ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 4, с. 323-341
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
УДК 550.42
ЗАХОРОНЕННЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ОТХОДЫ ТЫРНЫАУЗСКОГО ВОЛЬФРАМО-МОЛИБДЕНОВОГО КОМБИНАТА: МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ, ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ИХ УТИЛИЗАЦИЯ КАК РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И СОЦИАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ НА ТЕРРИТОРИИ КАБАРДИНО-БАЛКАРСКОЙ РЕСПУБЛИКИ
© 2013 г. Н.С. Бортников*, А. Г. Гурбанов*, О. А. Богатиков*, Б. С. Карамурзов**, А. Я. Докучаев*, А. Б. Лексин*, В. М. Газеев *, А. В. Шевченко**
* Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМРАН), Старомонетный пер., 35, Москва, 119017 Россия. E-mail: gurbanov@igem.ru ** Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (КБГУ), ул. Чернышевского, 175, Нальчик, 360004 Кабардино-Балкарская Республика.
E-mail: kedr@kbsu.ru
Поступила в редакцию 16.12.2011 г.
После исправления 28.09.2012 г.
Получена информация о формах нахождения и закономерностях распределения рудного минерального вещества отвальных хвостов в главных опорных пунктах хранилищ Тырныаузского вольфра-мо-молибденового комбината (ТВМК). Изучен минеральный состав отвальных хвостов и пульпы в хранилищах ТВМК. Электронно-микроскопическими исследованиями и энергодисперсионным рентгеновским анализом диагностированы тонкодисперсные низкотемпературные минеральные формы шеелита, повеллита, тунгстита, молибдотунгстита, вольфрамата кальция. Химический состав материала хвостохранилищ изучен рентгено-флюоресцентным и инструментальным ней-тронно-активационным методами анализа.
За длительное время хранения под воздействием внешних и внутренних факторов в промышленных отходов произошли существенные изменения и преобразования.
Установлена устойчивая положительная корреляционная связь W и Mo с S, CaO и Sr, что может быть объяснено наличием сохранившихся минеральных форм молибденита, молибдошеелита и шеелита в отвальных хвостах ТВМК.
Хвостохранилища ТВМК являются уникальным комплексным техногенным месторождением металлического и неметаллического сырья. Полученные данные позволяют обосновать целесообразность извлечения рудных элементов из отвальных хвостов и разработки рентабельных технологических подходов проведения полной утилизации промышленных отходов ТВМК.
Переработка захороненных в хвостохранилищах промышленных отходов ТВМК позволит не только получить необходимые народному хозяйству металлы, сырье для производства стройматериалов, но и снизить риск возникновения техногенных катастроф.
Ключевые слова: Тырныаузский вольфрамо-молибденовый комбинат, захороненные промышленные отходы, отвальные хвосты, минеральный состав, тонкодисперсные минеральные формы, геохимические особенности, утилизация хранилищ промышленных отходов, экологическая опасность, социальные проблемы.
ВВЕДЕНИЕ
На территории Северо-Кавказского Федерального округа несколько десятков лет работали Тырныаузский вольфрамо-молибденовый комбинат (ТВМК) в Кабардино-Балкарской Республике,
Урупский медный горно-обогатительный комбинат (ГОК) в Карачаево-Черкесской Республике. В Республике Северная Осетия-Алания продолжает работать Садонский свинцово-цинковый комбинат, а Фиагдонский ГОК остановлен из-за нерентабельности отработки бедных полиметал-
лических руд. За время работы этих комбинатов накопилось огромное количество промышленных отходов их обогатительных фабрик в виде захороненных и частично рекультивированных хво-стохранилищ.
Токсичные вещества переносятся с поверхности хвостохранилищ ветрами вдоль долин рек Баксан, Уруп и Ардон на прилегающие к ним пастбища и сельхозугодья, а тяжелые металлы и их минеральные формы накапливаются в нижних горизонтах хвостохранилищ. Причем значительная их часть может проникать путем инфильтрации в подземную гидросферу с образованием обширных и контрастных гидрохимических полей разнообразных токсичных веществ в водоносных горизонтах, приуроченных к аллювиальным четвертичным отложениям, вода из которых используется для питьевого водоснабжения и для полива садов и огородов в населенных пунктах. Кроме ветра захороненный материал может сноситься временными водотоками, особенно после ливней или интенсивного таяния снежного покрова, в реки, загрязняя их воду.
До настоящего времени специальные исследования состояния хвостохранилищ, их воздействия на экологическую обстановку прилегающих территорий и оценка возможности их утилизации с привлечением разнообразных технологий в Северо-Кавказском Федеральном округе не проводились. Имеются лишь отдельные сведения о том, что отходы Мизурской обогатительной фабрики Садонского полиметаллического комбината загрязняли воды реки Ардон свинцом, цинком и мышьяком [5, 16].
Захороненные промышленные отходы Тыр-ныаузского вольфрамо-молибденового комбината (ТВМК) являются комплексным техногенным месторождением металлического и неметаллического сырья [3, 4]. ТВМК работал несколько десятков лет. Добыча руды производилась подземным и карьерным способами, а ее обогащение осуществлялось с помощью флотационных и химических процессов. В результате деятельности ТВМК были сформированы и частично рекультивированы два хранилища промышленных отходов (рис. 1).
