CC BY
261
УДК 622.2
У.М. Шамырканов КЛАССИФИКАЦИЯ ХВОСТОХРАНИЛИЩ КЫРГЫЗСТАНА
Статья посвящена вопросам классификации горнопромышленных отходов, образующихся при добыче, обогащении и металлургическом переделе минерального сырья и накопленных в отвалах, хвосто-, шлако- и шламохранилищах на территории Кыргызстана на основе результатов исследования горнопромышленных объектов Кыргызстана.
Ключевые слова: техногенные месторождения, отвалы, классификация, хвосто-, шлако- и шламохранилища.
U. Shamyrkanov
CLASSIFICATION OF TAILING DUMPS IN KYRGYZSTAN
The article views the questions of classification of mining waste formed at the extraction, concentration and metallurgical repartition of mineral raw materials saved in the tailing dumps, slag and slime waste storages on the base of researches of the mining objects in Kyrgyzstan.
Keywords: technogenic deposits, dumps, classification, sailings, tailing dumps, slag waste storage, slime waste storage
Возникновение проблемы предупреждения чрезвычайных ситуаций, которые могут возникнуть на горнопромышленных объектах Кыргызстана, имеет объективные причины.
Интенсивное развитие горнодобывающей промышленности в Кыргызстане в советское время при существовавших тогда нерациональных технологиях добычи и переработки минерального сырья привело к запредельному накоплению отходов в окружающей среде.
Рис. 1. Хвостохранилища, отвалы, шлаки на территории Кыргызстана Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2010'3
Промышленную ценность могут представлять не только отходы непосредственной переработки руд и концентратов, но также отвалы вскрышных, вмещающих пород и забалансовых руд для извлечения из них полезных компонентов или использования в качестве строительных и других материалов. Горнопромышленные отходы, образующиеся при добыче, обогащении и металлургическом переделе минерального сырья, накапливаются в отвалах, хвосто -, шлако - и шламо-хранилищах.
В хвостохранилищах, шламонакопителях и отвалах действующих и законсервированных горнорудных и металлургических предприятий на территории Кыргызстана (рис. 1) насчитывается около 1 млрд тонн техногенных отходов, образованных при добыче и переработке различных полезных ископаемых.
В настоящее время их принято называть техногенными образованиями (ТО), техногенно-минеральными объектами (ТМО) или техногенными месторождениями (ТМ).
Обобщение известных материалов по вопросам изучения и оценки горнопромышленных отходов [1, 3, 4, 5] приводит к следующему определению техногенных образований.
Хвостохранилище - это комплекс специальных сооружений и оборудований, которые предназначены для хранения или захоронения радиоактивных, токсичных и других отходов горнопе-рерабатывающей промышленности [11].
Отличительными особенностями техногенных месторождений являются: 1) расположение в промышленно развитых районах; 2) месторождения находятся на поверхности, и материал в них преимущественно раздроблен; 3) количество искусственно минеральных форм, которые образуются в техногенных месторождениях, превышает 30 000, что значительно превосходит число известных в настоящее время природных материалов, составляющее около 3300 [1].
На территории Кыргызстана имеется 55 хвостохранилищ общей площадью 770 га, в которых заскладировано более 132 млн м3 хвостов (рис. 1). Хвостохранилища представляют собой концентрированные техногенные массивы мелкодисперсных отходов переработки и обогащения, которые в зависимости от вида перерабатываемых руд и концентратов содержат радионуклиды, вредные для здоровья соединения тяжёлых металлов, а также токсичные вещества, используемые в качестве реагентов при извлечении ценных компонентов минерального сырья. К числу последних относятся цианиды, кислоты, сульфаты, нитраты и др.
К началу XXI века на территории Кыргызстана, в горнопромышленных районах образовалось значительное количество отвалов - механически раздробленных горных пород и некондиционных (забалансовых) руд. Общий объём отвалов, включая угольные, по состоянию на начало 2008 г. составил свыше 700 млн м3, а занимаемые ими площади составили 1500 га [2].
