CC BY
52
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
УДК 550.42
ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ЗАХОРОНЕННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ ТЫРНЫАУЗСКОГО ВОЛЬФРАМО-МОЛИБДЕНОВОГО КОМБИНАТА НА ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ ОБСТАНОВКУ (ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНЫЙ СЛОЙ) ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ ПРИЭЛЬБРУСЬЯ (КАБАРДИНО-БАЛКАРСКАЯ РЕСПУБЛИКА, РОССИЯ)
© 2013 г. Н.С. Бортников*, А.Г. Гурбанов*, О.А. Богатиков*, Б.С. Карамурзов**, А.Я. Докучаев*, А.Б. Лексин*, В.М. Газеев*, А.В. Шевченко**
* Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМРАН), Старомонетный пер., 35, Москва, 119017 Россия.
E-mail: [email protected] ** Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (КБГУ), ул. Чернышевского, 175, Нальчик, 360004 Кабардино-Балкарская республика.
E-mail: [email protected]
Поступила в редакцию 16.12.2011 г.
После исправления 28.09.2012 г.
В результате деятельности Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината (ТВМК) в долинах рек Баксан и Гижгит были сформированы, захоронены и частично рекультивированы огромные массы (сотни миллионов м3) отходов обогащения.
Установлено, что область загрязнения окружающей среды определяется силой и скоростью ветров, дующих вдоль долины р. Баксан, а ее степень зависит от размерности материала промышленных отходов, залегающего непосредственно на поверхности хвостохранилищ и во вскрытых их участках в естественных промоинах и искусственных выработках.
Результаты аналитических исследований захороненного в хвостохранилищах материала, полученные рентгено-флюоресцентным и инструментальным нейтронно-активационным методами анализа, выявили превышение ПДК по ряду тяжелых металлов, являющихся канцерогенами, в современных почвах с дерниной как на пастбищах, так и на сельхозугодьях пос. Былым, прилегающих к хвостохранилищам ТВМК.
Установлено перераспределение рудного вещества с течением времени, сопровождающееся его концентрированием на более глубоких горизонтах давно рекультивированного хвостохранилища. Показана необходимость утилизации захороненных промышленных отходов деятельности ТВМК с извлечением W, Mo, Sb, Zn, As, Bi, что снизит негативную нагрузку на экосистему Приэльбрусья.
Ключевые слова: Тырныаузский вольфрамо-молибденовый комбинат, Приэльбрусье, хвостохра-нилища, отходы обогащения, почвенно-растительный слой, минералого-геохимические исследования, тяжелые и канцерогенные элементы, область загрязнения, экологическая обстановка.
ВВЕДЕНИЕ
На территории Северо-Кавказского Федерального округа в Кабардино-Балкарской Республике более 50 лет работал Тырныаузский вольфрамомолибденовый комбинат (ТВМК). В настоящее время работы по добыче и переработке руд остановлены полностью.
Добыча руды осуществлялась подземным и открытым (карьерным) способами, а ее обога-
щение производилось с помощью флотационных и химических процессов. Во время работы ТВМК огромные массы промышленных отходов сбрасывались в хранилища, два из которых были рекультивированы. В результате в долинах рек Баксан и Гижгит (левый приток р. Баксан) были сформированы и частично захоронены значительные объемы (более сотни миллионов кубических метров) отходов промышленного передела руд.
Рис. 1. Общий вид суперхранилища 1 в сторону долины р. Баксан.
Кроме того, на протяжении 15 км от обогатительной фабрики в г. Тырныауз и до суперхранилища № 1 в долине р. Баксан накапливались отходы обогащения, разлившиеся в результате аварий в линии пульпопровода.
Старое хвостохранилище № 2 функционировало в период с 1959 по 1967 г., а новое суперхранилище № 1 заложено в 1967 г. и находится в состоянии мониторинга. На старом хвостохрани-лище мероприятия по реабилитации и контролю сохранности защитного почвенно-растительного слоя не проводятся с момента его закрытия и рекультивации, а на новом суперхранилище усилия направлены главным образом на поддержание устойчивого состояния дамбы и ее дренажной системы.
Многие токсичные вещества и элементы с поверхности хвостохранилищ в виде пылевых облаков постоянно переносятся на несколько километров ветрами, дующими вдоль долин рек Баксан и Гижгит, и отлагаются на прилегающих к ним пастбищах и сельхозугодьях, а тяжелые
металлы накапливаются в нижних горизонтах хвостохранилищ.
В настоящее время силами КБГУ и ИГЕМ РАН начато изучение проблемы загрязнения окружающей среды в Кабардино-Балкарской Республике захороненными промышленными отходами обогатительной фабрики ТВМК [1, 2, 12]. В результате прецизионного комплексного минералогогеохимического исследования отобранных проб получена информация о степени воздействия элементов-токсикантов на окружающую среду, их содержаниях и распределении в почвенно-растительном слое.
Берега суперхранилища № 1 представляют собой мертвую зону (рис. 1). В настоящее время эпизодически проводятся работы по поддержанию сохранности дамбы.
Визуальные наблюдения авторов за состоянием дамбы и данные по неотектонике этого района свидетельствуют о наличии микронарушений в насыпной дамбе. Это обстоятельство представ-
Рис. 2. Схема геохимического опробования почв и дернины в долине реки Баксан в районе пастбищ и сельхозугодий пос. Былым. Составлена на цифровой основе.
