Актуальность работы - Пермский государственный

На правах рукописи
Антонинова Наталья Юрьевна
Экологическая реабилитация установок кучного выщелачивания (на примере
Сафьяновского месторождения)
Специальность: 25.00.36 - «Геоэкология»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Пермь – 2007
Работа выполнена в Институте горного дела Уральского отделения Российской Академии наук.
Научный руководитель -
доктор технических наук
Конорев Михаил Максимович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук
Красавин Александр Павлович
кандидат технических наук
Гончар Наталия Валерьевна
Ведущее предприятие –
ОАО Институт «Уралгипроруда»
Защита диссертации состоится _________________________________на заседании Диссертационного совета Д 212.189.05 Пермского государственного
университета по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета.
Автореферат разослан________________________
Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим
направлять по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15, Пермский государственный университет.
Ученый секретарь
диссертационного совета
И.А.Старков
2
Общая характеристика работы
Актуальность работы. Кучное выщелачивание (КВ) как альтернатива традиционным методам извлечения полезных ископаемых при обогащении впервые
применена в конце 1960-х годов компанией "Карлин". С тех пор кучное выщелачивание получило широкое распространение в мировой золотодобывающей промышленности. В настоящее время на его долю приходится более 40 % мировой
добычи золота. В России первая промышленная установка кучного выщелачивания была построена в начале 90-х годов прошлого века. К 2005 г. в России технология КВ в промышленном и опытно-промышленном масштабе применялась
при переработке золото-серебряных руд на месторождениях «Муртыкты», «Западно-Озерское» (Башкирия), «Майское», Каза-Гол (Хакасия), «Сафьяновское»,
«Воронцовское» (Свердловская область), «Любавинское» (Читинская область),
«Эльдорадо» (Северо–Енисейский район) и др.
Кучное выщелачивание – это метод, позволяющий при соблюдении технологического регламента и экологических стандартов вовлекать в эксплуатацию
бедные месторождения при минимальном вторжении в природную среду – без
строительства заводов с развитой инфраструктурой. В конце 1992 г. на руднике
«Круглая гора» (США) началось сооружение очередной установки кучного выщелачивания, рассчитанной на размещение и переработку 127 млн т руды с содержанием золота до 0,2-0,3 г/т. По экономическим оценкам при кучном выщелачивании по сравнению с традиционной технологией капитальные затраты
снижаются примерно на 30%. Технология КВ прочно вошла в промышленную
практику добычи золота в Австралии, Канаде, Мексике, Бразилии, Саудовской
Аравии, Чили, Индонезии, Казахстане, Узбекистане и России. Использование
высокотоксичного реагента - цианида натрия (NaCN) - для извлечения золота и
серебра из руды является характерной особенностью технологии кучного выщелачивания, определяющей её экологическую опасность. Расход цианида натрия
в зависимости от типа выщелачиваемой руды и от производительности предприятия может составлять десятки и сотни тонн в год. Значит, главной экологической задачей при этом является защита воздуха, почвы, поверхностных и подземных вод от загрязнения цианидами. В отсутствие рекультивации нарушенной
территории негативные факторы техногенного воздействия могут на длительное
время определить состояние окружающей среды в районе предприятия КВ. При
завершении работ на установках кучного выщелачивания территории установок
должны быть приведены в состояние, безопасное для населения и пригодное для
использования в народном хозяйстве.
Очистка сточных вод представляет собой технологическую и методическую задачу по разработке эффективных способов регенерации, то есть
восстановления отработанных производственных стоков. Анализ существующих
3
способов химического обезвреживания цианидсодержащих сточных вод показал
экологическую непригодность большинства из них, что требует целенаправленной разработки и испытания альтернативных способов. Следовательно, успешное развитие золотодобычи методом цианидного КВ в Уральском регионе должно обеспечиваться эффективным решением экологических проблем с использованием результатов научно-исследовательских работ по предотвращению загрязнения и мониторинга состояния окружающей среды, использования новых, ранее не применявшихся технологий очистки сточных вод и реабилитации территорий. Это обусловливает актуальность дальнейших исследований по разработке
способов обезвреживания цианидсодержащих сточных вод экологически безопасными средствами и при оптимальном сроке достижения нормативных параметров.
