Адрышев А.К. , Узденбаева Ж.К.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им Д.Серикбаева

Экологическое воздействие предприятий цветной металлургии на окружающую среду

Стратегией развития Казахстана до 2030 года горнометаллургический комплекс определен в качестве одной из приоритетных отраслей, способный обеспечить вхождение Казахстана в число стран с высоким уровнем социально-экономического развития. Главной задачей развития горнометаллургического комплекса Республики Казахстан является обеспечение условий для высоких темпов роста производства конкурентоспособной продукции.

Опыт отработки полиметаллических месторождений Рудного Алтая показывает, что игнорирование экологических требований при проектировании, строительстве и эксплуатации горнодобывающих предприятий и кризисная ситуация, сложившаяся в этой отрасли, служат главной причиной их крайне негативного влияния на окружающую среду в настоящее время и в перспективе.

Специфика добычи и обогащения руд заключается в извлечении и переработке огромных масс горных пород. Современная технология позволяет использовать лишь часть извлекаемой горной массы, а оставшаяся часть породы накапливается в виде техногенных отходов. Из всего разнообразия техногенных объектов именно с отходами обогатительных фабрик (хвостами) связаны проблемы, решение которых важно как для человечества, так и для природы в целом. Из 31,3 млн. тонн отходов 27,1 млн. тонн - это хвосты обогащения руд. Технология складирования их не предусматривает возможности быстрой утилизации, потому что новые порции отходов помещаются под водной поверхностью прудков. Чтобы начать утилизацию, надо сначала заполнить весь объем хранилища, дать ему высохнуть и только после этого приступать к утилизации.

Большую опасность для окружающей среды и, прежде всего, для водных ресурсов районов размещения месторождений и горнодобывающих предприятий представляют откачиваемые из шахт и карьеров рудничные воды, дренажные и сбросные воды хвостохранилищ обогатительных фабрик. Для их обезвреживания и очистки требуется строительство специальных очистных сооружений.

Хвостохранилища имеют чашеобразную форму и ограждены со всех сторон искусственными, либо естественными дамбами, хвостохранилища относятся к техногенно-образованным отходам, которые сформированы из веществ, не встречающихся в земной коре или с примесью таковых. Твердая фаза представлена смесью минеральных частиц разного размера (от доли микрона до 3 мм). Крупность минеральных зерен характеризуется гранулометрическим составом, т.е. весовым распределением частиц по крупности, выраженному в процентах. По гранулометрическому составу грунт хвостохранилищ представлен, главным образом, песчаным материалом, а также содержит большое количество пылеватых частиц. Жидкая фаза пульпы - смесь воды и остаточных реагентов, применяемых при флотации в цикле обогащения фабрик.

С хвостохранилищами связана совокупность явлений, отрицательно воздействующих на окружающую среду. Это загрязненность воздушного бассейна, высокая агрессивность техногенных вод, экотоксичность элементов и вероятность аварийных ситуаций на объектах, входящих в состав хвостовых хозяйств.

Загрязнение воздушного бассейна обусловлено интенсивными процессами пылеобразования на поверхностях хвостохранилищ, находящихся преимущественно в сухом состоянии. Некоторые хвостохранилища, несмотря на прекращение их эксплуатации, оказались не засыпанными предохранительными слоями, или же прикрыты ими лишь частично. Об опасности воздушного переноса вещества хвостохранилищ свидетельствует и наблюдаемое на ближайшем к одному из хвостохранилищ наветренном склоне угнетение растительности.

Таким образом, газопылевые выделения хвостохранилищ приводят к разрушению растительных покровов и образованию техногенных пустошей.

Высокая агрессивность техногенных вод, их насыщенность реагентами, поступающими вместе с пульпой, и продуктами гипергенного разложения хвостов обогащения, оказывает негативное влияние на окружающую среду вследствие использования в технологических схемах реагентов. Так как многие хвостохранилища размещены на породах, плохо изолирующих техногенные воды от нижележащих водоносных горизонтов, все применяемые на фабриках реагенты представляют опасность для подземных водоносных горизонтов.

