CC BY
112
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 504.4:622(470.21)
ПУТИ СНИЖЕНИЯ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОКРУЖАЮЩУЮ ПРИРОДНУЮ СРЕДУ
С. В. Терещенко, В. В. Марчевская, Д. Н. Павлишина
ФГБУН Горный институт КНЦ РАН
Аннотация
Складированные хвосты обогащения являются источником реальной угрозы химического загрязнения окружающей среды многими токсичными элементами. Для решения проблем накопленного экологического ущерба в Арктической зоне РФ одной из первоочередных задач является минимизация складированных отходов горно-обогатительных комбинатов. В этой связи приоритетными направлениями исследований в области переработки минерального сырья следует считать разработку технологий обогащения апатит-нефелиновых руд с минимально возможным складированием отходов в хвостохранилищах. По результатам исследований установлено, что с использованием предконцентрации рядовых апатит-нефелиновых руд одного из месторождений Хибин объем флотационных хвостов, т.е. масса укладываемых хвостов, за год сокращается. По результатам расчетов установлено, что, например, с условием направления всего рудопотока на предконцентрацию при сохранении производительности фабрики по переработке руды масса укладываемых за год хвостов уменьшается на 29 %, срок службы хвостохранилища увеличивается на 40 %. Ключевые слова:
экология, предконцентрация, хвосты апатитовой флотации, хвостохранилище. WAYS TO REDUCE NEGATIVE ENVIRONMENTAL IMPACT OF MINING INDUSTRY
Sergei V. Tereshchenko, Valentine V. Marchevskaya, Daria N. Pavlishina
Mining Institute of the KSC of the RAS
Abstract
Keywords:
Stockpiled benefication waste tailingsare a sourceof actual chemical hazard for environment contamination through many toxic elements. When solving problems of accumulated ecological damage in the Russian Arctic zone, one of the primary tasks is to minimize stockpiled mining benefication waste. In this regard priority study trends in mineral raw material processing should be development of apatite-nepheline ore benefication technologies with minimally possible stockpiling of wastes in tailings. By research results it has been established that use of preconcentration of crude apatite-nepheline ore from one Khibiny deposit has reduced the volume of flotation tails, i. e. mass of tails deposited. By calculation results, it has been established that if all the ore pass were directed to preconcentration on retention of the dressing plant's capacity, mass of tails, deposited per year, would decrease by 29 % and service life of the tailing increase by 40 %.
ecology, preconcentration, apatite flotation tails,tailing.
Складированныехвосты обогащения, как и прочие минеральные отходы горнодобывающих и горно-
обогатительных предприятий, следует рассматривать с двух позиций: как техногенные месторождения
легкодоступного сырья для извлечения многих ценных компонентов и как
источник реальной угрозы химического загрязнения окружающей среды многими токсичными элементами [1].
Физико-химические воздействия хвостохранилищ на природную среду выражаются в литосферном, гидросферном, аэровоздушном и биологическом загрязнениях. Литосферное загрязнение является следствием утечек пульпы, складирования строительного мусора, металлолома и т. д. Гидросферное загрязнение связано с аварийным поступлением промышленных вод и пульпы в поверхностные водоемы, сбросом сточных вод, смывом загрязняющих веществ с откосов и дамб атмосферными осадками. Аэровоздушное загрязнение в основном обусловлено пылением сухих откосов и поверхностей хвостохранилищ. Биологическое загрязнение проявляется в накоплении макро- и микроэлементов и выражается в болезнях и гибели растительного и животного мира [2].
По возможности восстановления естественных функций природной среды воздействия подразделяются на обратимые и необратимые. Обратимое воздействие предусматривает возможность самовосстановления элементов природной среды или их восстановления при проведении эффективных природоохранных мероприятий. Необратимое воздействие вызывает практически полное нарушение элементов природной среды с необратимыми последствиями для экосистем.
К необратимым воздействиям из класса гидросферного загрязнения относится фильтрация техногенных вод из хвостохранилища, которая приводит к миграции загрязняющих веществ в подземные водоносные горизонты.
Литосферные загрязнения приводят к формированию искусственных ландшафтов, которые являются источниками вторичного загрязнения поверхностных вод и почвенно-растительного покрова на значительных расстояниях и в некоторых случаях проявляются в виде необратимых воздействий.
Наибольшее аэровоздушное загрязнение обусловлено пылением пляжных зон хвостохранилищ, на которых образуются участки со средневзвешенной крупностью частиц 0.08 мм. Эти частицы в результате ветровой эрозии легко уносятся с поверхности на большие расстояния — на 15 и более километров [3].