Объектом исследования является геоэкосистема установки кучного
выщелачивания золота на Сафьяновском месторождении, включающая в себя штабель выщелачивания и аварийную емкость.
Цель работы – повышение эффективности экологической реабилитации установок кучного выщелачивания путем разработки метода очистки
цианидсодержащих сточных вод и штабеля кучного выщелачивания.
Основная идея работы заключается в использовании метода разложения цианидов путём их сорбции из растворов на поверхность тела гидрофитного растения семейства рясковых при реабилитации земель, нарушенных кучным выщелачиванием.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- оценить экологическое состояние территории земель, нарушенных
применением технологии кучного выщелачивания золотосодержащих руд
на Сафьяновском месторождении;
- оценить биолого-экологические характеристики водных растений как
возможных концентраторов токсичных соединений;
- определить оптимальные режимные параметры технологии обезвреживания цианидсодержащих сточных вод;
- исследовать влияние вещественного состава ложа биопрудков на биохимическую очистку сточных вод установок кучного выщелачивания;
- разработать комплекс мероприятий для реабилитации территорий
установок кучного выщелачивания после окончания их эксплуатации.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Обезвреживание сточных вод от цианистых соединений, основанное на
использовании гидрофитных малоразмерных растений семейства рясковых,
является эффективным природоохранным мероприятием, поскольку радикально снижает содержание цианидов и роданидов до ПДК.
4
2. Установленные основные этапы реабилитации территорий установок
кучного выщелачивания обеспечивают восстановление нарушенных площадей.
Научная новизна результатов исследований:
1. Разработан новый способ деструкции соединений цианида, основанный на использовании различных добавок (химических удобрений, минералов
и т д) к технологическому раствору с ряской.
2. Установлены закономерности и параметры, при которых деструкция
цианидов ряской протекает в оптимальном режиме.
3. Разработан комплекс реабилитации территории кучного выщелачивания методом биохимической очистки с использованием плавающих гидрофитных растений семейства рясковых.
Научная и практическая ценность работы:
1. Разработана и испытана в лабораторных условиях новая технология
очистки сточных вод от цианидов с использованием плавающих гидрофитных растений семейства рясковых.
2. Полученные результаты способствуют решению таких задач, как:
- снижение отрицательного воздействия технологии кучного выщелачивания на биогеоценоз территории;
- замена экологически опасного способа обезвреживания отработанных
вод кучного выщелачивания методом хлорирования более безопасным методом, основанным на использовании гидрофитных малоразмерных растений.
Методы исследований включают:
- аналитическое обобщение результатов изучения влияния кучного
выщелачивания на окружающую среду;
- анализ проб почвы, породы и отработанных вод участка кучного выщелачивания золото-серебросодержащих руд Сафьяновского месторождения;
- гранулометрический анализ почвы;
- лабораторные технологические исследования по обезвреживанию
отходов рудного штабеля кучного выщелачивания;
- математическое планирование технологических и экологических параметров;
- опытно-промышленные испытания очистки сточных вод кучного
выщелачивания.
Достоверность научных результатов и выводов, сформулированных в
диссертационной работе, подтверждается достаточным объемом аналитических и экспериментальных исследований, длительным наблюдением за изменением концентрации токсикантов в сточных водах установки кучного
5
выщелачивания, математическим планированием эксперимента и результатами опытно-промышленных испытаний.
Личный вклад автора состоит:
- в идее использования плавающих гидрофитных растений семейства
рясковых для очистки цианидсодержащих сточных вод;
- в определяющей роли при исследовании процесса деструкции цианидов и роданидов применения наиболее распространенного на Среднем Урале вида ряски;
- в разработке нового способа интенсификации деструкции соединений
цианида, основанного на оптимизации процесса очистки;
- в составлении методики лабораторных работ, позволившей выбрать
наиболее приемлемый процесс физико-химической очистки отработанных
вод кучного выщелачивания с последующей биологической очисткой в биопрудках.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Уралэкология. Техноген - 2002». ( Екатеринбург, 2003); Международных научно-технических конференциях «Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2002, 2003, 2004,
2005); IV Международной научной конференции «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (Пенза, 2005); V
Конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, 2005); Международном совещании «Современные проблемы комплексной переработки природного и
техногенного минерального сырья» (Санкт-Петербург, 2005).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ, в том числе 1 работа в источниках, рекомендованных ВАК. Применительно к поставленной задаче подана одна заявка на изобретение.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти
глав, заключения, списка использованной литературы из 121 наименования. Содержание работы изложено на 135 страницах машинописного текста, иллюстрировано 16 рисунками и 20 таблицами.
