В.А.Маслобоев, А.П.Зосин, Т.И.Приймак
Институт проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН

Горно-перерабатывающие промышленные комплексы в процессе своей деятельности в условиях Субарктики ориентированы на замыкающий товарный продукт в виде концентратов и выполняют работы по добыче и обращению с извлечёнными горными массами: классификация горной массы на вскрышу, некондиционное сырьё и руду, обогащение с выделением целевых концентратов и отходов обогащения. Этот процесс сопровождается складированием в отвалах пустой породы, забалансовых руд, дезинтегрированных отходов обогащения, сбросом крупнотоннажных технологических стоков, промышленных выбросов в виде пыли и неиспользованного тепла.

Отличительная особенность любого из производств Субарктики - это относительно низкий уровень природопользования как минеральным сырьём, так и природными ресурсами, что объясняется историческими условиями доиндустриального освоения Севера, а также сформированной структурой обращения с товарными продуктами, потребительским рынком, направленным в основном на переработку в более высокотехнологичные продукты в метрополии или за рубежом. Сюда, безусловно, следует добавить и проблемы формирования законодательной базы недропользования, природопользования, обращения с отходами производства и потребления, социальные условия.

Пионерский способ освоения Субарктики остаётся преобладающим, если функционирование горно-рудных предприятий приводит к накоплению огромных масс отходов обогатительного передела. В последнее время эти хвостохранилища привлекают к себе всё большее внимание, с одной стороны, как источник реальной угрозы загрязнения окружающей среды токсичными элементами (Ni+2, Cu+2, Co+2, Al+3, Sr+2, F-), с другой - как техногенные месторождения. Для оценки масштабов и характера влияния складируемых отвальных пород нами выполнены комплексные исследования, моделирующие процессы, происходящие со складируемыми породами под воздействием природных и техногенных факторов. Рассмотрена возможность локализации потоков рассеивания загрязняющих веществ путём использования природных адсорбентов. Основные результаты выполненной работы следующие [1]:

1. Изучен процесс гипергенеза минеральных отходов от переработки сульфидных медно-никелевых руд, каркасных и слоистых алюмосиликатов.

Дисперсные продукты подвержены глубокому гипергенезу с утратой значительной части своих потребительских свойств.

По воздействию слабоминерализованных водных растворов сырьё можно расположить в следующий ряд: хвосты обогащения < гранулированный шлак < крупноблочные забалансовые руды. Установлено, что взаимодействие хвостов обогащения и металлургических шлаков с растворами сопровождается диспергированием минеральной фазы. Новообразованные тонкие классы представлены гидроксидами железа, обогащенными оксидами цветных металлов до 1-5%.

Основным экологически опасным фактором для природных водных объектов действующего хвостохранилища от переработки сульфидных медно-никелевых руд может являться частичная фильтрация оборотной технологической воды (оборот технологической воды составляет 70% от общего объема). Фильтрацией технологического стока через колонку, заполненную складируемыми минералами, показано, что ионный состав оборотной воды не изменяется, химического взаимодействия между раствором и твердой фазой не наблюдается, происходит лишь удаление 90% взвесей; 10% взвесей, представленных коллоидными формами никеля, меди, кобальта и железа проходят через слой хвостов обогащения и поступают в природные водные объекты. Максимальное разрушение хвостов обогащения наблюдается при взаимодействии с атмосферными осадками, имеющими в данном районе рН < 7.

Гранулированные магнезиально-железистые шлаки при взаимодействии с растворами разрушаются за счет процессов окисления присутствующих в них сульфидов. Химическое взаимодействие шлаков сопровождается их диспергированием. Учитывая низкое содержание в шлаковом стекле сульфидов железа - пирротина, высокую химическую устойчивость шлакового стекла оливинового состава и вследствие этого низкую концентрацию в фильтрующихся водах оксидов железа, выполняющих роль коагулянтов, шлаковые отвалы, находящиеся длительное время под воздействием атмосферных осадков и грунтовых вод, являются источником поступления ионов цветных металлов в водоёмы.

2. Изучен процесс гипергенеза минеральных отходов от переработки апатит-нефелиновых руд.

Установлено, что нефелинсодержащие отходы апатитовой флотации являются источником загрязнения гидросферы и атмосферы в тех случаях, когда они контактируют с деминерализованной водой (атмосферными осадками, грунтовыми водами). Такие условия соблюдаются только на дневной поверхности хвостохранилища и в нижних слоях. Процесс разрушения сопровождается увеличением удельной поверхности дисперсных хвостов ориентировочно в 2 раза. Плотность новобразующихся фаз существенно ниже плотности исходных «хвостов» и составляет ~1.5 г/см³. Эти обстоятельства способствуют высокой подвижности новообразований и организации потоков рассеивания токсичных элементов в атмосферном воздухе, что приводит к обеднению верхнего слоя продуктами выветривания и их удалением из контактной зоны.

Объем загрязненной воды, поступающий в озеро Имандра из хвостохранилища, будет складываться из объема промышленного стока и объема подземных дренирующих вод. В обоих случаях состав раствора будет равновесен по отношению к минеральной фазе.

