CC BY
23
УДК 622:664.768 DOI 10.46689/2218-5194-2021-4-1-86-96
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ВОВЛЕЧЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННУЮ ЭКСПЛУАТАЦИЮ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ РУД ТЫРНЫАУЗСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
М.В. Рыльникова, Р.К. Джаппуев, М.В. Цупкина
Рассмотрена проблема вовлечения в промышленную эксплуатацию лежалых отходов переработки руд Тырныаузского месторождения. Обобщен мировой опыт вовлечения техногенных минеральных образований в промышленную эксплуатацию, а также определены основные направления промышленного использования техногенного сырья. Рассмотрено возможное экологические воздействие хвостохранилищ, расположенных в высокогорных районах, на экологию горнопромышленного региона. Обобщены данные о формировании, эксплуатации и составе хвостохранилищ Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината. Сформулированы проблемы и обоснованы перспективы ликвидации хвостохранилищ путем вовлечения техногенного сырья в промышленную эксплуатацию.
Ключевые слова: техногенное минеральное образование, отходы переработки руд, хвосты обогащения, утилизация, экологические риски, хвостохранилище.
Постановка проблемы
Интерес научного сообщества к вопросу вовлечения техногенного сырья из отходов переработки многокомпонентных руд в промышленный передел с каждым годом набирает стремительные обороты. Актуальность данной темы обусловлена возрастающим экологическим воздействием складированных отходов на экосистему горнопромышленных регионов, повышением рисков эксплуатации техногенных объектов из отходов переработки руд, скоплением больших объемов токсичного техногенного сырья и изъятием значительных территорий под его хранение, сокращением емкостей для размещения отходов обогащения и истощением минерально-сырьевой базы рудных месторождений, повышением доли бедных труднообогатимых руд в перспективных запасах месторождений, расположением в сложных условиях.
Обобщение мирового опыта свидетельствует о том, что решение проблемы вовлечения в промышленную эксплуатацию лежалых отходов добычи и переработки руд способно обеспечить:
- пополнение истощающейся в связи с сокращением разведанных запасов и ресурсов различных типов руд минерально-сырьевой базы;
- рециклинг вторичных ресурсов, который в ряде случаев является довольно рентабельным за счет того, что отходы переработки руд являются комплексным минерально-сырьевым источником;
- решение экологических и социальных проблем регионов, обеспечивающееся за счет утилизации техногенного сырья и ликвидации техногенных объектов;
- снижение затрат на формирование и хранение отходов переработки руд, а также на решение экологических проблем в районе их размещения.
Обобщение опыта промышленного использования техногенного
сырья
На сегодняшний день промышленное использование лежалых отходов переработки руд имеет ряд положительных примеров. По обобщенным данным [1], среди основных направлений промышленного использования следует выделить производство закладочных материалов, стекловаты, вспениваемой керамики, бетонных заполнителей и геополимеров. Кроме того, ведущие страны в горнопромышленной отрасли рассматривают хвосты переработки руд в качестве дополнительного минерально-сырьевого источника, что обосновано вещественным составом и свойствами отходов переработки многокомпонентных руд.
Весомым фактором, требующим своевременного принятия решения по утилизации техногенных образований, является негативное экологическое воздействие на экосистему горнопромышленных регионов, связанное со складированием и длительным хранением токсичных отходов.
Негативное влияние техногенных образований оценено в большом количестве известных работ, в том числе в работах лаборатории экологически сбалансированного освоения недр ИПКОН РАН, проведенных на территории Южного Урала [2]. Так, в работе [2] экологический мониторинг был проведен согласно методике, предусматривающей выбор конкретных представителей растительного и животного мира для проведения химических исследований тканей растений и животных в специализированных лабораториях, отбор и подготовку проб, проведение химических анализов и анализ полученных результатов. В результате в исследуемых пробах были выявлены превышения содержаний ряда токсичных элементов в десятки и сотни раз, что доказало негативное экологическое воздействие хвостохранилища на экосистему региона и необходимость срочного принятия мер по изъятию токсичного техногенного сырья из массива химически опасных грунтов, ликвидацию хвостохранилища с целью предотвращения дальнейшей миграции элементов в окружающую среду [2].
