Экологические последствия опытно-промышленной добычи урана в криолигозоне способом подземного выщелачивания

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ, ГИДРОГЕОЛОГИЯ, ГЕОМОРФОЛОГИЯ

Экологические последствия опытно-промышлениой добычи

урана в криолигозоне способом подземного выщелачивания

С.Д. Ширапова

Бурятский государственный университет

Уранодобывающие предприятия имеют особенности, связанные с обеспечением радиационной безопасности, поскольку в процессе добычи и переработки урановых руд в окружающую среду поступает значительное количество радионуклидов.

Уровень радиоактивности поступающих в окружающую среду отходов различен для разных рудников (месторождений) и зависит от исходного содержания урана в руде и активности геохимических процессов, протекавших на месторождении до его разработки, в основном природного выщелачивания, обусловливающего образование различных соотношений урана с продуктами его распада. По мнению Г. Коваленко, К. Рудя, источники радиоактивного загрязнения подразделяются на неорганизованные и организованные.

На подземных горных работах к организованным источникам радиоактивного загрязнения относятся вскрывающие и вспомогательные выработки (стволы, штольни, шурфы, скважины), через которые осуществляются выбросы в атмосферу отработанного воздуха и выдача на поверхность руды, отходов попутной добычи, рудничных и дренажных вод.

К неорганизованным источникам радиоактивного загрязнения относятся промплощадки рудников, на которых производится транспортировка руды, размещение ее в бункерах, погрузка, предварительное дробление, складирование, радиометрическая сортировка на радиометрической фабрике. Неорганизованными источниками являются также рудные склады, отвалы забалансовых руд и пустых по-

род, которые -загрязняют не только атмосферу, почву, растительность, объекты и оборудование, но и поверхностные и подземные воды. В отдельных случаях загрязняющие радиоактивные вещества проникают в окружающую среду через обрушения, разломы, трещины, незатампонированные скважины путем фильтрации.

В целом уровень радиоактивного загрязнения атмосферного воздуха и территории в пределах промплощадки для современных урановых рудников невысок. На большинстве рудников радиоактивное загрязнение, отличимое от фонового, прослеживается на расстоянии 500-600 м от основного источника загрязнения. Загрязнение территорий, прилегающих к промплощадкам урановых рудников, обусловлено механическими потерями урансодержащих веществ, диффузионным загрязнением почвы оседающей радиоактивной пылью и аэрозолями, образующимися в результате эксплуатации рудных складов, отвалов, автомобильных и железных дорог.

На открытых горных работах источниками загрязнения окружающей среды могут служить карьерное пространство и прилегающие участки земли, на которых отсыпаются породы вскрыши и складируются руды; аэрозоли и пыль, загрязняющие атмосферу, почву и водоемы, карьерные воды, несущие соединения урана, радия и других радионуклидов. Все эти источники относятся к неорганизованным, хотя пыление и образование аэрозолей, связанное с рядом технологических процессов, вымывание урана и других радионуклидов из отвалов поддается управлению [1]. Основными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды выступают рудные склады, отвалы пустой породы, гидрометаллургический завод, жидкие стоки, шахтные воды, вентиляционные выбросы, технологические автомобильные дороги и т.д.

В радиоактивных твердых и жидких отходах содержатся естественные радионуклиды уранового и ториевого рядов, в вентиляционных выбросах - радон - 222 м, продукты его распада, долс оживущие аэрозоли.

Таким образом, предприятия по добыче и переработке урановых руд представляют собой мощный источник радиационного загрязнения окружающей среды, что требует специальных мер по защите населения, проживающего в уранодобывающем регионе, от радиационной безопасности. С этой целью для промышленных площадок, шахт, хвостохранилищ и пульпопроводов устанавливаются санитар-но-защитные зоны, в радиусе которых запрещено пребывание посто-

ронних лиц. Размеры каждой такой зоны, согласно «Нормам радиационной безопасности» (НРБ-99), назначают в зависимости от пределов годового поступления радиоактивных веществ через органы дыхания и пищеварения, допустимого ареала внешнего излучения, а также допустимой концентрации радиоактивных веществ в воде.

