CC BY
203
Вестник ДВО РАН. 2009. № 4
УДК 622.273:65.011.12 А.В.ЛОГАЧЕВ, В.И.ГОЛИК
Минимизация вредных последствий добычи золота на Дальнем Востоке
Сформулирована проблема истощения минеральных ресурсов и загрязнения окружающей среды отходами горного и обогатительного производств. Предложены природоохранная концепция освоения минеральных ресурсов и принципы ее реализации на Дальнем Востоке. Рекомендованы утилизация хвостов обогащения после извлечения из металлов выщелачиванием для защиты уникальных ландшафтов, а также методика экономического обоснования целесообразности охраны окружающей среды утилизацией минеральных отходов.
Ключевые слова: золото, разработка месторождений, выщелачивание металлов, природоохранная концепция, сырьевая база, Дальний Восток.
Minimization of harmful consequences of extraction of gold in the Far East. A.V.LOGACHEV, V.I.GOLIK (North-Caucasian Statement Technological University, Vladikavkaz).
A problem of mineral resource exhaustion and environmental contaminations by waste of mineral resource and mineral processing industries is defined. Nature protection concept of mineral resource development and principles of its implementation in the Far East are proposed. For protection of unique landscapes recycling of enrichment tails after extraction from metals by leaching is recommended, as well as a technique of economic substantiation of expediency of preservation of the environment by mineral waste recycling.
Key words: gold, development of deposits, leaching the metals, the nature protection concept, a raw-material base, the Far East.
Главными проблемами горной промышленности являются истощение минеральных ресурсов в доступной части планеты и загрязнение окружающей среды отходами горного и обогатительного производств из-за многолетней гегемонии концепции экстенсивного недропользования [2]. Так, если в 1913 г. на одного жителя Земли добывалось 5 т минерального сырья, то в 1980-х годах - более 30 т.
В России только 5% золота содержится в богатых месторождениях, 30% - в рядовых, 65% - в бедных, поскольку большинство полезных компонентов распределено в малой концентрации во вмещающих породах. 44% запасов золота в стране сосредоточены на Дальнем Востоке и обеспечивают 62% его добычи.
Природоохранная концепция освоения базируется на принципах их геохимического воспроизводства минеральных ресурсов и изменения состояния отходов добычи и переработки с учетом особенностей расположения и функционирования горных предприятий.
Геохимическое улучшение исходных свойств полезных ископаемых классифицируется по ряду признаков: механизму преобразования горных пород и минералов (химическое, электрохимическое, микробиологическое и механическое), способу миграции (с помощью гравитационных, электромагнитных, тепловых, радиоактивных и других сил), виду агентов (минеральные и органические кислоты, щелочи, соли, растворенные в воде газы) [8].
ЛОГАЧЕВ Александр Владимирович - кандидат технических наук, доцент, ГОЛИК Владимир Иванович - доктор технических наук, профессор (Северо-Кавказский государственный технологический университет, Владикавказ). Е-шаЛ: v.i.golik@mail.ru
Около трети месторождений коренного золота Дальнего Востока слагают руды с тонкодисперсной вкрапленностью золотин. Для них целесообразны разработка и предварительное использование технологий, позволяющих с течением времени под действием природных химических агентов, естественного электрического тока, физического выветривания и т.д. обеспечить частичное вскрытие руд на месте их залегания [10].
Предварительная геохимическая подготовка месторождений обеспечивается при миграции легко кристаллизующихся солей в массиве некондиционных руд. Соли осаждаются с увеличением объема, что разрушает массивы и вскрывает мелкодисперсную минерализацию.
Минеральные ресурсы воспроизводятся при миграции и концентрации вещества и изменении его качества. Часть дальневосточных месторождений слагается рудами с повышенным содержанием органических соединений (углистого вещества) и технологически вредных примесей (мышьяка, меди и т.д.). Концентрация примесей уменьшается процессами окисления или естественного селективного выщелачивания в недрах.
