CC BY
105
________________________________ © А.Н. Махинов, А.Ф. Махинова,
М.Н. Шевцов, 2005
УДК 622. 88
А.Н. Махинов, А. Ф. Махинова, М.Н. Шевцов
ОЦЕНКА РИСКА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В ХАБАРОВСКОМ КРАЕ
1>ведение. Хабаровский край занимает заметное место в горнопромыш-ленном комплексе Дальнего Востока России, являясь одним из ведущих производителей благородных и цветных металлов, в первую очередь золота, олова и платины. Развитие горнодобывающей промышленности и экстенсивный характер переработки природных ресурсов привели к значительному накоплению горно-промышленных отходов, оказывающим неблагоприятное воздействие на окружающую среду. В этой связи концепция устойчивого развития экологически безопасного освоения георесурсов в новом столетии диктует необходимость переработки отходов горнопромышленных комплексов, как самый радикальный способ снижения техногенной нагрузки на окружающую среду. Таким образом, отходы горнопромышленных комплексов представляют интерес в двух аспектах: 1) ресурсном и 2) экологическом. Необходимость вовлечения в производство отходов горнопромышленного комплекса позволит снизить - а) затраты на разведочные работы полезных ископаемых и б) экологическую опасность от основных химических загрязнителей (Си, 2п, 8, С№ и 8С№ и др.), образующихся в результате технологических процессов при добыче золота из рудных месторождений.
Объемы и ресурсная ценность техногенного сырья. Интенсификация и развитие горнодобывающей промышленности в Хабаровском крае связана с освоением коренных месторождений золота, доля которых в добыче металла постоянно возрастает. В последние годы к существующему Солнечному и Многовершинному ГОКам добавились золотоизвлекательные фабрики Юбилейная, Рябиновая и горно-обогатительные комплексы Хаканджинский и Тас-Юрях. В стадии завершения проектных работ и начала строительства горно-обогатительные комбинаты золоторудных место-
рождений Албазино, Авлаякан, Нони и другие. Доля труднообога-тимых руд возрастает и в 2003 г. составляла около 20 % от общей массы сырья, что приводит к увеличению количества отходов.
Вместе с тем, технология переработки руды способствует значительному накоплению отходов ГОКов, обогащенных остатками флотореагентов. В горнодобывающем производстве Приохотья накоплены миллиарды тонн вскрышных пород и хвостов обогащения. По нашим оценкам в таежной зоне Северного Приохотья складировано более 250 млн т горной массы, в том числе в отработанных и законсервированных хвостохранилищах свыше 120 млнт, накоплено около 50 млн т техногенных отходов. Вовлечение в производство техногенного сырья является основой сбережения ресурсов и позволит радикальным способом изменить состояние природной среды в районах горнодобывающей деятельности. По предварительным оценкам, содержание полезных компонентов в техногенном сырье сопоставимо или выше содержаний в потенциальных ресурсах минерального сырья некондиционных руд [5, 8].
Хранение отходов и экологические последствия. Производственная деятельность горно-обогатительных предприятий создает комплексное многокомпонентное загрязнение экосистем [2, 3]. Особое место среди загрязнителей занимают Си, 2п, 8, РЬ, Сё, Бе, Мп, Со, N1. Добыча золота коренных месторождений осуществляется с использованием методов цианидного выщелачивания, при которых применяются токсические химические вещества. С экологической точки зрения она приемлема в условиях многолетнемерзлых пород, поскольку отходы производства могут быть проморожены и частично выведены из сферы взаимодействия с различными природными объектами, снижая негативное влияние на окружающую среду [4]. Однако часть токсичных веществ поступает в речные системы из отвалов и хвостохранилищ, открытых для доступа воды, ветра и воздействия растительности.
При разработке месторождений открытым способом выделяется три источника загрязнения:
- первым источником, поставляющим тяжелые металлы, являются рудоносные отвалы вскрыши с примесью сульфидов меди и цинка. Рыхлое сложение измельченных вскрышных пород обеспечивает хорошую водопроницаемость и аэрацию, что способствует интенсивному окислению минералов и образованию кислых растворов (за счет окисления сульфидных минералов). В кис-
лых растворах возрастает геохимическая подвижность элементов, которые, фильтруясь через толщу отвалов и почвы, поступают в речную сеть. Концентрации токсикантов в почвах в этом случае трудно установить, т.к. здесь имеет место и природное загрязнение тяжелыми металлами, которые накапливаются в верхних оторфо-ванных горизонтах почв;
- вторым источником загрязнения являются производственные площади (склады руды, аварийные емкости, дробильные цеха и др.), с территории которых тонкодисперсные токсические вещества переходят в активную форму при попадании на них влаги и являются источником вторичного загрязнения открытых водотоков и водоемов, почв и воздушного бассейна пылью и остатками флотореагентов.
