Исследования по обоснованию снижения экологической опасности отходов горнопромышленного комплекса: основные результаты и перспективы научного направления Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Shalygyna Regina Rinatovna,

PhD (Biology), Researcher of Institute of the Industrial Ecology Problems of the North of the Kola Science Center of RAS, Apatity; [email protected] Chaporgina Aleksndra Aleksandrovna,

PhD Student, Senior laboratory assistant researcher of Institute of the Industrial Ecology Problems of the North of the Kola Science Center of RAS, Apatity; [email protected] Yanishevskaya Elena Sergeevna,

PhD Student, Senior laboratory assistant researcher of Institute of the Industrial Ecology Problems of the North of the Kola Science Center of RAS, Apatity; [email protected]

DOI:10.25702/KSC .2307-5252.2018.9.9.104-160 УДК 622.7.017+504.05+666.3

Д. В. Макаров, В. А. Маслобоев, Л. Б. Кошкина, Л. П. Сулименко, А. В. Светлов, Т. А. Мингалева, Ю. Л. Денисова, Е. А. Красавцева

Институт проблем промышленной экологии Севера ФИЦ КНЦ РАН, Лаборатория Экологии промышленного производства

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБОСНОВАНИЮ СНИЖЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ОТХОДОВ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА: ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ НАУЧНОГО НАПРАВЛЕНИЯ

Аннотация

Рассмотрены основные результаты научно-исследовательской работы Лаборатории экологии промышленного производства ИППЭС КНЦ РАН за период 2012-2017 г.г. Главные направления исследований: снижение экологической опасности отходов горнопромышленного комплекса, доизвлечение из них цветных металлов и попутное получение строительных материалов, защита природных водоемов от промышленных стоков и очистка сточных вод. Обсуждены результаты и перспективы развития исследований.

Ключевые слова:

отходы горнопромышленного комплекса, тяжелые металлы, геотехнологии, очистка сточных вод, геохимические барьеры, сорбенты, строительные материалы.

D. V. Makarov, V. A. Masloboev, L. B. Koshkina, L. P. Sulimenko, A. V. Svetlov, T. A. Mingaleva, Y. L. Denisova, E. A. Krasavtseva

SUBSTANTIATION OF RESEARCH ON THE REDUCTION OF ECOLOGICAL DANGER FROM MINING WASTE: MAIN RESULTS AND PERSPECTIVES OF INVESTIGATIONS

Abstract

The main results of research of the «Laboratory of ecology of industrial production» in 2012-2017 are analyzed in major directions - reduction of pollution effect of mining wastes to the environment, re-extraction of non-ferrous metals and receiving by-product materials for construction, natural water bodies protection, and wastewater purification. Results and perspectives of research are discussed.

Введение

В 1973 году в составе Института химии и технологи редких элементов и минерального сырья Кольского филиала АН СССР была организована Лаборатория адсорбционных и вяжущих материалов, которую в 1975 году возглавил к.т.н. Анатолий Петрович Зосин. При переходе в Институт проблем промышленной экологии Севера КФ АН СССР, основанный в 1989 году, подразделение было преобразовано в Лабораторию экологии промышленного производства, основным направлением деятельности которой стала разработка концепции экологически чистого промышленного природопользования в условиях Субарктики.

В рамках работы по этому направлению сотрудниками лаборатории были выявлены адсорбционно-активные свойства твердотельных минеральных дисперсий (ТМД), содержащих различные по минеральному составу дисперсоиды и неорганические дисперсивы. На основе технологии ТМД синтезированы сорбенты для дефторирования и очистки промышленных стоков от катионов тяжелых и цветных металлов. Разработана технология геополимерного вяжущего — сорбента для иммобилизации и захоронения экологически опасных веществ, в том числе жидких радиоактивных отходов. Создан новый класс органо-минеральных соединений с гиперкоординацией ряда катионов в матрице слоистого силиката, так называемые «Вермосы», и исследованы области применения материалов на их основе. Отработаны различные способы прививки катиона-модификатора, позволяющие варьировать свойства сорбентов в широких пределах. Области применения синтезированных материалов включают: очистку природных и сточных вод от нефтепродуктов и других загрязняющих органических примесей; осушку воздуха в системах низкотемпературной консервации; очистку воздуха и газовых смесей от органических примесей и их дезодорацию; кондиционирование условий длительного хранения и транспортировки различных видов сельскохозяйственной продукции.

Основное направление исследований лаборатории в настоящее время — выявление наиболее значимых механизмов загрязнения окружающей среды в результате гипергенных процессов, происходящих в складируемых отходах горнопромышленного комплекса в условиях Субарктики, и разработка методов, снижающих негативное воздействие отходов на окружающую среду. В рамках этого направления требуется решить следующие задачи:

• разработать способы снижения экологической опасности отходов горнопромышленного комплекса;

• предложить технологии доизвлечения из них ценных компонентов и попутного получения строительных и технических материалов;

• разработать методы защиты природных водоемов и очистки сточных вод от загрязнения тяжелыми металлами с использованием модифицированных природных и искусственных геохимических барьеров и сорбентов на основе местного сырья и промышленных отходов.

Мурманская область, территория которой расположена в арктической зоне Российской Федерации, — один из наиболее развитых горнорудных районов страны (Доклад ..., 2016). Она обеспечивает преобладающую часть потребности России в фосфатных рудах, флогопите и вермикулите, циркониевом сырье

(бадделеите), ниобии, тантале, редкоземельных металлах. Здесь ведется добыча никеля, меди, кобальта, нефелинового и керамического сырья, железных и хромовых руд, облицовочного камня и строительных материалов. На базе разведанных месторождений действуют горно-обогатительные предприятия, являющиеся градообразующими для основных населенных пунктов: Апатиты, Кировск (АО «Апатит», ЗАО «СЗФК»), Заполярный, Никель, Мончегорск (АО «Кольская ГМК»), Оленегорск (АО «Олкон»), Ковдор (АО «Ковдорский ГОК», ООО «Ковдорслюда»), Ревда (ООО «Ловозерский ГОК»), в которых проживает треть населения Мурманской области. Продукция Кольского горнорудного комплекса составляет свыше 60 % промышленного производства области.

Вместе с тем, многолетняя деятельность горно-металлургических предприятий региона вызвала деградацию окружающей среды в зонах их действия, истощение природных ресурсов, обусловила неблагоприятную экологическую обстановку на территориях прилегающих городов и поселков. Ежегодно в области складируется более 150 млн т отходов, общий объем которых к настоящему времени достиг около 8 млрд т. Из этого объема забалансовые и попутные руды, уложенные в отвалы, составляют 2.4 %, породы вскрыши и проходки (скальные и моренные) — 72.4 %, хвосты обогащения — около 24 %; остальную долю (до 1.5 %) составляют шлаки и золы (Ма81оЬоеу й а1., 2016).

Сотрудничество с промышленными предприятиями и проектными организациями в научно-исследовательской области и в области инженерных изысканий составляет важную часть деятельности лаборатории. Ежегодно коллектив выполняет научно-исследовательские работы (НИР) по заказу этих предприятий. К числу НИР, выполненных за последние годы, относятся следующие: «Сквозное исследование содержания молибдена в водных объектах зоны деятельности АО «Апатит» и проведение ихтиологического обследования на озере Большой Вудъявр» (2014 г., заказчик — АО «Апатит»); «Мониторинг и оценка эффективности закрепления пылящей поверхности хвостохранилища АНОФ-2 АО «Апатит» различными связующими реагентами» (2015 г., заказчик — АО «Апатит»); «Определение источников повышения сульфатов и влияния эмульсионных взрывчатых веществ на концентрации азотной группы в откачиваемой шахтной воде рудника «Северный» АО «Кольская ГМК» (2016 г., заказчик — АО «Кольская ГМК»).

В 2013 году ИППЭС КНЦ РАН при ведущей роли лаборатории Экологии промышленного производства по заказу ООО «СПб-Гипрошахт» провел инженерно-экологические и инженерно-гидрометеорологические изыскания в зоне деятельности ряда структурных подразделений предприятия АО «Воркутауголь»: шахт «Заполярная», «Воркутинская», «Северная» и обогатительной фабрики «Печорская ЦОФ».

В том же году сотрудниками лаборатории совместно с лабораторией Экологии микроорганизмов ИППЭС КНЦ РАН проведена НИР «Выполнение комплекса работ по выявлению причин ухудшения водно-химического режима работы тепловых сетей Апатитской ТЭЦ, сетей системы теплоснабжения городов Апатиты и Кировска для Апатитской ТЭЦ филиала «Кольский» ОАО «ТГК-1» (заказчик - филиал «Кольский» ОАО «ТГК-1»).

Указанные изыскания и НИР выполнены качественно в установленные сроки.

В рамках Госзадания на протяжении последних лет коллектив лаборатории выполняет исследования по следующим тематикам НИР: «Разработка эколого-технологических принципов создания конкурентоспособных промышленных кластеров в условиях Субарктики на основе формирования устойчивого локального техногенеза» (2010-2012 гг.), «Обоснование методов снижения экологической опасности отходов горнопромышленного комплекса c доизвлечением цветных металлов из техногенного сырья» (2011-2013 гг.) и «Разработка стратегии минимизации техногенных воздействий на природные воды в процессе складирования дезинтегрированных отходов горнопромышленного комплекса» (2013-2017 гг.).

В рамках Программ фундаментальных научных исследований Президиума РАН «Фундаментальный базис инновационных технологий прогноза, оценки, добычи и глубокой комплексной переработки стратегического минерального сырья, необходимого для модернизации экономики России» и «Месторождения стратегического минерального сырья в России: инновационные подходы к их прогнозированию, оценке и добыче» коллектив лаборатории проводил работы по проектам: «Теоретическое и экспериментальное обоснование интенсификации комбинированных обогатительно-гидрометаллургических процессов

переработки природного и техногенного сульфидного сырья» (2013-2014 гг.) и «Теоретическое и экспериментальное обоснование физико-химических геотехнологий переработки сырья природных и техногенных медно-никелевых месторождений Мурманской области с доизвлечением стратегических цветных металлов и снижением нагрузки на окружающую среду» (2015-2017 гг.) под научным руководством д.т.н., профессора В. А. Маслобоева. В 2014-2016 гг. сотрудники лаборатории принимали участие в исследованиях по проекту РФФИ № 14-05-98804 р_север_а «Теоретическое обоснование и разработка комбинированных методов доизвлечения цветных металлов из сульфидсодержащих отходов горнометаллургического комплекса на основе изучения минералого-технологических особенностей их состава» (научный руководитель - д.т.н. Д. В. Макаров).

Содержание и результаты этих работ раскрыты в настоящей статье.

Изучение гипергенных процессов

при хранении отходов горнопромышленного комплекса

Накопление отвальных пород, шлаков, хвостов обогащения руды создают серьезные экономические и экологические проблемы в горнопромышленных районах. Поддержание отвалов вскрышных пород и хвостохранилищ требует значительных капитальных и материальных затрат. Большие объемы перемещенной горной массы нарушают сложившееся геологическое равновесие. Выбросы газа и пыли при добыче полезных ископаемых, пыление отвалов и хвостохранилищ, попадание реагентов и тяжелых металлов в природные поверхностные и подземные воды отрицательно воздействуют на сложившиеся экосистемы и здоровье человека. Особенно опасно это воздействие в районах с экстремальными климатическими условиями, где вблизи горнодобывающих предприятий возникают обширные техногенные пустыни (Чантурия и др., 2005; Маслобоев и др., 2014).

Согласно определению академика А. Е. Ферсмана, гипергенез — это поверхностные изменения пород и минералов в коре выветривания и биосфере

(Геологический ..., 1973). Исключительная роль в геохимических процессах гипергенеза принадлежит деятельности человека, которую А. Е. Ферсман предложил именовать техногенезом (Ферсман, 1934, 1937). Прежде всего, это — добыча и переработка полезных ископаемых. Влияние этого фактора многократно возросло в настоящее время (Пучков, Воробьев, 2000).

Зона гипергенеза характеризуется сложным химическим и физическим взаимодействием атмосферы, гидросферы и верхних частей литосферы, исключительным постоянством факторов, определяющих ход биохимических и химических реакций. Специфика геохимических процессов определяется сочетанием многокомпонентных систем и сред, каковыми являются литосфера, гидросфера, атмосфера и живые организмы, проявлением эндогенных и экзогенных факторов. Для зоны гипергенеза характерны разнообразные геохимические реакции: окисление и восстановление, гидролиз и выщелачивание, гидратация и дегидратация, коллоидный обмен и замещение, коагуляция и пептизация, вынос одних соединений и элементов и аккумуляция других, метасоматические, диагенетические и другие физико-химические изменения горных пород и минералов, синтез новых минеральных и органических соединений (Лукашев, 1963).

В последние десятилетия концепция гипергенеза пополнилась рядом новых разработок (Яхонтова, Зверева, 2000), в их числе:

• становление коррозионной модели развития гипергенеза, которая сложилась на основе электрохимических исследований арсенидов, сульфоарсенидов и многих сульфидов;

• вывод корректных уравнений реакций окисления минералов с целью прогноза реального состояния продуцируемых растворов, миграции элементов и их участия в гипергенной и техногенной минерализации, а также оценки негативных экологических последствий;

• выявление количественных причинно-следственных связей в цепочке факторов: геоморфология региона — динамика подземного стока — химизм и рН вод — зональность и тип гипергенной минерализации;

• закон энергетической направленности гипергенных процессов;

• обоснование роли бактериального фактора в развитии гипергенеза.

Исследования гипергенеза при хранении отходов горнопромышленного

комплекса проводятся с использованием широкого комплекса экспериментально-аналитических методов: гидрогеологических, инженерно-геологических, геохимических, минералого-геохимических, физико-химических и физических. Предварительная информация содержит минералогические и геохимические характеристики отвалов и хвостохранилищ, перечень операций при складировании отходов, список флотационных реагентов, используемых в процессе обогащения. Важными компонентами являются региональные геологические, гидрогеологические, гидрологические и климатические данные, а также экологические аспекты. Оценка техногенных объектов, таким образом, должна быть технолого-эколого-экономической (Талалай и др., 1997; Макаров, Талалай, 1999).

Сульфидсодержащие отходы горнопромышленного комплекса относятся к группе наиболее экологически опасных. При добыче и обогащении руд цветных металлов теряется до 15 % меди, молибдена, свинца, до 25 % цинка и никеля, до

40 % кобальта. Присутствующие в составе отходов сульфиды этих металлов, а также сульфиды железа, содержащие цветные металлы в виде изоморфных примесей, в процессе хранения окисляются, тяжелые металлы переходят в водорастворимые соли (Калинников и др., 1997; Бортникова и др., 2003; Чантурия и др., 2005; Маслобоев и др., 2014; Doyle, 1990). Гипергенные изменения техногенных продуктов протекают значительно быстрее, чем в естественных геологических условиях. Одним из факторов, интенсифицирующих процессы гипергенных изменений, является активация поверхности минералов, протекающая при их дроблении и измельчении.

Изучение разновозрастных хвостов обогащения медно-никелевых руд на хвостохранилищах Мурманской области показало, что окисление сульфидных минералов начинается уже на стадии складирования и ранних этапах хранения. С увеличением времени хранения хвостов происходит накопление в растворах цветных металлов и магния; кальций частично выпадает в осадок в виде гипса (Чантурия и др., 2005; Макаров и др., 2005а; 2006а). При хранении вследствие гипергенных процессов меняется не только содержание металлов в хвостах, но и их форма — соотношение сульфидной и кислородсодержащих фаз. Так, соотношение силикатной и сульфидной форм никеля перераспределяются в пользу первой (Чантурия и др., 2004б). Несмотря на наличие в составе хвостов обогащения медно-никелевых руд гидросиликатов магния и железа типа серпентинов и гидрохлоритов, присутствие карбонатов и низкое содержание сульфидов, хранилища хвостов представляют угрозу для окружающей среды.

При наличии химически активных нерудных минералов концентрации тяжелых металлов в поровых растворах существенно снижаются, а величина рН растет, однако остаточные содержания металлов в водной фазе лежалых хвостов превосходят ПДК для рыбохозяйственных водоемов: по никелю в среднем в 486 раза, по меди — в 394, по кобальту — в 102. После завершения эксплуатации объекта эта ситуация сохраняется длительное время, и даже ухудшается (Чантурия и др., 2005; Макаров и др., 2006а).

Установлено, что гипергенные воздействия приводят к значительному изменению технологических свойств как рудных, так и нерудных минералов: снижению флотоактивности сульфидов, увеличению потерь полезных компонентов с водорастворимой формой в камерном продукте, ухудшению селективности процесса, повышению расхода флотореагентов (Чантурия и др., 2000, 2002). В этой связи сотрудниками лаборатории продолжены исследования гипергенеза минералов в сульфидсодержащих техногенных образованях (ТО) нашего региона.

Гипергенез минералов отвала Аллареченского месторождения медно-никелевых руд и оценка экологической опасности техногенного объекта

ТО «Отвалы Аллареченского месторождения» (рис. 1а) расположено в Печенгском районе Мурманской области и представляет отвал горных пород — отходов добычи коренного Аллареченского месторождения сульфидных медно-никелевых руд, разработка которого велась открытым способом и была завершена в 1971 году. Основными полезными ископаемыми месторождения были никель, медь и кобальт.

Рис. 1. Отвал Аллареченского месторождения медно-никелевых руд

в Печенгском районе Мурманской области: а — общий вид отвала; б — отбор проб воды затопленного карьера; в — техногенная пустошь вблизи подошвы отвала

Породы отвала представлены вскрышными, преимущественно безрудными гнейсами, гранито-гнейсами, амфиболитами и в разной степени оруденелыми вмещающими породами: перидотитами, оливинитами, контактовыми амфиболитами и др. Их общий объем оценивается в 6,7 млн м3 или более чем в 12 млн т. Состав мелкозернистой фракции определяют раздробленные в процессе взрывных работ вмещающие и вскрышные породы, вскрышные четвертичные флювиогляциальные и озерно-ледниковые отложения (Макаров, 1998; Селезнев и др., 2013; Маслобоев и др., 2014).

