Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,686

АКТУАЛЬНОСТЬ ВОПРОСА ПЕРЕРАБОТКИ ГИДРОТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Чупрова Л.В. 1
1 ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
В статье рассмотрен актуальный вопрос переработки гидротехногенных образований, формирующихся на территории горных предприятий. Представлена характеристика объекта исследований − гидротехногенных месторождений горных предприятий, занимающихся переработкой медноколчеданных месторождений. Представлен анализ условий формирования жидких георесурсов в условиях техногенеза медно-колчеданных месторождений. Рассмотрены основные факторы, формирующие химический состав исследуемых объектов. Дан анализ схем сбора техногенных вод на горнорудных предприятиях Южного Урала. Обоснована целесообразность вовлечения в переработку кислых рудничных вод медноколчеданного комплекса Южного Урала с целью извлечения ценных компонентов. Проведен анализ существующих методов переработки гидротехногенных месторождений. Предложены эффективные методы переработки техногенных вод горных предприятий медноколчеданного комплекса. Обоснована необходимость совершенствования существующих технологий очистки и переработки техногенных кислых вод на горных предприятиях. Рассмотрена экологическая целесообразность переработки гидротехногенных образований горных предприятий.
гидротехногенные месторождения
условия формирования
переработка
извлечение
металлы
1. Емлин Э.Ф. Техногенез колчеданных месторождений Урала. – Свердловск: Изд-во Урал. университета, 1991. – 256 с.
2. Курбангалеев С.Ш. Природоохранная деятельность ОАО «Учалинский ГОК» // Изв. вузов. Горный журнал. – 2004. – № 3. – С.52 – 56.
3. Минигазимов Н.С., Мустафин С.К., Зайнуллин X.Н. Влияние горнодобывающего комплекса на состояние окружающей среды Южного Урала (на примере Респ. Башкортостан) // Экологические проблемы промышленных зон Урала: Сб. науч. трудов межд. науч. техн. конф. – Магнитогорск, 1998. – Т. 1. – С. 42 – 48.
4. Мишурина О.А. Электрофлотационное извлечение марганца из гидротехногенных ресурсов горных предприятий // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2009. – № 3. – С. 72–74.
5. Мишурина О.А. Технология электрофлотационного извлечения марганца в комплексной переработке гидротехногенных георесурсов медноколчеданных месторождений – автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук // Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. – Магнитогорск, 2010.
6. Мишурина О.А., Муллина Э.Р. Химические закономерности процесса селективного извлечения марганца из техногенных вод // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2012. – № 3. – С. 58–62.
7. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Особенности химических способов извлечения марганца из технических растворов. // Молодой ученый. – 2013. – № 5. – С. 84–86.
8. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Деманганация сточных вод растворами хлорной извести. // Альманах современной науки и образования. – 2013. – № 9 (76). – С. 115–118.
9. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Химические превращения кислородсодержащих ионов хлора растворов при разных значения диапазона рН. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 2–2. – С. 43–46.
10. Мустафин А.Г., Ковтуненко С.В., Пестриков С.В., Сабитова З.Ш. Исследование экологического состояния реки Таналык республики Башкортостан // Вестник Башкирского университета. – 2007. – Т. 12; № 4. – С. 43–44.
11. О видах технологических процессов для удаления из промышленных сточных вод металлов. Blaise J.-F., Dufreshe S., Mercier G. Rev. Sci. eau. 1999. – №4. – С 687 –711.
12. Табаксблат Л.С. Техногенные попутные воды месторождений Урала // Известия вузов. Горный журнал. – 1997. – № 11. – С. 66 – 75.

Уральский регион обладает развитой сетью горнопромышленных предприятий. Наибольшая концентрация предприятий, занимающихся добычей и переработкой руд, приходится на Южные районы Урала, где располагаются ОАО «Гайский ГОК», ОАО «Учалинский ГОК», Сибайский филиал ОАО «Учалинский ГОК», ЗАО «Бурибаевский ГОК», ОАО «Александринская горнорудная компания» и другие предприятия [1, 5].

