Общие сведения о преобразовании биосферы горной промышленностью
Добыча и переработка полезных ископаемых как один из основных аспектов деятельности человека сопровождается широкомасштабным воздействием на окружающую среду. Среди современных разрушающих биосферу технологий добыча полезных ископаемых по многоплановости и необратимости воздействий вышла в нежелательные лидеры. Наибольшее влияние оказывается на атмосферу и гидросферу. Кризисные экологические ситуации более всего приурочены именно к местам добычи и обогащения полезных ископаемых (отвалы, хвостохрани-лища, карьеры, терриконы, отвалы угледобывающих предприятий и т.д.). Рациональное ведение технологических процессов, обеспечивающих щадящее отношение к окружающей среде, приобретает принципиально важное значение. На долю разработки и освоения минерального сырья (угля, нефти, горючих сланцев, попутного и природноготаза, металлов, неметаллических твердых полезных ископаемых, минеральных удобрений, строительных материалов) приходится свыше 80 % общего антропогенного воздействия на литосферу. Предполагается, что в течение —50 лет за счет процессов рассеяния полученных человечеством металлов в поверхностных отложениях земной коры содержание мышьяка повысится в 250, ртути в 100, свинца в 10 и оксидов железа в 2 раза. Так, в почвах г. Владикавказа (подверженных горно-металлургическому воздействию), установлено повышенное содержание тяжелых металлов (рис. 5.1, 5.2). Гистограмма на рис. 5.3 показывает тенденцию возрастания валового содержания галлия в I и во III зонах загрязнения, при относительной ста*-бильности во II зоне. Это свидетельствует о том, что галлий оседает в III зоне, будучи выброшен в воздух предприятием цинкового производства I зоны. Содержание марганца и никеля в почве г. Владикавказа имеет тенденцию увеличения только в I зоне загрязнения, что обусловлено функционированием металлургического производства. По никелю в I зоне загрязнения наблюдается увеличение ПДК в 1,6 раза. Применяющиеся процессы добычи полезных ископаемых (под которыми понимаются не только извлечение минералов, но и весь комплекс вскрытия, подготовки, дробления, выдачи на поверхность, измельчения, обогати-
тельный и металлургический передел) пока еще не могут не нарушать исходное равновесие экосистемы, вызывая необратимые изменения в биосфере. Подземный и открытый способы разработки месторождений твердых полезных ископаемых, скважинный способ добычи нефти, природного газа, серы, солей, цветных и других металлов существенно влияют на газовый, водный, термический и геохимический режимы территорий расположения горнодобывающего комплекса, на микроклимат отдельных регионов и частично даже на глобальный климат планеты. Добыча и переработка минерального сырья производится в рамках совокупности органических и неорганических компонентов, в которой осуществляется круговорот веществ, или экосистемы, устойчивой во времени и открытой в отношении притока и оттока материальных компонентов. Любое воздействие на экосистему вызывает ответную реакцию, энергия которой зависит от степени вмешательства в природные процессы окружающей среды. В связи с интенсивным ростом промышленного производства, обусловливающим постоянно возрастающую потребность в различных видах минерального сырья, добыча полезных ископаемых в мире удваивается каждые 10-15 лет. Следствием этого является то, что за последние 25-30 лет из недр было извлечено около 15 млрд т железной руды, 70 млрд т угля, 25 млрд т нефти, 12 трлн м3 природного газа, миллиарды тонн минеральных удобрений, строительных материалов, десятки миллионов тонн меди, свинца, цинка, алюминия, сотни тысяч тонн остальных цветных и редких металлов, сотни тонн золота и многих других полезных ископаемых. Только Министерству природных ресурсов РФ в части охраны недр подконтрольно около 3 650 предприятий по добыче и переработке минерального сырья, в составе
