CC BY
71
© Н.И. Грехнев, 2014
УДК 504.03.054: 622''17 Н.И. Грехнев
МИНЕРАЛЬНЫЕ ОТХОДЫ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ -ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ В ДАЛЬНЕВОСТОЧНОМ РЕГИОНЕ
Приводятся экономические и экологические проблемы использования минеральных отходов горных предприятий, связанные с тем, что хвостохранилища представляют, во-первых, крупные техногенные комплексные месторождения основных и попутных металлов, а, во-вторых, они представляют собой мощные и долговременные источники химического загрязнения окружающей среды.
Ключевые слова: экономические издержки, техногенные месторождения, диверсификация.
Разработка месторождений цветных и редких металлов и обогащение рудной массы сопровождается многими экономическими и экологическими издержками. Это связано, прежде всего, с несколькими основными причинами:
1) низким уровнем извлечения основных металлов при обогащении руд, особенно месторождений сульфидных формаций;
2) отсутствием комплексности при извлечении попутных металлов и сопутствующих элементов, которые сбрасываются в хвосты обогащения;
3) почти полным отсутствием утилизации минеральных отходов и диверсификации производства по их дальнейшей переработке.
Одной из объективной причин низкого уровня извлечения металлов является принадлежность большинства месторожденний Дальневосточного региона к сульфидным формациям, что определяет труднообогатимые типы руд. Это предопределяет, в основном, низкий уровень извлечения из них минерального концентрата. Так, к примеру, для получения промышленного концентрата в некото-
рых ГОКах юга Дальнего Востока потери основного металла составляют: по олову - около 48-50% в касситерит-сульфидных типах месторождений Солнечного ГОКа (Хабаровский край), около 30% - в касстерит-сили-катных рудах Кавалеровского района (Приморский край) и минимальные потери -18%, в касситерит-кварцевых месторождениях Мал. Хингана (Еврейская АО). Таким образом, даже при идентичной схеме обогащения руд месторождений различных минеральных типов, уровень извлечения (или потерь) олова и др. металлов в промышленный концентрат существенно различается.
В результате этого минеральные отходы обогатительных фабрик, накапливаемые в хвостохранилищах горных предприятий, представляют собой комплексные техногенные месторождения со значительными запасами рудных, редких (редкоземельных) и неметаллических полезных ископаемых. Полное отсутствие дальнейшей переработки минеральных отходов в регионе пока позволяет считать их просто отходами горного производства. Известно, что в раз-
витых странах уровень использования подобных отходов составляет 60-65%, что существенно сказывается не только на снижении стоимости продукции предприятия, но и ведет к значительному снижению вредного воздействия минеральных отходов на природную среду. С этих позиций особое значение приобретает проблема дальнейшей утилизации и (или) консервации хвостохранилищ, как и других отвальных материалов горного производства, для их дальнейшей переработки с применением прогрессивных технологий обогащения, а также диверсификации производства по использованию минеральных отходов.
Хвосты обогащения, как и прочие минеральные отходы горнодобывающих предприятий, следует рассматривать с двух позиций: 1) как техногенные месторождения легко доступного сырья для извлечения многих ценных компонентов и 2) как источник реальной угрозы химического загрязнения окружающей среды многими токсичными элементами (РЬ, 7п, С< Нд, Дэ, Б1 и др.). Месторождения ДВ региона являются, как правило, комплексными: оловянно-полиметаллическими и оловянно-редкометалльными, золото-серебряными и т.д. К примеру, в месторождениях Солнечного района помимо олова содержится вольфрам, медь, свинец, мышьяк и другие ценные металлы, хотя извлекается из добываемых руд олово, вольфрам и медь, причем не более 50% от содержания их в рудах. Не извлеченная часть основных металлов, как и другие ценные компоненты руд, как ванадий, сурьма, кобальт, серебро, золото, индий, скандий и некоторые другие, полностью сбрасываются в хвосты обогащения.
В целом же, при освоении многочисленных месторождений в Дальневосточном регионе, усредненные потери металлов при извлечении со-
ставляют: по олову 40-50%, по золоту рудному - 6-11%, по золоту из россыпей - 5-47%, по платиноидам -до 9% и т.д. При этом экономические потери, связанные с отсутствием комплексности извлечения сопутствующих металлов и редких элементов (1п, ва, Бе и др.) трудно переоценить.
Реализация первого направления позволяет повысить экономические показатели в работе ГОКов, т.е., во-первых, увеличить добычу ценных компонентов за счет перевода обогатительных технологий на прогрессивные процессы, тем самым добиться существенного повышения полноты и комплексности извлечения ценных минералов, а, во-вторых, осуществлять мероприятия по сохранению техногенных комплексных месторождений в лежалых хвостах обогащения, разработка которых в дальнейшем не потребует дополнительных геологоразведочных и трудоемких горно-добычных работ [1].