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы
цель, задачи исследований и научные результаты, показаны научная новизна и
практическая значимость работы.
Глава 1. Анализ современного состояния применения технологии кучного выщелачивания
6
Под кучным выщелачиванием понимается процесс извлечения целевых
компонентов водными растворами химических реагентов из минерального сырья, уложенного на гидронепроницаемое основание в рудные штабели. Основным положениям технологии кучного выщелачивания, обоснованию благоприятных перспектив развития золотодобычи методом кучного выщелачивания, выбору направления воздействия на окружающую среду посвящены работы Ф.Ф.
Борискова, В.Е. Дементьева, А.П. Татаринова, А.В. Хохрякова, В.Г. Зотеева,
Ю.С. Рыбакова, А.Г. Студенка, В.Н. Мосинец, Б.Д. Халезова, Е.А. Толстова, труды ОАО «Иргиредмет»», ВНИИХТ, МГГА, ВНИПИпромтехнология, ЦНИГРИ.
Активная роль микроорганизмов, водорослей и высших водных растений в биологическом самоочищении сточных вод от органоминеральных соединений изложена в работах Л.А.Сиренко, А.Э. Эргашева, Ш. Тажиева, А. Абдукадирова,
З.Г. Власовой.
Способ извлечения золота с помощью КВ позволяет за счет уменьшения
объемов капитального строительства и снижения эксплуатационных расходов
значительно сократить сроки ввода месторождений в эксплуатацию, в несколько
раз повысить производительность труда и, в итоге, значительно снизить стоимость конечного продукта. Существенным звеном при формировании штабеля
КВ является процесс устройства оросительных прудков с последующим использованием их при дальнейшем обезвреживании штабеля КВ. Вследствие того, что
технология КВ с применением цианистых растворов в России получила распространение сравнительно недавно, последствия применения её с точки зрения воздействия на окружающую среду пока ещё недостаточно изучены.
Глава 2. Геоэкологические проблемы кучного выщелачивания золотосеребряных руд
В практике переработки золото-серебросодержащих руд широко используются цианистые соединения. Основой технологии КВ является взаимодействие
цианид-ионов CN- с золотом и серебром, приводящее к образованию стабильных
водорастворимых комплексных соединений - дицианоаурата натрия Na[Au(CN)2]
и дицианоаргента натрия Na[Ag(CN)2]. Концентрация цианистых растворов определяется для каждой руды индивидуально, и ее повышение часто не сокращает
сроков растворения золота, а только увеличивает расход цианида, что в конечном
итоге приводит к возрастанию отрицательного влияния объекта выщелачивания
на окружающую среду.
В настоящее время во многих странах мира разработаны санитарногигиенические нормативы, определяющие безопасные уровни содержания цианидов в объектах окружающей среды (воздух, вода, почва). Вследствие этого требо-
7
вания экологической безопасности в основном направлены на эксплуатацию объекта кучного выщелачивания как закрытой системы, с минимальным влиянием на
воздух, поверхностные и подземные воды. Это обусловливает обязательный учёт
и прогнозирование на стадии проектирования поведения цианидов в объектах
окружающей среды при штатных и аварийных ситуациях, принятие в проекте
инженерных решений по их предотвращению, организации постоянной системы
наблюдений за содержанием цианидов в объектах окружающей среды. Таким образом, экологическая опасность предприятий кучного выщелачивания может
быть значительно уменьшена при реализации природоохранных инженерных и
организационных решений, базирующихся на информации о поведении различных форм цианидов в объектах окружающей среды.