ляет серьезную экологическую опасность, так как в случае проявления мелкофокусных землетрясений с глубиной эпицентров до 10 км и с М = 6-7 или при сходе крупного селевого потока, дамба может быть повреждена, и огромный техногенный сель пойдет вниз по долине р. Баксан, разрушая и загрязняя рядом элементов-токсикантов все на своем пути. Таким образом, можно говорить о высокой вероятности развития региональной экологической катастрофы с соответствующими последствиями.
Рядом с суперхранилищем № 1 проходит автомобильная дорога республиканского значения (г. Баксан - пос. Терскол в Приэльбрусье), а по долине р. Баксан проложена высоковольтная линия электропередачи. Здесь же расположены пастбища для крупного и мелкого рогатого скота, сельхозугодья пос. Былым и дачные участки жителей г. Тырныауз. Тонкодисперсный материал из хвостохранилищ, по данным визуальных наблюдений, переносится сильным ветром на несколько километров в виде пылевых облаков на сельхозугодья и пастбища (рис. 2).
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Методика опробования (выбор профилей и полигонов). В ходе исследований были проанализированы особенности рельефа в районах
хвостохранилищ и прилегающих к ним пастбищ и сельхозугодий пос. Былым, протяженность и ширина надпойменных речных террас, роза ветров в долине Баксана и геологическое строение района. С учетом полученной информации проведено компьютерное моделирование, намечена сеть профилей как меридионального, так и широтного простирания, равномерно покрывающая поверхность хвостохранилищ промышленных отходов обогатительной фабрики ТВМК и прилегающие к ним сельхозугодья и пастбища [8]. Рассчитан оптимальный шаг отбора проб, составивший 25 м с расстоянием между профилями 50-75 м.
Для всех проб, а также для начала и окончания каждой линии опробования, по выбранным профилям с помощью GPS-приемника фиксировались географические координаты и высотные отметки, которые были занесены в базу данных геоинфор-мационной системы. Проводилась фотодокументация наиболее представительных разрезов.
При отборе проб использовались, в первую очередь, естественные промоины и “проплешины” в слое рекультивации, карьеры на склонах хвостохранилищ и шурфы, пройденные авторами в ходе полевых работ и ранее технологической службой ТВМК с целью контроля за работой обогатительной фабрики.
Из рекультивированного хранилища 2 пробы отбирались по профилям, расположенным поперек хранилища от глубины 25-30 см (т.е. ниже слоя рекультивации) и до глубины 1.5 м (10 опорных проб).
При разработке методики опробования учитывалось, что степень загрязнения пастбищ и сельхозугодий может зависеть от следующих факторов [11]:
- от силы и скорости ветров, дующих утром и днем вверх по долине, а вечером и ночью - вниз по долине;
- от размерности нерекультивированного материала промышленных отходов, залегающего непосредственно на поверхности хвостохранилищ или в естественных промоинах, в искусственных шурфах и карьере.
В итоге были взяты пробы из всех разновидностей захороненного материала с учетом его крупности или гранулометрического состава (“глины”, “глинистые пески”, “тонкозернистые, мелкозернистые, среднезернистые, крупнозернистые и грубозернистые пески”). Также отбирались пробы из почвенно-растительного слоя (пахотные земли, почва, дернина пастбищ).
Подготовка проб для анализов. Каждая проба и ее дубликат весом не менее 100 г упаковывались в двойной целлофановый пакет для длительного хранения, чтобы избежать разложения возможных вторичных (гипергенных) водосодержащих минералов.
Пробы, отобранные из почв и дернины с пастбищ и сельхозугодий, сначала высушивались при температуре 50 °С, затем делались отквартовки материала. После этого отквартованные пробы дернины сжигались в муфельных печах до получения золы. Затем вновь делалась отквартовка материала, необходимого для всех видов аналитических исследований (по 20 грамм из каждой пробы). Далее все отквартованные части дробились и истирались до размера 100 меш.
Остатки всех проб (после отквартовки из них необходимой для производства анализов части) сохранялись в герметичных полиэтиленовых пакетиках (дубликаты) для возможных повторных или последующих аналитических исследований.
Аналитические исследования выполнялись в лабораториях ИГЕМ РАН: анализа минерального вещества, кристаллохимии минералов, в группе ядерно-физических исследований, а также в лабораториях Кабардино-Балкарского государственного университета (КБГУ). Анализ
химического состава проб выполнен методом рентгено-флюоресцентной спектрометрии (РФА) на спектрометре последовательного действия PW-2400 производства компании Philips Analytical B.V. (Нидерланды, 1997). При калибровке спектрометра использованы отраслевые и государственные стандартные образцы химического состава горных пород и минерального сырья (14 OCO, 56 ГСО).
Качество результатов соответствует требованиям III категории точности количественного анализа по ОСТ РФ 41-08-205-99.
Подготовка препаратов для анализа породообразующих элементов выполнена плавлением 0.3 г порошка пробы с 3 г тетрабората лития в индукционной печи с последующим отливом гомогенного стеклообразного диска.
Подготовка препаратов для анализа микроэлементов выполнена прессованием 1 г порошка пробы с полистиролом под давлением 5 т/см2.
Потери при прокаливании (LOI) определялись гравиметрическим способом. Время выдержки при температуре 950 °С - 30 мин.
