Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Природно-технические системы золотобычи в башкирском Зауралье 16
1.1. Физико-географическая характеристика 16
1.2. Геологическое строение, рудные формации и металлогеническое районирование 46
1.3. Производство золота в Башкортостане 59
1.4. Физико-химическая и токсикологическая характеристика веществ, применяемых в технологиях получения золота 85
1.5. Оценка воздействия на атмосферный воздух 98
1.6. Оценка воздействия на природные воды 105
1.7. Оценка воздействия на почвенный покров 126
1.8. Оценка воздействия на растительный покров 133
1.9. Деградация окружающей природной среды под влиянием золотодобычи 149
1.10. Миграция токсичных микрокомпонентов в природно технических системах в районах золотодобычи 154
ГЛАВА 2. Методология, материалы, объекты и методы исследований 186
2.1. Методология исследований 186
2.2. Объекты и направления исследований 188
2.3. Материалы, методы и объемы исследований 190
ГЛАВА 3. Загрязнение природных сред в промышленных зонах кучного и подземного выщелачивания золота 194
3.1. Загрязнение подземных вод в промышленной зоне кучного выщелачивания 194
3.2. Загрязнение атмосферного воздуха и подземных вод в промышленной зоне подземного выщелачивания 202
ГЛАВА 4. Методические рекомендации по оценке геоэкологического состояния природно-технических систем в районах золотодобычи 207
ГЛАВА 5. Рекомендации и мероприятия по ведениюресурсосберегающего недропользования, экологического мониторинга и реабилитации загрязненных территорий 227
5.1. Оценка техногенно-минеральных ресурсов 227
5.2. Технологии извлечения ценных металлов из отходов 232
5.3. Критерии оценки воздействия на окружающую природную среду 244
5.4. Экономическая оценка природоохранных мероприятий 245
5.5. Рекомендации по внедрению мероприятий ресурсосберегающего недропользования и реабилитации загрязненных территорий
Заключение 262
Литература
- Физико-химическая и токсикологическая характеристика веществ, применяемых в технологиях получения золота
- Материалы, методы и объемы исследований
- Загрязнение атмосферного воздуха и подземных вод в промышленной зоне подземного выщелачивания
- Технологии извлечения ценных металлов из отходов
Физико-химическая и токсикологическая характеристика веществ, применяемых в технологиях получения золота
Обособленно выделяется Таналык-Баймакская равнина, занимающая пониженную южную часть межгорной депрессии между хребтами Ирендык на востоке и Урал-Тау на западе. Здесь рельеф - мелкосопочник в сочетании с увалисто-холмистыми равнинами. По левобережью р. Сакмара на значительном расстоянии протягивается меридиональная полоса серпентинитов, образующая бугристо-мелкосопочный микрорельеф. Формы и размеры отдельных сопок этого мелкосопочника различны. Высоты их в среднем 20-30 м, склоны умеренно крутые. В местах, где серпентинитовые массивы выступают в речных долинах на уровне третьей и четвертой надпойменных террас, рельеф носит черты приречного мелкосопочника с обилием бугров и сопок. Высота их от 2-3 до 8-10 м. Участки, сложенные граувакками зилаирской свиты, представляют собой холмистые равнины (Рождественский, 1970).
Тектонические движения в неоген-четвертичное время, выразившиеся в продолжающемся поднятии антиклинальных структур и понижении базисов эрозии, привели к формированию серии эрозионных и эрозионно-аккумулятивных террас и зон приречного и долинного мелкосопочника.
Н.В. Башенина (1948) для большинства крупных рек восточного склона Южного Урала отмечает три эрозионные террасы на относительных высотах 60-50, 50-30, 15-20 м и над уровнем днища долины и две аккумулятивные террасы на относительных высотах 8-10 и 2-3 м над уровнем рек.