Глава 3. Анализ опытно-промышленных испытаний технологии кучного выщелачивания окисленных золото-серебряных руд Сафьяновского месторождения
Сафьяновское месторождение медно -цинковых руд расположено на Среднем Урале, в 10 км к северо-востоку от г. Режа и 95 км к северо-востоку от Екатеринбурга. Открыто в 1985 г. Руды месторождения комплексные. Основными
полезными компонентами месторождения являются медь, цинк, сера, а попутными - золото, серебро, селен, теллур и другие редкие и рассеянные элементы.
Основная масса попутных компонентов приурочена к сульфидам. Сложное сочетание сортов и типов руд в пределах рудных тел, тесное взаимопрорастание рудных минералов позволяет отнести Сафьяновское месторождение к группе сложных объектов по составу, изменению и распределению полезных компонентов.
Опытно-промышленные испытания на Сафьяновском карьере по обезвреживанию цианидов показали, что полное обезвреживание цианидсодержащих
стоков установки кучного выщелачивания методом хлорирования обеспечивается только суперхлорированием, при котором концентрация остаточного активного хлора в отвальных стоках составляет 500 - 600 мг/дм3. Устранение избыточного хлора, превышающего допустимую норму, достигалось разбавлением стоков
рудничной водой карьера в соотношении 1:17, что при дефиците воды может
оказаться невозможным.
Химический способ хлорирования оказывает отрицательное воздействие на
последующий процесс биологической очистки из-за деструкции биогенных элементов в процессе хлорирования.
Глава 4. Выбор оптимальной схемы обезвреживания отработанных
стоков кучного выщелачивания
8
В любом технологическом процессе используемая вода загрязняется и не
может быть использована как для пищевых, так и для технических целей без
восстановления ее прежнего качества чистой природной воды. В настоящее время все более важную роль в процессах обезвреживания отвальных стоков приобретает биологический метод, в основе которого лежат биохимические процессы окисления, фильтрования, поглощения, накопления органических и неорганических веществ и др. Биологические методы позволяют с помощью высших водных растений, которые первыми принимают на себя воздействие ядов, оценить
степень токсичности водной среды. Способность высших водных растений к
накоплению, утилизации, трансформации многих веществ сточных вод делает их
незаменимыми в общем процессе самоочищения водоемов. К числу таких растений относится ряска малая - высшее растение-индикатор, обладающее повышенной чувствительностью и способностью к быстрой реакции на вредные вещества. Ряска малая (Lemna minor) – многолетнее свободноплавающее на поверхности воды травянистое растение. Каждый индивид ряски представляет собой округлую или продолговатую листовидную пластинку темно-зеленого цвета
размером до 4 мм. Растения не закрепляются корнем на грунте, свободно плавают в воде и находятся на поверхности водоемов, что предопределяет легкое выделение ряски из очищаемой воды. Ряска обладает способностью легко приспосабливаться к новой среде, энергично поглощая углекислоту и выделяя кислород. Она неприхотлива в отношении температуры, но цветет это растение
крайне редко. Покрывая поверхность зеленым настилом, ряска служит естественным светофильтром, защищающим воду от "цветения". Осенью ряска, подчиняясь сезонной смене времен года, желтеет, но зимой она подо льдом продолжает плавать, тем самым обеспечивая очистку и при низких температурах воды +(3 - 4)оС.
Анализ биоэкологической характеристики ряски малой позволил предложить и испытать данный вид высших растений для биологической очистки сточных вод после кучного выщелачивания золотосодержащих руд. Разработка и испытание метода очистки сточных вод установки кучного выщелачивания проведена автором в полевых мелкоделяночных опытах на территории Сафьяновского
месторождения. Экспериментальные исследования по выбору оптимальных
условий обезвреживания сточных вод
кучного выщелачивания золотосеребряных руд Сафьяновского карьера. Концентрация основных ингредиентов
цианидов и роданидов в жидкой фазе сточных вод аварийной емкости после завершения опытно-промышленных испытаний на установке достигала, соответственно 24,5 и 57,3 мг/л. Определение оптимальных режимных параметров обезвреживания проводилось путем серии экспериментов, задача которых состояла в
установлении степени очистки сточных вод кучного выщелачивания от цианидов в зависимости от таких факторов, как продолжительность эксперимента;
9
расход различных реагентов; площадь зеркала поверхности сточных вод, занимаемой ряской. Математическое планирование данного эксперимента основывалось на методике рационального планирования с помощью матрицы, где число
столбцов соответствует числу изучаемых факторов, а число строк равно числу
экспериментов (табл. 1).
