Экологическая реабилитация установок кучного выщелачивания (на примере Сафьяновского месторождения)

 

На правах рукописи

 

 

Антонинова Наталья  Юрьевна

 

 

Экологическая реабилитация установок кучного выщелачивания (на примере Сафьяновского месторождения)

 

 

 

 

 

Специальность: 25.00.36 - «Геоэкология»

 

 

 

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание  ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

Пермь – 2007

 

                                  

Работа выполнена в  Институте горного дела Уральского отделения Российской Академии наук.

 

Научный руководитель  -                    доктор технических наук                                

                                                                Конорев Михаил Максимович

 

 

Официальные оппоненты:                   доктор технических наук

                                                                Красавин Александр Павлович

                                                                

                                                                    кандидат технических наук

                                                                  Гончар Наталия Валерьевна

 

 

Ведущее предприятие –                       ОАО Институт «Уралгипроруда»

 

 

Защита диссертации  состоится _________________________________на заседании Диссертационного совета Д 212.189.05 Пермского государственного университета по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15.

 

С диссертацией можно  ознакомиться в библиотеке Пермского  государственного университета.

 

Автореферат разослан________________________

 

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15, Пермский государственный университет.

 

 

 

Ученый секретарь

диссертационного совета                                                           И.А.Старков

 

Общая характеристика работы

 

Актуальность работы. Кучное выщелачивание (КВ) как альтернатива традиционным методам извлечения полезных ископаемых при обогащении впервые применена в конце 1960-х годов компанией "Карлин". С тех пор кучное выщелачивание получило широкое распространение в мировой золотодобывающей промышленности. В настоящее время на его долю приходится более 40 % мировой добычи золота. В России первая промышленная установка кучного выщелачивания была построена в начале 90-х годов прошлого века. К 2005 г. в России технология КВ  в  промышленном  и опытно-промышленном масштабе применялась при переработке золото-серебряных руд на месторождениях «Муртыкты», «Западно-Озерское» (Башкирия), «Майское»,   Каза-Гол (Хакасия), «Сафьяновское», «Воронцовское» (Свердловская область), «Любавинское» (Читинская область), «Эльдорадо» (Северо–Енисейский район) и др.

Кучное выщелачивание  – это метод, позволяющий при  соблюдении технологического регламента и экологических стандартов вовлекать в эксплуатацию бедные месторождения при минимальном вторжении в природную среду – без строительства заводов с развитой инфраструктурой.   В конце 1992 г. на руднике «Круглая гора» (США) началось сооружение очередной установки кучного выщелачивания, рассчитанной на размещение и переработку 127 млн т руды с содержанием золота до 0,2-0,3 г/т.  По экономическим оценкам при кучном выщелачивании по сравнению с традиционной технологией капитальные затраты снижаются примерно на 30%. Технология КВ прочно вошла в промышленную практику добычи золота в Австралии, Канаде, Мексике, Бразилии, Саудовской Аравии, Чили, Индонезии,  Казахстане, Узбекистане и России.  Использование высокотоксичного реагента - цианида натрия (NaCN) - для извлечения золота и серебра из руды является характерной особенностью технологии кучного выщелачивания, определяющей её экологическую опасность.  Расход цианида натрия в зависимости от типа выщелачиваемой руды и от производительности предприятия может составлять десятки и сотни тонн в год. Значит, главной экологической задачей при этом является защита воздуха, почвы, поверхностных и подземных вод от загрязнения цианидами. В отсутствие рекультивации нарушенной территории негативные факторы техногенного воздействия могут на длительное время определить состояние окружающей среды в районе предприятия КВ.  При завершении работ на установках кучного выщелачивания территории установок должны быть приведены в состояние, безопасное для населения и пригодное для использования в народном хозяйстве.