Проводился выборочный инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНАА) ряда проб как из материала хвостохранилищ, так и из почв и дернины сельхозугодий. Содержания элементов определялись со следующим порогом чувствительности (г/т): K, Ca, Fe, Sr, Rb, Zr, Ba, Sn - 100-1000; Cr, Zn, Br, Ga, Ge, Cd, Mo, Ag, Ce, Nd, Gd, W, Re - 10-100; Na, As, Cs, Sb, Sm, Tb, Yb, Lu, Hf, Ta, Th, U - 1-5; Co, Sc, Mn, La, Eu, Ir, Au - 0.1-0.5. Анализ проводился из навески пробы в 0.4 г, которая облучалась нейтронным потоком 2.1013 нейтрон/см2/с в течение 10 ч. При расшифровке использовались ВМ, ВР и другие эталоны.
СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ
ЭЛЕМЕНТОВ В РАЗЛИЧНЫХ ФРАКЦИЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ ТВМК
Сводные данные о содержании ряда элементов в материале пульпы-хвостов, полученные по результатам количественного спектрального анализа технологических проб ТВМК, приведены в табл. 1.
Данные по содержанию ряда химических элементов в захороненных промышленных отходах ТВМК, по данным РФА- и ИНАА-анализов, приведены в табл. 2.
Таблица 1. Содержание ряда элементов в материале пульпа-хвосты
Элементы Пульпа, проба Т-3, среднее содержание в г/т Хвосты, проба Т-13, среднее содержание в г/т
W Главные 650 350
Мо 500 200
Си 80 50
ВІ 20 20
Р 400 800
РЬ Прочие 25 25
гп 100 100
ТІ 3000 3500
Со 20 20
№ 40 40
Сг 50 80
Ве 9 9
Ва 300 300
La 25 50
Из представленных данных следует, что содержания Мо, РЬ, Zn выше, а W и Аз значительно выше в старом хвостохранилище № 2. Это можно объяснить изменениями технологии извлечения рудных компонентов на обогатительной фабрике ТВМК до и после 1967 г. С другой стороны, хвостохранилище № 2 было опробовано на более
значительную глубину (примерно до 25 м в естественных промоинах и карьере), по сравнению с суперхранилищем № 1 (до 1.5 м в пройденных авторами шурфах). В случае давно рекультивированного хвостохранилища № 2 в нем могли произойти процессы перераспределения рудного вещества с его концентрированием на более глубоких горизонтах.
ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫМИ ХИМИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ПОЧВ И ДЕРНИНЫ ПАСТБИЩ И СЕЛЬХОЗУГОДИЙ, ПРИЛЕГАЮЩИХ К ХВОСТОХРАНИЛИЩАМ ТВМК
Объекты промышленной разработки полезных ископаемых - это источники значительного поступления и негативного влияния минеральных тонкодисперсных (нано) частиц на окружающую среду [11]. Данные о химических составах и геохимических особенностях прилегающих к хво-стохранилищам ТВМК почв и дернины с пастбищ и сельхозугодий приведены на рис. 3-6. Изучено распределение в них содержаний экологически вредных ^, Р205, Мо, W, Zn, РЬ, Аз, Sb, Сэ, Sr, Rb, и, ТИ, Ва и др.) химических элементов.
При обработке результатов геохимического исследования почв и дернины с пастбищ и сель-
Таблица 2. Средние содержания химических элементов (г/т) в хвостохранилищах ТВМК
Хвостохранилища ТВМК в целом (количество проб 156) Суперхранилище 1 (количество проб 92) Хвостохранилище 2 (количество проб 64)
Элемент стан- стан- стан-
сред- мини- макси- дартное сред- мини- макси- дартное сред- мини- макси- дартное
нее мум мум откло- нение нее мум мум отклоне- ние нее мум мум отклоне- ние
Сг 65 44 112 11 66 46 112 11 64 48 92 10
V 55 35 81 9 55 35 81 10 55 36 70 8
Со 11 5 20 3 11 6 20 3 10 6 16 2
№ 28 21 42 3 28 21 42 4 27 22 32 3
Си 37 14 203 23 40 14 203 28 29 14 58 11
гп 241 167 397 42 230 169 306 32 273 167 361 46
Rb 51 7 149 21 52 17 149 23 55 31 103 18
Бг 191 102 283 35 180 102 263 30 230 189 283 24
гг 86 56 116 10 87 63 107 9 84 64 116 13
Ва 153 40 346 53 159 54 324 53 164 101 346 52
РЬ 22 7 88 13 19 7 69 11 31 11 88 16
Аб 73 23 264 41 58 23 179 29 111 54 264 42
Мо 111 53 411 65 109 53 411 72 115 65 221 43
W 375 102 1945 292 314 102 1349 231 511 185 1249 278
600.00-
500.00-
400.00-
300.00
200.00
100.00
0.00-
Проба 30\08 ! 7
31 8
192
■
2 <3 3 Н Ц я ■ і« 34 28 * '-нооіпооИИі-5ииІ | 1 ~г~г~г X 24
Л»
500.00 450.00400.00350.00 300.00250.00200.00
150.00 100.0050.00
0.00
430
299
I
. 86 92 97 1
8$§»3;£И| 1,- 33 45 | 1 34
у=оо^оо||±2н 1 ■
500.00-
450.00-
400.00-
350.00-
300.00-
250.00-
200.00-
150.00-
100.00-
50.00-
0.00-
-| 4' Щ
1П 134 1
м 86 ■ и 1
8Я§8ЯЗ|1Г«,1 43
«ОООООІІ^І ■
~ і і г
~ Г“ I г
~ I I г
600.00-
500.00-
400.00-
300.00-
200.00-
100.00-
0.00-
Проба 33\08 51 7
171 206
. ,с * . Г1 _ 95 И» ИЗ І I
я 2 1 а з з | | м ■Зи6 | 37 ■
~ I I г
~ I I г
,^,р\<Р о"’ о*> ‘Ь О А о° с? л? ^ V <°
О «V ІЛГ'
600.00-
500.00-
400.00-
300.00-
200.00-
100.00-
0.00-
Проба 39\08 484
249
123 "Iу 133 ^ I
52 38 1 г4ооС^ооИ|^Ии| 1 30 ■..
