CC BY
649
о последнего десятилетия в Дальневосточном регионе функционировало около 10 крупных ГОКов по разработке рудных металлических (олово, вольфрам, свинец, цинк, серебро и др.), свыше 50 предприятий, разрабатывающих россыпные месторождения (золото, платина), и около 200 организаций, занимающихся добычей энергетических и строительных материалов, а также различных видов сырья и материалов [1]. В результате
Дэтих работ накоплено огромное количество твердых отходов в виде отвалов околорудных пород, некондиционных руд и хвостов обогащения, большинство из которых следует рассматривать как техногенные месторождения различного минерального сырья, пригодные для извлечения как основных, так и попутных ценных компонентов, а также как источник реальной угрозы загрязнения окружающей среды токсичными элементами (As, Щ, РЬ, Zn, Cd и др.). Поэтому изучение вопросов использования накопленных и формирующихся многочисленных техногенных месторождений, а также их негативного влияния на экологическое состояние экосистем горнорудных районов имеет приоритетное значение как для повышения эффективности работы
горнопромышленного комплекса, так и для охраны природной среды. Хвосты и прочие отвальные материалы горнодобывающих предприятий следует рассматривать, во-первых, как техногенные месторождения минерального сырья, пригодные для извлечения ценных компонентов, и, как источник реальной угрозы загрязнения окружающей среды высокотоксичными химическими элементами, во-вторых.
Хвосты обогащения как техногенные месторождения
Примерами довольно крупных техногенных месторождений могут служить хвосты обогатительных фабрик Солнечного, Хинганского, Красногорского, Дальнегорского, Хру-стальненского, Ярославского, Многовершинного и других ГОКов, сосредоточенные в десятках обширных хвостохранилищ. Вовлечение их в разработку позволит увеличить добычу ценных компонентов без дополнительных геологоразведочных работ и повысить рентабельность работы горных предприятий за счет повышения полноты и комплексности извлечения минерального сырья, включая попутчики всех групп.
Объемы суммарных отходов горнодобывающей отрасли только по Хабаровскому краю ежегодно составляют около 200 млн м3, из которых используется для хозяйственнотехнологических нужд самих предприятий или в производстве строительных материалов менее 20%. По отдельным же предприятиям (Солнечный ГОК) используется всего лишь 12% извлекаемой горной массы. В целом по региону потери металлов при обогащении составляют: по олову около 50%, по золоту рудному - более
10%, по золоту россыпному - до 47%, по платиноидам - до 10%. Так, к примеру, потери основного рудного компонента оловянных месторождений -олова составляет по Хрустальненско-му ГОКу 29,72%, по Солнечному ГОКу - 47,6%, по комбинату «Хингано-лово» - 17,73%. Солнечный ГОК извлекает из труднообогатимых комплексных олово-сульфидных руд всего лишь около 50% олова, 60% меди и 50% трёхокиси вольфрама [1, 2]. Комплексность извлечения из олово-
полиметаллических руд не превышает 50%, а такие ценные компоненты как ванадий, сурьма, золото, кобальт, индий, скандий и другие металлы практически полностью остаются в хвостах обогащения.
В структуре отходов Дальневосточной горной компании (бывший Солнечный ГОК), перерабатывающем руды Солнечного, Фестивального, Перевального и Придорожного оловянных месторождений с начала 60-х годов двумя обогатительными фабриками, в хвостохранилищах накоплено свыше 10 млн м3 отвальных материалов, содержащих в сумме 46392 т олова (при среднем содержании 0,183%), 707000 т меди (0,28%), 39356 т цинка (0,156%), 47853 т свинца (0,188%), 6742 т вольфрама (0,015%), 5874 т висмута (0,013%) и 339 т серебра (116 г/т). В рудах большинства оловянных месторождений содержится индий, кадмий, скандий от единиц до 50-100 г/т, а также золото около 0,1 г/т и другие ценные элементы. Эти компоненты часто вообще не учитываются в отвальных хвостах, поскольку их извлечение по существующим, устаревшим технологическим схемам на действующих обогатительных фабриках крайне низкое (не более 5-10%).
