Кроїк Г.А., Пацкова Ю. Л., Сисоєва А. С., Конограй Т. М. 

ДНУ,каф. БЖД

ДО ПИТАННЯ ОЦІНКИ ЗАБРУДНЕННЯ ДОВКІЛЛЯ ВАЖКИМИ МЕТАЛАМИ ПРИ СКЛАДУВАННІ ВІДВАЛЬНИХ ШАХТНИХ ПОРІД

Екологічна ситуація, яка склалася угірничопромислових регіонах, потребує не тільки нових технологій видобування тазбагачення корисних копалин, але і нових напрямків в екологічній стратегії. Цястратегія повинна вирішувати проблеми ліквідації масштабних негативнихекологічних наслідків, які накопичувались за попередній період діяльностімінерально – сировинного комплексу. Оскільки експлуатація багатьох великихродовищ почалося ще у ХІХ столітті та до сьогоднішнього часу в Українінакопичена 13 млрд м³ породних відходів. Швидка реструктуризаціямінерально – сировинного комплексу в умовах кризових явищ у економіці робить нереальною повну утилізацію накопиченої за багато років, вилученої переробленоїта переміщеної гірничої маси і відповідно суттєве оздоровлення екологічногостану. Нова стратегія екологічної безпеки повинна бути спрямована не нарозробку окремих природоохоронних заходів, а на створення нових технологій щодозниження і мінімізації забруднення. Ці технології повинні забезпечити максимальноможливе збереження хімічного стану поверхневих і підземних вод у зонізнаходження ставків – накопичувачів та місцях складування відвальних шахтнихпорід, а також збереження стану ґрунтового покриву сільгоспугідь та рослинногосвіту і охороняти їх від забруднення не тільки солеутворюючими компонентами,але і важкими металами. Останні стали об’єктом пильної уваги, з одного боку, узв’язку з тим, що вони не підлягають біодеградації, а з другого – у зв’язку зїх значною міграційною здатністю, переміщенням у трофічних ланцюгах івідповідно негативним впливом на здоров’я населення.

В даній роботі наведені результатидосліджень, які виконані в лабораторії геоекології НДІ геології. Вони пов’язаніз вивченням закономірностей і механізму процесів сучасного вивітрювання тавилуговування рухомих форм хімічних елементів з відвальних порід та відходівзбагачення. Дослідження виконувались для відвальних шахтних порід ЗахідногоДонбасу, які складаються з дрібнозернистих піщаників (5 – 10 %) алевролітів таалевритових глин (18 – 32 %), глинистих порід (38 – 40 %), вуглистихалевролітів (15–21 %), піритових та карбонатних конкрецій (5 – 10 %). Зарезультатами моделювання доведено, що в процесі вивітрювання відбулося хімічнета мінералогічне перетворення відвальних порід.

Встановлено механізм сучасноговивітрювання відходів. У відповідності з ним класифіковано два типививітрювання, які відрізняються характерними хімічними реакціями: перший –конгруентним розчиненням, іонним обміном гідролізом; другий окисненнямсульфідів, розчиненням карбонатів та силікатів. Тип вивітрювання обумовлюєособливості якісного і кількісного складу компонентів які вилуговуються. Дляпрогнозування винесення елементів з відвальних порід важливою є залежністьрозподілу компонентів забруднювачів від варіантів складування порід. Максимальнийвинос компонентів характерний для відвальних порід, що знаходяться в умовахсупераквального техногенного ландшафту там де порода не перекрита ізолюючимшаром. При цьому поровий розчин має кислу реакцію, тип розподілу компонентівтехногенно – акумулятивний. Кількість рухомих форм металів у породі становить,%: Ni – 100, Cu – 40, Mn– 60. За другим типом вивітрювання виноситься більша у 1,7 разів маса металівніж за першим і представлені вони елементами І, ІІ класу токсичності.

Установлено, що в процесі сучасноговивітрювання з відвальних шахтних порід Західного Донбасу у природні водинадходять такі компоненти: Fe, Mn,Zn, Ni, Co,Cr, Pb, Cd.Одержано кількісний показник, який характеризує інтенсивність їх вилуговування.За цим показником елементи можна розташувати в такий ряд: Mn> Cu > Zn > Ni> Fe > Pb > Cr> Cd > Co. Масакомпонентів, що виносяться з порід залежить від процесів вивітрювання. Якщо прицьому відбувається зниження кислотно – лужного показника порового розчину, щовідповідає другому типу вивітрювання порід, то кількість металів, які надходятьу довкілля, збільшується в 4 – 20 разів у порівнянні з першим типом. Більшоюмірою з підвищенням кислотності зростає рухомість Fe, Ni,Co, Mn.

