Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Защита водных объектов от загрязения стоком с отвалов медно-цинковых руд (на примере Левихинского рудника)

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Защита водных объектов от загрязения стоком с отвалов медно-цинковых руд (на примере Левихинского рудника)"

РГБ ОД

2 э А,.? 23М

На правах рукописи

КОМИН АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ЗАЩИТА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СТОКОМ С ОТВАЛОВ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ РУД (НА ПРИМЕРЕ ЛЕВИХИНСКОГО РУДНИКА)

11.00.11. - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

. Д гч/ /

Екатеринбург 2000

Работа выполнена в отделе защиты водных объектов от загрязнений с водосборных территорий Российского научно-исследовательского института комплексного использования и охраны водных ресурсов (РосНИИВХ) г. Екатеринбург.

Научный руководитель:

доктор технических наук Ю.С.Рыбаков

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор В.Г.Березюк кандидат технических наук А.Н.Подуст

Ведущая организация:

Уральский научно-исследовательский и проектный институт медной промышленности «Унипромедь» (г.Екатеринбург)

Защита состоится 19 апреля 2000 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д.099.01.01 в Российском научно-исследовательском институте комплексного использования и охраны

Водных ресурсов по адрес)': 620049, г.Екатеринбург, ул. Мира, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского научно-исследовательского института комплексного использования и охраны водных ресурсов

Автореферат разослан и» марта 2000 г.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620049, г.Пкатеринб\ рг, ул. Мира, 23 РосШ ¡11ВХ

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.099.01.01

Ю.С.Рыбаков

(ъРЗб, ^22, о

222, О

Актуальность темы исследован»». Интенсивное развитие промышленности связано с загрязнением окружающей среды газовыми выбросами, сточными водами и техногенными образованиями. Как правило, сток, формирующийся на техногенной провинции и имеющий контакт с техногенными образованиями, загрязняется металлами, сульфат - и хлор-ионами, другими компонентами, содержание которых значительно превышает ПДК.

К одним из наиболее экологически опасных источников техногенного загрязнения относятся и отходы медно-цинковой промышленности, содержащие такие токсичные элементы как медь (ПДК 0,001 мг/дм3), цинк (ПДК 0,01 мг/дм3), железо (ПДК 0,3 мг/дм3) и другие ингредиенты. Типичным объектом медно-цинковой промышленности является Левихинский рудник (Свердловская область), в отвалах которого заскладированы окисленные и сульфидные забалансовые руды и минерализованные породы, то есть весь спектр отвальных руд и пород, имеющихся на других медно-цинковых рудниках, загрязняющих водные объекты.

Применяемые до настоящего времени 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 усиление негативного воздействия на окружающую среду техногенных образований выдвигает проблему восстановления и рационального использования, как отвалов, так и нарушенных территорий, на одно из первых мест. Этим объясняется актуальность исследований, посвященных рекультивации, как одному из наиболее эффективных способов борьбы с загрязнением водных источников.

Объектом настоящего исследования являются отвалы забалансовых руд и минерализованных пород Левихинского рудника, загрязняющие в настоящее время открытые и подземные водные источники.

Предметом исследования является динамика формирования загрязнения стоком с отвалов Левихинского рудника и извлечение металлов-загрязнителей из сточных вод сорбционным способом.

Цель исследования. Разработка комплексной технологической схемы по очистке отвалов медно-цинковых руд и вскрышных пород для защиты водных объектов от загрязнения.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- охарактеризовать химический состав стока в районе складирования отвалов забалансовых медно-цинковых руд и пород на Левихинском руднике;

- установить физико-химические характеристики и закономерности выщелачивания забалансовых руд Левихинского месторождения;

- установить оптимальные параметры очистки отвалов руд и пород от меди, цинка и железа;

- установить ингредиенты химического состава стоков, затрудняющие процесс ионообменного извлечения металлов-загрязнителей из сточных вод и разработать пути их устранения;

- разработать и обосновать технологическую схему очистки отвалов медно-цинковых руд и минерализованных пород для защиты водных объектов от загрязнения стоками с этих отвалов.

