УДК 504.55.054:622(470.6)
НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ МИНИМИЗАЦИИ ВЛИЯНИЯ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ЭКОЛОГИЮ РЕГИОНОВ
В. И. Голик, доктор технических наук,
профессор, гл. научный сотрудник,
В. Б. Заалишвили, доктор физ.-мат. наук,
профессор, директор,
О. Г. Бурдзиева, кандидат геогр. наук,
зам. директора по науке,
Федеральное Государственное Бюджетное
Учреждение науки (ФГБУН)
Центр геофизических исследований
Владикавказского научного центра РАН
и Правительства Республики
Северная Осетия-Алания
(ЦГИ ВНЦ РАН и РСО-А),
cgi_ras@mail.ru
Показаны особенности влияния отходов горного производства на окружающую среду регионов Северного Кавказа. Дана краткая историческая справка о высокогорных месторождениях Северного Кавказа. Рекомендована модель поражения окружающей среды продуктами природного выщелачивания и новый критерий объективной эколого-эко-номической оценки состояния горнодобывающего региона. Даны модели определения экономического эффекта от утилизации хвостов обогащения с получением экологического и экономического эффекта. Приведены краткие сведения о результатах экспериментов по механохимическому извлечению металлов из хвостов обогащения руд Садонс-кого месторождения, руд КМА и углей Российского Донбасса с извлечением металлов до 80 %.Обосно-вано, что рекомендуемое направление является единственной альтернативой практике обращения с отходами добычи и переработки минерального металлического сырья.
The article analyses the features of the impact of mining waste on the environment of the North Caucasus regions. A brief historical background of the mountaintop mining in the North Caucasus is given. A model of environmental damage by the products of natural leaching and a new criterion of objective environmental and economic assessment of the mining region are recommended. The models for determining the economic effect of tailings disposal for obtaining environmental and economic effects are given. The paper provides a summary of the results of the experiments on the mechanical and chemical removal of metals from tailings of ore sat the Sadonsky Deposit, the ores of the Kursk Magnetic Anomaly and the coals of the Russian Donbass with metal recovery to 80 %. It is substantiated that the recommended trend is the only alternative to waste management practices of mining and processing of mineral metal raw materials.
Ключевые слова: окружающая среда, горное производство, эколого-экономическая оценка, обращение с отходами.
Keywords: environment, mining, environmental and economic assessment, waste management.
Доля горнодобывающей промышленности в загрязнении окружающей среды достигает 20 % от общего объема загрязнений. При добыче металлических руд загрязнение окружающей среды достигает значительных масштабов, а в условиях высокогорных месторождений Северного Кавказа (Садонское, Тырныаузское, Урупское и др.) проблема обостряется расчлененностью высокогорного рельефа и естественной изоляцией [1].
С 1968 г. разрабатываются месторождения меди Уруп-ской группы. В Садонском рудном районе (Северная Осетия) свинец начали добывать около 200 лет назад. Полвека добываются вольфрам и молибден из руд Тырныаузс-кого месторождения (Кабардино-Балкария), более 30 лет разрабатывали Быкогорское месторождение радиоактивных руд. Ими накоплены миллионы тонн хвостов обогащения (рис. 1).
В результате природного выщелачивания элементов из хвостов переработки в окружающую среду происходит многолетняя деградация садовых культур, например, в с. Дзинцарна на реке Ардон (Осетия) и с. Былым на реке Баксан (Кабардино-Балкария), расположенных рядом с хвостохранилищами.
С хозяйственной точки зрения хвосты обогащения и металлургии — сырье с низким содержанием полезных компонентов, измельченное, окисленное и труднообога-тимое.
Выщелачивание токсичных элементов из хвостов продолжается 100—150 лет, окисление пирита с генерацией серной кислоты для выщелачивания — 200 лет. С динамичным увеличением объемов добычи полезных ископаемых в новейшее время количество отходов стало расти быстрее, чем выход продукции, так как одновременно уменьшается содержание полезных компонентов в минеральном сырье и увеличивается выход отвальных и вскрышных пород.
Количество добываемого в мире минерального сырья оценивается приблизительно в 100 млрд тонн в год и растет с периодом удвоения в 10—12 лет.
В техногенных месторождениях Северной Осетии на территории около 250 га накоплено до 9 млн тонн хвостов обогащения и металлургии, содержащих: ртуть — 110 т; свинец — 5390 т; сурьму — 52000 т; торий — 1,3 т; кобальт — 150 т; металлы гальваники — 43 т; мышьяк — 50 т (таблица) [2].
Несмотря на практически полное прекращение добычи металлических руд в Северной Осетии с 1991 г., в окрестностях хранилищ содержание свинца, цинка, галлия, никеля, ртути, селена в почве возрастает.
В теплой и влажной среде хранилищ хвостов при доступе кислорода развивается окисление сульфидных материалов, катализатором чего является углекислота хвостохранилищ. Отвальные воды выносят в окружающую среду мобильные продукты природного выщелачивания: 7пБ04, СиБ04, СаБ04 и РеБ04 • 7Н20. В хвостах природного выщелачивания остаются 7пС03, РЬС03, СиС03, РЬБ04 и РеБ04.
