Статья: Миграция токсичных элементов в пределах Ермаковского флюорит-бертрандит-фенакитового месторождения

Миграция токсичных элементов в пределах Ермаковского флюорит-бертрандит-фенакитового месторождения

А.М. Плюснин, Д. М. Сандакова

Геологический институт СО РАН, Россия ПАО «Бурятзолото», Россия

Аннотация

В статье рассмотрены условия хранения отходов добычи Ермаковского бериллиевого месторождения. Приводятся данные по содержанию бериллия, фтора, цинка, кадмия, мышьяка и др. токсичных элементов в рудничных и поверхностных водах, почвах и растительности в пределах месторождения и на окружающей территории. Показано, что миграция токсичных элементов, в основном, происходит в твердой фазе в составе продуктов выветривания отходов добычи руд. Поверхностные и подземные воды, формирующие ресурсы и химический состав в пределах рассматриваемой территории имеют слабощелочную реакцию среды, загрязняются сульфат-ионом, железом, марганцем. Растительность загрязнена цинком и кадмием.

Ключевые слова: бериллий, фтор, карьер, отвалы, наледь, выветривание, миграция.

MigrationoftoxicelementswithintheErmakovskoyefluorite-bertrandite-phenakitedeposit

A.M. Plyusnin, D.M. Sandakova

Abstract:ThearticlediscussestheconditionsofminingwastestoragewithintheErmakovskoyeberyl- liumdeposit. Dataonthecontentofberyllium, fluorine, zinc, cadmium, arsenicandothertoxicelementsinmineandsurfacewaters, soilsandvegetationwithinthedepositandinthesurroundingareaarepresented. Itisshownthatthemigrationoftoxicelementsmainlyoccursinthesolidphaseinthecompositionofweatheringproductsoforeminingwaste. Surfaceandundergroundwaters, formingresourcesandchemicalcompositionwithinthearea, have a slightlyalkalinereactionofthemedium, arepollutedwithsulfateion, iron, manganese. Thevegetationiscontaminatedwithzincandcadmium.

Keywords:beryllium, fluorine, quarry, wastedumps, frost, weathering, migration.

ВВЕДЕНИЕ

Бериллий и его соединения по токсичному воздействию на биоту относятся к первому классу опасности. Особенно опасны его летучие соединения, а также образующаяся при обработке пыль, вызывающая кожные заболевания и заболевания органов дыхания [9]. Этот токсичный элемент в больших количествах извлекается из недр при разработке рудных месторождений. В представленной публикации рассмотрено поведение бериллия и других токсичных элементов в постэксплуатационный период на территории размещения отходов добычи флюорит-бертрандит-фенакитового месторождения.

Ермаковское месторождение отрабатывалось с 1975 по 1989 году открытым способом. Действовали карьер, отвалы вскрышных пород, корпус дробления, котельная, вспомогательные цеха . Дробленая руда с Кижингинского карьера для дальнейшей переработки увозилась железнодорожным транспортом на фабрику в пос. Первомайский Забайкальского края. За время эксплуатации было отработано около половины запасов с извлечением 9733 тыс. м³ горных пород, в том числе: вскры-ши - 9450 тыс. м³. После закрытия рудника, работы по рекультивации и восстановлению природных компонентов ландшафта не проводились. Учитывая высокую потенциальную опасность бериллия на биоту, информация о поведении основных токсичных элементов, находящихся в составе отходов разработки бериллиевых руд, при длительном хранении, имеет большое практическое значение для организации природоохранных мероприятий.

Рис. Схема расположения природно-техногенных образований на территории Ермаковского месторождения с местами отбора проб воды и наледей

Условные обозначения: 1 - места отбора проб воды, 2 - места отбора проб растительности, 3 - расположение профилей отбора проб почвы, 4 - территория занятая природно-техногенной системой рудника, 5 - отвалы вскрышных пород, 6 - карьер, 7 - населенный пункт

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В 2007 и 2013 годах на территории Ермаковского месторождения проводились геоэкологические исследования, которые включали маршрутное обследование территории, опробование вод, почв, растительности. Было отобрано 24 пробы воды, 86 проб почв, 12 проб донных отложений и 25 проб травяного покрова (рис.).