Руды отвала представлены двумя морфологическими типами: массивными и вкрапленными. Основными рудными минералами обоих типов являются: пирротин Fel-xS, пентландит (№^^8, реже халькопирит CuFeS2, которые находятся в тесной парагенетической связи с магнетитом. Атмосферные воздействия, оказываемые на первичные руды в период их длительного нахождения в породном отвале, и связанные с ними гипергенные процессы привели к появлению окисленных руд. В результате окисления значительная часть руды потеряла свои первоначальные качества. Так, если в богатых разновидностях первичных руд содержание полезных компонентов достигает, %: № — 18, ^ — 8, ^ — 0,3, то в их окисленных аналогах максимальные обнаруженные содержания не превысили 3,3, 2,0 и 0,05 % соответственно (Селезнев и др., 2013; Маслобоев и др., 2014/

Особенно подвержены гипергенезу массивные руды пирротин-пентландитового ряда из-за неустойчивости основных слагающих их минералов, что наблюдается визуально — обломки этих руд покрываются корочкой гидрооксидов железа, отшелушиваются и рассыпаться. Помимо физического разрушения в рудах постоянно протекают химические реакции. В процессе пробоподготовки вкрапленных руд к лабораторным исследованиям было отмечено выделение микро-капель серной кислоты, которая, видимо, резервируется в породообразующих силикатах вокруг сульфидных зерен. В результате химических изменений в рудах появляются характерные гипергенные минералы: ковеллин CuS, самородная медь, виоларит (№^^4, ретгерсит a-NiSO4'6H2O и подобные ему. В рудах постоянно присутствует виоларит. Его средний химический состав, по данным микрозондовых анализов, включает, %: Fe — 21,0, N — 35,3, ^ — 0,8, S — 42,6, т.е. соответствует формуле (№1^1.14^0.04)3^4.00. О гипергенном происхождении этого минерала свидетельствует очень близкий, к определенному для пентландита, показатель

соотношения №/Со, что объясняется замещением пентландита виоларитом. Под электронным микроскопом виоларит часто наблюдается в сростках с гетитом а-РеООН и обладает многочисленными трещинами, что свидетельствует о дефиците объема в результате выноса железа (Селезнев и др., 2013; Маслобоев и др., 2014/

Отмечается повсеместное распространение ретгерсита, который образует хорошо заметные сине-зеленые налеты на вмещающих породах, частично аккумулируется в мелкозернистой фракции и, вследствие своей легкой растворимости, выносится вместе с атмосферными осадками и паводковыми водами в нижние горизонты и за пределы отвалов. В качестве примера приведем данные рентгенофазового анализа (РФА) налета на образце массивной пирротин-пентландитовой руды (рис. 2). Основная сульфатная фаза представлена гипсом, присутствуют сульфаты никеля, кобальта и магния. Съемка в камере Дебая голубого налета на поверхности одного из образцов сплошной сульфидной руды позволила диагностировать основной сульфат меди - лангит Си4804(0Н)б'2Н20.

2

2

1 2 12 2

^ 11 11 1* ь 1 1 1 1 1 1 1 1 п I >2 ЩГ 22 \м2 . У

80 70 60 50 40 30 20 10

20

Рис. 2. Дифрактограмма сульфатного налета на образце массивной пирротин-пентландитовой руды (по: Селезнев и др., 2013). Цифрами обозначены рефлексы: 1 — гипса; 2 — сульфатных фаз (гексагидрит MgS04.6H20, никельгексагидрит а-№804.6Ш0, ретгерсит а-NiS04.6H20, мурхаусит CoS04.6H20, биверит CoS04.7H2O и др.)

Сопоставление химического состава первичных и новообразованных минералов позволяет предполагать следующую последовательность процессов выветривания в сплошных сульфидных рудах (Макаров, 1998). Первоначально происходит окисление наименее устойчивого минерала — пирротина с образованием свободной серной кислоты, которая воздействует как на сам пирротин, так и на ассоциирующие с ним минералы, в частности, пентландит:

2№4^е4^8 + 6Н2SО4 + 3О2 = 4Ni2FеS4 + NiSО4 + 5FеSО4 + 6Н2О (1)

4FеSО4 + 02 + 2Н2SО4 = 2Fе2(SО4)з + 2ШО (2)

Fе2(SО4)з + 6Н2О = 2Ре(0Ц)з + 3Н2SО4 (3)

Учитывая, что в подобных рудах практически нет силикатов и других нерудных минералов, можно предположить, что образующаяся при окислении пирротина серная кислота полностью расходуется на превращение пентландита

в виоларит (рис. 3). Объем новообразованной твердой фазы в этом случае не превышает 22 % от объема исходных твердых фаз. Таким образом, этот процесс приводит к увеличению пористости, что повышает скорость выветривания.

Рис. 3. Формы нахождения виоларита. Развитие виоларита по спайности пентландита (отраженный свет): Pn — пентландит; Viol — виоларит (по: Маслобоев и др., 2014)

Немаловажную роль в процессах разрушения руд играет естественное бактериальное выщелачивание. В обычных условиях реакция (2) протекает медленно, но в присутствии микроорганизмов скорость окисления FеSО4 возрастает в десятки тысяч раз, ускоряя процесс разрушения сульфидов. Несмотря на географическую приуроченность объекта исследования (ТО) к арктической зоне, в пробах воды и в рудах были обнаружены тионовые ацидофильные железо- и сероокисляющие бактерии. В основе жизнедеятельности железоокисляющих бактерий лежит их способность к окислению Fe2+ до Fe3+. Реакция бактериального окисления пирротина

осуществляется по следующей схеме (Адамов, Панин, 2008):

2FeS + 4.5О2 + 2Н+ ^ 2Fe3+ + 2SO42- + ШО (4)

2FeS + 1.5О2 + 6Н+ ^ 2Fe3+ + So + 3ШО (5)

FeS + 8Fe3+ + 4Н2О ^ 9Fe2+ + SO42" + 8Н+ (6)

So + 4Н2О ^ SO42- + 8Н+ или So + Н2О + 1.5О2 ^ H2SO4 (7)

С участием микроорганизмов реализуется реакция (2). Сульфат трехвалентного железа также является сильным окислителем сульфидов:

№4^е4^8 + 9Fе2(SО4)з = 4.5NiSО4 + 22.5FеSО4 + 8S (8)

Однако в настоящее время многими исследователями отмечается превалирующая роль бактериального фактора в процессах гипергенного окисления сульфидных минералов (Яхонтова, Зверева, 2000).

С целью оценки скорости гипергенеза сульфидных минералов, а также возможностей применения кучного или чанового выщелачивания нами были проведены две серии эксперимента.

В первой серии изучали взаимодействие руды фракции -3+2 мм с выщелачивающим реагентом в динамическом режиме в колонках диаметром 40 мм при температуре +18 ± 2 оС в течение 90 суток. Руда данной фракции содержала, %: № — 0,52, Си — 0,74, Со — 0,012. В качестве реагентов использовали 2% раствор серной кислоты и такой же раствор с добавкой окислителя (ионы Fe3+). Расход окислителя составлял 80 г/т руды. Использовали предварительное влагонасыщение руды. Опыты с оборотом растворов на данном этапе не проводили. Загрузка руды составляла 150 г. Кислоту в количестве 10 мл подавали раз в 3-4 дня. Растворы на выходе из колонок анализировали методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) на приборе AAnalyst 400 РегктЕ!тег.

Наиболее интенсивно, как и ожидалось, из образцов руды выщелачивался никель (рис. 4). Существенно более медленно в раствор переходила медь, что объяснялось низкой скоростью растворения халькопирита, относящегося к «упорным» сульфидам (Вигдергауз и др., 2008).

Рис. 4. Кинетика выщелачивания металлов (никеля, кобальта и меди) из руды ТО «Отвалы Аллареченского месторождения» раствором серной кислоты

За 90 суток выщелачивания раствором без окислителя извлечения металлов составили, %: № — 11,9, Си — 4,3, Со — 8,0; с окислителем — 11,8, 4,0, 7,9 % соответственно. Очевидно, что введение в раствор окислителя не привело к улучшению извлечения металлов. Это можно объяснить образованием окислителя Бе3+ в ходе протекания реакций (1-8) при выщелачивании кислотой в количествах, достаточных для интенсификации процесса раст ворения цветных металлов.

Эксперименты показали, что руды ТО «Отвалы Аллареченского месторождения» приемлемы для кучного или чанового выщелачивания цветных металлов, однако необходим поиск оптимальных технологических решений, обеспечивающих интенсификацию процессов растворения сульфидных минералов.

Во второй серии опытов было проведено моделирование гипергенеза в ускоренных условиях: в режиме попеременного увлажнения — высыхания руды фракции -3+0 мм при температуре +45 ± 2 оС в течение 30 суток (Халезов, 2009). Руда данной фракции содержала, %: № — 0,35, Си — 0,33, Со — 0,02. Навеска руды равнялась 60 г. Увлажнение руды производили 4 раза в сутки дистиллированной водой (по 10 мл), 2 % раствором серной кислоты (по 10 мл раствора) и тем же раствором с добавлением ионов Бе3+ в качестве окислителя, расход которого составлял 80 г/т руды, как и в первой серии опытов. По окончании опытов проводили выщелачивание образцов дистиллированной водой при комнатной температуре в течение 4 часов при перемешивании со скоростью 500 мин-1. Соотношение твердой и жидкой фаз составляло 1:5. Растворы выщелачивания анализировали методом ААС (AAnalyst 400 РегктЕ1тег). Твердую фазу исследовали методами рентгенофазового анализа (РФА) на дифрактометре ДРОН-2 (излучение Си Ка) и ИК спектроскопии.

В отличие от опытов с дистиллированной водой, при увлажнении — высыхании сернокислых растворов пробы руды уже на вторые сутки покрылись зеленовато-желтой коркой новообразованных фаз, которая препятствовала проникновению реагентов вглубь образца руды при последующих циклах

N1

Со

Си

1 8 19 29 40 50 71 83 92 Время, сутки

обработки, поэтому образцы перемешивали. Подобные процессы самоконсервации наблюдаются на сульфидсодержащих хвостохранилищах со значительными сроками складирования и связаны с образованием кварц-сульфатных корок (Белогуб и др., 2007).

ИК спектры исходной руды, новообразованной фазы и руды после обработки серной кислотой в режиме увлажнение — высыхание представлены на рисунке 5. Спектры качественно схожи, что свидетельствует о протекании процессов гипергенеза мелкодисперсной фракции руды при ее хранении в отвале. К отличиям можно отнести увеличение интенсивности полос поглощения, отвечающих валентным и деформационным колебаниям ОН-групп гидратной воды сульфатов, а также оксигидроксидов, вероятно, железа при переходе от исходной руды к новообразованной фазе (полосы при 3575, 3385, 1652, 1116, 1000, 874, 629, 592 см-1, рис. 5в). Полосы при 1140, 1116, 1078, 985, 670, 629 и 592 могут быть отнесены к колебаниям сульфат-иона (рис. 5в).

Рис. 5. ИК спектры руды ТО «Отвалы Аллареченского

месторождения» (по: Селезнев и др., 2013): а — исходная руда, б — руда после обработки раствором серной кислоты в режиме увлажнение - высыхание, в — новообразования на поверхности руды

Анализ растворов выщелачивания позволил рассчитать переход цветных металлов в растворимые формы. Извлечения металлов в раствор составили для N1, Си и Со, %:

• в опыте с дистиллированной водой: 2,19; 0,02; 1,67;

• с серной кислотой: 18,15; 11,49; 8,19;

• с серной кислотой и окислителем: 19,92; 11,73; 8,94.

Таким образом, зафиксировано существенное увеличение перехода цветных металлов в растворимые формы при обработке руды выщелачивающими реагентами. Это обстоятельство необходимо учитывать при оценке экологической опасности ТО. Отсутствие в составе руды химически активных нерудных минералов, способных нейтрализовать серную кислоту, образующуюся вследствие процессов (1-8), а также выпадение кислотных дождей в регионе резко увеличивают скорость гипергенных изменений сульфидных минералов и переход экологически опасных элементов в подвижные формы. Диагностированные минеральные фазы, образовавшиеся в лабораторных опытах, в основном соответствуют зафиксированным на ТО вторичным минералам, что позволяет применить данную методику для оценки скорости химического выветривания сульфидных минералов.

С целью определения уровня и ареалов загрязнения участка расположения ТО «Отвалы Аллареченского месторождения» в 2010 году по заказу ООО «Горнорудная компания Монолит» специалистами ОАО «Кольский геологический информационно-лабораторный центр» был проведен экологический мониторинг состояния окружающих экосистем, позволивший определить направление максимальной миграции токсичных веществ. Объектами мониторинга были пробы поверхностных вод и органогенного горизонта почвы Ао.

Анализ поверхностных вод выявил загрязнение никелем, превышающее ПДК в 3-79 раз, во всех водоемах, расположенных в непосредственной близости от отвалов. В водоемах был нарушен порядок распределения основных ионов, характерный для пресноводных экосистем Мурманской области. Особенно загрязненным оказалось болото, примыкающее к отвалам с южной стороны (рис. 6): концентрация № в нем превысила ПДК в 4736 раз, Со и Мп в 5,5 раз, Си в 1,2 раза, 8042- в 1,8 раз. Вода в болоте имела кислую реакцию: рН = 3,65 (Селезнев и др., 2013; Маслобоев и др., 2014).

>вные обозначения:

- Границы кровли и подошвы ярусов отвала

- Бывшее русло реки Алла

- Рудое одержащт участок отвала

- Преобладающие направления потоков загрязняющих веществ

Максимальное выявленное загрязнение:

- поверхностных вод

- почвенно-растительного слоя

Степень деградации экосистем: -■техногенная пустошь

- прогрессирующая деградация средней степени

- слабая степень деградации

Рис. 6. Ситуационный план ТО «Отвалы Аллареченского месторождения»

(по: Маслобоев и др., 2014)

Загрязненными оказались и почвы. В органогенном горизонте болота с южной стороны отвала концентрации тяжелых металлов превысили условно-фоновые показатели по никелю в 877 раз, меди — в 227, кобальту — в 61 раз. Наибольшее загрязнение отмечено на левом берегу бывшего русла реки Аллы, т.е. на достаточном удалении от отвала (см. рис. 6). Превышение концентраций поллютантов в этом месте в сравнении с условно-фоновыми показателями составили: № в 1172, Со в 233, Си в 123 раза. На прилегающих к отвалу территориях наблюдается прогрессирующая деградация экосистем. Некоторые участки превратились в техногенную пустошь (рис. 1в). Площадь деградированных территорий значительно превышает площадь подошвы самого отвала.

В феврале 2013 года сотрудниками лаборатории и ООО «Горнорудная компания Монолит» был проведен отбор проб воды затопленного карьера (рис. 1б) для определения концентраций тяжелых металлов, водородного показателя и

окислительно-восстановительного потенциала, а также градиента этих показателей по глубине отбора проб. Вода затопленного карьера оказалась менее загрязненной, чем предполагалось: содержание N1 превышало ПДК в 35-40 раз. Несмотря на то, что нижние горизонты затопленного карьера не являются проточными, концентрации тяжелых металлов не увеличивались с глубиной. Возможно, вследствие восстановительной обстановки в водоеме происходит образование вторичных сульфидных минералов и их осаждение на дне; в этой связи представляет интерес отбор и анализ вещественного состава донных отложений. Судя по результатам анализов содержания N1 в поверхностном слое (~0,8 мг/л), воды карьера аккумулируют в себе до 5,5 т растворенного никеля.

Исследование разновозрастных отвальных шлаков медно-никелевого производства АО «Кольская ГМК»

Отвалы шлаков плавильного цеха комбината «Печенганикель», образованные в 1945 году, также могут рассматриваться как техногенное месторождение, содержащее более 45 млн т сырья. Шлаки медно-никелевого производства представляют серьезную опасность для окружающей среды (Зосин и др., 2003; Паршина, 2009), тем более, находясь под воздействием атмосферных осадков и поступающих на шлакоотвал шахтных вод. С целью оценки экологической опасности и свойств шлаков как потенциального сырья были изучены шлаки текущего производства, отобранные в 2011 году (рис. 7), и лежалые шлаки, складированные в отвале более 15 лет (Потапов и др., 2012а,б).

Рис. 7. Гранулированные шлаки медно-никелевого комбината «Печенганикель»: а — шлаки текущего производства; б — отвал лежалых шлаков; в — отбор образцов шлаков с ненарушенной структурой

Лежалые шлаки отличаются от шлаков текущего производства увеличением содержания фракции -0,1 мм. Для всех классов крупности лежалых шлаков характерна значительная неоднородность по гранулометрическому составу, очевидно связанная с дифференциацией вещества, как на стадии складирования, так и в процессе хранения, и с возможными гипергенными процессами. При исследовании инженерно-геологических свойств лежалых шлаков (табл. 1) выявлены высокие обратные корреляционные связи между плотностью шлака в естественном состоянии и пористостью, плотностью шлака в сухом состоянии и пористостью, плотностью шлака в естественном состоянии и влажностью, плотностью шлака в сухом состоянии и влажностью. Влажность лежалых шлаков зависит от пористости (высокая прямая корреляция).

Свойства лежалых шлаков

Показатели Плотность, г/см3 Влажность, % Пористость, % Фракция -0,1 мм, %

истинная в естественном состоянии

Среднее значение 3,32 1,73 3,36 49,77 0,63

Стандартное отклонение 0,04 0,14 0,79 4,53 0,40

Дисперсия 0,002 0,02 0,63 20,56 0,16

Химический состав текущих и лежалых шлаков представлен в таблице 2. Различия в содержании оксида магния и оксидов железа, очевидно, связаны с изменением состава концентратов, поступающих на пирометаллургический передел, и с особенностями процесса плавки.

Таблица 2

Химический состав шлаков медно-никелевого комбината «Печенганикель»

Шлак Содержание, %

ТЮ2 К2О Fе2Oз БеО СаО МgО Ш2О А12О3 МпО 8102

I II 0,71 0,80 0,53 0,72 12,00 10,03 23,51 26,55 2,09 3,16 13,31 10,39 1,04 1,12 6,03 6,81 0,11 0,13 40,61 40,53

Примечание. I — шлаки текущего производства, II — лежалые шлаки.

Проведено сравнение распределения содержания цветных металлов и железа по фракциям в текущих и лежалых шлаках. В шлаках текущего производства высокое содержание цветных металлов обусловлено плавкой более богатых концентратов, а также гипергенными процессами в отвале. Содержание никеля в текущих шлаках существенно выше в классах -0,1 и +5 мм (рис. 8), однако с учетом их низкого выхода (0,09 и 0,63 % соответственно) этот факт вряд ли представляет технологический интерес. В лежалых шлаках содержание никеля также выше в мелких классах, а выход фракций -0,25 мм составляет около 3 %. Медь и кобальт более равномерно распределены в шлаках текущей переработки. Для лежалых шлаков характерно повышенное содержание меди в классе -0,5 мм и кобальта -0,1 мм. В случае утилизации лежалых шлаков, например, в производстве строительных материалов, возможно выделение фракции -0,25 мм для доизвлечения цветных металлов.

Размер частиц, мм Размер частиц, мм

Рис. 8. Распределение содержания никеля по классам крупности в лежалых шлаках (а) и шлаках текущего производства (б)

Включения сульфидов в гранулированном шлаке текущего производства распределены неравномерно и не во всех зернах основной массы (матрицы шлака), состоящей из оливина и стекла (рис. 9а). Сульфиды чаще округлой формы (шарики, капли), реже - овальной; встречаются сростки отдельных зерен сульфидов (рис. 9б). Размеры сульфидов варьируют от 5 до 20 мкм, изредка попадаются зерна крупностью до 50 мкм (рис. 9в). Часто наблюдаются зерна основной массы (по всей видимости, стекло), в которых проявляются скелетные игольчатые кристаллы оливина, образующие структуру спинифекс (рис. 9г). В основной массе стекла, обрамляя игольчатые кристаллы оливина, расположены множественные мелкие сульфидные включения размерами 1,5-2,0 мкм (рис. 9г).

