Искусственные почвогрунты из отходов обогащения кимберлитовой руды

ИСКУССТВЕННЫЕ ПОЧВОГРУНТЫ из отходов ОБОГАЩЕНИЯ КИМБЕРЛИТОВОЙ РУДЫ

ARTIFICIAL TOPSOILS MADE FROM KIMBERLITE TAILINGS И.В. Тельминов, А.Л. Невзоров, И.Ю. Заручевных, М.А. Корзова I. Telminov, A. Nevzorov, I. Zaruchevnyh, М. Korzova

Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова Northern (Arctic) Federal University named after M.V.Lomonosov

Предложено использовать отходы обогащения кимберлитовой руды на месторождении алмазов им. М.В.Ломоносова для приготовления искусственных почвогрун-тов. Лабораторные эксперименты показали, что для выращивания травы оптимальным является следующий состав: хвосты - 80%, торф - 10%, обезвоженный активный ил - 10%. Это вещество может использоваться для изоляции свалок бытовых и промышленных отходов, карьеров и т.п.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по государственному контракту № 16.740.11.0436 от 03.10.2010.

It is suggested that kimberlite tailings from the diamond deposit named M.V.Lomonosov should be used for producing the artificial topsoils. The laboratory experiments indicated that the optimal composition for growing the grass is next: kimberlite tailings 80%, peat 10%, dehydrated sludge 10%. This substance is useful as cover layer on municipal and industrial landfills, quarries etc.

The research was done within federal program "Academic and teaching staff of innovative Russia" according to the state contract № 16.740.11.0436 dated 3 October 2010.

Проблема утилизации отходов производства является весьма актуальной. В частности, на территории Архангельской области масса отходов, скопившихся на временных площадках хранения, достигла 130 млн. тонн [6]. Три четвертых их общего количества составляют вскрышные породы и отходы обогащения двух предприятий по добыче полезных ископаемых - Североонежского бокситового рудника и ОАО «Севералмаз» [4].

Несмотря на то, что в работах отечественных и зарубежных ученых [2, 3, 5] предложены десятки направлений использования отходов горнодобывающих предприятий, в частности, в транспортном и промышленном строительстве, объемы их утилизации в Архангельской области не превышают 0,1 % [4].

Нами предлагается на основе отходов обогащения формировать искусственные почвогрунты, которые можно использовать вместо растительного грунта для рекультивации нарушенных территорий, свалок промышленных и бытовых отходов и т.п. Это позволит частично решить проблему утилизации отходов, сохранить растительный грунт и сократить затраты на рекультивацию.

7/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

Так как сами отходы обогащения обладают низкими плодородными свойствами, для приготовления почвогрунтов предлагается использовать добавки торфа и обезвоженного активного ила. Применение этих компонентов в сельском хозяйстве было широко изучено Евилевич, Заручевных, Туровским и др. учеными в 80-90 гг. 20 века.

По данным [1] разведанные запасы торфа в регионе оцениваются в 1 млрд. т.

Активный ил является отходом биологической очистки сточных вод. Только на одном Соломбальском целлюлозно-бумажном комбинате в г. Архангельске в сутки образуется порядка 20 тонн этого вещества.

Для приготовления смесей использовалось два вида отходов горнообогатительного комбината на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова: крупнообломочные и тонкодисперсные отложения. Первые по составу могут быть классифицированы как дресвяный грунт (рис. 1). Модуль деформации этих отходов составляет 12,2 МПа, угол внутреннего трения 42°, удельное сцепление 19 кПа. Они направляются на сухое складирование в отвал. Отходы с частицами размером менее 3 мм гидротранспортом перемещаются в хвостохранилище, где глинистые частицы, накапливаясь в прудковой части, образуют тонкодисперсные отложения. Они представляют собой текучие глины (Ж = 330 %, 1Р = 0,48, = 6,31), которые содержат в своем составе более 60 % глинистого минерала - сапонита [7].

Образцы торфа для испытаний отбирались с верхового болота в г. Архангельске. Степень разложения торфа 8 %, влажность 1100 %, зольность 4 %.

Отбор проб обезвоженного активного ила производился на Соломбальском целлюлозно-бумажном комбинате. Его плотность варьируется от 1.14 до 1,53 г/см3. а влажность в среднем составляет 425 %.