Илея работы состоит в использовании приемов и методов кучного выщелачивания для очистки отвалов медно-цинковых забалансовых руд и минерализованных пород.

На защиту выносится:

- закономерности изменения интенсивности выщелачивания металлов из медно-цинковых руд и пород месторождений Левихинского типа;

- технология химической рекультивации отвалов забалансовых медно-цинковых руд и пород без применения токсичных реагентов;

- технология сорбционного извлечения металлов-загрязнителей из сточных вод.

Научная новизна. Установлены основные параметры процесса выщелачивания меди и цинка из медно-цинковых руд с выделением этапов растворения сульфатных и оксидных форм, вторичных и первичных сульфидов меди и цинка.

Определена количественная взаимосвязь интенсивности процесса извлечения меди и цинка из некондиционных руд от основных технологических параметров процесса выщелачивания.

Установлены закономерности извлечения металлов в процессе ионного обмена в зависимости от технологии приготовления раствора.

Методика выполнения работы. Научные положения в диссертационной работе установлены с помощью методов химического, минералогического, фазового анализов, математической обработки результатов, обобщение полученных результатов графоаналитическим методом.

Практическая значимость. Впервые разработана комплексная технологическая схема по очистке отвалов медно-цинковых забалансовых руд и минерализованных пород для защиты водных объектов от загрязнения без использования токсичных реагентов.

Реализация результатов исследований. Разработан технологический регламент, технико-экономическое обоснование и инвестиционный проект для проектирования участка очистки отвалов забалансовых медно-цинковых руд и минерализованных пород Левихинского рудника.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на научно-технической конференции «Техноген-97», Екатеринбург, 1997; на III Международном симпозиуме и выставке «Чистая вода Рос-сии-97», Екатеринбург, 1997; на VII Международной выставке-семинаре «Уралэкология-97», Екатеринбург, 1997; на II Международном конгрессе и технической выставке «Вода: Экология и Технология» Экватэк-98, Москва, 1998; на VI Горно-геологическом форуме Международная выставка и конференция «Природные ресурсы стран СНГ», Санкт-Петербург, 1998; на научно-технической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов», Екатеринбург, 1999; на Международном научно-практическом семина-

ре «Планирование водохозяйственной деятельности в бассейне р. Тагил», Екатеринбург-Нижний Тагил, 1999.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 105 наименований, содержит 21 таблицу, 56 рисунков. Содержание диссертации изложено на 152 страницах машинописного текста.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, показана научная новизна и практическая ценность работы.

Глава 1. Анализ методов очистки сточных вод, сформированных на техногенных образованиях

Рассматривается состояние изученности проблемы рекультивации геокомплексов, нарушенных открытыми горными работами, а также методы очистки сточных вод от загрязнения техногенными образованиями, в первую очередь на предприятиях цветной металлургии.

К основным техногенным образованиям предприятий горнодобывающей и металлургической промышленности относятся отвалы и терриконы забалансовых руд, минерализованных пород, шлако- и золоотвалы, горные выработки, действующие и законсервированные шламо- и хвостохранилища станций нейтрализации и обогатительных фабрик и другие новообразования.

Как правило, сточные воды, сформированные на техногенной провинции, имеющие контакт с техногенными образованиями (а это в основном отвалы, шламы и хвосты обогащения руд), загрязнены металлами,, сульфат- и хлор-ионами и другими компонентами, содержание которых значительно превышает ПДК. Наибольшую угрозу водным объектам из-за загрязненного стока представляют отваты забалансовых руд и минерализованных пород цветной металлургии.

В качестве объекта исследований выбран Левихинский рудник. Причина выбора этого объекта следующая. Добыча руды на месторождении ведется уже более 40 лет. За это время было отработано месторождение Левиха X. Вскрышные породы и забалансовые руды, полученные при отработке этого месторождения, были складированы в отвалы на естественном неподготовленном основании и пролежали более 40 лет. В настоящее время эти отвалы находятся в стадии интенсивного естественного выщелачивания и сильно загрязняют поверхностные и подземные воды. Кроме того, в настоящее время встал вопрос о закрытии рудника, а это означает, что мероприятия, пусть и не достаточные, которые в настоящее время осуществляются на руднике для снижения загрязнения водных объектов будут прекращены. Это повлечет за собой еще более интенсивное загрязнение водных объектов. К тому же Левихинский рудник является типичным представителем медно-цинковых место-

рождений, залегающих в кислых породах, что позволит распространять разработанную для левихинских руд и пород технологическую схему на других медно-цинковых месторождениях подобного типа.