В грядовом рельефе преобладает поперечная речная сеть. Реки берут начало в краевых хребтах и текут к востоку и юго-востоку к реке Урал и его правым притокам, пересекая крутосклонные боковые гряды и межгрядовые понижения с их путаным рельефом котловин, сопок и вторичных мелких продольных понижений. Долины четкообразные, пересекая понижения, образует ряд заболоченных озерных расширений. Существенное отличие описываемых речных до лин заключается в их древности. В них развиты одни и те же эрозионные уровни, причем перераспределения речной сети на уровне верхнеплиоценовой террасы и позже уже не было (Башенина, 1948).
В заключение обзора рельефа отметим, что локальные орографические элементы играют роль путей транзита поллютантов (межгорные понижения, речные долины) либо их осадителей (подножья возвышенностей, озерные котловины и др.).
Климатические условия. Главными климатообразующими факторами и условиями являются расположение исследуемой территории в глубине материка и вытянутые в меридиональном направлении Уральские горы, уменьшающие влияние теплых воздушных масс с Атлантики и предопределяющими континентальный климат (Вдовин, 1957; Тарчевский, 1964; Тайчинов, 1973; Бабкина, 1976).
Уральские горы, поднимаясь на пути движения атлантического воздуха, усиливают выпадение осадков по западной периферии и обуславливают уменьшение их количества к востоку от них. В Башкирском Зауралье резко возрастает континентальность климата. Зимой эта территория находится под влиянием сибирского холодного воздуха. Летом атлантический воздух проникает сюда уже нагретым и лишенным большей части влаги. Поэтому зима здесь холодная, а лето теплое засушливое (Агроклиматический... 1959).
В настоящее время имеется несколько схем агроклиматического районирования территории Республики Башкортостан (Бабкина, 1976; Вдовин, 1957; Власова, 1998). По агроклиматическому районированию описываемый климат территории является переходным от умеренно-холодного полузасушливого к умеренно-теплому засушливому.
Южная часть района исследований, в соответствии со схемой агроклиматического районирования относится к Зауральскому степному засушливому округу Казахстанской степной провинции (Власова, 1998). Для увалистых, мелкосопочных и возвышенных равнин Абзелиловского, Баймакского, Хайбуллин-ского районов характерны следующие показатели: -коэффициент континентальное (К) 210; -сумма температур воздуха 10 достигает 2000-2400; температура воздуха. Январь о Дуван Метеостанции Масштаб 1 : 2 000 0 Рис. 1.3. Средняя температура воздуха в январе - климатический индекс биологической продуктивности составляет 0,1 балл относительно средней продуктивности. Продолжительность безморозного периода составляет 110 дней.
Округ отличается повторяющимися засухами с вероятностью 26-34%. На данной территории формируется климат с холодной зимой (рис. 1.3) и теплым засушливым летом, обуславливаемый годовым ходом солнечной радиации, из менением радиационных свойств подстилающей поверхности в течение года и циркуляционными процессами (Агроклиматический..., 1959).
Северная часть описываемой территории относится к Зауральскому лесостепному району и занимает равнины, осложненные короткими хребтами, мел-косопочником и обширными озерными впадинами Учалинского района, характеризуется следующими показателями: - годовое количество осадков достигает 380 мм; - сумма осадков за период активной вегетации - 200-250 мм; - сумма температур воздуха 10 достигает 1800; - начало безморозного периода - последняя пятидневка мая, конец - первая пятидневка сентября, продолжительность - 100 дней. Из-за большой разности в продолжительности дня в течение года приход суммарной радиации в холодную часть года ничтожно мал, в теплую, при средних условиях облачности, максимальное значение в июне достигает 100-102 ккал/см2 в год, а годовая поглощенная радиация 72-73 ккал/см2. Годовая величина радиационного баланса при средних условиях облачности на широтах г. Учалы достигает значения 31, увеличиваясь к югу до 32 -33 (Клысов, 2000, 2005).
В практике геоэкологических исследований важны показатели контрастности и предсказуемости суточного, сезонного и годового хода температур и осадков, нестабильность этих параметров представляет существенную экологическую проблему (Фаткуллин, 1994, 1996; Фаухутдинов, 1999). Известно, что отклонения, выходящие за пределы привычных значений, оказывают отрицательные воздействия на живые организмы и, в конечном итоге, приводят к различного рода нарушениям в функционировании экосистем. Целесообразно в экологических исследованиях определить при оценке климата не только средние значения, но и величину их неустойчивости - контрастность, предсказуемость (Клысов, 2005).