С этих позиций, для повышения эффективности работы горнорудного комплекса, особое значение приобретает проблема вовлечения отвальных материалов в ранг техногенных месторождений, разработка более совершенных технологий извлечения полезных компонентов, повышения комплексности и полноты извлечения. Поскольку нормы содержания металлов в хвостах и других отходах отсутствуют, для экспертной оценки объема руд в них следует ориентироваться на среднеотраслевые показатели. При соответствующих концентрациях благородных, редких и особо дефицитных металлов возможность использования или необходимость хранения отходов требуют всестороннего рассмотрения и обоснования. Так необходимым условием для рекомендации к использованию в народном хозяйстве промышленных отходов является отсутствие в них токсичных элемен-
© Г.В. Секисов, Н.И. Грехнев 2002
УДК 552.054:622(571.6)
Г.В. Секисов, Н.И. Грехнев
МИНЕРАЛЬНЫЕ ОТХОДЫ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО РЕГИОНА: ПРОБЛЕМЫ ИХ УТИЛИЗАЦИИ И ЭКОЛОГИИ
тов. Однако подавляющее большинство месторождений Тихоокеанского рудного пояса относится к сульфидной формации, поэтому отходы практически всех месторождений содержат высокотоксичные металлы (As, РЬ, Cd, Sb и др.). Поэтому нужны более совершенные технологические схемы извлечения полезных компонентов с учетом экологических требований по охране природной среды.
Предпринятые ЦНИИолово исследования по анализу технологических проб, сформированных из хвостов Солнечной ОФ, показали, что основной оловянный минерал - касситерит находится на 75% в свободном состоянии и теоретически может быть извлечен в промышленные концентраты. При обогащении этих проб по комбинированной схеме с выделением гравитационного и флотационного концентратов и сульфидного продукта показано, что можно получить промышленные оловянные концентраты содержанием олова до 50% . Была установлена также возможность получения из сульфидных продуктов доводки комплексного оловянно-свинцово-цинкового и серебро-висмут-кадмий-содержащих продуктов, пригодных для металлургической переработки [1]. Анализ приведенных фактов свидетельствует о том, что хвосты обогащения Солнечного ГОКа (аналогичная ситуация складывается на большинстве ГОКов Дальневосточного региона) являются ценным минеральным сырьем, глубокая переработка которых может обеспечить дополнительную добычу ценных металлов.
Существенное внимание, имеющее важное практическое значение, должно быть привлечено к рудничным водам, сбрасываемым из горных выработок или дренируемым хвосто-хранилища и другие отвальные материалы, которые представляют собой высоко насыщенные металлами растворы и из которых почти повсеместно кристаллизуются вторичные минералы в виде корок, натеков, сталак-тит-сталагмитовых образований белого, желтого, зеленого, голубого цветов с различными оттенками. Они представлены как монометалльными, так и полиметалльными соединениями, образующиеся при различных условиях Еh и рН (Eh - от 0.2 до 0.5 в;
рН - от 3.0 до 9.0). Эти растворы имеют высокие концентрации рудных элементов и могут рассматриваться как «жидкие руды». Пока же они не подвергаются промышленной переработке и выносятся в поверхностные и грунтовые воды и неизбежно приводят к интенсивному загрязнению водных систем [3, 5].
Влияние техногенных отвалов на природные системы
Накопленные огромные массы техногенных минеральных образований в горнорудных районах подвержены активным геохимическим процессам, которые оказывают отрицательное, а зачастую, и крайне опасное воздействие на природную среду. В результате интенсивного влияния на природную среду в горнорудных районах с длительно эксплуатирующимися рудными месторождениями (Дальнегорский, Вознесенский, Комсомольский районы)) сложилась кризисная экологическая обстановка, где помимо интенсивных геомеханических нарушений геологической среды (нарушение рельефа, почвеннорастительного покрова, гидросети и т.д.), интенсивному техногеохими-ческому загрязнению подверглись практически все компоненты природной среды (почвогрунты, грунтовые и поверхностные воды, илы донных осадков, растительность и т.д.).
Основными загрязняющими веществами являются соли высокотоксичных металлов (РЬ, Zn, As, Cd, Си и др.), поступающие с водоотливами из горных выработок, дренажа хвостов обогащения, шламоотстойников и отвалов вскрышных и околорудных пород. Химический состав и интенсивность насыщения солями дренажных вод, формирующихся в отвальных материалах ряда дальневосточных месторождений за счет атмосферных осадков, приводятся в табл. 1, где показаны аномальные значения Р^среды и сульфат-иона,
а также высокие концентрации катионов тяжелых металлов.
