КОЗІН Я.В., ГАЦЬКИЙ А.К.
Криворізький технічний університет
E-mail: [email protected]
Крупні гірничозбагачувальні комбінати є джерелами забруднення довкілля. До їх складу входять хвостосховища, які тільки на Криворіжжі займають площу понад 7600 га і є потужними джерелами пилоутворення, викликають засолення значних територій, змінюють їх гідрологічний режим [1].
В процесі збагачення руд, особливо з низьким вмістом корисного компоненту, утворюється значна кількість відходів - хвостів збагачення. Хвости у своєму складі містять цінні елементи: залізо, алюміній, марганець, дорогоцінні та рідкісні метали, інші метали і неметали, переважно у вигляді хімічних сполук.
Хвостосховища являють собою природну або штучно створювану (за допомогою огороджувальної дамби) на понижених ділянках земної поверхні ємності для організованого складування і зберігання хвостів, освітлення і відводу води. Розміри хвостосховищ можуть бути різними, залежно від необхідних об'ємів складованих відходів і наявності земельних ресурсів. Проектують хвостосховища площею від кількох сотень до 2 тис. га. У цих штучних утвореннях зберігається більше 3,6 млрд.т. дрібнодисперсних високоабразивних шламів [2].
Фото. Шламосховище Мудрьонівське (колишня назва – Дзержинське). Фото В.В. Коцюруби.
Основними елементами хвостосховищ традиційної технології складування хвостів гідровідвалоутворенням є: огороджувальні споруди (дамби), відкоси намиву (пляжі), ставки освітлення води. Співвідношення площ цих елементів визначається розмірами і конфігурацією хвостосховищ, прийнятою технологією складування, консистенцією пульпи та ін.
Залежно від рельєфу місцевості хвостосховища класифікують за п'ятьма типами: ярове (балкове); ярово- (балково-) рівнинне; рівнинне; заплавне; косогірне[3].
За способом влаштування огоорджуючих споруд і за способом заповнення хвостосховища поділяють на намивні та наливні. Принципова різниця між ними в тому, що в наливних хвостосховищ огороджуючу споруду будують одразу або у декілька етапів на проектну висоту, а у намивних - після влаштування первинної піонерної) дамби проводять її ярусне нарощування дамбами обвалування в процесі експлуатації хвостосховища. Враховуючи, що під хвостосховища часто відводяться родючі сільськогосподарські землі, слід більш раціонально використовувати площі, відведені під складування хвостів. Найбільше відповідає цій вимозі спосіб складування, при якому огороджуючі споруди (дамби обвалування) споруджуються із хвостів у процесі експлуатації гідровідвалу. Тому, якщо у хвостах міститься достатня кількість крупних фракцій (клас +0,050≥60%), то проектують хвостосховище намивного типу. Якщо крупність часток хвостів збагачення, а також їх вихід недоcтатні - для складування хвостів використовують наливний тип хвостосховищ. При цьому дамби споруджуються одразу на всю висоту або у 2-3 етапи [3].
Коротка характеристика хвостосховищ Кривбасу
1. Хвостосховище ПівнГЗК. Експлуатується з 1963 року. Загальна площа -1750 га, рівень води (абс. відм.) - 137,9 м. Об'єм шламів - 394,0 млн. м3. Мінеральний склад шламів (%): магнетит - 11,7; гематит - 4,32; кварц - 47,34; карбонати -3,70; слюди і хлорит - 6,52; амфібол і піроксен - 18,96; інші - 3,88. Вміст пиловидних глинистих часток - 3,08 %.
До хвостосховища, крім надходження шламової пульпи, здійснюється скид кар'єрних вод (2,5 млн. м3/рік), мінералізованих шахтних вод (5,5 млн. м3/рік), господарчо-побутових умовно очищених стоків (13,0 млн. м3/рік), стоків очисних споруд ПівнГЗК (36,15 тис. м3/добу), а для поповнення втрат в системі оборотного водопостачання до 1985 р. подавалась вода з р. Саксагань. Крім названих вод до шламосховища потрапляють атмосферні опади і поверхневі фільтраційні води із побудованих навколо дренажних споруд.
2. Хвостосховище ЦГЗК розміщене у середній частині б. Велика Лозуватка і в паралельно їй розташованій б. Мала Лозуватка, експлуатується з 1961 р. Гребля хвостосховища знаходиться в 4,5 км вище гирла балки, що впадає у Карачунівське водосховище питної води на р. Інгулець. Довжина хвостосховища понад 7 км, середня ширина 2,5 км, загальна площа - 1706 га.
До хвостосховища крім надходження пульпи скидають кар'єрні води (1,66 млн. м3/рік), поверхневі фільтраційні води (3,5 млн. м3/рік), що надходять з дренажних систем, побутові стоки смт. Петрове, для поповнення втрат у системі оборотного водопостачання закачується вода з р. Саксагань (1,5 млн. м3/рік).
