CC BY
22
Посвящается 85-летию доктора технических наук, профессора Захарова Евгения Ивановича
ЭКОЛОГИЯ
УДК 504.55.054:622(470.6) DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1-3-13
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДОБЫЧИ РУД
В ГОРАХ КАВКАЗА
В.И. Голик, Н.Г. Валиев, А.А. Белодедов, С.О. Версилов
На примере Тырныаузского и Садонского месторождений показана роль хвостов обогащения металлических руд в химическом загрязнении горных территорий. Определены количественные параметры негативного влияния горнометаллургического производства на здоровье населения. Рекомендованы прогрессивные методы утилизации промышленных стоков.
Ключевые слова: месторождение, хвосты обогащения, химическое загрязнение, утилизация стоков.
Введение
Предприятия горнодобывающего и перерабатывающего производства России выдают на поверхность в год более 1,3 млрд м3 промышленных стоков, содержащих растворенные металлы, химические соединения и минеральные взвеси. Рудник средней производительности сбрасывает на рельеф около 1000 м3/ч вод, содержащих хвосты обогащения, сливы и фильтрат сгущения и обезвоживания, шахтные стоки.
При малых объемах горных работ сточные воды распределяются, увлажняя почвенный слой и испаряясь. Загрязненные воды участвуют в природном обороте, воздействуя на флору, фауну и человека. Последствиями изменения гидрогеологических условий является ухудшение экологической обстановки [1 - 4].
При накоплении отходов добычи и переработки в хвостохранили-щах под ними образуется участок земной поверхности с повышенной минерализацией, где содержание металлов и серы соизмеримо с их содержанием в рудах. Наиболее значимо химическое загрязнение отвальных вод сульфатами, нитратами, марганцем, молибденом [7 - 8].
Экологическая напряженность в зоне деятельности горнопромышленных объектов достигает критического уровня по степени загрязнения территории тяжелыми металлами, поэтому вопросы минимизации темпов химического загрязнения окружающей среды формируют проблему глобального значения. Предметом исследования являются крупные разделы промышленного производства, к которым относится эксплуатация месторождений полезных ископаемых в одной из наиболее ранимых сфер - горных регионах [9 - 12].
Цель исследования состоит в оценке роли хвостов обогащения руд в химическом загрязнении горных территорий и разработке методов минимизации влияния промышленных стоков на окружающую среду.
Методология
Работа посвящена проблеме ограничения экологических рисков при добыче руд в горах Центрального Кавказа (рис. 1). Исследуется механизм и результаты химического загрязнения экосистем окружающей среды продуктами взаимодействия ингредиентов хвостов обогащения полиметаллических руд в массиве хранилищ [13 - 16].
Оценка влияния хранилища на экологию выполняется комплексным методом, включающим опробование хвостов обогащения, почв и воды в лабораториях с использованием рентгено-флюоресцентной спектрометрии, нейтронно-активационного анализа и масс-спектрометра.
Результаты и обсуждение
Наиболее опасно воздействие горного производства в условиях гор, которые характеризуются разнообразием ландшафтных условий, сильно расчлененным рельефом и большими амплитудами абсолютных высот, контролирующими и усиливающими процессы химизации природной среды.
Рис. 1. Орография участка Центрального Кавказа
Реки Центрального Кавказа - одновременно и источники пресной чистой воды, и транспортеры загрязняющих продуктов антропогенной деятельности. Водные артерии питаются ледниковыми, подземными и грунтовыми водами, состав которых подвержен сезонным колебаниям. С увеличением площади заселенных горных территорий происходит усиление техногенной нагрузки с загрязнением водных потоков, с которым природа справляется не всегда, поэтому вопросы охраны водных объектов от загрязнения становятся актуальнее. Основными коллекторами техногенного загрязнения Центрального Кавказа являются реки Баксан и Ардон, собирающие стоки горнодобывающих предприятий.
Река Баксан истекает из-под ледникового панциря г. Эльбрус и принимает более 15 притоков, в том числе рек Чегем и Черек. В долине р. Баксан расположены города Тырныауз, Баксан, Прохладный и многие населенные пункты. Воды носят нейтральный и слабощелочной характер, рН в зимний период изменяется в пределах 7,5... 8,0 ед., летом - 8,0.. .8,1.
Антропогенное воздействие на воды р. Баксан максимально выражено на участке расположения Тырныаузского вольфрамово-молибденового комбината.
Старое хвостохранилище хвостов обогащения в 2 км ниже города представляет собой насыпь высотой 15.20 м, засыпанную слоем грунта в 10.15 см и покрытую растительностью. Основное «хвостохранилище» на 55-м км реки у п. Былым включает пруд-отстойник площадью 70 га при 2 км емкостью 220 млн м3, ограниченный земляной плотиной высотой 110 м.