,-Р,р\Р ср оь “Ь о4 А с0 4' с?"л? я»* <° О' Я'Т'
400.00-
350.00-
300.00-
250.00-
200.00-
150.00-
100.00-
50.00-
0.00-
36 4
-207 ш
101 ^
Й Р Й Я =* Я ||^40чч ОО ш СО ■
^ОО^ОО 1
\ і і і
о“>о л ся с? л? & V Ф<°
О" <ч> ЯТ-
Рис. 3. Содержания оксидов макроэлементов (мас.%), микроэлементов (г/т) в почвах сельхозугодий (капустные поля), определенные методом рентгено-флюоресцентного анализа.
хозугодий, прилегающих к хвостохранилищам, учитывалось, что они могли заражаться рядом тяжелых и канцерогенных элементов не только за счет разноса постоянными ветрами тонкодисперсных фракций захороненного материала с участков с нарушенным слоем рекультивации на поверхности хвостохранилищ, но и при минных массовых взрывах на Высотном и Мукуланском карьерах в период работы ТВМК. После таких взрывов в атмосферу на высоту до 1 км поднимались большие облака тонкой пыли с рудным веществом Мо, БЪ и др.), которая разносилась ветрами вверх и вниз по долинам р. Баксан и ее боковых притоков, в зависимости от скорости и направления движения воздушных масс в нижних слоях атмосферы на момент массовых взрывов.
В составе техногенной пыли тонкодисперсные частицы (аэрозоли) занимают относительно небольшую по объему долю [11], но являются ее наиболее активной и подвижной частью. Зона поражения сельхозугодий и пастбищ техногенными аэрозолями может измеряться сотнями километров. Наибольшую экологическую опасность при этом представляют выбросы кварцевой пыли и пыли тяжелых металлов, в частности переиз-
мельченных сульфидных минералов. По существующим оценкам, общая масса тонкодисперсных аэрозолей в горнодобывающей промышленности (для одного среднего по запасам месторождения) оценивается в 10 т/г, из которых не менее 10-12% составляют ультрамелкие частицы [10].
При скорости ветра 5 м/с начинается интенсивный разнос сухой пыли с поверхности, а при 8 м/с этот процесс резко усиливается [10]. Интенсивность выдувания и разноса пыли зависит от конструкции отвалов и степени их защищенности рельефом местности и растительностью. Для Тырныаузского горно-обогатительного комбината, особенно для карьеров Мукуланский и Высотный, интенсивность пылевого потока должна быть весьма значительной в связи с тем, что на таких высотах (2400-2900 м), где расположены карьеры, характерны постоянные и довольно сильные ветры, а растительность отсутствует. Значительное количество пыли продолжает поступать в биосферу также из отвалов с карьеров Мукуланский и Высотный в балки с водотоками - Большой и Малый Муку-лан. При этом естественное зарастание лишенных растительного покрова пылящих поверхностей может продолжаться достаточно долго - для са-
300.0
250.0
200.0
150.0
100.0
50.0 0.0
450.0-
400.0
350.0
300.0 250.0200.0
150.0
100.0
50.0 0.0
X 70 Проба 30/08
1< 59
г I
8.7 I 10.2 і8-7 I - ■ ■ ■ ■ 1 8.0 0.745.28 5-Ої 0.76
вс Сг Со Аб Ю> 7х Мо вЬ Се Ва Ш Та ТЪ и
411
Проба 32/08
500.0 450.0400.0
350.0
300.0
250.0
200.0
150.0
100.0 50.0
0.0
139
94.1 I
58.8
9_0 | 11.1 ^ | | 4.5 0.73 5 36 4.22 0.67 її3 8302.25
Яс Сг Со Ав Ю) Я Мо БЬ Се Ва Ш Та ТЬ и
447 Проба 39/08
86.2 ™
1 Зїі°1 48.6
16.1 1 16.2 І I „ 13.4 2.82 8.66 -■і'і1!1!1! І'ГГІ1 5.51 0.82 | Ю£І2.82
Эс Сг Со Ав Шз & Мо БЬ Се Ва Ш Та ТЬ и
350.0
300.0
250.0
200.0
150.0
100.0
50.0 0.0
450.0-
400.0
350.0
300.0
250.0
200.0
150.0
100.0
50.0 0.0
400.0
350.0
300.0
250.0
200.0
150.0
100.0
50.0 0.0
з: 4 Проба 31/08
101
58.1
9.9 1 10.22^7 ■і1 і "і 1 1 1 0.0 0.66 8^2 4.66 0.99 6_3 14и102.86
вс Сг Со Ав ЯЬ & Мо вЬ Се Ва Ш Та W ТЬ и
396 Проба 33/08
171
111.9 1
67:9 5 і ■ 1 37.0
11.9 | 1» | | | | ^41.04б£8 4.63 0.85 111^42.97
І І І І І І І І І І І І І І I
Бс Сг Со Ав ЛЬ & Мо ЭЬ Се Ва Ш Та XV Пі и
Проба 40/08 37 2.3
X
237
114.2 87.2 87.7 ■
1 1 1 74.4 ■
.1.1 1 | 6.998.36 4.70 о.79 П’552.76 ■ —
“I I I I Г
“I I I Г
Бс Сг Со Ав Шэ & Мо ЭЬ Се Ва Ш Та ТЬ и
Рис. 4. Содержания (г/т) микроэлементов в почвах сельхозугодий (капустные поля), определенные методом инструментального нейтронно-активационного анализа.
