Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы 8
1.1. Отходы горнодобывающих предприятий: классификация, состав, опасность, образование и размещение 9
1.2. Экологические проблемы, создаваемые отходами горнодобывающих предприятий 12
1.3. Состояние изученности медико-экологических последствий размещения отходов горнодобывающих предприятий 16
Глава 2. Объекты и методы исследования 20
2.1. Геологическая и геоэкологическая изученность районов горнодобывающих предприятий Республики Алтай 20
2.2. Методика полевых и лабораторных работ 24
2.3. Обработка и интерпретация аналитических данных 28
Глава 3. Природные условия объектов исследования. Характеристика горнодобывающих предприятий Республики Алтай 30
3.1. Природные условия районов горнодобывающих предприятий » ^
3.2. Характеристика отрабатываемых рудных месторождений
3.3. Общие сведения о деятельности горнодобывающих предприятий .г,
3.4. Технические решения и применяемые технологии 4Г
3.5. Эколого-геохимическая ситуация в районах горнодобывающих предприятий г ~
Глава 4. Основные виды производственных отходов горнодобывающих предприятий Республики Алтай 57
4.1. Отходы разведки и добычи руд 59
4.2. Вторичное рудное сырье 62
4.3. Твердые отходы обогащения и передела руд 65
4.4. Жидкие отходы обогащения и передела руд 68
4.5. Газообразные отходы обогащения и передела руд 73
4.6. Шахтные, штольневые и карьерные воды 74
4.7. Экологическая опасность отходов и объектов их размещения 76
4.8. Процессы миграции отходов горнодобывающих предприятий 80
Глава 5. Экологическое состояние природных сред в районах влияния отходов горнодобывающих предприятий 85
5.1. Атмосферный воздух. Снеговой покров 85
5.2. Почвы 91
5.3. Поверхностные воды 99
5.4. Донные осадки 106
5.5. Растительность ПО
Глава 6. Экологические последствия размещения отходов горнодобывающих предприятий Республики Алтай 116
6.1. Основные экологические последствия воздействия отходов разведки и разработки рудных месторождений 121
6.2. Эколого-гигиеническая оценка загрязнения природных сред в районах горнодобывающих предприятий 126
6.3. Тенденции изменения экологической ситуации в районах влияния отходов горнодобывающих предприятий 133
6.4. Рекомендации по снижению воздействия отходов горнодобывающих предприятий на окружающую среду 137
Заключение 141
Литература
- Экологические проблемы, создаваемые отходами горнодобывающих предприятий
- Характеристика отрабатываемых рудных месторождений
- Жидкие отходы обогащения и передела руд
- Донные осадки
Экологические проблемы, создаваемые отходами горнодобывающих предприятий
В настоящее время существует достаточно много определений понятия отходов, перечислим некоторые из них. Отходы - это: не пригодные для производства данного вида продукции виды сырья, его неупотребимые остатки или возникающие в ходе технологических процессов вещества (твердые, жидкие и газообразные), не подвергающиеся утилизации в рассматриваемом производстве (Реймерс, 1992); остатки сырья, материалов, некондиционные и побочные продукты, использованная и/или потерявшая свои первоначальные потребительские качества готовая продукция (Снакин, 2002); остатки продуктов или дополнительный продукт, образующиеся в процессе или по завершении определенной деятельности и не используемые в непосредственной связи с этой деятельностью (ГОСТ 30772-2001).
По М.А. Пашкевич [64] отходы, образующиеся при добыче и переработке полезных ископаемых, следует называть техногенными массивами. По ее представлениям, техногенный массив - геологическая структура, сложенная породой или наносом антропогенного генезиса, отличающаяся по своему составу (химическому, гранулометрическому, бактериологическому) и свойствам (физико-механическим, фильтрационным, сорбционным и пр.) от фоновых пород, их вмещающих, форма и размеры которой определяются преимущественно технологическими процессами. Все техногенные массивы предлагается делить на три группы: насыпные и намывные массивы, техногенные наносы.
