Решаем нестандартные задачи
Экологические исследования, проектирование и инжиниринг


у нас классные специалисты

СТОЧНЫЕ ВОДЫ, ОБРАЗУЮЩИЕСЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Петров С.В., Петрова М.В.
ООО «Джи Ти Минералс»
gtminerals@mail.ru
https://gtminerals.ru

Горные работы на железорудных месторождениях отличаются масштабностью. Это десятки миллионов тонн в год открытой, карьерной добычи. В эксплуатацию новые объекты вводятся нечасто по причине необходимости строительства очень дорогой логистики и наличия конкуренции со стороны Китая. За последние 20 лет есть несколько прецедентов строительства или планирования строительства новых ГОКов.
Качественная железная руда в РФ на крупных месторождениях давно переработана. Для нужд черной металлургии требуется ее обогащение. Процесс обогащения железа с одной стороны достаточно простой, в классике включает измельчение и магнитную сепарацию, с другой стороны, требуется тонкое измельчение руды до 40 мкм. Стоимость концентратов не высокая. Для покрытия затрат на добычу, обогащение, подготовку к отправке, перевозку, ГОКи пускают в переработку большие объемы наиболее богатых руд, при этом очень много железа уходит в забалансовые отвалы. В целом извлечение не превышает 10-30 %.
Генезис железорудных месторождений имеет осадочный характер. Считается, что крупные залежи образовались в глубокой древности во время рассвета архейской и протерозойской активности примитивных хемотрофных бактерий и появления фотосинтеза. Фактически это ил дна древних океанов. По этой причине руды относятся к окисленному типу и содержат заметное количество элементов в подвижной форме.
Прогноз состава вод, образующихся при добыче и переработке железных руд, проводился на двух месторождениях.

Месторождение № 1

Технологическая схема переработки предусматривает карьерную добычу, измельчение и обогащение руды с получением товарного концентрата.
В таблице 1 представлен состав подземных вод на нетронутых участках железорудного месторождения №1.

Таблица 1 – Фоновый состав подземных вод железорудного месторождения

Примечание: н.о. – ниже предела обнаружения, н.н. – не нормируется

1 – Приказ от 13 декабря 2016 года №552 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения»

В фоновых пробах уже присутствует железо и в заметном количестве марганец. Подвижность этих элементов обусловлена наличием карбонатного солевого фона, что с одной стороны способствует выщелачиванию солей жесткости, Fe и Mn, с другой стороны образование каких-либо кислотных дренажей в этих условиях полностью исключено.

Влияние горных работ и процесса обогащения на изменение состава вод определялось методом кинетического тестирования на равновесную концентрацию. Проведены тесты по прогнозированию качества карьерных вод на двух пробах забалансовых руд, отобранных на разных участках месторождения, и на хвостах обогащения (шихта), полученных на этапе опытно-промышленных испытаний (крупность -0,44 мкм).

Карьерные воды

Химический состав руды, использованной для проведения кинетического тестирования на равновесную концентрацию токсичных примесей, представлен в таблице 2. В таблице 3 представлен прогнозный состав карьерных вод.


Таблица 2 – Химический состав рудных проб, использованных для проведения исследований


Таблица 3– Прогнозный состав карьерных вод

Примечание: н.о. – ниже предела обнаружения, н.н. – не нормируется

1 – Приказ от 13 декабря 2016 года №552 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения»

Вскрытие рудных тел и измельчение массивов при проведении горных работ, приводит к интенсификации процессов выщелачивания щелочных карбонатных минералов. Увеличивается рН, что приводить к обеднению вод по железу.
Резко увеличивается подвижность сульфатов. Видимо водорастворимые соли, содержащие эти ионы, были инкапсулированы в горном массиве. Значительный сульфатно-карбонатный фон способствует выщелачиванию кальция, магния (солей жесткости), марганца. В водах появляется медь и цинк, но щелочная реакция ограничивает растворимость этих элементов.

Оборотные и дренажные воды хвостохранилища хвостов обогащения

В таблице 4 представлен состава твердой фазы пробы хвостов обогащения, в таблице 5 прогнозный состав вод этого гидротехнического сооружения.

Таблица 4 – Химический состав пробы хвостов обогащения, использованных для проведения исследований


Таблица 5 – Прогнозный состав жидкой фазы хвостохранилища хвостов обогащения и сбросных вод

Примечание: н.о. – ниже предела обнаружения, н.н. – не нормируется

1 – Приказ от 13 декабря 2016 года №552 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения»

По составу воды близки к карьерным. Слабощелочные, жесткие, с высокой сульфатной минерализацией и повышенным содержанием марганца.

Месторождение № 2

Планируется отработка запасов карьером с отправкой руды потребителю.
Для прогноза состава карьерных вод методом кинетического тестирования на равновесную концентрацию токсичных примесей использовано три пробы, представляющие вскрышные породы и руды различной глубины залегания (0-30 м и 30-70 м). Химический состав проб представлен в таблице 6.
Оценка состава вод представлена в таблице 7. Там-же, приведен фоновый состав подземных вод, отобранных на месторождении.


Таблица 6 - Химический состав проб, использованных для проведения тестирования


Таблица 7 – Прогнозный состав сточных вод

Примечание: н.о. – ниже предела обнаружения, н.н. – не нормируется

1 – Приказ от 13 декабря 2016 года №552 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения»

Воды имеют слабощелочную, практически нейтральную реакцию. Солевой фон представлен карбонатами, что вызывает растворение железа и марганца. Судя по составу растворов, твердое содержит достаточно много металлов способных к выщелачиванию, но их концентрация лимитируется наличием, хоть и не значительной, щелочности. Фиксируется повышенная концентрация алюминия, меди и цинка.
Вскрышные породы более активны за счет более высокого содержания карбонатов, предположительно «одежда» месторождения представлена отложениями богатых углекислым газом, о чем свидетельствует достаточно жесткий фоновый состав подземных вод.

Для рассматриваемого объекта карьерные воды по составу «более мягкие», чем подотвальные и фоновые, что обусловлено низким содержание карбонатов в рудах. При углублении карьера ситуация будет ухудшаться, а содержание CO2 в твердом увеличиваться.

Выводы

Метод кинетического тестирования на равновесную концентрацию токсичных примесей позволяет достаточно объективно оценивать состав вод до начала отработки месторождения, о чем свидетельствует наличие систематических совпадений по номенклатуре примесей в фоновых пробах, отобранных на месторождении, и в растворах, полученных при тестировании.
Схожий генезис железорудных месторождений позволяет провести типизацию сточных вод, образующихся при их отработке. Это:
- слабощелочная реакция;
- карбонатно-сульфатный или карбонатный фон;
- воды жесткие;
- основной «загрязнитель» - марганец, при снижении рН добавляется железо.
Возможно появление водорастворимых форм меди, цинка, алюминия.
Для установления перечня загрязнителей, характерных для конкретного месторождения, необходимо проведение кинетического тестирования.