Если соотношение сульфидов и карбонатов для Садона составляет около 6:1, то при полном окислении в углекислоты переходят до 20 %, а 80 % находится в сульфатной форме. В процессе обогащения применяются цианиды и свободная кремнекислота.
До конца не оценена опасность радионуклидов — 90бг, 60Со, 657п, 137Св, которые активизируются в бедных почвах.
Реки являются коллекторами техногенных ингредиентов (рис. 2).
Река Ардон на участке Садонского месторождения получает около 3 млн м3/год стоков, в которых растворено 700 мг/дм3 или около 2000 т минеральных веществ. В том числе 11 т цинка при превышении предельно допустимой
Техногенные месторождения металлосодержащих хвостов
Характеристика
Месторождения
металл содержание, % запасы,т
Унальское храни- свинец 0,21 5500
лище хвостов обогащения 2 600 000 тонн цинк медь 0,32 0,10 8500 2600
на площади 61 га железо 6,2 160000
титан 0,18 4700
марганец 0,16 4200
серебро 4,0 г/т 11
Фиагдонское хра- свинец 0,19 4600
нилище хвостов обогащения 2 400 000 тонн цинк медь 0,35 0,12 8500 2900
на площади 56 га железо 6,8 165000
титан 0,16 3900
марганец 0,14 3400
серебро 4,0 г/т 9,6
Хранилище хвос- свинец 0,6 19000
тов металлургии завода «Электроцинк» 3 140 000 т цинк медь 0,8 1,1 35000 35000
на площади 30 га железо 20,6 650000
титан 1,2 38000
марганец 0,19 6000
серебро 3,5 11
Левобережное
Г«
Штольня Мизурская Штольня
Згидский Красная
р. Унал
Холстинское р. Холс
рудник Штольня р. Ход Надежда
Лабагомское
Хвостохранилище
Рис. 2. Карта-схема сброса стоков горных предприятий в реки
концентрации в 383 раза, 1,2 т меди — при превышении в 37 раз, 2 т свинца — при превышении в 14 раз.
Процесс поражения окружающей среды продуктами природного выщелачивания описывается моделью [3]:
Y = f(Mc, Mr, Q, a, T) = n P O T
= £ £ £ £ [(Qa + Qn + Qm) S
n = 1 p = 1 o = 1 t = 1
x (aX - axK)] s
x (ZKc -Ky-KT- ZK6 • Kr • KBP • Kr) ^ max,
BP
коэффициент влияния на биосферу; Кг — коэффициент глобальности; Квр — коэффициент реализации опасности со временем; Кг — коэффициент риска от неучтенных факторов.
Неуправляемому извлечению загрязняющих ингредиентов из хвостов в результате природных физико-химических и биологических процессов может быть противопоставлено управляемое извлечение металлов из хвостов с нейтрализацией опасных, но и ценных компонентов.
Критерием эффективности утилизации может быть величина прибыли при условии без-отходности технологии. Введение этого критерия ставит горные предприятия в равные положения, так как чем корректнее технология, тем меньше затрат на реабилитацию окружающей среды.
При эксплуатации рудника и обогатительной фабрики от утилизации хвостов возможно получение товарной продукции, поэтому:
П = (МеЦм - МеуЦму) + (0Ц_ - 0уЦ„у),
где У — факторы поражения окружающей среды продуктами природного выщелачивания; Мс — масса хвостов; Мг — масса природных реагентов; ф — объем производства; а — концентрация вещества; П — количество предприятий по добыче и переработке минералов; Р — количество компонентов в хвостах; О — операции технологической переработки; Т — время переработки; фа, фп, фт — количество растворителей атмосферного, подземного и технологического происхождения, соответственно; а^, аК — исходная и конечная концентрация веществ в хвостах; Кс — коэффициент самоорганизации геохимического ландшафта; Ку — коэффициент утечки продуктов выщелачивания за пределы хвостохранилищ; Кт — коэффициент дальности утечки растворов; Кб —
где П — финансовый результат деятельности предприятия; Ме — количество добытых металлов; Цм — цена добытых металлов; Меу — количество металлов от утилизации отходов; Цму — цена утилизации металлов; 0у — восстановленные в результате утилизации полезные эффекты; 0 — количество потерянных при нарушении экологии полезных эффектов; Ц — цена теряемых полезных эффектов; Цау — цена утилизированных веществ; f — время; п — виды ресурсов; к — количества технологических процессов.
Региональный экономический эффект (ЭрЭ) составит:
Эрэ = Эк + Эм + Эп + Э + ЭН,
где Эк, Эм, Эп, Э3, ЭН — соответственно, эффективность снижения затрат в зависимости от конъюнктуры металлов, экономии материалов, производства попутной продукции, занятости населения, неучтенных эффектов.
Научные и технологические исследования по вовлечению в переработку бедного окисленного сырья техногенных месторождений, а также сырья с измененными физико-химическими свойствами связаны с созданием новых нетрадиционных технологий. Основные трудности связаны с окислением рудных минералов и значительной долей тонкодисперсных частиц шламов. В результате окисления суль-
фидных минералов их поверхность покрывается гидрофильными гидроксидами металлов, а гидрофобное вещество, образующееся в процессе окисления — элементная сера, окисляется до сульфидных ионов и переходит в раствор.
С поз
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.