Пути улучшения экологической обстановки в области добычи и переработки руд черных и цветных металлов, урановых руд

Дана характеристика масштабам негативного воздействия деятельности горнодобывающих предприятий на земельные ресурсы. Намечены направления решения проблемы охраны и рационального использования земельных ресурсов в горной промышленности. Рассмотрены пути улучшения экологической обстановки в области добычи и переработки руд черных металлов, а также урановых руд. Обоснован концептуальный подход к формированию технологии рекультивации техногенных пустот недр. Установлено, что основополагающим фактором концепции рекультивации техногенных пустот может стать эколого-экономическая безопасность. 

Проблемы охраны окружающей среды в зоне функционирования горно-обогатительного и металлургического производств

Горнорудные предприятия являются одними из крупнейших потребителей природных ресурсов и загрязнителей окружающей среды. Отходы горно-обогатительного и металлургического произ­водств занимают огромные территории и являются источником экологического риска из-за попада­ния вредных составляющих в атмосферу, почву и воду. В этой связи проблемы охраны окружающей природной среды и безопасной жизнедеятельности в зоне действия ГОКов приобрели многогранный характер, затрагивают интересы сотен тысяч людей, производства и природы в целом.

За многолетний период интенсивного развития горно-металлургического комплекса общее ко­личество накопленных отходов в черной металлургии Казахстана (железорудная, хромоворудная и марганцеворудная отрасли) составляет более 6,2 млрд. т, из них: попутной добычи и вскрыши — 92,8 %, обогащения — 6,1 % и металлургического передела — 1,1 %. Площадь земель, занимаемая отходами, — более 15 тыс. га [1; 153].

Основная часть отходов горно-металлургического комплекса образуется на предприятиях цвет­ной металлургии. При добыче и переработке руд цветных металлов с получением конечного продук­та 2 % рудной массы перерабатывается в товарную продукцию, остальные 98 % идут в отвалы и хво-стохранилища. Причем для получения 1 т меди перерабатывается 100 т товарной руды; для получе­ния 1 т товарной свинцовой руды необходимо добыть 3 т рудного сырья. Отходами являются вскрышные породы, хвосты обогащения и шлаки горно-металлургических предприятий [2; 62].

В современных экономических условиях определенную угрозу здоровью человека и окружаю­щей среде представляет категория бесхозных накопленных производственных отходов, которые остаются без хозяина либо в результате смены владельца предприятия, либо в результате ликвидации организации.

Для Казахстана, так же как и для других стран СНГ, особую озабоченность по степени влияния на окружающую среду и жизнедеятельность человека представляют токсичные отходы, входящие в структуру накопленных промышленных отходов. На территории республики эта категория отходов представлена сложным конгломератом смеси, состоящей из токсичных, опасных и смешанных отхо­дов. Ежегодное увеличение их объемов, хранящихся в основной массе в открытом виде, является главной причиной наблюдаемого серьезного нарушения экологического равновесия в биосфере. Как следствие, значительно усилилась степень воздействия на человека вредных веществ, содержащихся в токсичных отходах. По данным Министерства чрезвычайных ситуаций РК особенностью цветной металлургии, связанной со сложным минералогическим и химическим составом сырья, является большое количество токсичных веществ и загрязняющих отходов. В стране 63 % из ежегодно обра­зуемых токсичных отходов приходится на долю цветной металлургии [3; 30-31].

В большинстве случаев токсичные отходы размещены в не приспособленных для хранения мес­тах и сосредоточены преимущественно в депрессивных областях республики. Например, особо акту­альной является сегодня проблема загрязнения отходами ГОКов природной среды Восточно-Казахстанской области. Здесь в результате деятельности горнорудных предприятий накоплено около 1,4 млрд. т промышленных отходов [3; 31]. Причем положение в данном регионе усугубляется тем, что предприятия обезвреживают лишь незначительную часть отходов, а основная, состоящая из от­ходов горно-обогатительного комплекса и металлургических производств, направляется в места ор­ганизованного складирования. Отсюда вызывают тревогу факты роста профессиональной заболевае­мости среди рабочих основных профессий в карьерах и шахтах, повышение смертности и снижение продолжительности жизни населения в горнорудных регионах Казахстана.

Одним словом, наличие огромного объема техногенных образований на земной поверхности яв­ляется причиной формирования сложной экологической ситуации регионального масштаба. Это обу­словливается рядом факторов.

