IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ХВОСТОХРАНИЛИЩ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Зарипов Р.Р. 1

---

1ГБОУ "ЧОМЛИ"

Нуждина Е.В. 1

---

1ГБОУ "ЧОМЛИ"

Работа в формате PDF

387.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Проблема экологической безопасности при добыче и переработке минерального сырья остро стоит во всем мире, в том числе в России. В горнодобывающем производстве, цветной металлургии России накоплены десятки миллиардов тонн вскрышных пород, миллиарды тонн хвостов обогащения и сотни миллионов тонн металлургических шлаков. [2]

В Челябинской области остро встала проблема экологической безопасности, связанная с планированием строительства Томинского ГОК. И один из важных аспектов проблемы -эксплуатация хвостохранилища. В тоже время обычному жителю области мало что известно о том, что такое хвостохранилище, есть ли они в нашем регионе и какие проблемы возникали при их эксплуатации.

Гипотеза: хвостохранилища являются объектами, потенциально создающими экологический риск на используемой территории.

Итак, целью нашей работы является выявление существующих проблем и рисков эксплуатации хвостохранилищ на примере Челябинской области

Объект исследования: хвостохранилища

Предмет исследования: эксплуатация хвостохранилищ и возникающие чрезвычайные ситуации

В ходе работы нами были поставлены следующие задачи:

Разобраться в понятии «хвостохранилище».

Выявить теоретически существующие риски и найти подтверждение на примере российских хвостохранилищ.

Составить список имеющихся на территории Челябинской области хвостохранилищ, особенности их эксплуатации, существующие проблемы и чрезвычайные ситуации

Ознакомиться с материалами по хвостохранилищу Томинского ГОКа.

Подвести итог, сделать выводы

В начале нашей работы нами было проведено анкетирование 132 воспитанников лицея 8-11 класса, результат ниже:

1. Вопрос «Что такое хвостохранилище» правильно ответили только 3 % учащихся, 11 % только смогли написать, что это хранилище каких-то отходов производства,86 % затруднились ответить на этот вопрос.

2. Вопрос «Какие хвостохранилища Челябинской области вам известны?»

Смогли привести пример только 2% учащихся.

Таким образом, в связи со строительством Томинского ГОК, эта тема хоть и актуальна, но малоизвестна жителям Челябинской области.

Итак:

Хвостохранилище — комплекс специальных сооружений и оборудования, предназначенный для хранения или захоронения радиоактивных, токсичных и других отвальных отходов обогащения полезных ископаемых, именуемых хвостами. На горно-обогатительных комбинатах (ГОК) из поступающей добытой руды получают концентрат, а отходы переработки перемещают в хвостохранилище. [14]

По расположению на местности различают два основных типа хранилищ: равнинное и овражно-балочное.

Равнинное хвостохранилище имеет возвышающуюся над общим уровнем прилегающей местности дамбу, ограждающую чашу хвостохранилища со всех сторон или по большей части периметра (в зависимости от орографических особенностей района). Овражно-балочное хвостохранилище расположено в естественном положении местности (овраг, балка), его дамба не возвышается над общим уровнем окружающей местности и ограждает чащу только с одной стороны (в пониженной части рельеф). [8]

Старые хвостохранилища, выполненные без учёта фильтрации и других факторов, нередко становятся источником экологической опасности, в том числе, источником загрязнения почвенных вод и атмосферы.[14]

Хвостохранилища относятся к техногенно-образованным отходам, которые сформированы из веществ, не встречающихся в земной коре или с примесью таковых. Хвосты обогащения представляют собой пульпу, состоящую из смеси твердой и жидкой фаз. Твердая фаза представлена смесью минеральных частиц разного размера (от доли микрона до 3 мм). [3]

Чем в действительности являются хвостохранилища обогатительных фабрик с позиции их опасности для народного хозяйства и природной среды?

Проектирование хвостохранилищ обогатительных фабрик горно-металлургических предприятий жестко регламентируется рядом нормативных документов. Главным из них является Федеральный закон от 21 июля 1997 г. № 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений» с изменениями от 2000-2012 гг.

Согласно этому перечню, в категорию хранилищ жидких отходов попали и хвостохранилища, и водохранилища.

Во всех документах хвостохранилища рассматриваются как накопители жидких отходов, склонных к прорыву ограждающих дамб, к размыву проранов и пляжной зоны. Чем выше ограждающая дамба, тем выше класс гидротехнического сооружения и тем жестче требования к нему. Так, согласно СНиП 33-01-2003 «Гидротехнические сооружения. Основные положения», водохранилища с плотинами из грунтовых материалов отнесены к менее высоким классам, чем хвостохранилища с такой же высотой грунтовых ограждающих сооружений (табл., см. выписку из данного СНиП 33-01-2003).