Определенный вклад в трансформацию природных вод вносят также плоскостной смыв с породных отвалов, хранилищ некондиционных руд и промплощадок. Переходу элементов в водные потоки способствуют природно-климатические особенности Дальнего Востока с характерными для этого региона температурными контрастами и высокой влажностью, обуславливающими усиление процессов окисления сульфидных руд и разложение минералов, а также промывным режимом почв, ускоряющим поступление солей металлов в поверхностные и грунтовые воды. Вследствие комплексного воздействия указанных факторов, а также нарушения технологических режимов эксплуатации очистных сооружений, достаточно крупные водотоки (реки IV и V порядков) перешли в категорию «чрез-вы-чайно грязных« из-за высоких концентраций Zn, Си, As, РЬ, Sn и др., содержания которых стабильно превышают 10 ПДК, а в некоторых случаях достигают 100-180 ПДК.
Следует подчеркнуть, что в рудных районах изначально формируются природные гидрохимические аномалии, иногда с достаточно высокими концентрациями тяжелых металлов. Так, в бассейнах рек Силинка, Рудная (Комсомольский и Дальнегорский рудные районы), выше первого техногенного источника загрязнения, в донных осадках фиксируются контрастные аномалии: Sn - до 400 г/т, Си -до 800 г/т, Zn - 3000 г/т, РЬ - до 600 г/т, что многократно (от 3 до 30 раз) превышает фоновые концентрации этих металлов по району. Введение в эксплуатацию рудных месторождений приводит к дополнительному поступлению металлов и наложение техногенной составляющей аномальных потоков в поверхностных водотоках и грунтовых водах.
Эколого-геохимическое обследование многочисленных рудников Приамурья и Приморья показало, что
Таблица 1
ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДРЕНАЖНЫХ ВОД НЕКОТОРЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (МГ/Л) /ПО ЕЛПАТЬЕВСКОМУ,1988/
Месторождения Рh SO4 Си ръ са Zn Fe
Смирновское 4,15 615 0,13 0.11 0,06 20,7 0,24
Н-Монастырское 3,05 4,63 7,4 0,13 0,96 544 31,3
Солнечное 4,53 153 7,2 0,02 0,27 53,3 0,04 5
все горные предприятия в существенной мере изменяют химический состав природных вод. В результате этого типичные для региона фоновые ультрапресные гидрокарбонатнокальциевые воды транс-формируются в кислые сульфатные или сульфатнокальциевые воды с высокой минерализацией, превышающей фоновые воды района на 1-3 порядка по значительному спектру химических загрязнителей. Такой примерно контрастности техногенная аномалия токсичных металлов фиксируется в р. Рудной (Дальне-горский район) как в водном потоке, так и в донных осадках. В результате с речным стоком ежегодно поступает в бухту Рудную (Японское море) до 20 тыс. т тяжелых металлов техногенной природы, вследствие чего в прибрежно-морских донных осадках содержания марганца, цинка, свинца и кадмия на порядок и более превышают фоновые уровни [3].
Помимо водных систем существенному химическому загрязнению подвергаются почвы, выполняющие роль базового субстрата экосистем. Спектр элементов-загрязнителей сопоставим с таковым в донных осадках. Техногеохимические аномалии достигают максимальных концентраций в почвах участков, непосредственно прилегающих к месторождениям, где обнаруживаются соли As, Sn, Sb, Cd, Zn, ВІ и других металлов. Так, например, ранжированный геохимический ряд элементов-загрязни-телей в почвах Вознесенского горнорудного района (в коэффициентах концентрации) имеет следующий вид: 40As, Sb - 30W - Шп - 10РЬ, Cd - 5-8Си, Ag, Ві. Площадные размеры аномальных ореолов в горных ландшафтах характеризуются различными параметрами, однако их наложение на почвы долинных ландшафтов существенно расширяет площади загрязнения.
Загрязнение почв происходит при разработке рудных месторож-
Таблица 2
дений, обогащении и металлургическом переделе рудных концентратов вследствие массовых выбросов пыли при взрывах в карьерах, при сушке руды и концентратов, в результате распыления породных отвалов, рудохранилищ и шламоот-стойников, а также благодаря аэрозольным выбросам при плавке рудных концентратов. Перечисленные процессы отмечаются практически во всех горнорудных районах, но особенно интенсивно они проявлены в районах с длительной историей эксплуатации месторождений. Так например, установлены аномально высокие концентрации широкого спектра ТМ, выявленные в процессе снегового опробования (пылевые осадки) в районах Ярославского, Кавалеровского и Дальнегорского ГОКов, при максимальном их значении в окрестностях г. Дальнегорска и пос. Рудная пристань, где помимо ГОК работали горно-химический комбинат ПО «Бор» и плавильный завод по переработке свинцовых концентратов (табл. 2) [3].
