Апатитские ученые занимаются проблемой пыления хвостов

2021 объявлен Годом науки и технологий в России. Наступил август, тематический месяц климата и экологии.

А каким образом одно влияет на другое, если взять за пример город Апатиты?

На вопрос об экологических проблемах любой житель Апатитов тут же ответит: это пыление хвостов. Это явление наблюдается только в сухие теплые месяцы, зато регулярно.

Об этом мы поговорили с доктором технических наук, директором Института проблем промышленной экологии Севера Дмитрием Макаровым.

Вопросы пылеподавления очень важны не только для ученых или для общественников-экологов, но и для самих предприятий.

Например, КФ АО «Апатит» постоянно ищет новые технологии для предотвращения пылеобразования, проводит лабораторные и промышленные испытания новых реагентов.

Сегодня предприятие закрепляет поверхности пляжей хвостохранилища АНОФ-2 реагентом, который связывает частицы пыли и не дает им подниматься в воздух.

Для этой цели выбрали состав «Dustbind», стойкий к атмосферным воздействиям и проницаемый для влаги. По-прежнему откосы дамб закрепляют с помощью приспособленных к местным условиям трав, например, волоснеца песчаного, а автодороги хвостового хозяйства засыпают щебнем и обеспыливают с помощью технического лигносульфоната – нетоксичного вещества, получаемого при переработке древесных отходов.

Кроме того, на апатит-нефелиновых фабриках модернизировали передел измельчения: внедрили технологию тонкого грохочения. Это сократило содержание самых мелких, пылевидных фракций в измельченной руде и в «хвостах».

Проблемами пылеподавления долгие годы занимается Горный институт КНЦ РАН.

Много сил пылеподавлению отдала Заслуженный эколог РФ, ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией геоэкотехнологий Светлана Месяц.

Именно она разработала методику «упаковки» мелкодисперсной пыли латексными полимерными покрытиями, которые не мешают прорастать травам. Дело в том, что просто укрепить техногенный слой новым дерном не получится – семена растений сдует ветер.

Ученые поступили иначе: прямо на поверхность хвостохранилища, без дополнительного плодородного слоя, высеяли семена и полили латексной эмульсией, которая, подсохнув, образовала прочное покрытие.

Уникальность метода в том, что латекс обволакивает и закрепляет минеральные частицы, одновременно создавая для растущей травы комфортные условия. Она получает достаточно влаги и тепла, пробивает полимерную корочку и образует густой покров, который, отжив положенный срок, отмирает. Через несколько лет полимерное покрытие разлагается.

Светлана Месяц и ее коллеги апробировали эту технологию в разных климатических зонах, на разных минеральных основах и при разных видах загрязнений: в районе Чернобыльской АЭС – при радиоактивном, при нефтяном – на Ямале, на загрязненных тяжелыми металлами почвах – при работе горнометаллургических предприятий, в Прибалтике – чтобы закрепить естественные пески, и, конечно, дома, в Мурманской области: на отвалах отходов местного рудообогащения.

Если специалисты Горного института занимаются вопросами горной экологии, то ученые Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра отводят особое место изучению технологических возможностей переработки отходов горно-промышленного производства и разработке технологических решений по снижению вреда для природы от хвостов обогащения, шлаков цветной металлургии и других побочных продуктов горной промышленности.

Например, одно из направлений их деятельности – разработка методов биологического восстановления нарушенных земель, техногенных пустошей, отвалов и хвостохранилищ, восстановления свойств природных объектов.

Эти работы ИППЭС ведет в тесном сотрудничестве с Полярно-альпийским ботаническим садом-институтом, Институтом химии и технологии редких элементов и минерального сырья и Лабораторией природоподобных технологий и техногенной безопасности Арктики КНЦ РАН.

Коллектив женский: Любовь Иванова, Тамара Горбачева, Марина Слуковская, Евгения Красавцева, и Виктория Максимова. В конце 2020 года было опубликовано брошюра «Пора озеленять Арктику», где обобщены некоторые результаты этих работ.