Улучшение свойств полезных ископаемых в горном массиве - это геохимический процесс, включающий отделение ценных компонентов от породы с помощью агентов, миграцию металлоносных растворов и осаждение полезных компонентов (ПК) под действием геохимических барьеров. Целью его является технологическое обогащение минералов до промышленных значений с их вовлечением в металлургический передел. Техногенное воспроизводство минеральных ресурсов базируется на естественном выщелачивании ПК из металлосодержащих пород, целенаправленной миграции металлоносных растворов и его осаждении в пределах бедных и убогих руд, что обеспечивает повышение концентрации ПК до уровня кондиционных руд. Технологии воспроизводства минералов с применением промышленных реагентов пока еще считаются нерентабельными. Более эффективно использование природных реагентов, образующихся в горном массиве при окислении сульфидов. При этом важно, что ПК осаждаются не на пустые породы, а на некондиционные руды.
Основой воспроизводства минералов служат геохимические барьеры - зоны с резко различающимися геохимическими свойствами. Масштабы техногенного рудоотложения зависят от объема направленных на гидродинамический барьер потоков и содержания металлов в течение определенного времени. Сульфидные руды, в том числе золотосодержащие, характеризуются фильтрационной неоднородностью в пределах контрастных гидродинамических барьеров.
Золото, представленное тонкой дисперсностью в сульфидах, при окислении минералов кислого ряда выщелачивается растворами активных агентов (рН < 4), а затем переосаждается на искусственном сорбционном (например, из каолинита) (10-40%) или щелочном барьере из кальцита, алунита, монтмориллонита, гетита, гидрослюд и т.д. (50-60%).
Существующая концепция естественного рассеивания жидких отходов не предполагает их включения в планетарный биогеохимический круговорот элементов. Формы нахождения элементов определяются как их внутренними характеристиками, так и геохимическими свойствами среды. Поэтому при перераспределении тяжелых и цветных металлов на геохимических барьерах формы их нахождения трансформируются.
Экологический концепт разработки золоторудных месторождений предполагает уменьшить темпы размещения производительных сил на территориях с преимущественно низким уровнем освоенности. Очаговый характер нагрузки на окружающую среду ведет к локальным радикальным нарушениям [1].
На современном этапе развития горнометаллургического комплекса России одной из острейших проблем является рациональное природопользование. В горной отрасли это создает усиленные экологическую опасность и социальную напряженность в районах таких предприятий, самый высокий уровень выбросов вредных веществ в атмосферу и водоемы, образование твердых отходов. Внедрение относительно чистых технологий и создание безотходных производств может снизить экологическую напряженность [10].
Огромные возможности решения экологических проблем заключены в безотходном использовании запасов месторождений. В Амурской области ежегодно добывается более 10 т золота, при этом нарушается более 1500 га земель, перерабатывается более 170 млн м3 горной массы, в том числе 50 млн м3 перемывается с использованием 1500 млн м3 речной воды. Нарушено 150 малых рек длиной до 200 км с общим водосбором 12 тыс. км2. 54 месторождения торфа на площади 13 тыс. га с запасами торфа 168 млн т, 36 тыс. га в окрестностях отработанных месторождений золота превращены в пустыри. Простейшая технология добычи россыпного золота из месторождений Дальнего Востока заключается в снятии налегающих пород и складирования их за пределами месторождения. Оттаявшие золотосодержащие пески промываются с использованием гидравлическо-гравитационно-го способа извлечения «шлихового золота». Хвосты переработки складируются в отвалы.
Современная добыча отличается применением мощной техники, позволяющей разрабатывать месторождения с малым содержанием золота на больших площадях. Добыча золота характеризуется широким фронтом подготовительных работ и их динамичностью.