Таблица 1
Матрица трехфакторного эксперимента и результаты микрополевых опытов
№
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Х1
Х2
Х3
0
0
0
0
0
15
15
15
15
15
5
5
5
5
5
50
50
50
50
50
25
25
25
25
25
0
50
20
100
70
0
50
20
100
70
0
50
20
100
70
0
50
20
100
70
0
50
20
100
70
0
50
25
90
75
50
25
90
75
0
25
90
75
0
50
90
75
0
50
25
75
0
50
25
90
Концентрация, мг/дм3
цианид
роданид
сумма
24,5
57,3
81,8
19,2
46,1
65,3
23,3
54,2
77,5
17,3
39,7
57
17,1
40,3
57,4
11,6
26,7
38,3
12,5
28,5
41
8,8
19,2
28
9,5
21,8
31,3
16,8
37,6
54,4
18,5
34,5
53
10,6
26,4
37
12,7
32,6
45,3
17,2
35,5
52,7
12,3
29,8
42,1
0,8
1,5
2,3
0,7
1,6
2,3
2,3
5,2
7,5
1,5
3,4
4,9
1,7
3,1
4,8
11,8
17,1
28,9
13,5
25,3
38,8
8,1
17,8
25,9
8,4
22,4
30,8
6,3
12,8
19,1
Программа проведения экспериментов включала в себя:
- изучение поведения ряски малой в зависимости от перечисленных ранее
факторов;
- изучение влияния вещественного состава ложа прудков на разложение
цианидов и роданидов.
Результаты опытов по выбору оптимальных условий обезвреживания сточных вод представлены на рисунках 1-3.
10
Концентрация, мг/дм 3 (Y1)
80
70
60
50
Цианид+роданид
40
Роданид
30
Цианид
20
10
0
0
5
15
25
50
Продолжительность эксперимента,дни (Х1)
Рис. 1. Зависимость концентрации цианида и роданида от
продолжительности эксперимента
45
Цианид+роданид
35
3
Концентрация, мг/дм (Y2)
40
30
Роданид
25
20
15
Цианид
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
3
Расход аммофоса, мг/м (Х2)
Рис. 2. Зависимость концентрации цианида и роданида от
расхода аммофоса
11
90
100
3
Концентрация, мг/дм (Y3)
50
45
40
Цианид+роданид
35
Роданид
30
25
20
Цианид
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Площадь поверхности, занятой ряской, % (Х3)
Рис. 3. Зависимость концентрации цианида и роданида от
площади зеркала ряски
Методом математического планирования экспериментов была получена
математическая модель исследуемого процесса:
С( t ,q , s ) 
К1 (t , q, s)  K 2 (t , q, s)
Cср
2
К1 = (17,902 – 0,338X1) (12,448 – 0,021X2) (14,552 – 0,064X3) / 11,48;
К2 = (40,721 – 0,795X1) (26,912 – 0,027X2) (31,892 – 0,131X3) / 25,62,
где К1 – концентрация цианидов, %;
К2 – концентрация роданидов, %;
С – концентрация токсикантов, %;
t – продолжительность эксперимента, дни;
q – расход аммофоса, мг/м3;
s – площадь зеркала поверхности, занятой ряской, %.
В результате исследований и анализа полученных данных установленоследующее. Ряска обладает повышенной поглотительной способностью по отношению к цианидам и роданидам. Искусственное добавление фосфора и азота в виде
аммофоса в отвальные стоки кучного выщелачивания интенсифицирует очищение воды ряской от цианидов и подпитывает микрофлору. Способность ряски
интенсивно разрушать цианиды и роданиды в растворах с их повышенной концентрацией позволяет применять это растение в начальных стадиях очистки стоков с высокой концентрацией токсикантов для удаления их основной массы из
раствора. В сосудах с аммофосом за 25 дней проведения экспериментов концен-
12
трация токсикантов в растворе уменьшилась в три раза (цианида с 24,5 до 8,1
мг/л, роданида с 57,3 до 17,8 мг/л).
