CC BY
42
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД ПРИ ОПЕНКЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ НАМЫВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Хвостохранилища, системный подход, вещественный состав, антропогенная
нагрузка.
Намывные техногенные сооружения для хранения промышленных отходов горнорудных предприятий представляют собой замкнутые гидравлические системы. Накопление хвостов в них осуществляется путем подачи пульпы в хранилище через пульпопроводы. В хвостохранилищах происходит разделение пульпы путем отделения от водной среды тяжелой фракции и осаждения ее на дно отстойника. В результате на территории хвостохранилища формируется пруд осветленных вод. Из пруда отстойника осветленные воды начинают распространяться в нижележащие горизонты. При достижении этими водами основания хранилища в нижних слоях техногенных отложений начинает формироваться горизонт техногенных вод. Развитие такого горизонта наблюдается практически по всей площади отстойника, ограничиваясь только дамбами обвалования. Нарастание мощности этого горизонта обеспечивается возможностью подстилающих грунтов сдерживать возрастающий напор техногенных вод в хранилище. Формирующиеся в таких условиях техногенные воды могут формировать техногенный фильтрат, способный транспортировать за границы хвостохранилищ высокие содержания ряда химических элементов. При этом возрастает риск увеличения техногенной нагрузки на поверхностные и подземные водные объекты, расположенные в непосредственной близости от техногенного объекта [Целюк, 201; Целюк И.Н., Цклюк Д.И., 2010].
На сегодняшний день оценка воздействия техногенных объектов сводится к определению класса опасности отходов и производственному контролю за загрязнением окружающей среды. Однако для решения вопросов о масштабах техногенной нагрузки как в настоящее время, так и в ближайшей перспективе необходимо проведение системного подхода. Исследования должны охватывать все звенья техногенных систем, включающих: изучение вещественного состава отходов; изучение техногенных вод (пульпы, осветленных вод пруда отстойника, техногенных вод в теле лежалых хвостов, дренажных вод); изучение поверхностных водотоков в зоне воздействия техногенных объектов.
В развитие предложенного методического подхода нами проведено изучение одного из самых крупных объектов в Восточной Сибири, которым является хвос-тохранилище золото-извлекающей фабрики ООО «Соврудник». Изучаемый объект расположен в Северо-Енисейском районе, в пгт. Северо-Енисейский, в долине р. Безымянка. Предприятие специализируется на добыче рудного золота. Площадь, занимаемая ложем хвостохранилища, составляет 0,4 млн. м2, максимальная высота 45—50 м, длина 2500 м. Объем уложенных хвостов составляет более 6,2 млн. м3. Изучение особенностей распределения вещественного состава
выполнялось в процессе обследования толщи хвостов, размещенных в хвостохра-нилище. Для получения фактического материала, отражающего особенности поведения веществ, слагающего толщу хвостов, выполнено бурение массива на всю его мощность с заглублением в подстилающие их грунты на 2 м. Бурение выполнялось в пляжной зоне хвостохранилища. Общая мощность вскрытия техногенных отложений составила от 15 до 21 м. Отбор проб проведен по всему разрезу через 0,5 м. Анализ проб выполнялся в аккредитованных лабораториях Института химии и химической технологии СО РАН и ГПКК «КНИИГиМС». Для исследования минерального состава применялись методы рентгенофазового анализа (РФА), оптической микроскопии и электронной микроскопии. Химический состав определялся в аккредитованной аналитической лаборатории ГПКК «КНИИГиМС». Всего исследованию подвергнуто 280 проб техногенных грунтов и 70 проб техногенных вод, отобранных из хвостохранилища1.
Способ накопления хвостов на хвостохранилище ООО «Соврудник» представляет собой замкнутую гидравлическую систему. Жидкая составляющая пульпы относится к сульфатно-кальциево-магниевому типу, имеет химически нейтральную среду с показателем pH 6,9-7 ед. Среди элементов в ней отличаются высокими содержаниями кальций, магний, калий, натрий и марганец. Содержание остальных элементов в жидкой фазе не превышает 1 мг/л. В твердой фазе присутствуют в основном кремний — 75 % и железо — 14 %, содержание остальных элементов менее 5 %. Исследования осветленных вод показали, что по химическому составу они подобны жидкой фазе сбрасываемой пульпы. Воды представляют собой сульфатно-магниево-кальциевый тип с показателем pH 7,5 ед. Содержание А£, Аи, Ав, В, Ва, Со, Сг, Си, 1л, Мп, Мо, №, РЬ, ЯЬ Т1, V, У*?, Zn в жидкой фазе составляет менее 1 мг/л.
Хвосты представляют собой песчано-пылеватые отложения. По минеральному составу основными породообразующими минералами хвостов пляжной зоны являются слюдистые образования и кварц. Доля кварца достигает 60 %, мусковита и хлорита до 35 %. В подчиненных количествах, до 5 %, присутствуют сульфиды. Хвосты нижних горизонтов пляжной зоны относятся к сульфидному типу с содержанием сульфидов до 33,9 % и включают: пирит, арсенопирит, галенит, сфалерит, пирротин. Характерной особенностью хвостов нижней части разреза является наличие горизонта, претерпевающего интенсивное гипергенное преобразование, в котором развиты вторичные минералы лимонит, скородит (питтицит), англезит, а также новообразованные формы гематита, сульфатов железа и свинца, самородной серы, гипса, гидроокислов железа. Хвосты, подверженные гипер-генному изменению, включают следующие микроэлементы: А£, Аи, Ав, В, Ва, Со, Сг, Си, 1л, Мп, Мо, N1, РЬ, ЯЬ Т1, V, У*?, Zn. Максимальное значение валовых концентраций, лежащих в пределах 0,1-1 %, характерно для мышьяка, марганца, титана. В концентрациях 0,01-0,1 % присутствуют бор, барий, свинец, сурьма, ванадий цинк. В интервале от 0,001 до 0,01 % находятся кобальт, хром, медь, литий, никель, вольфрам. Интервал концентраций порядка 0,0001—0,001 % представляют серебро, золото молибден.
