Анализ воздействия горных работ и установок кучного

УДК 622:504
Б.Х. Тусупова, Ж.Д. Байгурин
АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНЫХ РАБОТ И УСТАНОВОК КУЧНОГО
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
В статье процессы открытой разработки полезных ископаемых, являющиеся основными
источниками загрязнения окружающей среды. Сделан анализ воздействия установок кучного
выщелачивания на окружающую среду.
Горнодобывающая промышленность (ГДП) является одним из главных загрязнителей
окружающей природной среды. В районе размещения основных технологических производств
(карьер, отвальное хозяйство, обогатительная фабрика, отстойники, склады готовой продукции и
пр., внешние и внутренние транспортные сооружения и т. д.) наблюдается полное либо частичное
изменение экологического состояния компонентов окружающей природной среды.
Такого рода изменения проявляются в развитии негативных процессов, основными из
которых являются: отвод земель сельскохозяйственного назначения, загрязнение почв и развитие
эрозионных процессов, загрязнение атмосферного воздуха, подтопление территории, истощение и
загрязнение подземных и поверхностных вод. Кроме того, при освоении месторождений полезных
ископаемых образовывается большое количество отходов производства и потребления, в виде
вскрышных пород и хвостов обогащения, отработанные масла и прочие отходы, представленных в
основном отходами вспомогательного производства [1].
Главным фактором преобразования окружающей среды являются техногенные процессы,
формирующиеся при эксплуатации различных объектов горнодобывающего производства.
Влияние ГДП на окружающую среду, согласно Г.А. Голодковской [2], определяется двумя
группами факторов: собственно природными условиями месторождения и способами его
разработки.
При открытом способе разработки полезных ископаемых наблюдаются наиболее сильные
нарушения земной поверхности, т.к. под месторождения отводятся большие площади земель,
которые после окончания работ в большинстве своем оказываются выведенными из местных
экологических систем. Вследствие этого территории отработанных месторождений оказываются
центрами развития эрозионных процессов с преобразованным ландшафтом данной местности. В
местах отработки месторождений образовываются большие объемы отвалов пустой породы.
Рассмотрим некоторые процессы открытой разработки месторождений полезных ископаемых.
Процесс бурения по количеству выбросов пыли в атмосферу в сравнении с другими
технологическими процессами открытой разработки является наиболее «чистым». Однако
уловленные мелкие частицы и пыль остаются на поверхности блока и в последующем могут быть
частично подняты в атмосферу взрывными работами или ветром. Величина удельного
пылевыделения при работе станков бурения в зависимости от крепости породы и типоразмера
станка составляет 1,4-3,7 кг/м3 горной породы, а при работе станка без средств пылеподавления
эта величина возрастает более чем в 30 раз. При коэффициенте крепости пород f=6-10 удельное
пылевыделение составляет 50-190 г на 1 м скважины.
При взрывании горной массы вредные выбросы (пыль и газы) выделяются в атмосферу в
виде пылегазового облака. Пыль из такого облака оседает на уступах, промплощадках,
близлежащих территориях и является источником загрязнения окружающей среды. При
взрывании 1м3 горной массы с использованием гранулированных взрывчатых веществ удельное
пылевыделение составляет 30-100 г/м3, с использованием эмульсионных взрывчатых веществ – 20
г/м3. При этом в атмосферу выделяются оксид углерода СО и оксиды азота NOх (NO+NO2).
Загрязнение атмосферы происходит при выделении газов как из пылегазового облака, так и из
массива взорванной горной массы. При применении таких взрывчатых веществ, как граммонит
79/21, игданит, гранулит удельное выделение оксида углерода составляет 10-16 г/кг, оксидов азота
8-12 г/кг взрывчатых веществ. При помощи различных методов пылегазоподавления можно
снизить пылевыделение на 55-60 %, а выделение оксидов азота на 35-50 %.
