CC BY
29
ВЕСТНИК 1/2012
УДК 624.131
И.В. Тельминов, А.Л. Невзоров, И.Ю. Заручевных, М.А. Корзова
ФГАОУВПО «САФУ»
ИСКУССТВЕННЫЕ ПОЧВОГРУНТЫ из отходов ОБОГАЩЕНИЯ КИМБЕРЛИТОВОЙ РУДЫ
Предложено использовать отходы обогащения кимберлитовой руды на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова для приготовления искусственных почвогрунтов. Лабораторные эксперименты показали, что для выращивания травы оптимальным является следующий состав, %: хвосты — 80, торф — 10, обезвоженный активный ил — 10. Это вещество может использоваться для изоляции свалок бытовых и промышленных отходов, карьеров и т.п.
Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по государственному контракту № 16.740.11.0436 от 03.10.2010.
Ключевые слова: почвогрунты, отходы обогащения, смеси отходов, торф, обезвоженный активный ил, урожайность, фитомасса.
Проблема утилизации отходов производства является весьма актуальной. В частности, на территории Архангельской области масса отходов, скопившихся на временных площадках хранения, достигла 130 млн т [1]. Три четвертых их общего количества составляют вскрышные породы и отходы обогащения двух предприятий по добыче полезных ископаемых — Североонежского бокситового рудника и ОАО «Севералмаз» [2].
Несмотря на то что в работах отечественных и зарубежных ученых [3—5] предложены десятки направлений использования отходов горнодобывающих предприятий, в частности, в транспортном и промышленном строительстве, объемы их утилизации в Архангельской области не превышают 0,1 % [2].
Нами предлагается на основе отходов обогащения формировать искусственные почвогрунты, которые можно использовать вместо растительного грунта для рекультивации нарушенных территорий, свалок промышленных и бытовых отходов и т.п. Это позволит частично решить проблему утилизации отходов, сохранить растительный грунт и сократить затраты на рекультивацию.
Так как сами отходы обогащения обладают низкими плодородными свойствами, для приготовления почвогрунтов предлагается использовать добавки торфа и обезвоженного активного ила. Применение этих компонентов в сельском хозяйстве было широко изучено Евилевич, Заручевных, Туровским и другими учеными в 80—90 гг. XX в. По данным [6], разведанные запасы торфа в регионе оцениваются в 1 млрд т. Активный ил является отходом биологической очистки сточных вод. Только на одном Соломбальском целлюлозно-бумажном комбинате в г. Архангельске в сутки образуется порядка 20 т этого вещества.
Для приготовления смесей использовалось два вида отходов горнообогатительного комбината на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова: крупнообломочные и тонкодисперсные отложения. Первые по составу могут быть классифицированы как дресвяный грунт (рис. 1). Модуль деформации этих отходов составляет 12,2 МПа, угол внутреннего трения 42°, удельное сцепление 19 кПа. Они направляются на сухое складирование в отвал. Отходы с частицами размером менее 3 мм гидротранспортом перемещаются в хвостохранилище, где глинистые частицы, накапливаясь в прудковой части, образуют тонкодисперсные отложения. Они представляют собой текучие глины (Ж = 330 %, 1Р = 0,48, = 6,31), которые содержат в своем составе более 60 % глинистого минерала — сапонита [7].
Образцы торфа для испытаний отбирались с верхового болота в г. Архангельске. Степень разложения торфа 8 %, влажность 1100 %, зольность 4 %.
128
© Тельминов И.В, Невзоров А.Л., Заручевных И.Ю, Корзова М.А., 2011
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология
ВЕСТНИК МГСУ
100
ф
25
0 ,
0,001 0,01 0,1 1 10 Размеры частиц, мм
Рис. 1. Гранулометрический состав тонкодисперсных (1) и крупнообломочных (2) отложений
Отбор проб обезвоженного активного нла производился на Соломбальском целлюлозно-бумажном комбинате. Его плотность варьируется от 1,14 до 1,53 г/см3, а влажность в среднем составляет 425 %.