Разрабатываемые россыпи имеют различные параметры по мощности рыхлых отложений, литологическому и гранулометрическому составам, содержанию полезного компонента, мерзлотной обстановке. Большинство россыпных месторождений золота залегает на глубине 3-12 м. Золотосодержащие пески занимают низы рыхлых отложений слоем 0,5-3 м. Толща вскрываемых пустых пород - до 7 м.
Для извлечения золота проводят вскрышные работы, оттаивание, предохранение полигонов от сезонного промерзания и т.д. Подготовительные работы ведутся с опережением на 1-3 года по отношению к очистной выемке и промывке. Сооружаются водоотводящие и водоподводящие канавы, спрямляются русла, строятся дамбы, ЛЭП, дороги временного пользования, поселки и сооружения.
До 90% нарушенных земель приходится на карьерные выемки и отвалы, 10% связано с обеспечением добычи: дороги, ЛЭП, мосты, хозяйственные и производственные сооружения. Отвалы вскрышных пород размещают на склонах долин и рек. Перемытые породы дифференцируются по фракциям: песчано-илистые формируют основание, а валунно-га-лечниковые выполняют гребни техногенного рельефа.
Рекультивация месторождений в лучшем случае ограничивается сглаживанием техногенных форм рельефа. Восстановления почвенно-растительного слоя не происходит, так как не обеспечивается селективное вскрытие и накопление этого слоя. Рекультивируется не более 30% нарушенных земель [3].
Золотоносные россыпи Дальнего Востока разрабатываются более 100 лет. Пока целью природопользования остается извлечение золота, будет продолжаться опустынивание территории без компенсации восстановления почвы и растительности. Воздействие на территорию слагается из нарушения земель, изменения качества и режима поверхностного стока, уничтожения сопутствующих природных ресурсов и изменения состояния территории. Полигоны и отвалы хвостов обогащения представляют собой изрезанные природные ландшафты со следами техногенной деятельности. Хранение отходов обогащения руд ухудшает условия жизни в зоне хвостохранилищ. Здесь образуется сложный техногенный рельеф, радикально изменяется природная среда. Хвосты флотации руд вызывают водную и ветровую эрозию, они подвержены пылению. Запыленность воздуха может превышать санитарные нормы на расстоянии 10 км и более от источника пыления. При оседании пыли на почву и водоемы образуются сверхнормативные концентрации токсичных элементов. Проникновение загрязненных стоков в почву нарушает экологическое равновесие грунтовых и подземных вод, выводит земли из сельскохозяйственного баланса. Плодородие земель в 5-10-километровой зоне хвостохранилищ ухудшается на 10-20%, а стоимость производства сельскохозяйственной продукции увеличивается на 10-15%. Увеличение концентрации сернистого ангидрида на 1 мг/м3 воздуха снижает урожайность и качество сельскохозяйственных культур на 30-40%, содержание белка в злаках - на 20-30%,
падает продуктивность скота, растет его заболеваемость. В зоне влияния хвостохранилищ в овощах и картофеле наблюдается избыток свинца, цинка, меди, мышьяка, снижается содержание витаминов, крахмала и сахара [3].
Экономическая оценка социальных результатов не равнозначна последствиям, а только отражает их влияние на экономику предприятия и региона. Экономические потери вследствие ухудшения здоровья населения от загрязнения окружающей среды слагаются из сокращения работоспособности, увеличения расходов на социальное страхование, здравоохранение, а также выплат по инвалидности и пособий.
В целях снижения уровня экологических, социальных и экономических последствий образования и хранения отходов совершенствуются схемы и режимы обогащения руд и новые технологии переработки лежалых хвостов [6].
Утилизация хвостов обогащения невозможна без извлечения из них металлов, оставленных на первых этапах разработки месторождений. В процессе утилизации в атмосферу привносится пыль хвостов, цемента, извести. В хвостохранилища сбрасываются отработанные растворы.
Расчет влияния кучного выщелачивания золотосодержащих хвостов обогащения на окружающую среду выполнен нами для рудника Бадран (Якутия) [4].