3. Хвостосховище ПівдГЗК і НКГЗК розміщене у б. Грушуватій, Велика і Мала Крюкви. Хвостосховище експлуатувалось з 1959 по 1971 р. Відпрацьовано, в значній частині рекультивовано і забудовано, іноді використовується для аварійного скиду шламів. Заскладовано шламів 50,04 млн. м3.
4. Хвостосховище ПівдГЗК розміщене на водорозділі у районі б. Грушуватої. Висота дамби - 23 м, відмітка поверхні води - 75 м, площа - 209 га. Відпрацьоване, експлуатувалось з 1964 по 1977 р. Об'єм шламів - 48,5 млн. м3.
5. Хвостосховище ПівдГЗК і НКГЗК розміщене на водорозділі у районі б. Грушуватої і б. Вовчище. Відпрацьоване, експлуатувалось з 1955 по 1984 р. Його площа - 504 га, заскладовано шламів 135,7 млн. м3.
6. Ставок оборотного водопостачання ПівдГЗК і НКГЗК розміщується у б. Грушуватій, використовується з 1955 р. Його площа 150 га, проектний об'єм - 20,3 млн. м3, фактично заповнено - 19,6 млн. м3.
7. Хвостосховище Войкове ПівдГЗК розміщене у верхів'ях балок Городувата і Вовча, експлуатується з 1977 р. Площа його 336 га, мінералізація води 21,5 г/л.
8. Хвостосховище Об'єднане ПдГЗК і НКГЗК розміщене на водорозділі (район б.б. Грушева тої і Вовчище). Загальна площа сховища - 713 га.
Мінеральний склад шламів (%): магнетит - 1,8; магнетит + гематит - 1,0; карбонати - 17,0; силікати - 6,0; гідроксиди Fe - 5,3; кварц - 64,4; кальцит - 4,2; апатит - 0,3.
9. Хвостосховище ІнГЗК розташоване поблизу с. Миколаївка, у б. Безіменній, експлуатується з 1965 р. Довжина його 10,4 км, середня ширина 2,17 км, площа - 553,2 га. Відмітка рівня води 101,1 м, об'єм накопичених шламів 296 млн. м3.
10. Хвостосховище Дзержинське розташоване у центрі Криворізького залізорудного басейну, у Саксаганському районі міста, у басейні р. Саксагань, експлуатується з 1953 р., його призначення - накопичення вод поверхневого стоку і як проміжне сховище для трансформації шахтних вод. Хвостосховище є відсічною частиною Дзержинського водосховища р. Саксагань, останнє є напірним басейном для скидання води у р. Інгулець через Саксаганський тунель. Площа водозабору водосховища 199,8 км2, середньорічний стік - 61,8 млн. м3.
Сухі пляжі є джерелом пилу, який викликає захворювання на силікоз та інші патології дихальних шляхів. Розташовуються хвостосховища, як правило, на відстані 1-5 км від промислових майданчиків і житлових масивів. Існуючі технології складування відходів збагачення, а також специфічні умови експлуатації хвостосховищ створюють реальну небезпеку забруднення атмосфери пилом. Відкриті поверхні сухих «пляжів» під впливом вітрових потоків виділяють велику кількість пилу, що забруднює атмосферне повітря житлових масивів і осаджується на значних площах сільськогосподарських угідь. Дослідження процесів знепилення поверхонь сухих «пляжів» хвостосховищ є досить актуальним завданням, яке потребує негайного вирішення.
На підставі вимірів СЕС м. Кривого Рогу встановлено, що в окремих випадках на відстані 3,5 км від хвостосховища концентрація пилу в 5 разів перевищує ГДК. При швидкості вітру 4-9 м/с, на дамбі обвалування концентрація пилу коливається від 32 до 600 мг/м3. На відстані 500 м від хвостосховища концентрація пилу досягає від 0,4 до 22,9 мг/м3[4].