Из указанных компонентов приготовлялись смеси, состав которых в процентном соотношении в пересчете на сухую массу вещества приведен в таблице. Исследования проводились также с использованием растительного грунта и исходных веществ — торфа, ила, крупнообломочных отложений (КО), тонкодисперсных отложений (ТО) из хвостохранилища.
Состав почвогрунтов
№ n/n Состав № п/п Состав
1 Растительный грунт 10 Торф (50 %)+ТО (50 %)
2 Торф 11 Торф (60 %)+ТО (40 %)
3 КО 12 Торф (70 %)+ТО (30 %)
4 ТО 13 Торф (80 %)+ТО (20 %)
5 Ил 14 Торф (0 %)+ил (10 %)+КО (90 %)
6 Торф (10 %)+КО (90 %) 15 Торф (0 %)+ил (20 %)+КО (80 %)
7 Торф (20 %)+КО (80 %) 16 Торф (4 %)+ил (12 %)+КО (84 %)
8 Торф (30 %)+КО (70 %) 17 Торф (6,7 %)+ил (6,7 %)+КО (86,6 %)
9 Торф (40 %)+ТО (60 %) 18 Торф (10 %)+ил (10 %)+КО (80 %)
Почвогрунты помещались в пластмассовые контейнеры площадью 70 см2, увлажнялись водой, в них засевалась газонная трава с нормой высева 33 г/м2. Состав, %, травосмеси: 25 — овсяницы красной, 25 — овсяницы красной жесткой, 15 — мятлика лугового, 20 — овсяницы овечьей жестковатой, 15 — райграса многолетнего.
Для повышения достоверности результатов каждая смесь укладывалась в 3 контейнера (итого 54 контейнера). Все контейнеры выставлялись в одно помещение с естественным освещением и поливались по мере необходимости (рис. 2).
Через 12...14 дней в каждом контейнере трава срезалась и взвешивалась, высчи-тывалась удельная фитомасса (урожайность). После чего рост травы продолжался. Данная операция (покос) осуществлялась 3 раза за весь период роста травы.
По полученным данным строились графики зависимости удельной фитомассы (с нарастающим итогом) от продолжительности роста.
ВЕСТНИК МГСУ
1/2012
На рис. 3 представлены графики роста травы на растительном грунте (1) и на исходных компонентах смесей: торфе (2), крупнообломочных отложениях (3), обезвоженном активном иле (5). Как видно, урожайность на крупнообломочных отложениях и обезвоженном активном иле примерно в три раза ниже, чем на растительном грунте. На тонкодисперсных отложениях хвостохранилища прорастание семян вообще не произошло. При добавке торфа к крупнообломочным отложениям удалось добиться повышения урожайности последних примерно в два раза (рис. 4). Существенной разницы между смесями с 10, 20, 30 % добавкой торфа не наблюдалось.
Рис. 2. Рост травы
Рис. 3. Зависимость удельной фитомас-сы от продолжительности роста: почвогрун-ты 1—5
Рис. 4. Зависимость удельной фитомас-сы от продолжительности роста: почвогрун-ты 6—8
На смесях торфа с тонкодисперсными отложениями (рис. 5) урожайность травы возрастала с увеличением содержания торфа.
На рис. 6 представлены результаты испытаний смесей торфа с обезвоженным активным илом и крупнообломочными отложениями. Наибольшая урожайность зафиксирована на смесях с добавками торфа и активного ила по 10 % (18). По фитомассе она приближается к значениям, характерным для растительного грунта.