которых находится свыше 171 тыс. объектов (шахт, рудников, карьеров и разрезов). В России в настоящее время действуют более 600 шахт и рудников с подземной добычей угля, руд черных и цветных металлов, минеральных удобрений, а также свыше 4 000 карьеров и разрезов. В частности, минеральное сырье перерабатьюают более 2 000 обогатительных фабрик (ОФ), в угольной промышленности на экологическую обстановку биосферы негативное влияние оказывают 230 шахт и 65 разрезов (в 1995 г. на них было добыто 250,2 млн т угля), 74 обогатительные фабрики, 350 предприятий угольного машиностроения, производства строительных материалов, а также многочисленные строительно-монтажные предприятия, автобазы, управления водно-канализационного хозяйства и др. Разработка месторождений горно-химического сырья осуществляется 35 карьерами и 20 рудниками (с превышением 55% удельного веса добычи полезного ископаемого открытым способом). В железорудной промышленности в настоящее время открытым способом разрабатываются 5 месторождений — Оленегорское, Ко-стомушское, Лебединское, Стойленское и Михайловское; подземная добьь ча производится на Коробковском месторождении (на Яковлевском месторождении строится подземный рудник). Открытый способ разработки наносит наибольший экологический ущерб, но в настоящее время он является основным в горнодобывающей промышленности. Наибольший удельный вес открытых горных работ при добыче железной руды приходится на европейскую часть России. Изъятие горных масс из карьеров сопровождается их накоплением в отвалах, занимающих большие площади. Они выводят из хозяйственного использования значительные территории и создают новые неравновесные системы в геологической и окружающей средах. В XX в. техногенный перенос материала на поверхности Земли достиг огромных размахов: ежегодно в процессе ведения горных работ перемещалось не менее 1 км3 горных пород, что вполне соизмеримо с денудацией суши всеми реками мира. Интенсификация добычи минерального сырья сопровождается постоянным расширением масштабов и площадей негативного влияния на все компоненты биосферы и в конечном счете на здоровье населения, а также состояние зданий, сооружений, оборудования, природных объектов гидросферы (рек, озер, прудов и т.д.) и атмосферы. К 1990 г. человек изменил исходные природные ландшафты 55 % территории Земли, т.е. 2,3 га на каждого жителя планеты. Увеличение объемов добычи разнообразных полезных ископаемых (при сохранении тенденций по форме и величине нагрузки на биосферу) позволяет прогнозировать дальнейшее ухудшение природных условий. В настоящее время этот процесс имеет объективный характер и наблюдается в государствах с различным политическим устройством, формами хозяйствования и технологическим уровнем. Уже в разных странах установлено отрицательное воздействие на биоту со стороны горных предприятий. Так, в Уэллсе и Сомерсете в районе складирования отвалов образовались аномалии с содержанием свинца в растениях 275 мкг/т, что значительно выше ПДК. В результате произошла гибель домашнего скота. То же наблюдалось и в Шотландии в придорожной полосе, где дороги были построены из отвалов местного рудника. В Западном Казахстане зафиксированы случаи строительства фундаментов домов с использованием отвалов уранового рудника, а в Ловозере улицы города мостились песком из россыпей, содержащих радиоактивный лопарит. В Киргизии, в поселке рудника Ак-Тюз, некоторые дома были построены с использованием торийсодержащих песков местной обогатительной фабрики. На Чиатурском месторождении (Грузия) установлено резко повышенное содержание марганца в кукурузе, клевере и люцерне. В районе фосфоритовых рудников Айдахо (США) отмечается загрязнение свин^ цом, кадмием и цинком почв, а также произрастающих вблизи отвалов люцерны и кормовых трав. Другой особенностью функционирования горного производства являются добыча и переработка полезных ископаемых — вид техногенеза, имеющий высокую концентрацию в пространстве. Только в Свердловской области находятся в разработке или были отработаны за последние 25 лет 208 месторождений твердых полезных ископаемых (кроме месторождений глин), в том числе: марганца — 4, железа — 25, цветных металлов — 32 (из них Си — 9), рудного золота — 5, неметаллических полезных ископаемых — 58, золотоплати-новых россыпей — 38, строительных материалов — 40, угольных — 6. В районе Эллиот-Лейк (Канада) на площади 48 км2 существовало 11 крупных рудников и гидрометаллургических заводов (ГМЗ) с суммарным производством 13,2 тыс. т урана в год. В бассейне Витватерсранд (ЮАР) находилось 26 рудников и 17 ГМЗ, на плато Колорадо (США) действовало до 1000 рудников и 27 ГМЗ, в штате Вайоминг (США) — до 45 рудников и 18 ГМЗ. Результатом горнопромышленной деятельности человека являются уже не локальные территории и даже не отдельные районы, а целые регионы интенсивной добычи