Современное состояние техногенных систем: экологические риски, перспективы извлечения и рекультивации

Объект исследований: заброшенные хранилища отходов переработки сульфид-содержащих полиметаллических руд, расположенных в непосредственной близости от жилых секторов в Кемеровской области (гг. Комсомольск, Салаир) и Забайкальском крае (пос. Вершинно-Шахтаминский, пос. Вершинно-Дарасунский).. Цель проекта - оценка экологического ущерба и поиск оптимальных методов рекультивации техногенных систем. Работа выполнялась в соответствии с календарным планом, изложенным в заявке по проекту. Исследованы шесть заброшенных разновозрастных хвостохранилища, расположенных в Кемеровской области и респ. Тыва: хвосты Салаирской свинцово-цинковой обогатительной фабрики (г. Салаир), отходы переработки руд Урского барит-полиметаллического месторождения (пос. Урск), Берикульские кеки цианирования (пос. Комсомольск, отходы после извлечения золота из полиметаллических руд Кузнецкого Алатау), карты захоронения отходов переработки руд из арсенидного кобальтового месторождения Хову-Аксы для определения их современного состояния. Снято в общей сложности 5 км профилей электротомографии, локально скомплексированных с данными магнитной и аэрофотосъемки и результатами геохимического опробования, опробовано вещество отходов, грунтовых и подземных вод, испытывающих техногенную нагрузку. Выделены четыре группы по степени развития природно-техногенных систем или их трансформации в ходе взаимодействия с факторами окружающей природной среды по характеристикам ландшафта и степени агрессивности вещества отходов и образующегося дренажа на основании данных об их кислотопродуцирующем потенциале. Авторами предложены экспресс-индикаторы определения агрессивности техногенных сред непосредственно в «в поле» на основании информации об их кислотности и удельной электропроводности. Применение метода электротомографии в комплексе с данными о составе вещества в зонах с различными электрофизическими свойствами позволило описать вертикальную зональность, оконтурить тело техногенной системы, рассчитать его объемы и ресурсы ценных и токсичных компонентов с учётом массовой доли водорастворимых форм на примере трёх заброшенных разновозрастных хвостохранилищ Кемеровской области (Комсомольское, Дюков Лог и Талмовские Пески). Описаны процессы переноса химических элементов с водными потоками на примере четырёх хранилищ отходов в Кемеровской области, респ. Тыва и Забайкальском крае. Выделены три основные зоны гипергенной трансформации кислотопродуцирующего вещества: окисления, выщелачивания и нейтрализации. В зоне окисления в пределах первого километра концентрации всех элементов остаются высокими, активно генерируется кислый дренаж, в реакциях «вода-порода» преобладают окислительные потенциалы, обстановка способствует окислению сульфидных минералов, выщелачиванию металлов и металлоидов. Кроме того, происходят гиперкриогенные трансформации вещества отходов в сезонно талом слое за счёт колебания температур и чередования циклов замораживания и таяния воды. Основными металлами, выносимыми дренажами из отходов хвостохранилищ в Комсомольске, Салаире и Дарасуне, являются Zn, Cu, Cd, Co, Ni, что отражает специфику состава полиметаллических руд. Особенностью дренажей из хвостохранилищ «Тувакобальт» являются высокие концентрации As и Sb. При смешении техногенных потоков с речными водами концентрации всего спектра химических элементов снижаются за счёт разбавления, нейтрализации и осаждения на природных геохимических барьерах: сорбция на глинистых минералах, соосаждение на вновь образованных гидроксидах железа, марганца и алюминия: концентрации железа, цинка, меди и мышьяка в растворе падают на 2-3 порядка по сравнению с исходными. Важно отметить, что соединения этих элементов перезахораниваются в донных отложениях, а те в свою очередь становятся временным депо, из которого при смене физико-химических условий среды вновь происходит высвобождение элементов и поступление их в речные воды. Предложен методологический подход и сделаны расчёты экологического ущерба водным и земельным ресурсам, подверженным техногенному воздействию со стороны заброшенных отходов золотоизвлекательного завода. Общая оценка экологического ущерба составляет 464 млн. рублей, стоимость рекультивации нарушенных земель и очистки техногенных растворов - 720 млн. рублей, при этом ориентировочная стоимость цветных металлов в складированных отходах – около 4 млрд. рублей.