CC BY
59
© Е.П. Щербакова, В.В. Глалышев, 2003
УЛК 622.793.5
Е.П. Щербакова, В.В. Глалышев
СПОСОБЫ И СРЕЛСТВА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ КИСЛОТНОГО ЛРЕНАЖА СТОЧНЫХ ВОЛ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ
В Российской Федерации годовой выход горнопромышленных отходов составляет в последние годы свыше 4,0 млрд. т в год в виде вскрышных и вмещающих пород, отходов обогащения добытых полезных ископаемых, шлаков металлургического производства. По имеющимся оценкам горнопромышленные отходы, накопленные в России, составляют от 30 млрд.т и более[1]. Удельная поверхность пород отвалов и хвостохранилищ увеличивается по сравнению с природной соответственно в 3 - 10 и 10-100 раз, а коэффициент фильтрации -в 102 -103 раз, что создает самые благоприятные условия для разложения оставшихся в отходах минералов и выноса токсичных металлов - меди, цинка, свинца, марганца, а нередко - и высокотоксичных [2].
Исследования техногенных массивов горнопромышленных регионов показали, что под влиянием природных и техногенных факторов минеральные отходы подвергаются выветриванию и трансформации в новые кристаллохимические фазы, что способствует их диспергации и миграции с грунтовыми водами, и обусловливает формирование литогеохимических аномалий, которые по силе и глубине воздействия на биоту значительно превышают очаги загрязнения природного происхождения. Для них характерна высокая скорость протекания процессов. Максимальная скорость окисления сульфидов в за-складированных отходах наблюдается при попеременном увлажнении и высыхании продукта в присутствии только пленочной влаги, а повышение температуры на 10° приводит к увеличению скорости процесса в 3 раза.
На основании анализа передовых разработок установлено, что, несмотря на серьезную теоретическую базу, существует много нерешенных вопросов по выявлению закономерностей поступления и распределения загрязняющих веществ от техногенных отвалов в природные среды, а также оценке степени их воздействия на качество окружающей среды в частных физико-географических условиях.
Поэтому решение проблем экологической устойчивости геосистемы техногенных территорий, ее прогнозирования и управления, требует разработки и создание программно-целевого подхода, а также системного анализа региональных проблем окружающей среды.
В настоящее время в МГГУ проводятся исследования, направленные на выявление, анализ и типизацию инженерно-геологических, геоморфологических и геохимических условий и факторов, опреде-
ляющих состояние устойчивости геосистемы техногенных территорий.
Типизация по геохимическим условиям геосистемы техногенных массивов позволит осуществить выбор и направление технологических решений по направленному формированию их с учетом интенсивности и направленности процессов окислительного выветривания, протекания вторичных изменений минерального вещества, механизмов миграции элементов тяжелых металлов.
Гидрогеохимические аномалии, как правило, обусловлены техногенным загрязнением подземных вод в местах интенсивной фильтрации поверхности (стоками хвостохранилищ и рудных отвалов, перетокам минерализованных подземных вод и т.д.) Так, воды загрязняются растворимыми сульфатами цветных металлов и железа в результате окисления сульфидов в гипергенных условиях.
Окисление пирита и (или) пирротина в хранилищах горнорудных отходов приводит к кислотному дренажу (acid mine drainage (AMD), и высвобождению металлов из сульфидов, таких как халькопирит, галенит и сфалерит, также присутствующих в отходах.
Вопросам так называемого "кислотного дренажа" посвящены многочисленные исследования в России и за рубежом. Среди зарубежных авторов следует отметить канадских и шведских ученых [4,5]. В России известны работы Бортниковой С.Б., Макарова В.Н., Зотеева В.Г. [6,1, 2] и др.
На прошедшем в 2001 году в Италии Международном Симпозиуме по проблемам геоэкологии большое внимание было уделено вопросам формирования кислых вод в результате окисления сульфидов и значительному увеличению концентрации тяжелых металлов в водной среде, как в результате добычи руд, так и при выщелачивании металлов из хвостохранилищ.
