CC BY
13
УДК 553.4;553.0461 DOI 10.23671/УНС.2019.1.272Ъ5
ВАРИАЦИИ СОДЕРЖАНИЙ МАКРО- И
МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ
РАЗРЕЗАХ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДАХ
ФИАГДОНСКОГО ХВОСТОХРАНИЛИЩА (РЕСПУБЛИКА СЕВЕРНАЯ ОСЕТИЯ-АЛАНИЯ)
А.Г. Гурбанов1, А.Б. Лексин2, В.М. Газеев3, О.А. Гурбанова4, А.Б. Лолаев5, Л.Е. Цуканова6, В.Э. Илаев7, С.О. Дзебоев8, А.Х. Оганесян9
Аннотация. В статье впервые публикуются данные, полученные количественным методом РФА (ХИР), о вариациях содержаний макро- и микроэлементов в вертикальных разрезах в захороненных промышленных отходах (по данным бурения трех скважин) Фиагдонского хвостохранилища, на всю его мощность (10 м, 22 м и 31,5 м с востока на запад, соответственно). Хвостохранилище Фиагдонской обогатительной фабрики (ФОФ) расположено в пойме р. Хаником-дон (правый приток р. Фиагдон, в 2,5 км к северу от пос. Верхний Фиагдон). Площадь хвостохранилища около 56 000 м2. В нем захоронено, по данным ФОФ, 2,4 млн тонн промышленных отходов с содержаниями (в масс. %): Pb - 0,19 (запасы - 4 560 т); Zn - 0,36 (запасы - 8 400 т); ^ - 0,12 (запасы - 2 880 т); Fe - 6,8 (запасы - 163 200 т); V- 0,16 (запасы - 3 840 т); Mn - 0,14 (запасы - 3 360 т); Ag - 4,0 г/т (запасы - 9,6 т).
Вариации в распределении содержаний макро- и микроэлементов в вертикальных разрезах на всю мощность хвостохранилища в разных его частях, с востока на запад (800 м по латерали), заключаются в том, что вниз по вертикальному разрезу происходит увеличение содержаний ТЮ2, Рв203, Э, ^, Zn, Rb, Sr, 2г, Ba, Pb, As и уменьшение содержаний МпЮ, Сг, V, Ы1,У.
По рассчитанным средним величинам содержаний ряда элементов в керне скважин впервые выявлены следующие латеральные вариации с востока на запад:
- постепенное снижение содержания (оксидов и Э в масс. %, элементы в г/т здесь и далее): ТЮ2 (0.81-0.72-0.61), Р205 (0.127-0.117-0.110), Сг (102-89.8-77), V (127-100.9-96), Со (13.7-13.3-11), N (34.731-29), Си (388-358-353), 2п (1944-1930-1687), ИЬ (187-158-132), 7г (179-158-128), Ва (659-572-544), РЬ (3 045-2 816-2 165);
- постепенное увеличение содержаний: Э (2,22-2.55-2.91), Лэ (904-1 181-1 333);
- постепенное увеличение содержания в центральной части и его снижение в западной части: МпЮ (0.19-0.31-0.12), Рв203(8.72-9.68-6.92);
- постепенное снижение содержания в центре хранилища и увеличение на его западном крае: Эг (61.9-54.5-116), т (10.8-7.4-9.8).
В связи с тем, что полученные нами новые данные о величинах средних содержаний ряда элементов оказались выше или ниже средних содержаний этих же элементов, использованных Фиагдон-ским ГОКом для подсчета запасов металлов, хранящихся в хвостохранилище, их условные запасы могут измениться следующим образом: Pb содержание было 0,19 %, стало 0,267; запасы были 4 560 т, а стали - 6 408 т; Zn содержание было 0,36 %, стало 0,2; запасы были 8 400 т, а стали - 4 667 т; ^ содержание было 0,12 %, стало 0,038; запасы были 2 880 т стали 912 т; Fe содержание было 6,8 %, стало 9,04; запасы были 163 200 т, а стали 216 960 т; Т содержание было 0,16 %, стало 0,71 %; запасы были 3 840 т, стали 17 040 т; Мп содержание было 0,14 %, стало 0,235; запасы были 3 360 т, стали - 5 640 т. После получения результатов исследований всех еще не проанализированных проб (35 проб из керна скважин и 24 пробы из поверхностного слоя [0,3-0.5 м] хвостохранилища) запасы ряда металлов могут еще увеличиться, что сделает разработку способа полной утилизации отходов, с предварительным извлечением из них экономически ценных и экологически опасных элементов, более привлекательным мероприятием с экономической точки зрения.
Ключевые слова: Фиагдонское хвостохранилище, содержания макро- и микроэлементов, буровые скважины, катастрофические события, вариации в распределении содержаний элементов в вертикальных разрезах промышленных отходов.
1 Гурбанов Анатолий Георгиевич - к. г.-м. н., в. н. с. КНИО ВНЦ РАН, г. Владикавказ; в. н. с. лаборатории петрографии ИГЕМ РАН, г. Москва (gurbanov@igem.ru).
2 Лексин Алексей Борисович - сотрудник лаборатории «Геоинформатики», ИГЕМ РАН, г. Москва (lexin@igem.ru).
3Газеев Виктор Магалмович - к. г.-м. н., с. н. с. КНИО ВНЦ РАН, г. Владикавказ; н. с., лаборатории петрографии ИГЕМ РАН, г. Москва (gazeev@igem.ru).
4 Гурбанова Ольга Александровна - к. х. н., ассистент, геологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова (gur_o@mail.ru).