К группе насыпных массивов относятся хранилища перемещенной горной массы (отвалы, насыпи, дамбы). В группу намывных массивов входят хранилища гидравлически укладываемых грунтов природного происхождения, минеральных отходов. Техногенные наносы представляют собой донные отложения временных и постоянных водных потоков, наносы пыли, искусственные почвы, сформированные в результате воздействия ГДП (Пашкевич, 2000). Следует отметить, что химический состав основной массы отходов ГДП отвечает инертным породам, вмещающим добываемые полезные ископаемые. Более значимы в экологическом плане отходы их обогащения и передела.
Классификация отходов возможна по разным показателям, но самым главным из них является степень опасности для окружающей среды и здоровья человека (Шульгин, 1986; Панычев, 1993). Вредными отходами, например, считаются инфекционные, токсичные и радиоактивные. Согласно Критериям отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды [48], все отходы делятся на пять классов опасности (табл. 1).
Степень воздействия отходов на ОС Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей среды Класс Опасности Очень высокая Экологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует I классЧрезвычайноОпасные Высокая Экологическая система сильно нарушена. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия II класс Высокоопасные Средняя Экологическая система нарушена. Период восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника III класс Умеренно Опасные Низкая Экологическая система нарушена.Период самовосстановления не менее 3-х лет IV класс Малоопасные Очень низкая Экологическая система практически не нарушена V классПрактическиНеопасные
Отнесение отходов к классу опасности для ОС может осуществляться расчетным и/или экспериментальным методами, которые более детально охарактеризованы в разделе 2.3. Применяется также пилотное определение класса опасности отходов по присутствию следующих химических веществ: наличие в отходах ртути, сулемы, хромовокислого калия, треххлори-стой сурьмы, бенз(а)пирена, оксида мышьяка и других высокотоксичных веществ позволяет отнести их к первому классу опасности; наличие в отходах хлористой меди, хлористого никеля, трехокисной сурьмы, азотнокислого свинца и других, менее токсичных веществ дает основание отнести эти отходы ко второму классу опасности; — наличие в отходах сернокислой меди, щавелевокислой меди, хлористо
По агрегатному состоянию отходы можно разделить на твердые (отходы обогащения полезных ископаемых, породы вскрышные и вмещающие), жидкие (водоотлив горных выработок, сточные воды обогатительных фабрик), пылега-зообразные (пыль, токсичные газы и др.).
По гранулометрическому составу отходы ГДП делятся на крупнообломочные пхЮ мм (вскрышные и вмещающие породы), среднеобломочные 1-10 мм (например, торфа и промытые пески при отработке россыпных месторождений), тонкообломочные 0.01-1 мм (чаще хвосты обогащения руд).
Основными объектами хранения (размещения) отходов ГДП являются: для перемещенной горной массы — отвалы, насыпи, дамбы (насыпные техногенные массивы); для намывных отходов - хвостохранилища, шламоотстойни-ки (намывные массивы); для жидких отходов — различные технологические емкости (прудки-отстойники, зумпфы, аварийные емкости и пр.). 1.2. Экологические проблемы, создаваемые отходами горнодобывающих предприятий
Из специальной литературы известно, что основными видами влияния отходов ГДП на экологическое состояние объектов окружающей среды являются: газо-аэрозольное и пылевое, гидродинамическое, гидрохимическое, механическое, химическое, радиационное, тепловое воздействие. Кроме того, размещение отходов приводит к нарушениям природных ландшафтов, отчуждению и изъятия земель из хозяйственного пользования и пр. (Россман и др., 2000).
Основные последствия вышеотмеченного воздействия отходов ГДП выражаются в изменении режима природных вод, в загрязнении объектов ОС стабильными токсичными химическими и радиоактивными веществами, в выводе из хозяйственного оборота земель, снижении плодородия почв, деградации природных ландшафтов и в других негативных процессах (Адушкин, 1996).
Характер и степень воздействия на отходов ГДП на ОС в значительной мере определяются совершенством технологий разведки и отработки месторождений, минеральным и химическим составом перерабатываемого минерального сырья, применяемыми технологиями его переработки, эффективностью очистки отходящих газов и сточных вод (Быбочкин, 1996; Геохимия..., 1990).
