К проблеме рекультивации отвалов металлургических шлаков техногенных месторождений

земных ядерных взрывов в зоне многолетней мерзлоты. - Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 1999. - 148 с.

2. Патент на изобретение №2134459. Россия. Способ захоронения твердых радиоактивных отходов в зоне многолетней мерзлоты. //В.В. Киселев, Ю.А. Хохо-лов. МКИ ОО 21 Б9/24; Заявл. 12.08.97; Опубл. 10.08.99. Бюлл. №22.

3. Киселев В.В., Хохопов Ю.А. Оптимизация геометрических размеров поверхностных могильников твердых радиоактивных отходов (ТРАО), возводимых в криолитозоне. // Забайкалье на пути к устойчивому развитию: экология, ресурсы, управление. Материалы международной конференции, часть 1. Чита, 2001. С.68-70.

4. Киселев В.В., Хохопов Ю.А., Каймонов М.В. Математическое моделирование динамики температурного режима могильников твердых радиоактивных отходов, возводимых в криолитозоне. // Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, Выпуск 4. Москва, 2002. С.443-447.

5. Биянов Г.Ф., Макаров В.И., Плотников А.А. Перспективные направления совершенствования методов возведения грунтовых плотин мерзлого типа. // Гидротехническое строительство, 1982. - №5. - С. 5-9.

— Коротко об авторах -------------------------------------------------

Киселев Валерий Васильевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Хохолов Юрий Аркадьевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Каймонов Михаил Васильевич - аспирант, младший научный сотрудник,

Институт горного дела Севера СО РАН, г. Якутск.

-------------------------------------- © Г.М. Чайкина, В.А. Объедкова,

И. А. Гаранина , 2004

УДК 622.882:504.06

Г.М. Чайкина, В.А. Объедкова, И.А. Гаранина

К ПРОБЛЕМЕ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ОТВАЛОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ - ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Семинар № 7

1ТЛ атегория «техногенные месторожде-XV ния» представлена не только отходами добычи и обогащения, но и отходами металлургических производств. До недавнего времени для этих объектов не только не рассматривался вопрос о рекультивации, но и даже не велся учет земель, занимаемых ими. Проблема рекультивации этих территорий актуальна и для горно-промышленного Урала, большинство заводов которого (например Северский трубный, Серовский, Нижне-

Сергинский и Каменск-Уральский металлургические, Среднеуральский медеплавильный, Богословский алюминиевый, Серовский и Ключевской ферросплавные, Полевской криолито-вый, а также территориальные комплексы:

Красноуральско-Асбестовский, Карабашско-Сат-кинский, Гайско-Оренбургский) имеют техногенные образования, подлежащие повторной переработке. В их числе отвальные шлаки, доменная пыль и пыль электрофильтров и т.п. Получение лицензии на переработку отходов предполагает и наличие проекта на рекультивацию. Исследования и практические результаты по этим вопросам ежегодно обсуждаются в рамках конференций «Урал-экология» и «Техноген».

Новая категория нарушенных земель, подлежащих рекультивации, представленная площадями после отработки отходов металлургического производства - шлаков, пылей и т.п. образований, ранее не входившие ни в один

ГОСТ по рекультивации нарушенных земель. Подобные территории, естественно не связаны напрямую с добычей минерального сырья. Однако, при рассмотрении горно-

металлургического комплекса они являются неразрывной частью природоохранных мероприятий в горно-промышленных районах. Проблему рекультивации предлагается рассмотреть на примере двух металлургических предприятий Свердловской области - метизнометаллургического и ферросплавного заводов, отходы производств которых отнесены к категории техногенных образований, подлежащих уже в настоящее время переработке и утилизации.

Отвал металлургических шлаков эксплуатируется с 1949 г. Отходы в отвале многокомпонентные, включают собственно шлаки, формовочную землю, лом огнеупоров и металлургический, значительно различающийся по крупности. Проектные объемы ежегодной переработки шлакового материала превышают ежегодно поступающие от современного производства дополнительные объемы в 2 раза, то есть общий объем шлаковых масс в отвале постепенно будет уменьшаться до полной их отработки.

Паспорт техногенного образования содержит следующие данные о его химическом составе (%): СаО - 34, БЮ2 - 22, А1203 - 6, -

3, Ее - 12, Мп - 3-5, прочие до 20. Констатируется при этом, что все элементы находятся в связанном состоянии в виде сложных устойчивых соединений (комплексов), не взаимодействующих с окружающей средой.