5 Лолаев Алан Батразович - д. т. н., профессор, зав. каф. ФГБОУ СКГМИ (ГТУ), г. н. с. КНИО ВНЦ РАН, г. Владикавказ (aЬl--010@mail.гu).
6 Цуканова Лада Евгеньевна - н. с., ООО «ГЕОИНЖЕНИРИНГ», г. Владикавказ.
7Илаев Виталий Эрикович - аспирант ФГБОУ СКГМИ (ГТУ), г. Владикавказ (ive.2015@yandex.ru). 8Дзебоев Станислав Олегович - аспирант ФГБОУ СКГМИ (ГТУ), г. Владикавказ (dzeboev.stas@mail.ru). 9 Оганесян Алексан Хачатурович - к. т. н., доцент ФГБОУ СКГМИ (ГТУ), н. с. КНИО ВНЦ РАН, г. Владикавказ (pushkin1984@rambler.ru).
ТОМ 19
ВВЕДЕНИЕ
Хвостохранилище Фиагдонской обогатительной фабрики (ФОФ) расположено в пойме р. Хаником-дон (правый приток р. Фиагдон, в 2,5 км к северу от пос. Верхний Фиагдон). В северо-восточной части хвостохранилища ФОФ р. Хаником-дон стекает в тоннель сечением около 9 м2, длиной 787 м, из которых 684 м пройдены в скальных породах, а 103 м со стороны выходного портала выполнено в форме галереи по дну хвостохранилища. Сечение водоотводного тоннеля принято из расчета пропуска максимального расхода р. Хаником-дон. Однако в 2012 году, в течение пяти дней (15-19 июня) выпало более двух месячных норм осадков, что вызвало формирование крупного паводка по реке Хаником-дон и резко увеличило поверхностный сток по нижнему уступу плотины. Это привело к обрушению перемычки между верхним и нижним порталами. Общая протяженность провала достигла 75 м. В итоге было вынесено в р. Фиагдон и далее в р. Терек 60-70 тыс. м3 насыпных грунтов и хвостов, что привело к загрязнению экологически опасными элементами вод и донных осадков не только р. Фи-агдон, но и р. Терек на территориях РСО-А и Чеченской Республики.
Из анализа фотоматериалов, полученных при съемке 20.08.2012 г. партией ЭГП ГУП «Севосетин-геоэкомониторинг», сделан вывод о том, что за 2 месяца произошло значительное вымывание и обрушение тела плотины, в котором грунты имеют высокое содержание экологически опасных элементов. Скорее всего, причиной вымывания является значительный поверхностный сток с поверхности хвостохранилища, создаваемый интенсивными атмосферными осадками.
Фиагдонское хвостохранилище (рис. 1) введено в эксплуатацию в 1970 г. и расположено в узком, каньонообразном ущелье в пойме р. Хаником-дон на высоте 1 250 м над уровнем моря. Оно имеет вытянутую в широтном направлении У-образную форму и ограничено с северного и южного бортов скальными выходами пес-чано-сланцевых (с маломощными графитовыми прослоями) и известняковых толщ ранне-позднеюрского возрастов. От долины р. Фиагдон хвостохранилище отделено высокой насыпной дамбой. Площадь хвостохранилища около 56 000 м2. Его длина по ущелью достигает 800 м при ширине от 50 и до 200 м. По данным ФОФ в хвостохранилище захоронено 2,4 млн тонн промышленных отходов с содержаниями (в масс. %): РЬ - 0,19 (запасы - 4 560 т); Ъп - 0,36 (запасы - 8 400 т); Си -0,12 (запасы - 2 880 т); Ре - 6,8 (запасы - 163 200 т); Л - 0,16 (запасы - 3 840 т); Мп - 0,14 (запасы - 3 360 т); Ад - 4,0 г/т
(запасы - 9,6 т) [4]. Из рудных минералов в промышленных отходах выявлены: сфалерит, галенит, халькопирит, пирит, арсенопирит, титаномагнетит и реже барит. Мероприятия по рекультивации и контролю над сохранностью защитного почвенно-рас-тительного слоя рекультивации хвостохранилища не проводятся с момента его закрытия в 2003 г. [1].
Хвостохранилище расположено в сейсмо- и селеопасном районе, где и сейчас наблюдаются малоамплитудные тектонические подвижки. Не исключено, что при возникновении природных катастрофических событий (продолжительные ливневые дожди и наводнение, селевой поток, землетрясение с М 6-7) дренажный тоннель и защитная дамба хвостохранилища могут быть разрушены, и тогда вниз по долине р. Фиагдон пойдет техногенный сель, загрязняя экологически опасными элементами все на своем пути, как это частично уже было в 2009 и 2012 гг. Такое развитие событий может привести к природно-техногенной катастрофе регионального масштаба.
Промышленные отходы, содержащие тяжелые металлы (ТМ), являются опасными и постоянными загрязнителями окружающей среды. При этом следует учитывать. что многие из ТМ могут передвигаться по пищевым цепям и таким путем оказываться и накапливаться в организме человека. Опасность заключается в том, что ТМ вызывают целый ряд заболеваний, в том числе и онкологических. А в связи с тем, что ТМ практически не выводятся из биогеоценозов, необходимо искать методы их извлечения и утилизации. Решение этой проблемы заключается в следующем:
Рис. 1. Схема расположения Фиагдонского хвостохранилища и устьев скважин
- получение количественными методами новых данных о содержании и характере распределения экологически опасных и экономически ценных элементов в вертикальном разрезе на всю мощность Фиагдонского хвостохранилища;
- подготовка обоснования для разработки и создания способа / технологии переработки и полной утилизации промышленных отходов на основе 10-15 серий лабораторных опытов. Разработанная для хвостохранилища № 2 Тырныазского вольфра-мово-молибденового комбината [2, 3] технология утилизации методом кислотного выщелачивания может быть адаптирована для утилизации промышленных отходов горно-обогатительных (ГОК) и горно-металлургических комбинатов (ГМК) Северного Кавказа и других регионов России.