Из указанных компонентов приготовлялись смеси, состав которых в процентном соотношении в пересчете на сухую массу вещества приведен в таблице 1. Исследования проводились также с использованием растительного грунта и исходных веществ -торфа, ила, крупнообломочных отложений (КО), тонкодисперсных отложений (ТО) из хвостохранилища.

Таблица 1

Состав почвогрунтов_

№ Состав № п/п Состав

1 Растительный грунт 10 Торф

2 Торф 11 Торф

3 КО 12 Торф

4 ТО 13 Торф

5 Ил 14 Торф

6 Торф

7 Торф

8 Торф

9 Торф

Почвогрунты помещались в пластмассовые контейнеры площадью 70 см2, увлажнялись водой, в них засевалась газонная трава с нормой высева 33 г/м2. Состав травосмеси: 25 % - овсяницы красной, 25 % - овсяницы красной жесткой, 15 % - мятлика лугового, 20 % - овсяницы овечьей жестковатой, 15 % - райграса многолетнего.

Для повышения достоверности результатов каждая смесь укладывалась в 3 контейнера (итого 54 контейнера). Все контейнеры выставлялись в одно помещение с естественным освещением и поливались по мере необходимости (рис. 2).

Через 12^14 дней в каждом контейнере трава срезалась и взвешивалась, высчиты-валась удельная фитомасса (урожайность). После чего рост травы продолжался. Данная операция (покос) осуществлялась 3 раза за весь период роста травы.

По полученным данным строились графики зависимости удельной фитомассы (с нарастающим итогом) от продолжительности роста.

7/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

На рисунке 3 представлены графики роста травы на растительном грунте (1) и на исходных компонентах смесей: торфе (2), крупнообломочных отложениях (3), обезвоженном активном иле (5). Как видно, урожайность на крупнообломочных отложениях и обезвоженном активном иле примерно в три раза ниже, чем на растительном грунте. На тонкодисперсных отложениях хвостохранилища, прорастание семян вообще не произошло.

32

28

24

20

2 16 «я

О

Ь

§• 12 В!

а

5 з

£

1 N

2

\

\ 3

5

ю

15

20

25

30

35

40

45

Время, сут

При добавке торфа к крупнообломочным отложениям удалось добиться повышения урожайности последних примерно в два раза (рис. 4). Существенной разницы между смесями с 10, 20, 30 % добавкой торфа не наблюдалось.

32

28

24

20

2 16

•©• 12

1 \ * *

/ / 7 N

/ / \

/ / / 6

Р / — л 1 — ~ _ _ Г

/ / 5 ^  \ 3

/ /У

10

15

20

25

30

35

40

45

Время, сут

На смесях торфа с тонкодисперсными отложениями (рис. 5) урожайность травы возрастала с увеличением содержания торфа. 32

28 24

О

о 20

1—I О

§ 16 А

О

К

§• 12

К*

у» ✓

1 \ ✓ ✓

/ ✓

/ / и ' 12

/ / / 13 9

р / — " V 10

/ / ; щ

10

15

20

25

30

35

40

45

Время, сут

На рисунке 6 представлены результаты испытаний смесей торфа с обезвоженным активным илом и крупнообломочными отложениями. Наибольшая урожайность зафиксирована на смесях с добавками торфа и активного ила по 10 % (18). По фитомассе она приближается к значениям, характерным для растительного грунта.

32

24

3 20

16

и

18 \ ✓

1 \ \ _ ' ✓ 14

/ / - 15

/ / \ " 17

/ / Ч 16

г / /

/ ' А

/А

10

I?

20 25 Время, сут

30

35

40

45

7/2011 ВЕСТНИК _^/20|Т_МГСУ

По результатам проведенных испытаний можно сделать вывод, что наиболее оптимальным является почвогрунт со следующим составом: крупнообломочные отложения 80 %, торф 10 %, обезвоженный активный ил 10 %.

Предлагаемые почвогрунты могут быть использованы при укреплении откосов ограждающих дамб, рекультивации свалок промышленных и бытовых отходов, обустройстве санитарно-защитных зон промышленных предприятий.

