Производственная деятельность человека и ее возможные последствия | Вестн. Том. гос. ун-та. 2013. № 377. DOI: 10.17223/15617793/377/33

Производственная деятельность человека и ее возможные последствия

Обогатительные фабрики и их хвостохранилища - существенный фактор негативного воздействия техногенеза на окружающую среду. Во-первых, происходит загрязнение поверхностного стока, почв и, как следствие этого, подземных вод. Во-вторых, общий спад производства может привести к практически полному отсутствию возможности поддержания горнообогатительного комплекса на уровне экологической безопасности.

Production activity of the person and its possible consequences.pdf В результате процессов изменения природных комплексов и биогеоценозов под воздействием производственной деятельности человека возникают ранее не существовавшие геологические образования, которые по технологическим свойствам, количеству и экономическим показателям могут быть использованы для удовлетворения практических нужд человека, что соответствует понятию «месторождение полезных ископаемых». Такого рода геологические объекты, сотворенные руками человека, сегодня называют техногенными месторождениями, но с формальной точки зрения большая их часть не отвечает этому определению, так как, согласно общепринятым требованиям, по ним не утверждались запасы полезного сырья и не проводилась оценка экономической целесообразности их разработки. Хвостохранилище является накопителем отходов переработки различных руд и относится к числу экологически потенциально опасных инженерных объектов. Человек «перекачивает» на поверхность из глубин земли огромные количества различных элементов, что приводит к нарушению экологического равновесия, поскольку в биологический круговорот вовлекается, согласно оценке О.П. Добродеева, Cd - в 160 раз меньше, чем извлекается, Sb - 150, Hg - 110, Pb - 35, F - 15, U - 6, Sn - 6, Си - 4, Mo - в 3 раза. При этом многие из данных элементов являются высокотоксичными. Значительные объемы многих экологически опасных тяжелых металлов накапливаются в отвалах шахт и карьеров и хвостах обогащения руд, где в кислой среде они легко переходят в подвижные формы, попадая в грунтовые, поверхностные воды и в атмосферу (в виде пыли и кислотных дождей) [1]. Добыча и последующая переработка полезных ископаемых - один из наиболее мощных видов техноге-неза. Его воздействие на природную среду возрастает и охватывает все большие территории [12. С. 269]. При разработке месторождений полезных ископаемых отрабатываются руды в основном на один полезный компонент. Элементы-попутчики главного рудного элемента часто не извлекаются из руд, попадая в отвалы горно-обогатительных фабрик. В своем большинстве горнорудные предприятия становятся градообразующими и в ряде мест современные районы городов располагаются вокруг них. Объёмы отходов, накопленных за десятки лет, огромны и представляют собой терриконы вскрышных пород и продукты хвостовой пульпы, представленные песками, алевритами и глинами. Получение концентратов руд благородных и редких металлов на горно-обогатительных комбинатах сопровождается складированием значительных масс отходов в хвостохранилищах [3. С. 34-40]. В настоящее время хвостовые хозяйства рассматриваются как новый тип рудных объектов - техногенные месторождения. В ряде стран уже осуществляется их вторичная переработка, рентабельная ввиду того, что огромные массы пород уже извлечены из недр, а также за счет измельченности и более выдержанного минерального состава пульпы. Техногенные месторождения золота, помимо доизвлечения основного полезного компонента, могут являться ценным источником попутных элементов (платиноидов и рения), которые в начальный период добычи руд по тем или иным причинам не извлекались. Со временем под действием различных факторов гипергенеза благородные металлы и рений могут переходить в подвижные формы и мигрировать как по толще хвостов, так и за пределы хвосто-хранилища. Научные разработки позволят на современном уровне подойти к решению вопросов доизвле-чения и вторичного извлечения химических элементов из отходов горно-обогатительных комбинатов. Все процессы, происходящие в рудах в процессе ги-пергенеза, не прекращаются, усиливаясь в хвостохрани-лищах благодаря возрастающему механическому воздействию и доступу кислорода и воды. На хвостохрани-лищах нередко происходят подземные пожары и взрывы, так как в результате химических реакций выделяется тепло. Происходит специфическое минералообразова-ние, связанное с техногенными растворами [4]. Урупское медноколчеданное месторождение находится в верхнем течении р. Уруп на территории Уруп-ского района Карачаево-Черкесской республики, в 20 км к югу от районного центра станицы Преградной. На базе месторождения с 1964 г. работает горнообогатительный комбинат. Это комплексное горнопромышленное предприятие по добыче и переработке медноколчеданной руды. Его конечной продукцией в результате обогащения руд является медный и пирит-ный концентрат. Дополнительно ведутся работы по получению цинкового концентрата. В процессе переработки концентрата на медеплавильных и аффинажных заводах получают золото, серебро и сопутствующие им редкие элементы (кадмий, селен, теллур и т.