Разработка техногенных месторождений как способ решения экологических проблем региона

В приповерхностной зоне техногенных  отложений под воздействием кислорода, воды, фильтрационных электрических полей и других факторов происходят интенсивное растворение и миграция металлов и их соединений. При этом могут образовываться обеднённые и обогащённые металлом участки с восстановленными и окисленными формами его нахождения. Например, в участках хвостохранилищ с восстановленными сульфидами нередко наблюдаются повышенные содержания золота, а в зонах окисления возможно накопление серебра.

В настоящее время опыт разведки техногенных месторождений  невелик. Наиболее тщательно такие  исследования выполнены на Урале, поэтому  ниже приводятся особенности состава  и строения ТМ в основном Урала, используя  в некоторых случаях так же обобщённые данные по месторождениям бывшего СССР.

3. ТМ топливно-энергетического комплекса

Одной из важных проблем  исследования шлакозольных отвалов теплоэлектростанций (ТЭС) является изучение их состава и количества микропримесей, возможно, представляющих ценность как сырьё для извлечения этих микропримесей.

Воздействие на водные ресурсы.

На всех электростанциях  АО «Свердловэнерго» организовано оборотное водоснабжение. Однако, несмотря на наличие замкнутого цикла водоснабжения, в действительности существует сброс загрязнённых вод с золоотвалов в поверхностные и подземные водные системы. Основной причиной сброса являются фильтрационные потери оборотной воды из гидрозолоотвалов через ограждающие дамбы и их основания.

Химический состав оборотной  воды электростанций АО «Свердловаэнерго» характеризует таблица 3.

Таблица 3.

Химический состав оборотной  воды электростанций АО «Свердловэнерго».

Элемент	Содержание, мг/л*	ПДК элементов в воде водоёмов различного назначения			Кратность превышения ПДК**
		Хозяйственно бытового назначения, мг/л	Рыбохозяйственного пользования, мг/л
Al	0,61 – 2,73	0,5		-		-
V	0,0046 – 0,23	-		0,001		4,6 – 230
Fe	0,14 –0,39	0,3		0,1		1,4 – 3,9
Si	6,1 – 16,4	10,0		-		-
Mn	0,024 – 0,087	-		0,01		2,4 – 8,7
Cu	0,002 – 0,014	1,0		0,001 медь-ион		2 – 14
Mo	0,0009 – 0,067	0,25		0,0004 по Мо +6		2,3 – 170
As	0,2 – 0,9	-		0,05		4 – 18
Ni	0,0049 – 0,031	0,1		0,01 по иону		0 – 3,1
Ti	0,042 – 0,28	0,1		-		-
F	0,2 – 10	0,7		0,05		4 – 200
Cr	0,0026 – 0,051	0,5		0,005		0 – 10,2

* Изменение содержания  каждого из элементов обусловлено  сжиганием углей разных типов  и зольности (Экибастузский –  до 43%, Волчанский – 20-37%, Буланашский – 20-37%, Кузнецкий – до 22%).

**Использованы значения  рыбохозяйственных ПДК.

Из таблицы 3 следует, что  в оборотных водах всех золоотвалов имеет место превышение ПДК для всех элементов, а для V, Мо и F - до 170-230 раз. Объём сброса оборотной воды с золоотвалов АО «Свердловэнерго» составляет не менее 7,6 млн3/год в поверхностные водоёмы (реки, ручьи) и более 50 млн3/год в горизонты подземных вод посредством фильтрации через основания дамб.

Воздействие на земельные  ресурсы.

Площади, занимаемые каждым золоотвалом, измеряются сотнями гектаров, составляя в целом для АО «Свердловэнерго» не менее 3100 га, а с учётом площади санитарно-защитных зон (около 1700 га) из землепользования исключается 4800 га только для одной Свердловской области.

 

Воздействие на атмосферу.

Основными источниками загрязнения  атмосферы являются пылящие поверхности  золоотвалов. Их негативное воздействие заключается в загрязнении воздушного бассейна неорганической пылью в результате ветровой эрозии сухой части поверхности отвалов. Результаты расчётов показали, что для золоотвалов АО «Свердловэнерго» площадь пылящих поверхностей составляет около 600 га, т.е. около 20% общей площади золоотвалов, а суммарный объём пылевыделения превышает 1700 т/год.

Риск экологических последствий  аварийных ситуаций.

Экологический риск, т.е. вероятность  возникновения неблагоприятных  для ОС и человека последствий  складирования золошлаковых отходов на золоотвалах обуславливается возможностью прорыва ограждающих дамб, что в действительности хотя и не часто, но имеет место.

Таким образом, в свете  рассмотренного воздействия золоотвалов на ОС, совершенно очевидна необходимость проведения исследований по утилизации техногенных отходов, накапливающихся в золоотвалах топливно-энергетического комплекса России. В решении этой проблемы заинтересован и топливно-энергетический комплекс, выплачивающий многие сотни миллионов рублей в год за загрязнение ОС, складирование отходов, изъятия земель.