Литература:

1. Алмазы, базальты и торф Архангельской области [Электронный ресурс] Всероссийская общественная организация «Русское географическое общество»: [сайт]. URL: http://www.rgo.ru/2011/02/bolota-i-torf7 (дата обращения 14.10.2011).

2. Ковтун М.Н. Мелкозернистые бетоны с использованием отходов алмазообогащения: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Белгород, 2007. 22с.

3. Коршунов А.А. Геоэкологическое обоснование складирования и использования отходов обогащения кимберлитовых руд (на примере месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова): автореф. дис. ... канд. техн. наук. Архангельск, 2010. 22 с.

4. Объекты размещения отходов на территории области [Электронный ресурс]: Государственное казенное учреждение Архангельской области "Центр природопользования и охраны окружающей среды": [сайт]. URL: http://eco29.ru/Pages/arhangelskaya_oblast.html (дата обращения 14.10.2011).

5. Перспективы разработки месторождений алмазов Архангельской области. Г.В.Минченко [и др.] // Развитие минерально-сырьевой базы Архангельской области: проблемы, перспективы, задачи: сб. научн. тр. междунар. науч.-практ. конф. Вып.№3 Архангельск: Изд-во АГТУ, 2006. С.252-263.

6. Состояние и охрана окружающей среды [Электронный ресурс]: Правительство Архангельской области: [сайт]. URL: http://www.dvinaland.ru/power/departments/comeco/envir (дата обращения 14.10.2011).

7. Nevzorov A.L., Korshunov A.A. Results of geotechnical monitoring for the erection and operation of the tailing dam at the diamond deposit named after M.V.Lomonosov/ Proc. of the 15th European conf. on soil mechanics and geotechnical eng. part 2, Athens, Greece, 12-14 Sept., 2011, p.1177-1184.

Literature:

1. Diamonds, basalts and peat of the Arkhangelsk region All-Russia public organization «Russian geographical society»: URL: http://www.rgo.ru/2011/02/bolota-i-torf (14.10.2011).

2. Kovtun M.N. Concretes with the usage of kimberlite tailings: thesis of dissertation... candidate of technical science. Belgorod, 2007. 22p.

3. Korshunov A.A. Geoecological reasons for storage and usage of kimberlite tailings from diamond deposit named after M.V. Lomonosov: thesis of dissertation. candidate of technical science. Arkhangelsk, 2010. 22 p.

4. Landfills on the territory of the Arkhangelsk region: State official institution of the Arkhangelsk region "Centre of natural resources and environment control": URL: http://eco29.ru/Pages/arhangelskaya_oblast.html (the date of addressing 14.10.2011).

5. Prospects for diamond deposits development of the Arkhangelsk region. G.V.Minchenko [and others] // Mineral resource base development of the Arkhangelsk region: problems and prospects: Proceedings of international conference, №3, Arkhangelsk: ASTU publishing centre, 2006. P.252-263.

6. State and protection of the environment: Government of the Arkhangelsk region: URL:http: //www.dvinaland.ru/power/departments /comeco/envir (14.10.2011).

7. Nevzorov A.L., Korshunov A.A. Results of geotechnical monitoring for the erection and operation of the tailing dam at the diamond deposit named after M.V.Lomonosov/ Proc. of the 15th Euro-

pean conf. on soil mechanics and geotechnical eng. part 2, Athens, Greece, 12-14 Sept., 2011, p.1177-1184

Ключевые слова: почвогрунты, отходы обогащения, смеси отходов, торф, обезвоженный активный ил, урожайность, фитомасса.

Key words: topsoils, kimberlite tailings, mixture of wastes, peat, dehydrated sludge, crop capacity, phytomass.

Почтовый адрес:

163002 г. Архангельск, Набережная Северной Двины 17, кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов 25.1.5

Контактный телефон: Тельминов Илья Валентинович + 79626648812

e-mail:

Тельминов Илья Валентинович: ilya.telm@gmail.com Невзоров Александр Леонидович: a.l.nevzorov@yandex.ru

Рецензент: Коваленко Владимир Сергеевич, академик АГН, д.т.н, профессор, заведующий кафедрой «Технология, механизация и организация открытых горных работ» Московского государственного горного университета.