Интенсивность пылевых выпадений зависит от природно-климатических условий (скорость ветра, количество и периодичность выпадения осадков, температура воздуха, мощность снегового покрова и пр.) и расположения источников пылегазовыделения по отношению к розе ветров (Батугин, 1989; Шатилов, 2001).
Наблюдения показали, что объемы пылевых масс на горнообогатительных комбинатах даже при средней производительности составляют сотни тысяч тонн в год, создавая при этом очаги загрязнения значительной протяженности. Так, при взрывных работах на Михайловском железорудном карьере (КМА) пыль оседает в радиусе 3-6 км от источника, а распыление руды на открытых складах наблюдалось в атмосфере в радиусе 1 км (Адушкин, 1996).
Следует отметить, что в пыли горнодобывающих и обогатительных предприятий при сходстве состава всех пылевых выбросов с общим составом руд и вмещающих пород максимальное накопление нередко характерно не для главных рудных компонентов, а для наиболее токсичных элементов-спутников.
Рассматривая проблему пылевых выбросов, отдельно следует выделить пылящие промышленные отвалы, образующие своеобразные индустриальные пустыни. К ним относятся: шахты, выемки, шламовые поля, золотоотвалы, нагромождения вынутой пустой породы в виде терриконов, насыпных и намывных откосов и пр., насыпные поля шлака металлургических предприятий.
Характеристика отрабатываемых рудных месторождений
ОАО "Акташское горно-металлургическое предприятие" (АГМП) - градообразующее предприятие пос. Акташ, является правоприемником бывшего Акташского рудопроявления. Последним в период 1942-1990 гг. отрабатывалось Акташское месторождение, из руд которого было получено 3700 т металлической ртути марки Р-1, Р-2.
С конца 80-х годов, в связи с погашением разведанных запасов месторождения, АГМП перешло на переработку вторичного ртутьсодержащего сырья, поступающего от предприятий Сибирского и Уральского федеральных округов (Новосибирск, Славгород, Усолье-Сибирское и др.). В период 1990-2007 гг. предприятием по технологии, разработанной в 1989 г. институтом "Средазни-процветмет" (г. Ташкент), переработано около 5 тыс. т ртутьсодержащих отходов (РСО), при этом получено порядка 100 т товарной ртути марки Р-2.
Промзона АГМП, расположенная в 10 км восточнее поселка Акташ, в верховье р. Ярлыамры на юго-западном макросклоне Курайского хребта, включает металлозавод, административно-бытовой комплекс и другие здания, полигон для хранения РСО, терриконы металлургических шлаков (огарков), отстойник технологических вод, штольневые отвалы пустых пород и некондиционных руд и пр.
В настоящее время АГМП является одним из немногих предприятий страны в области утилизации РСО. Несмотря на большой "фронт" работ (127 тыс. т РСО только в Сибирском регионе), предприятие в последние годы по причинам организационно-финансового характера хронически простаивает. Так, в 2005-2007 гг. перерабатывалось всего по 200-300 т РСО в год и при этом не производилась и не реализовывалась товарная продукция (табл. 13). Более того, в период 1997-2002 гг. часть завезенных на утилизацию отходов (ориентировочно 900 т РСО, содержащих 17 т ртути) была несанкционированно захоронена в пределах промзоны предприятия и на прилегающей к ней территории.
Основные фонды Акташского ГМП морально устарели и почти полностью изношены. Необходима коренная модернизация экологически опасного технологического цикла, оборудования и производственной инфраструктуры предприятия. Для этого в 2004 г. ОАО "СИБГИПРОЗОЛОТО" по заказу АГМП разработано "Обоснование инвестиций в реконструкцию Акташского металлургического завода с целью переработки вторичного ртутьсодержащего сырья" [117], однако какой-либо реконструкции металлозавода в настоящее время по причине отсутствия инвестиций не проводится.
Материальный баланс производства ГДП. В качестве краткой характеристики показателей функционирования природно-технических систем (ПТС), какими являются характеризуемые ГДП и отрабатываемые ими рудные месторождения, рассмотрим состояние использования их материальных ресурсов.