В работах приведен анализ случаев разрушения дамб хвостохранилищ. При этом отмечено, что в СССР, несмотря на большое число построенных, законсервированных и эксплуатируемых хвостохранилищ, золошлакохранилищ и грунтохранилищ (гидроотвалов), катастрофических разрушений не было, хотя были случаи разрушения с растеканием грунтохранилищ и хвостохранилищ. Чаще всего отмечаются местные выходы на низовой откос фильтрационного потока, что сопровождается оплывами откоса. На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы.

1. Хвостохранилища обогатительных фабрик не являются «накопителями жидких промышленных отходов» по двум причинам. Во-первых, основной объем чаши хвостохранилища на 80–90 % заполнен твердыми консолидированными хвостами, не склонными к растеканию в случае разрушения ограждающей дамбы. Кроме того, хвосты являются потенциальным сырьем и все чаще вовлекаются в повторную переработку либо для до извлечения по новым технологиям основного полезного ископаемого, либо для извлечения попутного, ранее не востребованного компонента. По этой причине нельзя считать хвосты отходами. Во-вторых, жидкая фаза представлена оборотной водой, которая не является отходами.

2. При определении класса хвостохранилища, расчете развития гидродинамических аварий и размера вреда в результате аварии на хвостохранилище следует исходить не из высоты дамбы, а из высоты напора оборотной воды и ее объема в чаше.

3. Рекомендуется исключить из перечня «накопителей жидких промышленных отходов» нормативных документов, относящихся к проектированию гидротехнических сооружений, хвостохранилища и шламохранилища обогатительных фабрик и подобные хранилища, содержащие консолидированный не растекающийся материал.

4. Необходима корректировка существующих нормативных документов или разработка новых для проектирования хвостохранилищ и им подобных накопителей.[15]

Вероятность аварийных ситуаций. Одним из важных факторов является динамическая устойчивость хвостохранилищ. При намыве отходов рудообогащения в течение относительно длительного времени происходит процесс формирования структурных связей, под которыми подразумеваются связи между смежными минеральными частицами, оказывающими сопротивление перемещению этих частиц под внешним воздействием. По размерам ущерба, наносимого народному хозяйству, аварии подразделяются на три категории: 1) катастрофические, имеющие характер национального бедствия, которые смывают на своем пути строения и приводят к многочисленным жертвам; 2) местные аварии, в результате которых происходит временная остановка обогатительных фабрик. 3) локальные аварии отдельных элементов хвостового хозяйства. Например, разрушение сетей гидротранспорта хвостов или оборотного водоснабжения, нарушение местной устойчивости ограждающих дамб хвостохранилищ и т.п.

Борьба с загрязнением окружающей среды хвостами обогащения возможна с применением двух различных подходов:

1) подавление активности вредных элементов методом консервации хвостохранилищ. 2) полная очистка, предусматривающая удаление вредных компонентов или общую утилизацию отходов рудообогащения. [2]

Проживание на техногенно загрязненной территории может вызывать различные эффекты воздействия на здоровье, а именно: неблагоприятные (снижение веса, изменение активности ферментов), тяжелые (дисфункция органов, нервной системы) и катастрофические (смерть, уменьшение продолжительности жизни, инвалидизация). [7]

Примеры аварий на хвостохранилищах России:

Надежденский металлургический завод (Норильский промышленный район).В октябре 1995 года при достижении уровнем хвостохранилища отметки 286,8 м абс. произошел прорыв вод отстойного пруда хвостохранилища в нижний бьеф по грунтам основания. Фильтрационные воды с высоким содержанием загрязняющих компонентов (сульфаты, натрий, кальций) устремились в старое русло р. Буровой и по нему в рр. Ю. Ергалах, Дудинка, Енисей.

2. Прорыв дамбы на Карамкенском хвостохранилище цианидов (Магаданская область). Официальные СМИ сообщили: 29 августа 2009 года в Магаданской области произошел прорыв дамбы на речке Туманной. Эта дамба на речке Туманной на самом деле являлась хвостохранилищем Карамкенского ГОКа, и удерживала несколько миллионов тонн отходов золотодобывающего производства.

3. Солнечный ГОК (Хабаровский край). Осушение хвостохранилища породило серьезную экологическую проблему - пылевое загрязнение поселка Солнечный и прилегающей территории отходами обогащения.

В Челябинской области, площадь территорий, занятых отходами 10696, 574 га.