Переработка захороненных в хвостохранили-щах промышленных отходов позволит снизить риски возникновения природно-техногенных катастроф, решить ряд экологических и социальных проблем региона, связанных со здоровьем населения, с созданием новых рабочих мест, а также с извлечением экономически ценных и экологически опасных металлов и получением экологически чистого сырья для производства стройматериалов.
МЕТОДИКИ ОТБОРА ПРОБ И МЕТОДЫ ИХ АНАЛИТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
В процессе экспедиционных работ 2015 г. было проведено опробование поверхностного (глубиной до 0.5 м) слоя хвостохранилища по 5 профилям через каждые 160 м, с отбором в каждом из них по 5 проб, а также из керна трех скважин, пробуренных на всю мощность хранилища в его восточной (скважина № 2 глубиной 10 м), центральной (скважина № 1 глубиной 22 м) и западной (скважина № 3 глубиной 31.5 м) частях. Из керна скважин методом пунктирной борозды с каждого метра отбиралась отдельная проба весом по 100 г каждая. Всего для дальнейших исследований отобрана 71 проба.Так, в скважине № 2 пробами охарактеризованы интервалы от 1.5 м до 10 м., в скважине № 1 - от 1.5 м и до 22 м., а в скважине № 3 - от 1.5 м до 31.5 м. Остатки от керна скважин были объединены в сводные пробы для возможных будущих технологических исследований. Для проб из поверхностного слоя и устьев скважин, с помощью GPS-приемника, фиксировались географические координаты и высотные отметки с занесением их в базу данных, а также проводилась их фотодокументация. Пробы из поверхностного слоя отбирались с помощью пробоотборника на глубину до 0,5 м. Это делалось для получения информации о содержании в этом слое экономически ценных и экологически опасных элементов, которые разносились, до момента рекультивации хвостохранилища, постоянно дующими здесь ветрами в виде пылевидных облаков на пос. Верхний Фиагдон, Стур, Горный Дзуарикау, загрязняя почвы сельхозугодий и природных пастбищ. Керн трех скважин сложен пере-
слаивающимися средне- (с-з) и крупнозернистыми (к-з) лежалыми «песками». Каждая геохимическая проба весом не менее 100 г упаковывалась в двойной герметически закрывающийся полиэтиленовый пакет для длительного хранения, чтобы избежать разложения вторичных (гипергенных) водосодер-жащих минералов.
Подготовка проб для анализов. Отобранные из захороненных промышленных отходов пробы высушивались, а затем из них методом квартования отбирались навески по 20 г, достаточные для всех видов запланированных исследований количественными методами XRF и ICPMS. После этого все отквартованные части проб дробились и истирались до размера 100 меш для последующих исследований.
Исследования выполнялись в ЦКП «ИГЕМ-АНА-ЛИТИКА» ИГЕМ РАН. Анализ химического состава проб и определение в них содержаний ряда микроэлементов выполнен методом рентгено-флюорес-центной спектрометрии (XRF) на спектрометре последовательного действия PW-2400 производства компании Philips Analytical B.V. (Нидерланды, 1997). При калибровке спектрометра использованы отраслевые и государственные стандартные образцы горных пород и минерального сырья (14 OCO, 56 ГСО). Качество результатов соответствует требованиям III категории точности количественного анализа по ОСТ РФ41-08-205-99. Подготовка препаратов для анализа оксидов породообразующих элементов выполнена путем плавления 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 путем прессования 1 г порошка пробы с полистиролом под давлением 5 т/ см2. Потери при прокаливании (LOI) определялись гравиметрическим способом. Время выдержки при температуре 950° С составляло 30 мин.
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В статье рассмотрены впервые полученные результаты геохимических исследований первых 37 проб из керна 3 скважин, на основании анализа которых были выявлены конкретные вариации в содержаниях макро- и микроэлементов в вертикальных разрезах и по латерали. Результаты геохимических исследований приведены в таблицах № 1, 2, 3 и на рис. 2-4. Рассмотрим их с восточного края хвостохранилища до его западного края.
После получения результатов исследований всех отобранных проб (из керна скважин, из почв сельхозугодий и природных пастбищ и вод в контрльных пунктах р. Фиагдон с притоками) для запланированной в будущем оценки масштабов и степени возможного негативного воздействия захороненных в Фиагдонском хвостохранилище промышленных отходов на экосистему прилегающей территории будет применена следующая извест-
ТОМ 19
58
УСТОЙЧИВОЕ развитие
ная классификация элементов по четырем классам опасности. 1 класс (Tl, U, As, Be, Hg) - чрезвычайно опасные. Экологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует. 2 класс (Cd, Sb, W, Bi, B, Na, Si, Cr, Co, Sr, Pb, Li) - высокоопасные. Экологическая система сильно нарушена. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия. 3 класс (Mo, Mg, Al, V, Ni, Zn) - умеренно опасные. Экологическая система нарушена. Период восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника. 4 класс (S, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Ba) - малоопасные. Экологическая система нарушена. Период восстановления не менее 3 лет.
В скважине № 2 в восточной части хвостохранилища наблюдаются следующие вариации содержаний макро- и микроэлементов (табл. № 1, рис. 2) в вертикальном 10-метровом разрезе.
Содержание TiO2, Cr, V, Cu, Rb, Zr, Th, Y, Nb, в целом, снижается от поверхности к основанию хвостохранилища.