Так что же такое так называемые «хвосты»? Говоря просто, так называют отходы процесса обогащения руды.

- Во всем мире сейчас большинство руд должны подвергнуться обогащению – просто потому, что таково их исходное качество, – поясняет Дмитрий Макаров. – И нужно помнить, что все горно-обогатительные предприятия имеют отвалы – без них никакое производство невозможно. Всем необходимо получить концентрат!

Последняя совместная работа исследователей и промышленников заключалась в переходе от битумной эмульсии к новым технологиями закрепления.

- Главный минус битумной эмульсии в том, что для ее приготовления необходима горячая вода, что влечет дополнительные технологические трудности.

А новый реагент «Dustbind» более технологичен. Его испытания проходили и в лабораториях, и непосредственно на «хвостах», мы определяли прочность образованных покрытий, устойчивость к циклам замораживания и оттаивания, скорости выщелачивания из-за атмосферных осадков, а также проверяли возможное влияние реагентов на показатели флотации в случае их попадания в оборотную воду, оценивали стоимость обработки единицы площади поверхности, – поясняет ученый.

Дмитрий Викторович показывает карту хвостового хозяйства АНОФ-2 и объясняет, как применяют реагенты. На схеме видно, что «хвосты» поступают в хранилище с разных сторон.

Это называется рассредоточенным намывом. Весной все точки намыва нужно обработать по максимуму: при сходе снега они быстро высыхают, и частицы менее 100 микрон под действием ветра начинают мгновенно разлетаться. Высота хвостохранилища около 70 метров, площадь – почти 1600 гектар: хвостовые хозяйства АНОФ-2 и АНОФ-3 самые крупные в регионе.

– Отходы добывающего производства есть в Ковдоре, Оленегорске, Заполярном, Ловозере, и, как правило, предприятия занимаются вопросами закрепления. Но у наших «хвостов», кроме объема, есть и другие минусы: совсем небольшое расстояние до города, особенно до Старых Апатитов, частые северо-западные ветра, которые легко доносят пыль до жилых районов, и конечно, ее мелкодиперсность.



Если другим предприятиям достаточно просто складировать отходы, то в Апатитах приходится их обрабатывать реагентами. Допустим, в Заполярном при добыче медно-никелевых руд образовалось примерно 280 миллионов тонн отходов, хвостохранилище втрое больше по площади, чем сам город.

При этом проблемы пыления там нет: частицы преобладающих в составе «хвостов» минералов при высыхании переходят в камнеподобное состояние.

Хвостохранилища у нас появились одновременно с началом работы апатит-нефелиновых фабрик. Было свое и на АНОФ-1 – там «хвосты» давно рекультивированы.

В Апатитах хвостовое хозяйство заработало в середине 60-х, при этом до начала двухтысячных я не припомню таких бурных обсуждений проблемы пыления.

Возможно, из-за того, что появились соцсети, где люди активно высказываются. С другой стороны, и объемы «хвостов» наращиваются, в том числе потому, что руда не становится богаче. Ее нужно «раскрыть» до определенной крупности, чтобы извлечь полезные минералы, поэтому степень измельчения меняется. Тут все работает в комплексе.

- При обсуждении проблемы «хвостов» люди высказывают два мнения: от «все закрыть» до «где тогда работать?»…

- Конечно, нельзя забывать о том, что хвостохранилище у нас возобновляемое, и, грубо говоря, не будет пылить, если не будет работать. Однако мало кто знает, что действующее проще поддерживать в минимально приемлемом состоянии, чем закрытое. А вот то, что при закрытии градообразующего производства люди останутся без работы, понимают многие.

- Нет сомнений, что горнорудные предприятия области вкладывают много средств и сил на закрепление хвостовых отходов. Но возникает вопрос: а почему они остаются ненужными для последующей переработки? Можно ли что-то сделать, чтобы они приносили пользу?