Постоянное загрязнение вод р. Баксан происходит за счет стока вод хвостохранилища и наиболее активно в интервале 40 ... 70 км русла (табл. 1).
Хвостохранилище позиционируется как экологически опасный объект, так как в случае наводнения или землетрясения способно разрушить дамбу и вынести хвосты обогащения в русло Баксана вплоть до р. Терек.
Поскольку на территории загрязненного участка реки установлено аномальное содержание металлов в овощной и зерновой продукции, а население пользуется водой для хозяйственно-бытовых нужд, избыточное содержание металлов угрожает необратимым нарушением обмена веществ.
Аналогичен механизм влияния и предприятий Садонского свинцо-во-цинкового комбината. Добываемые из нескольких месторождений руды с 1929 г. обогащались на фабрике в пос. Мизур. До 1984 г. Хвосты складировали в долине левого притока р. Ардон над пос. Мизур. В 1984 г. было построено новое хвостохранилище.
Хвостохранилища Садонских рудников располагаются в поймах рек (рис. 2).
Таблица 1
Концентрация металлов в р. Баксан в пиковые фазы
Металлы Концентрация, мкг/л
Интервал
минимальная максимальная средняя
зима лето зима лето зима лето
Хром 0,2 0,95 0,8 5,98 0,45 2,96
Никель 0,45 0,72 1,06 3,22 0,82 1,55
Молиб- 0,47 0,91 8,35 8,37 2,77 4,03
ден
Свинец 0,27 0,2 0,49 3,62 0,38 1,12
40 км Цинк 1,5 1,5 2,51 11,76 1,75 4,89
Хром 0,2 0,74 0,47 4,2 0,29 1,83
Никель 0,9 0,7 0,97 1,91 0,56 1,28
Молиб- 2,5 0,92 7,40 16,4 2,89 5,71
ден
Свинец 0,2 0,33 0,53 1,93 0,37 0,96
55 км Цинк 1,5 1,5 1,5 8,13 1,5 4,01
Хром 0,2 0,39 0,38 8,8 0,28 3,65
Никель 0,2 0,4 0,68 3,58 0,52 1,88
Молиб- 1,34 0,2 6,38 12,03 3,28 4,76
ден
Свинец 0,2 0,2 0,57 2,64 0,31 0,98
70 км Цинк 1,31 1,3 7,06 5,51 3,72 3,15
Рис. 2. Хвостохранилища Садонских месторождений
Река Ардон принимает неочищенные стоки рудников и хвостохра-нилищ (рис. 3).
шт. Архон шт. 22
р. Уна л Г\71 V Г\71 ^ 1 (Архонский р.) Ч 1 р. Ардон
I \ / \ / \ У к ) к I
Хвостохра- шт. 25 шт. Мизурская р. Садонская
нилище (Холст, р.) (Садонский р.) (Згидский р.)
Рис. 3. Схема загрязнения вод реки Ардон
Хвостохранилище размерами 150*280 м с высотой насыпной дамбы до 30 м находится в долине р. Ардон (рис. 4).
Рис. 4. Расположение Унальского хвостохранилища
Прямой сток из хвостохранилища имеет сильнощелочное значение (рН 11,2), а общая его минерализация резко отличается от остальных проб и составляет 10746 мг/л. Значения рН природных вод близки к нейтральным и варьируются от 6,9 до 7,4. Пробы выше хвостохранилища наиболее близки между собой и относятся к гидрокарбонатно-сульфатным натриво-кальциевым водам. Это подтверждает наличие синергетических процессов в массиве хранилища.
Тонкодисперсная фракция хвостов обогащения при сильном ветре загрязняет почву пастбищ, сельхозугодий, воду р. Ардон и негативно влияет на здоровье населения. При сравнении с фоновой пробой в р. Садонка в окрестностях хвостохранилища концентрация металлов увеличивается в
разы: мышьяка - в 25; урана - в 14; сурьмы, теллура, молибдена - в 6; вольфрама, свинца, ванадия - в 4; других металлов в 2 - 3.
В воде защитного озера хвостохранилища установлены аномально повышенная концентрации металлов, разы: мышьяк - 41430; теллур -17720, сурьма -10430, селен - 10230, вольфрам - 1520, свинец - 930, молибден -390, ванадий -105, германий - 70, олово -50, др. металлы 2.. .26.
Эксплуатация металлических месторождений горных территорий сопровождается загрязнением горной среды, ростом отходов производства, деградацией растительности и ухудшением здоровья населения урбанизированных территорий.
