Постоянное увеличение объемов образующихся в горнодобывающей и перерабатывающей промышленности различных видов отходов и складирования их в хранилищах приводит к воздействию подобных объектов на окружающую среду. Цель нашей работы - охарактеризовать экологические проблемы в районах размещения горнопромышленных отходов посредством анализа и обобщения литературных данных.
Техногенные минеральные образования (ТМО) - скопления минеральных веществ на поверхности Земли или в горных выработках, образовавшиеся в результате отделения их от природного массива и складирования в виде отходов горного, обогатительного и металлургического производств. Основными причинами загрязнения окружающей среды являются воздействие на вещество (ТМО) атмосферных осадков, воздушных потоков, поверхностных вод, температуры, микроорганизмов. Все эти виды воздействия относятся к постоянно действующим внешним факторам, среди внутренних факторов можно отметить химический и минералогический составы, дисперсность, пористость, водопроницаемость и другие [17]. Техногенное воздействие подобных объектов имеет эколого-геохимические последствия и обусловлено резким увеличением дисперсности горной массы. В результате механического и химического разрушения в процессе разработки месторождения возникают тонкодисперсные минеральные фазы механического рассеяния - минеральная пыль, различающаяся по составу, химической активности и степени подвижности в природных потоках [26]. Результаты проведенных исследователями опытов [11; 13] на хвостохранилищах апатито-нефелиновых руд свидетельствуют об экологической опасности хвостов обогащения данных руд не только вследствие загрязнения атмосферы пылью, но и в результате попадания минеральных частиц в почву и их взаимодействия с почвенными водами и перехода экологически опасных элементов (алюминия, стронция, фтора, тяжелых металлов) в подвижные формы. В результате наблюдается в числе прочих воздействие на здоровье населения, проживающего в районах расположения хранилищ отходов [18].
Для железорудных месторождений КМА была проведена комплексная оценка состояния геологической среды [8], которая показала, что при освоении и эксплуатации происходит нарушение природных систем и активизация деструктивных природных и техногенных процессов, характер и интенсивность которых зависит от способа добычи железорудного сырья. Кроме того, данные, приведенные в работе Б.А. Бачурина [4], свидетельствуют о том, что в процессе рудоподготовки и обогащения возможно формирование в отходах сложных поликомпонентных органоминеральных комплексов, не имеющих природных аналогов и требующих исследования экологической опасности.
В литературе известен анализ экологических проблем оловорудной промышленности Дальнего Востока, который показал, что жидкие отходы обогатительных фабрик, отобранные как в период их работы, так и после закрытия, содержат токсичные элементы тяжелых металлов и выносят их за пределы техногенной системы, загрязняя поверхностные и грунтовые воды [9]. В результате самопроизвольного стока техногенных вод в природные водоемы, а также выноса тонкодисперсной составляющей водохранилищ происходит загрязнение не только вод, но и донных осадков. Большая часть Кавалеровского района по показателям почв и донных осадков имеет умеренно опасный и опасный экологический уровни. Техногенное накопление ряда металлов (Pb, Zn, Cu, Cd, Fe, Mn) происходит в листьях, коре, древесине и корнях деревьев, а также грибах, ягодах и овощах [10].
Коллективом авторов [5] оценено воздействие захороненных промышленных отходов Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината (ТВМК) на экологическую обстановку прилегающих территорий Приэльбрусья. Установлено, что область загрязнения окружающей среды определяется силой и скоростью ветров, а ее степень зависит от размерности материала промышленных отходов. Результаты аналитических исследований выявили превышение ПДК по ряду тяжелых металлов в современных почвах, прилегающих к хвостохранилищам ТВМК. Установлено перераспределение рудного вещества с течением времени, сопровождающееся его концентрированием на более глубоких горизонтах давно рекультивированного хвостохранилища. Показана необходимость утилизации захороненных промышленных отходов деятельности ТВМК с извлечением W, Mo, Sb, Zn, As, Bi, что снизит негативную нагрузку на экосистему Приэльбрусья [5].
Хвостохранилища будут представлять основную экологическую опасность после завершения эксплуатации месторождений, так как наиболее интенсивно процесс окисления протекает при циклическом характере увлажнения и высыхания. В литературе известно [24], что контакт сульфидсодержащих отвальных продуктов с почвой приводит к достаточно интенсивному переводу тяжелых металлов в водорастворимую форму, причем образующиеся органоминеральные комплексы устойчивы и не поддаются очистке традиционными реагентами. Исходя из результатов моделирования, по мере увеличения длительности хранения хвостов относительное содержание силикатного никеля (и, вероятно, других тяжелых металлов) в твердой фазе хвостов растет, а остаточные содержания металлов в водной фазе лежалых хвостов превосходят ПДК для рыбохозяйственных водоемов. Наблюдения на техногенных объектах и проведенные модельные эксперименты показали также, что гипергенные воздействия приводят к значительному изменению технологических свойств как рудных, так и нерудных минералов. Не являются исключением и калийные предприятия Верхнекамского месторождения Пермского края [3].
На территории отработанных россыпных месторождений золота Хабаровского края на примере Кербинского прииска исследователями [12] обнаружена достаточно высокая зараженность отходов техногенной и природной (киноварь) ртутью. Поскольку отвалы и другие отходы практически не изолированы от водных систем, они оказывают негативное влияние на экосистемы, находящиеся в границах их влияния.