В настоящее время довольно крупные и комплексные техногенные месторождения сосредоточены в хвос-тохранилищах Солнечного, Красногорского, Дальнегорского, Хрусталь-ненского, Ярославского, Многовершинного, Хинганского и других ГОКов [3], насчитывающих в общей сумме свыше 2-х десятков (табл.1).
Каждое из этих хвостохранилищ является достаточно крупным комплексным техногенным месторождением, представляющим большой интерес для народного хозяйства. Так в Солнечном ГОКе отвальные хвосты сосредоточены в трех хвостохранили-щах: Центральное и ключей Солнечный и Долгий, в которых накоплены отходы ОФ с 5 месторождений: Фестивального, Придорожного, Перевального и Солнечного. Суммарные запасы отвальных песков и содержащихся в них основных металлов и попутных компонентов согласно уче-
Таблица 1
Горно-экономическая и экологическая характеристика хвостохранилищ наиболее крупных горных предприятий южной части Дальнего Востока России
Горнопромышленные предприятия, место расположения Кол-во х/хра-нил. их объемы (млн. т) Площадные размеры, тыс. га Главные металлы и спутники. Запасы (млн.т) и содержания полезных металлов, (%)
Кавалеровский район (Приморье) 6/8,6 7,6 Олово - 47,37 (С-0,18); медь - 19,46 (С-0,11); свинец - 32,4 (0,05); цинк - 95,2, (0,12); (а также - Ад, Аи, ЯЬ, Об)
«Дальполиметалл», (Приморье) 5/>100 7,0 Свинец, цинк, серебро, висмут, (также - Аб, С<^ Си, Со)
Химкомбинат «БОР» (Приморье) 2/>100 100 Бор (а также - 2п, РЬ и др.)
Лермонтовская ГРК (Приморье) 2/9,2 15,2 Вольфрам, цинк, медь, свинец, кадмий
Солнечный ГОК (Хабаровский кр.) 3/30,0 1,5 Олово, медь, вольфрам, свинец, (Б1, БЬ, Аб, Аи и ТЯ)
Ярославский ГОК (Приморье) 3/16,8 2,94 Флюорит-2401 (С-14,31); Ве20 - 19,5 (0,116); Ы20 - 99,44 (0,59); ЯЬ20 - 53,2 (0,32); ОБ - 2,5 (0,015)
Хинганский ГОК (Еврейская АО) 2/3,95 0,54 Олово, фтор
«Многовершинный ГОК», (Хабаровский кр.) 1/>15,0 0,65 Золото, серебро (25-50 г/т)
Рудник Покровский (Амурская обл.) 1/2,3 (?) 0,102 Золто, серебро (>50 г/т)
Всего 25/292 02,8 га -
Примечание: жирным шрифтом указаны основные добываемые металлы.
Таблица 2
Полезные компоненты хвостохранилища Содержание в хвостах, % Запасы, тыс.т.
Пески - 25 249,4
Олово 0,183 46,393
Медь 0,28 70,7
Цинк 0,156 39,4
Свинец 0,188 47,9
Вольфрам 0,015 6,7
Висмут 0,013 5,9
Серебро 115,8 г/т 0,34
ту геолого-маркшейдерской службы комбината по состоянию на 01.01. 2002 г. по этим хвостохранилищам приводится в табл. 2 [2].
Как видно из табл. 2, помимо гигантских запасов мелко фракционированных песков в них содержится крупные запасы ценных металлов, таких как медь, олово, свинец, вольфрам, серебро и др., что позволяет оценивать эти хвостохранилища как крупные комплексные техногенные месторождения.
Особый интерес конечно представляют хвосты обогащения, сосредоточенные в крупных хвостохранилищах и которые можно оценивать как крупные комплексные техногенные месторождения полезных ископаемых. Отходы обогащения, накапливающиеся в крупнообъемных хвостохранилищах, более удобны для разработки и утилизации, чем другие крупнообломочные отвальные материалы, поскольку они, во-первых, более однородны, а во-вторых, представляют собой уже дробленые, иногда фракционированные пески, которые наиболее перспективны для извлечения ценных компонентов, а также могут быть использованы для строительных целей.
Минеральные отходы горных предприятий, особенно крупнообъемные хранилища хвостов обогащения, представляют собой мощные и долговременные источники химического загрязнения окружающей среды за счет их разноса водными и ветровыми эрозионными процессами. Особенно подверженными загрязнению оказываются системы поверхностных и подземных вод, расположенными по направлению сноса материала хвостохранилищ, и, как показывают наши исследования, оказываются аномально загрязненными многими элементами 1-ой группы токсичности (РЬ, 2п, С< Нд, Дэ, Б1 и др.).