Как правило, добыча руд на карьерах и шахтах приводит к образованию больших объемов отвалов и зон обрушения. Для снижения количества радона, радиоактивных аэрозолей и пыли, поступающих в атмосферу от вентиляционных выбросов шахт, на действующих горизонтах устанавливают водяные завесы, горные выработки изолируют с помощью перемычек, поверхности самих выработок покрывают торкрет-бетоном, а выработанные пространства заполняют твердеющей закладочной смесью.

Для снижения количества естественных радионуклидов, содержащихся в сбрасываемых шахтных водах, используются установки очистки шахтных вод. Большая часть очищенных вод идет на технологические нужды, в том числе на приготовление твердеющих закладочных смесей [2].

К настоящему времени накоплен огромный фактический материал по всему спектру вопросов, связанных с всесторонним изучением геологических особенностей месторождений урана и технологией их промышленного освоения. Меньше всего сделано в рамках создания системной организации работ по выявлению и освоению месторождений урана, на основе которой возможна их оптимизация, а также в решении экологических проблем, связанных с процессами подземного выщелачивания урана. Под системной организацией сотрудниками Всероссийского научно-исследовательского института химической технологии (ВНИИХТ) понимается создание мощной компьютерной поддержки всех видов геотехнологических работ, базирующейся на едином (сквозном) информационном обеспечении, начиная от прогнозных исследований и кончая мероприятиями по экологической реабилитации загрязненных радионуклидами и токсичными материалами производственных площадей и отработанного пространства рудоносных рудных горизонтов. Особенно заслуживает внимания создание и функционирование, по крайней мере, пяти типов взаимосвязанных компьютерных технологий геологического и геотехнологического моделирования как инструмента выработки прогнозных, оценочных и управленческих решений на разных стадиях ведения геологоразведочных и эксплуатационных работ, отвечаю-

щих требованиям экологической безопасности, которые разрабатываются во ВНИИХТе.

Первый тип ориентирован на построение геологических моделей месторождений урана.

Второй тип — «Аргумент» - нацелен на решение поисково-прогнозных задач (районирование территорий и оценка рудопер-спективности выделенных участков) методами комплексной интерпретации информации, агрегированной на фото- и картографических носителях.

Третий тип предназначен для расчета оптимальных разведочных сетей многовариантного подсчета запасов на гибких кондициях.

Четвертый тип реализует математическое моделирование непосредственно самого процесса подземного выщелачивания для решения вопросов, связанных с проектированием промышленных комплексов подземного выщелачивания, прогнозированием технологических режимов с определением рациональных параметров выщелачивания, сетей эксплуатационных скважин и оценкой экономической целесообразности отработки.

Пятый тип позволяет осуществлять зонирование территорий по уровню напряженности экологической обстановки на основе расчетов риска, связанного с эффективной дозой облучения, которая обусловлена процессом эксплуатации урановых объектов способом подземного выщелачивания [3].

Промышленная разработка уранового месторождения на Амалат-ском плато базальтов может привести к значительному сокращению видового разнообразия, коренному изменению в структуре животного населения таежно-мерзлшных ландшафтов (смене видов доминантен, упрощению структуры сообществ) в связи с антропогенной трансформацией естественных местообитаний, богатых кормовыми ресурсами и природными солонцами. Лиственничные леса на плато базальтов, перекрывающих урановые месторождения, развиваются в условиях нормального природного радиационного фона. Древесная, кустарниковая и травянистая растительность не имеет морфологических изменений.

Таежно-мерзлотные ландшафты Хиагдинского ураново-рудного поля, перекрытые покровами базальтов, имеют низкий радиационный фон. Базальты мощностью 70-250 м полностью экранируют радиоактивное излучение рудных залежей. Формирование и функционирование таежных экосистем на плато базальтов происходит в ус-

ловиях низкого природного радиационного фона. Известно, что до начала хозяйственного освоения (1950-1970 гг.) в тайге на территории Амалатского плато базальтов были самые богатые охотничьи угодья промыслового зверя - лоси, изюбря, косули и др., места отела и на! ула этих животных. Развитие биоты шло в экосистемах с оптимальным радиационным уровнем [4].