Процессы самозарастания отвала травянистыми растениями практически отсутствуют. В то же время на границе с естественными лесными массивами поселяются зональные виды древесных растений. Основной породой является сосна обыкновенная, использованная и для рекультивации части отработанного ранее отвала, проведенной местным лесхозом.

Установление пригодности для рекультивации отходов в отвале имеет значение в данном случае для установления степени влияния их на основание отвала, то есть на дневную поверхность. Оценка агрохимических показателей субстратов шлакового отвала показала отсутствие гумуса и засоления. Критическим является показатель высокой щелочности - pH 9,1-11,35. Однако под лесными культурами за счет разложения органических веществ произошло существенное подкисление среды. Зна-

чительный разброс показателей как в чистом шлаке, так и под лесными культурами свидетельствует о различном вещественном составе шлака, процессы химического преобразования которого происходят по-разному.

Таким образом, по признакам пригодности для рекультивации шлаки не токсичны, что подтверждается результатами многолетних и разносторонних исследований, проведенных ранее специалистами УГСХА и АКХ им. К.Д. Памфилова. Влияние шлаков на почву проявилось:

• в уплотнении верхнего горизонта почвенного профиля в пределах территории, занятой отвалом;

• в возможном изменении реакции почвенного раствора основания отвала в сторону подщелачивания;

• в отсутствии возможного химического загрязнения тяжелыми металлами, большинство которых (за исключением Мп) неподвижны в щелочной среде.

В результате отработки техногенного образования будет обнажена бывшая дневная поверхность с деградированным почвенным покровом и с измененными функциями почвы как естественно-исторического тела, составом и свойствами. В отличие от нарушенных горными работами земель, территория имеет неизменными основные параметры рельефа поверхности, а также состав и сложение почвообразующих пород, что определяет технологию формирования рекультивационного слоя.

Технический этап рекультивации деградированных земель естественно будет иметь специфику, определяемую типом и свойствами отработанных на этой территории запасов. Ее рекультивацию можно осуществить на фоне мелиоративных мероприятий и подбора растений в соответствии с выбранным направлением.

Изученный шлаковый отвал приурочен к территории преимущественно карбонатных отложений среднего и верхнего девона. При этом половина участка перекрыта комплексом аллювиальных четвертичных отложений, который представлен в различной степени заглини-зированными песчано-гравийно-

галечниковыми отложениями и залегает непосредственно на коренных породах или на глинах и суглинках их элювия. С поверхности аллювиальные отложения перекрыты не выдержанными по мощности глинистыми песками, суглинками и глинами. Общая мощность ал-

лювия изменяется от 1 до 20 ми более. Таким образом, в основании отвала - зональный почвенно-расти-тельный слой, который следует считать пригодным по ГОСТ

17.5.1.03-86 для проведения лесохозяйственного направления рекультивации нарушенных земель.

Технический этап на освобожденной от мартеновских шлаков площади должен включать очистку территории от негабаритных включений и агрохимическую оценку корнеобитаемого слоя на момент начала рекульти-вационных работ для установления соответствия его качества требованиям ГОСТ

17.5.1.03-86. Охрана природы. Земли. Классификация вскрышных и вмещающих пород для биологической рекультивации.

В зависимости от пригодности корнеобитаемого слоя для создания лесных культур возможны различные варианты технического этапа.

I. Без нанесения потенциально-плодородных пород путем мелиорации деградированного слоя почвы внесением физиологиче-ски-кислых удобрений и посевом многолетних трав с последующей их заделкой как сидератов на 3-й год жизни.

Это наиболее простой, но эффективный вариант технического этапа рекультивации, в частности, для деградированных земель. Применение его продиктовано тем, что завод не имеет собственных горных работ, с площадей размещения которых может быть снят и завезен на территорию отработанного шлакового отвала потенциально-плодородный слой.

II. С нанесением потенциально-плодородных пород путем формирования рекульти-вационного слоя по требованиям ГОСТ, предусмотренным для рекультивации нарушенных (но не деградированных) земель.

Другой по химизму тип отходов имеет отвал ферросплавного производства, функционирующий также более 60 лет. Отходы состоят из нескольких разновидностей ферросплавного шлака и пыли с электрофильтров, содержащей двух и шестивалентный хром. Будущее этих отходов в их полном использовании, после которого в соответствии с требованиями Областного и Федерального Законов об отходах производства и потребления (1997, 1999) необходимо проведение работ по восстановлению нарушенных земель и сдачей рекультивированных территорий в повторное использование.