По данным исследователей [15], вследствие использования в прошлом технологии ртутной амальгамации при освоении золотосодержащих россыпей произошло крупномасштабное загрязнение ртутью техногенных отвалов Хабаровского края, представляющее существенную экологическую угрозу, прежде всего для биоты и жителей горняцких поселков. Планируемое же освоение техногенных россыпей может привести к активизации относительно законсервированной ртути прошлых разработок. А это повлечет за собой «вторичное» ртутное загрязнение почвогрунтов, открытых водотоков и других компонентов долинных и сопряженных экосистем.
Коренные золоторудные месторождения, как правило, содержат сульфидные минералы, которые при контакте с водой и воздухом образуют кислоту, растворяющую токсичные As, Cd и Pb. Таким образом, хвостохранилища в районах золотоизвлекательных фабрик представляют 2 вида опасности: короткого и длительного воздействия. Первое связано с «залповым» выносом огромного количества пульпы в близлежащие водные потоки в результате разрушения дамбы, второе представлено постоянным просачиванием кислых вод и токсичных элементов в почву и поверхностные воды [14].
Н.В. Сиденко было показано, что дренажными потоками Берикульского золотоизвлекательного завода происходит вынос Fe, Pb, Zn, Cd, Cu и As из сульфидных отходов в реку М. Берикуль, что приводит к угнетению речного биоценоза [21].
Экспериментальное моделирование показало, что при последовательном многоэтапном воздействии воды, наряду с механическим растворением, в отходах протекают разнообразные деструктивные и синтетические реакции физико-химической природы, приводящие к повышению геохимической подвижности тяжелых металлов и увеличению содержания их миграционно-способных форм. Так, в пробах из породных отвалов Кизеловского угольного бассейна содержание подвижных и водорастворимых форм после взаимодействия с водой увеличивается в 2-3 раза по сравнению с их исходным содержанием [2].
Самая напряженная обстановка создается в цветной металлургии, где выход отходов на единицу продукции несопоставимо выше, чем, например, в угольной или железорудной промышленности (100-200 т, а в отдельных случаях - до 1000 т на 1 т металла) [7]. Кроме того, важнейшей особенностью цветной металлургии является использование в процессе переработки токсичных веществ, загрязняющих отходы (соединения S, As, Sb, Se, Te и другие) [7; 19]. Даже после прекращения эксплуатации месторождений и консервации горных выработок, за счет гипергенных преобразований горных пород и минеральной составляющей горнопромышленных отходов, негативное экологическое воздействие на окружающую среду будет продолжаться в течение 100-200 лет [27]. Процессы окисления сульфидов в складированных сульфидсодержащих отходах горнодобывающего комплекса и их влияние на окружающую среду, нейтрализация кислых рудничных и подотвальных вод освещены во многих работах, касающихся различных регионов России [16; 26 и др.].
В.Н. Удачиным было показано, что в связи с высокой насыщенностью Южного Урала геотехническими системами, в которых совмещены процессы добычи, обогащения полезных ископаемых и пирометаллургии, в регионе идут процессы изменения природной атмосферной миграции микроэлементов, их накопления и трансформации в депонирующих средах, изменяются природные связи в системах: атмосфера - почва, атмосфера - водная поверхность, вода - донные отложения [26].
Шлакоотвалы металлургии, по данным исследователей [25], могут выступать как отдельные источники загрязнения окружающей среды, так и комплексные, входя в состав отвалов вскрышных пород, что приводит к повышению механической миграции в приземный слой атмосферы селитебных территорий города таких элементов, как Si, Ni, Zn, Co, Mg, Cl, Na. Поверхностные и грунтовые воды под отвалами и на прилегающих территориях загрязняются щелочами и тяжелыми металлами. Объекты складирования отходов выводят из сельскохозяйственного оборота земли и изменяют ландшафт.
Проанализировав последние литературные данные по влиянию отходов горнодобывающей и перерабатывающей промышленности на окружающую среду, можно сделать вывод, что их воздействие велико и многогранно и приводит к трансформации всех компонентов окружающей среды. Особенно усугубляется ситуация, когда на одной относительно небольшой территории расположено несколько горнодобывающих и перерабатывающих объектов. В результате образуются разнотипные отходы производства, формирующие мощные зоны воздействия на компоненты природной среды, имеющие ярко выраженные геохимические особенности, отражающие специфику добываемого и перерабатываемого сырья [23].
Поэтому в настоящее время необходимо реализовывать проекты, которые смогут минимизировать ущерб, наносимый техногенными минеральными образованиями, учитывая разработанные рядом исследователей способы и технические средства мониторинга подобных объектов [6]. Отходы горного производства могут обладать токсичностью, С.В. Азаровой проводились исследования по биотестированию как объективному методу оценки токсичности отходов горнодобывающего производства [1]. Биотестирование применяется при отнесении отходов к V классу опасности для окружающей природной среды и широко используется для отходов горной промышленности [20]. Экологическая составляющая должна быть обязательной при геолого-экономической оценке техногенных минеральных образований [22].
Рецензенты:
Язиков Е.Г., д.г.-м.н., профессор, заведующий кафедрой геоэкологии и геохимии Томского политехнического университета, г. Томск.
Барановская Н.В., д.б.н., профессор кафедры геоэкологии и геохимии Томского политехнического университета, г. Томск.