Геоэкологические проблемы при разработке месторождений Западно - Сибирского железорудного бассейна методом подземного выщелачивания.
, ,
Э. Гертнер на VII Горном конгрессе отмечал, что едва ли имеется другая отрасль промышленности, которая в большей степени влияет на окружающий мир, чем горнодобывающая, особенно в местах ведения открытых горных работ«
Огромнейшие отвалы вскрышных работ при открытый, горных работах, терриконы и отвалы при шахтной добыче, нарушения топографии земной поверхности - все это буквально уродует поверхность Земли, При открытых разработках часто происходит осушение больших пространств поверхности Земли, прилегающих к карьерам, и вследствие этого вывод из сельскохозяйственного оборота значительных площадей пахотных земель. Особенно остро эта проблема стоит при добыче и переработке руд черных металлов и в первую очередь железа, так как здесь экологические проблемы возникают как на стадии добычи руд, что усугубляют большие её масштабы, так и на стадии переработки (обогащение руд, металлургический передел). Эти вопросы широко обсуждаются в литературе. В частности вопросам безотходной технологии переработки руд черных металлов, посвящена работа ,
Авторы отмечают, что понятие безотходной технологии сформулировано академиками и - Соколовым. По их определению, «…безотходная технологическая система представляет собой такое отдельное производство, в результате практической деятельности которого не происходит отрицательного воздействия на окружающую среду…». Понятие безотходной технологии в некоторой степени условно, поскольку в ряде случаев она не может быть реализована полностью, но с развитием техники и технологии производства металла непрерывно совершенствуется.
Безотходная, технология имеет несколько аспектов, важнейшие из которых, по определению акад. и его учеников, следующие: экологический, ресурсный, технологический и технический, экономический и организационный.
Экологический аспект безотходной технологии состоит в том, что геохимическая деятельность человека значительно переросла рекреационную способность природы по созданию лесов, вод и других природных ресурсов. Предприятия черной металлургии, например, ежегодно выбрасывают в окружающую среду, тыс. т: 0,07 кадмия, 5,9 меди, 1,2 никеля, 50 свинца, 35 цинка. Отвалы горных работ занимают более 60 тыс. га, так как на I т товарной руды в среднем приходится 7,4т горной массы.
Ресурсный аспект безотходной технологии состоит в том, что в отличие от природных минеральные ресурсы не восстанавливаются. Поэтому по мере увеличения объёмов добычи происходит истощение запасов и ухудшается качество минеральных ресурсов. В эксплуатацию вовлекаются месторождения со все более худшими технологическими свойствами сырья и сложными горно-геологическими к горнотехническими условиями освоения, в результате чего себестоимость и капитальные вложения на единицу готового продукта возрастают. При снижении содержания полезных компонентов в сырье для получения того же количества продукции требуется перерабатывать больше горной массы, что обуславливает образование большого количества отходов. Так за последние 25 лет объём добычи сырой железной руды увеличился в 4 раза, а производство товарной железной руды - лишь в 2,4 раза. За счёт этого доля вскрышных пород и отходов обогащения возросла с 0,35 до 1,2 т на I т товарной руды. Такая эволюция в железорудной промышленности, с одной стороны, вызвала необходимость увеличения добычи сырой руды, а с другой - значительно увеличила ресурсы для комплексного и рационального использования руд.
Технологический и технический аспекты безотходной технологии включают понятия возможности полного или максимально возможного использования сырья. В этом случае производство основной продукции должно сопровождаться выпуском попутной продукции. Для этих целей, как правило, применяют комбинированные схемы переработки сырья. Так, например, на Ковдорском горно-обогатительном комбинате наряду с железорудным концентратом выпускают апатитовый и бадделеитовый. На Оленегорском горно-обогатительном комбинате отходы обогащения гематито-магнетитовых руд в виде кварца используют для производства кирпича. Однако успешное применение комбинированной технологии зависит от наличия достаточно совершенных технологических процессов для извлечения всех: полезных компонентов.
Экономические и организационные аспекты безотходной технологии состоят в том, что существующая методология оценки этой технологий в основном базируется на отраслевом экономическом эффекте освоения месторождения, при определении которого не всегда учитываются все факторы, оказывающие влияние на работу народного хозяйства страны в целом и на окружающую среду. Один из таких факторов - отсутствие цены на разведанные полезные ископаемые и на земли, отчуждаемые под горные работы и строительство предприятий по переработке полезных ископаемых» Часто применяется несовершенная технология переработки руд.
Метод подземного выщелачивания железных руд имеет большие преимущества перед шахтным или карьерным способами их разработки. Это прежде всего отсутствие отвалов. Практически не нарушается земная поверхность. Трубопроводы и скважины, нарушающие ландшафт в период эксплуатации месторождения, легко ликвидируются после окончания работ и не оставляют следов на земной поверхности. Но могут возникнуть новые проблемы, которые надо предвидеть заранее и найти способы их предотвращения [1-5].