18 \ *
1 N V _ ' V 14
/ -с *" 15
/ / / У - 17
/ / Л V ч 16
/ /
/ А V
/А г
Рис. 5. Зависимость удельной фитомассы от продолжительности роста: почвогрунты 9—13
Рис. 6. Зависимость удельной фитомассы от продолжительности роста: почвогрунты 14—18
130
ISSN 1997-0935. УвБМк MGSU. 2012. № 1
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология ВЕСТНИК
По результатам проведенных испытаний можно сделать вывод, что оптимальным является почвогрунт со следующим составом, %: крупнообломочные отложения — 80, торф — 10, обезвоженный активный ил — 10.
Предлагаемые почвогрунты могут быть использованы при укреплении откосов ограждающих дамб, рекультивации свалок промышленных и бытовых отходов, обустройстве санитарно-защитных зон промышленных предприятий.
Библиографический список
1. Состояние и охрана окружающей среды [Электронный ресурс] // Правительство Архангельской области: [сайт]. Режим доступа: http://www.dvinaland.ru/power/departments/comeco/envir Дата обращения: 14.10.2011.
2. Объекты размещения отходов на территории области [Электронный ресурс] // Государственное казенное учреждение Архангельской области «Центр природопользования и охраны окружающей среды»: [сайт]. Режим доступа: http://eco29.ru/Pages/arhangelskaya_oblast.html Дата обращения: 14.10.2011.
3. Ковтун М.Н. Мелкозернистые бетоны с использованием отходов алмазообогащения : ав-тореф. дисс. ... канд. техн. наук. Белгород, 2007. 22 с.
4. Коршунов А.А. Геоэкологическое обоснование складирования и использования отходов обогащения кимберлитовых руд (на примере месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова) : автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Архангельск, 2010. 22 с.
5. Перспективы разработки месторождений алмазов Архангельской области / Г.В. Минчен-ко [и др.] // Развитие минерально-сырьевой базы Архангельской области: проблемы, перспективы, задачи: сб. научн. тр. междунар. науч.-практ. конф. Вып. 3. Архангельск : Изд-во АГТУ, 2006. С. 252—263.
6. Алмазы, базальты и торф Архангельской области [Электронный ресурс] // Всероссийская общественная организация «Русское географическое общество»: [сайт]. Режим доступа: http://www.rgo.ru/2011/02/bolota-i-torf Дата обращения: 14.10.2011.
7. Nevzorov A.L., Korshunov A.A. Results of geotechnical monitoring for the erection and operation of the tailing dam at the diamond deposit named after M.V. Lomonosov // Proc. of the 15th European conf. on soil mechanics and geotechnical eng. part 2, Athens, Greece, 12—14 Sept., 2011, Pp. 1177—1184.
Поступила в редакцию в декабре 2011 г.
Об авторах: Тельминов Илья Валентинович — ассистент кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова (САФУ им М.В. Ломоносова), 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, 8-(8182)-21-89-23, [email protected];
Невзоров Александр Леонидович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерной геологии, оснований и фундаментов САФУ им. М.В. Ломоносова, 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, [email protected];
Заручевных Ирина Юрьевна — кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова (САФУ им. М.В. Ломоносова), 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, (8182) 218923, [email protected];
Корзова Мария Александровна — магистрант кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов, САФУ им. М.В. Ломоносова, 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, [email protected].
Для цитирования: Искусственные почвогрунты из отходов обогащения кимберлитовой руды / И.В. Тельминов, А.Л. Невзоров, И.Ю. Заручевных, М.А. Корзова // Вестник МГСУ. 2012. № 1. С. 128—132.
I.V. Telminov, A.L. Nevzorov, I.Ju. Zaruchevnyh, M.A. Korzova
ARTIFICIAL TOPSOILS MADE FROM KIMBERLITE TAILINGS
It is suggested that kimberlite tailings from the diamond deposit named M.V. Lomonosov should
be used for producing the artificial topsoils. The laboratory experiments indicated that the optimal com-
BECTHMK 1/2012
position for growing the grass is next: kimberlite tailings 80 %, peat 10 %, dehydrated sludge 10 %.
This substance is useful as cover layer on municipal and industrial landfills, quarries etc.