мопроизвольного восстановления растительного покрова требуются десятки лет [7, 9 и др.].
Техногенная пыль, поступающая в атмосферу, может быть не только пассивной, но и активной, образующей в почвах подвижные минеральные формы. Подавляющее большинство горных предприятий -источник пассивной пыли, распространение которой происходит за счет переноса воздушными массами. Но при попадании такой пыли на почву, имеющую слабо- и среднекислотную реакцию, может происходить выщелачивание из нее металлов с последующей их миграцией.
Для оценки степени возможного загрязнения почв и дернины пастбищ и сельхозугодий, примыкающих к хвостохранилищам промышленных отходов ТВМК, была отобрана сравнительная проба 30/08 (далее проба “СП”) из точки, расположенной в 1 км южнее пос. Жанхотеко. В связи
с тем, что эта современная почва образовалась в поле развития известняков, в ней наблюдаются повышенные содержания СаО, Fe2Oз и Бг (в верхнеюрских меловых известняках известны целе-стиновые рудопроявления).
Места отбора проб: 30/08 - сравнительная (“СП”) в 1 км южнее пос. Жанхотеко и севернее Скалистого хребта; 31/08 и 32/08 - расположены к северу от Скалистого хребта, через который облака с рудной пылью, образовавшиеся после массовых взрывов на карьерах ТВМК, могли не перейти, поэтому степень заражения рудными элементами почв и дернины здесь оказалась несколько меньше, чем к югу от хребта.
Проба 31/08 (почва с дерниной) отобрана в 1.5 км выше моста через р. Бол. Бедык на сенокосе. В ней, по сравнению с “СП”, установлены повышенные содержания Р205, Си, Zn, Сэ (в ~2 раза).
600.00
500.00
400.00
300.00
200.00 100.00
0.00
Проба 36\08 ь: >4
230
101 ^ , 98 99 86 |
Я 11 Й 311 |_4.Ч°М 32 ■
І І І І І І І I
І І І I
,Р,р\<р * о л с? 4Ч с?^ лу <®
С/ <Чч -<$»леЛ<
600.00
500.00
400.00
300.00
200.00 100.00
0.00
Проба 37\08 —ь< >ь—
230 194 в
- її с, Т||
яіаяіііігіїі 40 ■
І І І І І І І I
т і і I
г^>,р\Р о),о*> ^ с' А с? 4Ч ^ ч?<°
450.00
400.00
350.00
300.00
250.00
200.00
150.00
100.00 50.00
0.00
Проба 38\08
403
¿190
77 96 71
-£-;в-£-£-£-а | I 36-32-1- »Поо^оо! 1 _ 1 -29- 1
Рис. 5. Содержания оксидов макроэлементов (мас.%), микроэлементов (г/т) в почвах пастбищ, определенные методом рент-гено-флюоресцентного анализа.
Проба 32/08 взята в 3 км выше по долине р. Бак-сан в ее левом борту перед Скалистым хребтом. В ней, по сравнению с “СП”, установлены повышенные содержания РЬ (в ~2 раза); Си, Zn (в 2.5 раза).
Проба 33/08 (черная плодородная почва) взята в 0.4 км севернее окраины пос. Бедык, на пастбище. В ней, по сравнению с “СП”, установлены повышенные содержания Сг, V, N1, Ва, РЬ, Бе, БЬ, Аб, Мо, Zn (в 2 раза); W (в 5 раз).
Проба 34/08 (почва черная) отобрана на капустном поле на северной окраине пос. Былым на третьей надпойменной террасе р. Баксан. Установлены повышенные, по сравнению с “СП”, содержания Zn (в 2 раза).
Проба 35/08 взята на капустном поле напротив центра пос. Былым на третьей надпойменной террасе р. Баксан в правом борту долины. Установле-
ны повышенные, по сравнению “СП”, содержания Zn, Аб (в ~2 раза).
Проба 36/08 взята на капустном поле напротив центра пос. Былым на нижней (второй) надпойменной террасе р. Баксан в правом борту долины. Установлены слабо повышенные, по сравнению с “СП”, содержания Сг, Ва и Zn (в ~1.5 раза).
Проба 37/08 отобрана на капустном поле на южной окраине пос. Былым в 180 м западнее автотрассы на третьей надпойменной террасе р. Баксан в правом борту долины. Установлены повышенные, по сравнению с “СП”, содержания Сг, V, Со, N1, Си, Ва, РЬ (в ~2 раза); Zn, Бе (в ~3 раза).