При производстве вскрышных и отвальных работ используются в основном одноковшовые
экскаваторы (механические лопаты и драглайны). Удельное пылевыделение при экскавации
зависит от типа экскаватора и крепости пород. Например, для механических лопат с вместимостью
ковша 8-15м3, разрабатывающих породы с крепостью 6-10, при погрузке (перегрузке) горной
массы оно составляет 6-17 г/м3, для драглайнов с ковшом вместимостью 10-20 м3 – 15-28 г/м3 при
породах с крепостью 4-6. При этом увлажнением отбитой горной массы можно снизить
пылевыделение на 80-85 %.
Также при открытой разработке месторождений полезных ископаемых одним из основных
источников пылегазовыделения является транспорт. При этом независимо от вида транспорта
(автомобильного, железнодорожного, конвейерного) пылевыделение наблюдается с поверхности
транспортируемого материала. Удельная сдуваемость пыли с поверхности горной массы
составляет 0,003 г/(м2·с).
При использовании автотранспорта загрязнение атмосферы происходит при взаимодействии
колес автомобилей с дорожным покрытием (95-97% общей массы пыли, выделяющейся от
автотранспорта). Пылевыделение с карьерных дорог зависит в основном от типа дорожного
покрытия и грузоподъемности автомобиля. При одинаковой скорости движения удельное
пылевыделение с грунтовых дорог по сравнению щебеночным покрытием в 2-2,5 раза больше, а с
увеличением грузоподъемности с 30 до 180 т увеличение составляет 2,5-3 раза, поэтому
фактически удельное пылевыделение составляет 0,36-2,25 кг на 1км дороги. Снизить
пылевыделение на 65-90 % можно путем гидрообеспыливания дорог [3].
При использовании конвейерного транспорта пылеобразование в каждом месте перегрузки
горной массы составляет 1-2% массы пыли, сдуваемой с поверхности транспортируемого материала.
Орошением узлов перегрузки можно снизить пылевыделение на 50-60%. При использовании
конвейерного транспорта для перемещения полускальных и скальных пород осуществляется процесс
механического дробления породы, который также сопровождается выделением пыли. Количество
выделяемой пыли при дроблении породы зависит от типа дробилки и составляет 2-6,5г на 1 т породы.
Средства пылеподавления позволяют снизить пыление на дробильно-перегрузочных пунктах на 70-80
%.
Кроме всего перечисленного, при применении автомобильного и железнодорожного
транспорта происходит загрязнение атмосферы отработавшими газами двигателей внутреннего
сгорания, в составе которых можно выделить нормируемые (оксиды азота (NOх) и углерода (СО),
углеводороды (СН), углерод (С), аэрозоли несгоревшего топлива и смазочного масла) и
ненормируемые (оксиды серы SOх), количество которых определяется содержанием серы в
топливе.
Удельные выбросы перечисленных вредных веществ зависят от режима работы двигателя и
оцениваются на холостом ходу при 50%-м и полном использовании мощности. С учетом времени
работы двигателя в каждом режиме для двигателей отечественного производства,
устанавливаемых на автосамосвалах грузоподъемностью 30-120 т, удельные выбросы составляют:
для СО – 0,3-0,9 кг/ч; для NOx – 0,9-2,7 кг/ч; для CH – 0,1-0,3 кг/ч; для углерода – 0,03-0,09 кг/ч.
При отвалообразовании пыль образуется либо при разгрузке думпкаров и складировании
вскрышных пород экскаватором или бульдозером, либо при использовании консольных
отвалообразователей. При отвалообразовании с помощью бульдозеров загрязнение атмосферы
происходит также в результате выброса вредных газов от работы двигателей внутреннего
сгорания.
Образование техногенных форм рельефа является особенностью горных работ. После
завершения работ формируется абсолютно новый тип местности: техногенные воронки больших
размеров (карьеры), отвалы различного генетического типа, техногенные водоёмы. По сравнению
с естественными склоново-долинно-речными комплексами техногенные имеют более
пересечённый рельеф (орографическая расчленённость возрастает в 1,5–2 раза).
Отвалообразование приводит к увеличению высотных отметок, как в продольном, так и в
поперечном профилях и, как следствие, к резкой активизации склоновых и эрозионных процессов.