Рис. 9. Сульфидные включения в шлаках текущего производства медно-никелевого комбината «Печенганикель»: а — сульфиды округлые формы; б — сульфиды овальной формы и их срастания; в — крупное зерно сульфида; г — мелкие включения сульфидов округлой формы между игольчатыми кристаллами оливина

Сульфидные включения лежалых шлаков значительно крупнее, видны невооруженным глазом. Размер сульфидных зерен варьирует от 5-10 до 20-70 мкм. По форме это как округлые включения, подобные сульфидам текущих шлаков (рис. 10а,б), так и сложные образования кривогранной формы (рис. 10в,г).

Рис. 10. Сульфидные включения в лежалых шлаках шлаки комбината «Печенганикель»: а, б — крупные округлые выделения сульфидов; в, г — кривогранные формы сульфидов; г — включения сульфидов между иголочками оливина

В основной массе шлака, представленной стеклом, наблюдаются скелетные игольчатые кристаллы оливина. Оливин диагностирован методом РФА (табл. 3) и микрозондовым анализом. Химический состав оливина следующий (в мас. %): 8Ю2 — 36,00; Ah0з — 1,39; Fe0 — 10,23; Mg0 — 48,33; Ca0 — 0,46; Na20 — 0,18; ^ — о,11; суммарно 96,70 %. В стекле отмечены включения минерала из группы шпинели, предположительно, магнезиоферрита, размером до 2,0 мкм. Химический состав минерала: АШ3 — 2,69; С^ — 1,63; Fe0 — 74,27; Mg0 — 11,27; суммарно 89,85 %.

Дифрактограмма шлака текущего производства комбината «Печенганикель» (I) и эталонного оливина (II)

I II (JCPDS, 7-159)

d, Ä I D, Ä I Hkl

3,921 50 3,916 40 021

3,527 61 3,516 30 111

2,794 100 2,791 100 130

2,529 75 2,533 60 131

2,478 78 2,473 60 112

2,281 31 2,285 30 122

1,765 29 1,761 30 222

Примечание. Условия съемки: дифрактометр ДРОН-2.0, СиКа-излучение. Оператор Т. М. Рябухина (Институт минералогии УрО РАН).

Химический состав сульфидов лежалых (ШЛ) и шлаков текущего производства (ШТ) представлен в таблице 4. Состав сульфидов удовлетворительно пересчитывается на формулу пентландита (Ре,М^8.

Таблица 4

Химический состав сульфидов в шлаках комбината «Печенганикель» (мас. %)

Компонент ШЛ-2 1 ШЛ-2 2 ШЛ-2 3 ШТ-3 2 ШТ-3 3

Fe 55,15 52.98 49.12 33.97 36.97

Cu 6,15 7.56 10.64 8.24 7.23

Ni 3,86 4.45 4.82 22.90 19.43

Co 0,26 0.27 0.27 0.97 0.80

Cr 0,19 0.16 0.09 - 0.06

S 32,91 32.85 32.08 32.30 31.70

Сумма 98,51 99.83 98.66 98.38 98.25

Кристаллохимические формулы

ШЛ-2 1 (Fe7,70Cu0,76Ni0,51 C00,03Cr0,03)9,03S8

ШЛ-2 2 (Fe7,41Cu0,93Ni0,59C00,04Cr0,02)8,99S8

ШЛ-2 3 (Fe7,03Cu1,34Ni0,66C00,04Cr0,02)9,09S8

ШТ-3 2 (Fe4,83Ni3,09Cu1,03C00,13) 9,08S8

ШТ-3 2 (Fe5,36Ni2,68 Cu0,92C00,11Cr0,01)9,08S8

Примечание. Аналитические работы выполнены в лаборатории Физики минералов и экспериментальной минералогии ИМин УрО РАН на EDS спектрометре INCA-200. Аналитик Е. И. Чурин.

С целью оценки воздействия хранящихся в отвалах гранулированных шлаков на окружающую среду, а также возможностей гидрометаллургических методов переработки данного техногенного сырья, были проведены две серии опытов.

В первой серии оценивали возможность гидрометаллургических методов переработки гранулированных шлаков методом кучного выщелачивания. Шлаки (лежалые и текущего производства) подвергали взаимодействию с 1 % раствором

серной кислоты. Опыты вели в динамическом режиме в колонках при температуре +18 ± 2 оС на протяжении 26 суток. Загрузка шлаков составляла 250 граммов. Кислоту в объеме 50 мл подавали раз в 2 дня. Растворы на выходе из колонок анализировали методом ААС.

Во второй серии опытов моделировали процесс гипергенеза шлаков по аналогии с описанным выше способом исследования гипергенеза руд (Халезов, 2009) с последующей диагностикой новообразованных минеральных фаз. Шлаки (навеска 60 г) подвергали взаимодействию с дистиллированной водой, 2 % раствором серной кислоты и тем же раствором с добавлением ионов Бе3+ в качестве окислителя (расход 80 г/т шлака) в режиме попеременное увлажнение-высыхание при температуре +45 ± 2 оС в течение 30 суток. Режим увлажнения — 4 раза в сутки по 10 мл раствора. По окончании опытов проводили выщелачивание образцов дистиллированной водой при комнатной температуре в течение 4 ч при перемешивании. Соотношение твердой и жидкой фаз составляло 1:5. Растворы выщелачивания анализировали методом ААС, твердую фазу исследовали методами РФА и микроскопического анализа.

В ходе опытов в динамическом режиме наблюдалось некоторое снижение фильтрационных характеристик материала, связанное с растворением силикатной матрицы гранул с образованием кремнегеля. Более интенсивно этот процесс шел в шлаках текущего производства. На дифрактограммах образцов новообразований отчетливо фиксировалось гало в области углов 2© = 20-40 о, которое отвечало аморфному кремнезему. Также фиксировались слабые рефлексы недиагностированной сульфатной фазы, возможно, изоструктурной ярозиту.

В результате выщелачивания шлаков произошли изменения в их гранулометрическом составе. Как для лежалых, так и для текущих шлаков наблюдалось значительное снижение содержания класса крупности -0,5 мм. В более крупных классах также произошло перераспределение соотношений их содержаний. Это могло быть связано как с растворением гранул, так и с образованием геля кремниевой кислоты, переходящего при высыхании в аморфный кремнезем. Величины водородного показателя и окислительно-восстановительного потенциала растворов выщелачивания варьировали незначительно и составляли 3,6 ± 0,2 и 200 ± 20 мВ соответственно.

Никель более интенсивно выщелачивался из шлаков текущего производства (рис. 11). Извлечение меди также было выше в текущих шлаках. Извлечения кобальта были примерно одинаковы в обоих экспериментах. Концентрации цветных металлов в растворах выщелачивания лежалых шлаков на протяжении опыта составили, тт - тах, мг/л: N1 5,4 — 29,0; Си 8,1 — 15,9; Со 5,8 — 6,1; Бе 2,5 — 3,3. Для шлаков текущего производства они были существенно выше: N1 15,2 — 47,9; Си 7,4 — 29,1; Со 7,6 — 11,1; Бе 2,1 — 3,0 мг/л. Таким образом, опыты показали достаточно интенсивное выщелачивание цветных металлов и железа из шлаков как текущего производства, так и лежалых (Макаров и др., 2013).

Дифрактограммы новообразованной корки и шлаков в объеме образца после завершения опытов с раствором серной кислоты, как в присутствии окислителя, так и без него, практически идентичны. На рисунке 12 представлена дифрактограмма новообразований лежалого шлака, рефлексы на которой отвечают старкииту MgS04x4H20, и, вероятно, минералам из этой же группы — розениту Бе804х4Ш0 и эплоуиту (Со,№^04х4Ш0.

Время, сутки Время, сутки

Рис. 11. Кинетика выщелачивания цветных металлов из шлаков комбината «Печенганикель». Шлаки: а—текущего производства; б — лежалые

Рис. 12. Дифрактограмма новообразований лежалого шлака после обработки в режиме увлажнение-высыхание раствором серной кислоты. Черные точки — рефлексы старкиита и изоструктурных сульфатных фаз

ИК спектры диффузионного отражения обработанных в режиме увлажнение — высыхание раствором серной кислоты с окислителем и без него лежалых шлаков и шлаков текущего производства свидетельствуют об образовании сульфатов: это полосы при 1120 и 1090 см-1 ^804), 985 см-1 (у:804), 618 см-1 0^04) (рис. 13а,б). Полосы при 3559, 3474, 3390, 3270 см-1 (уШ0) и 1659, 1628 см-1 (5Ш0) соответствуют валентным и деформационным колебаниям кристаллогидратной воды сульфатов. При обработке дистиллированной водой процессы гипергенеза выражены значительно слабее (рис. 13в).

Рис. 13. ИК спектры диффузионного отражения лежалого шлака в объеме образца (а) и новообразованной корки (б) после обработки в режиме увлажнение-высыхание раствором серной кислоты и дистиллированной водой (в)

Анализ растворов выщелачивания позволил рассчитать переход цветных металлов в растворимые формы. Извлечения металлов (№, Си, Со) в раствор из лежалого шлака составили соотвественно, %:

• в опыте с дистиллированной водой 0,38; 0,01; 0,05;

• с серной кислотой 16,14; 5,16; 21,90;

• с серной кислотой и окислителем 11,00; 3,32; 14,34.

Для шлаков текущего производстваизвлечения этих металлов были следующими, %:

• опыт с дистиллированной водой № 0,11, Си 0,10, Со 0,04;

• с серной кислотой 15,50; 6,01; 22,51;

• с серной кислотой и окислителем 18,79; 4,94; 27,71.

Результаты опытов, моделирующие гипергенез шлаков в ускоренных условиях, показывают резкое, на два и более порядка увеличение скорости перехода цветных металлов в растворимые формы при обработке кислыми растворами.

Разработка методов извлечения цветных металлов из хвостов обогащения и некондиционных медно-никелевых руд

Для действующих горных предприятий переработка сырья ТО является наиболее эффективным способом укрепления минерально-сырьевой базы и повышения эффективности ее эксплуатации, снижения ресурсоемкости продукции и оздоровления окружающей среды (Чантурия, Вигдергауз, 2008а). За рубежом хвосты обогащения вовлекаются в эксплуатацию в связи с истощением запасов качественных руд. Установки по доизвлечению меди из хвостов текущей переработки работают на фабриках в США, Филиппинах, Заире, Австралии (Чайников, Крючкова, 1994). В то же время многочисленными исследованиями показано, что вследствие особенностей форм нахождения полезных минералов, высокой степени дисперсности, изменений физических и физико-химических свойств поверхности минералов, техногенное сырье не может быть эффективно переработано традиционными методами; экономически эффективна переработка лишь небольшого набора техногенного сырья (Чантурия, Корюкин, 1998).

Научные и технологические исследования по вовлечению в переработку сырья ТО связаны с созданием новых нетрадиционных технологий с использованием комбинации обогатительно-гидрометаллургических приемов (Чантурия, 2007). Анализ методов доизвлечения металлов из отвальных хвостов (лежалых и текущих) обогатительных фабрик Российской Федерации и других стран содержится в обзоре Б. П. Руднева (2009а). Для переработки отвальных хвостов обогатительных фабрик в настоящее время наиболее широко применяют репульпацию лежалых хвостов с последующей перефлотацией; классификацию текущих и репульпацию лежалых хвостов, выщелачивание меди, флотацию шламов; классификацию с доизмельчением песковой фракции и последующей флотацией; гравитационные методы обогащения; магнитную сепарацию; выщелачивание золота цианидами с сорбцией на угле (процесс «уголь в пульпе»). Таким образом, для переработки хвостов эффективными могут оказаться флотационные, комбинированные флотационно-гидрометаллургические и гидрометаллургические методы.

Б. П. Рудневым (20096) дано физическое обоснование возможности разделения минеральных частиц по плотности и крупности на стадии складирования при гидротранспорте отвальных хвостов. Показано, что продукт, выделенный из придонной части напорного хвостопровода Алмалыкской медной обогатительной фабрики, содержал в 3 раза больше меди и золота, чем общие хвосты. Подобные методы предконцентрации ценных компонентов из отвальных хвостов могут быть использованы для последующей переработки техногенных продуктов. Перспективные инновационные технологии переработки предложены для лежалых хвостов обогащения медно-цинковых руд (Чантурия и др., 2004а; Макаров, 2006).

В ряде случаев для переработки техногенного сырья перспективны физико-химические геотехнологии. К их числу относится кучное выщелачивание цветных металлов, технология которого состоит в следующем (Халезов, 2013; Watling, 2006). На поверхность или внутрь кучи подается раствор, содержащий серную кислоту, окислитель (кислород, ионы железа (III) и др.) и микроорганизмы (Thiobacillus ferrooxidans, Th. thiooxidans и др.). Раствор равномерно распределяется по поверхности и массе отвала посредством бассейнов, дренажных канав, сети перфорированных труб или разбрызгиванием. Выходящий из-под кучи раствор, обогащенный цветными металлами, собирается по канавам или трубам и направляется на дальнейшую переработку.

Зарубежная гидрометаллургическая практика свидетельствует о перспективности применения кучного выщелачивания золота, меди и урана из бедных руд и отходов горного и обогатительного производств (Халезов, 2013; Watling, 2006). Около 20% годового мирового производства меди приходится на кучное выщелачивание руд и выщелачивание отвалов горнодобывающих производств. В последнее десятилетие начаты опытно-промышленные работы по кучному выщелачиванию бедных медно-никелевых сульфидных руд на объектах: Радио Хилл, Западная Австралия; Талвиваара, Соткамо, Финляндия; Хами, Синьцзян, КНР и ряд других (Watling, 2008; Watling et al., 2009; Halinen et al., 2009; Maley et al., 2009а,Ь; Qin et al., 2009; Zhen et al., 2009; Yang et al., 2011; Bhatti et al., 2012).

При использовании кучного выщелачивания содержание полезных компонентов может быть существенно ниже, чем при традиционных металлургических технологиях. В технологии кучного выщелачивания, применяемой финской компанией «Talvivaara Mining Company Р1с» на никелевом руднике месторождения полиметаллических руд в субарктической зоне на северо-востоке Финляндии, среднее содержание в руде составляет, %: Ni — 0,23; Cu — 0,13; Co — 0,02; Zn — 0,51 (Кашуба, Лесков, 2014). В случаях переработки техногенного сырья кондиционное содержание может быть еще ниже за счет того, что затраты на добычу в основном уже понесены, а затраты на транспортировку производятся в рамках статьи на рекультивацию (Лодейщиков, 2009).

В Российской Федерации промышленное внедрение извлечения цветных металлов из природных и техногенных сульфидных месторождений пока не получило широкого распространения. Определенным препятствием является суровость климатических условий большинства рудных районов страны. Зарубежные предприятия расположены преимущественно в странах с теплым климатом, что позволяет круглый год использовать на них гидрометаллургические процессы, включая бактериальные технологии (Халезов, 2013). Следует учитывать, что окисление сульфидов - экзотермический процесс,

поэтому даже при их невысоком содержании в руде (включая сульфиды железа) может наблюдаться локальный разогрев вещества отвала, благоприятствующий интенсификации бактериального выщелачивания. Для повышения интенсивности вскрытия сульфидных минералов разрабатываются новые, экологически безопасные и энергосберегающие методы на основе физических, физико-химических и механохимических воздействий (Чантурия и др., 2011; Чантурия, Козлов, 2014; СЬаиШйуа е1 а1., 2007). Отметим также, что в последние годы российскими учеными разработаны геохимические основы геотехнологии цветных металлов при отрицательных температурах и в условиях многолетней мерзлоты (Птицын, 1992; Птицын и др., 2002; Юргенсон, 2009). Результаты этих работ могут быть адаптированы применительно к объектам Мурманской области, и коллектив лаборатории занимается исследованиями в этом направлении.

Интенсификация кучного выщелачивания цветных металлов из некондиционных медно-никелевыхруд, отвалов вскрышных пород и хвостов обогащения

Хвосты обогащения медно-никелевых руд АО «Кольская ГМК». Хвостохранилище обогатительной фабрики № 1 медно-никелевого комбината «Печенганикель» Кольской ГМК в населенном пункте Заполярный Мурманской области эксплуатируется с 1965 года (рис. 14). Объем хвостов обогащения медно-никелевых руд составляет более 250 млн. тонн. Гранулометрический и минеральный состав хвостов может варьировать в зависимости от особенностей руды и технологического процесса. Для хвостов характерно преобладание фракции с размером зерен -0,1 мм, во многих случаях до 50% зерен имеет крупность -0,044 мм. Около 60 % объема хвостов составляют серпентины (Макаров и др., 2004, 2005а); в заметных количествах присутствуют пироксены, амфиболы, тальк, хлориты, кварц, полевые шпаты. Основными рудными минералами являются магнетит, пирротин, пентландит, халькопирит. Общее содержание сульфидных минералов оценивается в 1-3 %.

Рис. 14. Хвостохранилище обогатительной фабрики № 1 медно-никелевого комбината «Печенганикель»: а — зона пляжа; б — намыв хвостов

При переработке тонкодисперсных техногенных продуктов или природного сырья с высоким содержанием слоистых гидросиликатов (глинистых минералов) возникают проблемы кольматации, приводящие к ухудшению проницаемости штабеля выщелачивающими растворами и к остановке процесса. Данные явления мы

наблюдали при хранении хвостов обогащения медно-никелевых руд (Макаров и др., 2004). Появление в лежалых хвостах хлоритов, а также смешанно-слойных образований с чередованием хлоритовых и смектитовых слоев приводит к образованию глиноподобных искусственных грунтов и снижению коэффициента фильтрации более чем в 100 раз (Макаров и др., 2005а).

Одним из путей решения этой проблемы является грануляция хвостов с использованием вяжущих материалов. Наиболее часто в качестве вяжущих компонентов применяют известь и портландцемент. В опытно-промышленных испытаниях сернокислотного кучного выщелачивания хвостов обогащения медно-цинковых руд Бурибаевской обогатительной фабрики для приготовления окатышей использовали негашеную известь в количестве 5 % (Рыльникова и др., 2008). Нами в лабораторных условиях проведено перколяционное сернокислотное выщелачивание хвостов обогащения медно-никелевых руд (Ма81оЬоеу е! а1., 2012). При приготовлении гранул в качестве вяжущего использовали портландцемент в количестве 3-5 %. Однако, вследствие развития сульфоалюминатной коррозии цементного камня, гранулы при выщелачивании теряли прочность и частично разрушались. Это ограничивает возможности длительного (100 и более суток) промышленного применения процесса выщелачивания. Однако с учетом избытка серной кислоты, производимой предприятиями АО «Кольская ГМК», перспективным представляется процесс гранульной сульфатизации, в котором серная кислота используется в качестве связующего.