Известно, что максимальному химическому загрязнению токсичными
элементами подвергаются экосистемы от хвостохранилищ, не зависимо от рекультивации их в пределах законсервированных или просто остановленных рудников. Особенно это относится к хвостохранилищам, в которых происходят активные процессы окисления сульфидных минералов, их преобразование в подвижные минеральные формы и сопровождающие их растворение и вынос токсикантов в поверхностную гидросеть. Доказательством этому являются наши исследования поверхностного водного потока, вытекающего из рекультивированного хвостохранилища кл. Солнечного, с которым сбрасывается в р. Лев. Силинка, с суточным дебитом свыше 50 м3 (или около 20 тыс. м3 в год) аномально загрязненных вод, содержащих 3,8 мг/л марганца, 1,0 -меди, 0,34 - свинца, 2,8 - цинка, 8,4 - железа, 0,06 - кадмия и другие токсикантов, что составляет в сумме около 2,5 т растворенных высокотоксичных металлов в год.
Растворение и вынос в водные системы токсичных элементов происходит из отвальных пород практически всех месторождений сульфидной формации, разрабатывающих карьерами зону окисления рудных тел. Доказательством этому приводится химическая характеристика атмосферных осадков, дренирующих отвальные породы некоторых рудных месторождений, включая рН растворов, содержания сульфатиона (мг/л) и токсичных металлов (мкг/л) на выходе в водных растворах (по Елпать-евскому, 1997).
В настоящее время большинство рудников, разрабатывающих ранее месторождения цветных и редких металлов в ДВ регионе законсервировано или прекратило свое функционирование по разным причинам, лишь в отдельных (Солнечный ГОК, Молодежный рудник и др.) работы продолжа-
Наименование месторождений рН SO4 Pb Cd Zn Fe Mn As
Смирновское (Приморье) 4,15 6,15 0,13 0,11 0,06 20,7 0,24 3,15 <0,002
Ново-Монастырское (Приморье) 3,05 4,63 7,4 0,13 0,96 544 31,3 35,5 <0,002
Солнечное (Хабаровский кр.) 4,53 8,15 7,2 0,02 0,27 53,3 0,04 59,7 0,014
Примечание: 1 - дренажные воды отвальных пород Смирновского месторождения, олово-полиметаллические руды; 2 - то же Ново-Монастырского месторождения, сульфидно-полиметаллические руды; 3 - то же Солнечного месторождения, касситерит-сульфидные руды.
ются, но объемы добычи сокращены на 60-80%, тем не менее загрязненность донных осадков таких рек, как Силинка, не только не снизилась, но наоборот, увеличилась как по интенсивности аномалий, так и по протяженности геохимических потоков.
На рисунке приводится сопоставление величин аномальности потоков рассеяния в донных осадках р. Си-линка, опробованных по фиксированным точкам в русле реки на всем ее протяжении в разное время с 1990 по 2006 гг. (рисунок). Учитывая интенсивность работы ГОКа в 1990 г.,
когда на полную мощность работали 5 рудников, аномальный поток отмечался в интервале русла реки от 3-го по 30-й км с суммарной контрастностью (Кк) от 10 до 100 единиц. Результаты опробования донного потока в 2006 г. после после закрытия большинства рудников сокращения работ ГОКа на 80% показывают, что аномальный поток увеличился с 3 до 44 км, а суммарная аномальность его возросла со 100 единиц Кк до 150 -450 единиц.
Анализируя представленный рисунок, можно заключить, что аномаль-
0 4 В 12 16 20 2а 44 57
□ опробование 1990 г. ■ опробование 2006 г
Сопоставление интенсивности аномального потока в донных осадках р. Силинка в разные периоды
ный водный поток, принимавший ранее технологические сбросы горного производства, после фактической остановки производства подвергся дополнительному, очень сильному, загрязнению, и суммарные концентрации (Кк) по ряду химических элементов (РЬ, Си, 7п, Дэ, С<< и БЬ) в донных осадках увеличились более чем в 4 раза. По мнению исследователей и автора статьи, существенный вклад в загрязнение донного потока вносят расположенные в долине р. Силинки 3 крупных хвостохранилища.
Многократным геохимическим опробованием наиболее высокий аномальный литохимический поток в донных осадках отмечается на участке реки между поселками Горный и Солнечный, однако его максимум сосредоточен ниже выпуска сточных вод рудника «Солнечный» и хвостохрани-лища ОФ. Вниз по течению аномальность потока снижается постепенно, и к устью реки, у г. Комсомольск-на-Амуре в донных осадках аномальный поток не выявляется вовсе, хотя вода р. Силинка продолжает сохранять достаточно высокий характер загрязнения (III - IV класс).