Изучение влияния вещественного состава ложа биопрудов на очистку
сточных вод установок кучного выщелачивания. Скорость очистки сточных вод
зависит от количества микроэлементов и микроорганизмов, участвующих в процессе, условий их обитания, количества растворенного кислорода, кислотности
среды и температуры. Поиск эффективных путей регулирования активности
микроорганизмов в экосистеме и установление оптимальных условий их жизнедеятельности позволит повысить активность микробных ценозов при окислении
сточных вод и интенсифицировать процесс очистки. Как известно, в водоемах с
кислой средой практически нет растительности, отсутствует животный мир.
Следовательно, они характеризуются большей степенью загрязнения, чем техногенные водоемы с нейтральной и щелочной средой. Таким образом, степень загрязнения техногенных водоемов находится в прямой зависимости от рН водной
среды. Уменьшение кислотности дает положительные результаты: почва обогащается кальцием, что способствует более полному удовлетворению потребности
растений в этом элементе; улучшаются условия для деятельности микроорганизмов, что благотворно сказывается на питании растений. Введение в вещественный состав ложа прудков таких пород, как известняк, химический состав которых приближается к теоретическому составу кальцита (56% CaО и 44% СО 2),
позволит сократить время очистки отвальных стоков установки кучного выщелачивания. Лабораторные опыты по определению влияния вещественного состава
ложа прудков на сокращение периода биохимической очистки проводились с использованием почв района Сафьяновского медноколчеданного месторождения и
Хвощевского месторождения известняков, которое находится в 3 км от Сафьяновского.
Опыты по разложению цианидов показали, что использование ряски и почвы повышает эффективность очистки стоков. Концентрация токсикантов в сосуде с породой Хвощевского карьера за 30 дней уменьшилась практически в 8 раз,
а в сосуде с породой Сафьяновского карьера в 5 раз (табл.2).
Таблица 2
Результаты микрополевых опытов разложения цианидов и роданидов в зависимости от вещественного состава ложа прудков на очистку стоков участка
кучного выщелачивания
№
опыта
1
2
3
Продукт
рН
среды
Исходный технологический раствор
8,5
Технологический раствор с породой Сафьяновско- 7,7
го месторождения
Технологический раствор с породой Хвощевского 8,0
месторождения
13
Концентрация мг/л
цианида
роданида
24,5
57,3
4,8
12,7
3,0
7,5
Таким образом, выполненные исследования показали, что формирование
дна с вещественным составом, подобным породе Хвощевского месторождения,
позволит повысить щелочность среды и, следовательно, уменьшить агрессивные
свойства сточных вод установки кучного выщелачивания. Использование каскада искусственно созданных биопрудков с ряской позволит снизить остаточную
концентрацию токсикантов в растворе до уровня ПДК (цианиды – 0,05 мг/л, роданиды – 0,1 мг/л) при последовательном протекании раствора по каскаду. На
основании результатов исследований предложена технологическая схема биохимической очистки сточных вод установок кучного выщелачивания (рис.4), позволяющая снизить негативное влияние на водную среду данной технологии.
Хвосты выщелачивания
Са(ОН)2
Нейтрализация
рН 8-9
Аммофос 10% раствор
Сточные воды
Промывные воды
Кондиционирование
Аэрация
На приготовление исходного раствора для
выщелачивания вновь
сформированой блоксекции штабеля
Сорбция цианидов на ряску в биопруде
Рис. 4. Технологическая схема биохимической очистки сточных вод
новок кучного выщелачивания
уста-
Глава 5. Разработка технологии восстановления территории установок
кучного выщелачивания
После завершения выщелачивания отходы рудных штабелей установок
кучного выщелачивания относятся ко второму классу токсичности, вследствие
14
чего они должны быть обезврежены до состояния, не представляющего потенциальной опасности окружающей среде. Обезвреживание таких отходов требует
проведения технических мероприятий перед биологической рекультивацией.