Анализ экологического воздействия хранения хвостов переработки руд на экосистему горнопромышленных регионов показал, что особую опасность представляют хвостохранилища, расположенные в гористой местности [5]. Это обусловлено принципом миграции химических элементов из хвостохранилищ, перенос которых осуществляется в подземных гидропотоках и реках, берущих начало в горах (рис. 1). В связи с тем, что реки являются частью обширной гидросети региона, мигрирующие элементы негативно воздействуют на весьма значительные территории, изменяя состояние экосреды.
Осадки / / / / / ; ; *
I /
Миграция металлов
Сельскохозяйственные угодья
Скопление тяжелых металлов в результате миграции из хвостохранилища
Рис. 1. Принцип миграции химических элементов из хвостохранилищ, расположенных в гористой местности
Анализ проблемы утилизации отходов переработки руд показал, что наибольший интерес проявляется к следующим типам месторождений: редкоземельным, золоторудным, урановым, колчеданным и воль-фрамо-молибденовым. Однако в известной работе д.г.-м.н., профессора С.Ф. Винокурова с соавторами отмечено [4], что, если для ряда месторождений общая стратегия утилизации отходов разработана и частично реализуется на практике, то для вольфрамо-молибденовых руд проблема утилизации отходов нуждается в проведении дополнительных исследований по оценке и выемке отходов из хранилищ техногенного сырья для извлечения ценных и утилизации вредных компонентов.
Также весьма важно, что состояние отечественной вольфрамо-молибденовой отрасли, обеспечивающей потребности ряда стратегических предприятий оборонно-промышленного комплекса, машиностроения, металлургии, добывающих и других отраслей, требует безотлагательного принятия решений по развитию сырьевой базы, в том числе, в большей мере за счет вовлечения в переработку «вторичных» ресурсов, представленных в хвостохранилищах.
Обоснование выбора техногенного объекта
Характерными техногенными объектами, образованными в результате переработки вольфрамо-молибденовых руд, являются хвостохрани-лища Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината (рис. 2).
Анализ горно-геологических и горнотехнических условий Тырны-аузского хвостохранилища подтвердил актуальность вовлечения хвостов обогащения вольфрамо-молибденовых руд в промышленный передел.
Рис. 2. Тырныаузские хвостохранилища [5]
На сегодняшний день освоение данных техногенных минеральных образований сдерживается рядом причин:
- топографическими условиями расположения в гористой местности, что требует особого подхода к обеспечению транспортной доступности и выбору параметров систем разработки техногенных образований и транспортирования техногенного сырья;
- сложной гидрогеохимией региона и необходимостью управления гидродинамичными процессами в ходе эксплуатации;
- отсутствием апробированных технических решений по извлечению тонкодисперсного обводненного техногенного сырья в охранной зоне гористой местности;
- отсутствием достоверных исходных данных по сформированной структуре массива хвостохранилища Тырныаузской обогатительной фабрики и знания закономерностей распределения содержания ценных компонентов и свойств техногенного сырья в техногенном массиве;
- необходимостью разработки решений по утилизации вторичных отходов после переработки ранее складированных хвостов, особенно содержащих высокотоксичные элементы;
- необходимостью технологического согласования мощностей и объемов переработки хвостов с объемами переработки добываемых руд после возобновления работы Эльбрусского ГОКа.
Историческая справка
Согласно историческим данным [6], формирование Тырныаузского хвостохранилища началось в 1934 г. Первая продукция была произведена в 1939 году, а в 1942 г. предприятие было полностью уничтожено серией
взрывов. Однако сразу после Великой Отечественной войны Тырныауз-ский комбинат был отстроен заново. В 2001 году предприятие вынуждено остановило свою производственную деятельность вследствие природно-техногенной катастрофы.
