CC BY
41
ПОДЗЕМНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ
^ А.Е. Воробьев, В.И. Голик, Козырев, А.В. Джанянц,
2000
УЛК 622.274-622.234.42-622.852.2
А.Е. Воробьев, В.И. Голик, Е.Н. Козырев, А.В. Лжаняни
ВЛИЯНИЕ ПРОЛУКГОВ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕЛУ
Во влажной среде хранилищ хвостов обогащения при доступе кислорода развиваются процессы окисления сульфидных материалов. Катализатором окислительных процессов является углекислота. Окисление хвостов является следствием сложных химических и бактериальных процессов. При нагревании горных пород выделяются газы, преимущественно СО2 и N в количествах до 30 м3/т. При растворении минералов изменяются их кристаллические решетки и высвобождаются газы, усиливая окислительные процессы.
Ускорителем природного выщелачивания является пирит, играющий роль катода. На границах минералов с различными потенциалами проявляется влияние электродных процессов. На
Таблица 1
остатков с раскрытием дополнительных рабочих плоскостей.
Интенсивность выщелачивания определяется характером и временем контакта твердой и жидкой фаз отвала. С увеличением притока вод выщелачивание ускоряется, а содержание металлов в растворах увеличивается (таблица). Выщелачивание осуществляется в результате сложных химических реакции с образованием различных соединений одного и того же металла.
В пустотах под действием воздуха и воды происходит явление катаморфизма с выделением тепла за счет разложения сульфидов, о чем свидетельствует повышение температуры в контуре хвостохранилищ. Распространенная на месторождении цинковая обманка встречается в виде мормонита ZnFeS и клейофана ZnS. Кроме этого возможны различные формы соединений каламина Zn4(Si07)(0H)2H20, смит-сонита ZnCO3 и гидроцинката Zn5(CO3)2(OH)6.
В присутствии СаСО3 реакции идут в направлении:
ZnS + 2O2 = ZnSO4
ZnSO4 + СаСО3 = ZnCO3 + CaSO4
Свинцовый блеск PbS при окислении образует англезит РbSО4 и гидроцеруссит 2РЬСО3РЬ(ОН)2:
РЕЗУЛЬГАГЫ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ХВОСГОВ МИЗУРСКОЙ ФАБРИКИ
Содержание в сухом остатке, г
Пропущено колонны
воды, 1 2 3 4 5
дм3/дней РЬ Zn РЬ Zn РЬ Zn РЬ Zn РЬ Zn
300/30 15,6 19,0 15,8 22,1 20,1 21,5 19,9 19,2 19,1 18,4
650/60 19,0 14,6 15,8 17,2 19,2 13,9 15,1 18,1 15,5 16,7
1000/90 17,7 15,6 16 17,8 18,2 17,1 15,4 13,9 16,2 13,6
перерыв 30 дней 1350/120 16,5 14,1 17,1 15,6 14,9 13,2 14,0 14,6 15,0 13,0
1700/150 14,4 14,9 16,2 13,1 14,2 15,0 13,9 12,6 17,8 13,4
2000/180 13,8 13,0 16,9 13,6 15,8 12,7 13,4 14,1 14,4 14,6
перерыв 20 дней 2350/210 15,6 12,5 15,8 14,0 13,3 13,0 12,8 14,2 14,0 14,7
2700/240 13,2 12,0 15,2 11,6 12,5 12,7 15,2 13,4 14,9 13,7
1 Г А 1 /I П 1 Г 1
эффективность процессов влияют скорости уда- pbS + 2O2 = PbSO4
ления газов, растворов и перемещения твердых
PbSO4 + СО2 + Н2О = РЬС03 + H2SO4 или
PbSO4 + СаСО3 = РЬСО3 + CaSO4 Возможны реакции:
PbSO4 + Н2О = РЬО + H2SO4 РЬСО3 ^ РЬО + СО2
Основные минералы окисленных зон англезит PbSO4 и церуссит РЬСО3. Индий представлен сульфидом In2S3, который при окислении переходит в трехокись 1п203, или 1п(ОН)3. Германий переходит в ангидрид германиевые кислоты 0е02 и оксихлориды германия ОеОС13 и ОеОС12 при воздействии соляной кислоты на германиевую кислоту. Висмут образует трехокись ВІ2О3 и пя-тиокись ВІ2О5.