Кроме того, необходимо отметить опасность сброса вод, освободившихся от твердых частиц хвостов, а также притекающих в хвостохранилища дождевых и талых вод, через специальные водосбросные сооружения – водосливы, водоприемники и водосбросные коллекторы, которые направляют технические воды в ближайшие естественные водоемы, тем самым также нанося значительный ущерб окружающей среде. Хотя сточные воды хвостохранилищ и подвергаются длительному отстаиванию, способствующему их освобождению от твердых взвесей и соответствующему снижению концентрации ионов тяжелых металлов, все-таки слив хвостохранилищ содержит как тяжелые металлы, так и вредные элементы, концентрация которых превышает предельно-допустимые концентрации.

В настоящее время хвостохранилища переводятся на замкнутый цикл работы системы водоотведения и водоснабжения обогатительной фабрики. В результате осветленные воды повторно используются в технологическом процессе обогащения руд. Вода из хвостохранилища поступает по коллектору на хлораторную и в отстойный прудок. Затем вода распределяется по фабрике.

Немаловажную роль в загрязнении окружающей среды играют дренажные воды хвостохранилищ. Просачиваясь сквозь дамбы и ложе сооружений, они отравляют окружающие территории и близлежащие водотоки.

Одним из важных факторов является динамическая устойчивость хвостохранилищ. При намыве отходов рудообогащения в течение относительно длительного времени происходит процесс формирования структурных связей, под которыми подразумеваются связи между смежными минеральными частицами, оказывающими сопротивление перемещению этих частиц под внешним воздействием.

На вышеуказанный уровень загрязнения водоносного горизонта оказывают влияние загрязненные сточные воды хвостохранилища, максимальное содержание основных металлов в сбросном канале окислительного прудка соответствует следующим значениям: цианидов до 23,4 мг/л, меди до 6,1 мг/л, свинца до 0,8 мг/л, цинка до 0,7 мг/л.

Приведенные данные показывают, что ядовитые сточные воды хвостохранилища прямым сбросом в реку и путем инфильтрации на уровень подземных вод поступают в природные водные источники при концентрации загрязняющих веществ, превышающих экологические нормативы в десятки и тысячи раз.

Чем безводнее район, тем опаснее загрязнения. Требуется минимальное количество загрязняющих веществ, чтобы привести маленькие реки в непригодное состояние.

Под разработку месторождений открытым способом отводятся значительные территории, при этом большое значение имеет обеспечение устойчивости бортов карьеров и откосов отвалов. Известны карьеры, занимающие площадь до 3000 га при глубине более 500 м. Выемки и отвалы в большинстве случаев выводят из строя значительные участки земель. Отрицательным фактором является также изменение гидрогеологических условий соответствующей территории. Особо надо отметить разрушающее действие открытых горных выработок в пустынных и полупустынных районах.

Таким образом, исследования показали, что хвостохранилища являются потенциальными источниками загрязнения окружающей среды вредными элементами, газами и тяжелыми металлами. Попав в атмосферу, почву или в водоемы, загрязнители не остаются на месте, а включаются в природный круговорот веществ и удаляются очень медленно, при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции. Период полуудаления (или удаление половины от начальной концентрации) составляет очень продолжительное время: для цинка - от 70 до 510 лет, для кадмия - от 13 до 110, для меди - от 310 до 1500 и для свинца - от 740 до 5900 лет.

В результате развития промышленности произошло интенсивное загрязнение воздуха, воды и почв, деградация животного и растительного мира, истощение природных ресурсов, глубокое нарушение экосистем, процессы опустынивания и значительные потери биологического и ландшафтного разнообразия. На рисунке 1 показана геоэкологические аспекты оптимизации работы очистных сооружений полиметаллических обогатительных фабрик.

