Применение геотехнологических методов для защиты водных объектов от загрязнения стоком с техногенных образований

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99» МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99_______

Ю.С. Рыбаков, д.т.н., РосНИИВХ

ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СТОКОМ С ТЕХНОГЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

Интенсивность развития промышленности приводит к образованию таких загрязнителей окружающей среды, как газовые выбросы, сточные воды и техногенные образования. Если с газовыми выбросами и сточными водами предприятия в той или иной степени пытаются бороться, используя известные технологии, то для техногенных образований, находящихся за пределами санитарной зоны (на техногенной провинции), применить эти технологии не всегда представляется возможным. Как правило, сток, формирующийся на техногенной провинции и имеющий контакт с техногенными образованиями, загрязняется металлами, сульфат- и хлор-ионами, другими компонентами, содержание которых значительно превышает ПДК. В таком стоке на ряде обследованных нами предприятий (Г айский, Салаир-ский, Учалинский ГОКи, Киров-градский и Красноуральский МК, Медногорский и Башкирский МСК и ряд других предприятий), например, содержание меди, цинка и железа достигает 100-500 мг/дм3, что в сотни тысяч раз превышает ПДК для рыбохозяйственного водоема. За год с техногенных образований в водные объекты поступает более одного миллиона тонн химических веществ, в том числе крайне опасных тяжелых и редких металлов, что приводит к значительному загрязнению водных источников. Наибольшую опасность для водных источников представляют отвалы труднообогатимых и забалансовых руд и минерализованных пород горнодобывающих предприятий, в особенности цветной металлургии, содержащие значительное количество загряз-

62

няющих элементов и соединений. Наиболее радикальным методом борьбы с загрязнением стока, сформированным на техногенных образованиях, в первую очередь на отвалах горных пород, является их рекультивация. В то же время по причине наличия значительного количества легкорастворимых загрязнителей эти образования не отвечают ГОСТ для биологической рекультивации.

Поэтому стратегия защиты водных объектов от загрязнения стоком, сформированным на техногенных образованиях, должна быть следующей. Необходимо как можно быстрее снизить содержание в них легкорастворимых соединений, а последующая биологическая рекультивация практически исключит угрозу загрязнения водных объектов. Для большинства техногенных образований необходимо осуществить три этапа рекультивации: горнотехниче-

скую, химическую и биологическую. При этом на первое место выдвигается химическая рекультивация, которую можно осуществить с применением приемов и методов кучного выщелачивания, которое позволит не только защитить водные объекты от загрязненного стока с отвалов, но и извлечь из них цветные металлы в товарную продукцию и подготовить отвал к биологической рекультивации.

В результате проведенных исследований экологического состояния районов складирования отвалов предприятий цветной металлургии, выщелачивания проб руды и пород с этих отвалов, а также переработки продуктивных растворов нами выработан общий подход и разработаны принципиальные технологические схемы их

химической рекультивации. В общем случае принципиальная схема химической рекультивации заключается в следующем (рис. 1). Вытекающие из под отвалов руд и минерализованных пород и горных выработок воды собираются в накопительном прудке, а затем направляются на извлечение металлов. Технология извлечения выбирается для каждого металла индивидуально. После извлечения металлов часть вод подают на регенерацию выщелачивающих агентов либо добавляют в случае необходимости недостающие реагенты до оптимальной концентрации. Затем подготовленными таким образом растворами осуществляют выщелачивание руд и пород. Другую дебалансовую часть вод подвергают дополнительной очистке до ПДК, а затем сбрасывают в водные источники либо используют в других технологических процессах предприятия. Прошедшие через породу воды и выщелачивающие растворы вновь собираются в накопительном прудке и затем подают на извлечение металлов, регенерацию и орошение, осуществляя этим самым по возможности полный оборот вод и растворов. Технология орошения отвалов должна быть направлена на максимальное испарение воды с целью уменьшения или исключения дебаланса. В случае возникновения дебаланса эти воды необходимо подвергнуть очистке до ПДК, например, сорбцией, нейтрализацией, а также обработкой в биопруде с высшей водной растительностью конструкции РосНИИВХ. Процесс циклического выщелачивания заканчивают после резкого снижения концентрации металлов-загрязнителей в продуктивных растворах

ГИАБ

до значений близких к ПДК. Затем отвал промывают оборотной водой без регенерации и добавки реагентов. После этого отвал будет содержать незначительное количество легкорастворимых загрязняющих элементов, которые в случае необходимости фиксируют на породе, переводя их в трудно растворимые формы. После химической рекультивации производят горнотехническую, а затем биологическую рекультивацию.

В настоящее время в РосНИИВХ проведены исследования выщелачивания проб руды и пород с отвалов наиболее крупных предприятий цветной металлургии СНГ. Разработаны принципиальные технологические схемы их химической рекультивации.