Особенно повышенными концентрациями ТМ (почти на 2 порядка) по сравнению с фоновыми участками отличаются почвы, расположенные в непосредственной близости от ГОКов. Однако характер ареалов и интенсивность загрязнения во многом зависят не только от объемов выбросов и параметров источников загрязнения, но и от характера прилегающего рельефа. Так на основе многомерного статистического анализа реакции почвенных подстилок (го-риз.Аі) установлено (Копцик С.В. и др. 2000), что при высоте точечного источника, превышающего неровности окружающего рельефа, изолинии равных выпадений представляются на плане в виде окружностей, а снижение интенсивности
выпадения загрязняющих веществ, следовательно и загрязнения почв, обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. Если аэрозольное облако, несущее загрязнение, распространяется преимущественно в пределах горной долины, отходящей от источника загрязнения, конфигурация ареала загрязнения будет повторять морфологию долины, а интенсивность выпадений будет снижаться обратно пропорционально расстоянию [8].
Особенности гипергенных процессов в отвальных материалах и трансформация сульфидных минералов
Процессы преобразования минеральных образований хвостохрани-лищ и других отвальных материалов рудных месторождений сульфидной группы, определяются реакциями окисления, растворения и выщелачивания. Многие исследователи, занимавшиеся изучением процессов разрушения рудных минералов в зоне гипергенеза [4,5,6], объясняют их превращение с позиции коррозионной или электрохимической модели, существо которой заключается в реакции разрушения минерала с выделением или захватом электронов, т.е. гальваническим эффектом, а интенсивность и результативность реакции обуславливаются возможностью окислительно-восстановительной среды. Однако решающее значение при протекании окислительных реакций играет главный природный окислитель - кислород, растворенный в природных водах, и основная роль в этом процессе отводится катионному обмену в омывающем минерал электролите или на контактирующем минерале. Существенная роль при окислении отводится также микроорганизмам (бактериям), которые повышают интенсивность разрушения минерала. Бактерии в
СОСТАВ И УРОВНИ НАКОПЛЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СНЕГОВОМ ПОКРОВЕ ГОРНОРУДНЫХ РАЙОНОВ ПРИМОРЬЯ
Горнорудный район, предприятие Токсичные элементы и уровни их накопления (относительно фона -КК) Значения суммарного показателя
Среднее Размах
Вознесеновский Ярославский ГОК Zn-80, Ве-50, As-15, Sn-15, Мо-10 54 18 - 170
Дальнегорский АО «Дальполиметалл», ПО «Бор» As-600, Sn-400, Zn-300, РЬ-300, Ag-160, В-40, Си-20, Мп-40 180 11 - 1280
Кавалеровский Хрустальненский ГОК Sn-200, As-40, Zn-30, Pb-20,V-20 118 14 - 504
этом процессе выступают в роли «живого» катода, отнимающего электроны при окислительной реакции на себя, в сферу внутриклеточных жизнеобеспечивающих реакций
[4].
Процессы трансформации первичных сульфидных минералов достаточно сложны и протекают в несколько стадий. На начальной стадии разрушения сульфидов образуются в основном сульфаты, отчасти оксиды и гидроксиды. Образование карбонатов, арсенатов, силикатов и основной массы гидроксидов, относительно устойчивых в зоне гипергенеза, происходит на конечной стадии преобразования сульфидов. В отвальных материалах сульфидных руд гипергенные процессы обуславливают образование большого количества гидроксидов железа, отлагающихся в виде ноздреватых агрегатов. Из других новообразований отмечаются сульфаты железа (мелантерит FeSO4 7Н20, феррагексагидрит FeSO4 6Н20, ро-ценит FeSO4 и др.), сульфаты магния и кальция ( эпсомит MgSO4 7Н20 и гипс CaSO4 2Н20), сульфаты алюминия (базалюминит А14^04(0Н)ю 5Н20}, карбонаты (англезит РЬСОз, церуссит РЬСОз, плюмбоярузит PbFe6{(OH)6(SO4)2}2, смитсонит ZnCOз, госларит ZnSO4
7Н20). Растворение минеральных форм и перевод катионов в водные растворы осуществляется на сульфатной стадии трансформации сульфидов, т.к. следующая стадия приводит к образованию карбонатов и гидроксидов, достаточно устойчивых в зоне гипергенеза [5 и др.]