Проведены эксперименты с получением окатышей при соотношении твердой и жидкой фаз Т:Ж = 5-3:1. В качестве связующего применяли раствор ^04 концентрацией 10-30%. Испытания проводили с гранулами диаметром 0,8-1 см и максимальной прочностью при сжатии 2,8-3 МПа. В дальнейшем в качестве связующего использовали 10 %-ю кислоту с соотношением фаз Т:Ж = 3:1 Перколяционное выщелачивание вели 1-3%-й серной кислотой в колонках диаметром 45 мм в течение 110 суток. Загрузка окатышей составляла 150 г. Окатыши предварительно насыщались водой. Пауза между орошениями составляла 2-3 суток, объем подаваемой кислоты — 25 мл. Хвосты содержали, %: N1 — 0,17; Си — 0,07; Со — 0,01. Растворы на выходе из колонок анализировали методом ААС, твердую фазу - методом РФА.

На рисунке 15 представлены дифрактограммы хвостов обогащения медно-никелевых руд и окатышей из верхнего и нижнего слоев колонки, отобранных по окончании выщелачивания 1 %-й серной кислотой. Как видно, в составе хвостов преобладали серпентины (рис. 15а). Количественная оценка содержания минеральных фаз, проведенная по соотношению интенсивностей главных рефлексов, свидетельствовала о наличии магнетита (17 %), кварца (16 %), полевых шпатов (10 %) и, в незначительных количествах, пироксенов и амфиболов (~3 %). Диагностированы сульфиды цветных металлов — пентландит и халькопирит (стрелка на рис. 15а). Дифрактограммы окатышей после выщелачивания отличались исчезновением рефлексов сульфидов и увеличениием содержания хлоритов, особенно в нижних слоях колонки (рис. 15б,в). Появлялись недиагностированные фазы.

Рис. 15. Фрагменты дифрактограмм хвостов обогащения медно-никелевых руд (а) и окатышей после выщелачивания из верхнего (б)

и нижнего (в) слоя колонки. Основные рефлексы минералов: 1 — хлорит; 2 — серпентин; 3 — магнетит; 4 — кварц; 5 — тальк; 6 — гипс; 7 — сульфиды (пентландит, халькопирит), 8 — полевой шпат

На поверхности окатышей из верхнего слоя колонки образовался налет, представляющий смесь сульфатных фаз: белого полупрозрачного гексагидрита MgSO4■6H2O, бесцветного эпсомита MgSO47H2O, в котором магний частично может быть изоморфно замещен железом, никелем и кобальтом, а также гипса CaSO4■2H2O, образующего округлые агрегаты игольчатых кристаллов. Образование этих фаз свидетельствовало о взаимодействии с сернокислым раствором не только сульфидных минералов, но и силикатов, прежде всего, серпентина. В то же время, химически инертные кварц, полевой шпат и магнетит за время экспериментов практически не растворялись, и их относительное содержание в окатышах в нижнем слое не изменилось.

Процесс выщелачивания металлов в эксперименте протекал достаточно интенсивно (рис. 16). Концентрации никеля в растворе были стабильны и находились в диапазоне 0,1-0,35 г/л. Эти показатели приемлемы для промышленной реализации метода при условии оборота растворов. С учетом растворения части силикатных минералов, концентрации железа достигали 0,9 г/л. Таким образом, необходима проработка технических решений селективного удаления железа из продуктивных растворов. Следует отметить высокие концентрации меди. Показатели для кобальта также были достаточно стабильны.

Рис. 16. Концентрации металлов в растворах выщелачивания хвостов обогащения медно-никелевых руд (а) и кинетика этого процесса (б)

График кинетики выщелачивания металлов из хвостов обогащения медно-никелевых руд отражает наиболее интенсивное выщелачивается никеля (рис. 16б). За 110 суток в раствор перешло около 60 % содержащегося в гранулах металла. Более низкие показатели для меди (~44 %) объясняются присутствием этого металла в составе халькопирита (Халезов, 2013), а пониженные показатели для кобальта (~41 %) связаны, вероятно, с нахождением части металла в виде изоморфной примеси в магнетите.

На следующем этапе исследовали влияние концентрации серной кислоты (1, 2 и 3 % растворы) на кинетику извлечения цветных металлов в режиме перколяционного выщелачивания. Исследования проводили в течение 45 суток. Наилучшее извлечение металлов было достигнуто с использованием 3 % серной кислоты. В качестве примера показана кинетика извлечения никеля (рис. 17).

Рис. 17. Влияние концентрации выщелачивающего реагента (С) и времени выщелачивания (т) на извлечение никеля (в) из хвостов обогащения

Средние интенсивности выщелачивания металлов в сутки составили, %: N1 — 0,55; Си — 0,40; Со — 0,37. Таким образом, полученные результаты показывают возможность промышленной реализации метода кучного выщелачивания при условии оборота растворов и интенсификации выщелачивания с использованием бактерий и окислителей (Светлов и др., 2015а,б; 8уеАоу е! а1., 2015).

Бедные руды медно-никелевых месторождений Мончеплутона. Следующим объектом исследований были бедные руды медно-никелевых месторождений Мончеплутона в Мончегорском районе Мурманской области, а также отходы обогащения медно-никелевых руд АО «Кольская ГМК». Мончеплутон стал классическим примером расслоенных интрузий базит-ультрабазитового состава с разнообразными типами оруденения (Припачкин и др., 2013). Выполнены минералого-технологические исследования забалансовых медно-никелевых руд Мончеплутона на примере месторождений «Морошковое озеро», «Нюд-П», «Нюд Терасса», «Ниттис-Кумужья-Травяная» (НКТ) на предмет их возможной переработки гидрометаллургическими методами. Минеральный состав исследованных руд преимущественно пирротиновый с примесями пентландита, халькопирита, магнетита и др. (Светлов, Макаров, 2016).

По данным минералогического анализа руды месторождения «Нюд-П», пирротин образует сульфидную матрицу руды и содержит вростки пентландита (рис. 18а,б). Магнетит образует гипидиоморфные зерна в пирротине. Халькопирит широко представлен в качестве включений в пирротине, сульфиды — мелкой и пылевидной вкрапленностью в силикатах (рис. 18в). Силикаты представлены ортопироксеном и плагиоклазом. Вещество в ортопироксенах частично замещено амфиболом или хлоритом.

Рис. 18. Сульфиды руды месторождения «Нюд-П»: Ро — пирротин; Рп — пентландит; а — сростки пентландита и пирротина; б — пламеневидный вросток пентландита в пирротине; в — пылевидная вкрапленность сульфидов в оливине

Минералогические исследования образца руды месторождения «Морошковое озеро», использованной для выщелачивания, показали, что магнетит образует гипидиоморфные зерна серого цвета с коричневым оттенком и слагает большую часть породы. Халькопирит — минерал ярко-жёлтой окраски, образует зерна неправильной формы в интерстициях магнетита (рис. 19а). В крупных зернах халькопирита часто наблюдаются включения пирротина (рис. 19б). Халькопирит образует срастания с пентландитом (рис. 19в).

Рис. 19. Типы сростков минералов в руде месторождения «Морошковое озеро». Сер — халькопирит; Mgt — магнетит; а — включения халькопирита в магнетите; б — вростки пирротина в халькопирите; в — сложный сросток магнетита, халькопирита и пентландита

Исследовано взаимодействие руд фракции -3+2 мм с выщелачивающим реагентом (2 % серная кислота) в динамическом режиме в колонках диаметром 40 мм при температуре +18 ± 2 оС в течение 60 суток. Загрузка руды составляла 150 г, перед выщелачиванием проводили ее предварительное влагонасыщение. Опыты вели без оборота растворов. Кислоту в количестве 10 мл подавали раз в 3-4 суток. Растворы на выходе из колонок анализировали методом ААС, твердую фазу — методами РФА.

Руда месторождения «Морошковое озеро» содержала, %: № — 0,72; Си — 3,09; Со — 0,039. Кинетика выщелачивания этих металлов из образцов руды показана на рисунке 20. Никель и кобальт выщелачивались с одинаковой интенсивностью, медь — медленнее. Очевидно, это связано с электрохимией сульфидных минералов (Чантурия, Вигдергауз, 2008б). Халькопирит, находящийся в сростках с пирротином и пентландитом, выступал в роли катодных

участков, на которых происходило восстановление окислителей. Ожидать приемлемого извлечения меди можно после окисления сульфидов железа и никеля (Светлов, Макаров, 2016).

0 15 30 45 60 0 20 40 60 80 100 120

Время выщелачивания, сутки

Рис. 20. Кинетика выщелачивания цветных металлов из руды месторождений «Морошковое озеро» (а) и «Нюд-П» (б)

Для руды месторождения медно-никелевых руд «Нюд-П», по данным РФА, по окончании 130 суточных опытов в динамическом режиме рудное вещество из колонок качественно не отличалось от исходного вещества (рис. 21). Отмечено снижение интенсивности рефлексов пирротина в результате его выщелачивания относительно рефлексов силикатов, особенно в верхнем слое колонки (рис. 21в).

2 3 5

~60 50 40 3о 2о"

2©

Рис. 21. Дифрактограммы руды месторождения медно-никелевых руд «Нюд-П». Руды: а — исходная; б — после выщелачивания 2 %-м раствором H2SO4, нижний слой колонки;

в — верхний слой колонки. Цифрами обозначены основные рефлексы минералов: 1 — полевой шпат; 2 — пирротин; 3 — ортопироксен; 4 — кварц; 5 — амфибол

2

10

Был проанализирован тонкий слой зеленого налета, образовавшийся на поверхности колонок. Установлено, что основная фаза налета — это новообразованный сульфат, принадлежащий к структурной группе галотрихита FeAh(SO4)4.22H2O (пиккерингит MgAh(SO4)4.22H2O, вупаткиит

(Co,Mg,Ni)Ah(SO4)422H2О) (рис. 22). Образование сульфатов подтверждено результаты ИК спектроскопии (рис. 23).

Рис. 22. Дифрактограмма новообразованной фазы — сульфатного минерала группы галотрихита на поверхности руды месторождения «Нюд-П» после сернокислотного выщелачивания

4000

2549

542 604

993 1115 1078

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

Рис. 23. ИК спектры новообразований на поверхности руды месторождения «Нюд-П» после

циклов выщелачивания в колонках (а) и увлажнения-высыхания на водяной бане (б)

-1

Кинетика выщелачивания металлов из образцов руды месторождения «Нюд-П» показана на рисунке 20б. В отличие от месторождения «Морошковое озеро» здесь наиболее интенсивно выщелачивался кобальт. Вероятно, это связано с присутствием кобальта в руде только в составе сульфидов, причем часть его содержится в пирротине. Наиболее низкие показатели выщелачивания также были характерны для меди. За 130 суток выщелачивания раствором без окислителя извлечения металлов составили, %: Со - 13,2, N1 - 12,4, Си - 7,2.

С целью интенсификации процесса сернокислотного выщелачивания цветных металлов из некондиционных медно-никелевых руд были проведены эксперименты по их измельчению с последующей сернокислотной агломерацией. Использовали образцы бедных медно-никелевых руд трех месторождений: «Морошковое озеро», «Нюд Терраса» и НКТ. Содержания металлов в руде этих месторождений приведены в таблице 5.

Таблица 5

Содержания никеля и меди в забалансовых рудах месторождений Мончеплутона

Месторождение N1, % Си, %

НКТ «Морошковое озеро» «Нюд Терраса» 0,567 0,547 0,465 0,363 0,036 0,044

Руды измельчали до классов крупности: -1, -0,5, -0,25, -0,1, -0,05 мм. Агломерацию вели с раствором H2SO4 концентрацией 10 % при соотношении фаз Т:Ж = 3:1. Полученные окатыши загружали в колонки диаметром 40 мм, масса загрузки составляла 150 г. В течение суток осуществляли выщелачивание дистиллированной водой, которую подавали в количестве 300 мл в два этапа по 150 мл. Через 3 суток начинали выщелачивание 2 %-м раствором кислоты, которую подавали в количестве 25 мл раз в трое суток. Общая продолжительность опытов составляла 32 дня. Растворы на выходе из колонок анализировали на содержание № и Си методами вольтамперометрии («Экотест ВА») и спектрофотометрии («СФ-2000»). Твердую фазу исследовали методами РФА. Окатыши, полученные из руды, крупностью -1, -0,5 и -0,25 мм при водном выщелачивании значительно теряли прочность и частично разрушались; окатыши из фракций -0,1 и -0,05 мм показали устойчивость в процессе водного и последующего кислотного выщелачивания.

Концентрации № и Си в продуктивных растворах выщелачивания руды оказались достаточно высокими, за исключением второго этапа водного выщелачивания (рис. 24). Концентрация № после достижения максимума несколько снижалась, находясь, в то же время, в области приемлемых для промышленной практики значений.

т-г

8 16

Время, сутки

Рис. 24. Концентрации металлов в продуктивных растворах

выщелачивания руды месторождения «Ниттис-Кумужья-Травяная» (НКТ)

о

о

32

Наиболее интенсивно № выщелачивался из руды месторождения «Морошковое озеро»: за 32 дня извлечение составило более 60 %, при этом 20 % металла перешло в раствор на стадии водного выщелачивания в течение 1 суток (рис. 25а). Существенно хуже шло выщелачивание № из руды месторождения «Нюд Терраса»: около 10 % за тот же период. Это могло быть связано с тем, что в данной руде преобладала пылевидная вкрапленность сульфидов, и после растворения более крупных минералов на стадии водного выщелачивания последующий прирост извлечения № до окончания эксперимента составил менее 2 %.

Наилучшие показатели извлечения Си были достигнуты в экспериментах с рудой месторождения НКТ — около 8 %, самые низкие, как и для №, — с рудой месторождения «Нюд Терраса»: 1,95 % (рис. 25б).

Интенсивности выщелачивания Си и № составили в сутки, %: 1,87 и 0,13 из руды месторождения «Морошковое озеро»; 0,97 и 0,24 из руды месторождения НКТ; 0,32 и 0,06 из руды месторождения «Нюд Терраса».

Рис. 25. Извлечение никеля (а) и меди (б) в раствор при выщелачивании руд месторождений Мончеплутона. Месторождения: 1 — «Морошковое озеро»; 2 — «Ниттис-Кумужья-Травяная» (НКТ);

3 — «Нюд Терраса»

Таким образом, сернокислотная агломерация измельченных руд приводит к существенному улучшению показателей выщелачивания из них цветных металлов. Так, при выщелачивании руды крупностью -3+2 мм месторождения «Морошковое озеро» интенсивности извлечения в раствор составили 0,4 8% в сутки для N1 и 0,08 % для Си, что оказалось ниже этих показателей для руды в окатышах в 3,9 и 1,6 раз соответственно. Однако необходима оптимизация процесса агломерации, чтобы повысить крупность руды, используемой для получения окатышей. При увеличении концентрации серной кислоты, применяемой в процессе окомкования, возможно последующее водное выщелачивание с оборотом растворов.

Искусственные геохимические барьеры и сорбенты для очистки сточных вод и доизвлечения цветных металлов

Классификация геохимических барьеров Геохимические барьеры (ГБ) - это участки земной коры, в которых на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрации (Перельман, 1989). На ГБ образуются рудные тела большинства месторождений. Понятие о ГБ является методологической основой изучения геохимических аномалий и, следовательно, оно важно для разработки методики геохимических поисков. Изучение барьеров важно при ликвидации загрязнений окружающей среды, организации подземного выщелачивания руд, закреплении грунтов в строительстве, решении других практических задач (Максимович, 2010).

Перспективно применение ГБ для защиты и очистки от загрязнения природных водоемов и стоков. Сущность методов заключается в переводе загрязняющих компонентов в малоподвижные формы, ГБ при этом выполняют функцию своеобразных «фильтров». Использовать можно как существующие природные, так и искусственно созданные ГБ.

Рис. 26. Классификация геохимических барьеров (по: СЬаиШйуа й а1., 2014)

и) и)

С учетом результатов многолетних исследований и литературных данных нами разработана классификация ГБ по их происхождению, способам получения, применения и направлениям использования (рис. 26). В качестве материалов для ГБ рассмотрены природные минералы и породы, искусственные смеси химически активных минералов и пород, продукты химико-металлургической переработки руд и концентратов (СЬапШйуа й а1., 2014).

Из природных минералов наиболее широкое применение для ГБ нашли карбонаты: кальцит, доломит, магнезит (Жижаев и др., 2001; Изотов и др., 2006; Орехова, 2010). Показана эффективная очистка воды с помощью карбонатсодержащих трепелов. Карбонатные трепела с 20-30 % содержанием кальцита являются высокоэффективными сорбентами ионов тяжелых и цветных металлов, радионуклидов цезия и стронция (Мильвит и др., 2007).

При взаимодействии медьсодержащих растворов с природными карбонатами кальция происходит осаждение металла из сульфатных растворов в форме основных сульфатов (Рубановская, Величко, 2006). Использование данного механизма для осаждения меди, помимо низкой стоимости осадителя, имеет преимущества технологического плана. Создание искусственного геохимического карбонатного барьера по периметру источника загрязнения или на перехвате основных направлений дренажа растворов в рельефе или к грунтовым водам позволит отказаться от строительства установки по извлечению меди из растворов и существенно снизить капитальные затраты. В зависимости от условий залегания ГБ и газового режима возможно формирование залежи с вторичными медными минералами сульфатного или карбонатного состава.

В своих исследованиях мы моделировали добавление кальцита и доломита в водную фазу хвостохранилищ и в природные водоемы (СЬапШйуа е! а1., 2014). Опыты проводили в статических условиях. Готовили кислый (рН = 3.6) сульфатный раствор со следующими концентрациями металлов, г/л: Си2+ — 1, №2+ — 2,8, Бе2+ — 3,4. Соотношение добавляемых в раствор минералов варьировали от 4 до 40 г/л. Раствор перемешивали в течение 4 часов, твердую фазу отфильтровывали и анализировали методом РФА, раствор анализировали химически. Через 90 сут раствор отфильтровывали от осадка гидроксидов железа — гетита и лепидокрокита и анализировали повторно. Установлено, что при использовании всех минералов величина рН раствора в течение 30 мин возрастала, не переходя в щелочную область, затем плавно снижалась. Наибольший рост рН обеспечивал кальцит. При использовании в качестве барьера фракции кальцита крупностью -0,1 мм с увеличением его расхода полнота осаждения всех металлов возрастала. При соотношении минерала и раствора 20 г/л осаждалось около 100 % Си, 80 % N1 и 90 % Бе. Новообразованной минеральной фазой было соединение, изоструктурное гидромагнезиту. Худшие результаты были получены при использовании фракции доломита -0,1 мм: медь осаждалась на 30 %, никель на 15 %, железо на стадии перемешивания — на 50 %. Основной новообразованной фазой был гипс. Таким образом, карбонаты значительно лучше осаждали медь по сравнению никелем и железом, что согласуется с литературными данными.

