Рекультивация карьеров и отвалов

     Исследования  показали, что через 25 лет после  отсыпки отвалов на них сформировались почвогрунты с выраженными морфологическими профилями и с признаками интенсивного почвообразования. Из древесных растений первыми поселенцами здесь оказались ивы. В целом результаты химических  анализов почвогрунтов, состояния растительности показывают, что почвогрунты и молодые техногенные почвы отвала Кумертауского буроугольного разреза вполне благоприятны для жизни растений и пригодны для проведения лесохозяйственной рекультивации без дополнительной мелиорации.

     Отвалы  Башкирского медно-серного комбината (г. Сибай) расположены в подзоне  южной лесостепи Зауралья. Леса представлены березовыми колками по понижениям рельефа и на теневых склонах. Широколиственные породы отсутствуют, рельеф равнинно-увалистый.

     Отвалы  Учалинского горно-обогатительного  комбината, образующиеся в результате отсыпки вскрышных и вмещающих  пород медноколчеданных руд, расположены на юго-восточной границе подзоны предлесостепных сосново-березовых лесов. Характерной особенностью района  является довольно широкое представительство  лиственницы. В понижениях рельефа с избыточным увлажнением встречаются осинники. В сложении отвалов участвуют скальные слабо выветривающиеся породы, глинистые и песчаные сланцы, различные глины. Грунты отвалов медноколчеданных месторождений бедны азотом, фосфором и характеризуются низким содержанием гумуса. Участки отвалов, занимающие возвышенные склоновые положения, вполне пригодны для  лесохозяйственной рекультивации без химической мелиорации. На пониженных элементах рельефа за счет аккумуляции солей грунты становятся малопригодными для выращивания растений. Такие поверхности для лесной рекультивации необходимо предварительно экранировать глинистым водоупорным грунтом и произвести землевание.

     В южной лесостепи Зауралья естественное возобновление растительности на отвалах  идет неудовлетворительно из-за засушливого  климата и отсутствия источников семян в связи с низкой лесистостью данного района. Имеющийся на этих отвалах древесный подрост в основном сосредоточен на участках отвалов, где с поверхности глинистых грунтов отсыпан небольшой по мощности слой щебнистого и мелкоглыбистого материала. Естественное зарастание этих отвалов происходит за счет травянистых растений. Все это свидетельствует о потенциальной лесопригодности отвалов медноколчеданных месторождений в южной лесостепи Зауралья.

     В подзоне  предлесостепных сосново-березовых лесов Зауралья возобновление растительного покрова на отвалах медноколчеданных месторождений идет преимущественно за счет древесной растительности. Проективное покрытие трав на этих отвалах редко превышает 15 %. Среди возобновляющихся здесь древесных видов первое место занимает береза бородавчатая. Обильное возобновление березы приурочено к щебнистым  ровным или склоновым участкам, граничащим с лесными массивами. В состав возобновления отмечаются также сосна, осина, тополь бальзамический и различные виды ивы.

     Отвалы  медноколчеданных месторождений Учалинского  горно-обогатительного комбината  и Башкирского медно-серного комбината  сложены скальными плохо выветривающимися породами различного химического состава (змеевики, флюорокварциты, порфириты, пириты и др.) и легко подвергающимися выветриванию глинистыми и  песчаными сланцами, различными глинами. Почвогрунты на этих отвалах (возраст отвала 15 – 20 лет) еще не имеют морфологически выраженных генетических горизонтов и характеризуются малым содержанием гумуса (0,8 – 1,46 %), слабощелочной реакцией среды (pH 7,4 – 8,2) и довольно высоким (особенно почвогрунты Башкирского медно-серного комбината) содержанием поглощенных оснований ( Ca + Mg около 30 мг.экв /100г почвы). Они бедны азотом (0,03 – 0,07 %) и в большинстве случаев – фосфором (Баталов, Мартьянов и др., 1989).

     Таким образом, данные химических анализов грунтов  Учалинского горно-обогатительного  и Башкирского медно-серного комбината  и естественное зарастание почвогрунтов травянистыми и древесными растениями показывают, что  без химической мелиорации пригодны для лесной рекультивации те участки, которые занимают повышенные и склоновые положения. В  депрессивных формах рельефа за счет аккумуляции солей грунты становятся непригодными для выращивания растений. Такие поверхности необходимо экранировать глинистым слоем, землевать и дренировать каналами, чтобы избежать последующего засоления рекультивируемых площадей. На отвалах медноколчеданных месторождений необходимо отказываться от планировки больших площадей, так как в образующихся при этом депрессиях будет происходить засоление, могущее вызвать гибель создаваемых на таких участках лесных культур.