Открытый способ разработки, как наиболее экономичный и эффективный по добыче руд чер­ных и цветных металлов, продолжает развиваться и в ближайшем будущем следует ожидать увели­чения глубины крупных карьеров Казахстана. Это приведет к ухудшению естественного проветрива­ния и условий труда горнорабочих на глубоких горизонтах, усилению техногенного воздействия на окружающую среду в зоне деятельности горных предприятий. Дело в том, что открытая разработка рудных месторождений связана с нарушением земной поверхности. На площади земельного отвода располагаются открытые горные выработки, отвалы забалансовых и пустых пород, хвосто- и шламо-хранилища, транспортные коммуникации и другие промышленные сооружения. При открытой разра­ботке месторождений полезных ископаемых, помимо длительного отчуждения земельных площадей, происходят порча земель, нарушение гидрогеологического режима местности, загрязнение воздуш­ного бассейна пылью и газами, отравление флоры и фауны токсичными веществами, ухудшение са­нитарно-гигиенических условий района разработки месторождений.

При выполнении технологических операций добычи руды на подземных рудниках образуются следующие отходы производства: 

• горная порода, образующаяся при ведении горнопроходческих работ;
• технологический мусор;
• металлолом (чёрный и цветной);
• технологическая вода, образующаяся при ведении технологических операций (бурение шпу­ров, скважин, орошение горной массы, горных выработок и др.), и грунтовая вода, выделяю­щаяся при обнажении горных пород;
• вредные газы при ведении взрывных работ и от двигателей внутреннего сгорания самоходного оборудования;
• выброс в атмосферу пыли по воздуховыдающим стволам;
• выбросы в атмосферу пыли цементной от бетоно-закладочных комплексов (БЗК). Наиболее негативное влияние на экологическую обстановку оказывает выданная и складирован­ная на поверхностных отвалах пустая порода от проходческих работ.

В настоящее время на золотодобывающих предприятиях Казахстана накоплено около 320 млн. т отходов и свыше 50 млн. т заскладировано на золотоизвлекательных фабриках [4; 3]. Сей­час только в Семипалатинском Прииртыше действует более 10 горных предприятий по добыче золо­та, которые в совокупности наносят большой вред окружающей среде. К крупнейшим из них отно­сятся: Бакырчик, Жанал, Центральный Мукур, Суздальское, Миялы, Жерек.

Помимо этого, имеется ряд россыпных месторождений, при разработке которых используются драги — плавающие искусственные сооружения, работающие в естественном или искусственном во­доемах. Основное воздействие их на окружающую среду выражается в загрязнении водоемов мине­ральными частицами ила, нарушениями рельефа местности в результате образования выемок и насы­пей при подготовке и отработке дражного полигона [5; 36].

При разработке рудных месторождений на земную поверхность извлекают породы с глубин, превышающих мощность гидравлически активной зоны, вследствие чего в руде и вскрышных поро­дах присутствуют как нерастворимые, так и легкорастворимые минералы, в том числе содержащие высокие концентрации таких токсичных металлов, как медь, цинк, свинец, марганец, кадмий, а ино­гда и особо токсичных — бериллий, таллий, ртуть, мышьяк.

B процессе обогащения кондиционных руд образуются отходы производства, складируемые в хвосто- и шламохранилища. Так, при обогащении руд цветных металлов выход хвостов составляет 92-96 %, а железных и марганцевых руд — 50-70 %. С каждой тонной хвостов с обогатительных фабрик удаляется от 3 до 10 м³ сточной воды. На удаление и хранение отходов обогащения затрачи­вается в среднем 5-8 % стоимости производимой продукции.

По Казахстану в хранилища отходов горного, обогатительного и металлургического производств поступает ежегодно 30 млн. т сырья, в том числе 14 млн. т хвостов обогащения, около 14 млн. т вскрышных пород и порядка 1,5 млн. т металлургических отходов [4; 2].

Основную массу отходов металлургического производства составляют шлаки свинцового и ме­деплавильного производства и клинкер-цинкового завода. Часть отвалов складируют в водоохранных зонах. Такое размещение отходов ведет к загрязнению окружающей среды из-за пылевого рассеива­ния и размыва дождевыми и талыми водами, а также загрязняет поверхностные и подземные воды.

Непрерывный сброс пульпы в хвосто- и шламохранилища и золоотвалы и отсутствие проти-вофильтрационных экранов в ложе и ограждающих дамбах вызывают значительные потери воды от общего объема жидкой фазы. В результате этого окружающие территории подвергаются интенсив­ному подтоплению, а подземные воды — загрязнению до еще более высоких концентраций солей тяжелых металлов.

