Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ENVIRONMENTAL HAZARD ASSESSMENT ON THE ENVIRONMENT OF TAILINGS OF SOME SULFIDE DEPOSITS OF EASTERN TRANSBAIKALIA

Abramov B.N. 1 Tsyrenov T.G. 1
1 Federal State Institution of Science Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology SB RAS
Для Балейского, Любавинского, Карийского, Ключевского, Илинского золоторудных месторождений, Акатуевского и Благодатского полиметаллических месторождений, Шахтаминнского и Давендинского молибденовых месторождений Восточного Забайкалья рассчитаны значения их потенциальной опасности с использованием коэффициентов литотоксичности элементов по методике, предложенной ВИМС в 2001 г. Рассчитаны значения коэффициентов литотоксичности элементов в пробах, взятых из хвостохранилищ, а также из руд продуктивных стадий рудообразования. Установлено, что среди золоторудных, молибденовых и полиметаллических месторождений наибольшую экологическую опасность представляют хвостохранилища полиметаллических месторождений (ГЭр – 30978-48681), наименьшую – хвостохранилища молибденовых месторождений – (ГЭр – 1113-2379). Обнаружено, что с повышением в рудах концентраций токсичных элементов увеличивается экологическая опасность хвостохранилищ. На примере населенных пунктов Восточного Забайкалья показано, что заболеваемость жителей, находящихся в непосредственной близости от горнодобывающих предприятий, значительно выше, чем среди жителей населенных пунктов, удалённых от района добычи. Предоставлены данные по характеристике воздействия токсичных элементов на организм человека, имеющих наибольшее распространение в отвальных продуктах месторождений. На основе мирового опыта для техногенных образований предложен комплекс мероприятий организационно-хозяйственного, лесомелиоративного и агротехнического характера, направленный на уменьшение концентрации химических элементов 1 и 2 классов токсичности (As, Pb, Zn, Cd, Cu, Sn, Mo, Sb, Ba, Sr). Предложены следующие виды мероприятий: внесение в зараженные грунты биопрепаратов, структурообразователей, цеолитов, а также проведение микоризации для получения в техноземах необходимых для жизнеспособности почв органического углерода, азота, фосфора и влаги.
For Baleysky, Lyubavichsky, Kariysky, Klyuchevskoi, Ilinskogo gold deposits, Akatuevsky and Blagodatsky polymetallic deposits, Shakhtaminsky and Davendinsky molybdenum deposits of Eastern Transbaikalia, the values of their potential hazard were calculated using the lithotoxicity coefficients of the elements according to the procedure proposed by WIMS in 2001. The values of the litotoxicity coefficients of the elements in samples taken from the tailing dumps, as well as from the ores of the productive stages of ore formation are calculated. It has been established that among gold, molybdenum and polymetallic deposits the greatest environmental hazard is represented by tailings of polymetallic deposits (GER – 30978-48681), the smallest – tailings of molybdenum deposits – (GER – 1113-2379). It was revealed that with an increase in the concentrations of toxic elements in the ores, the ecological danger of tailings increases. On the example of settlements of Eastern Transbaikalia, it is shown that the incidence of residents who are in close proximity to mining companies is significantly higher than among residents of localities remote from the mining area. Provided data on the characteristics of the impact of toxic elements on the human body that are most common in dump products of deposits. On the basis of world experience for technogenic formations, a complex of organizational and economic, forest reclamation and agrotechnical measures aimed at reducing the concentration of chemical elements of classes 1 and 2 of toxicity has been proposed. The following types of measures have been proposed: introduction of biopreparations into contaminated soils, structure-forming agents, zeolites, as well as carrying out mycorrhization to obtain organic carbon, nitrogen, phosphorus and moisture necessary for soil viability.
sulfide deposits
heavy metals
tailing
calculation of the potential hazard of deposits