д.). Урупское месторождение относится к золотосуль-фидному типу, основными рудными минералами которого являются: пирит Fe(S2), халькопирит CuFeS2, сфалерит ZnS, борнит Cu5FeS4, молибденит MoS2. Второстепенные рудные минералы: ковеллин (CuS), пирротин (FeS), арсенопирит Fe(AsS), малахит Cu2CO3(OH)2, блеклые руды (теннантит Cu3AsS3, тетраэдрит Cu3SbS3), галенит (PbS), гематит (Fe2O3), станин (Cu2FeSnS4), халькозин (Cu2S), беегерит (Pb6Bi2S9). Исследования пород и руд с помощью микрорентгено-спектрального анализа выявило присутствие алтаита (PbTe) и самородного теллура. В составе Урупской горнообогатительной фабрики находятся хвостохранилища первой и второй очередей (главная особенность хвостохранилища), содержащие отходы обогащения Медногорского горнообогатительного комбината, в которых находится более 11,6 млн т пиритсодержащих хвостов. Хвостохранилище первой очереди функционирует с 1968 г. и представляет собой гидротехническое сооружение, по типу овражное, намывное. Общая площадь более 97 га, полезная площадь около 64 га, вместимость не менее 6 млн м3. Хвостохранилище имеет длину почти 2 км и ширину от 250 до 550 м. К 1997 г. хвостохранилище первой очереди заполнено до проектных отметок и эксплуатация его в части складирования хвостов завершена. С 1998 г. здесь проводились работы по рекультивации, в процессе которых смонтирована установка по нейтрализации воды в прудке-отстойнике. В результате около 140 тыс. м3 воды из прудка нейтрализовано и откачано в хвостохра-нилище второй очереди. В дальнейшем проводились работы по засыпке части акватории прудка хвостами. На хвостохранилище существует система замкнутого оборотного водоснабжения. После осветления воды в прудке-отстойнике, через водосборные колодцы (железобетонного, шахтного, шандорного типов) и коллектор вода подается самотеком в насосную станцию оборотной воды. Водосборный коллектор в ложе хвостохрани-лища выполнен из стальных труб в железобетонной обойме, за пределами хвостохранилища - из безнапорных железобетонных труб. В систему оборотного водоснабжения входят также насосная станция оборотной воды, магистральный водовод и железобетонный резервуар емкостью почти 300 м3. По коллектору вода поступает в насосную станцию и насосами откачивается в резервуар, откуда подается в технологический процесс обогащения руды. При необходимости сброса части оборотной воды в р. Уруп она проходит предварительное обеззараживание на станции нейтрализации воды. В состав очистительных сооружений входят распределительный колодец, контактный чан, радиальные отстойники, емкость для хранения серной кислоты. Часть сточных вод поступает в контактный смеситель и после обработки серной кислотой поступает в отстойники, а затем по коллектору сбрасывается в р. Уруп. В процессе нейтрализации рН воды снижается с 12 до 8. Хвостохранилище второй очереди введено в эксплуатацию в 1998 г. Общая площадь более 100 га, имеет длину около 1 км и ширину около 600 м. Наименьшая отметка ложа хвостохранилища примерно 900 м. На хвостохранилище существует система замкнутого оборотного водоснабжения, содержащая до 145 тыс. м3 технической воды, которая в случае его прорыва может попасть в реки Богачуха и Кубань, а также Темрюкский залив Азовского моря. Отвалы хвостохранилища представлены некондиционными рудами и отстойниками отходов обогатительного производства. Их физико-химические особенности существенно различны, поэтому и способы их освоения могут быть разными. Отстойники хвостохранилища Урупского горно-обогатительного комбината наиболее благоприятны для освоения, так как вещество, составляющее их, раздроблено до мелких фракций 0,010,1 мм; они находятся в непосредственной близости от обогатительной фабрики (1 км) и связаны с ней асфальтированной дорогой и трубопроводами. При изучении хвостохранилища автором отобрано более 100 образцов при площадном опробовании хвостохранилища (по шурфовке и из керна скважин); собраны пробы воды из отстойников, ливневых колодцев, водоотводного канала, из речной системы района; проведено опробование почв и произрастающей на них растительности по мере удаления от хвостохранилищ. Цель исследования - выявление закономерностей миграции химических элементов в системе хвостохра-нилище - почвы, растения - водная система района медно-колчеданного месторождения; изучение минеральной ассоциации Урупского медноколчеданного месторождения; выявление минерально-геохимических особенностей руд и отвалов горно-обогатительных комбинатов, месторождения золотосульфидной формации; проследить миграцию химических элементов на примере хвостохранилища Урупского горнообогатительного комбината (Урупский район, Карачаево-Черкесская республика). Для достижения поставленных целей ставились и решались следующие основные задачи: проследить поведение химических элементов в водной системе района, оценить размер почвенных и биогеохимических аномалий, дать минералого-геохимическую характеристику руд, выявить геохимические особенности хвостов, а также подвижные формы элементов-токсикантов. Хвосты состоят преимущественно из нерудных минералов (полевой шпат, кварц) и пирита, в небольшом количестве встречаются сфалерит, галенит, гематит. Преобладающая часть нерудных минералов наблюдается в свободных зернах, меньшая - в срастаниях с сульфидами. Медьсодержащие минералы представлены халькопиритом, борнитом, блеклой рудой. В рудах золото встречается в основном в халькопирите, сфалерите, борните, а