Исследования техногенных вод в теле хвостохранилища показали, что техногенный водоносный горизонт не является гомогенной средой. Верхние слои тех-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Краевого государственного автономного учреждения «Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-технической деятельности» (соглашение № 01/10 от 27 мая 2010 г.).
Биология. Экология
ногенного горизонта имеют слабоподкисленные воды с показателем pH 5,5—6 ед., что в 1,3 раза меньше показателя pH осветленных вод и пульпы. В нижних слоях техногенных вод, сопряженных с гипергенно-преобразованными отходами, их качество существенно изменяется. Воды относятся к сульфатно-кальциевому типу. Содержание сульфатов в них по сравнению с пульпой и водами пруда отстойника увеличивается в 4 раза, достигая величины 5150 мг/л. Химическая среда из нейтральной переходит в кислую с показателем pH 4,5 ед. В техногенных водах на порядок уменьшается количество азотистых соединений, в два раз снижается концентрация калия и натрия. Среди элементов резко возрастает концентрация железа до 3 мг/л, никеля до 2,1 мг/л, мышьяка до 352 мг/л. На порядок увеличивается содержания цинка, меди, свинца, лития.
С целью выявления причин изменения качества техногенных вод в хвостохра-нилище были выполнены работы по исследованию поровых водных вытяжек из состава отходов по всей мощности вскрытого техногенного массива. Водные вытяжки из нижних горизонтов хвостов, сопряженных с горизонтом гипергенного преобразования, обладают кислой средой, а содержание Ре, 1л, Си, Zn, N1, Мп, РЬ, Ав, А1 в них увеличивается на несколько порядков по сравнению с их концентрацией в водных вытяжках из верхних горизонтов.
Изучение показало, что хвосты не являются стабильной системой, а представляют собой активно изменяющуюся гетерогенную среду, в пределах которой происходят разложение одних веществ и образование новых компонентов. В хвостах присутствует ряд микроэлементов, главным образом тяжелых металлов, способных мигрировать в окружающую среду. Одним из путей миграции элементов является их вынос в составе фильтрационных утечек техногенных вод из системы хвостохранилища.
Выявлением степени миграции геохимических элементов по методике [Бортникова и др., 2006; Те8б1ег, 1989] выполнено определение доли водорастворимых форм в процентном соотношении от валового содержания элементов, способных переходить в растворенное состояние. По результатам расчетов миграционными способностями обладает группа элементов, включающая Ре, Си, Zn, Мп, Со, N1, 1л, Ав, Тй Доля растворения элементов в среднем достигает 5,5 %. Переходя в техногенный водоносный горизонт, они сохраняют свои активные миграционные способности и в составе техногенных вод способны мигрировать из хвостохранилища. Элементы, включающие V, Мо, Сс1, РЬ, Сг, Яг, Ва, относятся к малоподвижным и осаждаются в основании техногенного массива.
Миграция Ре, Си, Zn, Со, N1, 1л, Ав, Т1 подтверждается наличием их высоких концентраций в дренажном фильтрате, высачивающимся через основание восточной дамбы хвостохранилища. По химическому составу дренажные воды сопоставимы с техногенными водами из основания массива хвостов пляжной зоны. Исследования показали, что они имеют сульфатно-кальциевый тип, кислую среду с pH 4,5 ед., высокие содержания сульфатов до 1400 мг/л, железа до 26 мг/л, никеля до 1,1 мг/л, кобальта до 1,22 мг/л, цинка до 1,71 мг/л, мышьяка до
0,5 мг/л, меди и титана до 0,3 мг/л, лития до 0,1 мг/л.
Проведенные исследования на хвостохранилище ОАО «Соврудник» показали, что объекты такого типа представляют собой сложные системы, а формирующиеся в них техногенные воды способны при попадании в окружающую среду оказывать техногенную нагрузку. В рамках системного подхода необходимо своевременно проводить предложенные комплексные исследования на сооружениях та-
кого типа с целью прогнозирования и принятия мер по снижению и предотвращению негативного воздействия на природные объекты.
Библиографический список
1. Бортникова С.Б., Гаськова O.JL, Бессонова Е.П. Геохимия техногенных систем. Новосибирск: Ин-т геологии и минералогии СО РАН; Академическое изд-во «Гео», 2006. 169 с.
2. Целюк Д.И. Особенности минерального состава золовых отложений из золоотвалов Средней Сибири // Разведка и охрана недр. 2010. № 1. С. 67-72.
3. Целюк И.Н., Целюк Д.И. Особенности вещественного состава хвостов из хвостохранилища ООО «Соврудник» // Разведка и охрана недр 2010. № 9. С. 37-41.
4. Tessier A., Cardigan R., Dubreul В., Rapin F. Partioning of zinc between the water column and the oxic sediments in lakes // Geochim. Cosmochim. Acta. 1989. № 3. P. 1511-1522.