Одним из самых эффективных способов борьбы с загрязнением подот-вальным стоком водных объектов и улучшения ландшафтов является рекультивация этих отвалов. Анализ опубликованных материалов (Г.И.Махотина, Л.В.Моторина, Н.АЛукьянец) показал, что основное внимание уделяется частным проблемам, таким как, процессы почвообразования и восстановление растительного покрова. Комплексные исследования, направленные на изучение преобразования отвалов забалансовых руд и пород и защиту водных объектов от их загрязняющего действия, освещены слабо. На таких отвалах необходимо осуществить все три известных этапа рекультивации: горнотехническую, химическую и биологическую, В восстановлении нарушенных горнодобывающей промышленностью земель первым этапом является горнотехническая рекультивация. Однако чаще всего горнотехническая рекультивация не решает проблемы зашиты водных объектов от техногенного загрязнения. Поэтому проводят второй этап рекультивации - химическую рекультивацию, направленную на дезактивацию токсичных элементов и соединений. Химической рекультивации может быть осуществлена с применением приемов и методов кучного выщелачивания, которое позволит не только защитить водные объекты от загрязнения стоками с отвалов, но и извлечь из них цветные металлы в товарную продукцию. Таким образом, кучное выщелачивание, как метод химической рекультивации, позволяет решать проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

Кучное выщелачивание, по определению В.Ж.Аренса, А.И.Калабина и других, заключается в химическом и бактериально-химическом растворении из отвалов руд и пород цветных и редких металлов с последующим выделением их в товарную продукцию. Однако применяться кучное выщелачивание должно в комплексе с методами рекультивации, чтобы избежать загрязнения водных объектов.

Для кучного выщелачивания медно-цинковых руд и пород, по данным исследований Б.Д.Халезова и Ю.С.Рыбакова, наиболее пригодна сернокислотная схема выщелачивания.

Наиболее эффективным методом извлечения меди и цинка из растворов выщелачивания является сорбция на ионообменных смолах, так как только этим методом можно осуществлять глубокую очистку, не внося другие загрязнители, как это происходит при реагентной очистке.

Глава 2. Гидрогеологические условия и современное состояние объектов загрязнителей Левихинского рудника

Левихинский рудник находится в п. Левиха Свердловской области и эксплуатируется открытым акционерным обществом «Кировградский медеплавильный комбинат».

В настоящее время на Левнхинском руднике имеется четыре основных источника загрязнений: шахтные воды, отвалы минерализованных пород и забалансовых руд, подотвальные инфильтрационные воды, шламы от нейтрализации шахтных и подотвальных вод.

Основными элементами-загрязнителями в сточных водах являются медь, цинк, железо, алюминий, сульфат-ион.

Так как отвалы складированы на неподготовленное естественное основание, то была проведена оценка влияния процесса выщелачивания на гидрогеологические условия месторождения. Установлено, что отвалы находятся в зоне воронки депрессии, возникшей в результате шахтного водоотлива. Были определены фильтрационные характеристики покровных отложений. Средний коэффициент фильтрации покровных отложений по расчетам составил 0,005 м/сут.

Среди генетических типов отложений максимальные показатели характерны для почвенного слоя и элювия, а минимальные отличают делювиальные образования.

Фильтрационные свойства покровных отложений имеют минимальные значения коэффициента фильтрации в средней части слоя. Наибольший разброс значений коэффициента фильтрации наблюдается в приповерхностной зоне. Вероятно, данное явление связано с тем, что ниже почвенного слоя находится зона вымывания, куда выносятся мелкие частицы фунта при фильтрации через почвенный слой, а также наблюдается переход к ненарушенному делювию. В свою очередь, высокие фильтрационные показатели почвенного слоя связаны с жизнедеятельностью растений и различных микроорганизмов.