При переработке золотой руды в штабеле кучного выщелачивания концентрация цианидов в рабочем растворе составляет 0,9 г/дм3. Скорость испарения раствора с поверхности штабеля 0,06 кг/м2ч. Годовой выброс гидроксида натрия 1000 кг. При содержании мышьяка на границе зоны загрязнения 0,15% в воздухе его содержится 0,75 • 10-3 мг/м3, или 25% ПДК.
Для предотвращения вредного воздействия отвалов хвостов на окружающую среду предусмотрено: герметизировать процессы с выделением паров цианида натрия, орошать отвалы, увеличивая эффект подавления паров цианида, обезвреживать растворы от цианидов раствором аммония, промывать твердые отходы после выщелачивания до соответствия ПДК, осаждать мышьяк из маточников сорбции, утилизировать условно чистые вторичные хвосты [5].
Экологические проблемы разработки золоторудных месторождений Дальнего Востока усиливаются вовлечением в разработку месторождений с малым содержанием золота, что требует применения мощной техники и увеличения объемов добычи. Экономическая оценка результатов интенсификации золотодобычи не равнозначна действительным последствиям для окружающей среды, поэтому ограничение вредного влияния горных предприятий на регион является важной народнохозяйственной задачей.
Участок выщелачивания представляет собой производственную единицу, технологически отличающуюся от участка традиционной подземной добычи. Как самостоятельная динамическая система, участок характеризуется комплексом изменяющихся во времени и пространстве природных, технологических и экономических факторов и технологическими связями основных геотехнологических процессов. Состояние системы формируется комплексами управляемых и неуправляемых параметров и подчиняется закону функционирования.
Суммирующая характеристика производственной системы определяется решением экономико-математической модели, описывающей взаимосвязь входящих параметров [9]. Комбинация параметров, обеспечивающая оптимум целевой функции, находится с помощью средств информационных технологий. Основу решения рекомендуемой модели составляет системный подход, заключающийся в отыскании оптимальных значений подсистем по критериям, общим для системы в целом. Общей методики синтеза больших технологических систем ввиду многоступенчатой иерархии процессов не существует. Каждая модель отражает индивидуальности системы и включает в себя элементы последовательного приближения к оптимуму оптимизацией каждого звена системы. Динамическая постановка задач линейного программирования с учетом стохастического
характера изменения системы ограничивает дискретный интервал времени 10 годами с последующей корректировкой условий задачи. Факторы вводятся в модель по группам: горно-геологические, горно-технологические и технические, экономико-географические.
Хранение хвостов на поверхности включает в себя компенсацию экологического ущерба на рекультивацию земель и оплату штрафов. Штрафы не могут компенсировать ущерба экономического характера, потому что существующие методики определения величины ущерба ввиду наличия еще не оцененных факторов производства нельзя считать корректными. Переработка хвостов - природоохранное мероприятие, в результате которого радикально изменяется состояние экосистемы. Поэтому затраты на строительство и эксплуатацию комплексов кучного выщелачивания следует сопоставлять не только с ценностью полученного металла и дополнительных продуктов, но и с суммой отрицательных эффектов влияния отходов.
Математическая модель ущерба, наносимого горному предприятию хранением отходов переработки руд на поверхности:
где э' - потенциальный ущерб окружающей среде: Э" жающей среде.
предотвращенный ущерб окру-
= Хка + гк + 2> т
Ю+Т УсамКк(1 + Р) + 2 Ку(7 + Р),
I 11 1
где З - затраты, руб.: ох - на оборудование хвостохранилища; рх - за содержание хвос-тохранилища; шс - на компенсацию сброса неочищенных стоков; гп - на компенсацию сброса газопылевых продуктов; о - на формирование хранилища; Зп - на поддержание хранилища; в - коэффициент соотношения фактических объемов с нормируемыми;
время, год: У - объем хвостов: а* - остаточное содержание металлов в хвостах: п-количество источников выделения отходов различных фаз: 5- площадь хранилища, м2; Зз - удельная стоимость земли: V - объем отвальных стоков, м3: ам - содержание металлов в стоках, %: К, - коэффициент кислотности отвальных отходов: V - объем газо- и пылеобразных выбросов, м3; у - коэффициент концентрации твердого вещества в газообразной фазе.