Забайкальский край относится к числу старейших горнодобывающих регионов России. Рудные месторождения начали отрабатываться с 1879 г. небольшими рудниками [1]. На территории Забайкальского края известно более 1000 рудопроявлений и месторождений золота, молибдена, олова, редкометалльных и полиметаллических месторождений (рисунок). Сульфидные месторождения – это месторождения, руды которых состоят из сернистых соединений металлов (сульфидов); к ним относятся также селенистые, теллуристые, мышьяковистые и сурьмянистые соединения металлов.

abram1.tif

Схема размещения хвостохранилищ сульфидных месторождений Восточного Забайкалья: 1 – Хвостохранилилища сульфидных месторождений: а) полиметаллических месторождений; б) редкометалльных месторождений; в) молибденовых месторождений; г) вольфрамовых месторождений; д) оловорудных месторождений; е) золоторудных месторождений; 2 – Порядковый номер хвостохранилища, основные полезные компоненты (по Ю.Ф. Харитонову), а также месторождения, создавшие объект: 3 – Ключевское золоторудное; 4–5 – Давендинское и Александровское золоторудные; 10 – Жирекенское молибденовое; 13 – Карийское золоторудное (уч. Новинка и Дмитриевский); 16 – Дарасунское золоторудное; 20–22 – Завитинское редкометалльное; 28 – Балейское золоторудное; 29 – Тасеевское золоторудное; 32 – Бом-Горхонское вольфрамовое; 39 – Шахтаминское молибденовое; 40 – Благодатское полиметаллическое; 47 – Белухинское вольфрамовое; 48 – Букукинское вольфрамовое; 55–56 – Орловское редкометалльное, Спокойнинское вольфрамовое; 60 – Мало-Кулиндинское редкометалльное; 63 – Акатуевское полиметаллическое; 64 – Кадаинское полиметаллическое; 65 – Антоновогорское вольфрамовое; 67 – Куналейское вольфрамовое; 68 – Ангатуйское вольфрамовое; 69 – Шервогорское олово-полиметаллическое; 73 – Савинское № 5 полиметаллическое

Цель исследования: эколого-геохимическая оценка потенциальной опасности техногенных образований, возникших при отработке сульфидных месторождений в Забайкальском крае.

Материалы и методы исследования

Сведения по концентрациям элементов в рудах получены при проведении исследований по базовым проектам Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН с 2000 г. по 2018 г. Кроме того, использованы опубликованные данные и сведения территориального геологического фонда по Забайкальскому краю (г. Чита).

В работе использованы данные по содержаниям химических элементов, в том числе токсичных, в рудных телах и в хвостохранилищах извлекательных фабрик. Аналитические исследования проведены в Геологическом институте СО РАН (г. Улан-Удэ). Определение элементного состава пород проводилось РФА методом на спектрометре ЭДПС-1 (аналитик Б.Ж. Жалсараев). Пороги определения элементов составляют 1–3 г/т.

Результаты исследования и их обсуждение

Химические элементы, в том числе и токсичные, могут поступать в окружающую среду двумя путями: из почвы и непосредственно из атмосферы. В малых количествах они входят в состав биологически активных веществ, регулирующих нормальный ход жизнедеятельности организмов, изменение же содержания этих металлов приводит к тяжелым последствиям (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика воздействия токсичных элементов на организм человека [2]

Элемент

Воздействие на организм человека

Sn

Вызывает болезни органов пищеварения и поджелудочной железы, язву желудка и двенадцатиперстной кишки, гастрит, дуоденит, психические расстройства, бронхит [2]

Zn

Вызывает нарушения в работе иммунной системы, наступает состояние отравления со всеми признаками интоксикации, появляется тошнота, слабость

Cu

Вызывает функциональные расстройства нервной системы (ухудшение памяти, депрессию, бессонницу) [2]