В конкретных условиях Бакчарского месторождения важной и совершенно неясной проблемой является проблема возможного проседания земной поверхности по мере отработки руд. Как уже неоднократно подчеркивалось железные руды практически будут не выщелачиваться, а растворяться так как рудные минералы занимают до 70-75% объема руды. Одни из рудных минералов будут растворяться практически полностью /сидерит, гидрогётит и другие окислы/; из алюмосиликатов железо будет выщелачиваться, оставляя кремнезем и часть алюминия. Это дает основание утверждать, что в результате химического извлечения железа, алюминия, фосфора объем руды уменьшится приблизительно на 50%, что может привести к проседанию поверхности т. к. при мощности рудной толщи 40-50м это равносильно ее уменьшению до 20-25 м. Но произойдет ли это проседание? Возможно, что на глубине 200-250 м, подземные воды, находящиеся под давлением окажут сопротивление проседанию? Этот вопрос может быть решен специалистами как чисто теоретически, расчетным путем, так и требует экспериментальной проверки, путем точных топографических измерений во время эксплуатации месторождения.
На опыте отработки урановых месторождений методом подземного выщелачивания [5] отмечено, что во всем цикле работ имеется одно слабое звено, которое в практике эксплуатации месторождений может приводить, а иногда и приводит к загрязнению почвенного покрова. Связано это обстоятельство с нарушением технологического регламента при закачке и откачке технологических растворов. При этом в устьях эксплуатационных скважин случаются разливы технологических растворов по различным причинам (заиливание и кольматация фильтров и прифильтровой зоны скважин, разрушение фильтров и обсадных труб, нарушение герметичности соединений трубопроводов в устьях технологических скважин и др.). Отмечены случаи прорыва и нарушения герметичности трубопроводов закачных и продуктивных растворов, вследствии чего часть растворов разливается на поверхности почвы по трассе трубопроводов.
До принятия специальных мер по предотвращению указанных явлений загрязнение отдельными радиоактивными веществами почвенного покрова в местах частых разливов вблизи устья скважин к концу эксплуатации ряда /ячейки/ превышало фоновые значения в 4-15 раз и в отдельных случаях превосходило допустимый уровень.
Естественно, что разливы технологических растворов должны всячески пресекаться и не допускаться. В условиях Бакчарского месторождения продуктивные растворы не представляют экологической опасности так как не содержат вредных веществ. При разливе продуктивных растворов, содержащих железо, фосфор, ванадий, алюминий, они легко могут быть собраны путем сорбции их торфом, да и сами элементы не являются токсичными а относятся к разряду биогенных элементов. К тому же железо и алюминий при соприкосновении с кислородом воздуха выпадут в осадок в виде гидроокисей, сорбируя при этом другие элементы и микроэлементы. Торф, с сорбированными элементами, направляется на металлургический передел.
В случае разлива кислых рабочих растворов, идущих на выщелачивание, необходимо также отметить, что они не представляют собой опасности из-за низкой концентрации кислоты (10-15%), а во-вторых, они легко нейтрализуются щелочью или обыкновенным известняком, превращаясь в такие простые соли как NaCl, Na2SO4, CaCl2, которые легко сорбируются торфом.
Если же разлив происходит во вмещающие породы, в случае прорыва обсадных труб, то скважина подвергается цементации и вместо нее бурится новая.
Все это указывает на то, что способы борьбы с разливом технологических растворов на железорудных месторождениях просты и не представляют такой опасности как это имеет место на урановых месторождениях.
После отработки эксплуатационного участка требуется ликвидация кислых растворов в пласте. Это может быть осуществлено с помощью гуматов натрия, которые в кислой среде выпадают в осадок, а анион кислоты связывается в натриевую соль. При понижении кислотности гуминовая кислота сорбирует остатки подвижного железа и алюминия и тем самым пласт примет нормальное нерабочее состояние. С помощью откачки из него можно изъять воды, содержащие натриевые соли, из которых могут быть регенерированы щелочь и кислота. Откачиваемые воды заместятся пластовыми водами.
Необходимо отметить, что предлагаемая методика разработки железных руд Бакчарского месторождения основана на одновременной комплексной эксплуатации двух крупнейших месторождений: железных руд и торфяных месторождений. В результате разработки торфяных месторождений будет создаваться новый культурный ландшафт, отвечающий всем экологическим требованиям, способный производить значительные объемы сельскохозяйственной продукции. Возможно, что ценность новых земель превысит стоимость добытых полезных ископаемых так как они будут использоваться человеком и после отработки железорудных месторождений.