Проба 38/08 отобрана на капустном поле на южной окраине пос. Былым в 180 м западнее автотрассы напротив суперхранилища № 1 на третьей надпойменной террасе р. Баксан, правый борт
400.0
350.0
300.0
250.0
200.0
150.0
100.0 50.0
0.0
Проба 34/08
| |
600.0
500.0
400.0
300.0
200.0 100.0
0.0
Проба 35/08
■ _
.¡-■її- 1
8с Сг Со Ав Ю> 7х Мо БЬ Се Ва Ш Та W ТЬ и
Бс Сг Со Ав ЛЬ 1х Мо ЭЬ Се Ва Ш Та W ТЬ и
500.0
400.0
300.0
200.0 100.0
0.0
Проба 37/08
. I
вс Сг Со Ав ЯЬ & Мо ЭЬ Се Ва Ш Та ТЬ и
Рис. 6. Содержания (г/т) микроэлементов в почвах пастбищ, определенные методом инструментального нейтронно-активационного анализа.
долины. В этой почве установлены повышенные, по сравнению с “СП”, содержания Сг, V, Со, N1, Си, Ва, РЬ, Бс, Rb, ТИ, и, Аэ, БЬ, Na2O (в ~2 раза); Zn (в ~3 раза).
Проба 39/08 (почвы с небольшим количеством дернины) взята с пастбища на левом борту долины р. Баксан на четвертой надпойменной террасе напротив пос. Былым в 600 м восточнее насыпной дамбы суперхранилища № 1 промышленных отходов ТВМК. В этой почве установлены повышенные, по сравнению с “СП”, содержания МпО, Со, N1, Си, Ва, РЬ, Rb, Сг, V, Бс, Сэ, Мо (в ~2 раза); Fe2O3, №2О, Аэ, Zn (в 2-2.5 раза); Бг (в ~3 раза); БЬ (в ~4 раза); W (в ~7 раз).
Проба 40/08 (почвы с небольшим количеством дернины) взята с пастбища на левом борту долины р. Баксан на четвертой надпойменной террасе в 180 м северо-восточнее насыпной дамбы суперхранилища № 1 промышленных отходов ТВМК. В этой почве установлены повышенные, по сравнению с “СП”, содержания №2О, Fe2O3, МпО, Си, Ва, РЬ, Rb, Сг, V, Со, РЬ, Бс, Сэ (в 1.5-2 раза); Аэ (в 3 раза); Zn (в 4 раза); Бп (в 7 раз); БЬ, Мо (в ~9.5 раз); W (в 50 раз).
По полученным данным установлено загрязнение тяжелыми и канцерогенными металлами
современных почв с дерниной как на пастбищах, так и на сельхозугодьях пос. Былым. Причем наиболее сильно загрязнены почвы пастбищ, непосредственно примыкающих к хвостохранилищам ТВМК (проба 40/08). Кроме того, судя по элементному составу руд ТВМК, наблюдается и реальный вклад разноса ветрами облаков тонкодисперсной пыли, образовывавшейся при массовых взрывах на Мукуланском и Высотном карьерах ТВМК и из мест с нарушенным слоем рекультивации на поверхности хвостохранилищ.
Для характеристики техногенного загрязнения почв на пастбищах и сельхозугодьях пос. Былым тяжелыми металлами использован коэффициент накопления, равный отношению содержания конкретного элемента в загрязненной почве к его фоновому содержанию (в сравнительной пробе “СП”). При загрязнении несколькими тяжелыми металлами степень загрязнения оценивается по величине суммарного показателя концентрации ^с). Далее использовалась предложенная ИМ-ГРЭ шкала загрязнения почвы тяжелыми металлами. Результаты техногенного загрязнения почв по этой методике приведены ниже.
Величина ^с) составляет: 6.9 (проба 31/08),
12.3 (проба 32/08), 17.9 (проба 33/08), 16.8 (проба
34/08), 23.7 (проба 35/08), 4.7 (проба 36/08), 18.2 (проба 37/08), 29.5 (проба 38/08), 41.3 (проба 39/08), 108.9 (проба 40/08).
При величине Zc<16 категория почв относится к допустимой и не превышает предельно допустимые концентрации (ПДК). Это пробы почв 30/08, 31/08, 32/08 и 36/08, которые могут использоваться под производство любых культур.
При величине Zc от 16.1 до 32.0 категория почв относится к умеренно опасной с превышением ПДК при лимитирующем общесанитарном и миграционном водном показателе вредности, но ниже ПДК по транслокационному показателю. Это пробы почв 33/08, 34/08, 35/08, 37/08 и 38/08, которые могут использоваться под любые культуры при условии постоянного контроля качества продукции растениеводства.
При величине Zc от 32.1 до 128.0 категория почв относится к высоко опасной, с превышением ПДК при лимитирующем транслокационном показателе вредности. Это пробы почв 39/08 и 40/08), которые могут использоваться только под технические культуры без получения на них продуктов питания и кормов. Здесь рекомендуются мероприятия по снижению уровня воздействия источников техногенного загрязнения почв.