Негативное воздействие перечисленных выше техногенных объектов не ограничивается толь­ко загрязнением подземных вод. Не менее значительный ущерб окружающей среде причиняет снос пыли с отвалов и сухих пляжей хвостохранилищ и золоотвалов. Этот фактор также следует относить к постояннодействующим, поскольку атмосферная пыль, оседая на окружающие территории, загряз­няет земную поверхность, а при последующем растворении токсичные соединения мигрируют в поч­вы, подпочвы и, в конечном счете, в подземные воды.

6. Крайняя опасность наземного размещения техногенных образований заключается в том, что их отрицательное воздействие на окружающую среду осуществляется в течение очень длительного периода.

Кстати, на предприятиях горно-металлургического комплекса тяжелое положение сложилось и с вредными выбросами в атмосферу:

а) основным загрязнителем атмосферы в республике является БГМК (Балхашский горно-металлургический комбинат, входящий в состав ТОО «Корпорация «Казахмыс»), выбросы которого составляют пятую часть (около 20 %) всех загрязнений в стране; на втором месте находится АО «АрселорМиттал Темиртау» — почти 15 % [6; 234];

б) в настоящее время наибольший уровень загрязнения атмосферы наблюдается в городах, где располагаются горно-металургические предприятия: Темиртау, Балхаше, Усть-Каменогорске, Риддере, Жезказгане, Шымкенте;

в)  на долю предприятий черной металлургии приходится 15-20 % общих загрязнений атмосферы промышленностью, что составляет более 10,3 млн. т вредных веществ в год, а в районах расположения крупных металлургических комбинатов — до 50 %. В среднем на 1 млн. т годовой производительности заводов черной металлургии выделение пыли достигает 350 т/сут., оксида углерода — 400 т/сут., оксида азота — 42 т/сут. [7; 219];

г)  при производстве глинозема в атмосферу выбрасываются следующие вредные вещества: пыль неорганическая, углерод и азот, диоксид серы, зола мазутная; кроме того, в процессе кальцинации выбрасывается пыль глинозема (алюминия оксид), в процессе спекания — пыль спека. Загрязняющие вещества с дымовыми и аспирационными газами поступают в атмосферу через дымовые трубы различных печей и трубы систем аспирации;

д) переделы металлургического производства свинца и цинка сопровождаются образованием весьма значительных объемов технологических и вентиляционных газов, требующих эффективной очистки перед выбросом их в атмосферу для защиты воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами и извлечения ценных составляющих компонентов перерабатываемого сырья. Воздушный бассейн территорий, прилегающих к свинцовым и цинковым заводам, загрязняется в основном со­единениями свинца и серы.

Приоритетные направления перехода предприятий горно-металлургического комплекса на систему рационального природопользования

Поскольку смягчение, а в ряде случаев и ликвидация огромного негативного экологического влияния токсичных материалов, накапливаемых в хранилищах и свалках, приобрели на сегодняшний день острую актуальность, встает вопрос: что же делать в будущем? Очевидно, предприятия и ком­пании горно-металлургического комплекса должны решительно переходить на систему рационально­го природопользования, включающего следующие приоритетные направления.

В дальнейшем стратегия и тактика решения проблем образования отходов должны базиро­ваться на концепции устойчивого развития отечественных горнорудных предприятий. Сегодня в свя­зи со структурной перестройкой горнодобывающей промышленности и изменением форм собствен­ности, приватизацией и другими сложнейшими процессами особенно важно отметить целесообраз­ность инновационных подходов и решений в осмыслении и реализации концепции устойчивого раз­вития любого объекта.

В свете реализации Госпрограммы форсированного индустриально-инновационного развития страны в 2010-2014 гг. ключевым фактором решения экономических проблем может стать модерни­зация производства за счет использования инновационных технологий и прогрессивного оборудова­ния. Об этом свидетельствует зарубежный и отечественный опыт. Принципиальным недостатком ныне действующих технологий является извлечение одного полезного компонента при высоком со­держании сопутствующих полезных компонентов, которые уходят в отходы. Например, на отечест­венных предприятиях горно-металлургического комплекса в отвалах накоплены сейчас остродефи­цитные полезные компоненты, ценность которых составляет 25-50 % от суммарной ценности добы­того минерального сырья [4; 3]. С другой стороны, несовершенство функционирующих технологий перерабатываемого сырья приводит к накоплению в отвалах вредных тяжелых металлов, радионук­лидов, продуктов разложения технологических реагентов и других вредных веществ. Наличие же в отвалах тяжелых металлов и других веществ, содержание которых превышает ПДК, не позволяет ис­пользовать их в промышленно-гражданском и дорожном строительстве.

