CC BY
67
© A.B. Нсмировский, 2014
УДК 622.271
A.B. Немировский
ПРОБЛЕМЫ ОСАЖДЕНИЯ ПЫЛИ ПРИ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ХВОСТОХРАНИЛИЩА СТОЙЛЕНСКОГО ГОКа
Рассмотрены проблемы влияния хвостохранилиша на окружающую среду, физика процессов образования наливного хвостохранилиша с распределением частиц на определенные расстояния, в зависимости от их крупности. Представлены существующие методы и способы пылеподавления, в том числе используемая на ОАО «Стойленский ГОК» водяная завеса.
Ключевые слова: окружающая среда, хвостохранилище, пыль, ветровые нагрузки, сухой пляж, водяная завеса.
Хвостохранилище Стойленско-го горно-обогатительного комбината относится к балочному типу по месторасположению и намывному по способу возведения ограждающих сооружений. Оно организовано путем выгораживания емкости в балке двумя глухими намывными плотинами: нижней и верхней для защиты отвалов от потопления. Обе плотины намыты из среднезернистых песков.
Территория хвостохранилища расчленена на два участка суммарной площадью около 4,5 кв. км. Заполняемая емкость хвостохранилища состоит из пляжа складируемых отходов и отстойного пруда в балке Сычев Ёог.
Для транспортирования хвостов к месту их складирования используются напорно-самотечные пульповоды. Намыв оснований под плотины осуществляется по односторонней схеме, от плотин. Наращивание плотин выше отметки 147,6 м выполняют из намытых хвостов крупной фракции. Раскладка хвостов в чаше хвостохрани-лища производится по комбинированной схеме (от «плотин» и от «берегов»).
Применяемая технология функционирования хвостохранилища не исключает загрязнение окружающей среды пылевыми потоками, особенно в летнее время в период ветровых нагрузок. Основными источниками загрязнения атмосферы хвостохранилищ являются пылящие поверхности сухих пляжей намывных отсеков, откосы дамб и плотин. Наибольшую опасность представляют участки хвосто-хранилища, находящиеся в стадии наращивания. Опыт эксплуатации показывает, что обеспечить подводную укладку хвостов по всей площади хво-стохранилища практически не удается. Как правило, даже в намывных хвостохранилищах образуются надводные пляжи, которые в сухую и ветреную погоду являются постоянными источниками пыления.
В большинстве случаев хвосты представлены измельченными кварцитами, близкими по своим свойствам к природным пескам. Поверхность их частиц весьма шероховата и содержит более 50 % свободного диоксида кремния. Железорудная пыль отрицательно влияет на продуктивность сельхозугодий, т.к. в почву вокруг
хвостохранилища попадают в повышенных дозах такие металлы, как цинк, медь, марганец, хром, свинец, железо.
Содержание различных химических элементов, превышающих предельно допустимые концентрации, приводит к значительному ухудшению качества почв. Кроме загрязнения происходит также нарушение морфологического строения профиля почв и изменение ландшафта. В пределах геохимических аномалий не только почвы, но и растения в различной степени характеризуются повышенным содержанием металлов и других химических элементов.
Добываемые железистые кварциты при обогащении подвергается следующим воздействиям: дробление и измельчение в дробилках и мельницах, мокрая магнитная сепарация измельченного продукта. Отходы обогащения направляют по трубам гидротранспортом в ложе хвостохра-нилища. Размер фракций механического состава отходов обогащения достигает порядка 20 мкм и эти фракции легко поднимаются в атмосферу ветровыми потоками.
Другим важным фактором, оказывающим значительное влияние на формирование хвостохранилища грунтов определенного состава является гидравлическая укладка отходов обогащения. При воздействии энергии водного потока происходит фракционирование частиц хвостов и их дифференциация по крупности и удельной массе. Самые крупные и тяжелые частицы выпадают вблизи мест выпуска пульпы и формируют на хво-стохранилище так называемую зону слива или выпуска пульпы. Эта зона распространяется до 50 м, на ней откладываются наиболее крупные фракции хвостов, которые и используются для формирования дамб.
Средние по размерам и удельной массе частицы формируют промежуточную зону (100-150 м), а самые мелкие и легкие фракции потоком воды сносятся в центральную зону. Лабораторными исследованиями и экспериментами установлено, что на расстоянии 350 м от выпуска твердые частицы хвостов осаждаются на 99%.