- третьим источником загрязнения являются хвостохранилища диспергированных токсичных минералов и водорастворимых загрязняющих соединений, которые являются объектом повышенной опасности для окружающей среды. Исследования по разработке аналогичных руд [3, 4, 5] свидетельствуют о том, что жидкая пульпа, поступающая в хвостохранилище, сохраняет от 15 до 20 % цинка, меди и свинца и свыше 30 % кобальта от общей массы их содержания в рудах, что связано с технологией обогащения и потерей этих компонентов.
Все отходы технологического процесса горнопромышленного производства различны по степени их экологической опасности (таблица).
Твердые отвалы вскрыши токсичны и они отнесены к I и II классу опасности в экологическом отношении. Отвалы, не затронутые переработкой, проявляют свою токсичность в результате гипергенных изменений за счет увеличения реагирующей поверхности окисления. При криогенном выветривании горных пород вскрыши формируются геохимические поля. Насыщенные солевые растворы, при криогенной метаморфизации, могут образовывать солевые ареалы на поверхности вскрыши и в снежном покрове. Эти процессы длительны и, как показали исследования в условиях Приохотья, геохимический состав поверхности вскрышных пород изменяется. Интенсивность процессов вымывания зависит от крутизны склона и его экспозиции. Как правило, сернокислые раство-
Классификация экологической опасности горнопромышленных отходов
№ п/п Источник загрязне- ния Загрязняющие вещества (ЗВ) Содержание загрязняющих веществ Класс экологи- ческой опасно- сти
Соединения ТМ (преоб-лад) Преобладает активная форма кг/м3 % к содержанию в руде
1. Отвалы вскрыши СиБО4, Поверхность выветривания 50>ТМ<9 99-100 ЬП
2. Отстой- ники са, Ее, Мп С№, БСЫ- Сорбци-он. поверхность 5>ТМ<10 <10 II
3. Хвосто- хранили- ща о ^ ^ м м < и а -гз £ СР N О й Дисперг. частцы, ионново- дораствор *ВВ>20 20>ТМ <50 >10 <20 Ш
*ВВ - взвешенные или диспергированные частицы
ры цинка, меди, токсичных тяжелых металлов (мышьяка, свинца, кадмия), вымываются из верхнего 10-ти сантиметрового слоя.
Большая их часть сорбируется органическими и оторфован-ными горизонтами почв (до 60 %). В почвенные растворы с дождевыми и талыми водами поступает около 40 % растворенных солей, которые под воздействием градиента концентрации и температуры неравномерно распределяются в почвенной толще.
Вторым источником загрязнения служат отстойники (часто содержащие флотореагенты). Отходы переработанной породы в отстойниках содержат большое количество высокодисперсных, устойчивых к выветриванию нерудных минералов, образующихся после измельчения и механохимической активации. Устойчивые к гипергенным процессам минералы (диопсид, энстатит, окерманит и волластонит) после измельчения приобретают химическую активность достаточную для полной нейтрализации разбавленных кислот [3]. Однако при окислении сульфидов железа изоморфные примеси цветных металлов переходят в раствор. Их концентрации не велики, иногда составляют десятые доли процентов [4]. Учитывая, что в отходах содержится значительные количества пирита и пирротина, при низких величинах предельно допустимых концен-
траций (ПДК) (0,01мгл-1 для N1, со, 2п и 0,001мгл-1 - Си) окисление этих минералов может приводить к загрязнению поверхностных и подземных вод. На последовательность окисления сульфидов большое влияние оказывает то, каким минералом представлены сульфиды железа. Степень их активности, однако, зависят от состава нерудных минералов и степени разбавленности раствора. По классу экологической опасности шлаки более опасны, чем вскрыша, они отнесены ко П-му классу.
Третьим, наиболее опасным источником загрязнения экосистем являются хвостохранилища, которые достигают значительных размеров, занимая десятки и даже сотни гектаров. Они представляют собой искусственные пруды, образованные ограждением участка земной поверхности дамбами обвалования или перегораживанием земляной плотиной небольших долин малых или временных водотоков
В горных условиях при сооружении хвостохранилищ выбираются обычно участки в прибортовых частях днищ речных долин или верхние участки долин малых водостоков. В этих условиях ложе хвостохранилищ подстилается рыхлыми галечно-валунными отложениями, характеризующимися высокими фильтрационными свойствами. Из аналогичного материала (иногда более глинистого) отсыпаются дамбы по периферии хвостохранилищ. Поэтому хво-стохранилища, построенные в долинах рек, являются недостаточно эффективными сооружениями с точки зрения минимизации воздействия на окружающую среду. Загрязненные воды хвосто-хранилищ, дренируемые через борта и ложе, поступают в поверхностные и подземные водотоки, увеличивая мутность и изменяя их химический состав.