На примере цветной металлургии, которая относится к числу отраслей с наибольшим выходом промышленных отходов на единицу продукции, наиболее четко можно проследить, как устаревшие энергоемкие технологии и оборудование загрязняют окружающую среду. Дело в том, что при на­чальном проектировании и строительстве значительной части ныне действующих предприятий цвет­ной металлургии не учитывались требования рационального природопользования и снижения нега­тивного воздействия производственной деятельности на среду обитания. В условиях формирования рыночных отношений вопросам экологии промышленного производства предприятиями уделяется недостаточно внимания. Вовлечение в переработку предприятиями сложного по составу полиметал­лического сырья привело к росту получаемых промпродуктов, оборотных материалов и шлаковых отходов. Технологии, созданные 30-40 лет тому назад, оказались не адаптированными к переработке такого вида сырья. Образованные промпродукты и другие отходы из-за отсутствия рациональной тех­нологии начали накапливаться на территории предприятий. В результате даже при значительном сни­жении объема выпускаемой продукции ущерб, наносимый предприятиями окружающей среде за счет накопления больших объемов указанных продуктов, с каждым годом ощутимо возрастает [3; 30].

В перспективе главной задачей горно-обогатительных и металлургических производств долж­на стать минимизация поступления металлосодержащих отходов в отвалы за счет снижения потерь металлов на всех технологических циклах: от добычи и обогащения до металлургического передела. Сегодня на долю добычи и металлургии приходится около 40 % потерь, на долю обогащения — бо­лее 75 %. Средневзвешенные потери металлов колеблются от 22 до 52 %, причем для полиметалличе­ских — 25-35, а редкометалльных — 30-52 % [4; 3].

На горнорудных предприятиях Восточно-Казахстанской области (регион является крупным и ведущим центром добычи и переработки руд цветных металлов) вместе с накопленными отходами, образующимися в производственной цепи добыча-обогащение-металлургия, теряется более трети добываемых с рудами цветных и благородных металлов, замораживаются огромные запасы разнооб­разного строительного сырья. Сквозные потери свинца составляют 33 %, цинка — 28, меди — 21, золота — 41, серебра — 35 %. Из общих сквозных потерь при добыче теряется 15-20 % цветных и 8­12 % благородных металлов, при обогащении — соответственно 43-48 и 74-75 %, при металлур­гии — 35-42 цветных и 14-17 % благородных металлов. Превышение потерь ценных компонентов при обогащении в 2-3 раза по сравнению с потерями в горном производстве и при металлургической переработке привело к возникновению многочисленных техногенных месторождений. Точное опре­деление объемов промышленных отходов и тем более управление ими, по утверждению Территори­ального управления охраны окружающей среды Восточно-Казахстанской области, в настоящее время не представляется возможным [3; 31 ].

Поскольку существующие ныне в Казахстане технологии переработки сырья по выходу отхо­дов (на единицу продукции) значительно превосходят зарубежные аналоги, в будущем улучшение экологической обстановки в области добычи и переработки руд цветных и черных металлов пол­ностью определяется разработкой новых инновационных технологий как для исходного сырья в пер­вичных переделах, так и для переработки отходов этих производств. Без решения технологических проблем одни лишь организационные усилия не приведут к улучшению экологической безопасности в районах накопления отходов. Организационные усилия будут эффективны в том случае, когда про­изводства будут привлекать к наукоемким технологиям.

В дальнейшем проблема ликвидации техногенных образований может быть успешно разре­шена путем совмещения двух операций — переработки техногенных образований и технической ре­культивации выемок отработанных карьеров и зон обрушения шахт. Особенно негативное влияние техногенных объектов на окружающую среду позволит снизить интенсификация рекультивации на­рушенных земель. Это означает, что при определении возможных направлений рекультивации раз­личных типов нарушенных земель необходим учет следующих факторов:

а) основные виды воздействия нарушенных земель на окружающую среду и технически возможные направления рекультивации;

б) устойчивые показатели природных условий, которые могут ослаблять или усиливать неблагоприятное воздействие нарушенных земель и влиять на вид использования восстанавливаемых ландшафтов;

в)  характер использования территории и размеры ущерба, причиняемого различным видам хозяйственной деятельности;

г)  потребность в расширении площадей различного назначения с учетом социальных и природоохранных требований общества;

д) оценка санитарно-гигиенических, рекреационных и эстетических эффектов различных направлений рекультивации.

В настоящее время при открытой разработке месторождений золота применяется метод куч­ного выщелачивания. При выщелачивании же золота источниками загрязнения природной среды яв­ляются твердые отходы производства, т. е. штабели руды после выщелачивания, цианидсодержащие растворы, нефтяные отходы, тара из-под сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ), применяе­мых в технологическом процессе.