Сравнение концентраций элементов, установленных в почвах на пастбищах и сельхозугодьях в районе пос. Былым, с существующими ПДК [6] выявило превышение ПДК по Р2О5 в 7 раз, Б в 6 раз, Со в 3 раза, N1 в 8.5 раз, Си и Аэ в 9 раз, Zn в
2 раза, (в пробе 30/08); Р2О5 в 11 раз, Б в 6 раз, Со в 3 раза, N1 в 8 раз, Си в 15 раз, Zn в 4 раза, Аэ в
10 раз (в пробе 31/08); Р2О5 в 8 раз, Б в 9 раз, Со в
3 раза, N1 и Аэ в 12 раз, Си в 33 раза, Zn в 6 раз, РЬ в 2 раз (в пробе 32/08); Р2О5 в 7 раз, Б в 6 раз, Со в 3 раза, N1 в 13 раз, Си в 12 раз, Zn в 5 раз, Аэ в 18 раз (в пробе 33/08); Р2О5 в 8 раз, Б и Zn в 5 раз, Со в 4 раза, N1 в 13 раз, Си в 10 раз, Аэ в 5.5 раза (в пробе 34/08); Р2О5 в 6 раз, Б в 4 раза, Со в 3 раза, N1 в 12 раз, Си в 10 раз, Zn в 4.5 раза, Аэ в 18 раз (в пробе 35/08); Р2О5 в 6 раз, Б и Zn в 4 раза, Со в 3 раза, N1 в 11 раз, Си в 10 раз, Аэ в 12 раз (в пробе 36/08); Р2О5 в 9 раз, Б и Со в 4.5 раза, N1 и Си в 15 раз, Zn в 6.5 раза, Аэ в 12 раз (в пробе 37/08); Р2О5 в 5 раз, Б в 8 раз; Со и Zn в 3 раза, N1 в 9 раз, Си в
11 раз, Аэ в 19 раз (в пробе 38/08); Р2О5 в 7 раз, Б в 6 раз, Со в 4 раза, N1 и Си в 13 раз, Zn в 6 раз, Аэ в 28 раз (в пробе 39/08); Р2О5 в 6 раз, Б в 6 раз, Со в 5 раз, N1 и Zn в 10 раз, Си в 11 раз, БЬ в 2 раза, Аэ в 44 раза (в пробе 40/08).
Анализ величин ПДК по ряду тяжелых и канцерогенных элементов в почвах с пастбищ и
сельхозугодий пос. Былым показал достаточно высокую степень их техногенного загрязнения и позволил выявить участки с разной степенью загрязнения тяжелыми металлами, занесенными сюда ветрами как с хвостохранилищ, так и с карьеров ТВМК при массовых взрывах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Доказано, что дернина из слоя рекультивации хвостохранилища № 2 ТВМК характеризуется устойчивым превышением ПДК для цинка (максимально ~ в 2 раза), для мышьяка (максимально ~ в 10 раз), в единичных пробах для меди (максимально в 1.5 раза), для свинца (максимально в
7.3 раза).
Установлено загрязнение тяжелыми и канцерогенными металлами современных почв с дерниной как на пастбищах, так и на сельхозугодьях пос. Былым, непосредственно прилегающих к хвостохранилищам №№ 1 и 2. С учетом элементного состава руд ТВМК происходит загрязнение почв в связи с разносом ветрами тонкодисперсной пыли как с поверхности хвостохранилищ, так и с образовывавшихся после промышленных взрывов на Мукуланском и Высотном карьеров за период работы комбината.
На пастбищах в районе поселка Былым ситуация в отношении элементов, которые могут быть привнесены из материала хвостохранилищ, относительно удовлетворительная. В единичных пробах содержание молибдена, вольфрама и олова превышает норму ПДК до 10 раз, а для меди и цинка - в 2 раза. Эти пробы были отобраны в участках резкого перегиба рельефа, где мог накапливаться переносимый ветром материал из хвостохранилищ. В целом же поселок находится на расширении долины р. Баксан, где отсутствуют перегибы склонов и прочие “ловушки” для переносимого ветром материала из хвостохрани-лищ. Следует также учитывать, что определенная негативная нагрузка на почвы обусловливается и сильным загрязнением атмосферного воздуха, а соответственно и почвенно-растительного слоя в Приэльбрусье свинцом и другими элементами из-за интенсивного движения в этом районе автотранспорта, часто использующего бензин и дизельное топливо низкого качества. Как известно, газопаровые выбросы автомобильного транспорта и автодорожного комплекса содержат загрязнители 3-го и 4-го классов опасности, а из веществ 1-го класса наибольшую опасность представляют соединения свинца [3, 4].
Следует учитывать, что хвостохранилища ТВМК расположены в селе- и сейсмоопасном районе. В случае возникновения природных катастрофических явлений (сход мощных селей или землетрясения с магнитудой около 7) может разрушиться насыпная дамба суперхранилища № 1 и вниз по долине р. Баксан пойдет разрушительный техногенный сель с соответствующими катастрофическими последствиями.
Для снижения степени риска людских потерь, минимизации возможного материального ущерба от природных и техногенных процессов, снижения негативной нагрузки на экологическую обстановку в Приэльбрусье и на здоровье населения, стала очевидной необходимость полной утилизации промышленных отходов [5], находящихся в хвостохранилищах ТВМК, с предварительным извлечением из них экономически ценных металлов и элементов-токсикантов.
Авторы выражают благодарность В.А. Сыч-ковой за пробоподготовку, А. И. Якушеву, А.Л. Керзину (ИГЕМРАН) и аналитическому центру КБГУза аналитические исследования, выполненные методами рентгено-флюоресцентного и инструментального нейтронно-активационного анализов.