Крупными хвостохранилищами, расположенными в районах деятельности ГОКов являются хвостохранилища ГОКов Нижнеамурского, Солнечного, Юбилейного, Рябинового и Тас-Юряха. Первые два объекта эксплуатируются свыше 20 лет.
Хвостохранилище Нижнеамурского ГОКа в долине руч. Бир-салали относится к долинному типу. Оно наливное, образовано каменно-земляной плотиной с ядром, понуром и неглубоким зубом по оси плотины.
Существует опасность нарушения целостности плотины. Крутизна откосов (20-30о) и высокая доля суглинистых отложений в грунтах тела плотины способствуют образованию оползневых тел
размером 15-20 м с максимальной толщиной сползающего слоя до 3 м. У подножия плотины формируются пологонаклонные конусы выноса из грунтов вязкопластичной консистенции.
На откосах плотины образуются борозды размыва - проявления процессов линейной эрозии. Увеличение их размеров внизу по уклону обусловливает ослабление устойчивости откоса и способствует активизации оползневых явлений.
Неудачным техническим решением при строительстве хво-стохранилища является пропуск меженных расходов ручьев Бир-салами и Грозовой под хвостохранилищем, что обеспечивает дренаж из под хвостохранилища, образование наледей и вынос загрязняющих веществ в речную сеть. Дренажные воды, выходящие на поверхность у подошвы плотины, характеризуются высокой минерализацией - до 590 мг/дм3 и превышением ПДК по нитрит-ным ионам (до 180 ПДК) и ионов алюминия (2-9 ПДК). Отмечаются также высокие содержения тяжелых металлов - Си, Лб, РЬ, 8Ь, Cd и других [5, 7]. Таким образом, хвостохранилище Нижнеамурского ГОКа является существенным загрязнителем р. Лев. Ул и оз. Орель.
Хвостохранилище обогатительной фабрики Солнечного ГОКа расположено в долине р. Холдоми и примыкает к ее правому крутому склону. Верхний и боковой участки дамбы подвержены воздействию линейной эрозии с шириной борозд до 2 м и глубиной до 1,5 м. Однако эрозионная деятельность ограничена крупнообломочным составом размываемых отложений. В летний период при высыхании, поверхности ограждающих дамб и свободной от воды части лотка хвостохранилища подвержены воздействию эоловых процессов, разнося тонкий песчаный материал на сотни метров вокруг.
Нижняя (самая высокая) часть дамбы хвостохранилища, сложена рыхлыми щебенисто-суглинистыми отложениями, проницаема для воды. Вдоль ее подножия имеется большое количество выходов воды с дебитом до 3-4 л/с. Значительная часть потока, дренируемого через тело дамбы поступает в грунтовые воды аллювиальных отложений р. Холдоми. Происходит заболачивание поймы реки ниже хвостохранилища на площади около 20 га [6].
Наиболее существенным по воздействию на природную среду фактором является сток растворенных веществ в систему рек Хол-
доми и Силинка. Во время ливневых дождей хвостохранилище неоднократно размывалось водными потоками, происходили прорывы дамбы отстойников и грязевые потоки с высоким содержанием тяжелых металлов попадали в реки. Ниже хвостохранилища в р. Xолдоми образовалась русловая техногенная залежь (протяженностью почти 1,5 км) и сопряженный с ним контрастный литохимический поток рассеяния Au и Hg в донных осадках протяженностью почти 12 км. В составе донных осадков преобладают Zn, Cu, As, Pb, Co, Sn и др. Их содержание в воде значительно превышает ПДК в районе г. Комсомольска-на- Амуре. Техногенное загрязнение экосистем рч. Солнечный, Силинка-Xолдоми тяжелыми металлами явилось причиной исчезновения нерестилищ для многих видов рыб. Тяжелые металлы накапливаются в лиственнице, рябине, смородине и других растениях, что сказывается на их внешнем состоянии (осыпается хвоя, листья деревьев имеют красноватые оттенки и др.) Высокая концентрация тяжелых металлов в почвогрунтах вокруг обогатительной фабрики (ЦОФ) и хвостохранилища на площади 1,2 км2 будет также являться источником загрязнения водных экосистем даже после консервации хвосто-хранилища.
Одно из крупных хвостохранилищ не севере Xабаровского края построено в районе действия ГОКа “Рябиновый”. Дамбы хво-стохранилща сложены местными грунтами, представляющими собой суглинисто-щебенистый материал с высоким коэффициентом фильтрации. К тому же под рыхлой толщей в днище хвостохрани-лища залегают кавернозные доломиты и известняки, также способствующие стоку подземных вод и их обмену с поверхностными источниками.