Обращает на себя внимание тенденция к формированию на хвосто-хранилище отходов обогащения с преобладанием одной фракции. Так, в зоне выпуска пульпы преобладающей является фракция песка. В промежуточной зоне преобладающей фракцией является фракция крупной пыли. Центральная зона не столь монодисперсна. Здесь преобладают фракции крупной пыли, а на втором месте находится фракций средней пыли.
Таким образом, на хвостохрани-лище механический состав от зоны выпуска пульпы к центральной зоне очень сильно варьирует вниз по профилю, особенно в промежуточной и центральной зонах. Так в центральной зоне механический состав колеблется от супеси до суглинка тяжелого. К другой особенности отходов обогащения хвостохранилища относится малое содержание частиц илистой фракции. Ее содержание увеличивается от зоны выпуска пульпы (2,448%) к центральной зоне - 8,03 %. Незначительное содержание в составе отходов обогащения хвостохранилища илисто - коллоидных частиц является одной из основных причин слабой связанности и как следствие высокой дефляционной способности хвостов.
Очень своеобразны такие водно-физические свойства отходов обогащения, как водопроницаемость и во-доудерживащая способность хвостов. Водопроницаемость зоны выпуска пульпы - наилучшая, что объясняется
накоплением крупных фракций под действием гравитации. Затем идет промежуточная зона и совершенно низкая водопроницаемость в центральной зоне, где происходит накоплении самых мелких фракций. Водо-удерживающая способность грунтов на большой части хвостохранилища невысокая. Усредненные коэффициенты фильтрации в зоне слива составляют порядка 2,0 - 5,0 м/сут, в промежуточной зоне 0,2 - 1,0 м/сут, а в центральной зоне < 0,1 - 0,5 м/сут. В этой связи в короткие сроки происходит высыхание хвостов за счет фильтрации и испарения. Таким образом, хвосты в короткие промежутки времени высыхают и при снижении их влажности хвостов до 8-9% и скорости ветра 2-5 м/с легко поддаются выветриванию.
В летние месяцы, когда поверхность хвостохранилища нагревается до 40 -50°С. Она быстро теряет влагу и поддается ветровой эрозии. Изучение зависимости влажности поверхности хвостов от температуры окружающей среды показала, что хвосты при жаркой погоде за 7 дней практически полностью теряют влажность (от первоначальной величины 23,58 до 0,71%). Поэтому обезвоженные участки хвостохранилища при скорости ветра 4-5 м/с и более становятся интенсивными источниками выделения пыли.
В соответствии с природоохранным законодательством Российской Федерации, контроль за состоянием атмосферного воздуха на Стойленском ГОКе осуществляется на 5 уровнях:
- оценка достаточности сани-тарно-защитной зоны по расчетам рассеивания загрязняющих веществ;
- государственный контроль территориальных органов комитета природных ресурсов;
- производственный мониторинг;
- организация проведения замеров независимыми лабораториями (Старо-Оскольская комплексная лаборатория мониторинга окружающей среды);
- ежегодный профилактический осмотр работников СГОКа в лечебных учреждениях.
Одной из важных задач природоохранной деятельности в эксплуатации горно-обогатительных производств является инвентаризация и нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
На Стойленском Гоке в настоящее время выполняют ряд мероприятий по уменьшению пыления сухих пляжей хвостохранилища. Защита воздушного бассейна предусматривает разработку противоэрозионных мероприятий, направленных на закрепление тем или иным способом площадей поверхности хвостохранилища, пляжей и откосов ограждающих сооружений (дамб, плотин).
Основное их назначение - предотвращение загрязнения воздушного бассейна, либо ограничение воздействия до допустимого уровня. Предлагаемые методы могут быть объединены в группы в зависимости от способа пылепо-давления:
- технологические: изменение способов складирования; изменение состава и состояния продуктов складирования; безотходная и малоотходная технологии обогащения; утилизация;
- механические: создание заграждений, предотвращающих распространение пыли или сплошное покрытие поверхности непылящим материалом;
- физико-химические: стабилизация пылящих поверхностей химическими веществами или изменение физических свойств поверхности;
- биологические: создание защитного слоя из низших растений
(нанесение на закрепленную поверхность низших пленкообразователей), выращивание высших растений;
- рекультивация: включает горнотехнические мероприятия (нанесение потенциально-плодородных пород и почв) и биологические (проведение комплекса мероприятий для возобновления флоры и фауны).
Эффективные мероприятия по предотвращению пыления проводятся в основном на отработанных хвосто-хранилищах и заключаются обычно в рекультивации дамб обвалования и их поверхности. На действующих же хвостохранилищах борьба с пылением затруднена, поскольку нет необходимости создавать долговечное и выдерживающее высокие механические нагрузки покрытие, зато требуется многократное оперативное закрепление поверхности на сравнительно короткий срок в перерывах между намывами.