     В Учалинском районе около пос.Кирябинка  расположены отвалы Кирябинского талькового карьера, разработка которого прекращена в начале 50-х годов. Окрестные леса – это в основном вторичные березняки с  примесью сосны, лиственницы и осины. На участках этого талькового карьера, сложенного в основном тальком, оталькованными сланцами и глинами, к настоящему времени сформировались естественные заросли березы  с незначительной примесью других древесных пород (сосна, ива козья, лиственница, осина). За 30 – 50 лет, прошедших с окончания отсыпки тальковых отвалов, под пологом березняков образовались молодые горно-лесные почвы с хорошо выраженным  дерново-перегнойным горизонтом мощностью 5 – 6 см и сформированной лесной подстилкой  небольшой мощностью. Перегнойный горизонт характеризуется высоким содержанием гумуса ( 6,3 %) и поглощенных  оснований (65 мг.экв/100г).

     Реакция среды слабокислая. Состав гумуса дерново-перегнойного горизонта Ао  близок к зональным горно-лесным почвам, а переходного горизонта АС характеризуется повышенной фульватностью и преобладанием связанных с кальцием фракций.

     В целом молодые горно-лесные почвы  Кирябинских отвалов благоприятны для произрастания растений, а сами отвалы успешно зарастают древесной растительностью за счет естественного возобновления.

     В Белорецком районе исследованиями были охвачены отвалы четырех карьеров Зигазино-Комаровского железорудного месторождения: Туканский, Комаровский, Ерматаевский и Западно-Майгашлинский. Отвалы расположены в подзоне южнотаежных  лесов. В районе преобладают сосняки с примесью лиственницы и березы, а также очень распространены вторичные березняки из березы бородавчатой. В межгорных понижениях и на северных склонах встречается примесь березы пушистой, в поймах речек и ручьев – сероольшатники.

     Естественное  зарастание железнорудных разработок происходит с полным доминированием древесной растительности. На  всех участках железнорудных отвалов стабильно возобновляются сосна обыкновенная, береза бородавчатая, ива козья. Лучшими условиями для поселения и первоначального роста древесных растений являются пониженные формы рельефа, карьерные выемки и участники с невыровненной поверхностью. Накопление подроста идет наиболее интенсивно в первые 8 – 10 лет после окончания отсыпки грунта. Через 13 – 15 лет количество поселяющегося подроста снижается, что связано с уплотнением грунтов отвалов. Все это свидетельствует о том, что процесс естественного возобновления на отвалах железнорудных  разработок идет относительно успешно и при планировании рекультивационных мероприятий в этой зоне целесообразна ориентация на естественное возобновление. Для  успешного облесения некоторых участков отвалов потребуется предварительная мелиорация в связи с избыточным содержанием железа в отвальных грунтах и проведение  лесокультурных  мероприятий путем посадки сеянцев и посева семян.

     Отвалы  Зигазино-Комаровского железнорудного месторождения расположены в зоне Башкирского антиклинория  (хребты Юрмаш-тау), в сложении пород которого участвуют древние допалеозойские  и палеозойские толщи метаморфических структур, складки последних заполнены магматическими породами. В зависимости от глубины залегания рудных тел в отвал могут отсыпаться разные породы. В частности, среди коренных преобладают измененные охристые, оруденелые, выветривающиеся глинистые сланцы, серцито-хлоритово-кварцевые сланцы и рудные породы бурого железняка. Во  вскрышных породах преобладают глины и глинистые сланцы, которые являются основными породами отсыпки наряду со щебнем бурого железняка на маломощных отвалах Комарово и Ерматаево.

     Субстраты Туканского разреза представляют  собой  техногенные  почвогрунты (почвоэлювий) с самым примитивным почвообразованием. Морфологические слои ни по  окраске, ни по сложению не выражены. Количество органического вещества сильно колеблется, что в основном связано с зарастанием участков высшими растениями,  по преимуществу древесными. Через  8 – 10 лет в слое 0 – 20 см грунта накапливалось 0,2 – 1,5 % гумуса. Почвогрунты характеризуются слабокислой реакцией среды и низким содержанием поглощенных оснований, незначительно содержание азота и фосфора.