В них содержится более сотни миллионов кубических метров отходов промышленного передела руд, и имеются значительные запасы редких и других элементов, которые являются не только экономически полезными, но и элементами-токсикантами.
При хранении все отходы претерпевают изменения, обусловленные физико-химическими
превращениями под влиянием внешних условий и внутренних факторов. В результате образуются значительные количества новообразованных соединений более токсичных и подвижных, чем исходные соединения [12, 14, 15].
В связи с уменьшением запасов природных ресурсов различных типов руд как в России, так и за рубежом решение этой проблемы заключается в целенаправленном повышении роли вторичных ресурсов. Установлено, что уже сейчас их использование в ряде случаев рентабельно.
ПАРАМЕТРЫ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ХВОСТОХРАНИЛИЩ ТВМК
В ходе производственной деятельности ТВМК происходили закономерное наращивание объемов добычи руды и снижение кондиционных содержаний вольфрама и молибдена в рудах. В период 1975-1985 гг. добыча руды достигала 6.8 млн. т в год, а кондиционные содержания главных промышленных элементов снизились до минимальных уровней: W - до 0.152 мас.% и Мо - до 0.031 мас.%. Извлекаемость W и Мо составляла 60-70%, Си-В1 концентрата - до ~30% и Аи -до первых процентов.
В итоге отходы от начальной пульпы, поступавшей на обогатительную фабрику, составляли 99.5% (следовательно, на извлеченную рудную часть приходилось всего 0.5%).
Для определения общего количества поступавших в суперхранилище № 1 промышленных отходов авторами приняты следующие ориентировочные данные. В 2000 г. емкость суперхранилища составляла около 120 млн. м3, т.е. на долю промышленных отходов от переработки руд приходилось ~80 млн. м3, а 40 млн. м3 - на долю водных растворов.
В "старом" хвостохранилище № 2, по данным геолого-разведочной экспедиции ТВМК, сейчас имеется 26 млн. м3 отходов обогатительной фабрики. Находящийся в хвостохранилище материал изучался ОАО "Эльбристрой" и ЗАО "Артель старателей - Чайбуха" с целью извлечения из него ряда металлов (табл. 1).
По данным ТВМК, содержания и запасы этих металлов в "старом" хвостохранилище № 2 несколько иные (табл. 2).
Учитывая многолетний опыт анализов разных типов руд и "хвостов" обогащения, производившихся в спектральной лаборатории ТВМК, более достоверно содержание золота 0.25 г/м3, а его
Рис. 1. Местоположение хвостохранилища № 2 и суперхранилища № 1 Тырныаузского ВМК на топографической карте.
содержание 0.1 г/м3 было занижено скорее всего в связи с недостаточной представительностью количества и качества проб, отобранных акционерными обществами (см. табл. 1 и 2).
Следует учитывать, что содержания указанных выше металлов в материале хвостохранилища № 2 как представителями ТВМК, так и акционерными обществами определялись только по
данным полуколичественного анализа, поэтому приведенные в табл. 1 и 2 результаты должны рассматриваться как приблизительные.
Полученные авторами статьи расчетные материалы свидетельствуют, что в суперхранилище № 1 могло поступить около 200-250 млн. т (66.783.3 млн. м3) техногенной "руды" при среднем содержании в ней W ~0.2%; Мо ~0.05%.
Таблица 1. Результаты исследований ОАО "Эльбри- Таблица 2. Результаты исследований геолого-разве-строй" и ЗАО "Артель старателей - Чайбуха" дочной экспедиции ТВМК
Металл Среднее содержание в г/м3 Объем хвостов в млн. м3 Запасы в тоннах Металл Среднее содержание в г/м3 Объем хвостов 3 в млн. м3 Запасы в тоннах
Вольфрам 660 26 17622 Вольфрам 460 26 12282
Молибден 180 26 4806 Молибден 250 26 6675
Висмут 33 26 881 Висмут 35 26 910
Золото 0.1 26 2.67 Золото 0.25 26 6.68
Суммарные запасы металлического минерального сырья по двум хвостохранилищам, по данным ТВМК, составляют: W ~230 тыс. т, Mo ~50 тыс. т, Cu ~15 тыс. т, Bi ~4 тыс. т, Au, Ag -первые тонны.
Запасы неметаллического минерального сырья (строительные, керамические, абразивные материалы и др.) исчисляются десятками миллионов тонн, но они могут быть использованы только после извлечения тяжелых и канцерогенных металлов.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Аналитические исследования выполнялись в лабораториях ИГЕМ РАН: анализа минерального вещества, кристаллохимии минералов в Группе ядерно-физических исследований и в лабораториях Кабардино-Балкарского государственного университета (КБГУ).
Анализ химического состава проб выполнен методом рентгено-флюоресцентной спектрометрии (РФА) на спектрометре последовательного действия PW-2400 производства компании Philips Analytical B.V. (Нидерланды, 1997). При калибровке спектрометра использованы отраслевые и государственные стандартные образцы химического состава горных пород и минерального сырья (14 OCO, 56 ГСО). Качество результатов соответствует требованиям III категории точности количественного анализа по ОСТ РФ 41-08-205-99. Подготовка препаратов для анализа породообразующи
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.