Материалы, методы и объемы исследований
В 1920 г. комиссия Башкирского совета народных комиссаров под руководством С. Миоловича обследовала прииски республики. В Учалинском районе отмечена работа на прииске Карагайкуль, наличие на прииске Узункур хорошо оборудованной золотопромывательной фабрики, жилых помещений, 4 капитальных шахт глубиной до 82 метров, запуск в работу прииска Малый Коран, где проведена откачка воды из разреза, завершена постройка обогатительной фабрики. На Ильинском прииске местными старателями произведен ремонт фабрики и цианового завода, построена новая фабрика на Туз-Куйгане. Докладывается, что на Баймакских приисках добывается около 1,5 пуда золота в месяц. По сведениям Башнаркомфина, с Тубинской фабрики сдано золота в 1920 г. около 100 кг.
В 1922 г. в Башкирии началось быстрое восстановление золотодобычи, в чем большая заслуга треста Башзолото и его руководителя Ф.А.Ульмасова (Макарова, 2004). В частности, в его докладе за 1936 г. приводится такая характеристика Тубинского рудоуправления в Баймакском районе: «... управление занимает первое место по золотодобыче в Башкирии. Спады производства на руднике (1932-1934 гг.) были связаны с плохим управлением. Здесь образцовая лаборатория, признанная лучшей в золотой промышленности Союза. Основной двигатель на иловом заводе - паровая машина «Густав Лист» выпуска 1897 г., находится в хорошем рабочем состоянии. Сегодняшнее оснащение завода - 2 чаши с тремя бегунами, 2 чаши Бейльдона, 2 чаши кочкарского типа. Их общая производительность - 180 т/сутки. Схему обработки илов составил профессор Мостович. Начальник «Главзолота» А.П. Серебровский при последнем посещении завода предложил увеличить производительность до 300 т/сутки. Для обеспечения сырьевой базы идут разведки на Куль-Юрт-Тау. Здесь много признаков наличия промышленной руды. В колчеданной «Кузнечной линзе» разведано 150 тыс. т руды с содержанием меди 4 % и высоким содержанием золота. Её эксплуатация позволит увеличить выпуск меди и золота на Баймакском заводе. Нам следует начать здесь работы в 1937 г....».
С 8 мая 1920 г. по 1 марта 1924 г. Тубинская амальгамационная фабрика дала 1040 кг чистого золота, в 1924-1928 гг. здесь переработано 127 тыс. т руды и получено 2213 кг золота, что составило существенную часть всей уральской добычи. Подъему золотодобычи способствовали осуществляемые в рамках НЭП меры правительства по стабилизации денежной системы, в том числе введение знаменитого «золотого червонца». Постановлением Совнаркома 8 марта 1923 г. для всех районов страны установлена твердая цена на чистое золото не ниже 5 руб. 18 коп. за золотник (4,125 грамма). Предусмотрено постепенное повышение цены Специальной Арбитражной комиссией Госплана.
В 1924 году в Баймакском районе построена Байкаринская амальгамационная фабрика, которая за период 1924-1928 гг. получила 332 кг золота. В том же году на руднике Бакр-Тау в 1924 г. добыто 4800 тонн руды, содержащей 127 килограммов золота, 1856 кг серебра. Несовершенство техники и технологии обогащения столь богатых руд обусловило большие потери драгоценных металлов. Неоднократно предпринимались попытки повторной переработки «хвостов» обогащения.