Современное горнопромышленное производство не располагает экологически безвредными и полностью безотходными технологиями, что приводит к загрязнению атмосферы, почвы, поверхностных и подземных вод, накапливании твердых и жидких отходов, а также к нерациональному использованию природных ресурсов. В товарный продукт превращается только 1,5 – 2,0 % от общего количества добытой руды, а остальное, в виде систематических выбросов, стоков и других отходов различных классов опасности поступает в окружающую среду [2, 3, 5, 12]. Ежегодно с кислыми рудничными водами на предприятиях, занимающихся добычей и переработкой медно-колчеданных руд, теряется около 15 тыс. т меди, столько же цинка, порядка 40 тыс. т железа и значительные количества сурьмы, ртути, марганца и других металлов [4, 5, 10]. Следовательно, горнообогатительные предприятия, разрабатывающие медноколчеданные месторождения, должны создавать дополнительные технологические переделы, которые позволяют перерабатывать и утилизировать отходы различного фазового и химического состава. Переведение любых отходов в качественное сырье для других отраслей, и превращение отходов в новые продукты является концептуальной основой теории и практики утилизации отходов, а также теории комплексного использования сырья [1, 5, 11].

К гидротехногенным месторождениям горных предприятий, относятся подотвальные, шахтные, карьерные стоки, а также воды, накопленные в результате деятельности предприятия в хвостохранилище, кислом пруду и в отработанном карьере. Основным источником загрязнения окружающей среды ГОКов являются отвалы пустых пород и некондиционных руд, содержащие в основном пирит, а также халькопирит и сфалерит. При фильтрации атмосферных осадков в кислородной среде сульфиты окисляются, обогащают подземные воды техногенного горизонта [1, 5].

На ОАО «Гайский ГОК» вдоль отвалов проложены траншеи, собирающие подотвальные воды в два пруда – накопителя, а в третий, помимо них, поступают талые и паводковые воды. Все подотвальные воды перекачиваются в кислый пруд. Поступление кислых вод на водосборы р.р. Елшанка и Колпачка в конце прошлого столетия резко ухудшили качественный состав водотоков и создали угрозу загрязнения р. Урал. Кроме того изменился режим подземного стока, под отвалами образовался техногенный водоносный горизонт с высокоминерализованными кислыми водами, которые в смеси с разбавленными фильтрационными водами, осадками и поверхностным стоком подтопили приотвальные участки [1, 11, 12].

Минерализованные техногенные воды Сибайского филиала по содержанию тяжелых металлов и солей можно отнести к техногенным минеральным гидроресурсам и при внедрении усовершенствованной технологии нейтрализации эти техногенные минерализованные стоки могут рассматриваться как дополнительный сырьевой источник для производства цветных металлов.

К минерализованным рудничным стокам ЗАО «Бурибаевский ГОК», образующимся в результате промышленной деятельности предприятия, относятся подотвальные, шахтные, карьерные стоки, а также воды, накопленные в результате деятельности обогатительной фабрики в старогоднем хвостохранилище и в отработанном Бурибаевском карьере.

Шахтные и карьерные воды Бурибаевского ГОКа являются кислыми и очень жесткими. Концентрации ценных металлов, незначительны, следовательно, они не представляют интерес для селективной переработки с целью извлечения из них марганца и других ценных металлов в виде товарной продукции [5, 7, 8, 10].

Подотвальные воды образуются на отвалах Бурибаевского и Маканского карьеров. Ионный состав вод колеблется в зависимости от условий окружающей среды. Результаты качественно-количественного анализа проб подотвальной воды, накапливающиеся в пруде-сборнике, представлены таблице.

Данные, представленные в таблице, показали, что подотвальные воды Бурибаевского ГОКа очень кислые, сильноминерализованные и характеризуются высокими концентрациями ионов меди, цинка, железа и марганца, что позволяет, учитывая объемы образующихся вод (100 м3/сут.) классифицировать данные воды как техногенное гидроминеральное металлсодержащее сырье.

Подотвальные воды Бурибаевского карьера формируются в результате инфильтрации атмосферных осадков и конденсации влаги из воздуха при их циркуляции сквозь толщу отвалов. На выходе из-под отвалов они аккумулируются в прудке подотвальных вод, объема которого недостаточно для локализации всего стока. Поэтому часть последнего самопроизвольно попадает в р. Таналык, часть – откачивается в находящийся в непосредственной близости отработанный Бурибаевский карьер. Воды характеризуются достаточно высокой минерализацией и кислотностью. Минеральный состав отвалов определяет сернокислую реакцию рН вод в зависимости от сезонности и атмосферных осадков варьирует в пределах 2,1–3 [5, 11, 12].

