Изменение биосферы горнопромышленным комплексом

5.1.1. 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.