Рассматривая фильтрационный разрез по глубине, можно выделить в интервале от 4 до 10 м слой с выраженным понижением фильтрационных свойств. Наличие такого интервала в разрезе покровных отложений следует объяснять затуханием действия приповерхностных факторов, увеличивающих проницаемость, и отсутствием в связи с недостаточной глубиной первичной структуры и включений скальных пород. Важное значение имеет также снижение действия факторов физико-химического выветривания.

Была проведена оценка водного баланса территории расположения отвала забалансовых руд. Расчетами установлено, что ежесуточно из-под отвалов будет вытекать 2855,06 м3 растворов выщелачивания.

Инфильтрация растворов на участке кучного выщелачивания может происходить, главным образом, из-под рекультивируемого отвала и прудков. Расчетами установлено, что инфильтрация из-под отвала забалансовых руд составит 0,26 м7сут, а из-под прудков она составит не более 0,1 м3/сут.

Глава 3. Исследования выщелачивания загрязнителей (меди,

цинка и железа) из забалансовых отвальных руд и пород

Основная часть исследований была проведена на пробе забалансовой руде, так как закономерности выщелачивания метхпов-загрязнителей из нее

примерно такие же, как из минерализованных пород. Для лабораторных исследований было отобрано по одной представительной пробе руды и породы массой 20 кг каждая. По известным методикам пробы были подготовлены для исследований и определен их химический, фазовый и гранулометрический состав. По данным химического анализа содержание в пробе забалансовой руды меди 0,71%, цинка 0,26% и железа 3,98%, а в породной пробе меди 0,16%, цинка 0,031%, железа 4,56%. Было установлено, что до 30% меди находится в оксидной и сульфатной форме, до 15% в форме вторичных относительно легкорастворимых сульфидов и до 55% - в форме первичных труднорастворимых сульфидов. Основная часть цинка находится в форме первичных сульфидов - до 90%, остальное в форме оксидов и сульфатов. Гранулометрический состав отвальной руды и породы (более 30% находится в классе крупности менее 5 мм) предопределяет низкую скорость просачивания растворов.

Исследования выщелачивания меди и цинка начинали на крупностях породы менее 10 мм на соответствующих перколяторах, вмещающих 100-300 г. При этом устанавливали область оптимальных факторов процесса, которые затем проверяли на крупностях породы от 30 мм и менее. Балансовые опыты по проверке всей технологической схемы проводились как на крупностях породы от 30 мм и менее в лабораторных условиях. При проведении балансовых опытов процесс проводили в режиме замкнутого оборота растворов, включающего извлечение металлов в товарную продукцию, регенерацию растворов и подачу их вновь на выщелачивание.

Изучались зависимости извлечения меди и цинка от основных технологических параметров процесса выщелачивания: концентрации серной кислоты, плотности орошения и паузы между орошениями. В результате исследований установлены оптимальные параметры выщелачивания: концентрация серной кислоты 1-3 г/дм3, плотность орошения 60-100 дм3/т и пауза между орошениями 4 суток. Кроме того, установлено:

- выщелачивание породы и руды шахтными и подотвальными водами без предварительного извлечения из них меди и цинка неоправданно;

- при переходе от крупности лабораторного выщелачивания к естественной крупности скорость выщелачивания снижается более чем на порядок;

- выщелачивание меди и цинка из руды и породы можно вести без специальной добавки серной кислоты и сульфата железа (III) раствором после сорбционного извлечения этих металлов.

В оптимальном режиме были продолжены исследования зависимости извлечения меди и цинка от продолжительности выщелачивания (рис.1). В результате проведенных исследований установлено, что процесс выщелачивания можно разделить на три этапа. Процесс на первом этапе, как видно из рис.1 идет достаточно интенсивно. Это связано с тем, что руда и порода в процессе более чем тридцатилетнего лежания в отвале насытилась кислотой, что подтверждается низким удельным расходом серной кислоты. В результате этого часть вторичных сульфидов окислилась. И поэтому в настоящее вре-

мя в ней уже происходят процессы интенсивного выщелачивания, которые обозначены как этап I. В этот момент происходит растворение в основном сульфатов и оксидов меди и цинка. На этапе II растворяются оксиды и вторичные сульфиды меди, а также оксиды и сульфиды цинка, находящиеся в нарушенных зернах сфалерита. На этапе III скорость процесса растворения металлов резко снижается. В этот период основная масса оксидов и вторичных сульфидов выщелочена, а растворение первичных сульфидов идет крайне медленно.