Халькопирит CuFeS2 переходит в медный купорос С^04-5Н20 и в малахит СиСО3Си(ОН)2. Наиболее возможен вынос отвальными водами соединений ZnSO4, CuSO4, CaSO4 и FeSO4•7H2O. В хвостах выщелачивания остаются ZnC03, РЬСО3, Си-СО3, PbS04 и FeS04. С увеличением количества сульфидов и уменьшением карбонатов эффективность процесса увеличивается. Это справедливо только при наличии кальцита. При полном окислении в углекислоты соединения переходят до 20 %, а 80 % находится в сульфатной форме. Это соотношение нарушается влиянием углекислоты, образуемой при разложении органических веществ в контуре хвостохранилища азотными соединениями, которые образуются при взрывных работах (до 3 кг ВВ на 1 м3 горной массы).
Основной признак эффективного выщелачивания - растворимость возникающих соединений, т.к. кроме перевода в раствор, важна еще транспортабельность продуктивного раствора. Азотнокислые соединения цинка, свинца и меди более растворимы, чем сернокислые или хлорные. Азотные соединения образуются с использованием продуктов взрывного разложения:
ZnS + 2НШ3 ^ Zn (N03)2+ H2S PbS + 2НШ3 ^ РЬ№Ь + H2S ^е$2+4Ш3-^Си(Ш3)2 +Fe(N0з)2+2H2S FeS + 2НШ3 ^ Fe(NОз)2 + Н2S
При достаточном количестве кислорода: ZnS+2HN0з + 40 = Zn(NOз)2+Н2SO4
При достаточном количестве пирита и кислорода природное выщелачивание протекает активно и, наоборот, при недостатке их процесс замедляется. Расход теплоты повышается при наличии
в рудной массе кальцита, который нейтрализует кислоты.
В составе хвостов представлена ураноторие-вая составляющая, которая растворяется интенсивнее, чем сульфиды свинца и цинка. Наличие урана и тория обусловлено генетически, т.к. из четырех стабильных изотопов свинца три являются конечными продуктами радиоактивных рядов урана 238, 235 и тория 233. В процессе ра-диоактивно-хими-ческого воздействия на твердый скелет потерянных руд кроме разрушения и растворения происходит радиолиз жидкой фазы «вода - руды - металлы», рождающий кислород в виде гидроксильных групп, гидропеременных радикалов, перекиси водорода и т. п., кислоты и атомарного хлора, что интенсифицирует процессы выщелачивания. Конкретная работа радиации заключается в механическом разрушении минералов с раскрытием активных поверхностей для проникновения реагента. Изменению валентности атомов способствует дезинтеграции минералов, активизация воды с диссоциацией на свободные радикалы ослабляют среду и интенсифицирует селективное растворение минералов. В ряду распада урана присутствует радиоактивный газ - радон, являющийся радиоактивным агентом для минералов.
Руды с высоким содержанием радиоактивных компонентов добывали на всех рудниках и перерабатывали, формируя значительную часть отвалов садонского свинцово-цинкового комбината и завода «Электроцинк». Количество урана и тория в них определяются по первичным содержаниям в момент отторжения от материнской магмы, возрасту и составу рудовмещающих пород и вторичным геологическим процессам (метаморфизм, выветривание, эманирование и т.п.).
Для пород, слагающих месторождения, существует соотношение между ураном, торием и свинцом. Основные породы, слагающие садон-ские месторождения - граниты, гранодиориты и диориты. Для таких пород средняя распространенность в континентальной коре составляет: свинца 5-23,6-10-6 г/г, урана 1-3,9-10-6 г/г, а отношение 238и/204РЬ четко фиксируется в интервалах 12-12,5. Для кристаллических породи кластических осадков, метаморфизиро-ванных ниже гранулитовой фации, а также вулканитов и интрузивов с содержанием кремнезема отношение 238и/204РЬ в среднем составляет 22-25, а 232ТЬ/204РЬ - 54-105.
В отвалах добычи и переработки на территории около 250 га накоплено более 7 млн. тонн горной массы, в которой находится свыше 25000 т свинца, 8000 т мышьяка, 8000 т цинка, 4700 т селена, 1800 т меди и 350 т ртути. Радиоактивные отходы, сосредоточенные на площади 0,3 содержат более 7,5 т тория. В г. Владикавказе выделяется ореол рассеяния тяжелых металлов площадью около 40 км2, в пределах которого содержание металлов на порядок превышает средние концентрации.
Радиоактивная загрязненность внешней среды количественно характеризуется следующими данными:
атмосферного воздуха (0,1-0,15)-10-15Ки /л; осадков 1,8 • 10-4 Ки /км2;
питьевой воды (0,5-1,0) -10"11 Ки/л;
мощность дозы излучения на местности 3-11 мкР/ч.