При этом, следует отметить, что значение месторождения в минерально-сырьевом балансе России не уменьшилось. С геологических позиций запасы Тырныаузского вольфрамо-молибденового месторождения представляют собой серию крутопадающих скарновых тел различной мощности с шеелитовым и молибденитовым оруденением [4]. Распространение имеют минералы, с которыми связаны сопутствующие оруде-нения и минерализация элементов: Си, Ag, Аи, В^ 7п, РЬ, Sb, а также редких и рассеянных элементов Re, Cd, 1п, Se, Те.
В период формирования хвостохранилища в него подавались отходы обогащения, полученные после переработки руд флотационными и химическими процессами [4]. Несмотря на достаточно высокие содержания компонентов в составе природных руд, на товарную продукцию приходилось всего 0,5 % от общего объема переработки рудной массы, а отходы от начальной пульпы, поступавшей на обогатительную фабрику, составляли - 99,5 %. Важно отметить, что ТВМК работал несколько десятков лет, и хвосты обогатительной фабрики по протяженной системе трубопровода с нагнетательными агрегатами и насосной станцией, перекачивавшей пульпу с подъемом на высоту около 160 метров, поступали сначала в хвостохранилище № 2, а после его заполнения и рекультивации - в новое суперхранилище № 3 (рис. 3) [4].
Рис. 3. Местоположение хранилища 2 и суперхранилища 3 ТВМК на топографической карте [4]
Суммарные запасы металлов (в тыс. тонн) в двух хвостохранили-щах, по данным ТВМК, составляют, т: W ~ 230, Мо ~ 50, Си ~ 15, Bi ~ 4, а Аи и Ag - первые тонны [4]. Кроме того, промышленный интерес представляют запасы неметаллического минерального сырья, они исчисляются десятками миллионов тонн и могут быть использованы как сырье для производства строительных материалов после извлечения из них тяжелых и токсичных металлов.
Научно-методические подходы к освоению хвостохранилищ ТВМК
В работе [6] отмечено, что для поиска наиболее эффективных подходов к разработке методов или технологий полной утилизации захороненных промышленных отходов ТВМК, с предварительным извлечением экономически важных и экологически вредных металлов (элементов), уже имеются необходимые для этих целей новые данные о их минеральном составе, включая информацию о новообразованных тонкодисперсных подвижных низкотемпературных минеральных формах вольфрама и молибдена, и геохимических особенностях гранулометрических разностей материала, находящегося в хвостохранилищах.
Весьма важно, что в период с 2014 по 2016 гг. в процессе выполнения НИР по проекту Российского научного фонда (соглашение № 14-1700474 от 01.07.2014 г.) по Тырныаузским хвостохранилищам были получены принципиально новые данные, касающиеся проблемы минералого-геохимических особенностей захороненных промышленных отходов ТВМК [4]. Содержание промышленных элементов в промышленных отходах хвостохранилищ № 2 и № 3 по данным исследования 31 пробы представлены в таблице.
Содержание промышленных элементов в промышленных отходах хвостохранилищ № 2 и № 3 по данным РФА и РСА [4]
Отвал Содержание элементов, г/т
W Мо Zn Си РЬ 8п Аз 8Ь 8г ЯЬ Т1 и
№2 мин 200 36 200 21 9 40 25 4 240 - - -
макс 1450 320 430 183 66 86 143 17 340 - - -
ср 520 129 280 72 25 68 69 10 303 - - -
№3 мин 200 100 230 39 14 57 39 5 220 69 <5 6
макс 910 240 460 120 68 185 180 5 350 170 <5 10
ср 420 145 290 65 26 89 96 5 315 118 <5 8
*мин - минимальное содержание, макс - максимальное, ср - среднее по данным исследования 31 пробы.
Авторами было установлено, что содержание всех основных металлов в отходах хранилища № 2, кроме свинца, значительно выше аналогичных данных, приведенных в отчетах ТВМК. Из этого следует, что запасы основных металлов Мо, Си, 7п) должны быть переоценены. В отходах хвостохранилища № 3 содержание W, Мо, 7п, Си, Sr требует изучения значительно выше, а РЬ, As незначительно выше полученных ранее данных. Таким образом, хвостохранилища ТВМК являются уникальным техногенным образованием комплексного сырья, что обуславливает возможности промышленного применения отходов.