Процесс почвообразования затрудняет использование мощной техники. При освоении территории
в результате обширного косвенного воздействия наблюдается активизация склоновых процессов
[4].
Одним из основных показателей, количественно характеризующим степень изменения
ландшафта, является объём переработанной горной массы и площади нарушенных территорий.
Восстановление нарушенных в процессе горных работ территорий должно включать
противоэрозионные мероприятия и рекультивацию земель.
Специфика влияния конкретного горнодобывающего предприятия на окружающую среду
обусловлена геолого-геохимическими особенностями месторождений и применяемой техникой и
технологией для его разработки. Эти особенности заключаются различием ассоциаций
химических элементов конкретных месторождений полезных ископаемых. Распределение
загрязняющих веществ в технологических цепях обусловлено технологией добычи и обогащения
полезных ископаемых.
При разработке рудных месторождений одними из существенных являются процессы
окисления и растворения сульфидов, приводящие к возникновению хорошо растворимых в воде
сульфатов.
При окислении сульфидов высвобождаются токсичные элементы, миграция которых через
подземные воды может привести к рассеиванию компонентов с последующим концентрированием
их в различных компонентах окружающей среды. При этом фиксированный разнос отдельных
компонентов в водах колеблется от сотен метров до нескольких километров.
Вредное влияние горных работ на окружающую среду может усугубляться одновременным
воздействием других отраслей промышленности, действующими в этом же районе,
градостроительными работами, транспортными коммуникациями и т.п.
Таким образом, в районе горнодобывающих предприятий при совокупном влиянии
комплекса техногенных процессов формируется техногенез горного профиля, в результате
интенсивного воздействия которого происходит преобразование верхней части литосферы и
окружающей среды в целом. Нарушенные же земли даже по истечении длительного периода
времени так или иначе отличаются от существовавших до техногенного воздействия или
окружающих их зональных природно-территориальных комплексов.
Одним из факторов техногенного воздействия ГДП можно считать способ обогащения
полезного ископаемого, так как именно обогащение наряду с собственно добычей является
главным технологическим циклом, наиболее значительно нарушающим почвы и грунты, другие
элементы природной среды.
При транспортировании и дроблении руды, формировании и эксплуатации рудных штабелей
атмосфера также загрязняется пылью.
В районе сооружения установок кучного выщелачивания (УКВ) с учетом их особенностей
необходимо осуществлять мониторинг окружающей среды по двум основным направлениям:
охрана атмосферного воздуха и поверхностных и грунтовых вод. Как правило, до строительства
промплощадки плодородный слой почвы необходимо складировать в спецотвалы. После
отработки рудного штабелей и их обезвреживания сглаживают углы естественного откоса,
покрывают штабеля глинистым слоем, поверх них засыпают ранее заскладированный в
спецотвалы почвенно-растительный слой.
Особенностью УКВ является расположение основных технологических объектов (рудных
штабелей, прудов-накопителей) на открытых площадках, т.к. они подвержены воздействию
атмосферных явлений. При испарении с открытых поверхностей рудных штабелей и
технологических
емкостей
(прудов-накопителей),
вентиляционных
выбросов
из
гидрометаллургических цехов, в которых обычно располагают установки по извлечению
растворенного золота возможно загрязнение атмосферного воздуха синильной кислотой, которая,
частично улетучиваясь, загрязняет атмосферу, где она достаточно быстро разрушается под
действием ультрафиолетового излучения Солнца. Интенсивность улетучивания кислоты зависит
от таких параметров, как pH растворов, их температуры, скорости ветра и атмосферного давления.
Для снижения возможности образования HCN при кучном выщелачивании в цианидные растворы
добавляют щелочи (до pH = 11,0-5-11,5).
Для растворения золота используют цианид натрия, который является сильнодействующим
ядовитым веществом. Ярко выраженная токсичность солей цианида по отношению к существам с
гемоглобиновым обменом явилась причиной отнесения их к категории сильно действующих
ядовитых веществ второго класса опасности. Цианиды являются химически и биологически
деградируемыми соединениями. При окислении этих веществ кислородом воздуха и
биологической деструкции образуются ионы аммония и карбонаты. Аммоний также может
образовываться и при взрывании материалов, изготовленных на основе аммиачной селитры.