Почвенная съемка была проведена в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83, ГОСТ 17,4,4,4,02-84 и ГОСТ 28168-89. Пробы почвы отбирались из поверхностного слоя земли с погружением на глубину 0,0-0,1 м методом «конверта» (смешанная проба с площади 20-25 м²). В полевых условиях пробы травы высушивались, озолялись, затем растирались до пылевого состояния и упаковывались в пластиковые пакетики. Пробы воды отбирались согласно ГОСТ 17.1.5.05-85, рекомендациям Р. 52.24.353-94 с поверхности водного объекта. Сразу после отбора пробы определялись: растворенный кислород, диоксид углерода, рН, температура воды, запах, прозрачность. Затем отобранная проба воды разливалась по разным, специально подготовленным по видам определяемых показателей сосудам и консервировалась в соответствии с требованиями методик. Общий химический анализ производился в аттестованной лаборатории Бурятского ЦГМС. Определение микрокомпонентно-го состава проводилось в центре коллективного пользования Геологического института СО РАН. Для анализа использовались методы атомно-абсорбционной спектрометрии и индуктивно связанной плазмы (ICPMS).

ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА

Район занимает обширное Кудуно-Кижингин-ское межгорное понижение. Территория с севера ограничена хребтом Худанский, с юга-востока хребтом Цаган-Хуртэй, а с запада - горной цепью Цаган-Дабан [2, 3].

Рельеф имеет сопочно-увалочный характер, характеризуется малым колебанием абсолютных высот и слабым развитием эрозионных процессов. Гидрографическая сеть района принадлежит к бассейну р. Селенги. Наибольший расход воды в реках наблюдается в период летних дождей [2]. На возвышенных участках месторождения отмечены дерново-лесные неоподзоленные почвы, в которых верхний гумусовый горизонт подвергнут изменениям или полному уничтожению. В понижениях рельефа на слабонаклонных подгорных шлейфах южной и юго-восточной экспозиции распространены темно-каштановые мучнисто-карбонатные почвы. На дне и в окрестностях карьеров, на терриконах и промплощадках, почвенный покров отсутствует. ермаковский бериллиевый месторождение отход

В составе растительного покрова доминирующим является лесной тип растительности, которая представлена бореальными таежными светлохвойными лесами, где господствует сосна обыкновенная. В котловинах на возвышенных участках отмечаются остепненно-травяные сосняки. Днище котловин представлено разнотравно-злаковыми сообществами . Котловинные участки на значительной территории распаханы. Климат типичный для Забайкалья - резко континентальный с продолжительной малоснежной и суровой зимой и коротким жарким летом с дефицитом влажности [4].

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНОТЕХНОГЕННОЙ СИСТЕМЫ

Ермаковское месторождение приурочено к небольшому блоку осадочных пород, представленных доломитами, кристаллическими сланцами и мраморизованными известняками. Толща осадочных пород рассекается многочисленными дайками [7]. Оруденение на месторождении представлено несколькими минеральными и генетическими типами, преобладают фенакит-бертрандитовые руды. Оно в основном приурочено к контакту алюмосиликатных сланцев с известняками и образует серию межпластовых тел, объединенных в рудные зоны. Руды в основном представлены мелко- и среднезернистыми агрегатами массивной, участками массивно-пятнистой текстуры. Зона окисления развита слабо, распространяясь на глубину первых десятков метров вдоль тектонических нарушений [5, 6, 7]. Месторождение приурочено к водоразделу ручья Зун-Шибирь и падей Бага-Хун- дуй и Бага-Нарин-Шибирь (рис.).