Воздействие техногенных месторождений на окружающую среду в Кыргызстане рассмотрено в ряде публикаций [2, 5]. Ключевыми экологическими проблемами, представляющими угрозу для окружающей среды и безопасности населения страны, связанными с большим количеством неадекватно содержащихся отходов, являются:
загрязнение окружающей среды в районах складирования отходов радионуклидами и другими токсичными элементами;
нарастающий в связи с изменениями климата риск разрушения хранилищ отходов из-за угрозы стихийных бедствий и природно-техногенных катастроф, характерных для горных, сейсмоактивных регионов Тянь-Шаня [2], таким образом, необходима классификация с точки зрения безопасности.
Следует иметь в виду, что экологическая опасность воздействия техногенных минеральных объектов на окружающую среду усиливается, если отходы складируются в местах их добычи и переработки, как это имеет место в подавляющем большинстве горнопромышленных районов Кыргызстана (Ак-Тюз, Кадамжай, Кан, Майлуу-Суу, Мин-Куш, Орловка, Сумсар, Терек-Сай, Хайдаркан, Чаувай). Дело в том, что в этом случае происходит поступление техногенных выбросов из плохо содержащихся хранилищ отходов в ландшафты, сформировавшиеся в ореолах рассеяния рудных месторождений, в которых воды, почвы и растения, и без того обогащённые тяжёлыми и редкими металлами, быстро достигают критических пределов для нормальной жизнедеятельности человека и биоты ландшафта [2].
С ресурсной точки зрения техногенные месторождения представляют собой локализованные скопления минеральных веществ на поверхности Земли или в горных выработках, пригодные по количеству и качеству для промышленного использования, которое становится возможным по мере развития технологии их переработки и изменения экономических условий. Таким образом, эти техногенные образования в первую очередь следует оценивать как источники повышенной экологической опасности и лишь затем как объекты экономически выгодной утилизации.
В настоящее время не имеется общепринятой классификации техногенно-минеральных образований, хотя различные концепции составления таких классификаций предлагались многими исследователями. Они рассматриваются в известных работах и публикациях В.Г. Борисовича и В.В. Чайникова [1, 3], К.Н. Трубецкого, В.Н. Уманец и др. [4, 6], И.Л. Гуменика и др. [7], В.В. Ше-лагурова [8], Л.А. Барского, Б.Н. Ласкорина и др. [9], А.Б. Макарова и А.Г. Талалая [10].
Критический анализ классификаций ТМО, известных по состоянию на 1990 г., провели Борисович В.Г. и Чайников В.В. [1], Харитонов Ю.Ф. (ЗабНИИ, 1997), по их мнению, основная часть этих классификаций направлена на подразделение одной, реже двух конкретных классификационных групп (место образования в отрасли, стадия производственного цикла, время накопления и т. д.). Так, например, классификация техногенных месторождений, построенная на основе подразделения процесса их образования, представлена на рис. 2.
Техногенные месторождения
Добыча
Обогащение
Переработка
Шламо-и хвостохранилища
Отвалы металлургических производств
Шлаки Шламы
Рис. 2. Классификация техногенных месторождений по стадиям производственного цикла
В большинстве случаев в подобных классификациях отсутствуют характеристики внутри групп признаков, а также взаимосвязь между группами и группировочными признаками, т. е. не выдерживаются принципы и требования к составлению классификаций, с разбивкой на группы, подгруппы, классы, подклассы и т. д.
В 1997 г. в ЗабНИИ Ю.Ф. Харитоновым и др. разработана классификация, ориентированная на твёрдые техногенные образования горнопромышленного комплекса. Она имеет практическую направленность по набору показателей, влияющих на выбор добычи, переработки техногенного сырья, экологичность освоения, снижения негативного влияния на окружающую среду. Нами использована эта классификация в качестве основы для систематики и группировки техногенных образований Кыргызстана. В сравнении с другими она в наибольшей степени отвечает требованиям к составлению классификаций с разбивкой признаков на группы, подгруппы, классы, подклассы, виды. Из данной классификации нами заимствованы общий принцип её построения и набор тех группировочных признаков и показателей, которые с определёнными нашими уточнениями позволяют систематизировать и ранжировать известные в стране ТМО, исходя из их наиболее важных особенностей и степени реальной изученности.