Pb

Поступление свинца в организм человека по пищевым цепям ведет к расстройству нервной системы. Блокируя деятельность некоторых ферментов, вызывает развитие анемии, поражение кроветворной системы, почек и мозга, снижение интеллекта (особенно у детей) [2]

As

Поступая в организм человека в повышенных количествах, мышьяк в первую очередь вызывает нарушение функций печени, аллергические реакции, изменения состояния кожи (гиперкератоз, дерматит), поражение сосудов, снижение слуха, повышенную возбудимость, раздражительность, головные боли, угнетение иммунитета [2]

Sb

Вызывает хроническую интоксикацию, приводит к изменению обмена веществ, к функциональным расстройствам нервной системы и патологическим изменениям миокарда [2]

Cd

Появляется невыносимая боль в мышцах, а также непроизвольные переломы костей (кадмий способен вымывать кальций из организма), деформация скелета, нарушения функций легких, почек и других органов. Излишек кадмия может вызывать злокачественные опухоли [2]

Mo

Вызывает желудочно-кишечные заболевания и эндемическую подагру – болезнь суставов, а также непостоянство кровяного давления

Ba

Избыток в почве и растениях приводит к нарушению обмена кальция и поражению костной ткани [3]

Sr

Является почти полным химическим подобием кальция, поэтому, проникая в организм, он откладывается во всех содержащих кальций тканях и жидкостях – в костях и зубах, обеспечивая эффективное радиационное поражение тканей организма изнутри [4]

Известно, что рекультивация отвалов и хвостохранилищ снижает экологическую нагрузку, но не обеспечивает их полную безопасность. Процесс окисления сульфидов может растягиваться на многие десятки лет, вследствие чего отвальные продукты представляют угрозу окружающей среде и после завершения эксплуатации месторождения и вывода техногенных объектов из эксплуатации.

Определение потенциальной опасности рудных месторождений рассчитывается разными способами. Один из них предложен коллективом авторов ВИМС [5]. Здесь учитываются кларки концентраций элементов, концентрации токсиканта в рудном месторождении. Оценка потенциальной экологической опасности месторождений производится авторами на основе литотоксичности (Тл) элементов, которые сгруппированы по нескольким классам, в зависимости от токсичности. Потенциальная токсичность месторождений (ГЭр) рассчитывается по сумме концентраций токсичных элементов. При расчете учитывается класс токсичности элементов и фоновые концентрации элементов окружающей среды. Оценка экологической опасности потенциально «токсичного рудного месторождения» производится авторами на основе литотоксичности (Тл). При этом коэффициенты литотоксичности (Тл) элементов сгруппированы авторами следующим образом: чрезвычайно опасные (супертоксичные) Тл = 15: Hg, Cd, Tl, Be, U, Ra, Rn; высокой опасности Тл = 10: Pb, Se, Те, As, Sb, В, F, Th, V, Cr, Ru, Co, Ni; средней опасности Тл = 5: Сu, Zn, S, Bi, Ag, Ba, Mo, In, Ge, Sr, W, Al, Li, Mn, Cs, Cl, Sn, P; незначительной опасности Тл = 1: Nb, Zr, Ti, Na, К, Та, Са, Si, Mg, Th [5].

Расчет «потенциальной токсичности рудного месторождения» рассчитывается по формуле

abram01.wmf

где ГЭр – потенциальная токсичность рудного месторождения; Тл – коэффициент литотоксичности элемента; В = X/Q, где X – концентрации элемента, Q – содержание элемента в окружающей среде. В нашем случае использованы средние содержания элементов в осадочных отложениях земной коры [5, 6].

Значения токсичности месторождений зависит от содержаний сульфидов в рудах, от концентраций в сульфидных минералах токсичных элементов. На месторождения, как правило, выделяются несколько рудных ассоциаций, характеризующиеся различным составом минералов с разными концентрациями токсичных элементов. Так, в рудах кварц-арсенопиритовой ассоциации Карийского месторождения содержание As составляет 140000 г/т [1], соответственно и в хвостохранилище будут отмечены высокие концентрации As.