Согласно [47] все материальные ресурсы, используемые ГДП, делятся на главные (активные и инертные), вспомогательные (активные, инертные, изолированные) и сопутствующие (активные и инертные). В соответствии с этим подходом приведена классификация ресурсов изученных ГДП (табл. 14).
Использование вышеотмеченных материальных ресурсов ГДП в производственном процессе характеризуется следующими показателями - интенсивностью, степенью и эффективностью. По интенсивности их использования изученные ГДП относятся, в основном, к мелким и средним (рудник "Веселый") предприятиям. Степень использования главных ресурсов незначительна - первые проценты, а эффективность их использования, особенно в плане извлечения из руд элементов-спутников находится в целом на низком уровне.
Производственный цикл изученных ГДП в настоящее время представлен, в основном, двумя стадиями - добычей руды и ее обогащением (на АГМП — завозом РСО и их металлургическим переделом). Образующиеся отходы добычи, являющиеся строительным материалом (бут, щебень), и хвосты обогащения руд, представляющие собой ценное комплексное вторичное сырье, используются в незначительной степени при строительстве дамб и отсыпке технологических дорог и площадок.
Применяемые при добыче руды технические решения соответствуют традиционным способам подземной (из шахт и штолен) и открытой карьерной разработки сложных в геологическом отношении рудных месторождений. Так, отработка ведется с применением буровзрывных работ. Бурение проводится перфораторами и бурильными установками, погрузка - мехлопатами, экскаваторами, реже скреперами. Транспортировка руды и пустой породы осуществляется электровозами, самосвалами. Отвалы пустой породы организуются, как правило, около эксплуатируемых карьеров и штолен.
Техническое решение стационарных и модульных обогатительных фабрик ГДП, на которые поступает добываемая руда, также является типовым. Ру-доподготовка производится на отечественных дробилках, грохотах, шаровых мельницах. Обогащение руд проводится с применением серийно выпускаемых отсадочных машин, концентрационных столов, винтовых и электромагнитных сепараторов, флотомашин и пр., во многие из которых предприятиями внесены конструктивные изменения. Зачастую применяется и самодельное оборудование. Основная часть оборудования предприятий, особенно их обогатительных фабрик и металлозавода АГМП сильно изношена и морально устарела.
Жидкие отходы обогащения и передела руд
Проведенное изучение поведения элементов на участках размещения отходов изученных ГДП показало преобладание их пылеаэрозольной ветровой и механической водной миграции при подчиненной роли химической миграции элементов и их соединений в виде водорастворимых форм.
Анализ материала, полученного в рамках подготовки настоящей работы, позволяет считать, что в специфических природных условиях региона основными факторами влияния на окружающую среду жидких и твердых отходов ГДП являются (в порядке значимости): сбросы, утечки, испарение и фильтрация сточных вод, плоскостной смыв, водный и ветровой перенос хвостов обогащения и переработки руд, РСО и пустых пород, выбросы токсичных газов. Их среднегодовые объемы для изученных ГДП приведены на рисунке 18. - обогатительные о абрики, металлозаводы; 2 - отделения рудоподготовки; 3 - склады руды, РСО; 4 - отвалы, дамбы, терриконы, штабели; 5 - места захоронения РСО; 6 - прудки технологических вод; 7 - факторы воздействия на окружающую среду: главные (а) и второстепенные (б) Большинство природных факторов (расчлененный рельеф, выпадение интенсивных осадков, положительный водный баланс, высокие фильтрационные свойства грунтов и др.) имеют негативную направленность, поскольку усиливают и/или расширяют воздействие отходов на компоненты окружающей среды. В то же время другие природные экохимические факторы - солнечный свет, тепло, воздействие кислорода атмосферного воздуха, испарение и пр. способствуют деструкции многих загрязнителей и тем самым снижают влияние отходов ГДП на природные среды.