     Маломощные  отвалы Комаровского и Ерматаевского  карьера, разработка которых была прекращена около 40 лет назад, в настоящее время естественным путем заросли насаждениями разного состава, преимущественно сосной и ивой. В сосновом насаждении  хорошо выражена лесная  подстилка, хотя мощность ее незначительна. В профиле техногенной молодой горно-лесной кислой почвы выделяется дерновый слой мощностью 1 см. Верхний горизонт почвы имеет высокую гидролитическую кислотность и довольно большое содержание поглощенных оснований. Накопление гумуса прослеживается  до глубины 10 см. состав его фульватный. Здесь происходит улучшение лесорастительных свойств отвальных грунтов.

     Таким образом, исследования, проведенные  на промышленных отвалах буроугольных разработок в лесостепном Предуралье, железорудных месторождений в горно-лесной зоне Южного Урала и медноколчеданных рудников в лесостепном Зауралье, показали, что лесное направление рекультивации представляется наиболее целесообразным и экологически оправданным, поскольку позволяет восстановить продуктивный растительный покров (с минимальными затратами на горно-техническую подготовку) при сочетании лесных культур с мерами содействия естественному лесовозобновлению. Преимуществом  лесной рекультивации является возможность подбора лесообразователей, способных произрастать на разнообразных по физико-химическим параметрам субстратах, формировать сомкнутые и достаточно продуктивные насаждения в специфических условиях промышленных отвалов, предотвращать денудации нарушенных земель и защищать сельскохозяйственные угодья от распространения эрозионных процессов. Кроме того, облесение промышленных отвалов и других земель, неудобных для сельскохозяйственного производства, способствует повышению лесистости территории и оптимизации общей экологической обстановки индустриально-аграрных районов. 

     Выщелачивание куч и отвалов 

     Выщелачивание куч и отвалов в основном заключается  в извлечении металлов   из   отходов   горнодобывающей   промышленности   или побочных руд, которые либо слишком бедны для того, чтобы их переработка обычными методами была выгодна,  либо слишком сложны по составу, чтобы из них можно было получить концентрат для плавки.   Выщелачивание  куч  отличается  от выщелачивания отвалов,  поскольку  применяется для  руд,   подверженных  более быстрому выщелачиванию и с более высоким содержанием металла. Из этих руд, после того как их добудут, измельчат до необходимых для  выщелачивания размеров  и транспортируют  в  специальные места, формируются кучи, в которых происходит выщелачивание. Выщелачивание куч позволяет извлечь металлы из руд за несколько месяцев,  в то время как для извлечения такого же количества металла   при   переработке   металлсодержащих   отходов   (бедных отвалов) могут понадобиться годы. Бактериальное выщелачивание куч применяется во многих странах для извлечения меди, особенно там,   где   исходная   сульфидная   форма   перерабатываемых   руд частично окислена. Опыт, полученный при формировании куч для выщелачивания, теперь интенсивно используется для операций химического выщелачивания, например  извлечения  золота разбавленными растворами цианидов.

     Выщелачивание отвалов также практикуется во многих странах и, по-видимому, это наиболее широко используемый вид бактериального выщелачивания. Оно применяется для переработки сырья, обычно рассматриваемого как отходы при крупномасштабной добыче открытым способом, либо для переработки накопившихся в течение ряда лет отвалов, содержащих медь в рассеянном состоянии. Интересно отметить, что в США примерно 15 % меди извлекается с помощью выщелачивания отвалов. При таком выщелачивании образуется раствор с меньшей концентрацией металла, чем при выщелачивании куч. Переработка как куч, так и отвалов подобна процессу природного бактериального выщелачивания, а главное отличие состоит в том, что она проводится и управляется так, чтобы оптимизировать извлечение металла.

     Как отвалы, так и кучи образованы из измельченной руды, уложенной на водонепроницаемое наклонное основание для того, чтобы обеспечить сбор раствора, профильтровавшегося сквозь слой руды, и избегнуть потерь за счет его просачивания до грунтовых вод.   Выщелачивающая  жидкость  в  виде  кислого,   содержащего бактерии   раствора   сульфата   трехвалентного   железа   подается насосами на верх кучи руды и просачивается сквозь нее.  Эти растворы применяют путем налива, распыления  или инжекции. Распыление часто осуществляется с помощью перфорированных пластмассовых труб,   уложенных поверх кучи  руды;   при этом достигаются лучшая оксигенация и более равномерное смачивание    поверхности   отвала   или   кучи.   Необходим   хороший   контакт   минеральной   массы   и   раствора,   особенно   при   использовании системы инжекции раствора при повышенном испарении в условиях засушливого климата.