Также для повышения pH технологических растворов на стадии кучного выщелачивания
используют известь или гидроксид натрия. Все это в совокупности предопределяет возможность
негативного воздействия процесса кучного выщелачивания на окружающую среду.
Водная цианидная среда имеет щелочную реакцию и при реакции с рудой в жидкую фазу
дополнительно переходит ряд веществ, в частности, металлы в виде цианидных комплексов или
кислородсодержащих анионов. При реакции с сульфидами руды образуются тиоцианаты,
возможно присутствие аммония, нитратов и нитритов [5].
В процессе кучного выщелачивания возможны дренажные потери цианидсодержащих
технологических растворов при повреждениях противофильтрационных экранов под рудными
штабелями и в прудах-отстойниках. Как следствие, подземные воды при этом являются наиболее
уязвимым компонентом окружающей среды. В то же время при правильном сооружении
противофильтрационных экранов и соблюдении параметров технологического процесса
концентрации таких веществ, как Ca, Mg, карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды,
нитраты, нитриты, аммоний, цианиды, тиоцианаты, Cu, Fe, Zn, As, Pb, Hg, Ni, Cd, Mo, Cr, Se, Те, в
подземных водах остаются практически неизменными по сравнению с фоновыми
концентрациями. При обнаружении в подземных водах повышенных концентраций указанных
веществ необходимо производить ремонт гидроизоляционного экрана для исключения потерь
цианида и растворенного золота.
Как было сказано выше, при окислении цианидов образуются ионы аммония и карбонаты.
Аммоний (CNH+) имеет естественное происхождение и поэтому достаточно часто встречается в
природных водных объектах. В то же время он может иметь и техногенное происхождение.
Поэтому трудно говорить об однозначном влиянии кучного выщелачивания на концентрацию
этого вещества в подземных водах. Образующийся аммоний эффективно усваивается как
азотсодержащее питательное вещество высшими растениями, микроорганизмами и
микроводорослями, поэтому эффекта накапливания его в подземных водах не наблюдается.
Концентрации попавших соединений аммония из установки кучного выщелачивания в подземные
воды в летний период достаточно эффективно уменьшаются в зимний период остановки
установки в процессе естественной самоочистки вод от этого соединения.
Еще одной проблемой работы УКВ являются местами повышенные концентрации
растворенного железа в скважинах, оборудованных стальными обсадными трубами.
Воздействие УКВ на поверхностные водоемы возможно при наличии поверхностного стока
с промышленной площадки, что является аварийной ситуацией, а также в процессе подпитки
загрязненными подземными источниками.
Кроме всего перечисленного, в районе эксплуатации УКВ загрязнение почв и снегового
покрова рудной пылью возможно не только при дроблении и транспортировании руды, а также и
за счет распространения ее с поверхностей рудных штабелей. Особенно сильно поверхностная
миграция подвижных форм техногенных веществ и их накапливание в почвах может проявляться
в летнее время.
При переработке окисленных руд простого состава из верхних горизонтов месторождений,
так называемых окисленных «шляп», техногенное влияние отсутствует. Это объясняется тем, что
при воздействии атмосферных явлений происходит разрушение сульфидов, и образовавшиеся
подвижные формы металлов удаляются. Поэтому даже при попадании в почву рудничной пыли,
содержащей крайне незначительные количества металлов в способных к миграции формах,
заметного образования металлсодержащих форм не происходит.
Сплошной почвенно-растительный покров территории в естественном состоянии
сглаживает различия природно-территориального комплекса по температуре, влажности,
геоморфологическим процессам, глубине сезонного протаивания и промерзания почвогрунтов.
Создание техногенных форм рельефа, разрушение почв и растительности, изменение состава
грунтов усугубляет контраст между отдельными участками. Процесс восстановления природных
комплексов нарушенных территорий идет очень медленно, а на некоторых участках практически
не возможен.