Таким образом, разработанный автором вариант классификации ТМО представлен в табл. 1. В ней все учтённые в стране ТМО объединены в 4 основные группы, отражающие происхождение техногенно-минеральных образований в основных отраслях производства (горнодобывающей, обогатительной, металлургической, энергетической) и их принадлежность к определённым отхо-дообразующим предприятиям. В каждой отдельной группе выделено от 1 до 7 подгрупп, соответствующих технологическому процессу добычи и переработки сырья. В подгруппах учтены только базовые технологические процессы, в практике обычно отмечается их комбинирование (комбинированный способ добычи, флотационно-гравитационная схема обогащения и т. д.).
Сведения, характеризующие скопления техногенных образований, отражаются в 9 классах (тип отходов, время накопления, их объём, характеристика хранилищ, собственно отходов, их химсостав, состояние изученности, воздействие на окружающую среду и перспективы использования), в которых, в свою очередь, рассматриваются от 2 до 4 подклассов. Три первых класса объединяются в подгруппу «Общие сведения», остальные - в подгруппу «Прочие сведения». Ниже даётся пояснение ряда классов и обоснование разделения их на подклассы и виды. По времени накопления выделяются отходы текущие и прошлых лет (до многих десятков лет).
Такое разделение основано на представлении о том, что для старогодних (лежалых) отходов наименее достоверны показатели, отражающие качество отходов горного производства, где из-за совместного складирования различных по физико-механическим свойствам пород, их перемешивания с другими видами промышленных отходов (ввиду использования для них единых площадок), окисления и выщелачивания вследствие длительных сроков хранения, их свойства невозможно прогнозировать.
По объёмам накопленных отходов произведено их разделение на 3 подкласса: мелкие (от 1 тыс. т до 1 млн т), средние (1 - 50 млн т) и крупные (свыше 50 млн т), что соответствует объёмам отходов на преобладающей части реальных объектов Кыргызстана. Для отдельных производств (обогатительного, металлургического) размерность, при необходимости, может изменяться и приниматься более дробной.
Таблица 1
Классификация техногенно-минеральных образований Кыргызстана
Происхождение ТМО по отраслям производства Горнодобывающее производство Обогатительное произ водство Металлургическое производство Энергетическое производство
Принадлежность ТМО к отходообразующим предприятиям Добывающие предприятия цветной металлургии, угольные и строительного комплекса Гидрометаллургические заводы (ГМЗ) и обогатительные фабрики цветной металлургии Предприятия цветной металлургии ТЭЦ, ГРЭС
Образование ТМО по технологическим стадиям производственного цикла Открытый способ а к р а и 02 о р и £ Магнитная сепарация Флотация Шахтная, Сжигание угля
способ об бза ора оуд Р О еи н К б о р Д Сухая Мокрая | Медная | Цинковая Пиритная отражательная, конвертерная плавка