Нами рассчитана оценка потенциальной опасности сульфидных месторождений Восточного Забайкалья (табл. 2).

Таблица 2

Средние содержания элементов в рудах и отвалах хвостохранилищ сульфидных месторождений Восточного Забайкалья, г/т

Элементы

As

Pb

Zn

Cd

Cu

Sn

Mo

Sb

Ba

Sr

1

2

3

4

5

6

7

8

11

12

13

x*[6]

1

20

57

6,5

57

10

20

0,23

800

450

Золоторудные месторождения

Балейское Золотоносные кварцевые жилы (n = 7) ГЭр = 48

x

1,5

20

60

0,1

20

3

1

0,26

830

300

s

162

18

80

9

2

215

99

36

Отвалы золотоизвлекательной фабрики № 2 (n = 1) ГЭр = 9155

x

201

7

49

11

1

328

70

21

s

868

750

10

25

3

4

102

Любавинское Золотоносные кварцевые жилы (n = 10) ГЭр = 98977

x

9831

110

141

0,6

39

7

8

27

214

104

s

10702

129

51

4

20

150

138

Отвалы золотоизвлекательной фабрики (n = 2) ГЭр = 18622

x

1860

21

65

23

5

4

s

2107

8

8

3

2

3

Карийское Золотоносные кварцевые жилы (n = 41) ГЭр = 250173

x

24876

221

88

379

20

172

56

289

239

s

55485

333

66

305

23

525

70

446

250

Отвалы золотоизвлекательной фабрики (n = 7) ГЭр = 3891

x

237

135

47

146

30

15

68

s

91

66

20

66

7

4

77

Ключевское Золотоносные кварцевые жилы (n = 7) ГЭр = 10424

x

924

22

59

0,7

230

7

26

52

200

417

s

767

21

16

187

3

23

48

352

253

Отвалы золотоизвлекательной фабрики (n = 7) ГЭр = 3803

x

286

26

45

107

3

7

42

s

59

4

9

30

1

2

3

Илинское Брекчии сульфидизированные (n = 8) ГЭр = 18047

x

1711

23

43

6

7

42

381

160

s

1272

7

15

7

2

84

151

56

Отвалы золотоизвлекательной фабрики (n = 3) ГЭр = 9267

x

946

18

30

13

5

1

7

s

267

4

5

9

1

1

1

1

2

3

4

5

6

7

8

11

12

13

Полиметаллические месторождения

Акатуевское Свинцово-цинковые руды (n = 13) ГЭр = 350460 [7]

x

30575

62889

122265

1007

798

10

6

s

46747

72289

136047

829

558

14

3

Хвостохранилище (n = 7) ГЭр = 30978

x

2891

2155

9826

53

798

10

2

151

17

s

2556

1793

10977

48

558

14

1

221

21

Окончание табл. 2

Благодатское Хвостохранилище (n = 5) ГЭр = 48681

x

4345

7143

16674

76

199

76

55

180

s

1612

2682

7388

38

80

27

29

19

Молибденовые месторождения

Шахтаминское Кварц-молибденитовые руды (n = 9) ГЭр = 92289

x

1230

8496

3060

51

7033

5

25722

3142

20

55

s

8143

16821

3623

74

8143

4

16016

8429

12

48

1

2

3

4

5

6

7

8

11

12

13

Хвостохранилище (n = 6) ГЭр = 2379 [8]

x

133

1701

740

283

21

200

42

Давендинское Кварц-молибденитовые руды (n= 7) ГЭр = 3216

x

13

97

10

1

11

11

11237

10

92

14

s

20

222

6

11

10

2486

8

171

10

Хвостохранилище (n = 45) ГЭр = 1113 [9]

x

79

39

19

96

2

35

13

108

s

66

81

44

43

1

100

5

106

Примечания. x* – кларки концентраций элементов в породах кислого состава по [6]. x – среднее арифметическое, s – стандартное отклонение, n – число анализов. ** – среднее содержание золота в рудах и отвалах золотоизвлекательных фабрик по данным фондовых материалов. – нет данных.