Остановимся на экологических проблемах наземной переработки продуктивных растворов. Выделение железа из продуктивных растворов с помощью сорбции на торфе и паровом гидролизе не представляет никакой экологической опасности так как совершается в полностью изолированных объемах и трубопроводах. При этом получается торфорудный концентрат и регенерированный рабочий раствор, который после доукрепления направляется в очередной цикл выщелачивания.
Торфорудный концентрат направляется на внедоменное восстановление железа во вращающихся печах. В результате получают порошковое железо и золу, а также дегти (смолу), подсмольные воды и горючие газы. Экологические проблемы могут возникнуть в связи с использованием при выщелачивании подсмольных вод, которые, как известно из коксохимии, наносят существенный вред окружающей природе из-за присутствия в них фенолов. Очистка этих вод связана с большими трудностями и поэтому их сброс в речную сеть категорически запрещен, если не произведена соответствующая очистка. В нашем случае эти воды после соответствующей их подготовки (выделение полезных компонентов: аммиака, метилового спирта, водорастворимых смол) будут направляться на выщелачивание железных руд в качестве восстановителя и таким образом снова возвращаться в технологический цикл. Сброс фенольных вод в речную сеть будет практически исключен полностью. Если такая необходимость возникнет, то они могут быть практически полностью очищены от фенолов с помощью фильтрации через торф, двадцатисантиметровый слой которого полностью поглощает фенолы и дополнительно через активированный уголь, который в больших объемах будет производиться на комбинате из грубой (пеньковой) фракции торфа именно для целей использования фенолов для изготовления фенолформальдегидных пластмасс.
Все продукты входящие в состав веществ, выделяемых при внедоменном восстановлении железа и сухой перегонке торфа (газы, подсмольные воды, смолы и дегти) 1 будут полностью перерабатываться и потребляться, не загрязняя окружающую атмосферу и почвы.
Еще одним источником экологической опасности могут быть электростанции, которые вначале, по всей вероятности, будут работать на торфе, затем переведены на горючие газы, получаемые при внедоменном восстановлении железа. Но опыт эксплуатации электростанций, работающих на торфе большой и поэтому меры экологической безопасности могут быть сразу предусмотрены в проекте.
Что касается участка приготовления рабочих растворов, то многие вопросы экологической безопасности отработаны на действующих предприятиях по производству соляной, серной и азотной кислот. Кроме этого, проектом предусматривается получение не концентрированных кислот, а слабых 10-20% растворов, которые сразу направляются на использование. Приготовление таких растворов значительно более безопасно в экологическом отношении, чем получение концентрированных кислот.
Все перечисленное свидетельствует о том, что работы по подземному выщелачиванию железа, алюминия, ванадия, фосфора могут быть организованы таким образом, что они не будут представлять экологической опасности для окружающей природы и более того они преследуют цель создания первых островков культурного ландшафта среди безбрежного болотного ландшафта Васюганья.
Может естественно возникнуть вопрос, а не приведет ли осушение болот к появлению засухи. Можно твердо ответить, что нет. Даже если будет отработана вся площадь Бакчарского месторождения, осушенная площадь вряд ли превысит 1-3% от общей площади Васюганья. Ясно, что такие масштабы осушения болот вряд ли смогут существенно повлиять на климатические особенности региона. Тем не менее генеральный план совместной разработки железорудных и торфяных месторождений несомненно требуется. Запасы воды в торфах настолько велики, что требуется точно знать гидродинамику торфяных вод, направление их течения, чтобы места отработки торфа не превратились в пространства занятые водой.
Таковы основные экологические проблемы разработки Бакчарского месторождения методом подземного выщелачивания. Конечно как и на любом предприятии найдется не мало более мелких внутрицеховых экологических проблем, но все они могут быть предусмотрены при составлении технического проекта.
Следует отметить, что экологические проблемы которые выдвигает метод подземного выщелачивания совершенно не сравнимы по масштабам с теми, которые появляются при шахтном или карьерном способе добычи железных руд.
Предлагаемая технология добычи железных руд может быть смело названа безотходной, так как если отходы и будут, то это обезвреженные воды, большая часть которых не будет сбрасываться в речные или замкнутые водоемы, а будет консервироваться в отработанных рудных пластах.
1. , , . Перспективы разработки железорудных месторождений Западно-Сибирского бассейна геотехнологическим методом. Томск, 2004
2. , О взаимодействии гуминовых и фульвокислот торфяных почв с железом. Почвоведение, 1967г., №9.
3. , Шкроб и применение щелочных вытяжек из бурых углей и торфа в качестве антинакипинов. М.-Л., 1944 г.
4. . Железобактерии. М., 1953г.
5. и др. Разведка месторождений урана для отработки методом подземного выщелачивания. М., Недра, 1985.