Радиационный фон таежно-мерзлотпых ландшафтов изменился в результате техногенного воздействия выпадения радиоактивных осадков и при опытно-промышленной добыче урана способом подземного выщелачивания. Выпадение радионуклидов после испытаний ядерного оружия (ЯО) на Семипалатинском полигоне вызвало аккумуляцию С.ч-137 в верхнем горизонте почв-подстилке и мохово-лишайниковом покрове таежных экосистем. Накопление Сз-137 на биогеохимическом барьере локализовало техногенное загрязнение и резко ограничило вертикальную и горизонтальную миграцию в указанных экосистемах. Локапьные пятна загрязнения Сз-137 на площади работ не вызывают экологической напряженности и не влияют на биоту.

Для подземной разработки характерны просадки (оседания) горных пород, промышленный карст (провалы), оползневые смещения грунтов, затопление грунтовыми водами земель, уплотнение грунтов и эрозия почв (в радиусе депрессивной воронки). При геотехнологической разработке (подземном выщелачивании) происходит проседание земной поверхности, разрушение почв, занятие земель отстойными прудами (бассейнами). На участках подземного выщелачивания загрязнение подземных вод ураном и другими радионуклидами происходит в результате потери контроля за потоками выщелачивающих растворов. При разгрузке продуктивного раствора в прудах-накопителях выделяется радон. В этих прудах опасна также концетра-ция отвальных песков, содержащих радионуклиды и тяжелые металлы.

При добыче урана методом подземного выщелачивания техногенные водоносные горизонты могут обогащаться селеном и другими элементами - спутниками урана, что исключает использование вод для питьевого водоснабжения.

По мнению А.И. Перельмана принципиально иная геохимия урановых рудников в таежно-мерзлотных условиях. Роль ветра в развевании отвалов существенно меньше, однако возможно развевание снежного покрова, загрязненного радионуклидами [5]. Многолетняя мерзлота оказывает большое влияние на миграцию урана и других радионуклидов. Большое значение имеет характер распространения

мерзлоты: если в более северных регионах она сплошная, го на юге, например в горах Забайкалья, - островная (слабо проявлена на южных склонах, в нижнем поясе гор).

Нами впервые в 2000-2003 гг. исследованы ландшафтно-геохимические условия криолитозоны при радиационном воздействии Хиагдинского ураново-рудного поля и полигона подземного выщелачивания. При исследованиях основными являлись радиогеохимическое картирование и лапдшафтно-геохимические методы.

Основным источником локального техногенного загрязнения природной среды является полигон подземного выщелачивания с использованием серной кислоты. Техногенное загрязнение ураном выявлено на полигоне ПВ и ураном, сульфат-ионом, тяжелыми металлами и редкоземельными элементами по ручыо Дренажный. Контрастный техногенный лоток по ручью связан с поступлением в водоток сливов промышленного раствора. Воды полигона, обогащенные указанными элементами, формируют по ручью лито- и биохимические аномалии. Режимные наблюдения за развитием техноген ною потока выявили колебания аномальных содержаний элементов в воде в течение 2000-2001гг. Техногенный поток урана, сульфат - иона имеет протяженность около 1 км и не выходит в р. Гетрах-1. Он локализуется на низинном болоте - комплексном биогеохимическом барьере. Контрастный техногенный поток урана, лантаноидов и скандия выделяется в растениях - осоке и разнотравье. Биоиндикация техногенного потока загрязнения по ручью наиболее четко отражает состав промышленных растворов (уран, редкие земли, скандий), что свидетельствует о сравнительно продолжительном (1982-1989 гг., 1999-2003 гг.) поступлении этих элементов с водным раствором в ручей. Прием биоиндикации техногенного загрязнения радионуклидами таежно-мерзлотных ландшафтов рекомендуется применять при промышленной разработке месторождения.

Радиационное поле за пределами Амалатского плато базальтов резко дифференцированно в соответствии с геологическим строением, морфоструктурными условиями района, выходами ураноносных комплексов и рудопроявлений и многочисленных радиоактивных аномалий. Здесь вдоль автодороги Багдарин-Романовка-Чита, Чита-Улан-Удэ расположен ряд населенных пунктов, сосредоточены пастбищные, сенокосные и охотничьи угодья. Поэтому оценку природной радиоэкологической обстановки таежно-мерзлотных и лугово-болотных ландшафтов на площадях ураноносных комплексов и ура-

новых месторождений необходимо провести в ближайшее время (2004-2006 гг.) и определить степень экологической опасности. В этом районе в связи с развитием горнодобывающей промышленности - добычей урана, золота, полиметаллов большое внимание уделяется восстановлению традиционного животноводства - увеличению поголовья крупного рогатого скота и лошадей, адаптированных к экстремальным природно-климатическим условиям. Биологические ресурсы паегбищ лиственничной тайги, лесостепей и заболоченных лугов по долинам рек используются еще недостаточно.

