Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В РАЙОНАХ РАЗМЕЩЕНИЯ ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

Усманова Т.В. 1 Азарова С.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
На основе анализа опубликованных данных и собственных исследований охарактеризованы экологические проблемы в районах размещения отходов горнодобывающих и перерабатывающих производств. Показано, что их воздействие велико и многогранно и приводит к трансформации всех компонентов окружающей среды в районе размещения хранилищ отходов. Особенно усугубляется ситуация, когда на одной относительно небольшой территории расположено несколько горнодобывающих и перерабатывающих объектов. В результате формируются мощные зоны воздействия на компоненты природной среды, имеющие ярко выраженные геохимические особенности, отражающие специфику добываемого и перерабатываемого сырья. Проанализированный материал может послужить основой для принятия природоохранных мероприятий относительно территорий размещения горнопромышленных отходов, которые смогут минимизировать ущерб, наносимый техногенными минеральными образованиями, учитывая разработанные рядом исследователей способы и технические средства мониторинга подобных объектов.
горнопромышленные отходы
экология
1. Азарова С.В. Отходы горнодобывающих предприятий и комплексная оценка их опасности для окружающей среды (на примере объектов Республики Хакасия) : автореф. дис. ... канд. геол.-мин. н. - Томск, 2005. - 235 с.
2. Бачурин Б.А. Геохимическая трансформация отходов горного производства // Минералогия техногенеза - 2007. - Миасс : ИМин УрО РАН, 2007. - С. 177 - 188.
3. Бачурин Б.А., Бабошко А.Ю. Эколого-геохимическая характеристика отходов калийного производства // Горный журнал. - 2008. - № 10. - С. 88-91.
4. Бачурин Б.А., Одинцова Т.А., Первова Е.С. Физико-химические аспекты формирования состава отходов горно-обогатительного производства // Горный журнал. - 2013. - № 6. - С. 89-89.
5. Бортников Н.С., Гурбанов А.Г., Богатиков О.А., Карамурзов Б.С., Докучаев А.Я., Лексин А.Б., Газеев В.М., Шевченко А.В. Оценка воздействия захороненных промышленных отходов Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината на экологическую обстановку (почвенно-растительный слой) прилегающих территорий Приэльбрусья (Кабардино-Балкарская республика, Россия) // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. - 2013. - № 5. - С. 405-416.
6. Гальперин А.М., Кириченко Ю.В., Ермолов В.А., Кутепов Ю.И. Инженерно-геологическое обеспечение экологически безопасного освоения горнопромышленных природно-техногенных систем // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. - 2012. - № 6. - С. 520-526.
7. Гальперин А.М., Ферстер В., Шеф Х.-Ю. Техногенные массивы и охрана окружающей среды : учебник для вузов. - 2-е изд., стер. - М. : Изд-во МГГУ, 2001. - 534 с.
8. Голик В.И., Полухин О.Н., Петин А.Н., Комащенко В.И. Экологические проблемы разработки рудных месторождений КМА // Горный журнал. - 2013. - № 4. - С. 91-94.
9. Зверева В.П. Экологические проблемы оловорудной промышленности Дальнего Востока // Горный журнал. - 2008. - № 2. - С. 82-85.
10. Крупская Л.Т., Зверева В.П. Оценка влияния отходов переработки оловорудного сырья на объекты окружающей среды (на примере Хрустальненского ГОКа) // Сибирский экологический журнал. - 2010. - № 6. - С. 797-803.
11. Лащук В.В., Мельник Н.А., Нестеров Д.П., Нестерова А.А. Усачева Т.Т. Комплексная геоэкологическая характеристика отходов обогащения апатит-нефелиновых руд Хибинских месторождений // Геоэкологические проблемы переработки природного и техногенного сырья : сб. науч. тр. / «Вектор»; под общ. ред. Д.В. Макрова, О.В. Суворова. - Апатиты, 2007. - С. 78-94.
12. Леоненко А.В., Дербенцева А.М., Крупская Л.Т., Чумаченко Е.А. Оценка влияния техногенной системы на загрязнения снежного покрова, почв и растительности химическими элементами в процессе золотодобычи (на примере Кербинского прииска Хабаровского края) // Экология промышленного производства. - 2012. - Вып. 3. - С. 12-15.