Авторами [7] установлено, что в процессе хранения хвостов ТВМК образовались тонкодисперсные низкотемпературные минеральные формы вольфрама и молибдена: шеелит, повеллит, тунгстит, молибдотунгстит, вольфрамата кальция. В целом, по данным [7] в техногенном материале хвостохранилищ ТВМК средние содержания рудных элементов составляют (г/т): Мо - 111, - 375, РЬ - 22, - 241, Си - 37, N1 - 28, Со - 11. Содержания как полезных Мо, 7п, РЬ - представляют экономическую ценность при их извлечении), так и экологически вредных Мо, As, 7п, РЬ, S и др.) элементов значительно превышают ПДК.
Весьма важно отметить и экологические риски, связанные с эксплуатацией таких объектов [4]. Несмотря на рекультивацию хвостохранилища № 2, проведенную в 1976 - 1977 гг., к 2000 г. был разработан карьер по добыче «инертного» материала, в результате чего был нарушен слой рекультивации, а захороненные отходы были вскрыты на всю их мощность в северной его части, что обеспечивает продолжение экологического воздействия на регион. А в результате частичной рекультивации хво-стохранилища № 3 «защитное» озеро разделилось на два самостоятельных водоема, один из которых дренировался частичным стоком излишков воды по двум деривационным тоннелям в р. Баксан.
Нарушение сохранности хвостохранилищ путем частичного или полного механического разрушения «запорных» насыпных дамб также обуславливает большие экологические риски, которые могут быть вызваны рядом природных явлений: неотектонической активностью, повышенной сейсмичностью и селевой опасностью.
Так, авторами работы [8] были рассмотрены зоны возможного затопления посредством переноса отходов переработки при разрушении гидротехнических сооружений (рис. 4), что подтверждает серьезные экологические последствия для горнопромышленного региона.
В работах [9, 10] описаны результаты мониторинга зон ТВМК, где выявлено около 10 новых оползневых и 20 селевых бассейнов.
Таким образом, кроме распространения склоновых лавин, селей, оползней, Тырныаузские хвостохранилища представляют серьезную экологическую угрозу, ввиду разноса пылевидной массы с поверхности отвалов и миграции химических элементов в водный бассейн рек Баксан и
Гижгит.
X вое i охрами, шше ТГОК / Tailing dump of ihe Tymyauz mining and processing plant
Щ
— х>на подтопления
— юна boimoxhofl >ko;ïoi нчсскон катастрофы
— наименование населенного пункта (н п )
Рис. 4. Картосхема с указанием зон затопления при механических разрушениях хвостохранилищ [8]
Заключение
Таким образом, перспективы вовлечения в промышленную эксплуатацию лежалых отходов переработки многокомпонентных руд Тырныа-узского месторождения базируются на принятии мер по:
- обеспечению транспортной доступности и выбору параметров систем разработки техногенных образований и транспортирования техногенного сырья;
- управлению динамичными гидропотоками в ходе разработки хвостохранилища и выемке тонкодисперсного техногенного сырья с учетом структуры его массива хвостохранилища и новообразованных минеральных форм;
- утилизации вторичных отходов после переработки хвостов с до-извлечением ценных компонентов;
- обоснованию рационального соотношения объемов переработки хвостов с объемами добычи руд после возобновления работы Тырныауз-ского комбината.
Список литературы
1. Disposal of mine tailings via geopolymerization / Zhang Xiaolong, Zhang Shiyu, Liu Hui, Zhao Yingliang // Journal of Cleaner Production. 2021. V. 284. 15 р.
2. Оценка воздействия техногенных образований из отходов пере-
работки многокомпонентных руд на экосистемы горнопромышленных регионов / М.В. Рыльникова, Д. Н. Радченко, М. В. Цупкина, А.Е. Кирков // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып. 3. С. 5 - 17.