Отсыпка отвала, начатая в год начала Великой Отечественной войны, производилась без специального проекта, что объяснялось, в первую очередь, объективными условиями строительства и пуска завода в военное время. В основании отвала залегают плотные суглинки и супеси с низкой водопроницаемостью. Объект расположен в хромитоносной зоне с достаточно высоким фоновым содержанием Сг203. Отсыпка отходов в отвал производилась до недавнего времени валовым способом. Отвал действующий, поэтому в настоящее время рекультивации не подлежит.

Складируемые отходы - минеральное сырье - разнообразны по морфологии - от крупных ((! - до 1,5 м) кусков до пыли, по химизму - высокощелочные, не засоленные, от 1-го до

4-го (преимущественно) класса опасности, со-

/~\ +6

держащие Сг , непригодны для рекультивации в чистом виде, в первую очередь в связи с высокой щелочностью.

Присутствие в пыли окиси кальция обуславливает ее цементацию под влиянием атмосферных осадков. Отвал не пылит за исключением короткого времени при разгрузке автосамосвалов. Эрозия откосов не проявляется. Определение металлов из группы «тяжелых» и хрома как в водной, так и ацетатноаммонийной вытяжке показало, что количество элементов, переходящих в водную вытяжку, опасений не вызывает. Это объясняется щелочной реакцией среды отходов, в которой подвижность металлов снижена. Установлено превышение санитарных норм по Сг+3 и Сг+6 в крупной пыли и колеблющиеся от десятков до сотен тысяч раз - в шлаках и от сотен до тысяч раз - в пыли, что подтверждает безотлагательную необходимость исключения складирования этих отходов на открытой поверхности отвала.

В настоящее время предприятие осуществляет раздельное складирование шлаков. Для складирования пыли организуется специальное хранилище.

Научными исследованиями доказано, что такие элементы как Си, Со, Сг в обычных условиях в органических горизонтах почв почти не накапливаются, а из них и подзолистых горизонтов выносятся, что может, очевидно, привести к увеличению их концентраций в подземных водах. Установленные величины содержания тяжелых металлов в ацетатноаммонийной вытяжке при рН= = 4,8 могут

служить количественным показателем наличия этих элементов в отдаленном резерве.

Полученные результаты позволяют заключить, что очистка территории от щелочных шлаков в конце их отработки должна быть произведена тщательно, так как на границе контакта основания отвала - кислой природной среды - со щелочными отходами подвижность содержащихся в них металлов увеличится, что приведет к загрязнению почвенного слоя. Таким образом, рекультивации будет подлежать, как и в предыдущем примере, территория после полной отработки отходов, заскладирован-ных в отвале. Проведению рекультивации должна предшествовать оценка свойств слоя, являвшегося основанием отвала.

При выборе направления рекультивации этого объекта определяющим фактором явля-

1. Чайкина Г.М., Объедкова В.А. Современный аспект решения проблемы рекультивации земель, нарушенных горнопромышленными комплексами // Освоение недр и экологические проблемы. Взгляд в XXI век: Сб.докл. конф./ ИП КОН. - М.: АГН, 2001: - С. 267-273.

ется, кроме отнесения отходов к техногенному месторождению и появления в результате его отработки территории с нарушенным почвенным покровом, загрязненным в определенной степени отходами в процессе их хранения, но и расположение отвала в окружении смешанного леса из сосны, березы и осины, что определяет рациональность восстановления этой площади путем создания лесных культур.

Таким образом, рекультивация территорий, занятых техногенными месторождениями, требует корректировки технологических схем в направлении изменения целевой функции рекультивации и минимизации объемов работ и затрат, определяемых индивидуально для конкретного объекта.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Чайкина Г.М., Объедкова В.А. Экологический аспект биологической рекультивации техногенных месторождений // Облесение нарушенных и бросовых земель ЦЧР. - Матер.науч. - практ.конф. Биологическая рекультивация нарушенных земель. - Воронеж: ВГЛТА, 2000, - С. 15-19.

— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------------------

Чайкина Г. М. - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологии горного производства,

Объедкова В.А. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологии горного производства,

Гаранина ИА. - магистр техники и технологии, младший научный сотрудник лаборатории экологии горного производства,

Институт горного дела Уральского отделения РАН.