В крупном городе Северо-Кавказского Федерального округа - Владикавказе - изучены показатели взрослого и детского населения города, которые показали рост заболеваемости, в том числе новообразований, болезней крови, мочеполовой, нервной и эндокринной системы, глаза, уха, и органов дыхания, вызванные техногенным воздействием продуктов добычи и переработки руд.
Были изучены заболеваемости, вызванные новообразованиями у населения г. Владикавказа по принципу поликлинического районирования. Заболеваемость коррелировала с удаленностью от металлургических предприятий. Ореол рассевания тяжелых металлов выявлен на площади около 40 км2, в пределах которой содержание металлов на порядок превышает среднюю концентрацию.
Выявлено, что с увеличением расстояния до промышленных объектов число заболеваний на единицу площади уменьшается. Определены количественные параметры негативного влияния горно-металлургического производства на здоровье населения (рис. 5).
* 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Расстояние, км.
Рис. 5. Зависимость числа случаев заболеваний от расстояния
до промышленных объектов
Приоритетное воздействие находящихся в хранилищах обогатительных фабрик промышленных отходов на экологию прилегающей территории проявляется в загрязнении тяжелыми металлами вод горных рек с переносом загрязнителей в почвы.
Анализ концепций минимизации негативного влияния горного производства на гидросферу показывает, что безопасных методов хранения хвостов переработки руд не существует. Радикальная защита вод окружающей среды от химически загрязненных вод возможна только при утилизации этих промышленных отходов.
Загрязненные стоки попадают в окружающую среду или в результате истечения по горным выработкам или откачки насосами на поверхность или транспортирования с хвостами переработки в хранилища. В зависимости от этой ситуации возможны варианты радикального воздействия на химизацию региона:
- извлечение металлов и солей из природно-техногенных растворов;
- извлечение металлов и солей из твердых хвостов с неограниченной по санитарным условиям утилизацией в смежных отраслях.
В качестве метода утилизации хвостов обогащения может быть востребована, например, термо-гидрометаллургической технология переработки упорных руд и пиритных огарков. Активность процессов утилизации твердых хвостов повышается механохимической обработкой в дезинтеграторах и др. методами.
Из технологий очистки промышленных стоков перед их сбросом в окружающую среду наиболее распространены реагентные способы: известкование и хлорирование, которые опасны для окружающей среды побочными эффектами. Электрохимические, сорбционные и другие технологии позволяют очищать стоки до норм рыбного хозяйства, но отличаются повышенными затратами, поэтому не имеют широкого распространения при очистке шахтных стоков.
Результаты клинико-биохимического обследования жителей вмещающего горное производство района, испытывающих действие химически активных водных потоков, связанных с загрязнением тяжелыми металлами в результате деятельности свинцово-цинкового комбината, показало глубокое нарушение антиоксидантного статуса и развитие окислительного стресса у населения.
Выводы
Исследование особенностей влияния промышленных стоков горного производства на экологию горных регионов позволяет сделать выводы:
- в комплексе средств негативного воздействия горного производства на экологию горного производства в условиях гор приоритетна роль промышленных стоков;
- инструментом химического загрязнения природно-техногенной среды жидких ингредиентов являются жидкие ингредиенты - транспортирующая среда для растворенных металлов и солей;
- радикальная защита окружающей среды обеспечивается при извлечении опасных ингредиентов из минеральных отходов до уровня санитарных норм.
Список литературы
1. Дзапаров В.Х. Угроза безопасности жизнедеятельности региона РСО- Алания // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2009. № 3 (27). С. 75-76.
2. Растанина Н.К., Колобанов К.А. Воздействие техногенного пылевого загрязнения на экосферу и здоровье человека закрытого горного предприятия Приамурья // Горные науки и технологии. 2021. №6(1). С.16-22.
3. Экологические аспекты хранения хвостов обогащения руд в горном регионе // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 6. С. 35-39.
4. Технологии добычи металлических руд и здоровье населения горнодобывающего региона / В.И. Голик, Ю.И. Разоренов, Н.М. Качурин, М.Ю. Лискова // Безопасность труда в промышленности. 2021. № 10. С 713.
5. Чечель Л.П. Эколого-гидрогеохимические последствия отработки вольфрамовых и молибденовых месторождений Восточного Забайкалья // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2017. Т. 328. № 6. С.52-64.
6. Чотчаев Х. О., Бурдзиева О. Г., Заалишвили В. Б. Влияние геодинамических процессов на геоэкологическое состояние высокогорных территорий // Геология и геофизика Юга России. 2020. 10 (4). С. 70 - 100.