Проанализировав последний «Комплексный доклад о состоянии окружающей среды в Челябинской области» за 2014 год, можно увидеть, какие хвостохранилища распространены в области, действуют ли они, и являются ли санкционированными. Объекты и места размещения хвостохранилищ на территории Челябинской области по состоянию на 01.01.2015 г. можно увидеть в приложении № 1. Карта районов размещения хвостохранилищ дана в приложении № 2.

««Пиритовые поля – самая болевая точка последствий загрязнения Карабаша», – считает Сергей Денисов. – 120 гектаров пиритовых отложений – это результат прорыва хвостохранилища в конце 60-х годов и перемещения сюда массы отходов производства Карабашского завода. Настоящая экологическая трагедия. Раньше здесь был лес – деревья, травы. Сейчас – пустыня. Самое опасное – на расстоянии трех километров отсюда начинается Аргазинское водохранилище, воду из которого пьет и Челябинск. В результате этого прорыва было сброшено шесть миллионов кубометров пиритовых хвостов. Но сейчас здесь, в пойме Сак-Элги, лежит миллион кубометров отходов, а пять миллионов кубометров, по данным профессора Валерия Николаевича Удачина, уже находятся в самом Аргазинском водохранилище».

В 1988 году «Казмеханобр» по данным 30 проб, отобранных из шламовых полей, установил, что погребенные под шламовыми отложениями почвы являются токсичными, а шламовое поле в целом – высокотоксичным.

Кстати, хвостохранилище, о котором идет речь, было введено в эксплуатацию в 1974 году, складирование отходов медных и медно-цинковых хвостов осуществлялось до 1989 года. В 2000 году на анализ были взяты пробы дренажных вод этого хвостохранилища, и анализы показали превышение норм (в долях ПДК) по сульфатам в 8-10 раз, по железу – в 140, цинку – в 20-120, меди – в 30.[11]

Другой случай:

В Челябинской области ГК «Южуралзолото» оштрафовали за незаконную эксплуатацию хвостохранилища. Как установила природоохранная прокуратура Магнитогорска, в 2011–2014 годах компания осуществляла эксплуатацию хвостохранилища второй очереди без разрешения на ввод его в эксплуатацию. Объект предназначен для размещения отходов, которые образуются при добыче рудных полезных ископаемых. [1]

Пластский городской суд (Челябинская обл) приостановил строительство хвостохранилища третьей очереди Кочкарской ЗИФ, которое ведет ОАО "Южуралзолото ГК" (ЮГК), сообщает прокуратура Челябинской области. Кроме того, прокуратура направила в Пластский городской суд исковое заявление о возложении на ЮГК обязанности оборудовать отвал вскрышных пород карьера золоторудного месторождения Западный Курасан (вблизи пос.Горбуновский Верхнеуральского района Челябинской области) водоохранными сооружениями. Последняя проверка прокуратуры выявила, что из-под отвала, расположенного в 200-метровой границе водоохранной зоны р. Курасан, выходит загрязненная вода, в которой превышение нормативов по сульфатам в 5,42 раза, по магнию в 2,19, по марганцу в 29 раз, по цинку в 117 раз, по меди в 60 раз, по кадмию в 4,2 раза.

Емкость хвостохранилища на конечной отметке заполнения 482 млн. м3 определена, исходя из заданного количества перерабатываемой товарной руды по годам эксплуатации, с учетом коэффициента заполнения емкости 0,90. Количество уложенных хвостов за расчетный срок эксплуатации (22 года) составит 601 млн. т. Проектируемое хвостохранилище расположено на расстоянии 200,0 м от главного корпуса ОФ, в абсолютных отметках рельефа 273,00 ÷ 285,00 м, полезной площадью около 800 га. Хвостохранилище по способу заполнения – намывного типа (мокрое складирование), по месторасположению – равнинного типа. [6]

По другим хвостохранилищам области информация о проблемах не найдена.

Сейчас стоит вопрос о строительстве Томинского ГОК и, конечно, предполагается возведение хвостохранилища. С одной стороны, специалисты РМК говорят о безопасности эксплуатации хвостохранилища, с другой учёные пишут о возможных экологических проблемах. Таких, как:

По словам ученых, образовавшаяся в ходе эксплуатации хвостохранилища Томинского ГОКа депрессионная воронка может привести к понижению уровня грунтовых вод, и тогда Шершни просто высохнут. И это не единственная угроза.

Так, эксперты отметили, что хвостохранилище, которое планируется построить в ходе реализации проекта Русской медной компании, будет беспрецедентно большим для региона.