Содержание MnO, Fe2O3 общ, СаO, Zn, РЬ явно увеличивается вниз по разрезу.
Для содержания Р^5, Ni, Sr, As слабо выражена тенденция к увеличению вниз по разрезу.
Содержание Sd6[4, в общем, по всему разрезу (за исключением двух положительных аномалий на
глубинах 2 м и 9 м) и Ва практически постоянное.
В характере распределения содержаний макро-и микроэлементов в вертикальном разрезе восточного края хвостохранилища выявлены следующие особенности на глубинах: 1,5 м - четко выражены положительные аномалии (максимумы в содержаниях) для TiO2, Cr, V, Rb, Pb; 2 м - положительные аномалии для S, Ni, Zn; 3 м - положительные аномалии для Sr, Ba, Y, As и отрицательная аномалия (минимальное содержание) для Pb; 4 м - положительная аномалия для Nb; 5 м - положительные аномалии для TiO2, P2O5, Cu, Zn, Zr; 6 м - положительные аномалии для Fe2O3, Cr, Pb и отрицательная аномалия для Cu; 7 м - положительные аномалии для MnO, Th и отрицательная аномалия для Nb; 8 м - положительные аномалии для CaO, Cu; 9 м - положительные аномалии для MnO, Fe2O3, S, Zn, Rb, Sr, Pb и отрицательные аномалии для Th, Y; 10 м - положительные аномалии для MnO, CaO, Ni.
В скважине № 1 в центральной части хвостохранилища наблюдаются следующие вариации содержаний макро- и микроэлементов в вертикальном 22-метровом разрезе.
Содержание TiO2, Sd6i4, Cu, Zn, Rb, Zr, Ba, Pb и As вниз по разрезу явно увеличивается.
Содержание MnO, Fe^^, V, Sr, в целом, вниз по разрезу слабо увеличивается.
Cu (ррт)
Zn(ppm)
■a m
Ва (ррт)
Скважина 2
РЬ (ррт)
Скважина 2
As (ррт)
-♦-♦
Скважина 2
9 10
Рис. 2. Графики распределения содержаний элементов в пробах из керна скважины № 2
»5 < (ppm) ZLL 1061 1089 6 0 8 6 8 9 91 9 9 d 8 d о 9 m 9 o 9
Рм ? а 00 m О m о о es о c^ m CS 0 m m CS СЧ CO CS CS о m m 9 CS CS 9 in in о СП
л Z t а (p 11 CS 11 11 о 11 о О 00„
1 (p in 6 9 m 0 8 m in 8 00 CS
-в н ^ & (p - m 0 in 6 8 CS cn
с« » ^ а (p о m 6 CS 0 9 m ^ CS 8 m CS in ^ ON in 6
Й ? а (p 00 ОЧ 00 00 ON 00 00 00
h СЛ ? а (p ЧО r^l 00 ЧО m CS 00 a\ 'чО
■S ей ? а (p t> о <N t^ о ЧО 00 00 00 CS о CS 00 00
Й ? а (p t-ЧО О IN IN 00 о ^ t-00 m о 00 a\ r^l CS о r^l
я и ? а (p 00 r^l 00 O-l ОЧ ЧО r^l 00 о о CS о CS 00 00 00 O-l
Z ? а (p m r^l ЧО o-l ЧО r^l m CS O-l CS O-l о t^ r^l
о и ? а (p <N СП ЧО CS
> ? (p <N IN IN ЧО r^l m «n CS CS a\ о CS
и ? & (p ON <N ^t-O о о 00 ЧО CS o a\ o CS о CS о
CaO О CS IN r^ ЧО 00 m c^ ^ 00 СЛ СЧ CS 'чО CS t^
S общ. m 00 ci ci ЧО о CS ЧО c^ СЧ СЧ 00 о m СЧ CS СЧ
о о? m CD СП •S СП 0O CS •S f^l OO CS •S CS CS OO С1 OO CS OO
•Щдо согэл ЧО G\t ю ЧО K- r^ o, 00 a\ CS о a\ о VI •S t^ CS
MnO m cd •S IN 0O 0O <2 CS <D СЧ о СЧ <D СЧ СЧ a\ ö
О н m 00 CD о 00, OO 00 OO 00 ЧО 00 съ 00 CS 00 о a\
Номер пробы и глубина отбора IN 00 a\ о <0 ru Я 4 ru
As ? & CD 81 7 m m 9 7 8 8 1169 | 1007 5 5 8 2012 1066 1614 1535 1011 1764 1181
Pb 1я & о с^ 7894 2389 2618 2262 3169 3861 1323 4123 2250 1606 2277 1846 2816
Nb 1я & 7 0 0 11 0 V 0 V 0 V 0 V 11 11 0 V 11
? & о CS 6 7 3 2 0 V 0 V 11 0 V 11 5 6 2 ■
Th 1з & ЧО 3 9 6 4 ■
Ba 1з & 00 00 CS 8 2 7 7 7 8 1436 6 5 6 5 8 5 4 5 4 6 5 2 5 6 4 4 7 3 9 4 4 8 3 4 3 3 4 2 5
Zr 1з & Ö ЧО m m 4 6 6 7 9 7 5 7 5 4 11 4 6 9 6 0 7 5 6 0 7 8 m
Sr 1з & чп 8 in 3 7 2 6 8 5 8 4 2 4 4 5 2 5 6 5 6 5 5 5 54,5
Rb ? & CS 6 3 9 3 4 6 0 8 7 7 41 3 8 8 4 8 3 7 5 5 6 8 8 in
Zn 1я & чЗ 1238 2287 2396 1758 1563 1599 2139 1953 1649 2179 1654 1988 2688 1930
Cu 1я & чЗ ЧО 61 9 3 2 9 4 3 8 7 4 8 5 3 8 9 2 2 9 2 7 3 4 3 41 2 2 4 3 3 5 8 9 4 8 in 3
Z & чЗ о СП 2 2 2 3 8 3 2 3 3 3 31 8 3 31 8 2 0 3 0 3 8 2 cn
Co 1я & чЗ 2 4 6 2 4 3 7 0 V 5 3 0 0 V 13,3
> ? & чЗ m 7 4 6 9 4 7 2 2 3 8 9 7 4 0 9 7 9 9 0 2 100.9
Cr 1з & чЗ 2 8 4 0 5 0 9 0 3 9 71 6 5 4 9 9 8 5 9 4 8 91 89,8
CaO 2.04 1.92 1.57 2.33 1.95 1,96
3 1С e S 1.89 2.02 2.35 2.12 2.51 2.32 2.22 3.35 2.67 2.84 2.71 3.24 2.87 2,55
1Л о См 0.12 0.09 0.12 0.13 0.12 0.13 0.11 0.11 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.117