Удельный расход серкой кислоты, как показано на рис.1, менее 1 т на 1 т выщелоченного металла (медь + цинк). Этот факт указывает, что процесс выщелачивания металлов происходит в основном за счет окислителя и растворителя, нарабатываемого в руде.

Е, %

Продолжительность выщелачивания, сут

Концентрация серной кислоты 1 г/дм3 Плотность орошения 100 лм3/т Пауза между орошениями 1 сут

Рис.1 Зависимость извлечения меди (1), цинка (2) и удельного расхода серной кислоты (3) от продолжительности выщелачивания пробы забалансовой руды Левихинского месторождения крупностью до 10 мм

Так как после выщелачивания в теле отвала остается некоторое количество легкорастворимых соединений металлов-загрязнителей, то были проведены исследования по переводу их в нерастворимое состояние. В нашей работе для фиксации загрязнителей в отвалах мы использовали сульфидизацию оставшихся после выщелачивания растворимых соединений металлов путем орошения раствором девятиводного сульфида натрия. Концентрации меди, цинка и железа в выходящих растворах, как показали проведенные анализы, были близки к ПДК вод хозяйственно-питьевого назначения.

Глава 4. Исследования по ионообменному извлечению металлов - загрязнителей

Исследования по извлечению меди и цинка из растворов выщелачивания с помощью ионообменных смол проводились на установке, приведенной на рис.2.

В первой серии опытов без предварительной обработки растворов было изучено поглощение меди и цинка в присутствии иона Ре3т. Это наиболее упрощенный вариант ионного обмена, т.к. в подготовительной стадии не было использовано никаких реагентов. Кислотность исследуемых растворов соответствовала значению рН рудничной воды. В результате проведенных исследований установлено, что наиболее интенсивно сорбируются медь, алюминий, железо и цинк. Причем алюминий и железо резко ухудшают процесс сорбции меди и цинка. Поэтому необходимо провести предварительную обработку растворов перед сорбцией.

Во второй серии экспериментов была проведена предварительная обработка растворов с целью восстановления трехвалентного железа. В итоге, в растворах образовалось высокое содержание Те2* по отношению к концентрации меди и цинка. При добавлении сульфита натрия значение рН раствора не изменилось. Установлено, что, если снизить концентрацию трехвалентного железа с помощью восстановителей, можно значительно повысить извлечение меди, а также алюминия и цинка. Ионы двухвалентного железа в этих условиях не оказывают заметного влияния на процесс ионообмена.

После предварительной обработки поглощение меди было изучено еще раз со скоростью пропускания раствора 1, 2 и 3 дм/ч, без мешающих ионов трехвалентного железа. Установлено, что оптимальная скорость пропускания раствора 1 дм/ч, так как концентрация меди в элюате может доходить почти до 24,5 г/дм3, а для других ионов изменение скорости пропускания раствора не оказывает существенного влияния на их поглощение.

При добавлении восстановителей значение рН снижалось до 2, что соответствует значению рН инфильтрационной воды отвалов. Влияние мешающих ионов в растворе устранялось и регулировалось варьированием значения рН.

Исследуемый раствор/ иода для промывки Кислоты

Рис.2 Лабораторная установка для ионного обмена

1.Основная емкость 2.Минималышй уровень З.Емкость для кислот 4.3апорный кран 5.Запорный кран

6.Трехходовой кран

7.Воронка со шлангом

В.Трехходовой кран 9.Перистальтический насос Ш.Трехходовой край 11 .Трехходовой кран П.Трехходовой кран 1З.Теплоизолирующий корпус Н.Стеклянная колонка

15.Подвижный фильтр

16.Слой ионообменной смолы П.Неподвижный фильтр 18.Трех.\одовой кран 19.0тбор пробы

20./21 ./22. Сточная вода

В третьей серии опытов способом частичной элюации перед проведением регенерации наряду с железом были вытеснены и другие мешающие металлы, такие как алюминий и цинк. Частичная элюация проведена с помощью солянокислых растворов при рН 2 и 1,7.