Очистка  сточных вод  представляет   собой технологическую   и   методическую   задачу   по разработке  эффективных  способов  регенерации,   то   есть   восстановления отработанных производственных стоков. Анализ существующих способов химического обезвреживания цианидсодержащих сточных вод показал экологическую непригодность большинства из них, что требует целенаправленной разработки и испытания альтернативных способов. Следовательно, успешное развитие золотодобычи методом цианидного КВ в Уральском регионе должно обеспечиваться эффективным решением экологических проблем с использованием результатов научно-исследовательских работ по предотвращению загрязнения и  мониторинга состояния окружающей среды, использования новых, ранее не применявшихся технологий очистки сточных вод и реабилитации территорий. Это обусловливает актуальность дальнейших исследований по разработке способов обезвреживания цианидсодержащих сточных вод экологически безопасными средствами и при оптимальном сроке достижения нормативных параметров.

Объектом исследования является геоэкосистема установки кучного выщелачивания золота на Сафьяновском месторождении, включающая в себя штабель выщелачивания и аварийную емкость.

Цель работы – повышение эффективности экологической реабилитации установок кучного выщелачивания путем разработки метода очистки цианидсодержащих сточных вод и штабеля кучного выщелачивания.

Основная идея работы заключается в использовании метода разложения цианидов путём их сорбции из растворов на поверхность тела гидрофитного растения семейства рясковых при реабилитации земель, нарушенных кучным выщелачиванием.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- оценить экологическое состояние   территории земель, нарушенных применением  технологии кучного выщелачивания  золотосодержащих руд на Сафьяновском месторождении;

- оценить биолого-экологические  характеристики водных растений как возможных концентраторов токсичных соединений;

- определить оптимальные режимные  параметры технологии обезвреживания  цианидсодержащих сточных вод;

- исследовать влияние вещественного  состава ложа биопрудков на  биохимическую очистку сточных вод установок кучного выщелачивания;

-  разработать комплекс мероприятий  для реабилитации территорий  установок кучного выщелачивания после окончания  их эксплуатации.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Обезвреживание сточных вод  от цианистых соединений, основанное на использовании гидрофитных малоразмерных растений  семейства рясковых, является эффективным природоохранным мероприятием, поскольку радикально снижает содержание цианидов и роданидов до ПДК.

2. Установленные основные этапы реабилитации территорий установок кучного выщелачивания обеспечивают восстановление нарушенных площадей.

Научная новизна результатов  исследований:

1. Разработан  новый способ деструкции  соединений цианида, основанный на использовании различных добавок (химических удобрений, минералов         и т д)  к технологическому раствору с ряской.

2. Установлены закономерности и  параметры, при которых деструкция  цианидов ряской протекает в  оптимальном режиме.

3. Разработан  комплекс реабилитации  территории кучного выщелачивания методом биохимической очистки с использованием плавающих гидрофитных растений семейства рясковых.

Научная и практическая ценность работы:

1. Разработана и испытана в  лабораторных условиях новая  технология очистки сточных вод от цианидов с использованием плавающих гидрофитных растений семейства рясковых.

2. Полученные результаты способствуют  решению таких задач, как:

- снижение отрицательного воздействия  технологии кучного выщелачивания на биогеоценоз территории;

• замена экологически опасного способа обезвреживания отработанных вод кучного выщелачивания  методом хлорирования  более безопасным методом, основанным на использовании гидрофитных малоразмерных растений.

 Методы исследований включают:

- аналитическое обобщение результатов  изучения влияния кучного выщелачивания  на окружающую среду;

- анализ проб почвы, породы  и отработанных вод участка  кучного выщелачивания золото-серебросодержащих  руд Сафьяновского месторождения;

- гранулометрический анализ почвы;

- лабораторные технологические исследования по обезвреживанию отходов рудного штабеля     кучного выщелачивания;

- математическое планирование  технологических и экологических  параметров;

- опытно-промышленные испытания  очистки сточных вод кучного   выщелачивания.

Достоверность научных результатов и выводов, сформулированных в диссертационной работе, подтверждается достаточным объемом аналитических и экспериментальных исследований, длительным наблюдением за изменением концентрации токсикантов в сточных водах установки кучного выщелачивания, математическим планированием эксперимента и результатами опытно-промышленных испытаний.

