Подходы к классификации техногенных месторождений

Однако, необходимость существенного  объёма технологической перестройки  производства и разработки целого ряда методических и технологических  вопросов изучения ТМ не позволяет  рассчитывать на скорый повсеместный переход к безотходным технологиям.

2. Принципы классификации техногенных месторождений

В настоящее  время не имеется общепринятой классификации  техногенно-минеральных образований, хотя различные концепции составления  таких классификаций предлагались многими исследователями. Они рассматриваются  в известных работах и публикациях  К.Н.Трубецкого, В.Н. Уманец и др. [12, 13], И.Л. Гуменика и др. [2], В.В.Шелагурова [17], В.Г.Борисовича и В.В.Чайникова [1], Л.А.Барского, Б.Н.Ласкорина и др. [6], А.Б. Макарова и А.Г. Талалая [7] и других [3, 4, 5, 10].

Критический анализ классификаций ТМ, известных по состоянию на 1990 г., провели Борисович В.Г. и В.В. Чайников [1], Харитонов (ЗабНИИ, 1997), по их мнению основная часть этих классификаций направлена на подразделение одной, реже двух конкретных классификационных групп (место образования в отрасли, стадия производственного цикла, время накопления и т.д.). В большинстве случаев в них отсутствуют характеристики внутри групп признаков, а также взаимосвязь между группами и группировочными признаками, т.е. не выдерживаются принципы и требования к составлению классификаций, с разбивкой на группы, подгруппы, классы, подклассы и т.д.

В 1997 г. в  ЗабНИИ Ю.Ф. Харитоновым и др. разработана  классификация, ориентированная на твердые техногенные образования  горнопромышленного комплекса. Она  имеет практическую направленность по набору показателей, влияющих на выбор  добычи, переработки техногенного сырья, экологичность освоения, снижения негативного  влияния на окружающую среду.

Множественность показателей, характеризующих ТМ, к  которым относятся условия образования, объёмы, вещественный состав, характер процессов, преобразующих первичное вещество, неоднородность влияния отдельных показателей на принятие технологических решений и экономических оценок и некоторые другие предопределяют сложность их классификации и типизации.

Так, по характеру образования они подразделяются на:

1. образовавшиеся в результате добычи полезных ископаемых. К ним относятся отвалы вскрышных и вмещающих пород, спецотвалы забалансовых руд, которые подверглись лишь механическому воздействию (дробление, перемещение);
2. образовавшиеся в процессе переработки минерального сырья (шламо- и хвостохранилища, отходы металлургического, химического и иного передела и т.д.). Материал таких техногенно-минеральных образований отличается от природного не только по гранулометрическому составу, но нередко и по содержанию целого ряда химических веществ и новообразований, возникших в процессе переработки и хранения.

По длительности хранения ТМ подразделяются на:

1. текущие, образовавшиеся и накапливающиеся в процессе текущей добычи и переработки минерального сырья;
2. ТМ прошлых лет (лежалые), образованные в результате деятельности предприятий в предшествующий период. Они могут быть учтены  и числиться на балансе предприятия как временно заскладированные с целью последующего пользования, либо не учитываться и не состоять на балансе. В ряде случаев производитель лежалых отходов может быть неизвестен  ввиду давности событий (бесхозные ТМ).

По  морфологическим признакам ТМ можно разделить на 2 типа:

1. Месторождения насыпные, представляющие собой холмы и терриконы. К этому типу относятся:

• терриконы угольных шахт и разрезов;
• отвалы рудников и карьеров руд цветных, чёрных и редких металлов, сложенные дезинтегрированными вскрышными и вмещающими породами, а так же убогими забалансовыми рудами;
• техногенные россыпи, образующиеся при разработке россыпных месторождений и из отходов золоторудных фабрик;
• шлакоотвалы цветной и чёрной металлургии.

2. Месторождения наливные, образующиеся при заполнении впадин земной поверхности. Представителями этого типа ТМ являются:

• отходы обогащения руд (шламо- и хвостохранилища горнообогатительных фабрик);
• шламоотвалы цветной и чёрной металлургии;
• золо- и шлакоотвалы энергетического комплекса, возникающие при гидравлическом удалении золы и шлаков с теплоэлектростанций;
• шламоотвалы химических производств.

По  составу техногенные месторождения подразделяются на 4 типа (рис. 1):

1. Породные ТМ, состоящие из природных горных пород и представленные глыбово-щебенистым материалом и шламо- и хвостохранилищами обогатительных фабрик.
2. ТМ пирометаллургических процессов цветной и чёрной металлургии, сложенные шламами и шлаками.
3. ТМ теплоэлектростанций, сложенные золой и шлаками ТЭС.
4. ТМ химического производства (шламы).

Рис. 1. Классификация техногенных месторождений по составу

По возможным областям использования ТМ подразделяются на 3 типа:

1. ТМ строительного сырья.
2. ТМ (по извлекаемому металлу) – медные, цинковые и т.д.
3. ТМ смешанного типа, т.е. пригодные для получения стройматериалов и металла.

Разработка месторождений первого  типа обеспечивает освобождение площадей земли от техногенных отходов  с последующей их рекультивацией, второго типа - позволяет осуществить  доизвлечение металла, но не решает проблемы освобождения территории отвалов от отходов, так как вторичная переработка  отвалов, учитывая низкое содержание в  них полезных компонент, практически  даёт то же самое количество отходов.

Третий тип техногенных месторождений  позволяет осуществлять и рекультивацию  земель и доизвлечение металла.

По экологическому воздействию среди техногенных месторождений выделяют:

1. ТМ, сложенные горными породами слабо разрушающимися в течение хранения;
2. ТМ, сложенные горными породами относительно быстроразрушающимися и окисляющимися.

К первой разновидности относятся  техногенные объекты, образованные при добыче и переработке железных руд, нерудного минерального сырья (асбеста, стройматериалов, самоцветных  и поделочных камней и т.п.). Эти  образования сложены горными  породами, устойчивыми к процессам  выветривания и окисления, и не содержат экологически вредных компонентов. Основной возможной областью применения этих техногенных образований является производство строительных материалов для самых различных отраслей строительства: отсыпка дорожного  полотна, строительства плотин и  дамб, щебень и гравий для бетонов  и т.д. Главным  препятствием использования  техногенных отвалов этого типа может быть отсутствие раздельного  складирования пород и минеральных  агрегатов с разными составами  и физическими свойствами, смешивание их в процессе отсыпки.

Ко второй разновидности техногенных  образований с глыбово-щебенистым характером слагающих их компонентов  относятся отвалы горных пород медных рудников со значительным содержанием  в них сульфидных минералов, которые  достаточно быстро подвергаются процессу окисления. При этом процессе происходит разрушение первичных пород со сложными превращениями их в глинисто-щебенистый агрегат и выносом металлов в  окружающую среду. В зависимости  от минерального состава сульфидной вкрапленности в воды и почвы  выносятся медь, свинец, висмут, мышьяк, сурьма и другие вредные для природной  среды тяжелые металлы. Возможность  использования техногенных образований  этого типа, особенно старых (30-50 лет), является ограниченной.

Уральскими  специалистами разработана классификация для ТМ, расположенных на территории Свердловской области (табл. 1) [11]. В ней все учтенные в области ТМ объединены в 5 основных групп, отражающих происхождение техногенно-минеральных образований в основных отраслях производства (горнодобывающей, обогатительной, металлургической, химической, энергетической) и их принадлежность к определенным отходообразующим предприятиям. В каждой отдельной группе выделено от 1 до 7 подгрупп соответствующих технологическому процессу добычи и переработки сырья. В подгруппах учтены только базовые технологические процессы, в практике обычно отмечается их комбинирование (комбинированный способ добычи, флотационно-гравитационная схема обогащения и т.д.).

Сведения, характеризующие  скопления техногенных образований, отражаются в 9 классах (тип отходов, время накопления, их объем, характеристика хранилищ, собственно отходов, их химсостав, состояние изученности, воздействие  на окружающую среду и перспективы  использования), в которых, в свою очередь, рассматриваются от 2 до 4 подклассов. Три первых класса объединяются в  подгруппу «Общие сведения», остальные  – в подгруппу «Прочие сведения».

Ниже дается пояснение ряда классов и обоснование  разделения их на подклассы и виды.