В начале 1920-х гг. старателями было вовлечено в разработку также множество мелких кварцевых жил с высокими содержаниями золота. Значительная часть таких разработок располагалась в подножьях хребта Ирендык. Для дробления кварцевой руды и извлечения золота строились многочисленные небольшие местные фабрики с бегунными чашами на конской тяге, куда на лошадях же свозилась руда с окрестных жил (прил. 7). Точные сведения о суммарной добыче жильного золота отсутствуют. Известно, что одна только Ишбер-динская фабрика, пущенная 8 ноября 1924 г. в истоках речки Султанки, по март 1925 г. обработала 1648 тонн руды, содержащей 44 килограмма золота. Подобные жилы активно разрабатывались местным населением в 1920-1930-е гг. также в Учалинском, Авзяно-Белорецком, Абзелиловском районах. В 1929 г. в Хайбуллинском районе открыто Бурибайское золотомеднокол-чеданное месторождение. На базе запасов золотоносных бурых железняков месторождения строится цианоиловый завод производительностью 15 тыс. т в сезон и амальгамационная фабрика производительностью 25 тыс. т руды в год.
В 1935 г. строится цианоиловый завод на месторождении Куль-Юрт-Тау, где с 1936 по 1941 г. было получено 239 кг золота. В 1943 г. на базе Семеновского месторождения построена летняя фабрика с законченным циклом обработки руды, в 1965-66 гг. ее производительность достигла 42.0 тыс. т. В 1970-е годы произведена реконструкция фабрики с переводом на круглогодичную работу производительностью 80-90 тыс. т. Отработка окисленных руд Сибайского месторождения осуществлялась до 1956 г. на перколяционном заводе, а в последующие годы на Семеновской фабрике.
На территории Учалинского района в 1930-е годы строится ряд золотоиз-влекательных фабрик, на которых перерабатываются руды месторождений Муртыкты, Орловского, Алтын-Таш, Ик-Давлят, Красная Жила, Ураган и др. Для извлечения золота применялись амальгамационный и цианоиловый способы.
Очередной подъем золотодобычи в республике отмечается с 1940 г., когда была открыта «железная шляпа» Учалинского медноколчеданного месторождения, давшая всего 12,5 тонн золота. Здесь в 1945 г. построена самая крупная зо-лотоизвлекательная фабрика на Южном Урале производительностью 300 т руды в сутки. На Учалинской фабрике с применением цианирования обрабатывались также окисленные руды месторождений Муртыкты и имени XIX партсъезда.
Загрязнение атмосферного воздуха и подземных вод в промышленной зоне подземного выщелачивания
Такая задача чрезвычайно актуальна, в частности, для Сибайского ГОКа, испытывающего острые проблемы в обеспечении минерально-сырьевой базы. При этом по справкам периода разработки 1970-1980-ых годов, в отвале вскрыши Сибайского месторождения складировано 150 млн. т вкрапленных руд. С другой стороны, отвалы вскрыши Сибайского месторождения - крупнейшие в Башкортостане (более 1 млрд. т), являются также главным поставщиком в окружающую природную среду тяжелых металлов и сернокислых стоков. геохимические методы. Башкирское Зауралье характеризуется высокой степенью геохимической изученности. Вся территория заснята в масштабе 1:200 000 (см. графические приложения). Рудные поля известных месторождений покрыты металлометрической съемкой масштабов 1:50000-1:10000. Это позволяет выделить геохимические аномалии, отражающие ореолы рассеяния тяжелых металлов вблизи известных и предполагаемых месторождений цветных и благородных металлов, а также высокие региональные клар-ки концентраций токсичных элементов, присущие стратиграфическим и интрузивным подразделениям рудных узлов и районов.
Тяжелые металлы в рудных узлах и полях, независимо от наличия или отсутствия техногенного фактора, неизбежно попадают в природные среды -почвы, затем в подземные и поверхностные воды, создавая локальные и региональные гидрохимические аномалии, а вслед за тем - и в живое вещество, включая людей, живущих в этих районах.