4. ТМ угольной отрасли

При добыче и обработке  ископаемых углей возникает большое  количество отходов, содержащих кроме  пустой породы значительное количество угля.

Первую группу этих отходов  составляют углесодержащие вскрышные (при открытой добыче угля) и шахтные  породы, т.е. ТМ горнодобывающей промышленности, возникающие при добыче полезных ископаемых. К настоящему времени  нет достаточных сведений о ежегодных  масштабах образования и складирования  в отвалах подобных отходов. Наиболее изучены они в Кузнецком бассейне, где, по ориентировочным расчётам, ежегодно получают 12-15 млн.т вскрышных пород со средней зольностью 72-86%.

Вторую группу представляют отходы углеобогатительных фабрик, где  они составляют 5-40% от перерабатываемой массы добытого сырья и превышают 1 млн.т/год на каждой фабрике. В зависимости от способов обогащения угля образуются кусковые и мелкодисперсные отходы соответственно при гравитационном и флотационном методах обогащения. Выход кусковых углеотходов обогатительных фабрик Кузнецкого бассейна составил в 1987 году около 11,5 млн.т, а Уральских – 4,8 млн.т.

Содержание углерода зависит  от качества обогащения.

Углеотходы представляют интерес для цементной промышленности, которая может утилизировать значительный их объём. Например, в Польше ежегодно используют 40 000 т отходов углеобогащения, применяя их в качестве компонента исходного сырья цемента в количестве 8-18%. На Днепродзержинском цементном заводе в сырьевую смесь вводят 8-9% углеотходов. На Одесском цементном заводе используют углемоечные отходы коксохимического производства для частичной замены глины и снижения расходов топлива на обжиг клинкера (около 11%).

Воздействие отходов обогащения углей на ОС аналогично, по-видимому, воздействию золоотвалов ТЭС, рассмотренному выше.

5. ТМ цветных и редких металлов

ТМ этой группы объединяют ТМ, возникающие при добыче, обогащении и переработке продуктов обогащения руд цветных (Cu, Zn, Pb, Al и Mg) и редких (Ni, Sn, Mo, W, Bi, V, Co, As, Sb и Hg) металлов. Как правило, ТМ этой группы относятся к месторождениям смешанного типа, т.е. пригодны как для доизвлечения металла, так и получения стройматериалов.

ТМ, сложенные вскрышными и вмещающими породами и некондиционными  рудами, представлены рыхлыми, полускальными  и скальными горными породами и рудами различного вещественного  состава, слагающими коренные месторождения. В этом типе месторождений обычно не наблюдается закономерностей  в распределении наиболее богатых  металлом участков.

ТМ, возникающие при обогащении руд, представлены хвостохранилищами, сложенными измельчённым материалом с водонасыщением до 20-50%, плотностью от 1,5 до 2,5 т/м3 и содержанием глинистых частиц до 50%.

При флотационном обогащении основная масса хвостохранилищ представлена пылевидным материалом, а при гравитационном – мелкозернистым. В пылевидном материале частиц с диаметром менее 0,1 мм свыше 25%, а в мелкозернистом – частиц с диаметром меньше 0,1 мм менее 25%.

Полезные компоненты распределены в хвостохранилищах неравномерно. Возникновение участков с повышенной концентрацией металла зависит не только от изменения показателей технологии обогащения, но и от ряда других факторов, таких как:

временной режим и место  сброса пульпы, которые не являются постоянными;

рельеф дна хвостохранилища;

окислительные и восстановительные  процессы в приповерхностной зоне (см. выше).

Металлоносные участки представлены системой разобщённых пластообразных, линзообразных, изометрических и неправильной формы тел.

В хвостохранилищах помимо цветных и редких металлов наблюдаются повышенные содержания благородных металлов (Ag, Au, Pt) и редкоземельных и рассеянных металлов (Ge, Se, Te и др.).

Шлаки металлургического  производства имеют две разновидности:

литые, поступающие в шлакоотвалы в горячем состоянии;

гранулированные – исходные шлаки после предварительной  грануляции.

Распределение полезных компонент  в шлаках зависит от изменения  состава исходного сырья и  показателей извлечения различных  компонент, входящих в состав перерабатываемых концентратов, а так же от интенсивности  процессов вторичного перераспределения  металлов в них, которые для литых  шлаков проявляются лишь в приповерхностной части, а для гранулированных  – на большую глубину и более  интенсивно.

Особенно велики потери металлов при добыче и обогащении руд, а, следовательно, весьма значительны их запасы в ТМ горнодобывающей промышленности. Оценим эти запасы на примере крупнейшего  комбината нашей страны – Тырныаузского (Предкавказье), осуществляющего добычу и переработку вольфрамовых руд.