Тип отходов Вскрышные породы Вскрышные Вмещающие породы Шламы (илы) эудничных вод Хвосты, шламы обогащения Шлаки Пыли, шламы Золы и золошлаки
ед 02 Некондиционные, забалансовые, попутные руды
1 О ТЕКУЩИЕ
Врем я накопления ПРОШЛЫХ ЛЕТ
МЕЛКИЕ (от 1 тыс. т до 1 млн. т)
Объём отходов СРЕДНИЕ (от 1 до 50 млн. т)
КРУПНЫЕ (свыше 50 млн. т)
Наименование хранилища Отвалы (спецотвалы) Отстойники Хвосто - и шламохранилища а ащ инхра о ока л лШ Шламохранилища а ащ 1 о ока л лШ Шламохранилища Золошлако-хранилища
ей Тип хранилища НАЛИВНАЯ
& НАМЫВНАЯ
а и и УГЛУБЛЕННЫЕ
К & Морфометрия НИЗКИЕ (до 15 м)
& X СРЕДНИЕ (от 15 до 50 м)
ВЫСОКИЕ (свыше 50 м)
СУХОЕ
X ч Степень обвод- ВЛАЖНОЕ
02 К ненности ЧАСТИЧНО ОБВОДНЕННОЕ (с пляжами)
О а с ОБВОДНЕННОЕ
СИЛИКАТНЫЕ
Природная КАРБОНАТНЫЕ
основа СУЛЬФАТНЫЕ
(по химическому составу) МАГНЕЗИАЛЬНОГО ТИПА
02 О д СМЕШАННОГО ТИПА
т 0 а Н 1 КРУПНООБЛОМОЧНЫЙ ГРУБОЗЕРНИСТЫЙ РАЗНООБЛОМОЧНЫЙ ГРУБООБЛО-
Гранулометрический состав СРЕДНЕОБ-ЛОМОЧНЫЙ МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ (НЕГРАНУЛИРОВ.) МОЧНЫЙ
| X ГЛЫБОВО-ОБЛОМОЧНЫЙ МЕЛКООБЛОМОЧНЫЙ ТОНКОЗЕРНИСТЫЙ МЕЛКООБЛОМОЧНЫЙ (ГРАНУЛИРОВАН.) НЕРАВНОМЕРНО-ЗЕРНИСТЫЙ НЕРАВНОМЕРНО-ЗЕРНИСТЫЙ
ИЛОВАТЫЙ ДИСПЕРСНЫЙ ПЫЛЕВИДНЫЙ ТОНКОДИСПЕРСНЫЙ РЫХЛЫЙ
Физическое состояние РЫХЛЫЕ РЫХЛЫЕ РЫХЛЫЕ
Физическое ПЛОТНЫЕ УСТОЙЧИВЫЕ РЫХЛЫЕ ПЛОТНЫЕ УСТОЙЧИВЫЕ РЫХЛЫЕ
02 О Ч § н состояние СКАЛЬНЫЕ ПОРОДЫ
ее И К н МЯГКИЕ
г: ср КРЕПКИЕ
& х Крепость массы ОЧЕНЬ КРЕПКИЕ
СМЕШАННЫЕ
8 Наличие полезных ИМЕЮТСЯ:
Н ° я компонентов ОТСУТСТВУЮТ
1 ^ 8 х Наличие вредных ИМЕЮТСЯ:
Л компонентов ОТСУТСТВУЮТ
НИЗКАЯ
О ЕГ Концентрация экологиче- СРЕДНЯЯ
нй ски вредных компонентов ВЫСОКАЯ
02 1 ОЧЕНЬ ВЫСОКАЯ
СЛАБАЯ
1 УМЕРЕННАЯ
I Степень негативного влияния на окружающую среду СРЕДНЯЯ
СИЛЬНАЯ
£ ее X ОЧЕНЬ СИЛЬНАЯ
X 02 Н НИЗКАЯ
а ¡г: Уязвимость к стихийным бедствиям и опасным при СРЕДНЯЯ
К горно-техногенным процессам ВЫСОКАЯ
к ОЧЕНЬ ВЫСОКАЯ
ср с ИЗУЧЕНЫ НА СТАДИИ РАЗВЕДКИ С ПОДСЧЁТОМ ЗАПАСОВ ПОЛЕЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ
Геологическая ИЗУЧЕНЫ НА СТАДИИ ПОИСКОВЫХ ИЛИ ОЦЕНОЧНЫХ РАБОТ С ОЦЕНКОЙ ПРОГНОЗНЫХ РЕСУРСОВ ПОЛЕЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ
§ н о НЕДОСТАТОЧНО ИЗУЧЕННЫЕ (имеются отрывочные или устаревшие данные)
н О ^ НЕ ИЗУЧАЛИСЬ
к ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ РАЗРАБОТАНА
^ н Технологическая ТЕХНОЛОГИЯ ТРЕБУЕТ ДОРАБОТКИ
и ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕ РАЗРАБОТАНА
СООТВЕТСТВУЕТ НОРМАТИВНЫМ ТРЕБОВАНИЯМ
Экологическая НЕ СООТВЕТСТВУЕТ НОРМАТИВНЫМ ТРЕБОВАНИЯМ
НЕ ИЗУЧАЛИСЬ
ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ
Направление использова- ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ СТРОЙМАТЕРИАЛОВ
ния ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ТОЛЬКО В КАЧЕСТВЕ СТРОЙМАТЕРИАЛОВ
л § к ПРИГОДНЫЕ ТОЛЬКО ДЛЯ ЦЕЛЕЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ (засыпка выработок и т.д.)
