Введение к работе
Актуальность темы исследований. Резкое увеличение объемов добычи полезных ископаемых, в первую очередь руд черных и цветных металлов, пришедшееся на тридцатые годы нашего столетия, привело к появлению значительного количества техногенных образований, до 90% от массы которых представлены отвалами минерализованных пород и забалансовых руд. При этом суммарная площадь, занятая ими в странах СНГ, превышает 3,5 млн га. Сток, сформированный на этих техногенных образованиях, загрязнен металлами, сульфат- и хлор-ионами и другими ингредиентами. За год с подотвальными и шахтными водами сбрасывается более одного миллиона тонн химических веществ, в том числе крайне опасных тяжелых и редких металлов, что приводит к значительному загрязнению как открытых, так и подземных водных источников.
К одним из наиболее экологически опасных источников техногенного загрязнения относятся и отходы молибденовой промышленности, содержащие такие токсичные элементы, как медь (ПДК 0,001 мг/дм3), молибден (ПДК 0,0012 мг/дм3) и другие ингредиенты. Типичным объектом молибденовой промышленности является Жире-кенский рудник (Читинская обл.), в отвалах которого заскладирова-ны окисленные и сульфидные руды и минерализованные породы, т.е. весь спектр отвальных руд и пород, имеющихся на других молибденовых рудниках и загрязняющих водные объекты.
Применяемые в настоящее время методы защиты водных источников от загрязнения техногенными образованиями направлены на борьбу со следствием загрязнения сточных вод, а не с причиной, заложенной в самих отвалах. Поэтому актуальной задачей становится проведение исследований по очистке отвалов молибденовых руд и пород от загрязнителей для защиты водных объектов от загрязнения.
Объектом настоящего исследования являются отвалы руд и минерализованных пород Жирекенского рудника, загрязняющие открытые и подземные водные источники.
Предметом исследования является динамика формирования загрязнения от отвалов Жирекенского рудника.
Цель работы. Разработка комплексных технологических схем по очистке отвалов руд и минерализованных пород молибденовой промышленности для защиты водных объектов от загрязнения.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
изучить гидрохимическую характеристику стока в районе складирования отвалов забалансовых молибденовых руд и пород Жирекенского рудника;
разработать способы глубинного опробования отвалов;
разработать способы защиты подземных вод от загрязнения;
изучить закономерности выщелачивания забалансовых руд Жирекенского месторождения;
установить оптимальные технологические параметры выщелачивания загрязнителей из окисленных и сульфидных забалансовых руд;
разработать и обосновать технологические схемы очистки отвалов молибденовых руд и минерализованных пород для защиты водных объектов от загрязнения.
Идея работы состоит в использовании приемов и методов кучного выщелачивания для очистки отвалов молибденовых забалансовых руд и минерализованных пород.
Научные положения. Для молибденовых руд установлена стадиальность процесса выщелачивания рудных элементов - загрязнителей водных объектов. Она выражается в изменении скорости извлечения металлов из твердой фазы и селективности перехода их в раствор на различных стадиях.
Разработаны технологии извлечения металлов-загрязнителей из окисленных и сульфидных молибденовых руд, позволяющие снизить загрязнение водных объектов до нормативных пределов.
Разработаны способы и оборудование для бурения отвалов с целью повышения достоверности их опробования и защиты подземных вод от загрязнения.
Научная новизна. Впервые разработан способ бурения отвалов руд и минерализованных пород с применением специальной бурильной головки.
Разработаны способы защиты подземных надмерзлотных и под-мерзлотных вод от загрязнения инфильтрационным стоком и технологическими растворами с применением бурения скважин через отвал.
Определены зависимости выщелачивания молибдена и меди из молибденовых руд от основных технологических параметров процесса выщелачивания.
Впервые установлена стадиальность извлечения молибдена и меди: на первой стадии интенсивно растворяются минералы молибдена, а на второй - легкорастворимые минералы меди.
Установлено, что процесс выщелачивания молибдена идет в 2 этапа: интенсивный - за счет растворения оксидов, а также сульфидов с высокой дефектностью кристаллической структуры и медленный - за счет их довыщелачивания.
Установлено, что процесс выщелачивания меди из руд идет в 3 этапа: медленный - за счет приоритетного растворения молибдена, железа и нейтрализации породообразующих минералов основного характера; интенсивный - за счет растворения оксидов и вторичных сульфидов; медленный - за счет низкой скорости растворения первичных сульфидов.
Разработаны оптимальные режимы химической рекультивации отвалов окисленных и сульфидных молибденовых руд.
Методика выполнения работы. Научные положения диссертационной работы установлены с помощью методов химического, минералогического, фазового анализов, математической обработки результатов, обобщения полученных результатов графоаналитическим методом и подтверждены результатами промышленных испытаний.
Практическая значимость. Впервые разработаны комплексные технологические схемы по очистке отвалов окисленных и сульфидных молибденовых руд и минерализованных пород для защиты водных объектов от загрязнения.
Разработана бурильная головка К 212,7/80 ТКЗ, позволяющая повысить представительность глубинного опробования отвалов.
Разработано долото III 190,5 Т-ЦВ для бурения скважин одновременно через отвал, рыхлые отложения, вечную мерзлоту и коренные породы для наблюдения, сбора и откачки загрязненных ин-фильтрационных вод.
Разработаны технологические регламенты для проектирования участков химической рекультивации отвала окисленных молибденовых руд Жирекенского месторождения, очистки и утилизации по-дотвальных и шахтных вод Салаирского ГОКа.
Материалы диссертации были также использованы РосНИИВХ при подготовке отчетов о НИР "Разработать технологические схемы очистки и утилизации подотвальных и шахтных вод Салаирского ГОКа, Башкирского МСК и Жирекенского ГОКа" и "Выбор объектов и технико-экономическая оценка кучного выщелачивания отвалов забалансовых руд и минерализованных пород медных, медно-цинковых и свинцово-цинковых месторождений".
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на Всероссийской конференции "Бассейн реки: эколого-водохозяйственные проблемы рационального водопользования", Екатеринбург, 1996; на межрегиональной научно-практической конференции "Промышленные и бытовые отходы. Проблемы и решения", Уфа, 1996; на Республиканской конференции "Региональное природопользование и экологический мониторинг", Барнаул, 1996; на Всероссийской научно-практической конференции "Управление устойчивым водопользованием", Москва, 1997; на научно-технической конференции "Техноген-97", Екатеринбург, 1997; на VII международной выставке-семинаре "Урал-экология-97", Екатеринбург, 1997.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников из 138 наименований, содержит 26 таблиц, 31 рисунок. Содержание диссертации изложено на 130 стр. машинописного текста.