнении с ТМ)

Рис. 2. Факторы, определяющие экологическое влияние ТМ и ТМО

ЛИТЕРАТУРА

1. Воробьев А.Е., Гладуш А.Д., Чекушина Т.В. Основные факторы промышленного синтеза техногенной нефти в литосферных реакторах. // Технологии ТЭК. 2007. № 5. - С. 80.

2. Воробьев А.Е. Ресурсовоспроизводящие технологии горных отраслей. - М.: МГГУ. 2001. - 150 с.

Мишланова М.Ю., кандидат технических наук, доцент Московского государственного строительного университета

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ «МАССИВ ТВЁРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ - ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА»

В аэробной зоне массива твёрдых бытовых отходов протекают экзотермические реакции разложения органических веществ, за счёт процессов саморазогрева аэробная зона массива становится источником тепловой энергии. Возникновение техногенного энергоисточника приводит к изменению естественного теплового баланса исследуемой системы и возникновению аномального температурного поля.

Исследованию подвергается физическая область, ограниченная зоной влияния полигона ТБО на окружающую среду (рисунок 1). Система включает аэробную зону техногенного массива, анаэробную зону техногенного массива, прилегающий грунт и окружающую среду. Прилегающий грунт выделен в самостоятельную подсистему, так как подвержен энергетическому воздействию в большей степени, чем другие природные компоненты.

Рис. 1. Энергетическая структура системы

В реальных условиях изменение состояния исследуемой системы «техногенный массив ТБО - окружающая среда» происходят неравновесно и необратимо. Однако опыт и теоретический анализ показывают, что многие реальные неравновесные и необратимые процессы энергетического взаимодействия могут быть с достаточной точностью описаны равновесными моделями для обратимых процессов.

Все процессы, протекающие в данной зоне, включая предмет термодинамического исследования - формирование температурного поля, - развиваются со значительным масштабом координат времени и малым относительным изменением параметров состояния. При малой скорости развития процессов и незначительных изменениях параметров процессы в большой степени удовлетворяют представлению о равновесности и обратимости.

В теле массива ТБО и грунта существует локальное равновесие, например в микропорах. Моделирование тепловых явлений предполагает разложение данных подсистем на элемен-

тарные объёмы, где высока вероятность локального равновесия, и, соответсвенно, процессы в которых можно считать равновесными и обратимыми. Тогда применительно к этим элементарным объёмам будет действовать метод анализа классической термодинамики и модель равновесного процесса. Однако в количественных соотношениях теоретически обоснованной модели учтём условия неравновесности и необратимости. Уравнение первого начала термодинамики в дифференциальной форме имеет вид

ёд = ёи + ёЬ ,

где ёд - количество приведённой теплоты, учитывающее неравновесность и необратимость в элементарном процессе;

ёи - изменение внутренней энергии элементарного объёма;

ёЬ - внешняя работа, выполненная в ходе необратимых процессов.

Ограничивая систему зоной влияния массива ТБО на окружающую среду, рассмотрим трактовку первого начала термодинамики для подсистем и внутрисистемных связей. Целью данного исследования является определение теплового потока, осуществляющего основную энергетическую связь между подсистемами, в отношении передачи какой-либо работы принимаем допущение об изолированности

ёЬ = 0.

Учёт работы, преобразующейся за счёт необратимости и неравновесности в теплоту внутреннего теплообмена, произведём следующим образом

ёд = ёд * +ёд **

ёд * - обратимая подведённая или отведённая теплота;

ёд ** - необратимая энергия внутреннего теплообмена.

Тогда в условиях нашей задачи первое начало термодинамики трактуется следующим образом: все внутрисистемые тепловые потоки трансформируются в изменения внутренней энергии, которые формируют тепловое поле системы

ёд = ёд * +ёд ** = ёи

Решая не только частную задачу температурного поля системы, но и более общую -адаптации техногенного массива в окружающей среде, рассмотрим второе начало термодинамики относительно исследуемой системы и подсистем

*

Т

где £ - полная энтропия.

Известно, что знак равенства в рассматриваемом выражении характеризует состояние равновесия системы. В случае необратимого неравновесного процесса приращение энтропии возникает за счёт обратимого количества теплоты и необратимой диссипативной трансформации энергии. Таким образом, энтропия исследуемой системы и подсистем характеризует смещение состояния от равновесного и обратимого

ё£

необр

ёЯ * + ёд **

ё£необр >

Т ё£* Т

Т

Аэробная зона как неравновесная открытая подсистема с температурой Т1 и протекающими в ней необратимыми процессами является теплоотдатчиком (-dQ1)

^аэр > ~ Т1

Необратимость и неравновесность предполагают возможность уменьшения энтропии в установившемся режиме функционирования аэробной зоны как открытой подсистемы. При большом количестве отдаваемой теплоты вероятность уменьшения энтропии аэробной зоны и интенсивность этого явления увеличиваются

¿01

< аЭр < 0

Т1

Приращение энтропии может стать величиной положительной в случае превышения необратимой составляющей над количеством обратимой отдаваемой теплоты, что в реальных процессах функционирования массива ТБО не наблюдается. Данное явление может иметь значимость в период, когда техногенный энергопоток уменьшается, и в рассматриваемой зоне положительная теплота саморазогрева за счёт диссипации энергии превысит уменьшающееся отрицательное значение отдаваемой тепловой энергии.

Анаэробная зона массива, характеризуемая температурой Т2, является по отношению к вышележащим слоям теплоприёмником и теплоотдатчиком по отношению к прилегающему грунту. Внутри зоны часть теплоты (dQ2) тратится на повышение температуры самой зоны, то есть её энтропия увеличивается

¿02

ан > '

Т2

Прилегающий грунт получает некоторое количество теплоты (dQ1- dQ2), повышающее его температуру Т3. Поверхность, на которой естественное температурное поле не подвергается воздействию техногенного массива, является границей исследуемой системы.

„ > ^ - «02

гр т

Т3

Изменение полной энтропии исследуемой системы исходя из принципа аддидивности может быть определено как алгебраическая сумма

¿5сист = аэр + ан + гр > >-0 + 0 + ¿01 -¿02 >

Т Т2 Тз

Г 1 1 ^

> ¿01 — -^Т + ¿02

Г 1 1 ^

V Т3 Т1У

т.к.Т1 > Т2 > Т3

V Т2 Т3 У

> 0,

Приращение энтропии рассмотрено без учёта тепловых потоков из вне, то есть принято допущение об изолированности системы. Полная энтропия неравновесной изолированной системы «техногенный массив - окружающая среда» увеличивается, так как увеличение энтропии анаэробной зоны и прилегающего грунта больше, чем уменьшение энтропии аэробной зоны.

Изменение энтропии, знак и величина которого характеризуют направление и интенсивность смещения равновесия, служит количественным критерием, определяющим степень равновесия природно-техногенной системы. У

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком