ПРОГНОЗ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПРИ РАЗРАБОТКЕ ВАЛЕНТОРСКОГО МЕДНОКОЛЧЕДАННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
МЕТОД-АНАЛОГИЙ, СТЕХИОМЕТРИЯ, ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОТРАБОТКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
1. Химизм процесса и условия формирования дренажных вод
2. Кислотность-щелочность подземных вод как показатель состояния
3. Краткая геохимическая характеристика Валенторского медноколчеданного месторождения
4. Гидрохимия подземных и поверхностных вод Валенторского месторождения
5. Прогноз состава рудничных вод Валенторского месторождения
6. Основные выводы и рекомендации по снижению влияния отработки месторождения на окружающую среду
7. Куда девается сера, вывезенная  с рудника?
1. Химизм процесса и условия формирования дренажных вод
При отработке месторождения происходит существенная трансформация химического состава как поверхностных вод (сформировавшихся в пределах отвалов и рудных складов), так и подземных вод, каптированных карьерным водоотливом.
Экскавация пород и искусственное увеличение мощности зоны аэрации за счет развития депрессионной воронки приводит к окислению сульфидов с образованием серной кислоты. Наглядно этот процесс можно рассмотреть на примере окисления пирита
2FеS2 + 7О2 + 2Н20 = 2 FеSО4 + 2Н2SО4 (1)
Сульфат двухвалентного железа в свою очередь окисляется в сульфат трехвалентного железа
12FеSО4 + 6Н20 +302 -» 4Fе2(SО4)3 + 4Fе(ОН)3 (2)
Сульфат трехвалентного железа является сильным окислителем и способен окислять пирит, при этом в условиях недостатка кислорода может образоваться элементарная сера.
FеS2 + Fе2(SО4)3 -» FеSО4 + S (3)
В реальных условиях происходит восстановление сульфата трехвалентного железа до сульфата двухвалентного железа и связывание элементарной серы.
2S + 6 Fе2(S04)3 + 8Н20 = 12FеS04 + 8Н2SО4 (4)
Процесс окисления протекает по схеме цепной реакции, поскольку продукты реакции регенерируют вещества способные ускорять процесс окисления сульфидов. Эти реакции протекают с выделением тепла и хорошо иллюстрируют процесс самовозгорания сульфидных отвалов.
В зоне аэрации процесс сводится к окислению сульфидных руд сульфатами трехвалентного железа, при этом образуется серная кислота, способствующая лучшей миграции сульфатных соединений.
Наибольшая концентрация сульфатных рассолов образуется в подотвальных водах в период недостаточного увлажнения.
Химический состав дренажных вод зависит от множества факторов, к ним относятся:
- химический состав и структура исходных руд;
-водоприток;
-длительность отработки;
- условия формирования дренажных вод.
Окисленные и вторично измененные руды значительно легче преобразуются в сульфатные формы, кроме того они, как правило имеют прожилковую структуру, причем рудный материал менее прочный по сравнению с вмещающими породами и при взрывах и экскавации легче обнажается, что в свою очередь способствует его более полному переводу в раствор.
Больший водоприток увеличивает долю неизмененных вод, что за счет разбавления уменьшает концентрацию загрязняющих компонентов в общем объеме дренажа. Длительность отработки увеличивает время контакта руд и пород с естественными окислителями    (кислород,    бактерии),    что    значительно    увеличивает    концентрацию язняющих веществ.
Если    в    формировании    дренажного    водоотлива    участвуют    минерализованные одотвальные воды или происходит хотя бы частичный перехват сбрасываемых вод из отводных каналов, химический состав воды зумпфового водоотлива значительно изменится за счет выщелачивания руды на пути отвалы-зумпф карьера.
Учитывая вышеизложенное количественный прогноз химического состава дренажных вод может быть только ориентировочный, выполненный с использованием данных наблюдений на месторождениях - аналогах.
Вверх
2. Кислотность-щелочность подземных вод как показатель состояния окружающей среды
Наиболее важным фактором состояния окружающей среды и особенно водной является ее кислотность-щелочность и для сохранения экологического равновесия необходимо поддерживать их баланс как в локальном, региональном, так и глобальном масштабе (Ellis K.V. et al, 1989;Lahermo, 1991;Брусницын , 1991 и др).
Щелочность или способность воды  противостоять закислению определяется содержанием в ней солей слабых кислот, слабых и сильных оснований но, в основном, гидрокарбонатных, карбонатных и гидроксилmных ионов, которые образуются по типу:
С02 + СаСОз + Н20 = Са(НС03)2 (5)
Кислотность или способность воды противостоять подщелачиванию определяется в основном содержанием в ней кислых солей серной, соляной и азотной кислот.
Главным химическим элементом, определяющим состояние окружающей среды при разработке Валенторского медноколчеданного месторождения является сера и ее различные соединения, среди которых наиболее важны сульфиды и сульфаты. Это связано с тем, что ctра по содержанию в рудах (в молекулярном выражении) преобладает над всеми элементами, слегка уступая кремнию (таблица 1.). Особенно важно то, что сера по давлению на экосистемы стоит на первом месте среди других элементов (Иванов В.В. , 1994).
Кислотность определяется титрованием кислых вод стандартным раствором сильных щелочей (0.1 Н NаОН) (Брусницын , 1991;Ellis K.V. et al, 1989 и др.). На рис.1. показана зависимость кислотности от рН кислых вод полученных при окислении руд Сафьяновского месторождения, однако это единичные замеры и, несмотря на высокую корреляцию, этих данных недостаточно для оценки кислотности по величине рН. Поэтому при проведении мониторинга за водами при отработке месторождения рекомендуется с другими показателями определять кислотность вод при рН ниже 4,3-4,5. Так как этот показатель по равнению с рН является технологическим и показывает минимальное количество известкового молока необходимое для нейтрализации вод. При установлении четкой статистической модели в будущем можно отказаться от определений этого показателя в каждой пробе и ориентироваться на его значения по величине рН,
Нейтрализация в силикатных породах происходит по типу превращения полевого шпата в каолинит:
2КАlSi3О8 +Н2S04 + Н2О -» А12Si205(ОН)4 + 4SiO2 + 2К+ + SО4-2 (сульфат-ион) (6)
Процесс очистки воды, при отработке медноколчеданных месторождений обычно проводится в две стадии: - нейтрализация и дополнительное осаждение сульфатов.
Первая стадия заключается в добавлении известкового молока к рудничной воде, перемешивание и отстаивание взвеси. При этом протекают две основные реакции:
1)    Нейтрализация
Н2S04 + Са(ОН)2 = СаS04| + 2Н20 (7)
2)    Осаждение гидроокислов металлов и гипса
МеSО4 + Са(ОН)2 = Ме(ОН)2| + СаSО4|(8)
Вторая   стадия   доочистки   воды   проводится   с   различными   видами   оксихлорида алюминия:
6СаS04+2А12(ОН)5С1+7Са(ОН)2 = 2(ЗСаО*А1203*ЗСаS04)|+СаС12+12Н2О (9)
Вторая стадия доочистки проводится в связи с тем,. что концентрация, близкая к равновесной для гипса, составляет около 1500 -2000 мг/л, а это существенно превышает ПДК для рыбохозяйственных целей и нормы для сельскохозяйственного орошения. Однако три этом воды незначительно обогащаются хлором.
Применение сульфата алюминия по аналогии с Сафьяновским месторождением (Информационный, 1999) в условиях сульфатной среды нерационально так, как фактически при этом вода подкисляется серной кислотой и вносятся дополнительные сульфаты алюминия, которые и так присутствуют в водах с избытком (Брусницын , 1991, Heinrich, 1990)
 Аl2(SО4)з + 6Н2О -> 2Аl(ОН)3 + 6Н+ + 3SО4-2 (сульфат-ион) (10)
Это, не говоря о дополнительном загрязнении водной среды токсичными веществами: серой и алюминием, также не выгодно и экономически, так как если осаждение идет по типу ((ЗСаО*А12О3*ЗСаSО4)|) алюминий выводит только известковое молоко не сокращая содержание сульфатов в рудничной воде. Алюминий в водной среде сильно токсичен для рыб (Иванов В.В. , 1994). Его токсичность выше чем у цинка, никеля, кобальта и др.
Также на более эффективное применение оксихлорида алюминия для очистки вод указывают авторы (Исаев С.А. 1996).
Проектом на отработку месторождения предусмотрено введение более эффективного водоочистного оборудования: пруда-отстойника-нейтрализатора и электрохимической установки очистки карьерного стока "ЭХО", которые сооружаются одновременно с вводом в эксплуатацию карьера. В отличии от Сафьяновского рудника, вторая стадия доочистки карьерных   и   подотваоьных   вод   Валенторского   месторождения        «ЭХО»,   согласно технического проекта, позволяет довести качество сбрасываемых рудничных вод до ПДК водоемов рыбохозяйственного значения.
После ликвидации карьера под воздействием сульфатредуцирующих бактерий сульфаты преобразуются в сульфиды.  Сульфатредукция проходит по следующей схеме при наличии органического углерода и отсутствии кислорода (Шляпников Д.С.и др., 1990; Емлин Э.Ф., 11991):
2СНОН + SО4-2 (сульфат-ион) + Ме -> 2С02+2Н2О +МеS (11), где Ме - тяжелые металлы. Такой процесс будет протекать (наряду с нейтрализацией) ниже уровня грунтовых вод, в пределах заболоченных участков
При отработке месторождения токсичные элементы рассеиваются механическим путем:
   выемка и перевозка руд и вмещающих пород, рассеивание в виде пыли при взрывах и сдувание с отвалов, в виде растворов сульфатов и других соединений в подземных и поверхностных водах: общего водоотлива, приотвальных, карьерных, атмосферных осадков и др.
Вверх
3. Краткая геохимическая характеристика Валенторского медноколчеданного месторождения
Статистическая характеристика состава слабоизмененных пород, метасоматитов и руд приведена в таблицах 1.-3.
Расчет статистик проводился по данным, приведенным в отчете (Геологическое строение, 1969).
Из таблиц 1.-3. видно, что наибольшим потенциалом снижения кислотности обладают неизмененные породы: в среднем одна тонна породы (при полном разложении) может нейтрализовать около 26 весовых процентов или 260 кг, метасоматиты обладают меньшей потенциальной способностью к нейтрализации - 16 процентов или 160 кг. Средняя руда, включая вкрапленные, способна произвести более 38 процентов или 380 кг серной кислоты на одну тонну. Чистый пирит способен произвести более 167 процентов или 1670 кг серной кислоты на одну тонну.
Это означает, что при добыче руды в объеме 1629 тыс. тонн в результате ее хранения и переработки образуется 619 тыс. тонн серной кислоты в какой-либо форме (S02 при отжиге-выпадает в виде кислотных дождей, H2S04 в водной среде при хранении руды, отходах производства и тд.).
Не смотря  на большую  потенциальную способность  неизмененных пород снижать кислотность,  метасоматиты   обладают  большей   реакционой   способностью   из-за  более высокой удельной поверхности при разрушении в гипергенных условиях. Среди разностей метасоматитов   большей   способностью   к   снижению   кислотности   обладают  щелочные (основные) разности: карбонатпзированные, хлоритолиты по сравнению с серицитолитами и  кварцитами. Так хлоритовый сланец может снижать рН раствора с 3 до 4-4,2 за 60 дней (Ярг Л. А.   1987). Однако почти на всех медноколчеданных месторождениях приотвальные воды I на отдельных участках сильнокислые высококонцентрированные (Брусницын В.Д.  1991,
Емлин Э.Ф., 1991 и др.). Это связано с тем, что сульфиды окисляются в воде быстрей чем происходит    ее    нейтрализация     и     с   неравномерным     распределением    в    отвалах  минерализованных пород, некондиционных руд, потерях при транспортировке руд и т.д.
Таблица 1.
Распределение элементов в неизмененных и слабоизмененных породах Валенторского медноколчеданного месторождения
 
Элем.  Медиана   Среднее  Ст.от.    Ст.асе. Ст.экс.  Мин.     Макс.
Si02   58.950   60.8300    9.8770    0.22    1.72   46.3200   75.240      
ТiO2    0.430    0.4408    0.2184    0.56    2.27    0.2000    0.860      
A1203  15.305   15.1708    2.6783    0.23    1.77   11.5500   19.510      
Fе203   2.100    2.4825    1.4261    0.61    2.17    0.9500    5.280      
FеО     3.665    3.8658    2.2785    0.31    1.84    1.1500    7.950      
Мg0     4.755    4.9117    3.7894    0.21    1.82    0.2700   11.020      
МnО     0.085    0.0917    0.0544    0.27    2.05    0.0200    0.190      
СаО     1.845    3.6567    3.4921    0.62    1.89    0.2800   10.090      
Р205    0.080    0.0767    0.0795    0.52    2.13    0.0000    0.230      
К20     0.145    0.3167    0.3937    1.74    4.89    0.0000    1.340      
Nа20    4.960    4.7775    1.9683    0.60    2.84    2.3600    9.020      
ППП     3.085    3.4525    2.4623    0.77    2.87    0.8400    8.930      
SUММ  100.145  100.1517    0.2188   -0.05    2.19   99.7700  100.510      
Щелоч  25.609   26.2333   11.5736    0.33    1.79   11.9739   44.551      
Количество проб    в выборке :    12                     
Учитывая, что коэффициент геохимического рассеивания  в геохимических ореолах месторождений  колеблится  от 0,3  до  30  (Емлин  Э.Ф.,   1991) во  вмещающих  породах минимальное содержание потенциальной серной кислоты составит 0,3x619 - 185 тыс тонн. Так по работе (Медноколчеданные, 1988) в окаймлениях руды во вмещающих породах Валенторского месторождения содержится до 10 % пирита.
В первую очередь отвалообразования при отработке первой группы рудных тел с учетом потерь руды 5,3% при 16% серы в рудах количество серы во временных отвалах составит: 453,9x0,053x0,16x3,2= 12 тыс.т или около 36 тыс.т потенциальной серной кислоты, которая лишь частично нейтрализуется в породах отвалов.
Это лишь ориентировочные оценки, так как не вся сера перейдет в сульфатную форму (особенно из прочных пород) за период существования внешнего отвала, в связи с его ликвидацией после отработки руд первой группы.
Таблица 2.
Распределение элементов в метасоматитах Валенторского месторождения      
Элем.    Медиана   Среднее  Ст.от.   Ст.асс  Ст.экс.  Мин.    Макс.      
Si02    69.470    66.4320  12.1524   1.12    3.06   41.40   80.430
ТiO2     0.455     0.4840  0.2107     0.11     1.60     0.200    0.780
А1203   14.550    15.2510  4.3330     0.87    3.74    8.6700  24.870                         
Fе203     1.700       2.9160   2.9041     1.46     4.00     0.0800   9.680      
FеО      1.820        2.1380   1.4007     2.26     6.95    0.8400    5.960      
Мg0      2.145        3.0160   3.3849     1.68     5.08    0.3800   11.520      
МnО      0.055        0.0710   0.0601     1.08     3.10    0.0100    0.200      
СаО      0.325        1.4240   2.1491     1.74     4.65    0.2100    6.680      
Р205     0.070        0.0790   0.0528     0.56     2.46    0.0100    0.180      
К20      1.310        1.7880   1.8889     0.94     2.82    0.0500    5.740      
Nа20     2.265        2.8940   2.7572     0.26     1.35    0.1600    6.640      
ППП      3.315        3.7060   2.8080     0.99     3.20    0.4600    9.720      
SUММ    99.675      100.1970   2.3337     2.16     6.58   98.4000  106.480      
Щелоч    14.390      16.2685  10.8348     2.01     6.43    3.8223   45.113      
Количество проб в выборке :    10                              
                                            Таблица 3.      
Распределение элементов в    рудах Валенторского    месторождения      
Элем. Медиана   Среднее   Ст. от.   Ст.асс Ст.экс.,  Мин.,   Макс.      
Si02 45.560    42.2571    8.6102   -0.67    1.73   30.1400   50.000          
А1203 9.650.    9.8514    1.5417    0.16    2.02    7.6600   12.130          
Fе203 18.160    18.6443   3.1809     0.09    1.74   14.4700   22.850          
ТiO2  0.480     0.4257   0.1607    -0.68    1.84    0.2000    0.600          
СаО   0.480     0.6657    0.4231    1.52    3.82    0.3500    1.550          
Мg0   2.330     3.2871    2.8102    1.77    4.59    1.1200    9.450          
S    15.270    16.1357    4.5877    0.65    2.18   11.1000   23.950          
С02   0.100     0.2914    0.3458    0.95    1.96    0.0400    0.840          
К20   0.860     1.1100    0.7275    0.02    1.86    0.0300    2.100          
Nа20  0.180     0.1857    0.0690    0.92    3.29    0.1000    0.320          
Sb    0.001     0.0021    0.0023    1.49    3.85    0.0005    0.007          
Mo    0.012     0.0136    0.0061    0.09    1.61    0.0060    0.021          
Cu    1.850     2.4914    1.4278    1.23    3.36    1.2400    5.360          
Zn    2.530     2.8757    1.7610    0.78    2.32    1.2300    6.000          
Аз    0.014     0.0151    0.0035    0.76    2.02    0.0120    0.021          
РЬ    0.270     0.2486    0.1306   -0.43    2.23    0.0300    0.420          
МnО   0.020     0.0203    0.0093   -0.95    3.31    0.0020    0.030          
F     0.030     0.0417    0.0434    1.86    4.81    0.0100    0.138          
SUММ 98.600    98.8857    0.4845    0.78    2.06   98.4000    99.700          
Н2S04 40.915   38.7449    17.9025  -0.23    2.46    9.0647    65.136          
Количество проб в выборке ;    7                             
Вверх
4. Гидрохимия подземных и поверхностных вод Валенторского месторождения
В таблице 4 приведен средний состав подземных и поверхностных вод.
При смешивании кислых вод и вод обладающих щелочностью происходит сначала нейтрализация а затем разбавление.
Среднее содержание НСОз- составляет 75 мг/л что составляет 1,23 мг-экв/л, это означает, что данное количество гидрокарбоната способно нейтрализовать такое же количество т.е. 1,23 мг-экв/л или 59 мг/л серной кислоты (кислотности) однако сам гидрокарбо.нат также нейтрализуется и устанавливается рН = 4,3-4,5.
Таблица 4.
Распределение компонентов в водах Валенторского месторождения в естественных условиях 
Элем. Медиана Среднее, Ст.от.  Ст. асc.  Ст.экс    Мин.    Макс.      
рН    6.400   6.5765    0.5345   0.76    3.17    5.8000    7.900      
S04   4.000  33.6865   64.9985   2.57    9.01    0.0000  254.310      
НСОЗ 48.800  75.4724   45.4212   0.68    1.87   24.4100  155.550      
С1    5.940   7.5776    5.4913   0.83    3.14    0.0000   20.790      
Са   13.430  19.0365   13.1148   0.92    2.90    4.4100   50.100      
Мg    5.840   8.3665    6.2474   1.59    4.90    2.6700   26.140      
К_Nа 12.420  12.7068    9.5963   0.61    2.47    1.1500   33.810      
Жест  1.200   2.0106    1.5980   1.13    3.18    0.4400    5.910      
Мин 109.310 156.8759  101.0016   0.84    2.61   48.4000  385.890      
Количество проб в    выборке :    17                     
При отборе технологической пробы Валенторской руды в конце января 1998 года рудником открытой добычи были отобраны две пробы воды на анализ, который выполнила аттестованная Краснотурьинская гидрохимическая лаборатория (Таблица5.) Проба № 115 была отобрана из свежей разведочной канавы и может характеризовать сложившийся химический состав воды в рудном теле. Проба № 114 была отобрана из капитального шурфа глубиной 12 м 30-летней давности проходки.
Таблица 5.
Химический состав проб воды
Разведочная канава, глубиной отбора -0,7 м, проба № 11 5  Капитальный шурф -глубина 12 м, проба № 1 14
                (мг/л):                           (мг/л):
сульфаты       1864.0                           2498.0
кальций        834.0                            1666.0
магний         379.0                             681.0
фтор            1.65                               2.4
железо        278.0                              475.0
марганец        4.313                              6.75
медь           46.88                              86.5
хром общий      0.292                              0.526
фенолы          0.02                               0.05
хлориды       194.0                              234.0
СПАВ           0.471                               0.53
нефтепродукты  0.236                               0.679
мышьяк         0.475                               1.09
цинк         387.0                               724.0
взвеш. вещ.  332.0                               437.0
сухой ост.  3298.0                              5145.0
рН             3.5                                 3.0
Приведенные данные позволяют лишь ориентировочно оценить равновесное содержание компонентов в водах на контакте с рудой, которое будет формироваться на дне карьера при откачке воды из зумпфа. Следует обратить внимание на неточность анализа в пробе № 114-содержание растворенного кальция завышено (1666 мг/л) при наличии сульфатов, так как концентрация, близкая к равновесной для гипса, составляет 1500 - - 2000 мг/л При смешивании кислых вод и вод обладающих щелочностью (таблица 4.) происходит сначала  частичная нейтрализация кислых вод а затем разбавление.
Вверх
5. Прогноз состава рудничных вод Валенторского месторождения 
Для  прогноза  состава  дренажных  вод  в  качестве  аналога  выбрано  Сафьяновское месторождение. Это связано с тем, что не считая некоторых различий в строении, составе руд в целом месторождение относится к тому же геохимическому типу что и Валенторское.
Руды месторождения  по мнению автора относятся к "кислому" типу. Пояснения кислотности-щелочности руд приведено при характеристике Пышминско-Ключевского месторождения: Кислотно-щелочная характеристика колчеданных руд
 Открытый способ разработки, проектируемая система осушения, время отработки, наличие качественных анализов и длительного наблюдения за химическим составом вод карьерного водоотлива подтверждают правильность выбора.
Распределение компонентов в дренажных водах Сафяновского месторождения показаны в  таблице  6.   Краткая справка: В 1987 г. автор работал на детальной разведке гидрогеологом и инженерным геологом - раздел в отчет по ГГ и ИГ условиям, затем геохимические поиски, геохимия месторождения, самая интересная карта поискового типа масштаба 1 :50000 по авторскому алгоритму и программе СХОДСТВО, в 2000 г. увидел контуры карьера на космоснимке  и сейчас анализ химсостава рудничных вод!!!
Таблица 6.
Распределение содержаний компонентов в воде общего водоотлива САФЬЯНОВСКОГО МЕДНОКОЛЧЕДАННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ за 1996-1999 гг, мг/л
 
Элем  Среднее, Ст. от., Ст. асс.,Ст .экс., Мин.,    Макс     Ср.геом., Ст. от. Ст. асе., Ст. эк      
РН    6.6103    1.1612   -1.14    3.60    3.5900    8.5500    6.4913    1.22    -1.49    4.35      
GЕ5Т  4.8915    1.5908    0.53    2.56    2.4200    8.8700    4.6468    1.39    -0.01    2.09      
ОКISL 1.5938    1.0146    1.04    3.25    0.4000    4.2000    1.3130    1.90    -0.07    2.31      
SUH 432.7949  229.1982    1.51    4.38  192.0000 1096.0000  388.3307    1.57     0.77    2.76      
Сa   65.8026   24.6788    0.76    3.45   24.0000  139.3000   61.4646    1.46    -0.16    2.72      
Мg   19.4795    5.7737    0.44    2.41   10.0000   32.6000   18.6590    1.35    -0.06    2.12      
К+Na 14.3231    2.8743   -0.76    3.66    5.5000   18.9000   13.9836    1.27    -1.72    7.40      
NН4   3.0108    7.5462    5.64    34.13   0.1000   48.0000    1.4107    3.01     0.12    5.31      
Fe    3.9515    8.8999    2.52    8.51    0.0100   38.4000    0.5175    7.01     0.71    3.11      
НСОЗ 103.1654  57.8917   -0.50    2.18    3.0500  216.6000   68.5111    3.42    -1.56    4.11      
S04  218.4246 178.9204    1.26    3.54   32.0000  663.9000  160.0115    2.26     0.00    2.32      
Сl    5.1949    6.8755    4.94   28.36    0.7000   44.3000    3.8325    1.98     0.83    6.35      
N03   4.4687    6.2179    1.92    5.34    0.1000   22.5000    1.8823    4.30    -0.34    2.87      
N02   0.0813    0.1151    3.01   12.89    0.0100    0.6000    0.0423    3.12     0.31    2.30      
SiО2 18.3205    3.3578   -0.23    3.33   10.0000   26.6000   17.9956    1.22    -0.91    4.25      
Cu   12.4292   29.7529    2.52    8.21    0.0100  123.2000    0.5123   14.26     0.77    2.43      
Рb    0.0238    0.0666    3.95   18.88    0.0005    0.3600    0.0037    5.56     1.00    3.36      
Zn    4.3328    7.4846    2.78   11.45    0.0500   37.5000    1.2814    5.13     0.27    2.11      
Mn    0.3121    0.2357    1.73    5.67    0.0900    1.1400    0.2514    1.89     0.58    2.48      
Cd    0.0565    0.0950    4.46   25.03    0.0009    0.5800    0.0228    4.55    -0.33    2.29      
Co    0.0530    0,0988    2.22    6.52    0.0036    0.3700    0.0154    4.26     1.02    2.69      
Аs    0.0701    0.1446    3.07   11.59    0.0025    0.6300    0.0216    4.38     0.45    2.89      
Ni    0.0195    0.0293    3.79   19.13    0.0040    0.1700    0.0116    2.48     1.05    3.48      
Tl    0.0079    0.0132    2.45    8.76    0.0001    0.0560    0.0012   12.24    -0.23    1.54      
Neft  0.0676    0.0587    1.51    5.66    0.0100    0.2800    0.0461    2.56    -0.20    2.05      
Всего    39 проб                                             

Из  таблицы   видно   что,   за   исключением   рН,   К+Na,   НСОЗ   и   Si02
Таблица 7.
Корреляция между компонентами общего карьерного водоотлива Сафьяновского я^медноколчеданного месторождения (Компоненты кроме Время, рН, К_Nа, НСОЗ и Si2 для расчетов корреляции переведены в логарифмы, Число проб 39)
 
Время
pН   -0.70
К_Na  0.67 -0.44
НСОЗ -0.75  0.84 -0.56
Si02 -0.02  0.01  0,27 -0.09
GЕSТ  0.78 -0.68  0.64 -0.69 -0.22
OKISL 0.18 -0.31 -0.02 -0,26 -0.09   0.36
SUH   0.76 -0.82  0.64 -0.82 -0.07   0.92   0.42
 Сa    0.75 -0.69  0,56 -0.68 -0.28   0.97   0.36   0.91
Мg    0.69 -0.46  0.64 -0.51 -0.10   0.83   0.25   0,69  0.69
NН4   0.17 -0.09  0.49 -0.22  0.45   0.10   0.04   0.20  0.07  0.13
Fe    0.60 -0.7В  0.29 -0.68  0.10   0.59   0.43   0.75  0.58  0.40  0.18
S04   0.84 -0.77  0.66 -0.82 -0.14   0.94   0.33   0.94  0.95  0.71  0.12  0.65
Сl    0.48 -0.53  0.39 -0.39  0.29   0.31   0.22   0.37  0.29  0.26  0.26  0.47  0.33
N03  -0.34  0.06 -0.27 -0.05  0.21  -0.22   0.23  -0.12 -0.24 -0.18  0.15 -0.07 -0.26 -0.03
N02  -0.40  0.52 -0.25  0.60 -0.01  -0.29   0.08  -0.41 -0.26 -0,24  0.10 -0.41 -0.42 -0.30  0.06
Cu    0.69 -0.78  0.51 -0.89  0.00   0.67   0.32   0.81  0.67  0.47  0.28  0.75  0.77  0.40  0.01 -0.51
 Рb    0.27 -0.59  0.38 -0.50  0.24   0.35   0.25   0.51  0.34  0.22  0.35  0.62  0.38  0.49  0.14 -0.31 0.65
 Мn    0.81 -0.78  0.54 -0.86 -0.02   0.76   0.39   0.84  0.77  0,55  0.21  0.71  0.86  0.42 -0.16 -0.45 0.88  0.45
Zn    0.64 -0.66  0.47 -0.70 -0.19   0.84   0.43   0,65  0.82  0.64  0.07  0.70  0.84  0.26 -0.12 -0.43 0.76  0.45  0.79
Cd    0.71 -0.69  0.44 -0.60 -0.15   0.73   0.32   0.74  0.76  0.53  0.12  0.61  0.78  0.33 -0.29 -0.19 0.70  0.37  0.85  0.63
Co    0.64 -0.78  0.53 -0.85 -0.02   0.77   0.33   0.88  0.77  0.52  0.28  0.77  0.83  0.37 -0.05 -0.41 0.93  0.64  0.84  0.83  0.68
 Ni    0.38 -0.59  0.20 -0.65 -0.16   0.59   0.54   0.69  0.63  0.30  0.08  0.64  0.65  0.17  0.07 -0.32 0.76  0.55  0.68  0.81  0.52  0.82
Tl    0.78 -0.66  0.58 -0.68 -0.11   0.73   0.29   0.77  0.74  0.53  0.18  0.56  0.61  0.37 -0.32 -0.31 0.71  0.28  0.84  0.72  0.80  0.71  0.56
NEFT  0.06  0.23  0.19  0.26 -0.06   0.04  -0.23  -0.09  0.04  0.10  0.19 -0.04 -0.01 -0.09 -0.38  0.39 0.00 -0.02 -0.07 -0.07  0.18 -0.01 -0.20 0.02
      Время  pН   К_Na  НСОЗ  Si02  GЕSТ   OKISL   SUH     Сa   Мg    NН4   Fe     S04   Сl   N03   N02   Cu    Рb     Zn    Мn    Cd   Co     Ni   Tl  NEFT
 
распределения компонентов подчиняются логарифмически-нормальному закону. Корреляция между компонентами в дренажных водах Сафяновского месторождения показана в таблице 7. и ниже в виде формул, полученных по результатам факторного анализа. Зависимость содержания SО4 в дренажных водах от времени отработки приведена на рисунке 2. Из приведенных материалов видно, что содержания большинства рудных и макрокомпонентов увеличиваются в зависимости от времени отработки (таблица 7.), с закономерным снижением рН и НСОЗ. Относительно независимо от других компонентов ведут себя NH4, SiO2, окисляемость, Аs, С1, Рb, N03 с незначительным возрастанием по времени. Причем первое повышение кислотности и резкое изменение состава воды общего водоотлива зафиксировано 28.05.99 (начало отработки месторождения январь 1994 г.) на пятом году отработки месторождения, при этом величина рН снизилась до 3,9 содержание повысилось: сульфатов до 660, меди до 99, цинка до 20 мг/л. Однако такой же состав воды фиксировался и ранее в водоотливном зумпфе (29.04.98). Начиная с этого времени при колебаниях рН от 3,5 до 6 вода общего водоотлива становится сульфатной с резким нарастанием доли тяжелых металлов (меди, железа и др.) среди катионов. Из рисунка 2. видно, что содержание S04, несмотря на скачки, постоянно растет с течением времени. При экстраполяции к началу отработки содержание S04 предположительно составляло 10 мг/л, а к восьмому году составит в среднем 1700 мг/л при значительных колебаниях от 1000 до 3000 мг/л.
Кислотность - pH, Сульфаты Сафьяновки во времени
В таблице 8 приведены прогнозные величины состава дренажных вод Валенторского месторождения.
Прогнозируемые содержания элементов в приотвальных водах привведены ниже: рН 6-5- 2,6; минерализация 1,5-100 г/л; SО4 от 0,5-1 до 60 г/л; Сl от 30 до 250 мг/л; Сu от 10-260 до 1600 мг/л; Zn от 10-220 до 1500 мг/л; Сd от 0.22 до 0.72 мг/л; Fе от 10-1000 до 10000 мг/л; Аs от 0.1 до 1.1 мг/л.
Следует подчеркнуть, что максимальные содержания в приотвальных водах будут формироваться только локально в небольших промежутках времени в случае испарения и концентрации кислых растворов. В целом содержания на различных участках отвалов будут изменяться от низких до приведенных в таблице 5. Большая часть приотвальных вод 'временных внешних и внутренних отвалов будет дренироваться карьером и состав воды при смешивании будет соответствовать приведенному в таблице 8


Таблица 8.
Прогнозируемое содержания элементов в воде общего водоотлива Валенторского
ме дно колчедан но го месторождения при условии осушения из зумпфа со дна карьера и
ориентировочном среднем водопритоке в карьер до 45-60 м3/час, без нейтрализации, мг/л

Начальная стадия отработки 4 года   Последующая стадия 4- 9 лет
Элемент Среднее,  От.,    До.         Среднее,  От.           До
РН     6.5    5      8      4     3.5     5.0      
Мин  500    250   1000   2000  1000    3000      
Са    50     24    150    200   150     250      
Мg    15     10     80    100    80     120      
K_Na  10      5     30     50    30      80      
NН4    2      0.1    6      8     1      40      
Fе     0.4    0.01   5     30     5      50      
А1     0.01   0      0.1   50     0.1   100      
HCOз 140     80    200     10     0      80      
S04  100     32    500   1000   500    1500      
С1     3.5    0.7    7     10     5      50      
N03    5      0.1   20      3     0.5     5      
N02    0.15   0.01   0.6    0.02  0.01    0.03      
Si2   18     10.0   25     20    15      30      
Сu     0.3    0.01   5     20     5     100      
РЬ     0.004  0.0005 0.015  0.1   0.001   0.4      
Zn     1      0.16   5.50  10     5      20      
Мn     0.2    0.09   0.4    0.5   0.2     0.8      
Сd     0.02   0.0009 0.07   0.1   0.005   0.15      
Со     0.01   0.004  0.05   0.15  0.02    0.3      
Аs     0.04   0.0025 0.3    0.15  0.003   0.6      
Ni     0.01   0.004  0.02   0.03  0.005   0.07      
Т1     0.002  0.0001 0.012  0.02  0.001   0.06      
Нефть  0.07   0.01   0.2    0.08  0.01    0.25     
Селена от 0 до 0,0085 фтора от 0,02 до 1
Приведенные в таблице 8 содержания следует рассматривать как наиболее вероятные. Возможны единичные существенные отклонения вследствие каких-либо причин: после взрывов и распыления тонкой фракции руд возможно резкое временное увеличение коцентраций элементов и минерализации до 5 г/л, при резком увеличении притока более щелочных вод содержания большинства компонентов будут снижаться. При продлении срока отработки концентрации в общем водоотливе могут существенно возрастать

Отклонения содержаний компонентов от прогнозных возможны по следующим причинам:
Средняя   величина  прогнозного  водопритока  составит  45-60   мЗ/час,   при  больших величинах притоков концентрации компонентов будут ниже, при уменьшении притоков выше. -    Длительность отработки планируется около 9-10 лет, в случае значительного увеличения времени отработки возможны существенные увеличения содержаний компонентов в водах.
По окончанию отработки месторождения в случае выполнения намеченных мероприятий (засыпка внешних отвалов и шламов станции нейтрализации) будет происходить заполнение выработанного пространства водой, нейтрализация вод и восстановление сульфатов (в первую очередь железа) до сульфидов [12] с последующим выпадением из растворов. Существенную роль в снижении концентраций элементов в подземных и поверхностных водах будут играть болота вследствие сорбционной способности торфов и восстановительной обстановки. При этом в торфе будут возрастать концентрации металлов. Повышенные концентрации металлов в торфах и почвах в районах месторождений обычное явление, в связи с тем, что колчеданные месторождения образовались сотни миллионов лет назад (Медноколчеданные, 1992) и, как правило, сопровождаются ореолами рассеяния, многократно превышающими по площади рудные тела. При разработке месторождения ускоряются природные процессы, что временно нарушает сложившееся равновесие.
Вверх
6. Основные выводы и рекомендации по снижению влияния отработки месторождения на окружающую среду
Прогнозные расчеты позволяют сделать вывод, что в первые четыре года работы водоотлива существенного изменения химического состава дренажных вод не произойдет, основная трансформация химического состава произойдет в конце отработки. Аномально высокие концентрации металлов и общей минерализации в зумпфе возможны только при длительных остановках откачки, а также в приотвальных мочажинах и лужах на территории рудных складов.
Влияние отработки месторождения на окружающую среду может быть существенно снижено за счет проведения следующих мероприятий:
- уменьшения потерь руд при транспортировке и время нахождения их на промежуточном рудном складе
- борьба с пылью при взрывных работах
- предотвращения попадания поверхностного стока в карьер и отвалы пород и разноса мелкообломочного материала отвалов на основе создания нагорных канав и обвалований
- сбор и нейтрализация карьерных и приотвальных вод
- рекультивация земель после завершения отработки (закладка карьера вскрышными породами с перекрытием щебнем известняка, ликвидация прудов отстойников станции нейтрализации для предотвращения распространения сульфатов путем засыпки шламов).
- проведение мониторинга за подземными и поверхностными водами путем периодических определений состава вод по пробам, отобранным из наблюдательных скважин, рудничного водоотлива, приотвальных и очищенных вод, сбрасываемых в поверхностные водотоки.
Вверх
7. Куда девается сера, вывезенная  с рудника?
- накапливается в хвостах, отвалах  заводов и многое другое

- переработывается в промышленную серную кислоту. Но куда девается отработанная кислота?

Пример из практики. В начале 90 гг. ко мне приехали специалисты по инженерным изысканиям под строительство дома и говорят: "Рабочие - бурильщики чешутся, першит в горле - Что делать? - Ты крупный специалист". Я сказал, что разберусь. Положил сушить пробы на склада. Через три дня посмотрел - выросли зеленые кристаллы и я понял, что это "железная кислота" - сульфат двухвалентного железа (см выше формулы). Все ясно - на вытяжки - кислоты!!!. Пробы взяты в пределах детской больницы №9 г.Екатеринбурга и в пределах намечавшегося строительства большого дома. Оказывается в 40 годы сюда свозили и сливали отходы гальваники - кислот с металлами (в т.ч. ртутью). Все засыпали. Кислоты за 50 лет не нейтрализовались и т.д. При паводках система активизируется и при нейтрализации ртуть начинает подниматься в воздух - подвалы больницы и т.д. В детали меня не посвящали и ЗАБЫЛИ (сделал дело - гуляй смело, и так почти всегда) - так как в последствии (с моей подачи) было открыто большое направление по обследованию стройплощадок. И люди стали зарабатывать деньги и предотвращали загрязнения. Хотя такого случая я больше не припомню.

- выбрасывается в виде сернистого газа на медных комбинатах.

Пример. Работал в МПР по УрФО примерно в 2000 на Карабашском медькомбинате был выброс сернистого газа, который при НМУ (неблагоприятные метеоусловия) - штиль и слабое движение влажного воздуха с серной кислотой на жилые массивы и леса. Выжгло огороды, лес и прочее.

- По данным ЭКОПОРТАЛА http://ecoportal.su/ Карабаш в 2010 признан самым грязным городом планеты.

 Хотя там же приводятся данные по безобразиям в Китае - что-то страшное. В Карабаше много причин, в том числе отрабатывалось очень "кислое" колчеданное месторождение. В дальнейшем я расскажу о нем.
Все эти вопросы будем решать - но хотелось сказать о том, что вся сера, которая выносится - оседает где-то в окружающей среде!!! Как рассчитать нагрузку на регионы? Напомню, что сера самый агрессивный компонент, что не всем известно!
 
Сайт управляется системой uCoz