Опытно-полевые испытания биохимического способа обезвреживания были проведены на пробах, отобранных в отработанном рудном штабеле. Наблюдения за ростом и развитием ряски малой проводились в течение всего периода
проведения опытов. Эксперимент продолжался 30 суток. В процессе работы изучали влияние аэрации, добавок ряски и аммофоса на скорость бактериальной регенерации. Опыты показали, что окисление цианидов и роданидов в отработанном рудном штабеле при обработке их бактериальным раствором с ряской протекает успешно в виде сорбции токсикантов на ряску. Результаты опытов по
обезвреживанию отработанного рудного штабеля представлены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты опытов по обезвреживанию отработанного рудного штабеля
№оп
1
2
3
Продукт
рН
Исходный технологический раствор
Водная вытяжка
-«-«-
8,0
8,0
8,4
8,3
Концентрация, мг/л
цианида
роданида
3,0
7,5
1,2
2,5
0,2
0,8
0,04
0,1
Полученные результаты позволили сделать вывод: в опыте № 3, где пробу
руды обработали бактериальным раствором с ряской и добавлением аммофоса в
количестве 50 г/т, процесс разложения протекал интенсивнее и концентрация цианидов и роданидов достигла уровня ПДК.
Операция обезвреживания отработанного рудного штабеля может проводиться на площадке выщелачивания методом промывки водой, прошедшей стадию биохимической очистки, с использованием существующей системы орошения и сбора растворов из штабеля.
В период разработки технологии реабилитации территорий установок кучного выщелачивания на основе биохимического метода обезвреживания, мобилизующего потенциальное плодородие земель и способствующего накоплению в
них органического вещества и элементов питания в доступной для растений
форме, определились основные этапы реабилитации нарушенных земель при переработке руд методом кучного выщелачивания. Разработанная технология реабилитации территорий установок кучного выщелачивания позволит повысить
интенсивность процессов очистки (рис.5).
15
Основные этапы реабилитации территорий установки кучного выщелачивания биохимическим
методом
Оценка качества сточных вод после выщелачивания и проб
отработанной руды
Приготовление питательных сред, оптимальных для более
интенсивного развития ряски
Культивирование микроорганизмов и формирование состава ложа биопруда
Обезвреживание отработанного рудного штабеля методом
промывки водой, прошедшей стадию биохимической
очистки, с использованием существующей системы орошения и сбора растворов из штабеля
Формирование рекультивационного слоя
Подбор экологически перспективных видов древесных, кустарниковых, травянистых растений
Рис. 5. Основные этапы технологии реабилитации территорий установок
кучного выщелачивания
Заключение
В диссертационной работе в результате теоретических и экспериментальных
исследований представлено решение актуальной научной и технологической задачи по разработке технологии экологической реабилитации установок кучного
выщелачивания за счет способа деструкции соединений цианида энергосберегающим и экологически безопасным биохимическим методом с использованием
плавающих гидрофитных растений семейства рясковых. Это позволяет отказаться от экологически опасного способа обезвреживания отработанных вод кучного
выщелачивания методом хлорирования, при котором происходит последующее
угнетение ферментных систем микробов катализирующих окислительновосстановительные процессы физико-химической очистки.
Основные научные выводы и практические результаты заключаются в следующем:
1. Разработана методика выбора оптимального процесса биохимической
очистки отработанных вод кучного выщелачивания в биопрудках.
16
2. Разработан новый метод нейтрализации цианидов и роданидов, основанный на использовании гидрофитных плавающих растений семейства рясковых с
интенсификацией их жизнедеятельности с помощью минеральных удобрений и
природных минеральных соединений.
3. Установлено, что при подкормке ряски минеральными удобрениями
происходит более быстрое снижение концентрации токсикантов в технологическом растворе. Экспериментально определено оптимальное количество аммофоса (40 - 50 мг/м3), при котором концентрация цианидов и роданидов уменьшилась в 2 раза.