Личный вклад автора состоит:

- в идее использования плавающих  гидрофитных растений семейства рясковых для очистки цианидсодержащих сточных вод;

- в определяющей роли при исследовании процесса деструкции цианидов и роданидов применения наиболее распространенного на Среднем Урале вида ряски;

- в разработке нового способа  интенсификации деструкции соединений  цианида, основанного на оптимизации  процесса очистки; 

- в составлении методики лабораторных работ, позволившей выбрать наиболее приемлемый процесс физико-химической очистки отработанных вод кучного выщелачивания с последующей биологической очисткой в биопрудках.

 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Уралэкология. Техноген - 2002».  ( Екатеринбург, 2003);  Международных научно-технических конференциях «Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2002, 2003, 2004, 2005); IV Международной научной конференции «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (Пенза, 2005); V Конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, 2005); Международном совещании «Современные проблемы комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья» (Санкт-Петербург, 2005).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ, в том числе 1 работа в источниках, рекомендованных ВАК. Применительно к поставленной задаче подана одна заявка на изобретение.

Структура и объём  работы. Диссертация состоит из введения, пяти           глав, заключения,  списка использованной литературы из 121  наименования. Содержание работы изложено на  135  страницах машинописного текста, иллюстрировано 16 рисунками и  20 таблицами.

 

Основное содержание работы

 

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель, задачи исследований и научные результаты, показаны научная новизна и практическая значимость работы.

 

Глава 1.  Анализ современного состояния применения технологии кучного выщелачивания

 

Под кучным выщелачиванием понимается процесс извлечения целевых компонентов водными растворами химических реагентов из минерального сырья, уложенного на гидронепроницаемое основание в рудные штабели. Основным положениям технологии кучного выщелачивания, обоснованию благоприятных перспектив развития золотодобычи методом кучного выщелачивания,  выбору направления воздействия на окружающую среду посвящены работы Ф.Ф. Борискова, В.Е. Дементьева, А.П. Татаринова, А.В. Хохрякова, В.Г. Зотеева, Ю.С. Рыбакова, А.Г. Студенка, В.Н. Мосинец, Б.Д. Халезова, Е.А. Толстова, труды ОАО «Иргиредмет»», ВНИИХТ, МГГА, ВНИПИпромтехнология, ЦНИГРИ. Активная роль микроорганизмов, водорослей и высших водных растений в биологическом самоочищении сточных вод от органоминеральных соединений изложена в работах Л.А.Сиренко, А.Э. Эргашева, Ш. Тажиева, А. Абдукадирова, З.Г. Власовой. 

Способ извлечения золота с помощью  КВ позволяет за счет уменьшения объемов капитального строительства и снижения эксплуатационных расходов значительно сократить сроки ввода месторождений в эксплуатацию, в несколько раз повысить производительность труда и, в итоге, значительно снизить стоимость конечного продукта. Существенным звеном при формировании штабеля КВ является процесс устройства оросительных прудков с последующим использованием их при дальнейшем обезвреживании штабеля КВ. Вследствие того, что технология КВ с применением цианистых растворов в России получила распространение сравнительно недавно, последствия применения её с точки зрения воздействия  на окружающую среду пока ещё недостаточно изучены.

 

Глава 2.  Геоэкологические проблемы кучного выщелачивания золото-серебряных руд

 

В практике переработки золото-серебросодержащих руд широко используются цианистые соединения. Основой технологии КВ является взаимодействие цианид-ионов CN^- с золотом и серебром, приводящее к образованию стабильных водорастворимых комплексных соединений - дицианоаурата натрия Na[Au(CN)₂] и дицианоаргента натрия Na[Ag(CN)₂]. Концентрация цианистых растворов определяется для каждой руды индивидуально, и ее повышение часто не сокращает сроков растворения золота, а  только увеличивает расход цианида, что в конечном итоге приводит к возрастанию отрицательного влияния объекта выщелачивания на окружающую среду.