Xимический состав жидкой фазы пульпы имеет повышенные показатели рН (8,3-8,8), содержания ионов солей, в том числе сульфатов (24,5 мг/дм3), хлоридов, а также тяжелых металлов (Cu-3730 мкг/дм3, Pb-61,5 мкг/дм3, Mn-258 мкг/дм3, Zn-35,0 мкг/дм3). В русле ручья Тарынг-Лата, в которое поступает сток дренажных вод из хвостохранилища, по данным анализа качества воды, влияние промышленных стоков отмечалось на второй год существования ЗИФ. Уже в первый год произошло обрастание водорослями донных отложений в русле реки.
Методы снижения отрицательных последствий хранения отходов. В настоящее время разработано множество методов
снижения отрицательных последствий хранения техногенных отходов горнодобывающей промышленности. Наиболее широко используются методы искусственных покрытий водонепроницаемыми материалами днищ хвостохранилищ и мест складирования отходов переработки. Эффективны способы обработки отходов химическими растворами щелочей (например, раствором Са(ОН)2), снижающими окисление минералов на воздухе [8]. Однако высокие затраты на обработку больших объемов и непродолжительный эффект приводит к их ограниченному применению. Кроме того, применение щелочных реагентов может резко (хотя и локально) повысить рН, что может быть опасно само по себе.
Таким образом, используемые методы в технологии горнодобывающей промышленности Хабаровского края по снижению риска опасностей, не решают экологических проблем для окружающей среды. Учитывая, что экологические приоритеты не являются обязательными при решении конкретных производственных задач, связанных с разработкой месторождений, исследования должны быть направлены на поиск эффективных технологий переработки отходов, как радикального метода снижения техногенной нагрузки на окружающую среду. Поиск таких методов активно проводится как российскими, так и зарубежными исследователями. Некоторые технические решения уже реализованы в России, США, ЮАР и других странах [1, 2].
В условиях дальневосточного климата с характерным для него преобладанием атмосферных осадков над испарением и ливневым характером дождей, при несовершенной системе оборотного водоснабжения, способствующей загрязнению дренажными водами природных водотоков через тело дамб и плотин, наиболее остро ощущается проблема поиска способов кардинального решения задач снижения риска техногенного давления.
--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вигдергауз В.Е., Данильченко Л.М., Саркисова Л.М. Ресурсная ценность, физико-химические особенности и методы переработки техногенного медьсодержащего сырья. // Цветная металлургия, 1999, №1. С.25-31.
2. Воронин Д.В., Гавеля Э.А., Карпов С.В. Изучение и переработка техногенных месторождений. // Обогащение ру,. 1994, №3. С.38-40.
3. Калинкин А.М., Политов А.А., Болдырев В.В. Эффект глубокой карбонизации диопсида при механической активации в среде СО2 // Доклады РАН, 2001. №2. Т. 378. С.1-5.
4. Махинов А.Н., Карсаков Л.П. Геоэкологические проблемы при освоении месторождений золота на Дальнем Востоке и некоторые пути их решения. //Вестник Приамурского регионального отделения РАЕН, 2000, №1.С. 99-104.
5. Махинов А.Н., Махинова А.Ф., Шевцов М.Н. Влияние горнодобывающих предприятий на преобразование ландшафтов хребта Кет-Кап. // Вопросы географии Дальнего Востока. Вып.20. Хабаровск: Приам. геогр. общество, 1997. С. 8-13.
6. Шевцов М.Н., Караванов К.П., Махинов А.Н и др. Водные ресурсы горнорудных районов и их преобразование.// Юг Дальнего Востока. Хабаровск: Изд-во Хаб. гос. техн. ун-та, 1998. 159 с.
7. Тарасенко И.А. Экологические последствия минералого-геохимических преобразований хвостов обогащения Sn-Ag-Pb-Zn руд (Приморье, Дальнегорский р-н). Автореф. канд. дис. - Владивосток: ДВГТУ. 1998. 28с.
8. Трубецкой К.Н., Воробьев А.Е. Геохимические барьеры и возможности целенаправленного формирования техногенных месторождений // Геохимические барьеры в зоне гипергенеза. Междунар. симп. «Памяти А.И. Перельмана». - М.: МГУ. 1999. С190-195.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------
Махинов А.Н. - доктор геолого-минералогических наук, заместитель директора,
Махинова А.Ф. - кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник,
Институт водных и экологических проблем ДВО РАН.
Шевцов М.Н. - доктор технических наук, заведующий кафедрой, Тихоокеанский государственный университет.