О fr 4? » tu 19.9 8.63 9.53 8.72 10.79 12.05 9.09 10.15 7.63 7.04 9.70 6.92 9.68
MnO ? 0.11 1.28 0.26 0.26 0.18 0.351 0.516 0.195 0.305 0.116 0.146 0.197 0.131 0,31
о H 0.67 0.43 0.69 0.79 .8 0. 0.78 0.64 0.58 0.77 0.77 0.77 0.75 0.79 0,72
Номер пробы и глубина отбора | 1.5/16 | 2/16 | 3/16 | 4/16 | 5/16 7/16 9/16 12/16 15/16 17/16 19/16 20/16 21/16 Среднее из 13
ТОМ 19
60
УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ
Для Р205, Сг, Со, Ni, Y и Nb, в целом, вниз по разрезу не проявлена тенденция к явному увеличению или снижению их содержания.
В вариациях содержаний макро- и микроэлементов в разрезе в центральной части хвостох-ранилища выявлены следующие особенности на глубинах: 1,5 м - положительная аномалия для У и отрицательные аномалии для Ре203, Zn, Ва, Pb, As;
2 м - положительные аномалии для Мп0, Ре203, Pb и отрицательные аномалии для И02, V, №, Си, Йг, У;
3 м - положительная аномалия для Zn; 4 м - положительные аномалии для Р205, №, Бг, Ва; 5 м - положительные аномалии для И02, Сг, V, Си, КЬ, Йг; 7 м - положительная аномалия для Р205; 9 м - положительная аномалия для Zn; 12 м - положительные аномалии для Б, №, As и отрицательные аномалии для Сг, КЬ, Бг, Йг, Ва; 15 м - положительная аномалия для КЬ; 17 м - положительные аномалии для V, Zn, As; 20 м - положительные аномалии для Б, Си; 21 м - положительные аномалии для И02, Zn, Pb, As.
В скважине № 3 в западной части хвостохра-нилища наблюдаются следующие вариации содержаний макро- и микроэлементов в вертикальном 31-метровом разрезе.
Содержание TiO2, MnO, Fe2O3 общ, V, Cu, Zn, Rb, Zr, Ва, Pb, As явно увеличивается вниз по разрезу.
Содержание Р205, Sобщ, Cr явно снижается вниз по разрезу.
Содержание №, У, в общем, вниз по разрезу слабо снижается.
Содержание Sr и Nb в разрезе практически стабильное.
В характере распределения содержания макро- и микроэлементов в разрезе в западной части хвостохранилища выявлены следующие особенности на глубинах: 1,5 м - положительные аномалии для Р205, Б, Сг, As и отрицательные аномалии для Мп0, Йг; 4 м - положительные аномалии для Мп0, Ре203, № и отрицательные аномалии для Си, РЬ; 7 м - положительные аномалии для И02, Мп0, Zn, Йг; 14 м - положительные аномалии для Zn, As; 22 м - положительная аномалия для As; 26 м - положительные аномалии для Ва, РЬ и отрицательные аномалии для Мп0, Р205; Сг, №, Йг; 27 м - положительные аномалии для V, КЬ, Бг, Ва, РЬ; 28 м - положительные аномалии для И02, Си, Zn; 31 м - положительные аномалии для И02, Р205, Йг.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Впервые выявлены вариации содержаний макро- и микроэлементов в вертикальных разрезах на всю мощность Фиагдонского хвостохранилища в разных его частях с востока на запад (800 м по ла-
Рис. 3. Графики распределения содержаний элементов в пробах из керна скважины № 1
As ? & 2300 1059 6 8 8 1009 1428 1104 1646 1235 1395 1311 1269 1429 1284 1304 1333
Pb ? & 1586 4 9 5 2600 1801 1512 3 6 7 1067 1481 5258 5811 2733 1395 1652 2059 2165
МЪ ? & о V 0 V 0 V 0 V 0 V 0 0 0 V 0 0 - - 0 - ос
? & о V 2 2 3 3 0 V 2 5 0 V 0 V 0 V 0 V 0 4 0 ОС^
Ба ? & 0 2 6 232 3 2 6 0 3 4 5 2 6 4 2 3 9 4 8 9 3 26961 32219 10053 1055 1062 3 71 5449
Zr ? & 001 9 2 4 4 2 3 7 0 2 2 5 3 4 2 2 0 4 8 3 41 7 3 9 5 8
8г ? & 8 2 4 5 8 4 9 3 8 3 8 4 3 4 6 3 4 5 8 4 4 8 5 4 5 3 5 ю
ИЬ ? & & 0 8 9 0 4 4 2 5 6 0 8 8 3 5 2 7 3 6 0 3 4 4 5 6 2
Zn ? & 1413 1214 2263 1290 2702 1478 2040 2108 1120 3 3 9 2158 1677 1519 1699 1687
Си ? & 1194 2 3 8 0 3 5 21 5 0 3 91 0 7 2 5 2 2 6 3 2 8 3 6 4 5 9 9 2 7 4 3 9 5 3 3 "О 3
N1 ? & 8 СП 3 3 т 7 6 4 5 8 7 8 0
Со ? & & 2 3 3 3 2 0 V 11 0 V 0 V 0 V 11 9 0 V 4 -
> ? & 0 8 2 4 9 9 8 8 7 8 7 0 9 5 8 2 2 4 3 8 4 9 8 9 5
Сг ? & 0 9 6 9 8 9 5 6 8 5 3 7 4 6 41 8 4 2 7 0 8 4 7 2 8 г* ^
Ю «¡1 с 9 2 «о 4 гч .5 3 .6 2 .9 3 .5 4 .3 4 .0 7 7 .9 2 .7 .5 0 .8 СЛ
2. 2. 2. 2. 2. 3. 3. 2. 2. 2. 2.