Карьер имеет вытянутую форму в северо-восточном направлении с длиной по верху 650 м, шириной 500 м и глубиной 70 м. Стенки карьера обрушены. В верхних горизонтах зона выветривания представлена суглинками с дресвой и щебнем. В приповерхностных горизонтах и вдоль тектонических нарушений руды покрыты буроватыми налетами гидроксидов железа, в них появляются каверны и пустоты, в которых иногда наблюдаются игольчатые сростки каламина, англезита и белые порошковатые налеты монтмориллонита и каолинита, изредка - тонкие пленки и почковидные агрегаты малахита. Отвалы вскрышных пород состоят из мраморов, гранитов, сланцев, габбро-диоритов, известняков, сланцев и скарнов. Основными источниками подвижных форм элементов выступают участки, где происходит выветривание сульфидов - пирита, галенита и сфалерита. На этих участках происходит окисление сульфидной минерализации с образованием минеральных кислот, взаимодействующих с флюоритом, фенакитом, бертрандитом, микроклином, альбитом, слюдами, переводя ряд токсичных элементов в раствор. Твердые продукты выветривания разносятся ветром по окрестностям.

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В карьере за счет выпадения атмосферных осадков образовался бессточный водоем. Нами опробована вода, заключенная в этом водоеме.

Отвалы вскрышных пород хорошо проницаемы для газов и воды. При выпадении атмосферных осадков в пределах отвалов вскрышных пород вся вода переводится в подземный сток. Летом в крупно глыбовом материале отвалов формируются конденсационные воды. В осенне-зимнийпериод в местах близ поверхностного залегания грунтовых вод формируются наледи. Две наледи формируются у отвала № 2 с восточной и южной стороны, соответственно наледь один и два. Третья наледь образуется за счет разгрузки воды из штольни. Четвертая - в долине ручья Зун-Шибирь ниже по склону от колодца, принимающего поверхностный сток с промплощадки.

Таблица 1

Содержание элементов в почвогрунтах и почве на Ермаковском бериллиевом месторождении и окружающей территории, мг/кг

Формирование макрокомпонентного состава вод под воздействием техногенных образований приводит к увеличению содержания сульфат-иона и возрастанию содержания фторид-иона, отмечается повышенное содержание нитрат-иона.

Необходимо отметить, что рудничные воды характеризуются околонейтральным состоянием кислотно-основных условий среды. Это, на наш взгляд, определяет невысокую миграционную способность многих химических элементов. Наиболее активно в этих условиях переходят в раствор микроэлементы, образующие в растворе анионы - марганец и молибден. Из тяжелых металлов отмечаются в повышенных концентрациях цинк и свинец. Среди элементов, относящихся к первой и второй группе токсичности, в повышенных концентрациях обнаруживаются кадмий и ртуть, содержание которых превышает ПДК, установленные для водоемов рыбохозяйственного назначения. Содержание бериллия в рудничных водах невысокое.

Непосредственно в районе месторождения формируются временные водотоки пади Бага-На-рин-Шибирь и пади Бага-Хундуй. Юго-западная часть рассматриваемой природно-техногенной системы дренируется подземными и поверхностными водами пади Зун-Шибирь. В верховье пади Зун-Шибирь протекает постоянный ручей, который переходит в подземный сток в ее средней части. Подземный сток всех этих падей дренируется рекой Кижинга. Гидрохимическая съемка проводилась в конце весны - начале лета, когда во всех падях сохранялся поверхностный сток. Вода в ручьях пресная, прозрачная, без вкуса и запаха, величина сухого остатка составляет 51-1165 мг/л.

Выявленные гидрохимические параметры показывают, что воздействие Ермаковского бериллиевого месторождения проявляется в возрастании содержания сульфат-иона и изменении рН в сторону кислой реакции среды в ручье Зун-Щибирь.

В поверхностных водотоках обнаруживаются повышенные концентрации железа, марганца, молибдена и цинка, что может быть связано с воз-действием техногенных процессов, протекающих в природно-техногенной системе. Содержание бериллия в поверхностных водах невысокое, так как он плохо мигрирует в слабо щелочной и нейтральной среде.

Таблица 2

Суммарный показатель загрязнения на обследованной территории