сырья: Донбасс, Кузбасс, Норильск, Урал и их аналоги за рубежом. Так, добьлу угля в России производят в восьми основных угольных бассейнах: Кузнецком ( — 93 млн т угля), Канско-Ачинском (31 млн т), месторождениях Восточной Сибири (33 млн т), Печорском и Донецком (22 и 18 млн т), месторождениях Урала (11 млн т), Подмосковном (3,5 млн т). Следующая особенность функционирования горнопромышленного комплекса — образование многочисленных отходов (твердых, жидких или газообразных) производства. В процессе добычи на 1 т угля приходится около 3 т отходов, при потреблении — 0,2-0,3 т. При добыче 1 т стали образуется 5-6 т отходов, в результате переработки — 0,5-0,7 т. На 1 т цветных металлов (ввиду их низкого содержания в рудах) приходится не менее 100-150 т отходов при добыче и более 50-60т при переработке. При добыче 1 т редких, благородных или радиоактивных металлов (в связи с очень низким содержанием в рудах) образуется до 5-10 тыс. т отходов, а при переработке — от 10 до ЮОтыс. т. Величина утилизации отходов, возникающих при функционировании горнодобывающего и перерабатывающего производств, в смежных или сопутствующих процессах не превышает 6-10 %. Общее количество всех видов неутилизированных отходов горного производства в России составляет около 45 млрд т. Под их складирование занято 250 тыс. га земель. Горнодобывающие предприятия, ежегодно выбрасывая более 20 млн т пылегазовых веществ, являются крупнейшими загрязнителями атмосферы. Так, рыхлые вскрышные породы являются источником пыли для воздушного бассейна, водотоков и почв прилегающих территорий. Например, в угольной промышленности России (при добыче ~ 337 млн т угля в год) атмосферные выбросы ориентировочно составляют 394 тыс. т, а сброс загрязненных вод равен 0,6 млрд м3 (или 84 % их общего количества). В газовой промышленности при добыче 640 млрд м3 природного газа вредные выбросы в атмосферу составляют 2138 тыс. т (около 20 % общих выбросов в стране H2S, SO2, N02 и др.), а в гидросферу — примерно 21 млн т неочищенных сточных вод. Нефтедобывающая промышленность дает 2,5 млн т атмосферных выбросов (10 % от общих), 21 млн м3 загрязненных сточных вод и нарушает приблизительно 12,7 тыс. га земель. Нефтеперерабатывающей промышленностью в атмосферу выбрасывается более 1,5 млн т загрязняющих веществ (3,83 кг на 1 т перерабатываемой нефти), а сброс сточных вод достиг 16,5 млн м3 (из них 3 млн м3 — без очистки). Воздействие нефтедобывающей промышленности на окружающую среду характеризуется: • загрязнением атмосферы выбросами вредных веществ; • потреблением воды для буровых установок и компрессорных станций; • сбросом загрязняющих веществ в поверхностные и подземные воды; • извлечением с нефтью высокоминерализованных попутных вод; • изменение ландшафта (земляные работы, изъятие земель для строительства объектов нефтегазодобычи, застройка, перемещение грузов волоком), вырубкой лесов, загрязнением почвы нефтепродуктами, разрушением пластов недр и др.; • захоронением отходов бурения; • аварийными разливами нефти. В настоящее время в России неудовлетворительно используется попутный нефтяной газ: его сжигание в факелах составляет около 11 млрдм3 (столько же, сколько потребляется для нужд всего населения России). На этих предприятиях возникает значительное количество и других (твердых или жидких) отходов. Например, только обогатительные фабрики ежегодно направляют в хвостохранилища и очистные сооружения до 10 км3 твердых и жидких отходов. Твердые минеральные отходы горного производства под действием температурно-влажностных факторов и химических процессов с течением времени трансформируются и в виде пылевидных фракций или аэрозолей попадают в атмо- и гидросферу, а также загрязняют почвы. Важное значение имеет вид добываемого полезного ископаемого. Например, в отличие от горнодобывающих предприятий цветной металлургии, в которых главная доля (до 85 загрязнения биосферы связана с воздействием тяжелых металлов, сульфатов, нитратов, хлоридов и других соединений, в уранодобывающей промышленности основная доля (90 загрязнения связана со слаборадиоактивными твердыми отходами. При этом особую опасность представляют отходы, накапливаемые в хвостохранили-щах, где радоновыделение (учитывая высокую степень измельчения хвостов и длительный срок их хранения) в 4-5 раз превышает радоновыделение из подземных выработок. Влияние хвостохранилищ на радиационное загрязнение окружающей среды соизмеримо с действием АЭС и во много раз превышает влияние собственно горных работ. Добыча и переработка полезных ископаемых, кроме того, предусматривает использование мощной и разнообразной добычной и транспортной техники. Так, сжигание органического топлива в дизелях и двигателях внутреннего сгорания действующих на горных предприятиях, часто формирует высокий уровень загрязненности в пределах прилегающих территорий. Особенности организации горного и перерабатывающего производства (много-стадийность передела от добычи сырья до изготовления продукта, географическая разобщенность технологической цепи, большая численность предприятий и др.) способствует миграции химических элементов, загрязняющих биосферу. Для рассматриваемой проблемы — охраны окружающей среды при добыче и комплексной переработке полезных ископаемых — первостепенное значение имеет мобильность составляющих ее компонентов. По степени мобильности элементов окружающей среды можно выделить следующие группы: весьма мобильные, мобильные и иммобильные. Мобильность элементов окружающей среды может быть активной и пассивной, носить планетарный характер и ограничиваться локальной территорией. В процессе технологического производства отдельные компоненты некоторых элементов окружающей среды или даже целиком те или иные элементы могут переходить из одной степени мобильности в другую. Это, например, относится к подземным водам, которые при разработке месторождений полезных ископаемых в виде промышленных стоков обычно поступают в гидрографическую сеть. Степень мобильности имеет важное значение, поскольку элементы окружающей среды могут являться мобильными от природы или становиться искусственно аккумуляторами загрязнений и средством транспортировки их на большие расстояния. Кроме того, технологическая цепь горного производства включает в себя предприятия, где геоматериалы дезинтегрируют всеми доступными средствами: взрыванием, сухим дроблением в дробилках, мокрым измельчением в мельницах, активацией в быстроходных аппаратах, и обычно располагаемых на земной поверхности, где происходит воздействие на них природных факторов (осадков, ветра, температур, лучистой энергии), которые продолжают процесс естественной и технологической дезинтеграции. В основе отрицательного влияния технологий на биосферу также лежит изменение и путей фильтрации газов и жидкостей при структурных нарушениях литосферы, взаимного расположения элементов различных оболочек относительно друг друга, трансформация природного и техногенного баланса твердой, жидкой и газообразной компоненты природной среды. В частности, деятельность рудников, карьеров, обогатительных фабрик и перерабатывающих заводов вызывает необратимые изменения в виде: • разрушения земной коры; • перераспределения в литосфере напряжения или горного давления; • изъятия из оборота почв над обрушенными участками; • загромождения отвалами поверхности; • заболачивания или, наоборот, обезвоживания почв; • изменения химического, биохимического и физического состояния пород, почв, вод, воздуха и растительности; • изменения характера атмосферных явлений и запыленности; • увеличения радиоактивного уровня в регионах; • изменения видов и количества флоры и фауны в окрестностях; • возникновения биогенных мутаций и др. Подобная разноплановая трансформация биосферы требует не менее разностороннего подхода при ее охране. Поэтому технические и технологические решения по охране биосферы весьма разнообразны и зависят от: • типа месторождения (масштаб, геологические и гидрогеологические условия залегания); • вида полезного ископаемого; • системы отработки месторождения (открытая, подземная или геотехнология) и переработки минерального сырья (обогащение, гидро- или пирометаллургия); • технологической схемы разработки месторождения и переработки минерального сырья; • ландшафтно-геохимических характеристик территории (особенностей климата, рельефа местности, состава почв и других факторов.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Общие сведения о преобразовании биосферы горной промышленностью» з дисципліни «Основи природокористування: екологічні, економічні та правові аспекти»
загрязнения биосферы связана с воздействием тяжелых металлов, сульфатов, нитратов, хлоридов и других соединений, в уранодобывающей промышленности основная доля (90 