7. Геомеханические и аэрогазодинамические последствия подработки территорий горных отводов шахт Восточного Донбасса / Н.М. Качурин, Г.В. Стась, Т.В. Корчагина, М.В., Змеев // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 1. С. 170-182.
8. Ляшенко В.И., Хоменко О.Е., Голик В.И. Развитие природоохранных и ресурсосберегающих технологий подземной добычи руд в энергонарушенных массивах // Горные науки и технологии. 2020. №5(2). С. 104-118.
9. Дифференцированная оценка устойчивости выходов горных пород при подземно-камерной системе разработки с закладкой / В.И. Голик, Ю.И. Разоренов, В.С. Пузин, Г.В. Стась // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2021. № 5. С. 85-93.
10. Валиев Н.Г., Пропп В.Д., Вандышев А.М. Горному факультету УГГУ исполнилось 100 лет // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2020. № 8. С. 130-143.
11. Дмитрак Ю.В., Камнев Е.Н. АО "Ведущий проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт промышленной технологии" - путь длиной в 65 лет // Горный журнал. 2016. № 3. С. 6-12.
12. Уральский горный и московский горный: взаимодействие вузов / А.В. Душин, Н.Г. Валиев, Ю.А. Лагунова, А.Г. Шорин // Горный журнал. 2018. № 4. С. 4-10.
13. Клюев Р.В., Босиков И.И., Майер А.В. Комплексный анализ генетических особенностей минерального вещества и технологических свойств полезных компонентов Джезказганского месторождения // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. № 3 (41). С. 321-330.
14. Основные принципы получения, передачи и хранения информации о параметрах техногенного цикла горно-металлургического предприятия / Ю.С. Петров [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020. № 11(1). С. 178-188.
15. Utilization of mineral waste: a method for expanding the mineral resource base of a mining and smelting company / J. Rybak [and other] // Metallurgist. 2021. Vol. 64. Р. 851-861.
16. Integrated instrumental monitoring of hazardous geological processes under the Kazbek volcanic center / V.B. Zaalishvili [and other] // International Journal of GEOMATE. 2018. 15 (47). Р. 158-163.
17. Техногенные минеральные образования: проблемы перехода к циркулярной экономике / М.Н. Игнатьева, В.В. Юрак, А.В. Душин, В.Е. Стровский // Горные науки и технологии. 2021. 6(2). Р. 73-89.
18. Валиев Н.Г., Пропп В.Д., Вандышев А.М. Кафедре горного дела УГГУ - 100 лет // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2020. № 8. С. 130-143.
19. Пространственно-временные задачи геоэкологии - междисциплинарный подход / В.С. Бригида, Х.Х. Кожиев, А.А. Сарян, А.К. Джиоева // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 4. С. 20-32.
20 Рыжова Л. П., Носова Е. В. К вопросу эколого-экономической эффективности освоения техногенных месторождений рудных полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. №9. C. 79-85.
Голик Владимир Иванович, д-р, техн., наук, проф., v.i.golikamail.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет; Россия, Владикавказ, Геофизический институт Владикавказского научного центра,
Валиев Нияз Гыдым Оглы, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, 30,[email protected], Россия, Екатеринбург, Уральский государственный горный университет,
Белодедов Андрей Алексеевич, д-р техн. наук, доц., и. о. зав. кафедрой, [email protected], Россия, Новочеркасск, Южно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова,
Версилов Сергей Олегович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Новочеркасск, Южно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова
ECOLOGICAL FEATURES OF ORE MINING IN THE CAUCASUS MOUNTAINS V.I. Golik, N.G. Valiev, А. А. Belodedov, S. O. Versilov
Using the example of the Tyrnyauz and Sadon deposits, the role of tailings of metal ore enrichment in chemical pollution of mountain areas is shown. Quantitative parameters of the negative impact of mining and metallurgical production on the health of the population have been determined. Progressive methods of industrial wastewater disposal are recommended.
Key words: deposit, enrichment tailings, chemical pollution, waste disposal.
Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, v.i.golik@,mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University; Russia, Vladikavkaz, Geophysical Institute of Vladikavkaz Scientific CenterNiyaz,
Valiev Niyaz Gadym Ogly, doctor of technical sciences, professor, head of the department, 30,gtf.gd@,m.ursmu.ru, Russia, Yekaterinburg, Ural State Mining University,
Belodedov Andrey Alekseevich, doctor of technical sciences, assoc., isp. duties of the head of the department, [email protected] , Russia, Novocherkassk, South Russian State Polytechnic University named after M.I. Platov,
Versilov Sergey Olegovich, doctor of technical sciences, prof., [email protected] , Russia, Novocherkassk, South Russian State Polytechnic University named after M.I. Platov
Reference
1. Dzaparov V.Kh. Threat to the life safety of the RSO-Alania region // Bulletin of Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov. 2009. No. 3 (27). pp. 7576.
2. Rastanina N.K., Kolobanov K.A. The impact of technogenic dust pollution on the ecosphere and human health of a closed mining enterprise of the Amur region // Mining Sciences and Technologies. 2021. No.6(1). pp.16-22.
3. Environmental aspects of ore dressing tailings storage in the mountainous region // Ecology and industry of Russia. 2018. Vol. 22. No. 6. pp. 35-39.
4. Technologies of extraction of metal ores and the health of the population of the mining region / V.I. Golik, Yu.I. Razorenov, N.M. Kachurin, M.Yu. Liskova // Occupational safety in Industry. 2021. № 10. From 7-13.
5. Chechel L.P. Ecological and hydrogeochemical consequences of mining tungsten and molybdenum deposits of Eastern Transbaikalia // Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering. 2017. vol. 328. No. 6. pp.52-64.
6. Chotchaev H. O., Burdzieva O. G., Zaalishvili V. B. Influence of geodynamic processes on the geoecological state of high-altitude territories // Geology and geophysics of the South of Russia. 2020. 10 (4). pp. 70 - 100.
7. Geomechanical and aerogasodynamic consequences of mining areas of the mines of Eastern Donbass / N.M. Kachurin, G.V. Stas, T.V. Korchagina, M.V., Zmeev // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. Issue 1. 2017. pp. 170-182.
8. Lyashenko V.I., Khomenko O.E., Golik V.I. Development of nature-conservation and resource-saving technologies of underground ore mining in energy-damaged massifs // Mining sciences and technologies. 2020. No.5(2). pp. 104-118.
9. Differentiated assessment of the stability of rock outcrops in an underground chamber mining system with a bookmark / V.I. Golik, Yu.I. Razorenov, V.S. Puzin, G.V. Stas // Physico-technical problems of mineral development. 2021. No. 5. pp. 85-93.
10. Valiev N.G., Propp V.D., Vandyshev A.M. The Mining Faculty of UGSU turned 100 years old // News of higher educational institutions. Mountain magazine. 2020. No. 8. pp. 130-143.
11. Dmitrak Yu.V., Kamnev E.N. JSC "Leading Design and Survey and Research Institute of Industrial Technology" - a path of 65 years long // Mining Journal. 2016. No. 3. pp. 6-12.
12. Ural mining and Moscow mining: interaction of universities / A.V. Dushin, N.G. Valiev, Yu.A. Lagunova, A.G. Shorin // Mining Journal. 2018. No. 4. pp. 4-10.
13. Klyuev R.V., Bosikov I.I., Mayer A.V. Complex analysis of genetic features of mineral matter and technological properties of useful components of the Dzhezkazgan deposit // Sustainable development of mountain territories. 2019. Vol. 11. No. 3 (41). pp. 321-330.
14. Basic principles of obtaining, transmitting and storing information about the parameters of the technogenic cycle of a mining and metallurgical enterprise / Yu.S. Petrov [et al.] // Mining Information and Analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2020. No. 11-1. pp. 178-188.
15. Utilization of mineral waste: a method for expanding the mineral re-source base of a mining and smelting company / J. Rybak [and others] // Metal-lurgist. 2021. Vol. 64. pp. 851-861.
16. Integrated instrumental monitoring of hazardous geological process-es under the Kazbek volcanic center / V.B. Zaalishvili [and others] // International Journal of GEOMATE. 2018. 15 (47). pp. 158-163.
17. Technogenic mineral formations: problems of transition to a circular economy / M.N. Ignatieva, V.V. Yurak, A.V. Dushin, V.E. Strovsky // Mining Sciences and Technologies. 2021. 6(2). p. 73-89.
18. Valiev N.G., Propp V.D., Vandyshev A.M. The Mining Department of UGSU is 100 years old // News of higher educational institutions. Mining magazine. 2020. No. 8. pp. 130-143.
19. Spatial-temporal problems of geoecology - an interdisciplinary approach / V.S. Brigida, H.H. Kojiev, A.A. Saryan, A.K. Dzhioeva // Mining information and analytical Bulletin. 2020. No. 4. pp. 20-32.
20 Ryzhova L. P., Nosova E. V. On the issue of ecological and economic efficiency of the development of technogenic deposits of ore minerals // Mining information and analytical Bulletin. 2017. №9. C. 79-85.