Проектом предусматривается обезвреживание отработанного рудного штабеля путем промыва­ния раствором гипохлорита кальция, сам раствор после использования подлежит обезвреживанию. Обезвреживание цианидсодержащих растворов будет производиться также гипохлоритом кальция. Нефтяные отходы и тара из-под СДЯВ подлежат утилизации. Однако технология обезвреживания образующихся отходов несовершенна и требует специального изучения [5; 37].

Видимо, в ожидаемой перспективе экологическая безопасность ведения процесса кучного выще­лачивания должна достигаться при соблюдении следующих условий:

• обеспечение гидравлической изоляции площадок и коммуникаций на участках кучного выще­лачивания;
• установление оптимальных концентраций цианида в рабочем растворе с целью уменьшения экологической нагрузки на технологические комплексы;
• своевременное обеззараживание отходов производства, площадок кучного выщелачивания и технологического оборудования по завершении процесса;
• проведение регулярных наблюдений за состоянием атмосферы, поверхностных и грунтовых вод в районе ведения работ;
• строгое соблюдение организационно-технических мероприятий технологического процесса выщелачивания.

Одним из приоритетных направлений природоохранной политики может стать совершенство­вание действующих и развитие новых принципов и методов оценки состояния природных объектов и экологического нормирования всех видов антропогенных воздействий. Важный шаг на пути к эффек­тивному решению этой задачи — создание геоинформационной среды мониторинга объектов и нор­мирования экологической нагрузки. Такая система позволит реализовать комплексный подход по оценке и ранжированию всех видов источников загрязнения с учетом их взаимовлияния, выявлению наиболее опасных загрязнителей с позиций экологического нормирования, в основе которого лежат нормативы предельно допустимых вредных воздействий на природные объекты. А это, в свою оче­редь, будет способствовать выработке рекомендаций по поддержке принятия управляющих решений для организации рационального природопользования.

Для организации качественного управления и контроля за массой отходов необходимо обос­нованное определение класса их опасности, которое даст возможность выбрать эффективную систе­му безопасного складирования, обезвреживания, минимизации образования отходов производства. Это, в свою очередь, позволит уменьшить затраты на их размещение, сброс сточных вод в природные водные объекты и т.д. Для складирования больших объемов отходов производства используются специальные гидротехнические сооружения, шламо-, хвостохранилища, накопители жидких и твер­дых отходов. Ввиду специфических свойств складируемых отходов, а также их токсичности влияние таких сооружений на окружающую среду огромно, поскольку происходит загрязнение поверхност­ных и подземных вод, атмосферного воздуха и почв прилегающих территорий в радиусе десятков километров [6; 238].

В эксплуатации таких сооружений недопустимы нарушения как технологического, так и эколо­гического режима, что может привести к тяжелым экологическим катастрофам. Для профилактики предотвращения аварийных ситуаций и экологических катастроф необходимо внедрять жесткие и эффективные системы контроля, которые позволят своевременно проводить ремонтные работы, за­крыть сбросы в хранилища, оповестить о надвигающейся угрозе и принять необходимые меры для предотвращения или сокращения ущерба, законодательно запрещать работу предприятий, представ­ляющих угрозу окружающей среде и населению.

Пути охраны воздушного бассейна от загрязнения пылегазовыми выбросами горнорудных предприятий

Анализ современного состояния охраны воздушного бассейна от загрязнения вредными вещест­вами пылегазовыбросов в зоне влияния производств свинца, цинка, меди, алюминия и других цвет­ных и черных металлов, системы нормирования выброса загрязняющих веществ в атмосферу и кон­троля соблюдения установленных нормативов допустимого выброса позволяют определить основные направления работ с целью исключения имеющихся недостатков и обеспечения коренного улучше­ния защиты атмосферы от загрязнения вредными веществами:

1. Необходим переход на прогрессивные технологические процессы, позволяющий резко сокра­тить объем образующихся газов и осуществить полную утилизацию диоксида серы. Например, в производстве первичного свинца к числу таких процессов и аппаратов относится КИВЦЭТная техно­логия переработки полиметаллического сульфидного сырья в комплексе с примыкающим непосред­ственно к газоохладителю агрегата электрофильтром для высокозапыленных сернистых газов без ап­паратов предварительного грубого пылеулавливания, с последующей утилизацией диоксида серы [8]. Она позволяет обеспечить минимальный выброс загрязняющих веществ в атмосферу: свинца в пы­ли — 0,06 кг/т свинца, диоксида серы — 4,7 кг/т свинца [9].
2. Главным способом защиты атмосферного воздуха от загрязнения пылегазовыми выбросами свинцовых и цинковых заводов остается очистка пылегазовыделений перед их поступлением в воз­душный бассейн в пылегазоулавливающих установках и последующее рассеивание в атмосфере с помощью высоких дымовых труб.
3. По данным исследований [10; 20], концентрация пыли от хвостохранилищ горно-обогатитель­ных комбинатов за пределами санитарно-защитных зон больше санитарных норм. В этих условиях защита воздушного бассейна от загрязнения возможна путем применения естественного зарастания поверхности откосов дамбы хвостохранилища после нанесения плодородного слоя почвы мощностью