4. Установлено, что использование в качестве ложа почв и пород, содержащих известняк, позволяет увеличить интенсивность снижения концентрации токсикантов. Экспериментально было выявлено, что использование в качестве ложа
в биопрудах известняка Хвощевского месторождения приводит к снижению исходной концентрации цианидов и роданидов в 8 раз в сравнении с ложей почв
Сафьяновского месторождения за равный промежуток времени.
5. Определены значения рН (8-9), обеспечивающие деструкцию цианидов
ряской в оптимальном режиме.
6. Показано, что использование технологического раствора после биохимической очистки с природными минеральными соединениями в обезвреживании хвостов кучного выщелачивания снизило концентрацию цианидов и роданидов до ПДК.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
1. Антонинова Н.Ю.(Хлопецкая Н.Ю.) Очистка сточных вод установок кучного
выщелачивания золота и рекультивация их территорий [Текст] /Н.Ю. Антонинова // Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья: матер. межд. конф. – Екатеринбург, 2003. - С. 192-196.
2. Антонинова Н.Ю. (Хлопецкая Н.Ю.) Методологические основы реабилитации
территорий установок кучного выщелачивания золота [Текст] /
Н.Ю.Антонинова, Ф.Ф. Борисков // Научные основы и практика разведки и
переработки руд и техногенного сырья с извлечением благородных металлов:
Труды межд. конф. - Екатеринбург, 2002 - Ч.3. - С. 3-6.
3. Борисков Ф.Ф. Комплекс мероприятий обеспечивающих экологическую безопасность участка кучного выщелачивания. [Текст] / Ф.Ф Борисков,
Н.Ю.Антонинова (Хлопецкая Н.Ю.) // Экологическая безопасность Урала матер. конф., проводимой в рамках международной выставки «Уралэкология
Техноген 2002»). – Екатеринбург, 2002. - С.181.
4. Борисков Ф.Ф. Переработка золота и медь-содержащих отходов г. Карабаша.[Текст] / Ф.Ф.Борисков, Л.А. Макаранец, Н.А. Филипова, Н.Ю. Антонино-
17
ва (Хлопецкая Н.Ю.) // Научные основы и практика разведки и переработки
руд и техногенного сырья с извлечением благородных металлов: матер. межд.
конф. – Екатеринбург, 2003. - С. 217-223.
5. Антонинова Н.Ю.(Хлопецкая Н.Ю.) Биологическая очистка сточных вод
[Текст] / Н.Ю. Антонинова, Ф.Ф Борисков // Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья: матер. межд. конф. - Екатеринбург, 2004. - С. 161.
6. Борисков Ф.Ф. Использование биохимического метода обезвреживания цианидных стоков [Текст] /Ф.Ф. Борисков, Н.Ю. Антонинова (Н.Ю Хлопецкая)
//V Конгресс обогатителей стран СНГ: матер. конгресса – Москва, 2005. – Т.
4 - С. 83 – 85.
7. Антонинова Н.Ю. (Хлопецкая Н.Ю.) Микробиологические процессы в системе
обезвреживания отвальных сточных вод после кучного выщелачивания золото-серебряных руд [Текст] /Н.Ю. Антонинова (Н.Ю. Хлопецкая) // Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России: матер. межд. конф. - Пенза, 2005. - С.270 – 272.
8. Антонинова Н.Ю. (Хлопецкая Н.Ю.) Биохимический метод обезвреживания
твердых отходов установок кучного выщелачивания [Текст] /Н.Ю. Антонинова, Ф.Ф. Борисков // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: матер. 10-й юбилейной межд. конф. 16-21 мая 2005г.- Екатеринбург, 2005 - С.128-130.
9. Антонинова Н.Ю. (Хлопецкая Н.Ю) Биохимическая очистка стоков от цианидов и роданидов с использованием незакрепляющих растений [Текст]/ Н.Ю.
Антонинова, Ф.Ф. Борисков // Современные проблемы комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья: матер. межд. сов.–
Санкт-Петербург, 2005. – С.124 – 126.
10. Антонинова Н.Ю. Влияние вещественного состава ложа биопрудков на биохимическую очистку сточных вод установок кучного ваыщелачивания [Текст]
/ Н.Ю. Антонинова //Горный журнал. Изв. вузов. – 2007 - № 1 – С. 54-56.
18