Процессы разложения рудных минералов усиливаются благодаря воздействию кислорода и воды. Накопленные в рудничных и техногенных водах соли токсичных элементов распространяются в поверхностных и грунтовых водах, т.е. происходит гидрохимическое рассеивание, которое затем усиливается биогеохимическим рассеиванием с загрязнением растений, ягод, почв, животных и других компонентов экосистемы.
Фильтрация технологических и сточных вод через толщу хвостов приводит к осаждению взвесей в теле хвостохранилища, так почти 98% взвесей задерживается при фильтрации промстоков через слой в 1,5 м. При этом устанавливается закономерность, которая заключается в том, что фильтрация технологических стоков через слой хвостов и их разбавление атмосферными осадками не приводит к изменению химического состава этих вод на выходе из хвостохранилища. Со-
став раствора будет всегда равновесен по отношению к минералам хвостохранилища и отличаться от состава промстоков лишь более низкой концентрацией взвесей [6,7]. Поэтому рекультивация хвостохра-нилищ, расположенных в зоне активной аэрации и циркуляции грунтовых вод, как правило, не приводит к снижению аномальности дренирующих их вод. Примером сказанному может служить аномальный поток, вытекающий из-под хвостохранилища Солнечной ОФ (Комсомольский район), который сбрасывает в русло р. Лев. Силин-ка свыше 50 м3 в сутки (почти 20 тыс. м3 в год) аномально загрязненных вод с концентрациями марганца около 3,8 мг/л, меди - 1,0 мг/л, свинца - 0,34 мг/л, олова - 0,1 мг/л, цинка - 2,8 мг/л, железа - 8,4 мг/л, кадмия - 0,06 мг/л).
Помимо этого, процессы фильтрации растворов через тело хвосто-хранилища и осаждения взвесей приводит к формированию в его основании глинисто-илистого слоя с высокой степенью обводненности, которые в горных районах часто служат причиной прорыва ограждающих дамб и образования оползней и селевых потоков с катастрофическими последствиями.
1. Основные проблемы изучения и добычи минерального сырья. Минералого-сырьевой комплекс на рубеже веков. Хабаровск. Изд-во ДВИМСа, 1999.
2. Состояние природной среды и природоохранная деятельность в Хабаровском крае в 1997 году. Хабаровск, 1997.
3. Грехнев Н.И., Остапчук В.И., Кислицын Л.В. Тяжелые металлы в экосистемах районов добычи и переработки оловяннополиметаллических руд юга Дальнего Востока //Влияние процессов горного производства на объекты природной среды. Владивосток: Дальнаука, 1998.
4. Ляликова Н.Н. Роль микроорганизмов в образовании и ираз-рушении сульфидов в рудных месторождениях. Г еол. рудных м-ний, 1970, №1.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. Зверева В.П. Морфология и минералогия зоны гипергенеза оловорудных месторождений Кавалеровского района (Приморье). Сб. Минералого-геохимические индикаторы рудоносности и петро-генезиса. Владивосток: ДВО РАН, 1996.
6. Постникова В.П., Яхонтова Л.К. Минералогия зоны гипергенеза оловорудных месторождений Комсомольского района. Владивосток: ДВО РАН, 1984.
7. Чантурия В.К., Макаров В.Н., Макаров Д.В. Инженерная геология: особенности гипергенных процессов в заскладированных горнопромышленных отходах. Инж. геология, 1999, №48.
8. Копцик С.В., Копцик Г.Н. Многомерный статистический анализ реакции подстилок лесных почв на атмосферное загрязнение. Экология, №2 2000.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------------------------------
Секисов Геннадий Валентинович - доктор технических наук, профессор, институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск.
----------------------------- «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2002» СЕМИНАР № 8 ----------------------------------------
Грехнев Николай Иванович - кандидат геолого-минералогических наук, ст. научный сотрудник, ИГД ДВО РАН, г.Хабаровск.