Несмотря на понижающуюся концентрацию железа в конце частичной элюации, при полной регенерации можно зарегистрировать достаточно высокую концентрацию железа. Это относится, прежде всего, к трехвалентному железу, которое не полностью восстанавливается в процессе предварительной

обработки раствора перед ионообменом. Поэтому был сделан вывод, что перед восстановлением Ре3+ до Ре2+ необходимо провести осаждение ионов Ре3+.

В четвертой серии опытов было использовано осаждение из раствора ионов Ре3+, а затем восстановление оставшихся ионов Ре3+до Ре21. Осаждение железа из шахтных вод проводилось с помощью 1 н раствора едкого натра. Установлено, что из растворов уже при рН=3,5 практически полностью осаждается железо в виде Ре(ОН)3. Дальнейшее повышение рН ведет только к значительному снижению в растворах концентраций меди и цинка, что в дальнейшем сказывается на качестве элюатов. Поэтому рекомендуется проводить осаждение при рН=3,5. В этой серии опытов во всех элюатах концентрация меди была доведена до значения 21,5 г/дм3.

В пятой серии опытов к инфильтрационной воде отвалов, также были применены оба вида предварительной обработки - осаждение железа с помощью 10 н растворов едкого натра и гидроокиси кальция и восстановления оставшихся ионов Ре3+до Ре2+.

В начале было уменьшено общее количество трехвалентного железа в растворе, который при рН 2 был направлен на ионообменную колонку. Было установлено, что увеличенная в 10 раз, по сравнению с рудничной водой, концентрация железа становится заметной по его содержанию в элюате. При столь высокой концентрации железа всегда существует опасность прохождения окислительных процессов, следствием которых является появлением трехвалентного железа в растворе.

Глава 5. Разработка технологической схемы рекультивации

отвалов забалансовых руд и минерализованных пород Левихинского медно-цинкового месторождения

На основании проведенных исследований была разработана технологическая схема обезвреживания отвалов Левихинского рудника, приведенная на рис.3. Она включает следующие операции:

- горнотехническую рекультивацию отвалов;

- выщелачивание отвальной руды и породы оборотными растворами после сорбционного извлечения металлов при оптимальных параметрах с целью извлечения главных загрязнителей меди, цинка и железа;

- извлечение меди и цинка из продуктивных растворов сорбцией на ионообменных смолах, десорбция и электролиз;

- суяьфидизация оставшихся легкорастворимых соединений металлов-загрязнителей в теле отвала;

- водная промывка отвала;

- биологическая рекультивация отвала.

Регенерированные воды на выщелачивание

Рис.3. Технологическая схема очистки отвалов забалансовых мсдпо-щшконых руд н пород Левихинского типа

Согласно этой схеме подотвальные воды и растворы выщелачивания собираются и отстаиваются в головном прудке. После отстаивания они направляются на сорбдионную установку. Сюда же подаются и шахтные воды. Нами рекомендуется шахтные воды подавать на сорбцию сразу после подъема из шахты, так как в этот момент железо в шахтной воде на 70-80% находится в двухвалентной форме, которое не сорбируется. После сорбции раствор следует подавать не на отвал, а в хвостовой прудок-регенератор для окисления двухвалентного железа до трехвалентного, что усилит реакционную способность растворов. Нами было установлено, что двухвалентное железо в шахтных водах за сутки окисляется на 90-95% до трехвалентного состояния. Это происходит как за счет воздействия кислорода из атмосферного воздуха, так и за счет деятельности тионовых бактерий типа Th.Ferrooxidans. Количество бактерий на породе было определено в лаборатории института "Унипромедь" и составило 10000 клеток/г. Из хвостового прудка вода насосом подается на выщелачивание отвала забалансовых руд или породный отвал. Дебалансовые воды направляются на станцию нейтрализации, где они нейтрализуются известковым молоком, а затем после отстаивания сбрасываются в открытую гидрографическую сеть. Насыщенный металлами сорбент подвергают десорбции раствором серной кислоты на первом этапе, а в последующем раствором серной кислоты и оборотным электролитом после электролиза меди и цинка. После десорбции сорбент возвращают на очистку подотвальных, шахтных вод и растворов выщелачивания. Элюат после десорбции подвергают электролизу меди, и после накопления и очистки от железа - электролизу цинка. В результате электролиза и очистки получают товарную продукцию: рафинированные медь и цинк и железный кек, который может быть использован для приготовления краски.