Широкое распространение в качестве материалов для ГБ получили слоистые гидросиликаты. Предложен сорбционный способ переработки растворов с использованием глинистых материалов — ирлитов (Рубановская, Величко, 2006). В отличие от разновидностей глинистых минералов, состоящих в

основном из минералов одной группы и широко используемых в качестве сорбентов для извлечения ионов металлов из водных растворов, ирлиты имеют более сложный минералогический состав, что в большинстве случаев улучшает их сорбционные свойства. Основными минералами в составе ирлитов являются: гидрослюда, каолинит, монтмориллонит, глауконит, гидрокарбонаты, органические вещества и др. Показана эффективная сорбция ирлитами из бедных технологических растворов и сточных вод меди, цинка, свинца, кобальта, молибдена, вольфрама.

Механизмы осаждения ионов N1 и Си из сульфатных растворов серпентинами изучали В. Н. Макаров и И. П. Кременецкая (Макаров и др., 2002, 2005б). Было показано, что для термоактивированных минералов имеет место образование никельсодержащего серпентина в результате ионного обмена с магнием и гидроксида никеля. При использовании неактивированных минералов наблюдается сорбция N1 на активных центрах (поверхностные и структурные ОН--группы).

К распространенным материалам для сорбционных ГБ, стоимость которых в десятки раз меньше искусственных, относятся цеолиты, кремни (аморфная разновидность кремнезема), диатомит, трепел, опока, активные глины, торф, асбест, вспученные вермикулит и перлит (Изотов и др., 2006). Несмотря на недостатки этих материалов — дефекты структуры, непостоянство химического состава, меньшую, чем у искусственных сорбентов, сорбционную емкость — их применение экономически более целесообразно вследствие низкой стоимости.

Высокие сорбционные свойства по отношению к ионам тяжелых металлов проявляются у минералов класса гидроксидов. Обосновано использование брусита Mg(OH)2 для очистки сточных вод от тяжелых металлов и стронция (Бочкарев и др., 2007). Сорбционная емкость брусита при сопоставимых условиях применения в десятки-сотни раз превосходит таковую для природных сорбентов: цеолитов, бентонитовых глин, шунгита, торфа и т. п. В динамическом режиме брусит обеспечивает очистку водных растворов со сложным поликомпонентным составом до уровней ПДК.

Наряду с химически активными породами и минералами возможно использование их искусственных смесей. Нами предложена смесь серпентина (Печенгского рудного поля) и карбонатита (вскрышная порода Ковдорского месторождения комплексных руд, состоящая, главным образом, из кальцита и доломита) (Маслобоев и др., 2011; СЬапШйуа е! а1., 2011). При фильтрации сульфатных растворов N1 и Си через слой смеси минералов в динамических условиях получены богатые (более 10 %) концентраты этих металлов. При моделировании возможности добавления барьера в природные водоемы, использовали воду оз. Нюдъявр, находящегося в зоне влияния комбината «Североникель». Вода содержала, мкг/л: N1 — 389; Си — 53,7; Бе — 264; величина рН = 6,8. При соотношениях смеси минералов и раствора 10-20 г/л остаточные концентрации металлов в растворе не превысили ПДК для рыбохозяйственных водоемов.

В ряде публикаций представлены примеры успешного использования продуктов и отходов химико-металлургической переработки руд и концентратов. Аморфный кремнезем может рассматриваться как крупнотоннажный побочный продукт кислотной переработки многих руд и концентратов, например, нефелинового (Маслобоев и др., 2011; СЬапШпуа е! а1., 2011). Его применение в составе ГБ обеспечивает образование осадка преимущественно основных

гидросиликатов цветных металлов, например, № и Со. В экспериментах использовали смесь активного кремнезема и карбонатита в соотношении 1:1. Карбонатит в составе барьера играет роль регулятора среды, нейтрализуя образующуюся при синтезе гидросиликатов серную кислоту и обеспечивая устойчивую щелочную реакцию растворов. В результате использования данного барьера можно получать концентраты, содержащие более 25 % № и Сш. Данный барьер эффективен и в технологиях очистки природных и сточных вод (Макаров и др., 2005в).

Следующий пример разработанного нашей лабораторией ГБ — смесь брусита и кальцита, полученных при солянокислотной переработке хвостов обогащения вермикулитовых руд (Мазухина и др., 2011). В качестве модельного использовали сульфатный раствор, содержащий, г/л: Сш — 0,25; № и Бе — по 0,5. Опыты в статических условиях показали, что при соотношении барьер:раствор 1 г/л концентрация Сш в растворе снижается почти в два раза, при соотношении 5 г/л Сш осаждается на 95,9 %; Бе — на 90-99 % при соотношении 7 г/л. Остаточная концентрация № даже при максимальном исследованном соотношении барьер:раствор, равном 10 г/л, снизилась лишь на 60-65 %.

К существенному увеличению величины извлечения металлов приводит термоактивация сорбента при 500 оС. При соотношении сорбент:раствор, равном 3 г/л, Сш осаждалась практически полностью (96,4 %), концентрация Бе снижалась более чем в два раза. При соотношении барьер:раствор, равном 7 г/л, в первые 5 минут извлечение металлов составило, %: Сш — 99,1; Бе — 70; № — 35. В течение часа ионы Сш и Бе были извлечены из раствора на 99,9 %, а концентрацию № удалось снизить на 80 %. При соотношении 10 г/л раствор был полностью очищен от ионов исследуемых металлов. Полученные результаты могут быть использованы при разработке способов селективной и полной очистки сточных вод от ионов №, Сш и Бе (Мазухина и др., 2011).

Перспективным материалом для создания ГБ являются термоактивированные хвосты обогащения медно-никелевых руд Печенгского рудного поля, позволяющие концентрировать цветные металлы до содержаний, превышающих исходные содержания в хвостах № в 12, Сш - в 28 раз (Макаров и др., 2009).

Разработка методов модификации свойств искусственных геохимических барьеров и сорбентов

Одним из эффективных способов сокращения объема загрязненных сточных вод является их сорбционная очистка. В качестве сорбентов могут применяться как искусственные, так и природные материалы. Использование отходов производства, которые в ряде случаев являются природными сорбентами (химически активные минералы, попутные продукты и отходы глубокой химико-металлургической переработки руд и концентратов), позволяет снизить стоимость и расходы, связанные с природоохранными мероприятиями. Природные сорбенты имеют ряд недостатков, в частности, меньшую сорбционную емкость по сравнению с искусственными материалами, которую возможно повысить с помощью модификации поверхности.

Разработка селективных сорбентов для поглощения молибдена из водных сред. Очистка природных и сточных вод от молибдена в зоне разработки месторождения апатит-нефелиновых руд Хибинского горного массива сохраняет

свою актуальность, поскольку в природных водах этот элемент присутствует в количествах, значительно превышающих ПДК для рыбохозяйственных водоемов (0,001 мг/дм3) (Сулименко и др., 2015). Концентрации Мо в водотоках и на выпусках сточных вод горнопромышленного комплекса АО «Апатит» достигают значений 30-60 ПДК. Наиболее высокие концентрации (до 300 ПДК) связаны с поступлением подземных вод с разрабатываемых горизонтов в принимающие их поверхностные водотоки — ручьи Кристальный и Буровой в районе рудника Восточный. Источником сверхлимитного поступления Мо в природные воды являются процессы выщелачивания молибденсодержащих минералов (в первую очередь молибденита с содержанием Мо 0,4-0,5 г/т породы) в местах разработки месторождения. Практически все рудные выходы, содержащие молибденит, являются сопутствующими апатито-нефелиновым рудам и отмечены по всему Хибинскому массиву (Яковенчук и др., 1999).

Гидрогеохимия Мо хорошо изучена: за счет гидролитических взаимодействий молибдат-ионы в кислой и слабокислой средах существуют в виде различных высокозарядных анионов (Шапиро и др., 1970; Чечель, 2009). При 2 < рН < 7 образуются однотипные достаточно устойчивые молибдатные комплексы с валентностью Мо, равной 6. В нейтральной среде (рН = 6-7) сосуществуют два комплекса М0О42- (89,2-99,6 %) и НМо04- (до 10,8 %). При рН > 7 Мо представлен высокоподвижным анионом МоО42-. Следовательно, в поверхностных и грунтовых водах, для которых характерна щелочная среда, создаются максимально благоприятные условия для активной миграции молибдена в составе аниона Мо042-.

Большинство существующих способов извлечения Мо из промышленных сточных вод горно-обогатительных и металлургических комбинатов разработаны для достаточно высоких исходных концентраций этого элемента (10-100 мг/л) и, как правило, эффективны в кислой среде. Способов глубокой очистки (до 0,001 мг/дм3) промышленных стоков от Мо в слабощелочной и щелочной среде с низкими концентрациями фактически не существует. Сорбционные процессы в щелочной среде описываются следующими механизмами: 1) ионный обмен на гидроксильных группах оксогидроксида Са и А1, на карбоксильных группах — СООН; 2) комплексообразование за счет взаимодействия с группами ОН-, а также с участием всех атомов кислорода элементарного звена фенилпропанзамещенных групп (метоксильных, фенильных и др.) (Зосин и др., 2007; Фогель и др., 2011; Мартемьянова и др., 2015).

Для разработки технологий селективной очистки Мо-содержащих вод из слабощелочной среды необходимы сорбенты, удовлетворяющие определенным условиям. Носитель сорбционно-активных центров должен иметь развитую удельную поверхность и способность к иммобилизации фунциональных групп, и происходить, желательно, из минерального сырья Кольского полуострова. Этим требованиям удовлетворяют алюмосиликаты и глины, а также природные карбонатиты Ковдорского месторождения и материалы на их основе.

Для иммобилизации активных центров на поверхности носителя мы использовали следующие способы: термоактивацию носителя; кислотную активацию поверхности носителя; карбонизацию носителя с применением целлюлозсодержащих материалов; модифицирование поверхности носителя оксогидроксидом алюминия и кальция. В качестве источников функциональных групп использовались целлюлозосодержаще материалы — лигносульфонаты (ЛС).

Процесс термоактивации природного карбонатита способствует формированию пористой структуры. Модифицирование термоактивированного карбонатита с применением лигносульфонатов приводит к образованию дополнительных активных центров за счет иммобилизации на поверхности носителя карбоксильных, гидроксильных и метоксильных функциональных групп, образующихся в процессе пиролиза ЛС (Зосин и др., 2007). В результате исследований установлены основные сорбционные характеристики полученных сорбентов в статических и динамических условиях (Кошкина и др., 2016). Изотермы сорбции молибдена на модифицированном термокальците — сорбенте с лучшими показателями по сорбции представлены на рисунке 27.

1.6г -л 60

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75

СМо„„в. МГ/Л

Рис. 27. Изотерма сорбции (1) и степень извлечения (2) молибдена из модельных растворов на модифицированном термокальците. Исходные концентрации молибдена, мг/л: а — от 0,06 до 61,6; б — от 0,06 до 2,5

Исследования сорбции Мо при низкой исходной концентрации (0,0012 мг/л) в динамических условиях проводили в колонке с неподвижным фильтрующим слоем и совместной загрузкой из термоактивированного и модифицированного карбонатита. Параметры колонки и условия сорбции были приближены к реальным. Раствор подавался в безнапорном режиме, самотеком. Слой термоактивированного карбонатита без модифицирования был использован для удешевления процесса, так как предварительные исследования показали достаточную эффективность извлечения Мо этим сорбентом. По результатам исследований время отработки сорбента до проскоковой концентрации, равной ПДК молибдена (0,001 мг/л), составило в выбранных условиях 21 сутки (рис. 28).

Полученные результаты показали принципиальную возможность глубокой очистки водных растворов от Мо при использовании разработанных сорбентов на основе карбонатитов. Тем не менее, для применения в промышленных условиях требуется более высокая сорбционная емкость и увеличение времени отработки сорбента в динамических условиях.

Рис. 28. Выходная кривая сорбции молибдена при постоянной линейной скорости водотока:

Улин.= 0,25 м/ч; Смо исх. = 0,0012 мг/л

Разработанный нефелиновый сорбент относится к классу анионактивных тонкослойных сорбционных материалов (Зосин и др., 1991). При синтезе сорбента на основе нефелинового концентрата по технологии твердотельных минеральных дисперсий (ТМД) в процессе взаимодействия нефелина с соляной кислотой и в условиях дефицита жидкой фазы, в результате инконгруэнтного растворения на поверхности непрореагировавшего зерна образуются новообразования с малорастворимыми оксогидроксидами А1. В связи с тем, что в нефелине в кремнекислородных тетраэдрах присутствует упорядоченный изоморфизм замещения на А1, формирующаяся в продуктах реакции сорбционно-активная фаза оксогидрооксидов А1 распределяется равномерно, что оказывает положительное влияние на сорбционные характеристики нефелинового сорбента.

Технология синтеза нефелинового сорбента включает следующие операции: предварительный помол нефелина до фиксируемой удельной поверхности; кислотную обработку при степени вскрытия 15 % с последующей сушкой; механическую активацию и фракционирование. Сорбционные свойства синтезированного материала исследованы в статических условиях при постоянной температуре +20 °С на модельных растворах с концентрацией ионов металла от 1,05 до 40 мг/л. Изотерма сорбции и изменение степени извлечения Мо из модельных растворов в указанном интервале концентраций приведены на рисунке 29.

Рис. 29. Изотерма сорбции (1) и степень извлечения молибдена (2) нефелиновым сорбентом

Изотерма сорбции, согласно теории полимолекулярной адсорбции Брунауэра, Эммета и Теллера (БЭТ), относится к I типу (Лэнгмюровская мономолекулярная сорбция), крутизна изотермы указывает на наличие в сорбентах микропор. Изотермы такого типа присущи, в основном, образцам

с относительно небольшой внешней поверхностью. Предельное количество сорбата зависит больше от доступного объема микропор, чем от площади внутренней поверхности.

Величина сорбционной емкости изменяется от 0,73 до 2,8 мг/г при возрастании исходных концентрациях Мо в растворе, соответственно, от 1,05 до 40,0 мг/л. Степень извлечения Мо при низких исходных концентрациях (< 3 мг/г) составляет 99 % и не превышает уровня ПДК (< 0,001 мг/г). В сравнении с разработанным ранее сорбентом на основе доломитизированного карбонатита Ковдорского месторождения нефелиновый сорбент имеет значительно лучшие сорбционные характеристики.

Таким образом, сорбент на основе нефелина является более эффективным сорбентом для очистки загрязненных стоков от молибдена и позволяет проводить глубокую очистку до значений ПДК, установленных для водных объектов рыбохозяйственного назначения. Также стоит отметить простоту технологии и доступность используемого сырья. В дальнейшем исследования сорбционных свойств нефелинового сорбента будут направлены на установления механизма сорбции, определения в динамических условиях оптимальных параметров сорбции, полной и проскоковой сорбционной емкости.

Проведенный сотрудниками лаборатории мониторинг источников сверхлимитного поступления молибдена в производственные стоки АО «Апатит» (Сулименко и др., 2015) позволяет разработать систему локальной очистки с применением нефелинового сорбента.

Сорбция ионов никеля органоминеральным сорбентом. В качестве матрицы для модифицирования поверхности органическими группами использовали хвосты обогащения медно-никелевых руд Печенгского рудного поля (фракция — 0,063 мм), термоактивированные при +700 °С в течение 2 ч. В качестве органического вещества, модифицирующего поверхность природных минералов, использовали диметилглиоксим. Были найдены оптимальные парметры для модификации поверхности: наибольшие значения извлечения ионов N1 из раствора были получены при использовании сорбента, синтезированного при массе модификатора 7,5 %, температуре +90 °С и времени взаимодействия 5 ч (Баюрова и др., 2016).

Изучены процессы сорбции ионов N1+ в динамических условиях при различных значениях рН раствора. Установлено возрастание сорбции при

рН 5,8-9,18 (рис. 30).

160

ш

Рис. 30. Зависимость сорбции ионов никеля хвостами обогащения от pH среды. Хвосты обогащения: 1 — исходные; 2 — обожженные при +700 °С; 3 — модифицированные

1.68 3.56 4.01 5.8 6.86 7.65 9.18 рН

Модифицирование поверхности природных минералов позволило увеличить сорбционную емкость в несколько раз (при рН = 6,86 — в 4 раза). Исследование кинетики сорбции N1 модифицированным сорбентом показало резкий рост этого процесса в течение 5 минут и максимальное извлечение при контакте в течение 30 минут, затем отмечалась некоторая десорбция (рис. 31).

300

и:

.О

О.

о 100

0«-.-1-

0 5 15 30 60 180 360 480 1440 Время, мин

Модифицирование поверхности значительно повышает сорбционную емкость по ионам никеля (до 220 мг/г) по сравнению как с обожженными хвостами обогащения (38 мг/г), так и с исходными (28 мг/г). Полученные значения превышают сорбционную емкость таких сорбентов, как глауконит, бентонит, брусит и др. (табл. 6).

Таблица 6

Сорбционная емкость по ионам никеля на сорбентах различной природы

Рис. 31. Зависимость сорбции

ионов никеля модифицированными хвостами обогащения от времени взаимодействия

Сорбент Емкость, мг/г

Глауконит1 3,6

Хлопковая целлюлоза, модификатор поливинилпирролидон2 11,7

Бентонит (содовой активации)3 35

Брусит4 95

Аморфный алюмосиликатный адсорбент5 100

Обожженный брусит (600 °С)4 173

Примечание. Источники данных: 1Мартемьянов и др., 2013; 2Сионихина, Никифорова, 2011; 3Сомин и др., 2014; 4Мазухина и др., 2011; 5Шилина, Милинчук, 2010.

Эколого-технологический анализ водопользования предприятий

В течение ряда лет в лаборатории разрабатываются эколого-технологические принципы формирования устойчивого локального техногенеза в условиях Субарктики. Разработки имеют практическое применение на действующих предприятиях Мурманской области для решения проблем минимизации отрицательного воздействия на окружающую среду, сокращения штрафных выплат, повышения рентабельности использования природных ресурсов и создания конкурентоспособных промышленных кластеров.

Основные направления исследований в данной области следующие: • выявление источников загрязнения и оценка степени воздействия на состояние природной среды в районе производственной деятельности;

• эколого-технологический анализ водопользования предприятий Мурманской области с целью разработки природоохранных мероприятий;

• создание сорбентов для очистки производственных и природных вод в зоне деятельности промышленных комплексов.

Результаты комплексных исследований для разработки рациональной стратегии природопользования рассмотрены на примере двух горнопромышленных предприятий Мурманской области — медно-никелевого комплекса комбината «Североникель» АО «Кольская ГМК» и Ковдорского горнообогатительного комбината (ГОКа).