Радиогеоэкологические исследования таежно-мерзлот ных ландшафтов на плато базальтов в связи с опытно-промышленной разработкой уранового месторождения способом ПВ показали, что она не оказывает существенного влияния на техногенное загрязнение радионуклидами экосистем речных долин. Современная централизованная система управления промышленной разработкой уранового месторождения и переработкой промышленных растворов в цехе гидрометаллургии обеспечивает эколого-безопасную технологию. Локальное техногенное загрязнение радионуклидами вокруг полигонов ПВ вряд ли окажет негативного влияния на таежные экосистемы. Нарушенные земли и площади загрязнения радионуклидами подлежат в будущем рекультивации.

Основные экологические проблемы ближайших лет при промышленной разработке уранового месторождения связаны не с радиоактивным загрязнением, которое будет строго локализовано и контролируемо, а со строительством и функционированием уранодобы-вающего предприятия со сложной инфраструктурой - полигонов ПВ с ГОКом, подсобными цехами и складами ГСМ и рабочим поселком, ЛЭП и многочисленными дорогами, концентрацией транспортной и землеройной техники и др. При этом резко увеличится население, усилится браконьерство, возникнут пожары. Автодороги и линии электропередачи (ЛЭП) нарушат целостность таежных экосистем, пересекут вековые пути миграции животных к местам отела и нагула. летнего кормления на озерах и солонцах.

Уранодобывающее предприятие будет мо1Цным фактором негативного воздействия на таежные экосистемы, в первую очередь связанного с уничтожением мест обитания естественных сообществ диких животных. За последние 40-50 лет в тайге на Амалатском плато базальтов резко уменьшилось поголорье. досей, изюбр», косули, кабана в связи с их истреблением во время крупномасштабного геоло-

гического картирования, расширения поисково-разведочных работ на различные виды минерального сырья, особенно поисков разведки и разработки уранового месторождения. Наибольшие скопления этих животных были в таежных экосистемах на плато базальтов над урановыми залежами вокруг многочисленных озер - Хиагда, Малая Хи-агда, Дабданнур, Коретконде и др., богатых разнообразными пастбищами и кормовыми озерами. Лиственничные леса на увалах с верховыми озерами, бологами и увлажненными распадками, пересеченных лугово-болотными речными долинами с обилием зарослей ерников и ивы, определяли благоприятные ландшафтно-геохимические и экологические условия формирования среды обитания диких животных. Важно отметить, что животных в тайге привлекали многочисленные солонцы глииисгого состава, почвы и коры выветривания базальтов, озерные сапропели, железистые осадки и охры, богатые макро- и микроэлементами.

Таежно-мерзлотные экосистемы на Амалатском плато базальтов представляли один из крупных резерватов концентрации представителей мамонтовой фауны ледникового времени, сохранившихся до настоящего времени. Известно, что расчленение, фрагментация единого ареала обитания животных приводит к вымиранию видов.

В свете изложенных представлений роль таежио-мерзлотных ландшафтов и их экосистем на плато базальтов Хиагдинского уранового месторождения в сохранении среды обитания диких животных велика и ответственна. Актуальность постановки и разрешения этой проблемы очевидна. Уничтожение мест обитания - богатых пастбищ животных связано с экологическим риском, миграцией их на новые места и их истреблением.

Площадь и масштабы воздействия уранодобывающего предприятия на таежные экосистемы как места обитания естественных сообществ диких животных значительно превосходят локальную площадь техногенного радиоактивного загрязнения полигона ПВ. Поэтому промышленная разработка Хиагдинского уранового месторождения в таежных ландшафтах требует нового альтернативного подхода при организации природоохранных мероприятий, связанных с сохранением природной срсды обитания диких животных. Возникает необходимость выработки новой концепции сохранения природной среды обитания диких животных при подготовке проекта промышленной добычи урана в тай) е.