Результаты анализа проб подотвальных сточных вод Бурибаевского ГОКа [5]

Определяемые ингредиенты и показатели качества воды

Концентрация загрязняющих ингредиентов, мг/дм3

май

июль

октябрь

рН, ед

2,8

2,6

2,9

Жесткость, мг-экв/дм3

181

408

574

Сульфат-ион

1035,6

1837,1

1776,6

Хлорид-ион

619,4

672,2

643,7

Железо

306,9

458,3

506,2

Марганец

175,4

198,9

214,1

Медь

221,5

393,6

494,9

Цинк

47,8

56,1

37,9

На Маканском месторождении (ОАО «Бурибаевский ГОК»), в результате проведения горных работ и нарушения гидрогеологического режима водоносных слоев, образовавшийся воронкообразный карьер объемом 5,0 млн м3, заполнен водой до глубины 45 м. Объем воды в карьере составляет 2,0 млн м3. Происходит постепенное заполнение его грунтовой водой. Карьерные воды по данным ИППЭиП (г. Уфа) имеют рН = 5,4. В них содержится, мг/дм3: железа – 0,6, меди – 3,18, цинка – 1,83, марганца – 1,24 [5, 6, 9].

Очистные сооружения, на которых бы производилась нейтрализация и очистка кислых сточных вод на ЗАО «Бурибаевский ГОК» отсутствуют. Все техногенные воды направляются на отстаивание, самонейтрализацию и очищение в хвостохранилище или пруды-отстойники, откуда вода направляется для оборотного водосабжения или сбрасывается на рельеф. Решение проблемы очистки и переработки минерализованных и накопленных в Маканском карьере вод является настоятельной необходимостью, обусловленной эколого-экономическими и социальными интересами развития всего Хайбуллинского района. Обследование систем сбора и водоотлива шахтных вод, имеющихся на Учалинском ГОКе, показало, что схемы сброса техногенных вод рассчитаны на прием объединенных стоков (подотвальные воды, рудничные, стоки обогатительных фабрик) общим потоком. Это не позволяет достаточно эффективно извлекать цветные металлы для дальнейшего использования. Часть металлов теряется в шламах, а неудаленная часть загрязняет поверхностные водопритоки. При этом изменяется качество и тепловой режим вод в этих водоемах. Так в воде озера М. Учалы за период с 1957–1995г существенно увеличилось содержание меди с 0,035 до 23 мг/м3, цинка – с 0,3 до 512 мг/м3, общая минерализация повысилась – с 480 до 4300 мг/м3 и рН – с 7,6 до 3–5 [2, 3].

Анализ схем сбора стоков, их очистки от тяжелых и цветных металлов и водооборота на горнорудных предприятиях показал [1, 5], что столь значительные объемы образующихся кислых сточных вод горнодобывающие предприятия переработать не имеют возможности. Поэтому в большинстве случаев воды подвергаются нейтрализации известью с осаждением металлов в виде гидроокисей на дно искусственных прудов, а осветленные в этих прудах нейтрализованные воды сбрасываются на рельеф или в естественные водоемы. Подобные технологии способствуют созданию гидротехногенных месторождений для будущих поколений со сложным поликомпонентным составом. Однако в настоящее время различные накопители кислых сточных вод и шламов нейтрализации являются дополнительными техногенными нагрузками на окружающую среду. Поэтому разработка безотходной технологии переработки и очистки кислых сточных вод с селективным выделением цветных металлов перед общей нейтрализацией актуальна.

Выводы:

– сформированные в результате добычи и переработки медноколчеданных руд жидкие и твердые отходы по вещественному составу и качеству можно отнести к категории гидротехногенных месторождений. Вовлечение в переработку кислых техногенных вод горных предприятий позволит повысить рентабельность производства, улучшить состояние атмосферы и водных ресурсов, сократить накопление отходов и отчуждение земель под их хранение;

– необходимо совершенствовать уже имеющиеся и внедрять новые технологии очистки и переработки техногенных кислых вод, которые позволяют доводить содержание вредных веществ (в частности металлов) до норм рыбохозяйственного назначения и исключить сброс неочищенных техногенных вод в природные водоемы.


Библиографическая ссылка

Чупрова Л.В. АКТУАЛЬНОСТЬ ВОПРОСА ПЕРЕРАБОТКИ ГИДРОТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 11-5. – С. 943-945;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=10566 (дата обращения: 18.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252