После извлечения из отвала основного количества легкорастворимых соединений меди, цинка и железа производится сульфидизация оставшихся соединений сероводородсодержащим раствором.

Сульфидизированный отвал после водной промывки подвергают биологической рекультивации, например, вносятся семена трав с помощью гидравлической сеялки.

Технико-экономические показатели разработанной схемы приведены в табл. 1.

В работе был рассчитан предотвращенный экологический ущерб р. Jle-виха по следующим ингредиентам: медь, цинк, железо, сульфаты и взвешенные вещества, а также проведена оценка величины предотвращенного в результате природоохранной деятельности ущерба от загрязнение земель химическими веществами согласно временной методике определения предотвращенного экологического ущерба. Общая величина предотвращенного экологического ущерба приведена в табл.1.

Таблица 1

Технико-экономические показатели процесса

№ п.п. Наименование показателей Единица измерения Величина Показателя

1 Содержание в руде: меди цинка % % 0,71 0,26

2 Содержание в породе: меди цинка % % 0,16 0,031

3 Возможное извлечение металла из руды % 70

4 Минимальное содержание в породе: меди цинка % % 0,075 0,2

5 Продолжительность выщелачивания руды для достижения 70%-го извлечения металлов лет 5

6 Продолжительность выщелачивания породы для достижения 40%-го извлечения металлов лет 10

7 Среднее количество получаемых в год: меди цинка т т 250 80

8 Численность трудящихся на участке чел. 15

9 Среднемесячная заработная плата одного работника тыс. руб. в месяц 2,0

30 Цена 1 т: катодной меди катодного цинка тыс. руб. тыс. руб. тыс. руб. 59,4 35,1 усреднено: 53,51

11 Стоимость произведенной продукции в год тыс. руб. 17658

12 Капитальные затраты на рекультивацию: отвал забалансовых руд породный отвал тыс. руб. ТЫС. руб. 9636,133 37668,38

13 Годовая прибыль при извлечении меди и цинка из забалансовых руд тыс. руб. 5413,29

14 Окупаемость капитальных затрат на рекультивацию отвала забалансовых руд лет 2

15 Предотвращенный экологический ущерб тыс. руб./год 18600

выводы

1. Главными загрязняющими элементами стока с отвалов забалансовых руд и вскрышных пород Левихинского рудника являются медь, цинк и железо. Рудные минералы достаточно легко растворяются и загрязняют окружающую среду.

2. Проведены исследования по сернокислотному выщелачиванию легкорастворимых соединений меди, цинка и железа из руд и пород. При этом установлено, что процесс можно вести без дополнительного использования серной кислоты - раствором после сорбционного извлечения металлов. В результате исследований определены оптимальные параметры выщелачивания: концентрация серной кислоты 1-3 г/дм", плотность орошения 60-100 дм3/т, пауза между орошениями 4 суток.

3. В результате проведенных исследований определены оптимальные параметры сорбции основных металлов-загрязнителей (медь и цинк) из растворов выщелачивания и шахтных вод Левихинского рудника.

4. Установлено, что ряд металлов, в первую очередь железо (концентрация более 1000 мг/дм3), алюминий (концентрация более 2000 мг/дм3) мешают сорбционному извлечению меди и цинка из растворов выщелачивания и шахтных вод Левихинского рудника.

5. Исследованы методы предварительной очистки вод направляемых на сорбцию. Для предварительной очистки их рекомендуется использовать процессы осаждения трехвалентного железа обработкой воды раствором едкого натра и восстановление трехвалентного железа, а также комбинированное применение этих способов. При этом установлено, что оптимальным при осаждении является рН=3,5.