0,1 м;

4. Поскольку интенсивное развитие открытого способа добычи руд черных и цветных металлов в последние годы привело к негативным экологическим последствиям, в дальнейшем проблемы аэ­рологии и экологии карьеров как составной части общей стратегии охраны окружающей среды на ГОКах невозможно рассматривать без учета технологического, технического, социально-гигиениче­ского и экономического аспектов. В этой связи аэрология и экология карьеров должна представлять собой совокупность научных проблем, объединенных в рамках экосистемы «карьер-окружающая среда-человек» с учетом единого механизма деятельности горнорудного предприятия.

Опираясь на эти положения и с учетом технологического и технического аспектов проблемы, специалистами разработаны модель эколого-экономически сбалансированных взрывных работ и кон­цепция переориентации крупномасштабных массовых взрывов в карьерах на отработку руд с исполь­зованием малых объемов ВВ (взрывчатых веществ). Это позволяет сократить пылегазовые выбросы в атмосферу в десятки и сотни раз. Показано, что эколого-экономическая сбалансированность взрыв­ных работ достигается при равнозначности, минимизации затрат на БВР (буровзрывные работы) и экологического ущерба и определяет рациональную мощность заряда ВВ для заданных горнотехни­ческих условий с учетом метеорологического, технического и социально-гигиенического факторов в экосистеме «карьер - окружающая среда - человек» [11; 54].

Модель эколого-экономически сбалансированных взрывных работ на карьерах отражена на ри­сунке.

5. В обеспечении экологической безопасности важная роль должна отводиться формированию экологического мониторинга разработки рудных месторождений с целью: 

• выявления динамики, направления, масштабов и причин изменений в результате антропоген­ной деятельности;
• оценки угрозы изменений окружающей природной среды социально-экономической системе общества;
• определения мер и средств своевременного предотвращения экологической угрозы;
• организации информационного взаимодействия с органами охраны окружающей среды;
• информирования населения об экологической обстановке в районе добычи полезных ископаемых;
• оценки текущего состояния окружающей природной среды;
• составления текущих, оперативных и долгосрочных прогнозов изменения состояния в районе разработки месторождения;
• приостановления процессов загрязнения земель, уменьшения масштабов их техногенного на­рушения и активизации их восстановления;
• снижения природоемкости при складировании отходов производства и повышения уровня экономической эффективности;
• уменьшения загрязнения атмосферного воздуха за счет снижения объемов выбросов загряз­няющих веществ;
• снижения объемов сброса загрязненных сточных вод при добыче полезных ископаемых и обеспечения улучшения состояния водных объектов на территории расположения добываю­щих предприятий;
• экономической оценки ущерба от отрицательного воздействия разработки месторождений на окружающую природную среду;
• разработки рациональных мероприятий по ослаблению негативных последствий освоения ме­сторождений полезных ископаемых;
• контроля и оценки внедрения мероприятий по уменьшению вредного воздействия разработки месторождений.

6. В будущем нужна замена эпизодического контроля выброса загрязняющих веществ в атмо­сферу непрерывным автоматическим, с передачей результатов на центральный пульт управления.

Рисунок. Модель эколого-экономически сбалансированных взрывных работ в карьере (данные работы [11; 54])

В целом рассмотренные нами направления воздействия рудных месторождений на основные природные ресурсы окружающей среды позволяют сформировать необходимое множество управлен­ческих решений для обеспечения требуемого качества ресурсов и обосновать необходимые экологи­ческие параметры разработки того или иного месторождения в соответствии с постановкой задачи.

Возможности решения радиационно-экологических проблем добычи и переработки урановых руд

На протяжении последних десятилетий в Казахстане накапливаются радиоактивные отходы (РАО), получаемые в результате эксплуатации ядерных энергетических установок, разработки урано­вых месторождений, а также от ядерных взрывов на Семипалатинском испытательном полигоне (ядерные взрывы прекращены с начала 90-х годов прошлого столетия).

Обычно классификация РАО основывается на их агрегатном состоянии, происхождении (источ­никах образования), уровне радиоактивности, периоде полураспада радионуклидов и может быть представлена в виде таблицы.