Работа выполнена при финансовой поддержкеГос-контракта с Минобразования и науки РФ № П-14-10 от 03.09.2009 г.; гранта Президента Российской Федерации для поддержки ведущих научных школ 2012—2013 гг.: Проект НШ-2721.2012.5 и гранта РФФИ № 11-05-00726, а значительный объем аналитических исследований выполнен в рамках поисковой темы ИГЕМ РАН № 1П.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бортников Н.С., Шаззо Ю.К., Гурбанов А.Г. и др. Выявление микропримесей в водах защитных “озер” хвостохранилищ ТВМК, реки Баксан и ее притоков методом ИСП-МС // Аналитическая химия - новые методы и возможности / Съезд аналитиков России 26-30 апреля 2010 г. М.: Издат. дом МИСиС, 2010. С. 50-51.
2. Бортников Н.С., Шаззо Ю.К., Гурбанов А.Г. и др. Элементный анализ состава техногенных отходов
Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината инструментальными методами // Аналитика России. Матер. III Всерос. конф. с междунар. участием (к 175-летию со дня рождения Д.И. Менделеева). Краснодар, 2008. С.448.
3. Вагин В.С., Голик В.И. Проблемы использования природных ресурсов Южного Федерального округа. Владикавказ: Проект-Пресс, 2005. 192 с.
4. Государственный доклад “О состоянии окружающей природной среды и деятельности Управления природных ресурсов МПР и России по КабардиноБалкарской Республике в 2002 году”. Нальчик, 2002. 116 с.
5. Гурбанов А.Г., Шаззо Ю.К., Докучаев А.Я. и др. Минералого-геохимический мониторинг в районах хранилищ продуктов отходов обогатительных фабрик ГОКов для установления возможности их утилизации и оценки экологического воздействия на окружающую среду // Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений. Тр. VII Междунар. конф. Владикавказ, 14-16 сентября 2010 г. С. 56-62.
6. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям вредности (по состоянию на 01.01.1991) // Госкомприрода СССР, № 02-2333 от 10.12.1990 г.
7. Смирнова О.К., Сарапулова А.Е., Цыренова А.А. Особенности нахождения тяжелых металлов в гео-техногенных ландшафтах Джидинского вольфра-мо-молибденового комбината // Геоэкология. 2010. № 4. С.319-327.
8. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых / Под ред. А.П. Соловова, А.Я. Архипова, В.А. Бугрова и др. М.: Недра, 1990. С. 335.
9. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П., Грехнев Н.И., Крупская Л.Т., Ионкин К.В. Основные направления решения экологических проблем минеральносырьевого комплекса в Дальневосточном регионе // Геоэкология. 2009. № 6. С. 483-489.
10. Чантурия В.А. Прогрессивные технологии обогащения руд комплексных месторождений благородных металлов // Геология рудных месторождений. 2003. Т. 45. № 4. С. 321-328.
11. Чантурия В.А., Трубецкой К.Н., Викторов С.Д. и др. Наночастицы в процессах разрушения и вскрытия геоматериалов. М.: Изд. ИПКОН РАН, 2006. С. 216.
12. Bortnikov N.S., Shazzo Yu.K., Gurbanov A.G. et al. Factory waste influence on Elbrus adjacent area // IS-SEBETS. 27-29 August 2009. Ager. Hungary. 2009.
INFLUENCE OF BURIED INDUSTRIAL WASTE FROM TYRNYAUZ TUNGSTEN-MOLYBDENUM MINING COMPLEX ON THE ECOLOGIC CONDITIONS (SOIL-PLANT LAYER) IN ELBRUS AREA (KABARDINO-BALKAR REPUBLIC)
N.S. Bortnikov*, A.G. Gurbanov*, O.A. Bogatikov*, B.S. Karamurzov**, A.Ya. Dokuchaev*, A.B. Leksin*, V.M. Gazeev*, A.V. Shevchenko**
* Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry,
Russian Academy of Sciences. E-mail: [email protected] ** Kabardino-Balkar State University. E-mail: [email protected]
Huge amounts (about hundreds millions of m3) of waste had been accumulated, buried and reclaimed particularly in the valleys of Baksan and Gihzgit rivers as a result of the Tyrnyauz tungsten-molybdenum mining complex (TTMMC) operation. The pollution area is determined by the strength and velocity of winds blowing in the Baksan valley; and the extent of pollution depends on the grain size of industrial waste on the surface of repositories in natural gullies and mine workings. The chemical analysis of buried waste obtained with X-ray fluorescence and neutron activation methods revealed the excesses of maximum permissible concentrations for a number of heavy metals. The heavy metals determined in soil and vegetation layer at pastures and farmlands adjacent to repositories are carcinogens. The content of the environmentally hazardous elements (As, Zn, Pb, Bi, W, Mo, Sn, S etc.) exceeds considerably their maximal permissible concentrations.
Redistribution of ore substance in the course of time was established, which was accompanied by its concentrating in the deeper levels of the long ago recultivated repository.
The necessity of recycling the buried industrial TTMMC waste is shown. The extraction of W, Mo, Sb,
Zn, As, Bi from the industrial waste will reduce the negative influence of buried material from the repositories on the ecological conditions in the Elbrus area.
Key words: Tyrnyauz tungsten-molybdenic mining complex, Elbrus area, repositories, benefication waste, soil-plant layer, mineralogical-geochemical research, heavy metals, carcinogens, pollution area, ecological conditions.