3. Leaching of heavy metals from abandoned mine tailings brought by precipitation and the associated environmental impact / Ping Wang, Zehang Sun, Yuanan Hu, Hefa Cheng // Science of The Total Environment. 2019. V. 695. 11 p.
4. Экологические риски хранения отходов Тырныаузского воль-фрамо-молибденового комбината и проблемы их комплексной утилизации / С. Ф. Винокуров [и др.]. Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2018. 130 с.
5. Экологические проблемы Тырныаузского хвостохранилища на реке Гижгит / К.А. Гегиев, А.Х. Шерхов, З.Ж. Гергокова, К.К. Анахаев // Вестник Московского государственного строительного университета. 2018. Т. 13, Вып. 11. С: 1386 -1394.
6. Утилизация хранилищ промышленных отходов обогатительной фабрики Тырныаузского вольфрамово-молибденового комбината - одно из необходимых мероприятий для решения экологических проблем в Приэль-брусье (Кабардино-Балкарская республика) / Н.С. Бортников [и др.] // Вестник Владикавказского научного центра. 2014. Том 14, Вып. 1. С. 35 -43.
7. Захороненные промышленные отходы Тырныаузского вольфра-мо-молибденового комбината: минеральный состав, геохимические особенности и их утилизация как решение экологических и социальных проблем на территории Кабардино-балкарской республики / Н.С. Бортников [и др.] // Геоэкология. инженерная геология. гидрогеология. Геокриология. 2013. Вып. 4. С: 323 - 341.
8. Залиханов М.Ч. Противоселевая защита г. Тырныауза от затопления // Труды Всероссийской конференции по селям: 26 - 28 октября 2005. М.: URSS, 2005. С: 283 - 288.
9. Кюль Е.В., Борисова Н.А. Активизация опасных природных процессов в природно-техногенных геосистемах (на примере Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината, г. Тырныауз, Кабардино-балкарская республика) // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Бассейн реки Терек: проблемы регулирования, восстановления и реабилитации водных объектов». 2015. С. 201 - 205.
10. Кюль Е.В., Стрешнева Н.П. Отчет. Исследование оползневой обстановки левого борта долины р. Баксан в районе г. Тырныауза. Нальчик: Фонды ВГИ, 1993. 89 с.
Рыльникова Марина Владимировна, д-р техн. наук, проф., гл. науч. сотр., rylnikova amail.ru, Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук,
Джаппуев Руслан Камалович, соискатель, [email protected]. Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет),
Цупкина Мария Владимировна, асп., вед. инженер, m. tsupkina@,gmail. com, Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук
PROBLEMS AND PROSPECTS OF INVOLVING ORE PROCESSING WASTE FROM THE TYRNYAUZ DEPOSIT INTO INDUSTRIAL OPERATION
M.V. Rylnikova, M.V. Tsupkina, R.K. Dzhappuev
The problem of involving stale ore processing waste from the Tyrnyauz deposit into industrial operation is considered. The world experience of involving technogenic mineral formations in industrial exploitation is summarized, and the main directions of industrial use of technogenic raw materials are determined. The possible ecological impact of tailings dumps located in high-altitude areas on the ecology of the mining region is considered. The data on the formation, operation and composition of the tailings dumps of the Tyrnyauz Tungsten-Molybdenum Combine (TVMK) are summarized. The problems are formulated and the prospects for the liquidation of tailings dumps by involving man-made raw materials in industrial operation are justified.
Key words: technogenic mineral formation, ore processing waste, dressing tails, disposal, environmental risks, tailing dump.
Rylnikova Marina Vladimirovna, doctor of technical sciences, professor, principal research scientist, rylnikova@mail. ru, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of Russian Academy of Sciences,
Dzhappuev Ruslan Kamalovich, applicant, galina_stas@,mail. ru. Russia, Vladikavkaz, North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University),
Tsupkina Maria Vladimirovna, postgraduate, lead engineer, m. tsupkina@,gmail. com, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences
Reference
1. Disposal of mine tailings via geopolymerization / Zhang Xiaolong, Zhang Shiyu, Liu Hui, Zhao Yingliang // Journal of Cleaner Production. 2021. V. 284. 15 p.