Експериментально та за результатаминатурних спостережень установлено, що масоперенесення при вилуговуваннікомпонентів з порід в умовах їх знаходження на денній поверхні лімітується,головним чином, кількістю розчинника, періодичністю його надходження, коливаннямтемператури. Одержані залежності маси винесення компонентів (y)від об’єму розчинника (х), які апроксимуються наступними рівняннями:

у(Pb) = 15х +0,8;            у(Cr)= 18,8х + 0,95;              у(Fe)= 30х + 0,9;

у(Со) = 11х + 1,2;            у(Cu) = 19х +7;                     у(Ni)= 26х + 1,6;

у(Mn) = 39х +1,2;            у(Zn)= 38х + 0,27;                 у(Cd)= 44х + 1,1.

Одержані закономірності процесувилуговування обґрунтовано прогнозувати надходження компонентів до геологічногосередовища на період, який відповідає встановленню термодинамічної рівноваги зпоглинаючим комплексом породи. Послідовне підвищення об’єму води, що діє навідвальні породи, приводить не тільки до зростання маси компонентів, щовилуговуються, але й до зміни якісного складу фільтрату за рахунок обміннихреакцій.

Доведено, що масоперенесення за умоввилуговування компонентів з порід в умовах знаходження відходів на деннійповерхні лімітується не дифузійним надходженням компонента з твердої фази доповерхні розподілу фаз та конвективно – дифузійним відведенням продуктіврозчинення, а кількістю розчинника, періодичністю його надходження, коливаннямитемператури. Вилуговування компонентів з відвальних порід відбувається засхемою нерівноважного процесу у відкритій системі і тісно пов’язано з часомперебування породи на денній поверхні умовами ізоляції її від атмосфернихопадів та кисню повітря.

У разі перекриття породи ізолюючим віддії атмосфери шаром, рН порового розчину породу є близьким до нейтрального;глибинні розчини більш насичені солями, ніж ті ,що знаходяться під ізолюючимшаром. З порід виносяться, головним чином, залізо й цинк у кількості 85 % відзального винесення, а 15 % припадають на марганець і свинець. Там де порода неперекрита ізолюючим шаром, поровий розчин має кислу реакцію, тип розподілумікроелементів техногенно акумулятивний з максимумом у шарі 0,0 – 0,1 м. Окислювання піриту,розкладання марказиту і сидериту доведено виявленням великої кількості рухомихформ заліза, марганцю, цинку, нікелю, кобальту.

Переміщення відвальних порід на деннуповерхню супроводжується зростанням інтенсивності процесів сучасноговивітрювання, мобілізацією важких металів, що робить породи об’єктом підвищеноїекологічної небезпеки. Особливістю процесу сучасного вивітрювання відвальнихпорід є те, що формуються техногенні потоки, збагачені солями лужних, лужно –земельних і важких металів. Тип вивітрювання обумовлює особливості якісного такількісного складу компонентів, що вилуговуються, і залежить від ландшафтно –геохімічних умов та часу експозиції на денній поверхні. Перший тип вивітрюваннявідходів змінює їх клас небезпеки з IV на III,а другий – з IV на ІІ. Відповідно виділеним типам сучасноговивітрювання можна визначити ступінь небезпеки відходів, зокрема відходів вуглезбагаченняЦе може слугувати основою прогнозування рівня забруднення важкими металамиповерхневих та підземних вод у зоні впливу відвалів, а також екологічний станґрунтів та рослин на ділянках сільськогосподарської рекультивації, яку доцільнопроводити на відвалах.

Таким чином доведено, розходження щодоскладу й виносу важких металів у довкілля, тісно пов’язані з умовамискладуванням відходів. Максимальний винос важких металів відбувається з порідукладених у дамби. Винесення важких металів з ділянок рекультивації пов’язаноне тільки з вертикальною міграцією, а й з латеральною та площинною звикористанням методу тренд – аналізу доведено, що міграційний потік спрямованийу ту частину ділянки, яка межує зі схилом, де концентрація металів підвищуєтьсяу 2 – 6 разів. Прогнозний розрахунок винесення компонентів з відвальних порідна конкретних ділянках рекультивації, відсипаних у заплаві р. Самара показав,що з ділянки рекультивації площиною 0,1 км², щорічне можливенадходження у річку становить для марганцю 11 кг, для кобальту 1,7 кг, для хрому 0,6 кг, для міді 0,9 кг і для свинцю 5 кг. Тому необхідно середінженерно – технічних заходів запропонувати збільшення кута схилів дамб і укріпленняїх рослинністю.