2011/2010/2009/2008/2007/2006/2005

Горная экология

Выполнено обоснование роли биогеобарьера, создаваемого для сохранения техногенных месторождений, в снижении интенсивности химического выветривания складированного минерального сырья методом компьютерного физико-химического моделирования вещественного состава, динамики образования и пространственного распределения продуктов выветривания.

Оценка степени химического выветривания складированного техногенного сырья выполнена с использованием программного комплекса «Селектор» (Институт геохимии СО РАН). Для изучения химического выветривания складированного техногенного минерального сырья экспериментально определены его гидрофизические параметры и расчетным методом установлены положение кривой депрессии, пространственное распределение агентов выветривания: атмосферных газов и воды в разрезе хвостохранилища, на примере ОАО «Апатит» (рис. 1).

Рисунок 1 – Схематический разрез ограждающей дамбы хвостохранилища
при наличии биогеобарьера
А – действующее, Б – отработанное хвостохранилище
а – зона просачивания, б – зона капиллярного поднятия,
в – зона полного водонасыщения.

Компьютерные модели химического выветривания техногенного минерального сырья дополнены расчетными термодинамическими данными об органических веществах биогеобарьера – органоминеральных соединениях гуминовых и фульвокислот. Показано, что при наличии биогеобарьера степень химического выветривания минерального сырья в зоне просачивания на четыре порядка меньше, что свидетельствует о целесообразности создания биогеобарьера для предотвращения потерь минерального сырья как для действующих, так и для отработанных хвостохранилищ.

Создание биогеобарьера на откосах ограждающей дамбы действующих хвостохранилищ не только прекращает ветровую и водную эрозии, но и существенно снижает выветривание, обеспечивает постоянство вещественного и гранулометрического состава складированного сырья, что обуславливает неизменность механических и фильтрационных свойств в зоне просачивания, составляющей значительную часть дамбы. Максимально полно эффект проявляется при создании биогеобарьера на всей поверхности отработанных хвостохранилищ, что практически полностью прекращает химическое выветривание складированного техногенного минерального сырья.

Разработана методология получения композитных материалов различного функционального назначения прямым взаимодействием поверхностно активных наноразмерных и субмикронных минеральных частиц с поверхностью слоистых алюмосиликатов.

Расчетным методом минимизации свободной энергии Гиббса в системе «Селектор» (Институт геохимии СО РАН) установлена термодинамическая возможность образования стабильных титансодержащих фаз в системе «вермикулит – диоксид титана» (рис. 1). Выдвинута гипотеза о возможности возникновения метастабильных фаз в системе «вермикулит-шунгит».

Получены новые композитные материалы на основе вермикулита Ковдорского месторождения и наноразмерных микрочастиц шунгита и диоксида титана. Экспериментально подтверждено образование новых фаз при иммобилизации шунгита и диоксида титана на поверхности вермикулита, проявляющееся в изменении инфракрасных спектров композитных материалов по сравнению со спектром минеральной матрицы (рис. 2).

Рисунок 1 – Расчетное содержание новых фаз при иммобилизации диоксида титана на вермикулите.

Рисунок 2 – Полосы поглощения новых фаз
в инфракрасном спектре вермикулита с иммобилизо-ванными частицами шунгита и диоксида титана.

Установлено, что новые композитные материалы обладают значительной пористостью и гидрофобным характером поверхности, что позволяет позиционировать их в качестве сорбентов нефти. Перспективность таких сорбентов обусловлена возможностью каталитического разложения нефти на их поверхности, что является предметом дальнейших исследований.

Разработана технология повышения удерживающей способности предохранительных берм уступов карьеров, поставленных в конечное положение, созданием дернины без нанесения плодородного слоя. Методом имитационного моделирования показано, что наличие дернины обеспечивает полное удержание падающих камней в пределах предохранительных берм.

Для повышения удерживающей способности предохранительных берм уступов карьера, поставленных в конечное положение, разработано технологическое решение, заключающееся в создании дернины на бермах без нанесения плодородного слоя (рис. 1).

Рисунок 1 - Вид предохранительной бермы карьера рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» после создания дернины.

Методом имитационного моделирования в системе моделирования Colorado Rocrfall Simulation Program (США) выполнена оценка вероятности вылета камней, падающих с откоса, за пределы предохранительной бермы и показано, что создание на бермах дернины обеспечивает полное удержание кам¬ней в условиях высоких уступов карьера (таблица 1).

Таблица 1 – Вероятность вылета камней за пределы предохранительной бермы для уступов высотой 30 м, поставленных в конечное положение.