- Из руды в свое время извлекали нефелин, чтобы производить нефелиновый концентрат – его отправляли на глиноземные заводы в Волхов и Пикалево. Это сырье для получения алюминия. В СССР был разработан интересный способ спекания, при котором, кроме глинозема, получались попутные продукты, включая соду, поташ и цемент.

И все хвосты нашей области (за исключением Ловозерского ГОКа) можно использовать для изготовления строительных материалов. Такие технологии разрабатывали у нас, в отделе технологии силикатных материалов Института химии.

В том числе – способы производства цветных декоративных стекол, керамики, красного кирпича. Использование отходов горнорудного производства позволило бы отказаться от разработки глиняных карьеров. Но тут вмешивается рыночная экономика: проблематично заинтересовать производственников.

Хотя экономически стимулировать предприятия на мероприятия по снижению количества отходов было бы удачным решением.

Тем более, если кому-то прямо сейчас понадобятся наши нефелиновые отвалы, они могут быть использованы все, даже ранее закрепленные. Накоплено только на АНОФ-2 около 700 миллионов тонн, а суммарно на трех хранилищах – около миллиарда тонн. Перерабатывать придется долго.

- Есть ли в области примеры таких производственно-экономических решений по переработке?

- Да, например, на Ковдорском ГОКе. Там руда комплексная, из нее ранее выделяли только магнетитовый концентрат, а «хвосты» складировали. Затем, начиная с конца 90-х, из них начали доизвлекать апатит и бадделеит - в разработке технологии обогащения принимали участие сотрудники Горного института.

Таким образом, объемы «хвостов» уменьшились. Этот опыт достаточно уникален, но в любом случае, переработка предполагает очень большие финансовые вложения.

Есть, конечно, еще интересные варианты – допустим, когда хвосты используют в закладочные смеси, возвращая в выработанные пространства рудников. Есть варианты сгущения – обезвоживания для уменьшения объема и снижения затрат на складирование отходов. Но в каждом конкретном случае свой подход, и я думаю, у нас реализован единственно возможный на сегодняшний день.

- А каким образом изменение климата может повлиять на хвостовые хозяйства?

- Мы отмечаем такие признаки изменения климата, как ранняя весна, очень быстрый сход снега, сухое лето с ветрами. Если климатические изменения в сторону повышения температур станут все более очевидными, периоды пыления участятся, а сам сезон продлится.

Этот фактор тоже надо принимать во внимание наравне с увеличением объема хвостов. Все-таки у нас «сезон» - только летние месяцы, но теперь все чаще отмечается и резкое весеннее потепление, когда пляжи хвостохранилищ быстро подсыхают и сезон пыления увеличивается.

Эти результаты получены нами в результате выполнения проекта РФФИ «Зоны интенсивного природопользования в российской Арктике в условиях изменения климата: природные и социальные процессы в долгосрочной перспективе».

- Какой основной вред, на ваш взгляд, наносит нефелиновая пыль?

- Пыль хвостов неорганическая, состоит из нефелина и полевых шпатов. Сами по себе эти минералы для человека не опасны. Опасно то, что пыль мелкодисперсная. Мы запрашивали в Мурманском УГМС случаи превышения ПДК в Апатитах за 2001-2019 годы – максимальное сезонное число случаев превышения разовых ПДК взвешенных веществ (0.5 мг/м3) за этот период зафиксировано 15 раз. За 19 лет по 22 случая превышения ПДК отмечалось в мае и июне, 35 в июле, 13 в августе, один случай в сентябре.

Что касается загрязнения, то сами по себе хвосты инертны, но за счет их дисперсности все же происходит миграция элементов. Они попадают в почву, в водоемы, начинают на них воздействовать.

Все это, безусловно, является проблемой. Но опять же – тут нужен баланс. Общественная дискуссия сегодня во всех странах одинакова: как найти равновесие между чистотой природной среды и необходимостью развивать производства, обеспечивая людей заработком, а их жизнь в целом – комфортом в виде обилия пищи, теплых жилищ и быстрых машин.

https://www.ksc.ru/press-sluzhba/novosti/novo...vaet/