13. Маслобоев В.А., Максимова В.В., Максимова В.В., Макаров Д.В., Горбачева Т.Т., Мазухина С.И., Нестеров Д.П. Исследование взаимодействия минералов хвостов обогащения апатито-нефелиновых руд с почвенными водами // Материалы Междунар. совещания «Современные методы технологической минералогии в процессах комплексной и глубокой переработки минерального сырья» («Плаксинские чтения - 2012»). - Петрозаводск : Карельский научный центр РАН, 2012. - С. 333-335.
14. Меретуков М.А., Рудаков В.В., Злобин М.Н. Геотехнологические исследования для извлечения золота из минерального и техногенного сырья. - М. : Горная книга, 2011. - С. 429.
15. Мирошниченко Е.В., Бондаренко Е.И., Крупская Л.Т., Чумаченко Е.А. Эколого-экономическая оценка воздействия горнопромышленных отходов на экосистемы Хабаровского края // Горный журнал. - 2006. - № 9. - С. 77-78.
16. Михайленко Н.Н., Харченко О.В. Эколого-экономическая оценка скоплений техногенного сырья Забайкальского края // Горный журнал. - 2010. - № 5. - С. 63 - 65.
17. Мормиль С.И., Сальникова В.Л., Амосов Л.А. Техногенные месторождения Среднего Урала и оценка их воздействия на окружающую среду. - М. : НИА-Природа, 2002. - 206 с.
18. Олещенко А.М., Суржиков Д.В., Кислицына В.В. и др. Оценка риска для здоровья населения от загрязнения атмосферы промышленными отвалами // Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономические и социальные аспекты : сб. науч. тр. / НФИ КемГУ; под общ. ред. Ф.И. Иванова. - Новокузнецк, 2012. - С. 318 - 324.
19. Пучков В.Н., Салихов Д.Н., Абдрахманов Р.Ф. и др. Сульфидсодержащие отвалы и хвостохранилища - опасные техногенные загрязнители окружающей среды горнорудных районов Башкортостана // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2007. - № 3. - С. 238-247.
20. Саксонов М.Н., Балаян А.Э., Поздняков А.И., Тренева Д.Г., Мартынова Г.А. Определение класса опасности отходов горно-обогатительных производств методами биотестирования // Горный журнал. - 2011. - № 11. - С. 73-75.
21. Сиденко В.Н. Миграция тяжелых металлов и мышьяка в зоне гипергенеза сульфидных отходов Берикульского золотодобывающего завода : дис. ... канд. геол.-мин. н. : 25.00.09. - Новосибирск, 2001. - 120 с.
22. Усманова Т.В., Азарова С.В. Экологическая составляющая в оценке техногенных месторождений // Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции «ISTIQLOL. Актуальные задачи современных горно-технологических комплексов и пути их решения». - Навои, Узбекистан, 2002. - С. 95-96.
23. Усманова Т.В., Таловская А.В., Монголина Т.А., Павлов И.П. Оценка вклада угольных шахт в трансформацию состава природных сред (на примере шахты «Хакасская») // Вестник науки Сибири. - 2012. - № 4 (5). - С. 4-16.
24. Чантурия В.А., Макаров Д.В., Маслобоев В.А., Мазухина С.И., Нестерова А.А., Васильева Т.Н., Нестеров Д.П., Лащук В.В. Геоэкологическое обоснование переработки сульфидсодержащих отходов горнопромышленного комплекса // Геоэкологические проблемы переработки природного и техногенного сырья : сб. науч. тр. / «Вектор»; под общ. ред. Д.В. Макрова, О.В. Суворова. - Апатиты, 2007. - С. 20-32.
25. Черчинцев В.Д., Кошкина В.С., Антипанова Н.А., Прошкина О.Б. Влияние шлаковых отвалов на экосистемы Южного Урала // Экология и промышленность России. - 2010. - № 2. - С. 52-55.
26. Шафигуллина Г.Т., Серавкин И.Б., Удачин В.Н. Геохимическая активность отвальной массы Учалинского месторождения // Разведка и охрана недр. - 2008. - № 2. - С. 50-55.
27. Шуленина З.М. Организационно-методические и правовые механизмы изучения и освоения техногенных ресурсов // Экология промышленного производства. - 2003. - № 2. - С. 3-11.

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.


Библиографическая ссылка

Усманова Т.В., Азарова С.В. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В РАЙОНАХ РАЗМЕЩЕНИЯ ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=12299 (дата обращения: 19.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074