Отсюда вытекает задача расчленения природной и техногенной составляющих в наблюдаемых геохимических аномалиях путем определения местного фона элементов - токсикантов и уровня концентраций элементов - загрязнителей, превышающих этот фон. На графических приложениях к диссертационной работе (карта полиэлементных геохимических аномалий южной части Башкирского Зауралья, экологическая карта Учалинского района) отчетливо видна роль промышленных зон горнодобывающих предприятий как максимально контрастных «эпицентров» аномальных геохимических узлов, спектр которых представлен Си, Zn, Pb, Hg, As, Ba, Cd, Se, Mn. использование газортутной съемки. Известно, что геохимическими элементами-индикаторами золото-сульфидных, золото-колчеданных, золото-полиметаллических месторождений Южного Урала и зон окисления по ним являются Си, Zn, Pb, Аи, Ag, As, Sb, Bi и Hg (Бурдин, 2006). Наиболее информативной с точки зрения геометризации ореола многими исследователями считается ртуть, образующая интенсивные, пространственно связанные геохимические ореолы во вмещающих породах, продуктах их выветривания и почвах. То же относится и отвалам руд на месторождениях таких типов. Наряду с поисковыми задачами осуществляется экспресс-оценка ртутного загрязнения отвалов, почв, растительности и вод.
С помощью газортутной съемки можно в короткий срок и с минимальными затратами решить задачи геоэкологического картирования отвалов вскрыши и их оценки как техногенно-минеральных месторождений; дать оценку техногенного ртутного загрязнения речных долин в районах россыпной золотодобычи прежних лет. геофизические методы. При окислении сульфидных минералов в породах вскрыши возникает естественный электрический потенциал, ускоряющий окисление минералов по принципу обратной связи. Значение естественного электрического поля (ЕЭП) на отвалах может достигать 1 вольт. Столь контрастные аномалии на участках концентрации сульфидов легко выявляются геофизическим методом ЕЭП.
В некоторых случаях, в частности, на Сибайском месторождении, в рудах наличествует заметное количество ферримагнитных минералов - пирротина и магнетита. Это позволяет применить для картирования отвала в геологоразведочных и экологических целях детальную магнитометрическую съемку с применением современных высокоточных протонных и квантовых магнитометров, что позволяет фиксировать участки складирования сульфидизи-рованных пород, даже перекрытые безрудными ярусами. экспресс-анализ содержания тяжелых металлов в отвалах и хвосто-хранилищах с помощью портативных рентгено-флуоресцентных спектрометров различных типов. Эти приборы не могут в полной мере заменить высокоточное лабораторное оборудование и арбитражный метод мокрой химии. Тем не менее, они нашли широкое применение в геологоразведке и экологических исследованиях благодаря высокой скорости получения результатов на месте без больших затрат времени, материальных и людских ресурсов.
В качестве конкретного примера автором рекомендован алгоритм реальной оценки экологического ущерба и ресурсного потенциала отвала вскрыши месторождения Бакр-Тау, содержащего в практически значимых концентрациях золото, медь, цинк, серебро. Это месторождение золото-полиметаллических руд разрабатывалось в 1989-1994 г.г.
Характер воздействия на окружающую природную среду расценивается как прямое воздействие, с кумулятивно-синергетическим эффектом (накопление загрязняющих веществ в прилегающих почвах, подземных и поверхностных водах по мере разрушения пород и окисления сульфидных минералов в отвалах, ускоряемого биохимическими процессами по типу цепной реакции) с активизацией миграционных процессов поллютантов в природных средах.
Технологии извлечения ценных металлов из отходов
Экономическая оценка природоохранных мероприятий в стоимостных показателях должна включать определение всех затрат на осуществление мероприятий по нейтрализации (смягчению) воздействия процесса разработки месторождения на окружающую среду в различных рассмотренных вариантах освоения (открытый, подземный и т.д.), а также затрат на различные компенсационные выплаты, на погашение остаточного ущерба народному хозяйству и населению с учетом хозрасчетных выгод от реализации природоохранных мероприятий.