Примечание: указана усредненная вероятность вылета камней размерами 0.05-0.3м.

Создание дернины на предохранительных бермах уступов, поставленных в конечное положение, является наиболее экологически целесообразным способом повышения буферных свойств берм.

Кроме того, изменение подстилающей поверхности берм на нижних и средних горизонтах способствует развитию внутрикарьерной циркуляции по горизонтальной и вертикальной осям карьера, что обеспечивает перемешивание воздушных масс, и, как следствие, снижение концентраций вредных примесей в объеме карьера. Аналогичные изменения на средних и верхних горизонтах способствуют выносу вредных примесей за пределы атмосферы глубоких карьеров.

Разработана и внедрена система мониторинга состояния атмосферы глубоких карьеров с учетом внутрикарьерной циркуляции воздуха, позволяющая осуществлять прогноз метеоусловий с целью принятия своевременных управленческих решений по обеспечению промышленной и экологической безопасности при ведении открытых горных работ.

Одной из центральных проблем при разработке месторождения открытым способом является обеспечение нормативных характеристик состава атмосферного воздуха в карьере, гарантирующих безопасность работы. С увеличением глубины карьера естественный воздухообмен ухудшается, особенно при штилях и температурной инверсии (рис. 1).

Рисунок 1 – Вид карьера рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК».

Разработана система мониторинга атмосферы карьера рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» для обеспечения прогноза метеоусловий с учетом внутрикарьерной циркуляции воздуха. Создана метеорологическая сеть, в составе которой установлены стационарные телеметрические метеорологические станции на горизонтах +465, +295, +202, -35. Организован централизованный пункт сбора информации на базе автономного компьютера со специализированным программным обеспечением.

Мониторинговая сеть метеорологических наблюдений обеспечивает получение основных метеопараметров (скорость и направление ветра, характеристики осадков, атмосферное давление, температура и относительная влажность воздуха) непосредственно в атмосфере карьера. На основе полученной информации составляется прогноз развития инверсионных состояний, ведущих к скоплению вредных примесей в атмосфере рабочих зон карьера.

Метеоинформация может поступать с любым заданным временным интервалом и использоваться в оперативном (для принятия своевременных решений) и долгосрочном (для планирования работ) метеопрогнозах.

Разработана технология очистки оборотных и сточных вод с извлечением загрязняющих примесей флотацией в активированных водных дисперсиях воздуха в присутствии сорбентов на основе вермикулита, обладающих каталитическими свойствами.)

На основании изучения условий образования активированных газожидкостных смесей, приготовленных в присутствии поверхностно-активных веществ гетерополярного строения, а также процессов модификации природных сорбентов для формирования их сорбционных свойств, разработана технология очистки оборотных и сточных вод на базе флотационной машины с извлечением загрязняющих примесей в активированных водных дисперсиях воздуха в присутствии сорбентов на основе вермикулита, обладающих каталитическими свойствами. Установлены закономерности, позволяющие целенаправленно регулировать интенсивность процессов концентрирования загрязнений на границе раздела фаз в многофазной системе.

Проведены промышленные испытания технологии очистки оборотных и сточных вод ОАО «Ковдорский ГОК» (рис. 1).

Результаты промышленных испытаний по очистке оборотной воды показали, что предлагаемая технология обеспечивает снижение концентрации загрязняющих примесей ниже ПДК для 11 компонентов («взвешенных», NH+4 , NO3 -, NO2 -, Cl-, SO42-, P2O5, Feобщ. , Mn2+, Cu2+, Mo2+). Степень очистки ~99%.

Очистка сточных вод также подтвердила эффективность предлагаемой технологии. Снижение концентрации загрязнений до уровня ниже ПДК получено для 8 компонентов.

Результаты промышленных испытаний явились основанием для проектирования промышленной установки по очистке сточных вод ОАО «Ковдорский ГОК» производительностью 300 м3/час.

(Акт промышленных испытаний от 21.11.2011г.)
Технология очистки оборотных и сточных вод от многокомпонентных загрязнений награждена золотой медалью на The XV-th International Exhibition of Research, Innovation and Technological Transfer "INVENTICA 2011", июнь 2011г., Румыния, г. Яссы. На 63-ей Международной выставке «Идеи - Изобретения - Новые Продукты» IENA-2011, октябрь 2011 г., г. Нюрнберг, Германия – золотой медалью по экологии.

Рисунок 1 – Схема цепи аппаратов установки для очистки
оборотных и сточных вод ОАО «Ковдорский ГОК».

1  2  3  4  5  6  7