О еь 5? 5 0 2 2 0 - 2 - 9 .0 9 .0 - 2 2 2 -
о о о 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. о
и >с о т о ¿?
о4 8.02 9.15 10.20 8.17 7.52 6.44 5.98 5.80 4.84 5.55 5.96 6.22 6.50 6.72 6,93
МпО ^ о4 4 4 О 5 6 8 5 .3 9 6 9 9 0 0 9 4 .0 4 4 .0 6 7 .0 4 9 .0 7 2 0 4
О о 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. о
1О 4 «О 9 "О 8 .6 4 .6 4 .5 7 .5 3 .6 7 .5 9 .4 0 .6 0 .7 5 .6 6 .6 2 .7 45
О о 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. о
1 Номер пробы И глубина | отбора 1.5/16 4/16 7/16 10/16 14/16 17/16 22/16 24/16 26/16 27/16 28/16 29/16 30/16 31/16 Среднее по 14
ТОМ 19
терали), заключающиеся в том, что вниз по разрезу происходит увеличение содержаний TiO2, Fe2O3, S, Си, гп, Rb, Sr, Zr, Ba, РЬ, Дэ и уменьшение содержаний MnO, Сг, V, Ni,Y, что могло быть связано: а) с количественным изменением минерального состава руд, при постоянной технологии процесса флотации; или б) с временными сбоями в технологии процесса флотации.
2. По рассчитанным средним величинам содержаний ряда экономически ценных и экологически опасных элементов в керне скважин, пробуренных на всю мощность хвостохранилища с востока на запад (восточный край, скв. № 2, мощность 10 м; центр, скв. № 1, мощность 22 м; западный край, скв. № 3, мощность 31,5 м) впервые выявлены следующие их особенности с востока на запад:
- постепенное снижение содержания для: TiO2 (0.81-0.72-0.61), P2O5 (0.127-0.117-0.110), О" (1022 89.8-77), V (127-100.9-96), Со (13.7-13.3-11), N (34.7-31-29), Си (388-358-353), гп (1944-19301687), Rb (187-158-132), Zr (179-158-128), Ва (659572-544), РЬ (3045-2816-2165);
- постепенное увеличение содержаний для: S (2,22-2.55-2.91), Дэ (904-1181-1333);
- постепенное увеличение содержания в центральной части и его снижение в западной части для: МпО (0.19-0.31-0.12), Fe2Oз (8.72-9.68-6.92);
- постепенное снижение содержания в центре
хранилища и увеличение на его западном крае для: Sr (61.9-54.5-116), № (10.8-7.4-9.8).
3. Наблюдаемые в скважине № 2 положительные аномальные содержания (в г/т): Ва (1 726), Дэ (1 089) на глубине 3 м, скорее всего, обусловлены (здесь и далее в скв. № 1 и 3): а) появлением в рудных телах месторождений Фиагдон, Какадур-Хани-ком богатой вкрапленности рудных минералов (в данном случае барита и арсенопирита) при неизменении технологии процесса флотации; или б) сбоями в процессе флотации; СаО (2,38 %), Си (458), гп (3 187) на глубине 5 м обусловлены увеличением в рудах количества карбонатов, халькопирита, сфалерита; РЬ (549) на глубине 9 м связано с увеличением в рудных телах вкрапленности галенита.
Выявленные в скважине № 1 положительные аномальные содержания: МпО (1,28), Fe2O3 (19,9), РЬ (7 894) на глубине 2 м, вероятно, вызваны появлением в рудных телах резко повышенных количеств минералов марганца, пирита, гематита и галенита; гп (2 396) на глубинах 3 м и (2 688) на 21 м обусловлено появлением в рудных телах густой вкрапленности сфалерита; Ва (1 436) на глубине 4 м; Си (478) на глубине 5 м объясняется появлением в рудных телах месторождений более богатой, по сравнению с предыдущими и последующими интервалами глубин, вкрапленности халькопирита и барита; S (3,35 %), Дэ (2 012) на глубине 12 м свя-
зано, скорее всего, с появлением в рудных телах богатой вкрапленности пирита и арсенопирита; Си (533) на глубине 20 м обусловлено появлением в рудных телах более богатой, по сравнению с предыдущими и последующими интервалами глубин, вкрапленности халькопирита.