По времени  накопления  выделяются отходы текущие  и прошлых лет (до многих десятков лет). Такое разделение основано на представлении о том, что для  старогодних отходов наименее достоверны показатели, отражающие качество отходов  горного производства, где из-за совместного складирования различных  по физико-механическим свойствам пород, их перемешивания с другими видами промышленных отходов (ввиду использования  для них единых площадок), окисления  и выщелачивания вследствие длительных сроков хранения, их свойства невозможно прогнозировать.

По объемам  накопленных отходов произведено  их разделение на 3 подкласса: мелкие (от 1 тыс.т до 5 млн.т), средние (5-50 млн.т) и крупные (свыше 50 млн.т), что соответствует  объемам отходов на преобладающей  части реальных объектов области. Для  отдельных производств (обогатительного, металлургического) размерность, при  необходимости, может изменяться и  приниматься более дробной.

В классе «Характеристика  хранилища» выделено 4 подкласса: наименование хранилища, форма рельефа, морфометрия (высота отвалов относительно естественной поверхности), степень обводненности. Виды подкласса – «наименование  хранилища» соответствуют, уточняют и  характеризуют выделенные в подгруппах «технологические стадии производственного  цикла» и «общие сведения» классы и подклассы. Виды остальных 3-х подклассов являются сквозными и могут относиться к скоплениям отходов всех подтипов.

В подклассе  «форма рельефа» выделено в соответствии с ГОСТ 17.5.1.02.-85  три вида искусственного рельефа, образуемых ТМО: плоская, гребневидная и коническая, которые в принципе могут быть разделены на подвиды  по деталям рельефа. Подкласс «Морфометрия»  включает 4 вида по высоте относительно естественной поверхности: низкие (до 15 м), средние (15-50 м), высокие (свыше 50 м) и углубленные  (старые карьеры, пониженные формы рельефа, поймы рек, заполненные  хвостами и шламами флотации, ММС  и др.). Выделенные виды способствуют выбору возможного способа рекультивации  и направлений последующего использования  площадей. В подклассе «Степень обводненности» отражено гидрогеологическое состояние  ТМО: сухое, влажное, частично обводненное, обводненное.

В классе «Характеристика  отходов» рассматриваются 4 подкласса: породная основа (по химсоставу) отходов, гранулометрический состав, физическое состояние массы отходов и  ее крепость.  Данные характеристики необходимы для выбора способа разработки и обогащения отходов, выбора техники, оборудования, вариантов транспортировки  и других данных.

Для принятия практических хозяйственных решений  важными являются показатели классов: «Химический состав отходов» и «Воздействие на окружающую среду». В первом выделены 2 подкласса: наличие полезных компонентов и наличие вредных компонентов. По приведенным перечням и концентрациям компонентов, установленным в результате геолого-технологического изучения отходов, предоставится возможность обосновать решение о целесообразности разработки техногенного объекта и определить наиболее оптимальный вариант технологического способа обогащения техногенного сырья.

Во втором из указанных выше классов выделено два подкласса: концентрация экологически опасных компонентов и степень  негативного воздействия на окружающую среду. Подкласс, отражающий концентрацию опасных компонентов, представлен 4 видами концентрации: низкая, средняя, высокая и очень высокая. К  низким по концентрациям относятся  техногенные скопления, содержащие экологически опасные компоненты в  количествах ниже установленных  предельно-допустимых их концентраций, далее следует ориентироваться  на содержания компонентов при определении  уровней загрязнения различных  природных сред (почв, типов вод, воздуха и т.д.) согласно действующим  нормативным требованиям.

Виды «Степени негативного влияния на окружающую среду» определяются комплексом медико-биологических, гидрохимических, почвенных и других видов исследований, отражающих изменение  окружающей среды, воздействие на живые  организмы и растительность.

К сожалению, универсального подхода к определению  видов этого подкласса не существует и вероятнее всего в данном случае следует ориентироваться  на экспертную оценку. Ряд исследователей считает возможным при определении  общей степени загрязнения использовать показатель суммарной техногенной  нагрузки, предложенный Ю.Е. Саетом [9]. По мнению авторов сравнительно более эффективным в этом отношении является метод определения интенсивности ТМО на окружающую среду, разработанный в Уральской горно-геологической академии Сапрыкиным М.А.  Для оценки и сравнения ТМО по степени экологической опасности им предлагается использовать интегральный критерий (F). Суть его состоит в том, что он позволяет объединить в безразмерную величину разнокачественные характеристики воздействия ТМО на различные компоненты окружающей среды.