Постоянные биоморфологические воздействия относятся к обоим типам — обратимым и необратимым. Первые выражаются в восстановлении растительного покрова, вторые — в угнетении и гибели растений на некоторых прилегающих к хвостохранилищу участках [2].
Работа горно-обогатительных предприятий по разработке и обогащению апатит-нефелиновых руд Хибинских месторождений обусловливает загрязнение ландшафта токсичными соединениями фтора, стронция и бария. С учетом коэффициента местной миграции установлено, что в донных отложениях накопление стронция и бария по сравнению с почвами заметно превышено [4].
В соответствии с классификацией химических веществ, попадающих в почву из выбросов, сбросов, отходов, по классам опасности фтор относится к первому классу, стронций и барий — к третьему [5].
Из-за попадания в воду соединений фосфора оз. Имандра, источник питьевого водоснабжения, находится в зоне экологического риска [6].
Хвостохранилища в технологической схеме горно-обогатительных предприятий, ведущих разработку месторождений апатит-нефелиновых руд, являются наиболее опасными объектами, а самым опасным сценарием развития аварии для предприятия, населения и окружающей природной среды является размыв грунтовой ограждающей дамбы, в результате которого образуются потоки в водных системах и локальные ореолы рассеяния химических элементов в почвах. Например, при аварии на хвостохранилище АНОФ-2 ОАО «Апатит», в зону воздействия которой попадают близрасположенное оз. Имандра, имеющее большое природохозяйственное значение, и другие объекты, возможный ущерб может составить несколько триллионов рублей [7].
Пути снижения негативного воздействия горного производства.
В связи с накопленными отходами обогащения в хвостохранилищах за весь 75 -летний период освоения и эксплуатации Хибинских месторождений (более 800 млн т) и особенностями природы Арктики, проблема накопленного экологического ущерба — одна из основных экологических проблем Арктического региона, и Хибинского рудного района в частности [8]. Для решения проблем накопленного экологического ущерба в Арктической зоне РФ одной из первоочередных задач является минимизация складированных отходов горнообогатительных комбинатов.
В этой связи приоритетными направлениями исследований в области переработки минерального сырья следует считать разработку технологий обогащения апатит-нефелиновых руд с минимально возможным складированием отходов в хвостохранилищах.
Необходимая емкость хвостохранилища (м3) определяется из соотношения [9]:
- т )
где Q — масса укладываемых хвостов за год, т; п — количество лет эксплуатации обогатительной фабрики; п — коэффициент заполнения хвостохранилища; р — плотность твердой фазы хвостов, т/м3; m — пористость отложений хвостов, зависящая от средневзвешенной крупности их частиц.
По результатам исследований установлено, что кусковой материал апатит-нефелиновых руд уже после стадии крупного дробления обладает контрастностью по содержанию Р2О5, которая характеризует различие кусков по содержанию в них Р2О5. Этот факт позволил определить возможность выделения перед процессами глубокого обогащения части пустых и слабоминерализованных пород, т. е. реализовать процесс предконцентрации апатит-нефелиновых руд.
Технологические показатели предконцентрации рядовых апатит-нефелиновых руд рассчитаны с использованием наиболее эффективного для их разделения метода — рентгенолюминесцентного (РЛ) — метода прямого определения апатита (табл. 1).
Таблица 1
Показатели предконцентрациирядовых апатит-нефелиновых руд
Наименование продукта Выход от руды, % Содержание, % Извлечение, %
Р205 Al20зобщ. P205 Al20зобщ.
Концентрат РЛ-сепарации 63.10 15.52 11.87 96.87 53.37
Хвосты РЛ-сепарации 36.90 0.86 17.73 3.13 46.63
Исходная руда 100 10.11 14.03 100 100
Анализ табл. 1 свидетельствует, что использование РЛ-сепарации позволяет выделить из технологического потока, направляемого на обогащение, более 30 % пород с содержанием Р2О5 менее 1 %.
Показано, что использование предконцентрации апатит-нефелиновых руд за счет повышения их качества сокращает объем флотационных хвостов и, в соответствии с уравнением (1), способствует увеличению срока эксплуатации хвостохранилища. Результаты расчета срока эксплуатации хвостохранилища для разных вариантов добычи и переработки апатит-нефелиновых руд приведены в табл. 2.
По результатам расчетов установлено, что с условием направления всего рудопотока на предконцентрацию при сохранении производительности рудника по руде по отношению к существующей технологии обогащения руд выпуск кондиционного апатитового концентрата составляет 95 %, масса укладываемых хвостов за год уменьшается на 48 %, при этом срок службы хвостохранилища увеличивается на 91.7 %. При сохранении количества выпускаемого апатитового концентрата масса укладываемых за год хвостов уменьшается на 45 %, срок службы
хвостохранилища увеличивается на 81.5 %. При сохранении производительности фабрики по переработке руды масса укладываемых за год хвостов уменьшается на 29 %, срок службы хвостохранилища увеличивается на 40 %, при этом выпуск апатитового концентрата повышается на 30 %.