Одним із способів боротьби з пилом на хвостосховищах є закріплення поверхні сухих пляжів, похилих дамб за допомогою хімічних речовин. Стабілізація хвостосховища може бути досягнута утворенням на його поверхні за допомогою в'язких речовин монолітного покриття. Таке покриття можна одержати поверхневим просоченням хвостів в'язкою сумішшю або перемішуванням такої суміші з хвостами (пульпою) при їхньому складуванні з наступним ущільненням отриманої маси. Для закріплення поверхні сухих пляжів хвостосховищ Кривбасу рекомендуємо використовувати закріплюючу суспензію на основі бентонітової глини. Для надання глинистим кіркам стійкості та еластичності у глинисті розчини пропонуємо додавати стабілізатори і пластифікатори. Хімічний і мінеральний склад хвостів - прийнятний для закріплення їх полімерами. Вміст у достатній кількості іонів заліза, кальцію, магнію, марганцю й алюмінію допомагає встановленню міцних зв'язків з функціональними групами полімерів. Полімери «одягають» агрегатні частки плівкою, що складається з полімолекулярних шарів. При цьому на поверхні може виникати шар досить високої міцності в поєднанні із пластичними властивостями, адже полімери мають:
- невелику в'язкість і здатні розчинятися або емульгувати у воді на стадії введення в суспензію;
- не розчиняються у воді після затвердіння закріпленої поверхні;
- мають у наявності активний зв'язок безпосередньо між мінеральними частками й полімерами;
- здатність збільшення й збереження сил зчеплення в системі шлам-вода-полімер або глина-вода-полімер;
- здатність протистояти фізичним і хімічним впливам і біологічному розкладанню;
- можливість проведення робіт з обробки хвостосховища при підвищеній його вологості в інтервалі температур від 0 до 30-38 °С.
Бентонітова суспензія готувалася з бентонітового порошку з величиною часток 140-300 мкм на питній воді й на технічній воді з вистояної пульпи. Концентрація бентоніту становила 1-15%. Кювети зі шламом оброблялися суспензією з різною витратою - 0,5-4,5 л/м. Мінімальна витрата визначалася з необхідності одержати суцільне покриття поверхні, що закріплюється. Наносилася суспензія двома способами - наливом і механічним розпиленням. Після обробки поверхня висихала при кімнатній температурі до появи на поверхні хвостів кірки [4].
Дно хвостосховища складене водопроникними породами (суглинками, супісями, пісками), що сприяє фільтрації і забрудненню грунтових вод (на глибинах ~20,0 м грунтові води мають сульфатну агресивність). Абсолютні відмітки дзеркала грунтових вод змінюються в інтервалі 40,1-57,6 м і напряму залежать від рівня води у хвостосховищі [4].
Порушується гідрологічний режим прилеглих територій. Води зі ставків освітлення вод потрапляють у підземні води, роблячи їх непридатними для використання в питних цілях. Крім того, ці води мають агресивну реакцію, тому супроводжують розвиток та активізацію карстових процесів на територіях, складених карбонатними породами. Забруднюються поверхневі води водоймищ Кривбасу.
Для зменшення та ліквідації негативного впливу хвостосховищ Кривбасу на довкілля рекомендуємо проводити операції щодо знепилення поверхонь сухих «пляжів» хвостосховищ шляхом нанесення закріплюючої суспензії на основі бентонітової глини, яка є нетоксичним відходом гірничо-видобувної промисловості.
Бентонітову глину видобувають на Первомайському кар'єрі Північного ГЗК як супутній продукт. Для надання глинистим кіркам стійкості та еластичності у глинисті розчини пропонуємо додавати стабілізатори і пластифікатори. Консервування хвостосховищ шляхом їх покриття шаром суглинку потужністю 20-30 см і вирощування на них кормових трав дозволить запобігти пилінню хвостосховищ. Однак, операції щодо знепилення є тимчасовими та потребують значних матеріальних витрат. Тому слід вдосконалювати процеси збагачення руди (перейти на безвідходну технологію збагачення) та проводити видобуток корисних компонентів із хвостів збагачення, накопичених у хвостосховищах за минулі роки, а також використовувати хвости у будівництві, або для закладення виробленого простору шахт та кар'єрів.
Ці заходи дозволять вирішити проблему накопичення відходів у хвостосховищах Кривбасу та ліквідують негативний вплив на довкілля.
ЛІТЕРАТУРА
1. Малахов И.Н Качество жизни: опыт экологического прочтения. Кривой Рог: Вежа. - 1999.- 158 с.
2. Добровольский И.А., Ефанов А.Т. Шламовые поля горнообогатительных комбинатов Криворожского бассейна и некоторые вопросы их рекультивации Вопросы степного лесоведения и охраны природы (Комплексная экспедиция ДГУ - лесному хозяйству). - Днепропетровск: ДГУ, 1977.- 322 с.
3. Бересневич П.В., Кузьменко П.К., Неженцева Н.Г. Охрана окружающей среды при эксплуатации хвостохранилищ. - М.: Недра, 1993.- 128 с.
4. Лапшин А.Е. Отчет о научно-исследовательской работе Разработка технологи обеспыливания сухих поверхностей шламохранилища Сев ГОК. - Кривой Рог: КТУ, 2004.- 44 с.
Передруковано з джерела: Проблеми фундаментальної і прикладної екології, екологічної геології та раціонального природокористування. Матеріали IV Міжнародної науково-практичної конференції. - Кривий Ріг: Видавничий дім, 2009.- С.8-11.