В связи с тем, что природные системы обладают многоуровневой организацией в
пространстве, при проведении природоохранных и восстановительных мероприятий в конкретных
ПТК необходимо учитывать многофакторность действующих процессов и природных условий,
которые складываются на разных уровнях организации природного вещества в пространстве.
Для оценки уровня загрязнения окружающей природной среды в районе промышленного
освоения необходима объективная информация, отражающая общую ситуацию, состояние
экосистем по главным показателям на всей изучаемой территории, на основании которой
выявляют наиболее нарушенные компоненты окружающей среды и основные факторы
антропогенного воздействия. Такая информация позволяет выявить наиболее значимые источники
загрязнения и ареалы их действия. Освоение месторождений полезных ископаемых неизбежно
приводит к загрязнению больших территорий и носит, как правило, долгосрочный характер.
При оценке техногенной нагрузки, получившей наиболее широкое распространение в
мировой и отечественной практике, широко используется экспертное шкалирование,
математическое взвешивание, процедуры согласования результатов, ценностные функции и
другие методы, в основе которых лежат преимущественно качественные характеристики. Более
достоверные результаты могут быть получены при использовании количественных показателей
воздействия производства на окружающую среду. В частности, такой подход приведен в работе,
где предложено в качестве количественных показателей воздействия производства использовать
отклонения фактических значений величин природных ресурсов от их исходных (естественных)
значений. Отношение абсолютного отклонения к нормируемому характеризует относительное
воздействие.
При проведении процедуры комплексной геоэкологической оценки конкретной территории,
подверженной воздействию техногенной нагрузки необходимо использовать современные
подходы и методы исследования объектов окружающей среды, наиболее апробированные в
определенных условиях в целях получения достоверной информации об изучаемом объекте.
Комплекс методов оценки качества объектов окружающей среды, (математический,
геохимический) позволил предложить следующие научные направления природоохранной
деятельности:
- составление прогноза накопления загрязнений;
- создание системы инженерной защиты, предотвращающей интенсивность развития
негативных процессов загрязнения природной среды.
ЛИТЕРАТУРА
1 Ханхунов Ю.М. Истомина Т.В. Воздействие на окружающую среду отходов
золотодобывающих предприятий. // Новые экологобезопасные технологии для устойчивого
развития регионов Сибири. – Улане-Удэ. – 2005. – Т.1. – С. 76-80.
2 Королев В. А. Мониторинг геологической среды: Учебник. – М.: Изд-во МГУ. – 1995. – 272
с.
3 Потапов М.Г., Комраков А.Н. Экологическая оценка технологических схем открытых
горных разработок // Горный журнал. – 2003. – №3. – С. 81-86
4 Пискунов Ю.Г., Кузнецова И.В., Борисова И.Г., Коваль А.Т. Экологические проблемы
золотодобычи на примере Амурской области // Экология и промышленность России. – 2008 – №1.
– С.32-35
5 Петров В.Ф., Петров С.В., Мурашев Н.М. Экологическая оценка установок кучного
выщелачивания золота // Горный журнал. – 2001. – №5. – С. 56-58
6 Коваль П.В., Руш Е.А. Геоэкология: анализ методов геоэкологической оценки природнотехногенных систем // Инженерная экология. – 2006. – №1. – С. 3-32
Резюме
Мақалада қоршаған ортаның негізгі ластаушы көздері болып табылатын пайдалы
қазбаларды ашық əдіспен игерудің негізгі үрдістері келтірілген. Алтынды шоғырлы сілтісіздендіру
қондырғыларының қоршаған орта компонентеріне тигізетін əсеріне талдау жасалынған.
Summary
In article the basic processes of open-pit mining of the minerals being the basic sources of the
environmental contamination are resulted. The analysis of influence of compact gold alkalization
installations on the environment is made.
Ключевые слова: environment, compact alkalization of gold, open-pit mining of the minerals.
Казахский национальный технический университет
имени К.И. Сатпаева
Поступила 31.03.09 г.