Для медно-никелевого комплекса проведение эколого-технологического анализа позволило разработать стратегию обеспечения наименьшего воздействия на водные объекты в районе производственной деятельности и, в соответствии с этим, меры по экологической реабилитации водоемов и малых рек.

Исследованы условия формирования водообмена и качества вод озера Нюдъявр, являющегося частью зоны технологического взаимодействия медно-никелевого комбината «Североникель» с окружающей средой. Составлен водный и материальный баланс озера, включающий производственные воды, притоки впадающих в него рек, атмосферные осадки и снеготаяние. Определены количественные и качественные характеристики вод и донных отложений, участвующих в водообмене озера. Оценены условия вымывания тяжелых металлов из донных отложений. Выявлены участки динамичных слоев донных отложений.

Основные потоки, формирующие режим водообмена озера — это сброс производственных вод в его южной части (до 30 %) и приток из рек Кумужья и Травяная (около 30 %). Остальные поступления (40 %) можно отнести к склоновому стоку и подземным (грунтовым) водам, т.е. к неконтролируемым стокам. В пределах водосбора оз. Нюдъявр существует два горизонта подземных вод, которые получают основное питание от атмосферных осадков, имеют между собой гидравлическую связь, могут выклиниваться в поверхностную русловую сеть (Ананьев, 2009). Единственной рекой, по которой сбрасывается весь сток бассейна, является Нюдуай, вытекающая из северо-восточной части озера.

За время производственной деятельности в северо-западной части озера сформировались мощные (до 6 м) слои донных отложений, преобладающие во впадинах на дне. Известно, что накапливаемые в донных отложениях тяжелые цветные металлы способны не только к вымыванию при изменении гидрологического режима, но и к длительному циркулированию в экосистемах и к потенциальной биоаккумуляции живыми организмами — гидробионтами (Тарасевич и др., 1975).

Воды оз. Нюдъявр значительно отличаются по качеству от природных вод. В результате технологического воздействия заболачивание берегов озера изменяет площадь водосбора и снижает уровень его самоочищающей способности, что определяется низкой обеспеченностью биогенными элементами и пониженным уровнем рН. Вследствие известкования технологического стока в сбрасываемых водах присутствуют соли №, ^ в виде взвешенных веществ, нефтепродукты, флотореагенты. Значительная часть загрязнений поступает на площадь водосбора в процессе аэротехногенного переноса, что подтверждено снегосъемкой в районе северной части оз. Нюдъявр (Раткин, 2002).

В соответствии со схемой поступления водных потоков в Нюдъявр были отобраны пробы донных отложений, приуроченных к трубам перетока из южной части озера в северную и к проходящему через озеро тектоническому разлому. Незначительные колебания состава донных отложений в отобранных точках свидетельствуют о едином источнике их образования. Химический анализ донных отложений показал, что концентрация цветных металлов в верхнем слое колеблется от 0,025 до 16,3 %. Содержание органического вещества в этом слое было наибольшим: 70-75 % против 50 % в среднем слое и 3-5 % — в нижнем.

Водный и материальный баланс по приоритетным загрязнителям за несколько лет, составленный по данным мониторинга, показал: на выходе из северной части озера наиболее значительный сброс загрязняющих веществ связан с неконтролируемыми, в основном, — подземными водами (рис. 32). В зависимости от водности года происходит перераспределение объемов сброса и уровня загрязнения, и в маловодные годы Ni и Cu поступают в водоем с неконтролируемыми водами в большем количестве.

3-1200 сс

U 05 S

ц 800

с 400

Прочие воды / \

Выпуск 1

! р.Кумужья ¡г >y ö" \ Ф W-'' Ъ р.Травяная

9---Г

1 2 3 4 5

7 В 9 10 11 12

Рис. 32. Ежемесячная динамика сброса никеля и меди в северную часть озера Нюдъявр от различных источников (по данным 2010 г.)

Неконтролируемые воды имеют низкую степень загрязненности тяжелыми металлами и значения рН около 5. Поступая в оз. Нюдъявр, они меняют динамическое равновесие в системе вода-донные отложения и вымывают из последних значительную часть тяжелых металлов. На возможность протекания этих процессов указывает проведенное нами экспериментальное моделирование вымывания тяжелых металлов из донных отложений в зависимости от величины рН. Вымыванию способствуют и талые воды с величиной рН от 4,28 до 6,20. Имеет значение и форма соединения цветных металлов: их присутствие в донных отложениях в виде сульфидов снижает их вынос в раствор, тогда как органоминеральная фаза более мобильна; присутствие цветных металлов в амфотерных соединениях, диссоциирующих в широком интервале рН, способствует их выносу из донных отложений. В анаэробных условиях под действием сульфатредуцирующих микроорганизмов происходит депонирование цветных металлов в донных отложениях в нерастворимой форме (Зайнуллин и др., 1980).

По результатам исследований предложен ряд мероприятий для снижения негативного воздействия производственной деятельности медно-никелевого комбината на водные объекты: введение более совершенных технологических операций в основном производственном цикле получения N1, Си и Со;

совершенствование системы водооборота; создание условий для самоочищения озера за счет развития сульфатредуцирующих бактерий. Актуальным представляется применение новых экологичных биотехнологий с созданием естественных эколого-геохимических барьерных зон с применением растений. Высшие водные растения (камыш озерный, тростник, рогозы) обладают высокой поглощающей способностью, достаточно неприхотливы, устойчивы к изменениям гидрологического режима и гидрохимии воды (Кравец и др., 1999).

Установка в местах перетока воды из оз. Нюдъявр в р. Нюдуай, и далее в рыбохозяйственный водоем, кассетных фильтров с загрузками на основе карбонатитов или других материалов (Пестриков и др., 2006) позволит задержать значительную часть загрязнений, связанных со взвешенными веществами, и обеспечить карбонатно-кальциевый состав сточных вод, близкий к природному (Зосин и др., 2012).

В районе Ковдорского ГОКа оценено влияние производственной деятельности на гидрохимическую и гидродинамичесую обстановку. Исследовано изменение состава сточных вод в условиях фильтрации через ограждающие дамбы очистных сооружений в зависимости от состава отвальных пород и оборотной воды ГОКа. Установлены характер и степень выщелачивания загрязняющих веществ в зависимости от рН среды. Обозначены мероприятия по снижению отрицательного воздействия процесса взаимодействия дезинтегрированных отходов обогащения и породообразующих вскрышных пород с оборотной водой хвостохранилища на водные ресурсы в районе ГОКа.

Действующая система водопотребления и водопользования предприятия функционирует в условиях взаимосвязи всех развитых на исследуемой площади горизонтов подземных вод и питающих их поверхностных вод. В этих условиях качество сточных вод зависит от состава подстилающих пород и материала, из которого выполнены ограждающие дамбы и плотины (вскрышные породы, моренный грунт и хвосты обогащения). Экспериментальные исследования позволили установить, что взаимодействие отвальных пород с оборотной водой обогатительного комплекса не сопровождается увеличением концентрации Бе2+, Мп2+ и Sr2+ в жидкой фазе, т.к. в результате предыдущих технологических операций вода находится в гидролитическом равновесии с перерабатываемыми рудами. Основной фактор, влияющий на растворимость минеральных фаз — это рН контактного раствора. Переход Мп2+ наблюдается при высокой кислотности раствора. Основные источники поступления 8г2+ в раствор — фениты и пироксениты. Марганец выщелачивается также в основном из фенитов (Зосин и др., 2011). Хвосты обогащения, расположенные по откосам и в нижних слоях хранилища, взаимодействуют со слабоминерализованными атмосферными осадками и грунтовыми водами, имеющими слабую минерализацию и относящимся к карбонатно-натриевому типу. Очевидно, что взаимодействие отвальных пород с атмосферными осадками, имеющими рН < 5,0, или с породами, смещающими рН контактных растворов в кислую область (например, с торфом), будет сопровождаться увеличением концентрации ионных форм Мп2+, Бе2+, 8г2+ и 8042-. Это подтверждено анализами технологических стоков хвостохранилища до и после их прохождения через дамбу. Концентрация ионной формы Мп2+ после прохождения через дамбу увеличилась с 0,890 до 2,060 мг/л.

Полученные результаты позволяют рекомендовать проведение технических мероприятий, направленных на стабилизацию рН сбрасываемых стоков в области

от 6 до 8 единиц путем создания геохимических барьеров на основе местных материалов после специальной обработки (Зосин и др., 1991). Фильтрация сточных вод через подобный геохимический барьер приведет к подщелачиванию воды до рН 7,0—8,5 и переходу Mn2+ и Sr2+ из ионной формы во взвешенную. Взвешенные вещества будут осаждаться в теле дамбы. Это существенно снизит их поступление в природные водоемы, водосбор которых приурочен к болотистой местности, и, соответственно, переход Mn и Sr в растворимое состояние. Для повышения эффективности геохимического барьера за счет снижения концентрации взвесей целесообразно совместное применение коагуляции и флокуляции.

Получение строительных материалов из отходов горнопромышленного комплекса

С учетом огромных объемов горнопромышленных отходов, основным их потребителем может стать наиболее материалоемкая отрасль — строительная. Одним из перспективных направлений использования отходов является получение керамических и гиперпрессованных строительных материалов: стеновых, облицовочных и тротуарных изделий. Утилизация отходов в строительные материалы направлена также на решение социальных и экологических проблем, улучшение жилищных условий населения, создание дополнительных рабочих мест. Исследования в данном направлении сотрудники лаборатории проводят совместно с коллективом лаборатории Минерального сырья и силикатного синтеза ИХТРЭМС КНЦ РАН (Суворова и др., 2010; Мелконян и др., 2016; Suvorova et al., 2013; Makarov et al., 2015).

Керамические строительные материалы

Использованию промышленных и сельскохозяйственных отходов в производстве керамических строительных материалов придается большое значение. За период 2011-2016 гг. в журнале «Construction and Building Materials» опубликовано несколько обзорных статей, посвященных этой проблеме (Raut et al., 2011; Zhang, 2013; Monteiro, Fontes, 2014; Velasco et al., 2014, 2016). В России серьезное внимание уделяется проблеме вовлечения отходов, главным образом горнопромышленного и топливно-энергетического комплексов, в производство керамических строительных материалов (Макаров и др., 2016).

В Мурманской области потенциальным сырьем для керамического производства могут стать хвосты обогащения медно-никелевых руд (АО «Кольская ГМК»), апатит-нефелиновых руд Хибинских месторождений (АО «Апатит») и железистых кварцитов Приимандровского района (АО «Олкон»). Ранее нами обоснована возможность получения строительных керамических материалов на основе представленного выше техногенного сырья методом компрессионного формования (Суворова и др., 2012а,б, 2013а,б; Кумарова и др., 2014). Оптимальный состав керамической массы отвечает следующему соотношению компонентов, %: хвосты обогащения медно-никелевых руд — 40, апатит-нефелиновых руд — 40, железных руд — 20.

Как известно, технология полусухого прессования (компрессионного формования) применяется для малопластичного камневидного сырья: аргиллитов, глинистых сланцев, опоковидных пород, сухарных глин, алевролитов и различных отходов промышленности (Котляр и др., 2014). Вопрос о влиянии

давления прессования на свойства керамических материалов является дискуссионным (Бадашкеева и др., 2005; Котляр и др., 2014). В этой связи изучены зависимости параметров компрессионного формования на свойства получаемых керамических материалов (рис. 32).

Рис. 32. Образцы керамических материалов для исследований физико-механических свойств и теплопроводности (слева) и гиперпрессованные

материалы (справа)

На рисунке 33 представлено изменение прочности керамических материалов, полученных при различных температурах обжига, при сжатии и изгибе в зависимости от давления прессования. С увеличением давления прессования существенно возрастает прочность при сжатии. Материал, полученный компрессионным формованием при 150 МПа и обожженный при 900 оС, характеризуется такой же прочностью при сжатии, как и материал, полученный формованием при 20 МПа и обожженный при +1000 оС. Повышения прочности при изгибе для материалов, полученных обжигом при +900 и +950 оС, не зафиксировано. Рост прочности при изгибе с увеличением давления прессования наблюдался только для материала, обожженного при +1000 оС.

Давление прессования, МПа Давление прессования, МПа

Рис. 33. Зависимость прочности керамических материалов при сжатии и изгибе от давления прессования при различных температурах обжига изделий

Положительным моментом является снижение огневой усадки и водопоглощения материалов с увеличением давления прессования при всех температурах обжига (рис. 34).

30 60 90 120 150 30 60 90 120 150

Давление прессования, МПа Давление прессования, МПа

Рис. 34. Зависимости огневой усадки и водопоглощения керамических материалов от давления прессования при различных температурах обжига

Физико-механические свойства материалов, полученных при повышенных давлениях прессования и обожженных при +1050 и +1100 оС, соответствуют клинкерной керамике (Суворова и др., 2016а,б). Прочность при сжатии и изгибе материала, полученного формованием при 50 МПа и температуре обжига +1050 оС, составили 128,8 и 30,9 МПа соответственно, водопоглощение — 4,5 %. Материал, обожженный при +1100 оС, характеризовался прочностью при сжатии и изгибе 150 и 30,3 МПа, водопоглощением 0,25 %.

Гиперпрессованные строительные материалы

Гиперпрессование (трибопрессование) - метод получения строительных материалов путем взаимного трения мелкодисперсных частиц вещества под высоким давлением и когезии между ними (Макаров и др., 2006б). Смесь для изготовления изделий состоит из следующих компонентов: основного сырья (отходы горнопромышленного комплекса в объеме 65-85 %), портландцемента (марки от 300 до 500), пигмента (минеральные пигменты или мелкоперемолотые породы, 1 %) и воды (до 8-15 %). В присутствии вяжущего компонента (цемента) необходимые давления прессования и глубина помола резко уменьшаются. Их доля в зависимости от вида и марки изделия составляет от 6 до 20 %. Приготовленные изделия выдерживают на складе в течение 3-5 суток, за это время они набирают 60-70 % от конечной прочности. Время полного созревания изделий составляет 28-29 суток.

С целью сравнения эффективности использования горнопромышленных отходов различного типа для производства строительных материалов методом гиперпрессования выполнена оценка следующих параметров: присутствия рудных минералов и потенциальной стоимости вторичного сырья как техногенных руд; гранулометрического состава, влажности сырья, его объемной и истинной плотности, оказывающих существенное влияние на теплопроводность

конечной продукции; количества минералов-примесей, отнесенных к вредным для заполнителей бетонов; степени изменчивости перечисленных параметров (Макаров и др., 2006б).

Исследования взаимодействий в модельных системах: нефелин-портландит, апатит-портландит, вермикулит-портландит, сунгулит-портландит позволили обосновать возможность получения гиперпрессованных строительных материалов из отходов обогащения апатит-нефелиновых, вермикулитовых и железных руд. Например, гиперпрессованный кирпич удовлетворяет требованиям, предъявляемым к строительному кирпичу (Суворова и др., 2013б,в): имеет точную геометричесую форму, высокую прочность, декоративность, морозостойкость более 100 циклов, что важно для климатических условий заполярной Мурманской области (см. рис. 32).

Предварительные эколого-экономические расчеты показали, что отходы обогащения можно рекомендовать в качестве сырья для производства гиперпрессованных строительных материалов. Замена традиционного сырья техногенным дает экономический эффект по приведенным затратам до 265 руб/т в ценах 2012 года.

Заключение

Исследования гипергенных процессов при хранении отходов горнопромышленного комплекса на примере ряда техногенных объектов Мурманской области показали, что экологическую опасность представляют не только мелкофракционные, но и грубодисперсные сульфидсодержащие отходы, а также отвалы гранулированных шлаков медно-никелевого производства. Рекультивация отвалов и хвостохранилищ снижает экологическую нагрузку, но не обеспечивает их полную безопасность. Процесс окисления сульфидов может растягиваться на многие десятилетия, вследствие чего отвальные продукты представляют угрозу окружающей среде и после завершения разработки месторождений и вывода техногенных объектов из эксплуатации. В этой связи актуальной геоэкологической и экономической проблемой является поиск и создание новых наукоемких и экологически безопасных процессов, снижающих нагрузку сульфидсодержащих отходов на окружающую среду, а также обеспечивающих эффективное и комплексное извлечение ценных компонентов из руд и техногенного сырья.

Выполнены эксперименты по сернокислотной агломерации хвостов обогащения медно-никелевых руд. Изучено влияние концентрации серной кислоты (1-3 %) на кинетику извлечения цветных металлов из хвостов обогащения медно-никелевых руд в режиме перколяционного выщелачивания. Показано, что при использовании 1 % серной кислоты за 110 суток из хвостов обогащения в раствор извлекается более 60 % никеля.

По результатам минералого-технологических исследований бедных медно-никелевых руд Мончеплутона (месторождения «Морошковое озеро», «Нюд-11», «Нюд Терраса», «Ниттис Кумужья Травяная») обоснована возможность их переработки методом кучного выщелачивания. Показано, что сернокислотная агломерация измельченных руд существенно улучшает показатели выщелачивания, однако процесс агломерации требует оптимизации в направлении повышения крупности руды. При увеличении концентрации кислоты, применяемой в процессе окомкования, возможно последующее водное

выщелачивание с оборотом растворов. Целесообразно продолжать исследования с целью оптимизации процесса агломерации, включения в процесс выщелачивания микроорганизмов, использования оборотных растворов. Намечены возможности и перспективы промышленной реализации метода переработки бедных медно-никелевых руд и техногенных отходов методом кучного выщелачивания.

Разработана классификация геохимических барьеров по их происхождению, способам получения, и направлениям применения. В качестве материалов для геохимических барьеров рассмотрены различные неизмененные минералы и породы, искусственные смеси химически активных минералов и пород, продукты химико-металлургической переработки руд и концентратов. Установлена принципиальная возможность применения геохимических барьеров для доизвлечения цветных металлов — никеля, кобальта и меди. Развитие данного научно-технического направления позволит целенаправленно формировать концентраты цветных металлов с одновременным снижением нагрузки на окружающую среду.

Предложен комплексный геохимический барьер с применением сорбента на основе местного минерального сырья для снижения содержания молибдена в поверхностных водотоках в зоне деятельности АО «Апатит». В качестве исходного материала использован карбонатит Ковдорского месторождения. С целью увеличения удельной поверхности, концентрации активных центров и сорбционной емкости по извлечению молибдена применены термоактивация природного карбонатита и синтез карбоминеральных сорбентов, а также синтез сорбента на основе нефелинового концентрата твердотельных минеральных дисперсий (ТМД).

Предложен способ синтеза органоминерального сорбента на основе хвостов обогащения медно-никелевых руд АО «Кольская ГМК». Данный сорбент обладает преимуществами ковалентно-модифицированных матриц (химическая, механическая стойкость, и т.п.), лишен таких недостатков, как высокая трудоемкость процессов модификации и регенерации, и может быть использован при сооружении искусственного геохимического барьера. Сорбент испытан в лабораторных условиях. Модифицирование поверхности позволило увеличить сорбционную емкость по ионам никеля до 220 мг/г.