Основным методом пылеподавле-ния на действующих хвостохранили-щах является создание на их поверхности искусственных эрозионостой-ких покрытий. Применяющиеся при этом реагенты и из композиции представляют собой различные вяжущие и цементирующие вещества как органического, так и неорганического происхождения.
В последние годы большое внимание уделяется методу пылеподавления водяными завесами. При реализации данного метода взвешенные в воздухе частицы пыли смачиваются водой и осаждаются в пределах площади хво-стохранилища. Способы, в которых для пылеподавления применяют воду, менее дорогостоящи, чем создание специальных покрытий, не загрязняют накопитель и прилегающую к нему территорию токсичными веществами и при их осуществлении не возникает сложностей, связанных с приобрете-
нием, приготовлением и нанесением закрепляющих композиций. Однако мероприятия с использованием водяных завес также требуют больших материальных вложений и характеризуются высокими затратами энергии. Гидрозавеса и дождевальная установка требуют устройства специальной водопроводной сети, размещение которой на эксплуатируемом хвосто-хранилище является весьма трудоемкой операцией.
Кроме того, для эффективной работы указанных конструкций необходимо обеспечивать высокую дальность полета капель воды в воздушной среде. С этой целью применяют сопловые аппараты, устраивают высоконапорные системы подачи воды, утяжеляют капли введением специальных добавок и т.п.
Надо также отметить, что использование воды при орошении пылящих пляжей в жаркую погоду мало эффективно, так как вода быстро испаряется и поэтому требуется постоянная работа дождевальных установок, с высокими затратами электроэнергии.
Следует также иметь в виду, что с поднятием высоты ограждающих сооружений хвостохранилища, увеличиваются скорости ветровых потоков и как следствие - возрастает интенсивность пылеобразования и дальность распространения пылеватых частиц.
Таким образом, можно констатировать, что в условиях Стойленского ГОКа проводят ряд эффективных мероприятий по защите окружающей среды при функционировании хво-стохранилищ. Можно утверждать, что техническая проблема пылеподавле-ния в основном решена. Однако высокие текущие материальные и энергетические затраты не позволяют считать реализованные разработки экономически эффективными. Исходя из особенностей функционирования
комплекса «обогатительная фабрика -хвостовое хозяйство» можно утверждать об больших резервах при решении задачи, базирующихся на физических процессах наполнения хво-стохранилища, дифференциации
кварца по фракциям потоками воды, адгезионными свойствами кварца и покрытий и др. Эти резервы еще недостаточно изучены и научные работы в данном направлении представляются весьма актуальными.
1. Аксенов С.Г., Пятков В.И., Бонда -ренко В.Я., Иванов А.А., Филоненко А.С., Ранева Л.М. Учебное пособие о хвостовых хозяйствах, НОУ «Гидротехник», 2010 г. -90 стр. (издание 4).
2. Практическое пособие к СНиП 11101-95 по разработке раздела «Оценка воз-
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
действия пыли на окружающую среду». М.: 1998 г.
3. ПБ 03-438-02 «Правила безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов»
4. Закон Российской Федерации «О недрах» (21.02.02 г.). ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Немировский Андрей Владимирович - аспирант, Московский государственный горный уни-верситет,пшш2002@шаП.ги
А
UDC 622.271
THE PROBLEMS OF DUST DEPOSITION IN THE OPERATION OF THE TAILINGS STOJLENSKIY GOK
Nemirovskiy A. V., Graduate student, Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
The problems of the tailing effect on the environment, the physics of the formation of bulk tailings to the distribution of particles at certain distances, depending on their size. Presents current methods and dust suppression methods, including used at JSC "Stoilensky" water curtain.
The main method of dust control on existing tailings is to create on the surface of artificial erosion-resistant coatings. Employed in the composition of the reagents and represent various binders and cements both organic and inorganic origin.
Key words: environment, tailing, dust, wind loads, the dry beach, the water curtain.
REFERENCES
1. Aksenov SG Pyatkov VI Bondarenko VY, Ivanov AA, AS Filonenko, wound LM Textbook of tailings, LEU "Hydraulics", 2010 - 90 pages (4th Edition).
2. Practical guide to snip 11-101-95 on the development section "Evaluation of impact of dust on the environment." M.: 1998
3. PB 03-438-02 "Rules dam safety storage of liquid industrial waste"
4. Law of the Russian Federation "On the nuclei of non-" (21.02.02 g).