Кондиционными считаются  руды с содержанием триоксида вольфрама CWO3 >0,1%. В хвостах флотации содержание CWO3 <0,04%. В процессе подготовительных горных работ эксплуатационный блок расчленяется на кондиционные и некондиционные руды, выемка которых из недр осуществляется раздельно: кондиционные руды отгружаются на обогатительную фабрику, а некондиционные направляются в отвал.

ТМ цветных и редких металлов помимо доизвлечения основных полезных компонент и получения стройматериалов (щебень, песок, гравий, закладочный материал и т.д.) могут являться ценным источником попутных элементов, которые в начальный период добычи руд по тем или иным причинам не извлекались. Так, например, отвалы и хвосты медно-никелевых руд Норильска содержат промышленные с точки зрения современных технологий их переработки концентрации платиноидов, золота и серебра, которые ранее извлекались лишь частично. Практически все полиметаллические и медно-цинковые месторождения содержат Ag, Cd редкие и рассеянные элементы, потребность в которых резко возросла в последнее время, и промышленные кондиции на них в связи с этим существенно понизились.

 

6. Геоэкологические проблемы безопасности, глубокой безотходной переработки техногенных месторождений КМА и пути их решения.

Дан анализ состояния техногенных  месторождений, образовавшихся в результате переработки железистых кварцитов  горно-обогатительными комбинатами (ГОК) Курской магнитной аномалии (КМА), их вещественного состава и  отрицательного воздействия на окружающую среду. НПЦ "Экоресурсы" предложено оборудование и технологии переработки, извлечение полезных компонентов (немагнитное  железо-гематит, золото и др.) и удаление вредных примесей (тяжелых металлов, радионуклидов и др.), обеспечение  рентабельного и экологически чистого  безотходного производства.

В настоящее время регион Курской магнитной аномалии (КМА) можно рассматривать как фундамент  минерально-сырьевой безопасности нашей  страны. Можно с уверенностью утверждать, что объемы добычи и переработки  минерального сырья на КМА в ближайшие  годы будут только возрастать, что соответственно будет сопровождаться значительным возрастанием техногенной нагрузки.

Вопросы геоэкологической безопасности горного производства приобретают  с увеличением объемов добычи и переработки первостепенное значение.

Увеличение запасов минерального сырья возможно не только в результате интенсификации существующих и поиска новых месторождений, но и в результате освоения техногенных месторождений (хвостохранилищ), образовавшихся в  результате переработки, в частности, железистых кварцитов КМА. Общее  количество накопленных хвостов  на ГОКах КМА превышает 320 млн т. Вместе с немагнитными фракциями (гематитом, пиритом и т. д.) в шламохранилища сбрасываются золото, уран и редкоземельные элементы. По данным ГП "Невскгеология", в хвостохранилище только Михайловского ГОКа ежегодно в течение 30 лет выносится не менее 1,5 т золота и 2,0 т урана. В целом прогнозные ресурсы попутно извлекаемого золота в текущих отходах четырех ГОКов составляют не менее 3,0 т в год при валовом содержании 0,5 - 0,6 г/т, а по данным Тульского филиала ЦНИГРИ, на обогатительной фабрике "Комбината КМА руда" в отобранных из устья пульпопроводах установлено наличие золота в количестве от 0,2 до 9,0 г/т.

Количество металла (железа) в образовавшихся техногенных месторождениях ГОКов КМА колеблется в пределах 32 - 62 млн т. Вовлечение в хозяйственный оборот производственных отходов горнорудной промышленности является крупной народнохозяйственной задачей, актуальность которой неизбежно возрастает в настоящий период (Постановление Правительства РФ от 11.12.2006 N 755, Приказ Федерального агентства по недропользованию от 31.10.2007 N 1538).

В настоящее время определились следующие направления создания безотходных или малоотходных производств:

1. Разработка принципиально  новых технологических схем и  методов безопасного промышленного  производства, исключающих выброс  отходов в окружающую среду.

2. Создание замкнутых  технологических схем с многократным  использованием воды и технологических  газов.

3. Создание систем переработки  отходов производства, которые рассматриваются  как вторичные материальные ресурсы  с организацией крупных региональных  территориально-промышленных комплексов  замкнутой структурой потоков  сырья для глубокой переработки.

Экономичная переработка  труднообогатимых и техногенных  руд, рациональное использование ресурсов минерального сырья невозможны без  комплексной их переработки. Отсутствие схем комплексной переработки руды во многих случаях тормозит промышленное освоение многих месторождений. Технологические схемы многих обогатительных фабрик не обеспечивают извлечение всех ценных металлов, а также нерудных ископаемых, которые безвозвратно теряются в отвалах. В связи с резким обострением экологических проблем существенным требованием технологии переработки полезного ископаемого является охрана окружающей среды.