На сегодняшний день суммарное количество РАО в республике оценивается в 240 млн. м³. Большую часть радиоактивных отходов (порядка 95 %) составляют отвалы и хвосты уранового про­изводства и грунт, загрязненный радионуклидами в результате эксплуатации нефтепромыслов [12; 38].

К сожалению, эти отходы расположены в местах их образования, под открытым небом и, как следствие этого, подвержены воздействию атмосферных явлений, в результате чего происходит по­степенный разнос радиоактивных веществ на большую территорию, а также их миграция в почву и грунтовые воды. Поэтому существует опасность попадания радиоактивных изотопов в пищевые це­почки. С каждым годом положение все более усугубляется.

Следует отметить, что в настоящее время существует еще одно не менее опасное направление радиоактивного загрязнения — бесконтрольное использование материала горнорудных отвалов при строительстве жилых и хозяйственных объектов.

При разведке горным способом раздробленная горная масса и руда складируются в отвалы, при этом обычно выделяются отдельные площадки для трех типов отвалов:

• рудные отвалы с промышленным содержанием рудного компонента;
• отвал забалансовых руд;
• отвал пустых пород.

Такая же градация соблюдается при промышленной разработке месторождений, если балансовая руда сразу не доставляется на обогатительную фабрику, где, в свою очередь, формируются радиоак­тивные отходы, образующиеся при переработке руды.

Таким образом, на уранодобывающих и перерабатывающих предприятиях создаются следующие типы хранилищ: терриконы и насыпи (отвалы), водоемы сбросных вод, хвостохранилища, спецмо­гильники.

Негативное воздействие радиоактивных отвалов на окружающую среду обусловлено тем, что все отвалы не закрыты с поверхности. Размещены они в различных природно-ландшафтных зонах респуб­лики — горных, равнинных, лесостепных и в зависимости от природных факторов — климатических, гидрологических, гидрогеологических — оказывают радиационное воздействие на окружающую среду прямым гамма-излучением, эманированием радона и аэрозольно-пылевым рассеянием, выносом урана и радия временными водотоками в горизонты грунтовых вод и местную гидрологическую сеть.

Поскольку атомная промышленность Казахстана и СНГ будет основываться в дальнейшем на надежной сырьевой базе урана, следует уделять главное внимание разработке и внедрению малоот­ходных и безотходных технологий — и в особенности — проблеме охраны окружающей среды и обеспечения радиационной безопасности — созданию на всех объектах отрасли экологически безо­пасной ситуации на основе снижения средних уровней содержания вредных химических веществ и естественных радионуклидов в основных элементах окружающей среды на 10-15 % предельно до­пустимых концентраций при одновременном сохранении объема выпуска товарной продукции, обес­печения рационального, сбалансированного природопользования и сбережения ресурсов.

По данным исследований [13; 33], при решении радиационно-экологических проблем процессов начальной стадии ядерного топливного цикла должны быть приняты пять основных руководящих положений:

а) снижение загрязнения окружающей среды твердыми, жидкими и газообразными естественными радионуклидами на 1/5-1/6 ПДК;

б) повышение коэффициента комплексности использования сырья до 0,9-1,0;

в)  повышение коэффициента использования (утилизации) отходов до 0,5-0,9;

г)  сокращение удельного расхода ресурсов на единицу товарной продукции на 10-15 %;

д) ассигнование на охрану окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов должно составлять не менее 4-5 % стоимости валовой продукции.

Многие месторождения урановых руд содержат ряд других ценных компонентов (P, Mo, Re, РЗЭ (рассеянные и редкоземельные элементы) и др.), большинство из которых являются вредными при­месями для урановых соединений, применяемых в атомной энергетике. Содержание этих компонен­тов обычно ниже промышленного минимума. Извлекать их самостоятельно нерентабельно. Но для получения чистых соединений урана необходимо полностью отделять от урана все сопутствующие элементы. При выщелачивании урана эти компоненты извлекают, а отделяют в процессе сорбции и экстракции. Комплексная переработка руд требует повышенного расхода реагентов, которые не сбра­сываются, а утилизируются в виде побочных продуктов (квасцов, удобрений) и используются по­вторно в процессах. Это существенно снижает безвозвратный расход реагентов и сводит к минимуму загрязнение окружающей среды.

Учитывая, что добыча и отработка месторождений урана и тория дают большое количество твердых и жидких радиоактивных отходов, а также летучих загрязняющих веществ, в будущем отхо­ды, содержащие торий, нужно удалять с достаточной тщательностью для сокращения интенсивности гамма-излучения до допустимых уровней.