Освоение месторождений во многих случаях наносит довольно значительный ущерб природной среде. Кроме того, добыча и переработка связаны со значительными потерями минерального сырья. А эти потери - часть балансовых запасов, не извлекаемых из недр при их разработке, направленная в отвалы, оставленная на местах складирования и транспортировки. Ущерб от потерь возмещается за счет других месторождений, что ведет к отражению новых земель и дополнительному загрязнению окружающей среды. Таким образом, подобные потери, помимо экономического ущерба наносят существенный урон природе. А добыча подземным способом приводит к нарушению равновесия массива пород, деформации поверхности, изменению режима и загрязнению подземных вод.

Рисунок 1 – геоэкологические аспекты оптимизации работы очистных сооружений ГОК

Вопросы защиты окружающей среды при эксплуатации горнодобывающих предприятий представляет сложную эколого-экономическую проблему в связи с необходимостью разработки и реализации целого ряда природоохранных мероприятий, которые бы обеспечивали минимизацию негативного влияния загрязненных стоков и промышленных отходов (хвостов обогащения руд и отвалов вскрышных пород) на почвы, поверхностные и подземные воды, атмосферу.

Главными вопросами здесь является строительство и эксплуатация очистных сооружений для отводимых шахтно-рудничных вод и сточных вод обогатительных фабрик.

При добыче руды происходит вскрытие водоносных горизонтов, что приводит к образованию шахтного водоотлива. При попадании шахтных вод в водоем концентрация тяжелых металлов (Zn²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺) увеличивается в десятки и сотни раз, что наносит ущерб окружающей среде.

Одной из самых серьезных проблем в отечественной и зарубежной практике, связанных с образованием шахтных вод, является их использование, так как количество их значительно, а химический состав часто предполагает сложный способ очистки.

Основными мероприятиям по охране водоемов от загрязнения тяжелыми металлами (Zn²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺) в шахтных водах и рациональному использованию водных ресурсов является химическая очистка перед сбросом и использование в водооборотной системе обогатительных фабрик

Проведенный анализ методов очистки шахтных вод показывает, что использующиеся на данный момент эффективные методы очистки дорогостоящие.

Уменьшение загрязнения водоема решается путем использования шахтной воды для подпитки оборотного водоснабжения Березовской обогатительной фабрики после предварительной очистки. Традиционный метод очистки – нейтрализация известью не дает достаточной степени комплексной очистки шахтных вод от загрязняющих примесей. Наблюдается высокий остаточный уровень загрязнения цинком. Цинк является депрессором обогащения полиметаллических руд.

Известно применение бентонитовых глин при очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов (Zn²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺) как наиболее дешевых и эффективных минеральных сорбентов [2]. Исследованы сорбционные свойства бентонитов Таганского месторождения Восточно-Казахстанской области для очистки шахтных вод полиметаллических рудников.

Предлагаемый способ можно использовать в комплексных схемах очистки шахтных вод (рисунок 2).

Очистку шахтной воды с использованием в качестве основного метода – адсорбционно-ионообменного сорбентом (бентонитом Таганского месторождения) включает следующую последовательность операций:

- механическую очистку от грубодисперсных примесей

- фильтрацию через слой минерального сорбента - бентонита Таганского месторождения

Рисунок 2 – Технологическая схема очистки шахтных вод сорбентом (бентонитом Таганского месторождения)

На основе физико-химических, адсорбционно-структурных свойств природных сорбентов (бентонитов Таганского месторождения) разработаны научные основы их использования в процессе очистки сточных вод полиметаллических обогатительных фабрик. По результатам эксперимента разработаны рекомендации по предотвращению ущерба окружающей среде за счет снижения концентрации примесей (ионов тяжелых металлов - Zn²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺) и использованию шахтной воды в возвратно-оборотной системе оборотной фабрики.

Литература:

1. Божедомова С.А. Экологическое воздействие горнодобывающей промышленности на окружающую среду Восточно-Казахстанской области Республики Казахстан, 2005

2. Адрышев А.К., Узденбаева Ж.К. очистка сточных вод и оборотное водоснабжение обогатительных фабрик цветной металлургии. 2006 г.

3. Н.Г. Мавлянов, А.И. Ананин. оценка возможности загрязнения металлами подземных вод на территориях горных отвалов и хвостохранилищ. Алматы: Горный журнал Казахстана, 2003