Введение к работе
Актуальность темы исследований. Резкое увеличение объемов добычи полезных ископаемых, в первую очередь, руд цветных металлов, пришедшееся на пятидесятые, шестидесятые годы нашего столетия, привело к появлению значительного количества техногенных образований, к которым относятся отвалы и терриконы забалансовых руд, вскрышных и вмещающих пород, шлако- и золоотвалы, шламо- и хвостохранилища, законсервированные горные выработки после открытых и подземных горных работ.
Сток, сформированный на этих техногенных образованиях загрязнен цветными и редкими металлами, железом, сульфат- и хлор-ионами и другими веществами, концентрации которых в сотни, тысячи раз превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК) для рыбохозяйственных водоемов. За год с подотвальными и шахтными водами, например, с территорий техногенных провинций Урала сбрасывается более одного миллиона тонн химических веществ, в том числе крайне опасных тяжелых и редких металлов, что приводит к значительному загрязнению поверхностных и подземных водных источников. В результате качество вод в них не соответствует санитарно-гигиеническим требованиям. Все это приводит к загрязнению и питьевых источников. Питьевая вода в районах действия горнодобывающих предприятий не соответствует ГОСТу, что сказывается отрицательно на здоровье населения.
В настоящее время для защиты водных объектов от стока с техногенных образований, складированных на земной поверхности разработано достаточно много технологий, в том числе с использованием методов их очистки от загрязнителей (химической рекультивации). В то же время надежных методов защиты водных объектов от загрязненного стока из законсервированных горных выработок не разработано.
Поэтому актуальной задачей становится проведение исследований по снижению загрязняющей активности породы и руд в законсервированных горных выработках и на их основе разработка технологий по существенному сокращению загрязнения поверхностных и подземных вод от стока из этих техногенных образований.
В качестве объекта исследований выбран законсервированный Карабашский рудник медно-цинковых руд Карабашского медеплавильного комбината, являющийся источником интенсивного загрязнения подземных и поверхностных вод.
Цель работы - разработка технологии химической рекультивации законсервированных горных выработок, позволяющей существенно сократить загрязнение поверхностных и подземных вод.
Идея работы заключается в использовании приемов и методов подземного выщелачивания для обезвреживания горных пород (химической рекультивации) законсервированных месторождений.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
дать геохимическую характеристику районов, в которых находятся законсервированные горные выработки, и установить основные загрязняющие вещества, попадающие в водные объекты;
осуществить анализ существующих методов по предотвращению загрязнения водных объектов стоком с техногенных образований;
изучить физико-химические характеристики медно-цинковых руд и пород Карабашского рудника и закономерности выщелачивания из них загрязнителей;
установить оптимальные технологические параметры принудительного выщелачивания основных загрязняющих веществ из руд и пород Карабашского рудника;
разработать и обосновать технологические схемы по существенному снижению загрязнения водных объектов стоком из законсервированных горных выработок.
Методы исследований. При решении поставленных задач в работе использованы: теоретическое обобщение современных знаний и представлений о процессах формирования качества сточных вод с техногенных образований и способах их очистки, лабораторные исследования процессов выщелачивания из руд и пород, метод математического планирования экспериментов.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована результатами теоретических исследований, статистической обработкой данных химического, минералогического, фазового анализов, применением методов математического планирования экспериментов, математической обработки полученных результатов, обобщением полученных данных графоаналитическим методом.
На защиту выносятся:
обоснование использования подземного выщелачивания для очистки (химической рекультивации) законсервированных рудников от легкорастворимых веществ, загрязняющих водные объекты;
результаты изучения процессов очистки (химической рекультивации) горных пород от легкорастворимых металлов-загрязнителей;
- технологические схемы по существенному снижению загрязнения
поверхностных и подземных вод от стока с законсервированных горных
выработок.
Научная новизна. Установлены зависимости скорости растворения меди и цинка от основных технологических параметров подземного выщелачивания.
Разработаны методы прогноза качества стока, сформированного в отработанных подземных горных выработках.
Установлены оптимальные параметры подземного выщелачивания легкорастворимых металлов-загрязнителей из руд, позволяющие вести процесс без специальной добавки реагентов.
Практическая значимость. Впервые разработаны технологические схемы по существенному сокращению загрязнения поверхностных и подземных вод от стока из законсервированных горных выработок.
Разработан технологический регламент для проектирования мероприятий по существенному снижению загрязнения поверхностных и подземных вод от загрязнения стоком из законсервированного Карабашского рудника.
Полученные результаты способствуют решению важной народнохозяйственной задачи - защите водных объектов от загрязнения стоком с законсервированных горных выработок.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и
обсуждены на: международной конференции «Проблемы загрязнения
окружающей среды», Москва, 1998; Всероссийской конференции «Водные
ресурсы Байкальского региона: проблемы формирования и использования на
рубеже тысячелетий», Иркутск, 1998; Всероссийском научно-практическом
семинаре «Чистая вода», Тюмень, 1999; международной научно-
практической конференции «Экологические проблемы промышленных
регионов», Екатеринбург, 1999; международной конференции "Акватера-99",
Санкт-Петербург, 1999; межрегиональной научно-практической
конференции "Природа и природопользование на рубеже XXI века", Омск, 1999; юбилейной научно-практической конференции, посвященной 70-летию института Унипромедь, Екатеринбург, 2000.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованных источников. Основное содержание диссертации изложено на 141 стр. машинописного текста, содержит 21 рисунок, 20 таблиц. Список использованных источников содержит 138 наименований.