Помимо водных систем существенному химическому загрязнению подсопоставим с таковым в рудах и донных осадках. Максимальных концентраций достигают соли Дэ, Бп, БЬ, С< 7п, Б1 и др. в почвах участков, прилегающих к месторождению и хвостохранилищу рудн. Солнечный,. Ранжированный по коэффициентам концентрации геохимический ряд имеет следующий вид: 40Дэ,БЬ -30Ш - 17Бп - 10РЬ,С< - 5-8Си,Дд,Б1. Площадные размеры аномальных ореолов в горных ландшафтах небольшие, однако их наложение на почвы долинных ландшафтов значительно расширяет площади загрязнения. Причем, спектр элементов-загрязнителей атмосферы и почв, по данным
снегового опробования [Остапчук, 1992], намного шире: в твердой фазе снеговой пыли содержится от 0,02 до 3,0% свинца, 0,01-3,0 - цинка, до 0,01 - кадмия, 0,002-0,6 - мышьяка, до 0,0008 - серебра, до 0,03 - сурьмы, 0,002-0,1 - меди, до 0,2 - олова и до 0,01 - висмута. Нетрудно заметить, что химический состав атмосферной пыли соответствует составу полиметаллических руд не только по набору элементов, но и по уровню содержаний основных рудных элементов (свинец, цинк, кадмий, мышьяк, олово).
С аэрозольно-пылевыми выбросами ГМК ОАО «Дальполиметалл» связано интенсивное загрязнение почв. Так, в пределах г. Дальнегорска и п. Рудная Пристань в поверхностном 5-ти сантиметровом слое почв установлены высокие концентрации РЬ (0,01-0,1), 7п (0,01-0,04), Са (0,0006), Дэ (0,006), Дд (0,0004) и Б1 (0,0008). Максимальные содержания элементов-загрязнителей в почвах зафиксированы именно в зоне влияния свинцового завода.
Техногенные месторождения представляют собой новый для Дальнего Востока вид минерального сырья, формирующийся в процессе горнопромышленного производства. Они привлекают крупными запасами различных полезных компонентов, в т.ч. цветных, редких, благородных и других металлов.
Решение острой экологической проблемы хвостов обогащения требует летального изучения их обводненности и минералогического состава с целью консервации хвостохранилищ для прекращения их функционирования их в виде активных источников химического загрязнения экосистем, а также сохранения техногенных месторождений для перспективной переработки в качестве техногенных месторождений.
список ЛИТЕРАТУРЫ
1. Макаров А. Б. Техногенные месторождения // Соросовский образовательный журнал. - 2000. - № 8. - C. 76-80.
2. Крейнес А.Е., Высотин А.Л., Коренев Г. В. Организация горно-металлургического комбината. Проект ТЭО. п. Солнечный. 2003.
3. Грехнев Н.И., Рассказов И.Ю. Техногенные месторождения в минеральных отходах
Дальневосточного региона как новый источник минерального сырья // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. ОВ4 «Дальний Восток-1». - С. 38-46.
4. Елпатьевский П.В. Горнопромышленный тип техногенеза, его геохимия и мониторинг // Мат-лы I Всесоюзного совещ. «Геохимия техногенеза». Иркутск. - 1985. Т. 1. - С. 63-67. ЕШ
коротко ОБ АВТОРЕ_
Грехнев Николай Иванович - кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией, e-mail: [email protected], Институт горного дела ДВО РАН.
UDC 504.03.054: 622''17
MINING ENTERPRISES WASTES THAT CREATE ECONOMIC AND ECOLOGIC PROBLEMS TO SUBSOIL USAGE IN THE RUSSIAN FAR EASTERN REGION
Grehnev N.I., Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, Head of Laboratory, e-mail: [email protected],
Mining Institute of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences.
Economic and ecologic problems are presented that are accompanying mining enterprises wastes usage and stipulated by the fact that tailing dumps, firstly, are essentially large-scale technogenic complex deposits of basic and by-product metals and, secondly, they represent by themselves massive and long-term sources of the environment pollution.
Key words: economic expenses, technogenic deposits, diversification.
REFERENCES
1. Makarov A.B. Sorosovskij obrazovatel'nyj zhurnal, 2000, no 8, pp. 76-80.
2. Krejnes A.E., Vysotin A.L., Korenev G.V. Organizacija gorno-metallurgicheskogo kombinata. Proekt TJeO (Mining-and-metallurgical integrated works organization. Feasibility study project), p. Solnechnyj, 2003.
3.Grehnev N.I., Rasskazov l.Ju. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten', 2009, Special Issue no 4 «Dal'nij Vostok-1», pp. 38-46.
4. Elpat'evskij P.V. Mat-ly I Vsesojuzn. soveshh. «Geohimija tehnogeneza» (Proceedings of the 1st AllUnion Conference «Geochemistry of Techno-Genesis»), Irkutsk, 1985, vol. 1, pp. 63-67.