На примере комбината «Североникель» АО «Кольская ГМК» и АО «Ковдорский ГОК» показано, что эколого-технологический анализ позволяет разработать стратегию обеспечения наименьшего воздействия на состояние водных объектов в районе производственной деятельности горнопромышленных предприятий и меры по экологической реабилитации водоемов и малых рек.

Обоснована возможность получения высококачественных керамических и гиперпрессованных строительных материалов без использования первичного сырья на основе отходов обогащения апатит-нефелиновых, медно-никелевых, железных и вермикулитовых руд предприятий Мурманской области.

В целом анализ использования техногенного сырья в Мурманской области показывает, что объем его реализации на современном этапе составляет около 20% от годового объема сырья, поступающего с горно-добывающих предприятий. Основное направление использования сырья - заполнение пустот отработанных карьеров и рудников, а также производство щебня и песка для дорожных работ.

Необходимо констатировать, что данные по техногенным минеральным объектам Мурманской области разобщены и неполны, несмотря на работы в этом направлении, проводимые при участии институтов КНЦ РАН. Имеющиеся сведения не позволяют оценить экологическую опасность техногенного сырья и сделать обоснованный выбор технологических схем его переработки. Отсутствует единый системный подход к управлению техногенными ресурсами. Целесообразна более детальная каталогизация техногенных отходов и создание их кадастра.

В этой связи представляется необходимой разработка и реализация комплексной программы «Переработка сырья техногенных месторождений Мурманской области и предотвращение их негативного воздействия на окружающую среду» с участием институтов ФИЦ КНЦ РАН. Такая программа будет способствовать решению как экологических, так и социально-экономических проблем в зонах размещения техногенных месторождений региона. Программа предусматривает всестороннее исследование техногенных объектов: их инженерно-геологических свойств, запасов сырья, его химического, породного и минерального состава, экологической опасности, условий разработки, экономических показателей. Это позволит адаптировать к конкретным объектам предложенные ранее и разрабатываемые на перспективу сотрудниками ИППЭС и других институтов ФИЦ КНЦ РАН способы переработки сырья техногенных месторождений цветных металлов; получения новых материалов широкой номенклатуры строительного, технического, экологического назначения; очистки стоков горнорудных предприятий и вод открытых водоемов; предотвращения пылеобразования на хвостохранищах и биологической защиты окружающей среды.

Благодарности

Коллектив лаборатории признателен сотрудникам Института проблем комплексного освоения недр РАН — академику В. А. Чантурия, д.т.н.

A. А. Лавриненко, к.т.н. Л. М. Саркисовой, к.т.н. Э. А. Шрадер и сотрудникам Института минералогии УрО РАН — к.г.-м.н. С. С. Потапову, ведущему геологу ООО «Координационный Центр Геологоразведка» к.г.-м.н. С. Г. Селезневу за полезные консультации, совместные исследования и обсуждение результатов. Коллектив лаборатории считает своим приятным долгом поблагодарить коллег из институтов КНЦ РАН: к.т.н. В. В. Лащук, к.т.н. О. В. Суворову, В. А. Кумарову, Д. П. Нестерова, В. Е. Плетневу (Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева); к.г.-м.н. С. М. Карпова, к.г.-м.н.

B. П. Припачкина, к.г.-м.н. Е. А. Селиванову (Геологический институт) за совместную работу.

Статья подготовлена в рамках выполнения госзадания ИППЭС КНЦ РАН, тема «Разработка стратегии минимизации техногенных воздействий на окружающую среду отходов горно-металургического комплекса», № гос. рег.: АААА-А18-118021490072-9.

Литература

Адамов Э. В., Панин В. В. Биотехнология металлов: Курс лекций. М.: МИСиС. 2008. 153 с.

Ананьев В. Н. Родники земли Кольской. Мурманск: Мурманское книжное изд-во. 2009. 144 с.

Бадашкеева Е. М., Архинчева Н. В., Щукина Е. Г. Гиперпрессованные керамические материалы // Строительные материалы, 2005. № 2. С. 61-63.

Баюрова Ю. Л., Котельников В. А., Макаров Д. В. Получение органоминеральных сорбентов на основе отходов ГМК и изучение их свойств // Минералогия техногенеза - 2016. Миасс: ИМин УрО РАН. 2016. С. 132-136.

Белогуб Е. В., Щербакова Е. П., Никандрова Н. К.Сульфаты Урала: распространенность, кристаллохимия, генезис. М.: Наука. 2007. 160 с.

Бортникова С. Б., Гаськова О. Л., Айриянц А. А. Техногенные озера: формирование, развитие и влияние на окружающую среду. М.: РАН. 2003. 117 с.

Бочкарев Г. Р., Пушкарева Г. И., Ростовцев В. И. Интенсификация процессов рудоподготовки и сорбционного извлечения металлов из техногенного сырья // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2007. № 3. С. 129-134.

Вигдергауз В. Е., Макаров Д. В., Зоренко И. В., Белогуб Е. В., Маляренок М. Н., Шрадер Э. А., Кузнецова И. Н. Влияние структурных особенностей медно-цинковых руд Урала на их окисление и изменение технологических свойств // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2008. № 4. С. 101-110.

Геологический словарь. М.: Недра. 1973. Т. 1. 487 с.

Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области в 2015 году. Мурманск: Ростсервис. 2016. 166 с.

Жижаев А. М., Брагин В. И., Михайлов А. Г. Осаждение меди с использованием природных карбонатов кальция. // Обогащение руд. 2001. № 5. С.13-17.

Зайнуллин Х. Н., Смирнова Г. Ф. и др. Применение сульфатвосстанавливающих бактерий для биохимической очистки сточных вод машиностроительных предприятий // Химия и технология воды. 1980. Т. 2. № 3. С.272-275.

Зосин А. П., Кошкина Л. Б., Приймак Т. И., Мартынова Т. Ф. Адсорбционно-активные минералы для промышленной экологии. Апатиты: КНЦ РАН. 1991. 112 с.

Зосин А. П., Приймак Т. И., Кошкина Л. Б. Экологические аспекты процессов геохимической трансформации минеральных отходов от переработки сульфидных медно-никелевых руд // Экологическая химия. 2003. Т. 12. № 1. С. 34-42.

Зосин А. П., Приймак Т. И., Кошкина Л. Б., Калинников В. Т. Влияние катионов модификаторов на каталитические и сорбционные свойства органоминеральных материалов с закрепленными металлокомплексами // XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. М. 2007. Т. 3. С. 109.

Зосин А. П., Приймак Т. И., Маслобоев В. А., Сулименко Л. П., Мингалева Т. А. Изменение состава сточных вод в системе водопользования Ковдорского горнообогатительного комбината // Водные ресурсы. 2011. Т. 38. № 1. С. 98-107.

Зосин А. П., Приймак Т. И., Маслобоев В. А., Сулименко Л. П., Мингалева Т. А. Анализ влияния предприятий медно-никелевого комплекса на состояние водных ресурсов ближайших объектов // Водные ресурсы. 2012. Т. 39. № 5. С. 558-568.

Изотов А. А., Ковердяев О. Н., Вершинина О. О. Способы снижения воздействия дренажных вод на окружающую среду в горнодобывающих районах // Горный журнал. 2006. № 10. С. 103-106.

Калинников В. Т., Макаров В. Н., Кременецкая И. П. Классификация горнопромышленных отходов по степени их экологической опасности. // Химия в интересах устойчивого развития. 1997. № 5. С. 169-178.

Кашуба С. Г., Лесков М. И. Кучное выщелачивание в российской практике — обзор опыта и анализ перспектив. // Золото и технологии. 2014. N° 1(23). С. 10-14.

Котляр В. Д., Терехина Ю. В., Котляр А. В. Методика испытания камневидного сырья для производства стеновых керамических изделий компрессионного формования (в порядке обсуждения) // Строительные материалы. 2014. № 4. С. 24-27.

Кошкина Л. Б., Сулименко Л. П., Мингалева Т. А., Макаров Д. В. Разработка сорбционно-активных материалов для очистки молибденсодержащих стоков в технологии кондиционирования молибденсодержащих стоков // Экологические проблемы северных регионов и пути их решения: Материалы VI Всероссийской научной конференции с международым участием. Апатиты: КНЦ РАН. 2016. С.256-261.

Кравец В. В., Бухгалтер Л. В., Акольвин А. П., Бухгалтер Б. Л. Высшая водная растительность как элемент очистки сточных вод // Экология и промышленность России. 1999. № 8. С. 20-23.

Кумарова В. А., Суворова О. В., Плетнева В. Е., Макаров Д. В. Исследования пористости керамических материалов из техногенного сырья // Минералогия техногенеза - 2014, Миасс: ИМин УрО РАН. 2014. С. 206-210.

Лодейщиков В. В. Переработка никелесодержащих руд методом кучного бактериального выщелачивания. Опыт финской фирмы ТаЫуаага // Золотодобыча. 2009. № 132. С. 12-14.

Лукашев К. И. Очерки по геохимии гипергенеза. Минск: АН БССР. 1963. 446 с.

Мазухина С. И., Светлов А. В., Корнева Е. А., Макаров Д. В. Физико-химическое моделирование взаимодействий в системе брусит, кальцит — раствор Си804, №804, Бе804 // Геология и геоэкология: исследования молодых: Материалы XXII конференции молодых учёных памяти чл.-корр., проф. К. О. Кратца. Апатиты: КНЦ РАН. 2011. С. 264-268.

Макаров А. Б. Главные типы техногенно-минеральных месторождений Урала. Екатеринбург: УГГУ. 2006. 206 с.

Макаров А. Б., Талалай А. Г. Техногенно-минеральные месторождения Урала (особенности состава и методологии исследования) // Техногенез и экология. Информационно-тематический сборник. УГГА: Екатеринбург. 1999. С. 4-41.

Макаров В. Н. Экологические проблемы утилизации горнопромышленных отходов. Апатиты: КНЦ РАН. 1998. Ч. 1. 132 с.

Макаров В. Н., Васильева Т. Н., Макаров Д. В., Алкацева А. А., Фарвазова Е. Р., Нестеров Д. П., Лащук В. В. Потенциальная экологическая опасность выведенных из эксплуатации хранилищ хвостов обогащения медно-никелевых руд // Химия в интересах устойчивого развития. 2005а. Т. 13. № 1. С. 85-93.

Макаров В. Н., Кременецкая И. П., Мазухина С. И. Сорбция меди и никеля кальцитом и сунгулитом // Экология и развитие Северо-запада России. СПб, 2002. С. 315-321.

Макаров В. Н., Макаров Д. В., Васильева Т. Н., Кременецкая И. П. Взаимодействие природных серпентинов с разбавленными сульфатными растворами, содержащими ионы никеля // Журнал неорганической химии. 2005б. Т. 50. № 9. С. 1418-1429.

Макаров В. Н., Макаров Д. В., Луговская А. С., Калинников В. Т. Способ очистки воды от ионов тяжелых металлов: Патент РФ №2259956. МПК7 С 02 Б 1/62 // С 02 F 103:16. Опубликовано 10.09.2005в. Бюл. № 25.

Макаров Д. В., Мазухина С. И., Нестерова А. А., Нестеров Д. П., Меньшиков Ю. П., Зоренко И. В., Маслобоев В. А. Взаимодействие минералов искусственных геохимических барьеров с сульфатными растворами тяжелых металлов // Минералогия техногенеза - 2009. Миасс: ИМин УрО РАН. 2009. С. 96-103.

Макаров Д. В., Макаров В. Н., Васильева Т. Н., Фарвазова Е. Р. Изменения содержания N1, Си, Со, Бе, Mg в хвостах обогащения медно-никелевых руд в процессе их хранения // Инженерная экология. 2004. № 1. С. 18-28.

Макаров Д. В., Макаров В. Н., Дрогобужская С. В., Алкацева А. А., Фарвазова Е. Р., Тунина М. В. Содержания N1, Си, Со, Бе, MgO в поровых растворах хвостов обогащения медно-никелевых руд после их длительного хранения // Геоэкология. 2006а. № 2. С. 136-142.

Макаров Д. В., Мелконян Р. Г., Суворова О. В., Кумарова В. А. Перспективы использования промышленных отходов для получения керамических строительных материалов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 5. С. 254-281.

Макаров Д. В., Потапов Д. С., Потапов С. С., Светлов А. В. Исследование экологической опасности и потенциальной возможности извлечения полезных компонентов из гранулированных шлаков комбината «Печенганикель» ОАО «Кольская ГМК» // Экология промышленного производства. 2013. № 2. С. 54-58.

Макаров Д. В., Суворова О. В., Кулькова Н. М., Нестерова А. А. Предварительная оценка качества техногенного сырья для производства строительных материалов методом гиперпрессования // Минералогия техногенеза -2006. Миасс: ИМин УрО РАН. 2006. С. 231-249.

Максимович Н. Г. Теоретические и прикладные аспекты использования геохимических барьеров для охраны окружающей среды // Инженерная геология. 2010. № 3. С. 20-28.

Мартемьянов Д. В., Галанов А. И., Юрмазова Т. А. Определение сорбционных характеристик различных минералов при извлечении ионов Л85+, Сг6+, М2+ из водных сред. // Фундаментальные исследования. 2013. № 8. С. 666-670.

Мартемьянова И. В., Мосолков А. Ю., Плотников Е. В., Воронова О. А., Журавков С. П., Мартемьянов Д. В., Короткова Е. И. Исследование свойств наноструктурного адсорбента. // Мир науки. 2015. № 2. Интернет-журнал. Режим доступа: http://mir-nauki.com/PDF/25TMN215.pdf.

Маслобоев В. А., Макаров Д. В., Мазухина С. И., Нестеров Д. П., Меньшиков Ю. П. Искусственные геохимические барьеры для доизвлечения цветных металлов и снижения экологической опасности отходов горнопромышленного комплекса // Цветные металлы. 2011. № 11. С. 56-61.

Маслобоев В. А., Селезнев С. Г., Макаров Д. В., Светлов А. В. Оценка экологической опасности хранения отходов добычи и переработки медно-никелевых руд. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 3.С. 138-153.

Мелконян Р. Г., Макаров Д. В., Суворова О. В. Экологические проблемы использования техногенного сырья в производстве стекла и керамики. Апатиты: КНЦ РАН. 2016. 224 с.

Мильвит Н. В., Шашкова И. Л., Ратько А. И. и др. Сорбционные свойства карбонатсодержащих трепелов // Журнал прикладной химии. 2007. Т. 80. № 11. С. 1819-1825.

Орехова Н. Н. Концептуальные и технологические подходы к ресурсовоспроизводящей переработке гидроминерального техногенного сырья // Научные основы и современные процессы комплексной переработки труднообогатимого минерального сырья (Плаксинские чтения - 2010): Материалы международного совещания. Казань. 2010. С. 431-433.

Паршина М. В. Влияние процессов гипергенной метаморфизации техногенных массивов на степень их экологической опасности для окружающей среды // Записки Горного института. 2009. Т. 180. С. 33-35.

Перельман А. И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. 528 с.

Пестриков С. В., Исаева О. Ю., Мустафин А. Г., Суюндуков Я. Т., Ковтуненко С. В., Красногорская Н. Н. Экологические технологии: применение карбонатного эколого-геохимического барьера для удаления тяжелых металлов из водных сред // Инженерная экология. 2006. № 2. С. 8-19.

Потапов Д. С., Потапов С. С., Макаров Д. В. Минералогия гранулированных шлаков комбината «Печенганикель» // Минералогия техногенеза - 2012. Миасс: ИМин УрО РАН. 2012а. С. 95-101.

Потапов Д. С., Потапов С. С., Макаров Д. В., Корнева Е. А., Светлов А. В., Баюрова Ю. Л. Исследование отвальных шлаков медно-никелевого производства ОАО «Кольская ГМК» // Современные методы технологической минералогии в процессах комплексной и глубокой переработки минерального сырья. Материалы международного совещания. Петрозаводск: КарНЦ РАН. 2012б. С. 329-332.

Припачкин П. В., Нерадовский Ю. Н., Федотов Ж. А., Нерович Л. И. Си-№-ЭПГ и Сг месторождения Мончегорского района, Кольский п-ов, Россия // Путеводитель геологической экскурсии. Апатиты: ГИ КНЦ РАН. 2013. 44 с.

Птицын А. Б. Геохимические основы геотехнологии в условиях мерзлоты. Новосибирск: Наука. 1992. 120 с.

Птицын А. Б., Павлюкова В. А., Эпова Е. С. Криогеотехнология меди в Забайкалье // Труды Международного совещания «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья» (Плаксинсике чтения). Чита: ЧитГУ. 2002. Ч. IV. С. 106-107.

Пучков Л. А., Воробьев А. Е. Человек и биосфера: вхождение в техносферу. М.: МГГУ. 2000. 342 с.

Раткин Н. Е. Снежный покров и его роль в количественной оценке аэротехногенного загрязнения подстилающей поверхности. // Известия АН. Серия географическая. 2002. № 6. С. 46-54.

Рубановская С. Г., Величко Л. Н. Сорбция ионов тяжелых металлов природными материалами // Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 2006. № 4. С.37-39.

Руднев Б. П. Обзор мирового опыта переработки хвостов обогащения и отвалов металлургического производства обогатительными методами // Цветная металлургия. 2009а. № 4. С. 3-9.

Руднев Б. П. Создание технологии предконцентрации ценных компонентов из отвальных хвостов при их гидротранспортировании // Цветная металлургия. 2009б. № 6. С. 3-22.

Рыльникова М. В., Радченко Д. Н., Илимбетов А. Ф., Звягинцев А. Н. Опытно-промышленная апробация технологии выщелачивания отходов переработки медно-колчеданных руд // Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ. 2008. № 2. С. 293-301.

Светлов А. В., Кравченко Е. А., Селиванова Е. А., Макаров Д. В. Моделирование кучного выщелачивания некондиционных медно-никелевых руд и техногенного сырья // Минералогия техногенеза - 2015. Миасс: ИМин УрО РАН. 2015а. С. 80-94.

Светлов А. В., Кравченко Е. А., Селиванова Е. А., Селезнев С. Г., Макаров Д. В., Маслобоев В. А. Исследование возможности кучного выщелачивания цветных металлов из сульфидного сырья природных и техногенных объектов Мурманской области // Экология промышленного производства. 20156. № 3. С. 65-70.

Светлов А. В., Макаров Д. В. Возможности биовыщелачивания некондиционных сульфидных руд цветных металлов. Перспективные объекты Мурманской области // Минералогия техногенеза - 2016. Миасс: ИМин УрО РАН. 2016. С. 83-98.

Селезнев С. Г., Светлов А. В., Меньшиков Ю. П., Нестеров Д. П., Макаров Д. В. Гипергенез минералов отвалов Аллареченского месторождения медно-никелевых руд и оценка экологической опасности техногенного объекта // Минералогия техногенеза - 2013. Миасс: ИМин УрО РАН. 2013. С. 177-190.