В статье представлены разработки и исследования, в которых принимали участие авторы, и которые, на наш взгляд, представляют несомненный интерес с точки зрения их практического использования в конкретных условиях. Ниже на примере ряда объектов рассмотрена эффективность разрабатываемых и применяемых современных методов снижения кислотного дренажа.
Так, вследствие известкования Ca(OH)2 водного покрытия исследуемого хвостохранилища Кристин-бари, Северная Швеция, хвосты покрыты слоем кальцит-гипсовых отложений (calcite - gypsum slurry -CGS). Эти отложения содержат довольно высокие концентрации Cd, Cu и Zn [3] и, по-видимому, на сегодняшний день является поглотителем для металлов в хвостохранилище. Концентрации металлов Cd, Cu, и Zn, измеренных в CGS, соответствует количеству этих металлов, поглощенных в хвостохранилище N 4 в течение 8-9 лет (рис.1).
Взаимодействие извести и растворенной в воде углекислоты приводит к образованию кальцита и
гипса, что приводит к эффекту в снижении водной миграции и выноса растворенных металлов водным потоком. Следствием известкования водной среды является резкое повышение рН водной среды до 912, что приводит к образованию и осаждению гидрооксидов железа и марганца. Образующиеся в результате указанных реакций кальцит, гидроксиды железа и марганца являются минеральной фазой, активно захватывающей растворенные в воде металлы. Осаждение новообразующейся минеральной фазы обуславливает значительное снижение концентраций металлов в воде и их захоронение в донных
Си, и 7п в пульпе, совершенно очевидно, что вопрос ее стабильности крайне важен для эффективности хвостохранилища как действующего поглотителя металлов. В работе [3] проводятся результаты лабораторных исследований поведения металлов в водной среде при изменении рН .
Проблема нейтрализации сточных вод, поступающих в водоемы из отвалов вскрышных пород, актуальна для большинства буроугольных разрезов. Для ее решения необходимо найти эффективные способы повышения уровня рН и снижения концентрации железа, в связи с чем и проводились исследования, объектом которых являлось центральное водохранилище выемочного поля Перес разреза Фе-райнигтес Шленхайн (ФРГ).
Основная причина превышения предельно допустимых значений по рН и Ре заключается в плохом качестве воды, просачивающейся в водохранилище из зон отвалообразования. При поступлении кислорода во вскрышные породы происходит интенсивное окисление содержащихся в них пирита и марказита, имеющих одинаковый химический состав - РеБ2. Известно, что в течение 10 лет после складирования происходит активный процесс образования сульфатов и серной кислоты из сульфидов железа (кислотный дренаж):
Ре32 + 3,502 + Н2О —— РеБ04 + Н2Б04;
2РеБ04 + Н2Б04 + 0,502 — Ре2(Б04)3 + Н20;
РеБ2 + Ре2 (Б04)3 + 2Н20 + 302 —— 3Ре2(Б04)3 + +Н2Б04.
В связи с этим просачивающиеся из отвалов грунтовые воды имеют низкий уровень рН и повышенную концентрацию Ре.
В рамках исследований, в которых принимали участие авторы, были изучены все потоки рассматриваемого водосборного бассейна с целью определения их свойств и расхода, а также проведены лабораторные опыты по нейтрализации вод с применением гашеной извести (Са(0Н)2), мела (СаС03) и соды (ИаС03). Суть экспериментов заключалась в определении необходимой дозы средств нейтрализации, скорости и закономерности протекания процесса, а также количества образующегося осадка.
Проведенные лабораторные эксперименты показали, что все рассматриваемые средства нейтрализации могут быть успешно применены, причем мел дает практически такой же эффект, как и более дорогие сода и известь. Рис. 2 иллюстрирует этот факт. Полевые испытания подтвердили возможность применения мела в качестве наиболее выгодного средства нейтрализации сточных вод. Для этих целей мел может использоваться как в виде суспензии, так и в кусковом виде, что зависит от конкретных природных и производственно-экономических факторов.