««Есть факторы, которые авторы проекта Томинского ГОКа не учитывали вообще», – говорит доктор географических наук Надежда Рассказова. – Из года в год в Челябинской области растет число опасных погодных явлений: смерчи, штормовые предупреждения и так далее. Сильный локальный смерч просто разнесет все эти хвостохранилища и при южном направлении ветра понесет все это на Челябинск. А юго-восточное направление ветра как раз преобладает в регионе на протяжении большей части года». [12]

Карта размещения Томинского ГОК дана в приложении № 4.

Итак, проанализировав теоретический материал, произошедшие аварии по России, состояние и проблемы хвостохранилищ Челябинской области можно подвести итог, какие существуют экологические риски при эксплуатации хвостохранилищ:

Прорыв вод отстойного пруда хвостохранилища в нижний бьеф по грунтам основания.

Прорыв дамбы

Пылевое загрязнение отходами обогащения

Вторая группа рисков, это недействующие и бесхозные хвостохранилища, что тоже приводит к экологическим проблемам.

При эксплуатации хвостохранилищ необходимо строго придерживаться инструкций и санитарных норм, а отработанные хвостохранилища необходимо консервировать.

Помимо предполагаемых рисков в ходе работы мы узнали о том, что проблемы и чрезвычайные ситуации с хвостохранилищами случались в России неоднократно, и что на территории Челябинской области тоже есть негативные последствия эксплуатации данных объектов.

Заключение

Выдвинутая гипотеза о том, что хвостохранилища являются объектами, потенциально создающими экологический риск на используемой территории, подтвердилась, аварии на хвостохранилищах происходили неоднократно. Выявлены несколько видов рисков, связанных с действующими и бесхозяйственными объектами.

Список литературы:

1. В Челябинской области ГК «Южуралзолото» оштрафовали за незаконную эксплуатацию хвостохранилища http://rusplt.ru/region-news/chelyabinsk/v-chelyabinskoy-oblasti-gk-yujuralzoloto-oshtrafovali-za-nezakonnuyu-ekspluatatsiyu-hvostohranilischa-268991/

2. Воздействие предприятий горнорудного комплекса башкирского Зауралья на состояние природной среды и здоровье населения прилегающих территорий http://www.rae.ru/fs/?section=content&op=show_article&article_id=7789202

3.Горнорудный техногенез http://www.fegi.ru/primorye/geology/tex.htm

4.Государственный реестр объектов размещения отходов http://www.clevereco.ru/groro/cheljabinskaja-oblast?page=3&sort=nearest_settlement.desc

5.Комплексный доклад о состоянии окружающей среды Челябинской области

в 2014 году/М-во радиац. и эколог.безопасности Челяб.обл.-Челябинск.2015

6.Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) намечаемой деятельности по добыче и переработке медно-порфировых руд Томинского месторождения с производительностью 28 млн. тонн руды в год и выпуском 10 000 тонн катодной меди в год, предусматривающей строительство объектов, связанных с размещением отходов

http://vk.com/doc-56308476_377697458?hash=0b6f44c2adb384e624&dl=cbd467edd56b0b4a96

7.Ревич Б.А. Загрязнение окружающей среды и здоровье населения. ‒ М., 2001. ‒ 212 с.

8.Санитарные правила по устройству и эксплуатации хвостохранилищ гидрометаллургических заводов и обогатительных фабрик, перерабатывающих руды и концентраты, содержащие радиоактивные и высокотоксичные вещества http://meganorm.ru/Data2/1/4293771/4293771832.htm#i32452

9.Суд приостановил строительство Кочкарского хвостохранилища ЮГК

http://www.gold.1prime.ru/legislation/monitoring/show.asp?id=35492

10.Техногенные катастрофы на хвостохранилищах http://cher-chel.livejournal.com/3876.html

11.Трагедия Урала http://cont.ws/post/126898

12.Ученые: Томинский ГОК оставит Челябинск без питьевой воды

http://urfo.org/chel/542762.html

13.Федеральный закон «О специальном техническом регламенте «О безопасности производственных процессов добычи, обогащения и переработки полезных ископаемых» (проект) http://www.amror.ru/zakon/prom_bezop.htm

14.Хвостохранилище https://ru.wikipedia.org/wiki/Хвостохранилище

15.Являются ли хвостохранилища накопителями жидких отходов

http://zolotodb.ru/articles/technical/10983

Приложение № 1

Объекты и места размещения хвостохранилищ на территории Челябинской области по состоянию на 01.01.2015 г.

Приложение № 2

Схема районов размещения хвостохранилищ в Челябинской области

Приложение № 3 Хвостохранилище в Карабаше

Приложение № 4 Схема размещения Томинского ГОК