Сионихина А. Н., Никифорова Т. Е. Сорбция ионов тяжелых металлов из водных растворов целлюлозосодержащим сорбентом, модифицированным поливинилпирролидоном // Фундаментальные исследования. 2011. № 12. С. 773-776.

Сомин В. А., Фогель А. А., Комарова Л. Ф. Очистка воды от ионов металлов на сорбентах из древесных отходов и минерального сырья // Анализ. Методики. Прогнозы. 2014. № 2. С. 56-60.

Суворова О. В., Кумарова В. А., Беляевский А. Т., Макаров Д. В. Исследование влияния распределения пор по размерам на технические свойства керамического материала // Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренц-региона в технологии строительных и технических материалов: Материалы V Всероссийской научной конференции с международным участием. Апатиты: КНЦ РАН. 2013а. С. 108-110.

Суворова О. В., Кумарова В. А., Макаров Д. В., Маслобоев В. А. Керамические строительные материалы на основе отходов обогащения медно-никелевых руд // Math Designer. 2016а. № 1. С. 46-50.

Суворова О. В., Кумарова В. А., Некипелов Д. А., Макаров Д. В., Маслобоев В. А. Повышение качества керамических строительных материалов на основе отходов обогащения медно-никелевых руд. // Актуальные вопросы современного строительства промышленных регионов России: Труды Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Новокузнецк: СибГИУ. 2016б. С. 112-117.

Суворова О. В., Кумарова В. А., Плетнева В. Е., Макаров Д. В., Мелконян Р. Г., Беляевский А. Т., Меньшиков Ю. П. Гиперпрессованные строительные материалы из отходов обогащения апатит-нефелиновых, вермикулитовых и железных руд // Экология промышленного производства. 2013б. № 4. С. 12-17.

Суворова О. В., Лащук В. В., Макаров Д. В., Бокарева В. А., Кожина И. С. Исследование отходов обогащения железистых кварцитов как сырья для получения строительной керамики // Геология и стратегические полезные ископаемые Кольского региона: Труды IX Всероссийской (с международным участием) Ферсмановской научной сессии, посвящённой 60-летию Геологического института КНЦ РАН. Апатиты: K & M. 2012а. C. 366-369.

Суворова О. В., Мелконян Р. Г., Бокарева В. А., Макаров Д. В., Беляевский А. Т., Плетнева В. Е. Обоснование получения керамических строительных материалов из отходов горнопромышленного комплекса // Техника и технология силикатов. 2012б. № 2. С. 19-25.

Суворова О. В., Мелконян Р. Г., Макаров Д. В., Лащук В. В. Использование техногенного сырья Мурманской области в производстве стекла и керамики // Техника и технология силикатов. 2010. № 3. С. 23-29.

Суворова О. В., Плетнева В. Е., Макаров Д. В., Кумарова В. А., Беляевский А. Т., Меньшиков Ю. П. Гиперпрессованные строительные материалы из отходов обогащения апатит-нефелиновых, вермикулитовых и железных руд // Геоэкологические проблемы переработки природного и техногенного сырья. Мурманск: МГТУ. 2013в. С. 100-112.

Сулименко Л. П., Кошкина Л. Б., Мингалева Т. А., Макаров Д. В., Маслобоев В. А. Исследование миграции молибдена в водных средах ландшафтов Хибинского массива с целью разработки природоохранных мероприятий // Вестник Мурманского государственного технического университета. 2015. Т. 18. № 2. С. 345-355.

Талалай А. Г., Макаров А. Б., Зобнин Б. Б. Техногенные месторождения Урала, методы их исследования и перспективы разработки // Известия ВУЗов. Горный журнал. 1997. № 11-12. С. 20-36.

Тарасевич И. Г., Паламарчук И. К., Набиванец Б. И. К вопросу о влиянии донных отложений на формирование состава поверхностных вод // Гидробиологический журнал. 1975. Т. 11. № 6. С. 25-30.

Ферсман А. Е. Геохимия. М.: ОНТИ Госхимтехиздат. 1934. Т. II. 354 с. 1937. Т. III. 503 с.

Фогель А. А., Сомин В. А., Комаров Л. А. Изучение сорбционных свойств материалов на основе отходов производства древесины и минерального сырья // Химия в интересах устойчивого развития. 2011. Т. 19. № 4. С. 461-465.

Халезов Б. Д. Исследования и разработка технологии кучного выщелачивания медных и медно-цинковых руд. Автореф. дисс. докт. техн. наук. Екатеринбург. 2009. 42 с.

Халезов Б. Д. Кучное выщелачивание медных и медно-цинковых руд: (отечественный опыт). Екатеринбург: УрО РАН. 2013. 346 с.

Чайников В. В., Крючкова Л. А. Практика использования техногенных ресурсов черной и цветной металлургии в России и за рубежом. М.: Знание. 1994. 30 с.

Чантурия В. А. Новые технологические процессы комплексного извлечения ценных компонентов из минерального сырья: современное состояние и основные направления развития // Геология рудных месторождений. 2007. Т. 49. № 3. C. 235-242.

Чантурия В. А., Вигдергауз В. Е. Инновационные технологии переработки техногенного минерального сырья // Горный журнал. 2008а. № 6. С. 71-74.

Чантурия В. А., Вигдергауз В. Е. Электрохимия сульфидов: теория и практика флотации. М.: Руда и металлы. 2008б. 272 с.

Чантурия В. А., Вигдергауз В. Е., Шрадер Э. А. и др. Прогрессивные (экологически значимые) технологии переработки медно-цинкового техногенного минерального сырья: проблемы и решения // Инженерная экология. 2004а. № 5. C. 3-11.

Чантурия В. А., Козлов А. П. Развитие физико-химических основ и разработка инновационных технологий глубокой переработки техногенного минерального сырья // Горный журнал. 2014. № 7. C. 79-84.

Чантурия В. А., Корюкин Б. М. Анализ техногенного минерального сырья Урала и перспективы его переработки // Проблемы геотехнологии и недроведения (Мельниковские чтения). Екатеринбург: УрО РАН. 1998. Т. 3. C. 26-34.

Чантурия В. А., Макаров В. Н., Макаров Д. В. Экологические и технологические проблемы переработки техногенного сульфидсодержащего сырья. Апатиты: кНц РАН. 2005. 218 с.

Чантурия В. А., Макаров В. Н., Макаров Д. В., Васильева Т. Н. Формы нахождения никеля в лежалых хвостах обогащения медно-никелевых руд // Доклады РАН. 20046. Т. 399. № 1. С. 104-106.

Чантурия В. А., Макаров В. Н., Макаров Д. В., Васильева Т. Н., Павлов В. В., Трофименко Т. А. Влияние условий хранения на изменение свойств медно-никелевых техногенных продуктов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2002. № 6. С. 96-102.

Чантурия В. А., Макаров Д. В., Трофименко Т. А., Макаров В. Н., Васильева Т. Н. Изменение технологических свойств техногенного сульфидсодержащего сырья в процессе хранения // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2000. № 3. С. 108-114.

Чантурия В. А., Миненко В. Г., Копорулина Е. В., Самусев А. Л., Чантурия Е. Л. Обоснование эффективности использования электрохимической технологии водоподготовки в процессах кучного выщелачивания руд // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2011. № 5. С. 115-124.

Чечель Л. П. Основные формы водной миграции металлов в зоне гипергенеза вольфрамовых месторождений Агинского рудного узла (Восточное Забайкалье) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2009. № 2. Вып. 14. С. 153-158.

Шапиро К. Я., Кулакова В. В., Евстигнеева Э. Д., Зуев В. Н., Ненашева Л. A. К вопросу о ступенчатой полимеризации и деполимеризации молибдат-ионов. // Журнал неорганической химии. 1970. Т. 15. № 8. С. 2238-2242.

Шилина А. С., Милинчук В. К.Сорбционная очистка природных и промышленных вод от катионов тяжелых металлов и радионуклидов новым типом высокотемпературного алюмосиликатного адсорбента // Сорбционные и хроматографические процессы. 2010. Т. 10. № 2. С. 237-245.

Юргенсон Г. А. Криоминералогенез в техногенных массивах. // Минералогия техногенеза-2009. Миасс: ИМин УрО РАН, 2009. С. 61-75.

Яковенчук В. Н. Иванюк Г. Ю. Пахомовский Я. А. Меньшиков Ю. П. Минералы Хибинского массива. М.: Земля. 1999. 326 с.

Яхонтова Л. К., Зверева В. П. Основы минералогии гипергенеза. Владивосток: Дальнаука. 2000. 336 с.

Bhatti T. M., Bigham J. M., Vuorinen A., Tuovinen O. H. Chemical and bacterial leaching of metals from black schist sulfide minerals in shake flasks // International Journal of Mineral Processing. 2012. Vol. 110-111. P. 25-29.

Chanturiya V. A., Bunin I. Zh., Ivanova T. A., Khabarova I. A. Effect of high-power nanosecond electromagnetic pulses on disintegration process and physics-chemical properties of sulphide minerals and noble metal-containing beneficiation products // Proceedings of the XII Balkan Mineral Processing Congress. Delphi, Greece. 2007. P. 75-80.

Chanturiya V., Masloboev V., Makarov D., Mazukhina S., Nesterov D., Men 'shikov Yu. Artificial geochemical barriers for additional recovery of non-ferrous metals and reduction of ecological hazard from the mining industry waste // Journal of Environmental Science and Health. 2011. Part A. Vol. 46. № 13. P. 1579-1587.

Chanturiya V., Masloboev V., Makarov D., Nesterov D., Bajurova Yu., Svetlov A., Men 'shikov Yu. Geochemical barriers for environmental protection and of recovery of nonferrous metals // Journal of Environmental Science and Health. 2014. Part A. Vol. 49. № 12. P. 1409-1415.

Doyle F. M. Acid mine drainage from sulphide ore deposits // Sulphide deposits -their origin and processing. Inst Mining and Metallurgy. 1990. P. 301-310.

Halinen A-K., Rahunen N., Kaksonen A. H., Puhakka J. A. Heap bioleaching of a complex sulfide ore: Effect of temperature on base metal extraction and bacterial compositions // Hydrometallurgy. 2009. Vol. 98. № 1-2. Part I. P. 92-100. Part II. P. 101-107.

Makarov D., Suvorova O., Kumarova V., Manakova N., Melkonyan R. Building materials from mining and concentration wastes of the Murmansk region, Russia // Proceedings of the XVI Balkan Mineral Processing Congress. Belgrade, Serbia. 2015. Vol. 2. P. 869-874.

Maley M., van Bronswijk W., Watling H. R. Leaching of a low-grade, copper-nickel sulfide ore 2. Impact of aeration and pH on Cu recovery during abiotic leaching // Hydrometallurgy. 2009а. Vol. 98. № 1-2. P. 66-72.

Maley M., van Bronswijk W., Watling H. R. Leaching of a low-grade, copper-nickel sulfide ore 3. Interactions of Cu with selected sulfide minerals // Hydrometallurgy. 2009b. Vol. 98. № 1-2. P. 73-80.

Masloboev V. A., Makarov D. V., Baklanov A. A., Amosov P. V., Seleznev S. G. Methods to reduce the environmental hazards of mining and processing of minerals in the Arctic regions // IMPC 2016: XXVIII International Mineral Processing Congress Proceedings. [Электронный ресурс]. Quebec: Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, 2016. 11 p. CD:\Papers\impcPaper1001.pdf.

Masloboev V. A., Makarov D. V., Nesterov D. P., Mazukhina S. I., Bocharova I. V., Menshikov Yu. P., Svetlov A. V. Geoecological validation of mechanisms and parameters of physical-chemical processes facilitating the in-depth processing of complex suphide ores and mining wastes // Proceeding of the Murmansk State Technical University. 2012. Vol. 15. № 2. P. 361-368.

Monteiro S. N., Fontes V. C. M. On the production of fired clay bricks from waste materials: A critical update. // Construction and Building Materials. 2014. Vol. 68. P. 599-610.

Qin W., Zhen S., Yan Z., CampbellM., Wang J., Liu K., Zhang Y. Heap bioleaching of a low-grade nickel-bearing sulfide ore containing high levels of magnesium as olivine, chlorite and antigorite. // Hydrometallurgy. 2009. Vol. 98. № 1-2. P. 58-65.

Raut S. P., Ralegaonkar R. V., Mandavgane S. A. Development of sustainable construction material using industrial and agricultural solid waste: A review of waste-create bricks. // Construction and Building Materials. 2011. Vol. 25. P. 4037-4042.

Suvorova O. V., Kumarova V. А., Makarov D. V., Melkonyan R. G., Masloboev V. A. Mining wastes in Murmansk region, Russia, as a source of ceramic building materials // Proceedings of the XV Balkan Mineral Processing Congress. Sozopol, Bulgaria. 2013. Vol. 2. P. 887-889.

Svetlov A., Kravchenko E., Selivanova E., Seleznev E., Nesterov D., Makarov D., Masloboev V. Perspectives for heap leaching of non-ferrous metals (Murmansk Region, Russia) // Journal of the Polish Mineral Engineering Society (Inzynieria Mineralna). 2015. № 2(36). P. 231-236.

Velasco P. M., Morales M. P., Letelier V. G., Mendívil M. A. Fired clay bricks made by adding wastes: Assessment of the impact on physical, mechanical and thermal properties. // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 125. P. 241-252.

Velasco P. M., Ortíz M. P. M., Giró M. A. M., Velasco L. M. Fired clay bricks manufactured by adding wastes as sustainable construction material - A review // Construction and Building Materials. 2014. Vol .63. P. 97-107.

Watling H. R. The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides - A review // Hydrometallurgy. 2006. Vol. 84. № 1-2. P. 81-100.

Watling H. R. The bioleaching of nickel sulphides // Hydrometallurgy. 2008. Vol. 91. № 1-4. P. 70-88.

Watling H. R., Elliot A. D., Maley M., van Bronswijk W., Hunter C. Leaching of a low-grade, copper-nickel sulfide ore. 1. Key parameters impacting on Cu recovery during column bioleaching. // Hydrometallurgy. 2009. Vol. 97. № 3-4. P. 204-212.

Yang C., Qin W., Lai S., Wang J., Zhang Y., Jiao F., Ren L., Zhuang T., Chang Z. Bioleaching of a low grade nickel-copper-cobalt sulfide ore // Hydrometallurgy. 2011. Vol. 106. № 1-2. P. 32-37.

Zhang L. Production of bricks from waste materials - A review // Construction and Building Materials. 2013. Vol. 47. P. 643-655.

Zhen S., Yan Z., Zhang Y., Wang J., Campbell M., Qin W. Column bioleaching of a low grade nickel-bearing sulfide ore containing high magnesium as olivine, chlorite and antigorite // Hydrometallurgy. 2009. Vol. 96. № 4. P. 337-341.

Сведения об авторах Макаров Дмитрий Викторович,

Доктор технических наук, директор Института проблем промышленной экологии Севера Кольского НЦ РАН, Апатиты; [email protected] Маслобоев Владимир Алексеевич,

Доктор технических наук, заместитель председателя ФИЦ «Кольский научный центр Российской академии наук», научный руководитель ИППЭС КНЦ РАН, Апатиты; [email protected] Кошкина Людмила Борисовна,

Старший научный сотрудник лаборатории экологии промышленного производства Института проблем промышленной экологии Севера Кольского НЦ РАН; [email protected] Сулименко Людмила Петровна,

Старший научный сотрудник лаборатории экологии промышленного производства Института проблем промышленной экологии Севера Кольского НЦ РАН; [email protected] Светлов Антон Викторович,

Научный сотрудник лаборатории экологии промышленного производства Института проблем промышленной экологии Севера Кольского НЦ РАН; [email protected] Мингалева Татьяна Анатольевна,

Инженер лаборатории экологии промышленного производства Института проблем промышленной экологии Севера Кольского НЦ РАН; [email protected] Денисова Юлия Леонидовна,

Кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории экологии промышленного производства Института проблем промышленной экологии Севера Кольского НЦ РАН; [email protected] Красавцева Евгения Андреевна,

Старший лаборант лаборатории экологии промышленного производства; [email protected]

Makarov Dmitry Viktorovich,

Dr. of Sci. (Engineer), Director of Institute of the Industrial Ecology Problems of the North of the Kola Science Center of RAS, Apatity; [email protected] Masloboev Vladimir Alekseevich,

Dr. of Sci. (Engineer), Deputy President for Science of Federal Reseacher Center Kola Science Center of RAS, Apatity; [email protected]

Koshkina Lyudmila Borisovna,

Senior Researcher of Institute of the Industrial Ecology Problems of the North of the Kola Science Center of RAS, Apatity; [email protected] Sulimenko Lyudmila Petrovna,

Senior Researcher of Institute of the Industrial Ecology Problems of the North of the Kola Science Center of RAS, Apatity; [email protected] Svetlov Anton Viktorovich,

Researcher of Institute of the Industrial Ecology Problems of the North of the Kola Science Center of RAS, Apatity; [email protected] Mingaleva Tatyana Anatolevna,

Engineer of Institute of the Industrial Ecology Problems of the North of the Kola Science Center of RAS, Apatity; [email protected] Denisova Yulia Leonidovna,

PhD (Engineer), Researcher of Institute of the Industrial Ecology Problems of the North of the Kola Science Center of RAS, Apatity; [email protected] Krasavtceva Evgenia Andreevna,

Senior laboratory assistant researcher of Institute of the Industrial Ecology Problems of the North of the Kola Science Center of RAS, Apatity; [email protected]

DOI:10.25702/KSC .2307-5252.2018.9.9.160-179 УДК 502.51-027.21

С. И. Мазухина

Институт проблем промышленной экологии Севера ФИЦ КНЦ РАН Лаборатория экологии промышленного производства

МОДЕЛИРОВАНИЕ В РЕШЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Аннотация

Рассмотрены возможности применения различных методов моделирования для изучения состояния атмосферы, водных и наземных экосистем Мурманской области и прогнозирования их изменения под влиянием внутренних и внешних факторов. Приведены итоги моделирования процессов формирования химического состава поверхностных и подземных вод Хибинского горного массива; трансформации промежуточных продуктов распада нефти в морских и пресных водах; прогнозные расчеты по содержанию пыли в воздушном бассейне города Апатиты в зависимости от высоты пылящей поверхности хвостохранилища АО «Апатит» и направления и скорости воздушных потоков над ним.

Ключевые слова:

термодинамическое и численное моделирование, морские и пресные воды, нефтезагрязнение, мультидисперсная пыль, хвостохранилище, Мурманская область.

S. I. Mazukhina

APPLYING MODELING FOR A SOLVING OF ECOLOGICAL PROBLEMS

Abstract

There were considered possibility of applying models to study complex natural systems of the Murmansk region. Various modeling methods were applied to investigate internal and external factors influence on the change of regional geoecological systems, to study interactions mechanisms in the "water-rock-organic matter" system, to forecast