Перспективный способ варьирования рН среды в хвостохранилище предложен на КМА, где площади, занятые хвостохранилищами, превышают 30 км2. Были разработаны мероприятия по созданию геохимического барьера из кальцийсодержащих пород, способных задержать и сорбировать все тяжелые металлы, что спососбствует снижению накопления тяжелых металлов в растениеводческой продукции.
отложениях. Имея ввиду высокие концентрации С^
Этот геохимический барьер создается из меломергельных пород и укладывается на отходы обогащения до 0,2 м, после чего укладывается слой потенциально плодородных пород. Эта схема позволяет поддерживать оптимальные рН среды, и высокую емкость поглощения, работая как двухсторонний геохимический барьер.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что, независимо от видов минерального сырья (медно-цинкового, буроугольного, железорудного) и их генезиса, применение технических решений с использованием кальцийсодержащих пород, обеспечивает повышение рН и снижение кислотного дренажа, что способствует снижению миграции тяжелых металлов, снижает их миграцион-
ную способность, и, в итоге - снижает вредное влияние от складированного материала.
Конечно, предложенные и описанные в статье методы, имеющие достоинства и принципиальную привлекательность, требуют дальнейшей проработки и апробации, что и является предметом наших исследований.
Изучение поведения миграции металлов внутри тела отходов, и за пределами техногенных тел является важной задачей, так как в прикладном плане отвечает за характеристику экологической обстановки в окрестностях отвала, и решение этих задач ответит на вопросы о путях снижения кислотности водной среды.
------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чантурия В.А, Макаров В.Н., Макаров Д.В. Классификация горнопромышленных отходов по типу минеральных ассоциаций и характеру процессов окисления сульфидов. Геоэкология. , N 2 .2000. 136-143.
2. Антоненко Л. К, Зотеев В. Г. Проблемы переработки и захоронения отходов горно-металлургического производства. // Горный журнал. -1999.- N2 с.70.
3. Widerlund A., Shcherbakova E, Forsberg J, Holmstrom H, Ohlander B. Laboratory simulation of flocculation processes in a flooded tailing impoundment at the Kristinberg Zn-Cu mine, northern Sweden. J. Applied Geology.- 2003.
4. Geller W, Klapper H, Salomons W Acidic Mine Lakes: Acid Mine Drainage, Limnology and Reclamation. 1998. Sringer-Verlag. New York. 418 p.
5. Boyle E.A., Edmond J.M, Sholkovitz E.R. The mechanism of iron removal in estuaries // Geochimica et Cosmochimica Acta, 1977. Vol. 44. P. 1313-132.
6. Айриянц A.A., Бортникова С.Б. Хранилище сульфидсодержащих отходов обогащения как источник тяжелых металлов (Zn, Pb, Cu, Cd) в окружающей среде. М. Химия в интересах устойчивого развития. Т 8, N3 2000.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------
Щербакова Елена Павловна - доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет. Гладышев Владислав Олегович - студент, Московский государственный горный университет.
/ ДИССЕРТАЦИИ \
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ
ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Aвтор
Название работы
Специальность Ученая степень
ИНСТИТУТ
БAСТРЫГИHA
Светлана
Валентиновна
БЫКAДОРОB
Aлексей
Иванович
ХИМИИИ ТЕХНОЛОГИИ РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И МИHЕРAЛЬHОГОСЫРЬЯ им. И. В. ТAHAЕBA КОЛЬСКОГО HAУЧHОГО ЦЕН^ РAH
Изменение гидросиликатов магния в про- 25.00.36 цессе хранения и возможность их переработки в строительстве и технические материалы
ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА СО РАН
Разработка ресурсосберегающей техноло- 25.00.22 гии выемки слепых рудных залежей под охраняемыми объектами
к.т.н.
к.т.н.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
ЩЕРБАК~1
в:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\01ЛВ10~03 С:\и8еге\Таня\ЛррБа1а\Коат1^\М1сго80й\ШаблоныШогта1Ло1т Пути решения снижения кислотного дренажа сточных вод
Сластунов Д.С.
24.07.2003 11:14:00 7
15.08.2003 10:00:00 Гитис Л.Х.
152 мин.
09.11.2008 17:32:00
3
1 727 (прибл.)
9 846 (прибл.)