Таблица 2
Увеличение срока эксплуатации хвостохранилища ГОК «Олений Ручей» по отношению к существующей технологии
Вариант технологии переработки Объем добычи руд Выпуск апатитового концентрата Объем флотационных хвостов Увеличение срока эксплуатации хвостохранилища
Сохранение производительности рудника по руде, %
Существующая 100 100 100 91.7
С предконцентрацией 100 95 52
Сохранение выпуска апатитового концентрата, %
Существующая 100 100 100 81.5
С предконцентрацией 105.6 100 55
Сохранение производительности обогатительной фабрики по руде, %
Существующая 100 100 100 40.0
С предконцентрацией 136.9 130 71
Таким образом, использование процесса предконцентрации руд приводит к сокращению объема флотационных хвостов, способствующему увеличению срока эксплуатации хвостохранилищ, а следовательно, к снижению затрат в хвостовом хозяйстве и уменьшению негативного воздействия горного производства на экологию, которое в настоящее время относится к числу первоочередных задач в решении проблем накопленного экологического ущерба в Арктической зоне России.
ЛИТЕРАТУРА
1. Грехнев Н. И. Минеральные отходы горных предприятий — экономические и экологические проблемы недропользования в Дальневосточном регионе // ГИАБ. 2014. № 7. С. 337-343. 2. Базоев Х. А., Волянский И. В., Бутюгин В. В. Классификация воздействий хвостохранилищ на окружающую природную среду // Обогащение руд. 2007. № 4. С. 34-37. 3. Иванов А. В. Снижение аэрозольного загрязнения атмосферного воздуха от производственных объектов ОАО «Ковдорский ГОК»: дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2015. 206 с. 4. Гуляева Н. Г., Кальева О. П. Эколого-геохимическая оценка северотаежных ландшафтов Карело-Кольского региона // Разведка и охрана недр. 2004. № 3. С. 82-87. 5. Журавлева Н. В., Исмагилов 3. Р., Иваныкина О. В. Комплексная оценка токсичности отходов горной промышленности с использованием химических, физико-химических и биологических методов // ГИАБ. 2014. № 7. С. 352-361. 6. Дедков Ю. М., Кельина С. Ю. Загрязнение вод соединениями фосфора: экологические аспекты и способы его предотвращения // Экология промышленного производства. 2004. № 2. С. 44-50. 7. Фундератов Ю. В., Свинин В. С. Промышленная безопасность, рациональное использование и охрана недр в ОАО «Апатит» // Горный журнал. 2004. № 11. С. 711. 8. Соколов Ю. И. Арктика: к проблеме накопленного экологического ущерба // Арктика: экология и экономика. 2013. № 2 (10). С. 18-27. 9. Разумов К. А. Проектирование обогатительных фабрик. М.: Недра, 1965. 504 с.
Сведения об авторах
Терещенко Сергей Васильевич — доктор технических наук, заведующий лабораторией Горного
института КНЦ РАН
E-mail: tereshchenko@goi.kolasc.net.ru
Марчевская Валентина Викторовна — кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник Горного института КНЦ РАН E-mail: vvm@ goi.kolasc.net.ru
Пути снижения негативного воздействия горного производства...
Павлишина Дарья Николаевна — кандидат технических наук, научный сотрудник Горного института КНЦ РАН E-mail: shibaeva_goi@mail.ru
Author Affiliation
Sergei V. Tereshchenko — Dr. Sci. (Engineering), Head of Laboratory of the Mining Institute of the KSC of the RAS
E-mail: tereshchenko@goi.kolasc.net.ru
Valentine V. Marchevskaya — PhD (Engineering), Associate Professor, Senior Researcher of the Mining Institute of the KSC of the RAS E-mail: vvm@ goi.kolasc.net.ru
Daria N. Pavlishina — PhD (Engineering), Researcher of the Mining Institute of the KSC of the RAS E-mail: shibaeva_goi@mail.ru
Библиографическое описание статьи
Терещенко, С. В. Пути снижения негативного воздействия горного производства на окружающую природную среду / С. В. Терещенко, В. В. Марчевская, Д. Н. Павлишина // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2016. — № 4 (27). — С. 62-66.
Reference
Tereshchenko Sergei V., Marchevskaya Valentine V., Pavlishina Daria N. Ways to Reduce Negative Environmental Impact of Mining Industry. Herald of the Kola Science Centre of the RAS, 2016, vol. 4 (27), pp. 62-66. (In Russ.).