также обнаружено в срастании с пиритом. Извлеченные из недр и дезинтегрированные суль-фидсодержащие породы в поверхностных условиях могут подвергаться быстрому окислению и переходу химических элементов в подвижное, миграционноспо-собное состояние. В отвальных хозяйствах накапливается значительное количество халькофильных элементов, многие из которых относятся к первой группе токсичности (Cu, Pb, Zn, As). В результате ветровой и водной эрозии вокруг хвостохранилищ создаются гидрохимические, почвенные и биогеохимические аномалии, размер которых на порядок и более превышает аналогичные природные аномалии [3. С. 34-40]. Складируемые хвосты Урупского горно-обогатительного комбината относятся к V классу опасности в соответствии с критериями отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды. По степени воздействия на человека и окружающую природную среду хвосты относятся к IV классу опасности [4]. Все, что связано с отработкой месторождений, гипергенными процессами, техногенезом и рудничными водами, не проходит безрезультатно для окружающей среды. Накопленные в техногенных водах элементы выносятся за пределы рудопроявлений и рассеиваются в грунтовых и родниковых, а следовательно, и в питьевых водах. Эти процессы неизбежно нарушают экологическое равновесие в районе. Происходит губительное загрязнение окружающей среды. Разрабатываемые и эксплуатируемые месторождения полезных ископаемых предсталяют собой источники мощного загрязнения окружающей среды токсичными элементами. По результатам исследований, главные рудные элементы Cu, Pb, Zn на хвостохранилище ведут себя по-разному. Цинк характеризуется высокой подвижностью, поэтому крайне редко образует самостоятельные фазы, он накапливается в некоторых гипергенных минералах. При разработке месторождения сульфиды находятся во вскрышных рабочих остатках, в отвальных хозяйствах могут накапливаться халькофилы, элементы первой группы токсичности: S, Cu, Pb, Zn, As. В результате физико-химических процессов, происходящих в зонах складирования, возникают новые минеральные фазы, изменяются формы нахождения химических элементов; они переходят в подвижное состояние и легко мигрируют на окружающие почвы, поступают в воды. Зафиксировано появление новообразованных металлоорганических форм, которые наиболее активно вовлекаются в биоценозы. Миграция происходит в минеральной, ионной, коллоидной, биогенной формах [5. С. 36-38; 6. С. 411; 7. С. 83; 8, 9]. Из-за того, что потоки вещества из отходов горнорудного производства изменяют состояние среды жизнедеятельности, отрицательно влияя на биоценозы, на развитие живых организмов, в том числе и человека, исключительно важным является изучение поведения подвижных форм токсикантов. В условиях гипергенеза создаются благоприятные условия для образования наноразмерных частиц, поэтому в ранг первоочередных задач выдвигается проблема изучения подвижных форм химических элементов на уровне наноразмерых частиц, которые и являются наиболее биоактивными, но никогда не выделялись при разработке и обогащении руд. Выявление путей и форм нахождения токсикантов в объектах окружающей среды позволит разработать методы очистки зараженных территорий, что невозможно без устранения самого источника загрязнения. Кроме того, в связи с ростом потребностей современной промышленности в широком спектре редких и рассеянных химических элементов и с появившимися возможностями извлечения наночастиц из проб отходы горнорудного производства могут стать новым дешевым источником редких и рассеянных элементов. Проведенное опробование отвалов хвостохранилищ на глубину 2-3 м показало, что для них характерна стратиграфическая зональность отложения и они состоят из глинистых и песчано-алевритовых прослоев, имеющих мощность от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. Преимущественным распространением пользуются алевриты. Они имеют желто-бежевую и бурую, а также темно-серую окраску. Светлоокрашенные горизонты состоят преимущественно из кварца, полевых шпатов, сульфидов (сфалерит, галенит), которые находятся в срастании с нерудными минералами. В темных прослоях преобладает пирит, реже халькопирит, борнит, блеклая руда. Зерна сульфидов окислены и покрыты тонкой пленкой водного сульфата железа - мелантерита. Бурая окраска появляется, когда все зерна таких слоев «одеты в рубашку» гидроксидов железа. Бурые пески накапливаются преимущественно в низах разрезов, что связано с сезонными затоплениями хвостохранилищ и активными процессами окисления в них. Методом ЯГР-спектроскопии в слоях разноокрашенных песков выявлено различное соотношение фаз ярозита, гидрогетита и гетита, которые и определяют окраску осадков. При исследовании химического состава хвостов были использованы традиционные методы анализа: масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП МС) и атомно-абсорбционный анализ с полным кислотным вскрытием проб на Au, Pt, Pd. Методом ИСП МС в водных растворах нанофрак-ций проб были обнаружены следующие содержания благородных металлов (г/т): Pt - до 0,035; Ru - до 0,022; Rh - до 0,15; Ir - до 0,0084; Os - до 0,00025; Re -до 0,34; Au - до 0,8; Ag - до 2,6 (табл. l). Т а б л и ц а 1 Содержания благородных металлов в водных растворах нанофракций хвостов по данным ИСП МС, г/т Элемент / порог обнаружения От До Au 0,0009 0,8 Ag 0,011 2,6 Pt