Частично состояние этой проблемы в предложенном подходе бы-

ло рассмотрено на заседании Общественной экологической экспертизы при обсуждении ОВОС проекта «Обоснование инвестиций в строительство предприятия по отработке Хиагдинского месторождения урана способом подземного выщелачивания» и подготовлены предложения для Государственной экологической экспертизы. При оценке воздействия будущего уранодобывающего предприятия на таежные экосистемы необходимо и важно определение реальных экологических последствий и учет экономического ущерба, связанного с деградацией среды обитания диких животных и человека в условиях функционирования этого предприятия, работа которого рассчитана на десятки лет.

Таким образом, при расширении производства урана на Хиагдин-ском месторождении масштабы загрязнения окружающей среды радионуклидами и техногенными элементами (сульфат-ионы, лантаноиды) неизбежно приведут к необходимости организации радиоэкологического мониторинга. Такой мониторинг предусматривает проведение массовых определений концентраций естественных радионуклидов в образцах различных компонентов природной среды. Учитывая, что эти определения трудоемки и дорогостоящи, проводится пробоотбор лишь в реперных компонентах наземных и водных экосистем. Особое значение при проведении радиоэкологического мониторинга имеют мхи, С их помощью можно проследить ветровое и водное рассеяние радионуклидов из источников загрязнения, П.И. Собакиным был выявлен вид - индикатор, обладающий способностью к повышенному накоплению в тканях и органах естественных радионуклидов - рябина сибирская. По нашим данным таковым является осока Шмидта [6].

Литература

1. Коваленко Г.Д., Рудя К.Г. Радиоэкология Украины. - Киев: Киевский университет. 2001.- 167 с.

2. Ляшенко П.И. Охрана окружающей среды и человека в уранодобывающем регионе // Горный журнал. -1999.- Ш]2,- С. 65-66.

3. Волков Н.И.. Дерягин А.А., Мельник И.1'., Никольский А.Л.. Миронов Б.А. Экологические проблемы в системной организации работ, связанных с подземным выщелачиванием >рана // Международный симпозиум но геологии урана: Уран на рубеже веков, природные ресурсы, производство, потребление. - М, 2000.

4. Тайсаев Т.Т., Ширапова С.Д. Радиогеоэкологическое состояние таежно-мерзлотных ландшафтов Витимского ураново-рудного района и ожидаемый экологический риск Н Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы - биофи-

лы в окружающей среде: Доклады 2 Междун иауч -практ. конф Семипалатинский гос. ун-т им. Шакарима. 16-18 октября 2002 г. Т 1. - Семипалатинск. 2002 512 с

5. Перельман А.И., Касимов Н.С. I еохимия ландшафта, - М.: Астрея-2000, 1999.-758 с.

6. Собаки» П И. Особенности миграции тяжелых естественных радионуклидов в горно-таежных ландшафтах Южной Якутии: Автореф. ... канд. бнол. наук. -Екатеринбург, 1998.

Опыт применения методов изучения флюидных включений при поисках и оценке золоторудных объектов центральной части Урик-Китойской рудной зоны

В.Д. Попов*, Д.В. Попов, В.В. Тараскин ** *Геалогический институт СО РАН, * * Бурятский государственный уничерситет

Наши исследования с применением термобарогеохимических методов были посвящены оценке потенциальной золотоносности вновь обнаруженных кварцевых образований на площади разведочных работ и попытке выявления поисково-оценочных критериев различия промышленно золотоносных кварцев от непродуктивных. Объектами изучения являлись кварцевые жилы и линзы на участках Амбарта-Гол, Кварцитовый, Новый, Скалистый, Калининский и др. и для сравнения - доступные для опробования известные рудные тела Гранитного и Пионерского месторождений, находящихся в непосредственной близости и в сходной геологической обстановке.

Термобарогеохимическими методами были изучены флюидные включения (ФВ) - остатки минералообразующих флюидов, сохранивших информацию о физико-химических параметрах, существовавших при рудообразовании. Причем нами использовались наиболее точные методы диагностики, направленные непосредственно на изучение индивидуальных включений в минералах и позволяющие получить объективные количественные данные о среде минералооб-разования. Таковыми являются метод гомогенизации содержимого включений (определяет минимальную температуру кристаллизации) и метод криометрии, устанавливающий общую концентрацию минералообразующих растворов и их качественный состав (Ермаков,