« к Е ЭКСПЛУАТИРУЕТСЯ
к ср В СТАДИИ ПОДГОТОВКИ К ЭКСПЛУАТАЦИИ
С Подготовленность объекта к освоению В СТАДИИ ДОИЗУЧЕНИЯ (геологической, технологической, экологической)
В СТАДИИ ЧАСТИЧНОЙ ИЛИ ВРЕМЕННОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ
РЕКУЛЬТИВИРОВАННЫЕ
В классе «Характеристика хранилища» выделено 4 подкласса: наименование и тип хранилища, морфометрия (высота отвалов относительно естественной поверхности), степень обводнённости. Виды подкласса - «наименование хранилища» соответствуют, уточняют и характеризуют выделенные в подгруппах «технологические стадии производственного цикла» и «общие сведения» классы и подклассы. Виды остальных 3-х подклассов являются сквозными и могут относиться к скоплениям отходов всех подтипов.
Подкласс «Морфометрия» включает 4 вида по высоте относительно естественной поверхности: низкие (до 15 м), средние (15 - 50 м), высокие (свыше 50 м) и углублённые (старые карьеры, пониженные формы рельефа, поймы рек, заполненные хвостами и шламами флотации, ММС и др.). Выделенные виды способствуют выбору возможного способа рекультивации и направлений последующего использования площадей. В подклассе «Степень обводнённости» отражено гидрогеологическое состояние ТМО: сухое, влажное, частично обводнённое, обводнённое.
В классе «Характеристика отходов» рассматриваются 4 подкласса: породная основа (по химсоставу) отходов, гранулометрический состав, физическое состояние массы отходов и её крепость. Данные характеристики необходимы для выбора способа разработки и обогащения отходов, выбора техники, оборудования, вариантов транспортировки и других данных.
Для принятия практических хозяйственных решений важными являются показатели классов: «Химический состав отходов» и «Воздействие на окружающую среду и уязвимость к чрезвычайным ситуациям». В первом выделены 2 подкласса: наличие полезных компонентов и наличие вредных компонентов.
По приведённым перечням и концентрациям компонентов, установленным в результате геолого-технологического изучения отходов, предоставится возможность обосновать решение о целесообразности разработки техногенного объекта и определить наиболее оптимальный вариант технологического способа обогащения техногенного сырья.
Во втором из указанных выше классов выделено три подкласса: концентрация экологически опасных компонентов, степень негативного воздействия на окружающую среду и уязвимость к стихийным бедствиям и опасным природно-техногенным процессам. Подкласс, отражающий концентрацию опасных компонентов, представлен 4 видами концентрации: низкая, средняя, высокая и очень высокая. К низким по концентрациям относятся техногенные скопления, содержащие экологически опасные компоненты в количествах ниже установленных предельно ,допустимых их концентраций, далее следует ориентироваться на содержания компонентов при определении уровней загрязнения различных природных сред (почв, типов вод, воздуха и т. д.) согласно действующим нормативным требованиям.
Виды «Степени негативного влияния на окружающую среду» определяются комплексом медико-биологических, гидрохимических, почвенных и других видов исследований, отражающих изменение окружающей среды, воздействие на живые организмы и растительность.