Переработка отвалов горнодобывающих предприятий цветной промышленности позволит не только значительно снизить создаваемую ими техногенную нагрузку на окружающую среду, но и в ряде случаев получить прибыль от реализации товарной продукции.

Например, в настоящее время в РосНИИВХ разработано техникоэкономическое обоснование рекультивации отвалов Левихинско-го рудника Кировградского медеплавильного комбината. В результате проведения выщелачивания в течение первых 3-х лет планируется получить 1300т меди и б00 т цинка (объем реализации продукции составит 2590000 долл. США, при затратах - 1075200 долл. США). При дальнейшей эксплуатации рудника количество продукции за год составит: 500 т меди и ЗОО т цинка. Срок деятельности участка выщелачивания - 10 лет.

Целями строительства участка кучного выщелачивания на Леви-хинском руднике являются:

1. Защита рек Левиха и Тагил от экологически опасных техногенных образований: отвалов минерализованных пород и шахтных вод, загрязняющих водные объекты медью и цинком;

2. Получение прибыли.

Задачи проекта:

1. Извлечение загрязнителей

(меди и цинка) из отвалов и шахтных вод в товарную продукцию;

2. Рекультивация отвалов;

3. Улучшение экологического состояния в районе действия рудника;

4. Получение прибыли за счет реализации товарной продукции. Сырьевой базой для добычи меди и цинка на Левихинском руднике кроме добываемых подземным способом медно-цинковых руд могут служить отвалы минерализованных пород, шахтные воды, откачиваемые из подземных выработок и шламы станции нейтрализации.

Отвалы горных пород складированы на борту карьера при добыче руд открытым способом. Объем горной массы в этих отвалах составляет примерно 2 млн.м3. Из-под них вытекают ручьи, содержащие в своих водах более 300

мг/л меди и цинка. Эти ручьи попадают в реку Левиха и значительно загрязняют ее. Таким обра-

зом, отвалы представляют экологическую опасность и должны быть рекультивированы. В то же время в этих отвалах содержится значительное количество меди и цинка в легко растворимой форме. Поэтому эти металлы могут быть успешно извлечены с применением методов кучного выщелачивания.

Вторым потенциальным источником производства меди и цинка на руднике являются шахтные воды, которые откачиваются на станцию нейтрализации, а затем после отстаивания шламов в шламохранилище сбрасываются в реку Тагил. Для очистки на существующую станцию нейтрализации поступает 5-7 тыс.м3 шахтных

61

Руды и минерализованные породы в отвале или горной выработке

I

Сток, сформированный на техногенном образовании

Сбор в накопительном (головном) прудке

Сорбент, экстрагент, осадитель

Извлечение металлов

Подготовленный для выщелачивания раствор

На доочистку

Очищенная вода

ей Сброс

Рис. 1. Принципиальная схема химической рекультивации руд и минерализованных пород

вод в межень и до 14 тыс.м3 в паводок, содержащих более 200 мг/л меди и цинка. После нейтрализи-ции вода содержит от 2 до 10 мг/л указанных металлов, что значительно выше ПДК. Поэтому перед подачей воды на станцию нейтрализации требуется снизить содержание в ней металлов за счет извлечения их в товарную продукцию.

Технология получения меди и цинка заключается в следующем. Перед началом процесса поверхность отвала планируют, на ней нарезают оросительные прудки и устанавливают оросительные трубы. Возле отвала проходят канавы и организуют головной и хвостовой прудки. После проведения подготовительных работ и строительства установки по извлечению металлов начинают орошение от-

вала подотвальными водами после извлечения из них меди и цинка. Недостаток подотвальных вод восполняют шахтными водами. Профильтровавшиеся через отвал растворы собираются самотеком в головном прудке, отстаиваются и подаются на извлечение меди и цинка. После сорбции растворы собираются в хвостовом прудке откуда вновь подаются на орошение отвала. В результате сорбции с последующей десорбцией и электролизом получают рафинированные медь и цинк.

Указанная выше технология разработана и осуществляется институтом РосНИИВХ совместно с кафедрой LUR Эрланген-Нюрн-бергского университета. В настоящее время разработаны технологический регламент и техни-

ко-экономическое обоснование строительства указанного участка.

При проведении выщелачивания возможно получение определенных льгот на областном и местном уровнях, в связи с природоохранной направленностью работ.

По такой технологии можно перерабатывать отвалы руд и пород, например, на Гайском, Сала-ирском, Учалинском, Жирекен-ском ГОКах, Башкирском и Медногорском МСК в России, Алма-лыкском ГМК (Узбекистан), Восточно-Казахстанском МХК (Казахстан), Кедабекском месторождении (Азербайджан), Гоурдак-Карлюкс-ком месторождении (Туркменис-тан), Алавердском и Каджаранском комбинатах (Армения) и других подобных предприятиях.

© Ю.С. Рыбаков