Зафиксированные в скважине № 3 положительные аномальные содержания: S (4,79 %), Си (1 194), Дэ (2 300) на глубине 1,5 м обусловлены появлением в рудных телах месторождений Фи-агдон, Какадур-Хоником богатой вкрапленности халькопирита и арсенопирита; МпО (0,358), Fe2O3 (10,2 %) на глубине 7 м связано с появлением в рудных телах большого количества минералов марганца и пирита; гп (2 702) на глубине 14 м обусловлено появлением в рудных телах богатой вкрапленности сфалерита; Ва (32 219), РЬ (5 811) на глубине 27 м - появлением в рудных телах практически мономинеральных баритовых и гале-нитовых прожилков.
4. На основании новых геохимических данных рассчитаны средние содержания оксидов (в масс. %) и ряда элементов (в г/т) в хвостохранилище. Они составили для: ТЮ2 = 0,71; МпО = 0,208; Fe2O3= 9,04; Р2О5 = 0,118; S = 2,55; СаО = 237,5; Сг = 89,7; V = 108; Со = 12,7; М = 31,6; Си = 380; гп = 1993;
Rb = 159; Sr = 77,5; Zr = 155; Ва = 2 226; Мэ = 9,3; РЬ = 2 675; Дэ = 1 139. В связи с тем, что на данном этапе исследований нами получены данные, превышающие средние содержания, использованные Фиагдонским ГОКом для подсчета запасов ряда металлов, хранящихся в хвостохранилище, их запасы могут измениться следующим образом: РЬ -содержание было 0,19 %, стало 0,267, запасы были 4 560 т, а стали 6 408 т; гп - содержание было 0,36 %, стало 0,2, запасы были 8 400 т, а стали 4 667 т; Си - содержание было 0,12 %, стало 0,038, запасы были 2 880 т, стали 912 т; Ре - содержание было 6,8 %, стало 9,04, запасы были 163 200 т, а стали 216 960 т; Т - содержание было 0,16 %, стало 0,71 %, запасы были 3 840 т, стали 17 040 т; Мп - содержание было 0,14 %, стало 0,235, запасы были 3 360 т, стали 5 640 т. После получения результатов исследований всех еще не проанализированных проб (35 проб из керна скважин и 24 пробы из поверхностного слоя [0,3-0.5 м] хвостохранилища) запасы ряда металлов могут еще увеличиться, что сделает разработку способа полной утилизации отходов, с предварительным извлечением из них экономически ценных и экологически опасных элементов, более привлекательным мероприятием с экономической точки зрения.
Работа выполнена по плану НИР ИГЕМ РАН №0136-2018-0036 - Проект 1.39 «Проблемно-ориентированные исследования техногенных отходов горно-рудных предприятий Северного Кавказа и Забайкалья: размещение, вещественно-минеральный состав, оценка воздействия на экосистемы» в рамках программы фундаментальных исследований президиума РАН №39 «Фундаментальные основы и энергоэффективные, ресурсосберегающие, инновационные технологии переработки минерального сырья, утилизации промышленных и бытовых отходов» при финансовой поддержке НИОКТР КНИО ВНЦ РАН: АААА-А 17-117060910043-8на 2018 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вагин В.С., Голик В.И. Проблемы использования природных ресурсов Южного федерального округа // Учебник для вузов. - Владикавказ: Проект-Пресс, 2005. 192 с.
2. Винокуров С.Ф., Гурбанов А.Г.. Шевченко А.В., Дударов З.И. (54) Способ утилизации слабокарбонатных отходов флотационного обогащения вольфрамо-молибденовых руд // RU (11) 2 627 656(13) C1. Федеральная служба по интеллектуальной собственности. 09.08.2017. Бюл. № 22.
3. Винокуров С.Ф., Богатиков О.А., Гурбанов А.Г., Ка-
рамурзов Б.С., Газеев В.М., Лексин А.Б., Шевченко А.В., Долов С.М., Дударов З.И., Серегин О.Д., Сычкова В.А.
Экологические риски хранения отходов Тырныаузского
вольфрамо-молибденового комбината и проблемы их комплексной утилизации // Изд. КБГУ. г. Нальчик. 2018. 130 с. ISBN 975-5-7558-0585-8.
4. Газданов А.Ц. и др. Отчет о научно-исследовательской работе «Подготовка экологически напряженных локальных объектов к мониторингу (Оценка техногенного воздействия хвостохранилищ Мизурской и Фиагдонской обогатительных фабрик на окружающую среду). Госкомнедра РСО-А, геологическое научно-производственное предприятие «Севосгеонаука». Фонд ФГГРУП «Севосцветметраз-ведка». 1996. 103 с.
VARIATIONS IN THE CONTENT OF MACRO- AND MICROELEMENTS IN VERTICAL SECTIONS OF INDUSTRIAL WASTES OF THE FIAGDON
TAILING DUMP (REPUBLIC OF NORTH OSSETIA-ALANIA) A G. Gurbanov2, A.B. Leksin1, V.M. Gazeev1-2- O.A. Gurbanova4, A.B. Lolaev2-3-L.E. Tsukanova5, V.E. Ilaev3, S.O. Dzeboev3, O.H. Oganesyan23
1 - Ministry of Science and Higher Education of Russian Federation Federal State Budgetary Institute of Science Institute of Geology of Ore Deposits of Petrography, Mineralogy and Geochemistry of the Russian Academy of Sciences (IGEM RAS) (gurbanov@igem.ru).