6. Разработана комплексная технологическая схема очистки отвалов медно-цинковых руд и пород без дополнительного использования серной кислоты - раствором после сорбционного извлечения металлов, включающая горнотехническую рекультивацию, химическую рекультивацию, извлечение загрязнителей в товарную продукцию, промывку водой и биологическую рекультивацию. Осуществление разработанной схемы позволит защитить водные объекты от загрязнения стоком с отвалов.

7. При химической рекультивации отвалов забалансовых руд и вскрышных пород Левихинского рудника общее извлечение легкорастворимых соединений меди и цинка составит более 90%, что соответствует 70%-ному извлечению их из забалансовых руд и 40%-ному извлечению их из вскрышных пород. Капитальные затраты на рекультивацию отвала забалансовых руд и породного отвала составят соответственно 9636,133 тыс. руб. и 37668,38 тыс. руб. Окупаемость капитальных затрат составит для отвала забалансовых руд 2 года. При этом будет получена прибыль от реализации товарной продукции 5413,29 тыс. руб./год, а предотвращенный экологический ущерб окружающей среде ежегодно составит 18,6 млн. руб.

8. Разработанную технологическую схему можно применять на других медно-цинковых месторождениях Левихинского типа.

Содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Очистка отвалов руд и пород от экологически опасных загрязнителей водных объектов //Материалы Всероссийской конференции «Управление устойчивым водопользованием». — М.-Екатеринбург: РосНИ-ШЗХ, 1997.- С. 163-165 (Соавторы: Рыбаков Ю.С., Блинков О.Г., Орт-вайн Б.).

2. Переработка техногенных образований как способ защиты водных объектов от загрязнений // Тезисы докладов научно-технической конференции «Техноген-97» .-Екатеринбург, 1997.- С.19-20 (Соавторы: Рыбаков Ю.С., Кутищев В.Г., Ортвайн Б., Блинков О.Г.).

3. Разработка технологических схем химической рекультивации отвалов руд и минерализованных пород //Тезисы докладов научно-практического семинара на международной выставке «Уралэкология-97».-Екатеринбург, 1997,- С.76-77 (Соавторы: Рыбаков Ю.С., Блинков О.Г.).

4. Защита реки Тагил от загрязнения сточными водами Левихинского рудника //Материалы международного симпозиума «Чистая вода Рос-сии-97».-Екатеринбург, 1997,- С. 44-45 (Соавторы: Рыбаков Ю.С., Яковлев С.Г., Кутищев В.Г., Ортвайн Б.).

5. Очистка и утилизация стока, сформированного на отвалах предприятий цветной металлургии // Тезисы докладов И Международного конгресса и технической выставки «Экватэк-98» Вода: Экология и технология.- Москва, 1998.- С. 450-451 (Соавторы: Рыбаков Ю.С., Яковлев С.Г.).

6. Защита водных объектов от загрязнения стоком с техногенных образований //Тезисы докладов VI Горно-геологического Форума «Аква-терра-98».-Санкт-Петербург, 1998.- С. 220-221 (Соавторы: Рыбаков Ю.С., Яковлев С.Г.).

7. Очистка отвалов руд и пород месторождения Левиха «X» от экологически опасных загрязнителей водных объектов //Тезисы докладов научно-технической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов».- Екатеринбург, 1999.- С.147.

8. Обезвреживание отвалов забалансовых руд и минерализованных пород Левихинского медно-цинкового месторождения // Водное хозяйство России.- Екатеринбург: РосНИИВХ, 1999.- т.1- №2,- С. 110-120 (Соавторы: Рыбаков Ю.С., Яковлев С.Г.).

9. Защита реки Тагил от загрязнения техногенными образованиями //Тезисы докладов 4-го Всероссийского научно-практического семинара «Чистая вода»,- Тюмень, 1999,- С. 44-45 (Соавторы: Рыбаков Ю.С., Рыбаков С.Ю., Каршибаева О.В.).

10.Предотвращение поступления загрязняющих веществ с техногенных образований Левихинского рудника в реку Тагил //Со.тр. международного научно-практического семинара «Планирование водохозяй-