Наибольшая удельная активность - излучение пашни достигает 13,5 частиц/мин. см2, а на высоте 100 см от поверхности почвы - 13,75 частиц/мин. см2.
Удельная активность доломитов месторождения Боснийское:
по радию (226 Яа) - 5,6 Бк/кг-1;
по торию (232 ТЪ) - 7,0 Бк/кг-1;
по калию (40 К) - 20 Бк/кг-1.
С учетом коэффициентов участия каждого изотопа, соответственно, 1; 31; 0,085 суммарная активность боснийского доломита составляет 16,47 Бк/к- , что подтверждает наличие радиоактивных частиц и в нерудных материалах.
Радиоактивное загрязнение территории происходит и от вскрытых разведкой урановых ру-допроявлений с собственными отвалами пород:
• чехоциртитское рудопроявление урана с уровнем радиоактивности до 44 мкР/ч. Содержание урана в рудах доходит до 0,5 %, в отдельных штуфах - более 1 %, что превышает показатель многих урановых рудников;
• дальнее рудопроявление урана с радиоактивностью до 45 мкР/ч, реже 54-105 мкР/ч, в окисленных зонах от 60 до 620 мкР/ч;
• водораздельное рудопроявление урана на реках Джимидон-Санисидо с радиоактивностью до 360-600, реже 1250 мкР/ч.
По количеству и содержанию урана Фасналь-ное месторождение отнесенено к урановорудным. Ряд рудопроявлений урана в междуречье Ардон-Фиагдон и других районах Северной Осетии (Цазиудонское, Скальное, Харисджинское,
Фиагдонское, Придорожное, Ахминбадское, Кай-ское и др.) вскрыты разведочными выработками. То же относиться к урановорудным объектам в цейском ущелье (Шаухох, Ораххох), и районам Мидаграбин, Джимара и др. В рудных районах республики находится более 300 разведочных выработок с отвалами рудосодержащих минералов.
Продукты природного выщелачивания отвалов и хвостохранилищ через разветвленную систему рек: Ардон, Фиагдон и др. с притоками распределяются по площади региона и загрязняют почву. Содержание металлов превышают ПДК по меди 132, по свинцу до 130, по цинку 111, по никелю 80 и т.д.
Рис. Схема месторождений минерального сырья
В загрязнении окружающей среды участвуют эксплуатируемые месторождения нерудного сырья. Разработкой занимаются более 50 карьеров, сырье которых перерабатывают 10 кирпичных заводов, а также заводы по производству силикатного кирпича и керамзита. Добыча нерудного сырья достигает 5 млн м3/год.
Большинство карьеров расположено в равнинной части Осетии-Алании. Отдельные разработки (песок, керамзитовое сырье, известняк, доломит) находятся в пределах хребтов: два карьера мраморной крошки расположены в высокогорной части. Отходы производства, представленные мелкообломочными некондиционными материалом известняков и доломитов, используется не
более чем на 30-40 %, накапливаясь на земной поверхности.
Выводы:
1 .Извлеченные из недр минералы в виде хвостов обогатительного и металлургического передела превращаются в постоянно действующий источник загрязнения окружающей среды продуктами природного выщелачивания.
2. На металлических рудниках интенсивность выщелачивания определяется количеством пирита и условиями протекания окислительных процессов.
3. Процессы выщелачивания активизируются действием ураноториевой составляющей, генетически увязанной с добываемыми минералами.
4. Источниками радиоактивного загрязнения ков, но и вскрытых разведкой объектов.
являются не только отходы действующих рудни-
ш
7
Воробьев Александр Егорович доктор технических нау к, профессор. Московский государственный горный университет.
Голик Владимир Иванович профессор, доктор технических нау к,
Северо-Кавказский государственный технологический университет (СКГТУ). ' '
Козырев Евгении Николаевич профессор, доктор экономических наук, СКГТУ.
Джанянц Ася Владимировна доцент, кандидат технических нау к, СКГТУ
У
Файл:
Каталог:
Шаблон:
1т
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки: 19 мин.
Дата печати: 11.12.2008 0:03:00
При последней печати страниц: 5
слов: 1 621 (прибл.)
знаков: 9 244 (прибл.)
ГОЛИК
0:\С диска по работе в универе\01АВ_20\01АВ12_0\МЛСБТ С:\и8ег8\Таня\ЛррБа1а\Коатт§\М1сго80й\Шаблоны\Когта1.ёо УДК 622 Гитис Л.Х.
27.11.2000 14:50:00 5
10.12.2008 23:24:00 Таня