Основной фактор, представляющий прямую опасность для экосистемы губы Белой оз. Имандра, состоит в фильтрации через хвостохранилище технологической сточной воды, поступающей с гидротранспортом (100-120 млн м³/год). Технологический сток образует так называемую зону пляжа, и способствует организации постоянного потока загрязненной воды, насыщенной основными структурообразующими компонентами минералов, слагающих перерабатываемую породу. Фильтрация технологических стоков через слои хвостохранилища не приводит к появлению дополнительных загрязняющих компонентов и изменению его химического состава на выходе из хвостохранилища. Хвостохранилище в данном случае выполняет природоохранную функцию - играет роль фильтра, задерживающего 98% взвесей.

3. Изучен процесс гипергенеза слоистых алюмосиликатов на примере флогопита.

Установлено, что при длительном хранении флогопита в условиях снятия горного давления и внешнего воздействия, начинают развиваться процессы гидратации, приводящие как к ухудшению технических параметров, так и появлению потоков природной воды, загрязнённой катионами щелочных металлов (калием). На начальном этапе гидратации в процессе выщелачивания межпакетного калия происходит фиксация в вакантных калиевых позициях молекул кристаллизационной воды. Происходит вермикулитизация флогопита.

Аналогичные исследования вермикулита на его устойчивость к атмосферным осадкам показали, что вермикулит теряет свои сорбционные свойства, диспергируется и переходит в сунгулит - глинистый минерал.

4. Изучено влияние процессов гипергенеза на поля рассеивания складируемых в отвалах минеральных отходов.

Расчёты на примере хвостохранилища АНОФ-2 показали, что качество атмосферного воздуха по запыленности на границе жилой застройки и в г. Апатиты удовлетворяет нормативным требованиям; в случае учета гипергенных процессов, приводящих к увеличению доли пылевой фракции и, как следствие, увеличению объемов выбросов пыли, в контрольных точках на границе СЗЗ наблюдается превышение нормативов предельно допустимых выбросов; соответственно, зона влияния от границы СЗЗ в направлении селитебной зоны выбросов пыли увеличивается и накрывает близлежащие населённые пункты. В соответствии с нормативными документами зоной влияния является территория, которая определяется как замкнутая линия на местности, вне которой для любой точки местности выполняется условие qприземн.≤0.05 ПДК.

5. На модельной установке экспериментально изучено взаимодействие техногенных пылеуносов горнодобывающих предприятий с атмосферными поллютантами (SO₂).

Исследования показали, что при оценке негативных последствий функционирования какого-либо производства на локальные экосистемы необходимо учитывать физико-химические процессы, которые могут протекать между выбросами в атмосферу от различных технологических переделов и кристаллохимические особенности соединений, входящих в состав пыли. Это обусловлено:

─ участием тонкодисперсных пылеуносов в качестве катализаторов в процессах окислительной конверсии газообразных оксидов серы до их устойчивых соединений;.

─ взаимодействием алюмосиликатов, входящих в состав пыли, с агрессивными компонентами воздуха и образованием на поверхности минеральной фазы новообразований, обогащенных гидратированными оксидами кремния и алюминия;

─ выпадением кислотных дождей, что приводит к закислению почв и водоемов и созданию потоков рассеивания токсикантов.

6. Разработаны принципы кондиционирования и иммобилизации отходов от переработки минерального сырья Мурманского ТПК. Технология переработки минеральных отходов состоит из следующих операций:

─ грануляции с использованием твердеющих минеральных дисперсий;

─ выщелачивании ценных компонентов различными растворами;

─ складировании минерального остатки от выщелачивания на специально подготовленные площадки.

7. Изучена трансформация отвалов нефтегазового комплекса под воздействием природных факторов и искусственных биосистем.

На примере проливов нефтяных углеводородов (НУ) на площадке нефтебазы с помощью бурения изучено их распределение по глубине.

Установлено, что главным фактором, препятствующим проникновению НУ вглубь является обводнённость грунта. Чем выше обводнённость почвы, тем меньше глубина проникновения НУ в неё. Немаловажное влияние на миграцию НУ вглубь почвы является слой битума, препятствующий дальнейшему проникновению в глубину подвижных НУ. Распространение подвижных углеводородов в почве происходит по верхней границе грунтовых вод. С учётом выявленных закономерностей распределения НУ в почве были разработаны технологии биоремедиации нефтезагрязнённых участков земли. Суть технологии состоит в обработке нефтезагрязнённого участка биосорбентом, внесении нефтеокисляющих микроорганизмов, удобрений, сорбента НУ (С-верада) и минеральных добавок, позволяющих поддерживать рН нефтезагрязнённого участка в области рН выше 7 единиц.

8. Для создания защитных геохимических барьеров вокруг полигонов складирования экологически опасных отходов разработаны способы модифицирования природных сорбционно-активных минералов с целью придания им специфических свойств: катионообменных, анионообменных, гидрофобных. Исходным сырьём для создания геохимических барьеров послужили карбонатиты, опал-кристобалитовые породы, слоистые алюмосиликаты - вермикулит и природные цеолиты.

ЛИТЕРАТУРА
1. Примак Т.И., Зосин А.П., Маслобоев В.А. Экологические аспекты гипергенеза минерального сырья в условиях Арктики. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2012. 110 с.

Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренц-региона в технологии строительных и технических материалов