Пыление для отвальных пород ГДП проявлено слабо, поскольку основная их часть представлена крупнообломочным щебнисто-глыбовым материалом. Дальность ветрового переноса рудной пыли, как правило, не превышает первых сотен метров. Для увлажненных хвостов обогащения руд пыление не характерно, сухие хвосты в зависимости от рельефа местности переносятся на расстояние 0.1 -0.5 км. Водный перенос транзитными водотоками тонкой фракции хвостов обогащения руд и присутствующих в них ТМ весьма значителен и достигает 15 км в районе рудника "Веселый" и 20 км в районе АГМП (рис. 19).
Литохимические потоки ТМ в донных осадках транзитных водотоков: ртути в районе АГМП (вверху), меди в районе рудника "Веселый" (внизу) В небольшой степени имеет место частичное химическое растворение механически перемещенной минеральной пыли. Слабо проявленное испарение легколетучих компонентов, в частности, соединений ртути, проявлено, в основном, для ртутьсодержащих отходов добычи, обогащения и передела руд.
Более значимым фактором негативного воздействия ГДП на окружающую среду служат их жидкие отходы. Водный перенос как основной вид перемещения (миграции) жидких отходов за пределы хранилищ технологических (сточных) вод происходит в двух режимах - поверхностного транзитного стока и внутрипоровой фильтрации через грунты стенок и днища ГТС.
Первый режим присущ для миграции плановых и аварийных сбросов сточных вод (рис. 20), утечек технологических вод, поверхностного стока и вовлекаемых им рудных и нерудных частиц в виде песка, пыли, реже нерастворимого химического осадка. Фильтрация характерна, в основном, для дренажа технологических вод.
По мере продвижения транзитные поверхностные водотоки, загрязненные отходами ГДП, самоочищаются путем разбавления чистыми водами, реже за счет выпадения нерастворимых химических осадков. Вовлекаемый в транзит твердый сток мелкой фракции отходов выпадает в виде донных осадков. Широко проявленная фильтрация технологических вод из ГТС в рыхлые грунты способствует загрязнению имеющихся в них грунтовых вод. Следует отметить, что многолетнее использование ГТС приводит к заметно проявленной кольматации межпоровых пространств в грунтах, что в конечном итоге снижает фильтрационные потери технологических и сточных вод.
Второстепенная роль в переносе и аккумуляции твердых отходов и техногенно нарушенных грунтов промзон ГДП принадлежит эоловому переносу и поверхностному стоку (смыву). Повышенное значение второго фактора обусловлено большим количеством и ливневым характером выпадающих атмосферных осадков. Ветровой перенос обусловливает перемещение в виде пыли, аэрозолей и гидрозолей твердых, жидких и газообразных отходов ГДП.
Донные осадки
Известно, что растения служат высокоинформативным индикатором уровня биологически доступных форм тяжелых металлов в окружающей среде. Они чутко фиксируют не только загрязнение почв, но даже эпизодическое присутствие в атмосферном воздухе загрязняющих веществ [25]. Особенности химического состава растений обусловлены вещественным составом питательной среды, который зависит от многих факторов: физико-географические условия, климат, влажность, почвы, влияние почвообразующих пород и др.
В зонах влияния ГДП основные экотоксиканты — тяжелые металлы поступают двумя путями - из загрязненных ими почв и из воздуха. Поверхностное загрязнение растений в результате оседания из воздуха на листья и стебли металлосодержащих частиц может быть значительным, однако оно менее опасно, чем почвенное, осуществляемое через их корневую систему. Так, по [95] содержание ТМ в стеблях разных культур может быть в 10-20 раз ниже, чем в корнях, а в зернах на порядок ниже, чем в стеблях и листьях.
Основной акцент при выявлении воздействия изученных ГДП на местные травянистые и древесные эдификаторы был сделан на оценку уровней накопления ТМ вблизи потенциальных источников загрязнения и на выявление тенденций их изменения во времени. В небольшой степени изучены морфологические особенности отдельных видов растений, в частности, характеристики хвойных на периферии хвостохранилища ЗИФ и УКВ рудника "Веселый".
Данные по биогеохимии растительного покрова в районе рудника "Веселый" свидетельствуют об аномально повышенных концентрациях рудных ТМ и их элементов-спутников во всех видах древесных и травянистых растений, произрастающих на территории промзоны предприятия. Основная причина этого явления предположительно обусловлена многолетним аэрогенным переносом материала жидких и твердых отходов ЗИФ и породных отвалов.