2 - Ministry of Science and Higher Education of Russian Federation The Federal State Budgetary Institution of Science "Vladikavkaz Scientific Center of the Russian Academy of Sciences" (VSC RAS)
3 - The Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "The North Caucasus Mining and Metallurgical Institute (State Technological University) (SKGMI (STU)
4 - Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Moscow State University named after MV Lomonosov" (MSU)
5 - Ltd NPO GEOINZHINIRING, Vladikavkaz, RNO-A
ТОМ 19
Abstract. The data obtained by means of the quantitative XRF method on the variations in the content of macro- and microelements in vertical sections of industrial wastes (according to drilling data from three wells) of the Fiagdon tailing dump, for its overall capacity (10 m, 22 m and 31.5 m from the east to the west, respectively).
The tailing pond of the Fiagdon concentrating factory (FCF) is located in the floodplain of the Hanikom-don river (the right tributary of the Fiagdon river, in 2.5 km to the north from the Verkhnyi Fiagdon village). The area of the tailing dump is about 56 000 sq.m. According to the FCF data about 2.4 million tons of industrial wastes were buried in the tailing dump with the content (in mass %): Pb - 0.19 - reserves - 4560 tons; Zn - 0.36 - reserves - 8400 tons; Cu - 0.12 - reserves - 2880 tons; Fe - 6.8 - reserves - 163200 tons; Ti- 0.16 - reserves - 3840 tons; Mn - 0,14 - reserves - 3,360 tons; Ag - 4.0 g /1. - reserves - 9.6 tons.
Variations in the distribution of the content of macro- and microelements in vertical sections on the entire thickness of the tailings in different parts of it from the east to the west (800 m in the lateral) lies in the fact that there is an increase in the content along the vertical section occurs: TiO2, Fe2O3, S, Cu, Zn, Rb, Sr, Zr, Ba, Pb, As and there is also a decrease in the content of: MnO, Cr, V, Ni, Y. Based on the calculated average values of the contents of a number of elements in the core of wells the following lateral variations in their distribution from east to west were revealed for the first time:
- gradual decreasein content for (oxides in mass%, for the elements in g/t hereinafter): TiO2 (0.810.72-0.61), P2O5 (0.127-0.117-0.110), Cr (102-89.8-77) , V (127-100.9-96), Co (13.7-13.3211), Ni (34.7-31-29), Cu (388-358-353), Zn (1944-1930-1687), Rb (187- 158-132), Zr (179-158-128), Ba (659-572-544), Pb (3045-2816-2165);
- gradual increase in content for: S (2.22-2.55-2.91), As (904-1181-1333);
- gradual increase in content in the central part and its decrease in the western part for: MnO (0.190.31-0.12), Fe2O3 (8.72-9.68-6.92);
- gradual decrease in content in the center of the storage and an increase on its western part for: Sr (61.9-54.5-116), Nb (10.8-7.4-9.8).
Due to the fact that our new data obtained exceeds the average levels of content used by the Fiagdon GOK for calculating the metal reserves stored in the tailing pond, their conditional reserves should change as follows: Pb content was 0.19% became 0.267 reserves were 4560 tons became
- 6408 tons; Zn - the content was 0.36% became 0.2 the reserves were 8400 tons. and became -4667 tons; Cu - the content was 0.12% became 0.038 the reserves were 2880 tons became 912 tons; Fe- the content was 6.8 % became 9.04 the reserves were 163200 tons. became 216960 tons, Ti - the content was 0.16% became 0.71%, the reserves were 3840 tons became 17040 tons; Mn -the content was 0.14% became 0.235 the reserves were 3360 tons became - 5640 tons.
After receiving the research results of t of all yet unanalyzed samples (35 samples from the core of the wells and 24 samples from the surface layer [0.3-0.5 m] of the tailing dump), reserves of a number of metals may still increase, which will make the development of the full waste utilization method, with the preliminary extraction of economically valuable and environmentally hazardous elements, a more attractive measure from an economic perspective.
Keywords: the Fiagdonsky tailing pond, the content of macro- and microelements, wells, catastrophic events, variations in distribution of elements content in vertical sections of industrial waste.
REFERENCES
1. Vagin V.S., Golik V.I. Problemy ispol'zovaniya prirodnykh resursov Yuzhnogo federal'nogo okruga // Uchebnik dlya vuzov. - Vladikavkaz: Proekt-Press, 2005. 192 s.
2. Vinokurov S.F., Gurbanov A.G.. Shevchenko A.V., Dudarov Z.I. (54) Sposob utilizatsii slabokarbonatnykh otkhodov flotatsionnogo obogashcheniya vol'framo-molibdenovykh rud // RU (11) 2 627 656(13) C1. Federal'naya sluzhba po intellektual'noy sobstvennosti. 09.08. 2017.Byul. №22.
3. Vinokurov S.F., Bogatikov O.A., GurbanovA.G, Karamurzov B.S., Gazeev V.M.,
LeksinA.B., ShevchenkoA.V., DolovS.M., DudarovZ.I., Seregin O.D., Sychkova V.A. Ekologicheskie riski khraneniya otkhodov Tyrnyauzskogo vol'framo-molibdenovogo kombinata i problemy ikh kompleksnoy utilizatsii//Izd. KBGU. g. Nal'chik. 2018. 130 s. ISBN 975-5-7558-0585-8.
4. Gazdanov A. Ts. i dr. Otchet o nauchno-issledovatel'skoy rabote «Podgotovka ekologicheski napryazhennykh lokal'nykh ob"ektov k monitoringu (Otsenka tekhnogennogo vozdeystviya khvostokhranilishch Mizurskoy i Fiagdonskoy obogatitel'nykh fabrik na okruzhayushchuyu sredu). Goskomnedra RSO-A, geologicheskoe nauchno-proizvodstvennoe predpriyatie «Sevosgeonauka». Fond FGGRUP «Sevostsvetmetrazvedka». 1996. 103 s.