Чтобы оценить радиоэкологическое воздействие при добыче и обработке урана и тория, необхо­димо тщательно изучить источники и пути облучения, связанные с диффузией радона и торона и пе­ремещением пылевых частиц, включающих изотопы урана, тория, их продукты распада. Потенци­альными источниками радиоактивности значительной величины, требующей внимания, являются следующие:

• выбросы при вентиляции подземного рудника, действия при добыче открытым способом, на­пример, взрывные работы;
• первичные стадии обработки, включая накопление руды, перевозку, измельчение и выщелачи­вание;
• завершающая стадия подготовки продукта, включая сушку и упаковку;
• хвосты предприятия по обработке и другие отходы производства.

В перспективе в свете реализации Госпрограммы форсированного индустриально-инновацион­ного развития республики охрана окружающей среды при разработке урановых руд должна быть ос­нована на применении малоотходных и безотходных технологий, использующих следующие важные научно-технические принципы:

а) минимизация объемов РАО во всех процессах горного и перерабатывающего производств за счет применения новейших достижений науки и техники;

б) радиоэкологически безопасная утилизация радиоактивных отходов горного производства в пределах самого производства или вне его: в промышленном и гражданском строительстве после тщательной проверки РАО на санитарно-гигиеническую их чистоту; переработка-кондиционирование РАО для изготовления новой продукции рыночного спроса;

в) надежная изоляция оставшейся части РАО от окружающей среды применением горнотехни­ческой, агробиологической и (или) строительной рекультивации техногенных новообразований (от­валов, хвостохранилищ, складов забалансовых руд), восстановление нарушенных земель и террито­рий.

Реализация рассмотренных выше основ решения радиационно-экологических проблем уранодо-бывающих и перерабатывающих предприятий в ближайшие годы обеспечит радиационную безопас­ность трудящихся при добыче и переработке руд и охрану окружающей среды обитания населения с минимальными расходами.

Список литературы

1. Уманец В.Н., Бугаева Г.Г., Завалишин В.С. и др. Перспективы освоения техногенных месторождений Казахстана // Научно-техническое обеспечение горного производства: Сб. науч. тр. ИГД им. Д.А.Кунаева. — Алматы: ИГД им. Д.А.Кунаева, 2002. — Т. 63. — С. 153-160.
2. Айсаутова С. Снижение накопления отходов ГМК // Промышленность Казахстана. — 2005. — № 5(32). — С. 62-64.
3. Досмухамедов Н., Меркулова В. и др. Переработка промышленных отходов и повышение экологической безопасно­сти производства // Промышленность Казахстана. — 2009. — № 6(57). — С. 30-33.
4. Сейдалы А.С. Кадастровая оценка техногенных образований Казахстана // Горный журнал Казахстана. — 2004. —№ 3. — С. 2-4.
5. Тусупова Б.Х., Ержигитова Ж. Т., Байгурин Ж.Д. К вопросу техногенной нагрузки на окружающую природную среду при разработке золоторудных месторождений // Горный журнал Казахстана. — — № 7(27). — С. 36-37.
6. Муканов Д. Металлургия Казахстана: состояние, инновационный потенциал, тренд развития. — Алматы: РГП «НЦ КПМС РК», — 290 с.
7. Муканов Д., Айсаутов М.А., Батпенов Т.Ж. и др. Траектория технологического развития металлургии Казахстана. —Алматы: РГП «НЦ КПМС РК», 2006. — 296 с.
8. Сычев А.П. КИВЦЭТный способ переработки полиметаллических сульфидных концентратов. — М.: ЦНИИЭЦветмет, 1978. — 48 с.
9. Богатырев М.Ф. К новой системе нормирования выброса загрязняющих веществ в атмосферу // Инновационные разработки и совершенствование технологий в горно-металлургическом производстве: МатериалыV междунар. конф.: в 2 т. 
10. Т. 2. Металлургия и экология. — Усть-Каменогорск: ВНИИЦветмет, 2009. — С. 333-340.
11. Калыбеков Т., Сулейменова Д. Рациональные пути обеспечения экологической безопасности при разработке место­рождений полезных ископаемых // Горный журнал Казахстана. — 2007. — № 6. — С. 19-21.
12. Зберовский А.В. Актуальные проблемы аэрологии и экологии карьеров Украины // Горный журнал. — 1999. — № 6.
13. С. 51-55.
14. Джуламанов Т. Решение проблемы захоронения накопленных радиоактивных отходов // Промышленность Казахста­на. — 2008. — № 2(47). — С. 38-39.
15. Котенко Е.А., Мосинец В.Н. Радиационно-экологические проблемы добычи и переработки урановых руд // Горный журнал. — 1995. — № 7. — С. 32-36.