Установлено, что в золе травянистых (осочка стоповидная) и древесных растений (пихта сибирская) содержание меди варьируется в пределах 11-71
Характерно, что во всех изученных видах растений, произрастающих на северо-западном фланге хвостохранилища (на участке размещения сухих хвостов) концентрации ТМ значительно выше, чем на его юго-восточной периферии, где преобладают "мокрые" хвосты (рис. 38). Это свидетельствует о превалирующей роли поступления ТМ в растения из почв, загрязненных при аэрогенном переносе пылеватой фракции хвостов.
Для промзоны рудника присущи не только максимальные концентрации ТМ в растениях района, но и наибольшие значения их КБП (кроме свинца, поставляемого автотранспортом). Полученные данные (табл. 68) позволяют считать, что растения, в частности, хвойные в пределах селитебной зоны пос. Сей-ка, расположенной в 2-3 км с подветренной стороны промзоны, также испытывают ее влияние в плане тяжелометалльного загрязнения. Это дает основание предполагать, что дальность переноса отходов ЗИФ достигает 3-х и более км.
Анализ взаимосвязи профильных ТМ промзоны рудника - меди и ртути в депонирующих загрязнение сопряженных природных средах (снеговой покров, почвы, растения) выявил их статистически значимую (г = 0.80-0.92) прямую зависимость между собой (рис. 38). Это свидетельствует как о едином источнике их поступления в объекты окружающей среды с пылеватой фракцией и жидкой фазой хвостов, так и о сохранении взаимосвязи этих ТМ при трансляции загрязнения в ряду: атмосферные выпадения - почвы - растения.
Влияние основных объектов Калгутинского рудника на растительный покров было изучено по распределению рудных ТМ в местном эдификаторе -овсянице овечьей. Полученные данные говорят о высокой вариабельности их содержания: ртути до 7 раз, лития - 13, меди - 17, молибдена - 20 раз. Установлено, что аномально повышенные концентрации рудных ТМ проявлены в растениях вблизи штольневого хозяйства и на участке обогатительной фабрики и ее хвостохранилища (табл. 69).
В зоне влияния Акташского ГМП наиболее высокие концентрации ртути 3.6-128 мг/кг (до первых тысяч единиц фона) и некоторых других ТМ (медь, свинец, серебро, мышьяк) установлены в травянистой растительности вблизи металлозавода и в долинах транзитных рек Ярлыамры и Чибитка, произрастающей на максимально загрязненных отходами предприятия почвах. Основ-ной биогеохимический ореол ртути площадью до 5 км (по изоконцентрате 1 мг/кг) охватывает отработанное Акташское месторождение, промзону АГМП и прилегающий к нему юго-западный склон Курайского хребта (рис. 48).
Так, превышение средних концентраций практически всех ТМ в растениях превышает их местный фон, в основном, на 10-20 %, кроме свинца (в 2.2 раза) и ртути (более 6 раз), для которой проявлен повышенный фон - 15 мг/кг.
В зонах влияния изученных ГДП проявлена прямая тесная (г = 0.76-0.98) зависимость между концентрациями рудных элементов в сопряженных пробах почв и растений, объясняемая превалирующим их поступлением в растения из загрязненных ТМ почв (рис. 40).
Из специальной литературы [95] известно, что морфометрические характеристики побегов хвойных (хвои и стебля) свидетельствуют об особенностях их реакции на различные факторы внешнего воздействия, особенно при химической природе последнего. Это подтверждается на изученных образцах хвойных с периферии хвостохранилища ЗИФ рудника "Веселый".
В частности, установлено, что средняя длина однолетней хвои пихты сибирской заметно уменьшается при приближении к хвостохранилищу и в целом меньше, чем на контрольной площадке в 2 км от промзоны рудника (перевал Синюха). Обратная картина проявлена для числа хвоинок на 1 см однолетнего побега, которое увеличивается вблизи прудков-отстойников (табл. 71).
Похожие диссертации на Характер и масштабы влияния на окружающую среду отходов горнодобывающих предприятий Республики Алтай