В общем случае в расходах на природоохранные мероприятия в зависимости от способа разработки месторождения и технологической схемы переработки минерального сырья нужно включать: - затраты, связанные с созданием, содержанием и эксплуатацией основных фондов природоохранного назначения: очистных сооружений и других природоохранных объектов; - затраты на оплату услуг сторонних организаций за прием, хранение и переработку (захоронение) экологически опасных отходов, очистку сточных вод, другие виды текущих природоохранных затрат; - затраты, связанные с использованием природных ресурсов (плата за землю, за древесину, отпускаемую на корню, а также плата за воду, забираемую предприятием из водохозяйственных систем в пределах установленных лимитов); - затраты на рекультивацию нарушенных земель (включая затраты на снятие и хранение плодородного слоя почвы, селективную добычу и складирование вскрышных и вмещающих пород, потенциально пригодных для рекультивации); - затраты на сбор промышленных отходов и отходов хозяйственно-бытовой деятельности и организацию производства по их переработке, а также затраты на выделение отходов переработки минерального сырья, содержащих экологически опасные концентрации вредных компонентов и их захоронение; - затраты на мероприятия по охране окружающей среды от воздействия вредных отходов при применении активных геотехнологических методов воздействия на недра (закачка хлора, кислот, солей и др.); - затраты на создание режимной сети для изучения и анализа влияния на окружающую среду в процессе эксплуатации месторождения, для обеспечения контроля за соблюдением согласованных условий (мониторинг); - затраты на компенсацию последствий загрязнения окружающей среды. Затраты на рекультивацию нарушенных земель необходимо определять с учетом основных типов нарушенных земель и включать совокупность затрат на технический и биологический этапы рекультивации.
Затраты на компенсацию последствий загрязнения окружающей среды (остаточного ущерба) представляют собой затраты, вызванные расходами на компенсацию негативных последствий воздействия загрязнений на реципиентов.
В качестве основных реципиентов рассматриваются: население, объекты жилищно-коммунального хозяйства (селитебная территория, жилищный фонд, городской транспорт, зеленые насаждения и др.), сельскохозяйственные угодья, лесные ресурсы, элементы основных фондов промышленности и транспорта, рыбные ресурсы, особо охраняемые природные территории.
Компенсирующие затраты, вызываемые воздействием загрязненной среды на реципиентов, должны определяться как сумма приведенных затрат на: 246 - медицинское обслуживание и содержание населения, заболевшего вследствие загрязнения окружающей среды; - компенсацию потерь чистой продукции из-за снижения производительности труда, а также невыходов трудящихся на работу вследствие воздействия загрязненной окружающей среды на население; - дополнительные услуги коммунально-бытового хозяйства в загрязненной среде; - компенсацию количественных и качественных потерь продукции из-за снижения продуктивности земельных, лесных и водных ресурсов в загрязненной среде; - компенсацию потерь промышленной продукции из-за воздействия загрязнений на основные фонды.
В составе затрат, вызываемых воздействием загрязненной среды, должны учитываться также затраты, вызываемые вторичным загрязнением (от проникновения отходов в окружающую среду в процессе хранения и т.п.).
Размер компенсационных затрат нужно рассчитывать укрупненным методом, основанным на использовании удельных величин ущерба по каждому компоненту и показателям интенсивности воздействия, или методом прямого счета, когда расчет ведется по каждой конкретной форме нарушения или загрязнения с выявлением последствий в каждом реципиенте и их экономической оценкой.
В результате сопоставления полученных результатов, рассмотрения вариантов вскрытия и отработки месторождения разными способами, вариантов обогащения минерального сырья осуществляется выбор на основе наилучших доступных технологий, базирующихся прежде всего на экологических приоритетах. Предпочтение должно отдаваться тем вариантам, реализация которых: - не представляет угрозы для здоровья населения и условий его жизнедеятельности при прямом, косвенном, кумулятивном и других видах воздей 247 ствия предприятия и получаемой продукции с учетом отдаленных последствий; - не приведет к необратимым или прижизненным изменениям в окружающей среде; - обеспечивает исключение экологически опасного воздействия при переработке, хранении продукции и получаемых при этом отходов (хвостохрани-лища, отвалы вскрышных пород) и т.д.
Нами в качестве примера реализации вышеназванных принципов сделана попытка дать оценку экологического ущерба на двух объектах - промышленной зоне ЗАО «Башкирская золотодобывающая компания» (Учалинский район, рудник Муртыкты, площадка кучного выщелачивания золота) и не-функционирующего рудника Бакр-Тау в Баймакском районе.