В рудах и хвостохранилищах молибденовых и полиметаллических месторождений отмечены повышенные концентрации As, Pb, Zn, Mo и Sb, золоторудных месторождений – As, Ba, Sr. Схожая ситуация наблюдается среди месторождений Карачаево-Черкессии и Дагестана. Так, превышение концентраций по Cu, Zn, Pb, As наблюдается у Быковского колчеданного месторождения, а также у Эльбрусского свинцово-цинкового рудника (Республика Карачаево-Черкесия). На территории Дагестана превышение по Cu, Zn, Cd наблюдается на территории месторождения Кизил-Дере [10]. Расчеты показывают, что потенциальная токсичность руд Акатуевского и Благодатского полиметаллических месторождений соответствует показателям месторождений свинцово-цинковых руд, где ГЭр колеблется от 103 до 104 (табл. 1) [5].

В 1994–1996 гг. Восточно-Сибирский научный центр Российской академии медицинских наук (г. Иркутск) проводил исследования по воздействию техногенных образований рудника на здоровье жителей г. Балей. В результате работы было установлено, что уровень заболеваемости жителей г. Балей значительно превышает уровень заболеваемости жителей г. Нерчинск и Чита, где отсутствуют горнодобывающие предприятия. Среди жителей Балея чаще наблюдается склонность к рецидивам; часто отмечаются анемия, патологии органов слуха и зрения, как врожденные (нейросенсорная потеря слуха, афакия, катаракта), так и возникающие в более поздние сроки.

Мировой опыт по восстановлению экологического состояния окружающей среды хвостохранилищ показывает, что при рекультивации техногенных ландшафтов используется комплекс взаимосвязанных организационно-хозяйственных, лесомелиоративных и агротехнических мероприятий, направленных на нейтрализацию токсичных субстратов. Преимущественно для данных целей применяют методы экологического восстановления, фиторемедиации или биоремедиации [11].

Для техногенных образований месторождений Восточного Забайкалья необходимо применение такого комплекса мер, направленного на уменьшение концентрации химических элементов 1 и 2 классов токсичности, как внесение в зараженные грунты биопрепаратов, структурообразователей, цеолитов, а также проведение микоризации для получения в техноземах необходимых для жизнеспособности почв органического углерода, азота, фосфора и влаги. Все это позволяет создать устойчивую и взаимосвязанную систему биотопов и целенаправленно превратить техногенные земли в экологически целесообразные ландшафты [12].

Заключение

На основании произведенных расчётов потенциальной токсичности рудных месторождений выявлено, что среди рассматриваемых золоторудных месторождений наибольшей потенциальной токсичностью среди руд характеризуется Карийское месторождение, в то же время среди отвалов хвостохранилищ данное месторождение характеризуется наименьшей потенциальной токсичностью. Наибольшей потенциальной токсичностью среди отвалов хвостохранилищ характеризуется Любавинское месторождение. Наименьшей токсичностью среди руд характеризуется Балейское месторождение.

Среди руд полиметаллических и молибденовых месторождений наибольшей потенциальной токсичностью характеризуется Акатуевское полиметаллическое месторождение, а среди отвалов хвостохранилищ наибольшей потенциальной токсичностью характеризуется Благодатское полиметаллическое месторождение. Наименьшей потенциальной токсичностью, как по рудам, так и в хвостохранилищах, характеризуется Давендинское молибденовое месторождение.

В целом среди рассматриваемых сульфидных месторождений Восточного Забайкалья наиболее высоким потенциалом токсичности характеризуются полиметаллические месторождения, как по рудам, так и в хвостохранилищах.