Ключевые слова

геоэкология, хвостохранилище, токсиканты, нанофракции, миграция, geoecology, tailings dams, toxicants, nanofractions, migration

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Алампиева Елена ВладимировнаРоссийский государственный педагогический университет им. А.И. Герценааспирант кафедры геологии и геоэкологииaew_ka@mail.ru
Всего: 1

Ссылки

Барабанов В.Ф. Геохимия. Л. : Недра, 1985. 423 с.
Алампиева Е.В., Панова Е.Г., Янсон С.Ю. Оценка экологического состояния техногенного месторождения, входящего в состав Урупского горно-обогатительного комбината // Геология, геоэкология и эволюционная география. 2010. Т. 10. С. 99-102.
Алампиева Е.В., Панова Е.Г. Геохимическая характеристика отходов горно-обогатительного производства на медноколчеданном месторож дении // Геология, геоэкология и эволюционная география. 2011. Т. 11. С. 176-180.
Олейникова ГА, Панова Е.Г. Геоинформационный ресурс анализа нанофракций горных пород // Литосфера. 2011. № 1. С. 83-93.
Акинфиев Н.Н., Баронецкая Л.Д., Осмоловский И.С., Швец ВМ. Физико-химическая модель формирования состава вод отвалов горнодобывающих предприятий // Геоэкология. 2001. № 5. С. 411-419.
Алампиева Е.В., Панова Е.Г. Актуальные проблемы вторичной переработки и складирования отходов золотосульфидного месторождения // Геология, геоэкология и эволюционная география. 2009. Т. 9. С. 36-38.
Фондовая литература Урупского горно-обогатительного комбината.
Панова Е.Г. Закономерности формирования природных и техногенных почвенных и биогеохимических аномалий в условиях полупустынно го ландшафта // Вопросы геохимии и типоморфизм минералов. 1995. Вып. 4. С. 34-40.
Домаренко В.А. Эколого-экономическая оценка месторождений (твердые полезные ископаемые) : учеб. пособие / под ред. проф. Рихванова. Томск, 2007.
Бабошкина С.В., Горбачев И В., Пузанов А.В., Балыкин С.Н. Тяжелые металлы (Cu, Pb, Zn, Cd, Fe, Cr, Hg) в техноземах, почвах и растениях горнопромышленных ландшафтов северо-западного алтая // Ползуновский вестник. 2006. № 2. С. 269-272.
 Производственная деятельность человека и ее возможные последствия | Вестн. Том. гос. ун-та. 2013. № 377. DOI: 10.17223/15617793/377/33

Производственная деятельность человека и ее возможные последствия | Вестн. Том. гос. ун-та. 2013. № 377. DOI: 10.17223/15617793/377/33