Решение о целесообразности применения природоохранных технологий принимается при совместном учете технологических, экономических и экологических факторов: ценность полученных материалов, удешевление продукции, снижение затрат, увеличение конкурентоспособности, снижение риска, повышение ритмичности и стабильности производства и экономии:
АЦ = AQЖ • Цж +^QTЦT + (?гЦг,
где ( - объем переработки; Ц - ценность продуктов, ж - жидких, Т - твердых, г - газообразных.
При сравнении альтернативных технологий оценивают экономическую эффективность капиталовложений и годовой экономический эффект. Показателем эффективности является минимум приведенных затрат, который должен удовлетворять условию:
стш = с; + ЕяКу < с = /
где С" - себестоимость продукции из единицы переработанных отходов: 3 - элементы загрязнения среды от 1 до п; /<"
изводства: С; - штрафы за нарушение окружающей среды на единицу отходов: £
удельные капитальные вложения в модернизацию про-
нор-
матив окупаемости.
Развитие производства золота возможно, если доход от продажи металла за вычетом эксплуатационных расходов на срок реализации варианта достаточен для того, чтобы окупить затраты на разведку месторождения и добычу и переработку руд.
При оценке вариантов переработки золотосодержащих отходов обогащения руд на заключительном этапе разработки месторождения используют интервалы изменения нормы в зависимости от уровня геолого-экономического риска, компенсируемого выпуском попутных товаров [7].
Природоохранные концепты философии рационального природопользования одновременно по экономическим и экологическим критериям эффективности освоения минеральных ресурсов весьма актуальны для горных предприятий Дальнего Востока.
ЛИТЕРАТУРА
1. Астахов А.С., Малышев Ю.Н., Пучков Л.А., Харченко В.А. Экология, горное дело и природная среда. М.: МГГУ, 1999. 365 с.
2. Бубнов В.К., Голик В.И., Капканщиков А.М. и др. Актуальные вопросы добычи цветных, редких и благородных металлов. Акмола: Жана-Арка, 1995. 601 с.
3. Голик В.И., Дребенштедт К., Комащенко В.И. Охрана окружающей среды. М.: Высш. шк., 2007. 270 с.
4. Голик В.И., Логачев А.В. Природоохранное использование техногенных ресурсов горного производства // Горнодобывающий комплекс России: состояние, перспективы развития. Владикавказ: Терек, 2006. С. 56-59.
5. Голик В.И. Разработка месторождений полезных ископаемых: учеб. пособие. Владикавказ: Мавр, 2006. 976 с.
6. Исмаилов Т.Т., Голик В.И., Дольников Е.Б. Специальные способы разработки месторождений полезных ископаемых. М.: МГГУ, 2005. 157 с.
7. Логачев А.В., Голик В.И., Дребенштедт К. Анализ технологий гидрометаллургической переработки золотосодержащих отходов // Горное, нефтяное, геологическое и геоэкологическое образование. Москва; Горно-Алтайск: РУДН, 2008. С. 56-60.
8. Логачев А.В., Комащенко В.И. Проблемы получения золота из хвостов обогащения // Горное, нефтяное, геологическое и геоэкологическое образование. Москва; Горно-Алтайск : РУДН, 2008. С. 34-40.
9. Лузин Б.С., Голик В.И. Выщелачивание золота из некондиционных руд // Физ.-техн. пробл. разраб. полез. ископаемых. 2004. № 4. С. 84-87.
10. Лузин Б.С., Голик В.И. Исследование параметров электросорбционного выщелачивания золота // Обогащение руд. М.: МИСИС, 2004. № 3. С. 7-12.