The research was done within federal program "Academic and teaching staff of innovative
Russia" according to the state contract № 16.740.11.0436 dated 3 October 2010.
Key words: topsoils, kimberlite tailings, mixture of wastes, peat, dehydrated sludge, crop capacity, phytomass.
Refrence
1. Sostojanie i ohrana okruzhajuwej sredy [State and protection of the environment]. Pravitel'stvo Arhangel'skoj oblasti [Government of the Arkhangelsk region]. URL: http: // www.dvinaland.ru/power/departments /comeco/envir (14.10.2011).
2. Obekty razmeshhenija othodov na territorii oblasti [Landfills on the territory of the Arkhangelsk region]. Gosudarstvennoe kazennoe uchrezhdenie Arhangel'skoj oblasti «Centr prirodopol'zovanija i ohrany okruzhajuwej sredy» [State official institution of the Arkhangelsk region "Centre of natural resources and environment control"]. URL: http://eco29.ru/Pages/arhangelskaya_oblast.html (the date of addressing 14.10.2011).
3. Kovtun M.N. Melkozernistye betony s ispol'zovaniem othodov almazoobogawenija [Concretes with the usage of kimberlite tailings]. Belgorod, 2007, 22 p.
4. Korshunov A.A. Geojekologicheskoe obosnovanie skladirovanija i ispol'zovanija othodov ob-ogawenija kimberlitovyh rud (na primere mestorozhdenija almazovim. M.V. Lomonosova) [Geoecological reasons for storage and usage of kimberlite tailings from diamond deposit named after M.V. Lomonosov]. Arkhangelsk, 2010, 22 p.
5. Perspektivy razrabotki mestorozhdenij almazov Arhangel'skoj oblasti [Prospects for diamond deposits development of the Arkhangelsk region], G.V. Minchenko [and others]. Razvitie mineral'no-syr'evoj bazy Arhangel'skoj oblasti: problemy, perspektivy, zadachi: sb. nauchn. tr. mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Vyp. Ns 3 [Mineral resource base development of the Arkhangelsk region: problems and prospects: Proceedings of international conference, no 3], Arkhangelsk, ASTU publishing centre, 2006, Pp. 252—263.
6. Almazy, bazal'ty i torf Arhangel'skoj oblasti [Diamonds, basalts and peat of the Arkhangelsk region]. Vserossijskaja obshhestvennaja organizacija «Russkoe geograficheskoe obwestvo» [All-Russia public organization «Russian geographical society»] URL: http://www.rgo.ru/2011/02/bolota-i-torf/ (14.10.2011).
7. Nevzorov A.L., Korshunov A.A. Results of geotechnical monitoring for the erection and operation of the tailing dam at the diamond deposit named after M.V. Lomonosov, Proc. of the 15th European conf. on soil mechanics and geotechnical eng. part 2, Athens, Greece, 12-14 Sept., 2011, Pp.1177—1184.
A b o u t a u t h o r s: Telminov Ilja Valentinovich — Lecturer, Department of Geotechnics, Northen (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov (NArFU), +7-(8182)-21-89-23, [email protected];
Nevzorov Aleksandr Leonidovich — D.E., professor, Department of Geotechnics, Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov (NArFU), +7-(8182)-21-89-23, [email protected];
Zaruchevnyh Irina Jurjevna — Ph.D., Associate professor, Department of Geotechnics, Northen (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov (NArFU), +7-(8182)-21-89-23, [email protected];
Korzova Marija Aleksandrovna — undergraduate Department of Geotechnics, Northen (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov (NArFU), [email protected].
F o r c i t a t i o n: Telminov I.V., Nevzorov A.L., Zaruchevnyh I.Ju., Korzova M.A. Iskusstvennye pochvo-grunty iz othodov obogashhenija kimberlitovoj rudy [Artificial topsoils made from kimberlite tailings]. Vest-nik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering], 2012, no 1, Pp. 128—132.
132
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 1