2. Assessment of the impact of technogenic formations from waste processing of multicomponent ores on the ecosystems of mining regions / M.V. Rylnikova, D. N. Radchen-ko, M. V. Tsupkina, A.E. Kirkov // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2020. Issue 3. pp. 5-17.
3. Leaching of heavy metals from abandoned mine tailings brought by precipitation and the associated environmental impact / Ping Wang, Zehang Sun, Yuanan Hu, Hefa Cheng // Science of The Total Environment. 2019. V. 695. 11 p.
4. Environmental risks of waste storage of the Tyrnyauzsky vol-framo-molybdenum combine and problems of their complex utilization / S. F. Vinokurov [et al.] // Nalchik: Kab.-Balk. un-t, 2018. 130 p.
5. Ecological problems of the Tyrnyauz tailings dam on the Gizhgit River / K.A. Ge-giev, A.H. Sherkhov, Z.Zh. Gergokova, K.K. Anakhaev // Bulletin of the Moscow State University of Civil Engineering. 2018. T. 13, Issue. 11. C: 1386 -1394.
6. Utilization of industrial waste storage facilities concentrator Tyrnyauz tungsten-molybdenum plant is one of the necessary measures to solve environmental problems in the Elbrus region (Kabardino-Balkaria) / N.With. Bortnikov [et al.] // Bulletin of the Vladikavkaz scientific center. 2014. Volume 14, Issue 1. pp. 35-43.
7. Buried industrial waste of the Tyrnyauz tungsten-molybdenum combine: mineral composition, geochemical features and their utilization as a solution to environmental and social problems on the territory of the Kabardino-Balkar Republic / N.S. Bortnikov [et al.] // Geoecology. engineering geology. hydrogeology. Geocryology. 2013. Issue 4. From: 323 -341.
8. Zalikhanov M.Ch. Anti-settlement protection of the city of Tyrnyauza from flooding // Proceedings of the All-Russian Conference on Mudflows: October 26-28, 2005. Moscow: URSS, 2005. From: 283 - 288.
9. Kuhl E.V., Borisova N.A. Activation of hazardous natural processes in natural and man-made geosystems (on the example of the Tyrnyauz tungsten-molybdenum combine, Tyrnyauz, Kabardino-Balkarian Republic) // Proceedings of the All-Russian scientific and practical conference "Terek River basin: problems of regulation, restoration and rehabilitation of water bodies". 2015. pp. 201 - 205.
10. Kuhl E.V., Streshneva N.P. Report. Investigation of the landslide situation on the left side of the Baksan river valley near the town of Tyrnyauza // Nalchik. Funds of the VGI. 1993. 89 p.
УДК 504 DOI 10.46689/2218-5194-2021-4-1-96-108
АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ПЫЛИ И ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА ООО «ХАЙДЕЛЬБЕРГЦЕМЕНТ РУС» ПОС. НОВОГУРОВО АЛЕКСИНСКОГО РАЙОНА ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ
Г.В. Стась, В.И.Сарычев, Н.Н. Бородкина, А. В. Проников
Проведен количественный, системный анализ выбросов пыли и вредных веществ по всей технологической линии производства цемента ООО «ХайдельбергЦе-мент Рус» пос. Новогурово Алексинского района Тульской области.
Ключевые слова: пыль, технологическая линия, цемент, вредные вещества.
Основным видом деятельности предприятия согласно ОКВЭД является разработка гравийных карьеров и производство щебня (рис. 1).
Основные производственные процессы:
1. Вскрышные породы (снятие вскрышного грунта и вывоз в отвал с целью вскрытия полезного ископаемого).
Вскрышные породы в карьере представлены карбоновыми и четвертичными отложениями мощностью от 11 до 40 м. Вскрышные работы