По степени уязвимости по отношению к опасным природно-техногенным процессам, авариям (в том числе диверсионным и террористическим актам) и стихийным бедствиям, катастрофам, характерным для горных районов (землетрясениям, оползням, селям и т. п.), хранилища подразделены на четыре группы.
Автор счёл целесообразным включение в классификацию класса «Состояние изученности отходов» с выделением 3-х подклассов, отражающих соответственно геологическую, технологическую и экологическую изученность объекта. Показатели видов этих подклассов могут явиться
основной для планирования различных работ по изучению (доизучению) и промышленно-перспективной оценке ТМО.
В классе «Перспективы использования» рассматриваются два подкласса: направление использования и подготовленность объекта к освоению. В первом подклассе выделено 4 вида хозяйственной деятельности в сфере использования техногенного сырья, которые в настоящее время осуществляются в Кыргызстане и, очевидно, продолжатся в ближайшей перспективе. Последнее в равной степени относится и к обоснованию выделения видов подкласса - подготовленность к освоению.
В данной классификации сознательно упущен такой важный группировочный признак, как экономическая эффективность освоения техногенного сырья, который рассматривается в некоторых известных классификациях. По мнению автора, в них предлагаются очень упрощённые варианты оценки экономической значимости скоплений отходов по стоимости полезных компонентов, содержание которых превышает содержания в отходах действующих предприятий. Методика подобных оценок не учитывает агрегатное состояние, форму нахождения компонента в отходах, затраты на его добычу и извлечение, поэтому такие оценки являются относительными и не показательными.
Таким образом, данная классификация позволяет разработать рабочий проект реабилитации хвостохранилищ, комплекс мер по защите населения и территорий и улучшение экологической обстановки в данном регионе.
Литература
1. Борисович В.Т., Чайников В.В. Геолого-экономическая оценка техногенных месторождений. - Сер. Техника геологоразведочных работ. Т. 15. - ММ.: ВИНИТИ, 1991. - 138 с.
2. Торгоев И.А., Алёшин Ю.Г. Геоэкология и отходы горнопромышленного комплекса Кыргызстана: Справочник-словарь / Под ред. Айтматова И.Т. - 2-е изд., перераб. и доп. Бишкек, 2009. - 240 с.
3. Чайников В.В. Системная оценка техногенных месторождений // Геология, методы поисков, разведки и оценки месторождений твердых полезных ископаемых. - М.: ЗАО «Геоинформмарк». 1999. - 75 с.
4. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н., Никитин Н.Б. Классификация техногенных месторождений и основные факторы их комплексного освоения // Комплексное использование минерального сырья. 1987. № 12. С. 18 - 23.
5. Урановые хвостохранилища в Центральной Азии: местные проблемы, региональные последствия, глобальное решение. Рамочный документ. - Женева, 2009. - 126 с.
6. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н., Никитин М.Б. Классификация техногенных месторождений. Основные категории и понятия // Изв. вузов. Горный журнал. - 1989. - № 12.- С. 6 - 9.
7. Гуменик И.Л., Матвеев А.С., Панасенко А.И. Классификация техногенных формирований при открытых горных работах // Изв. вузов. Горный журнал. - 1988. - № 12. - С. 53 - 54.
8. Шелагуров В.В. Техногенные месторождения, методы их изучения и оценки // Отечественная геология. - 1996. - № 12. - С. 34 - 42.
9. Ласкорин Б.Н., Барский Л.А., Персиц В.Э. Безотходная технология минерального сырья. Системный анализ. М.: Недра, 1984. - 250 с.
10. Макаров А.Б., Талалай А.Г., Буров И.Б. и др. Техногенно-минеральные месторождения Урала (особенности состава и методологии исследования) // Геология, методы поисков, разведки и оценки месторождений твёрдых полезных ископаемых: обзор, вып. 5. - М., 1999.
11. Закон Кыргызской Республики «О хвостохранилищах и горных отвалах», 26.06.2001 г., № 57, Бишкек.
