Условия накопления сапонитсодержащих осадков и технология их сгущения в хвостохранилище месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова

Рис. 8. Принципиальная схема устройства хвостохранилища.

Осадок сапонита, накапливающийся в картах - хранилищах, будет уплотняться под собственным весом, выделяющаяся при этом чистая вода будет стекать по уклону рельефа. При заполнении хранилища его следует перекрыть сверху дренирующим слоем песчаного грунта и провести рекультивацию. Рядом в это время потребуется создать новое хранилище, где будут скапливаться следующие порции сапонита.

Описанная схема позволит сформировать экологически безопасное хранилище сапонита, осажденного из суспензии в хвостохранилище. Применение этой схемы не потребует значительных дополнительных материальных затрат (для образования и уплотнения осадка будет использоваться природный холод) и позволит обойтись без постоянного наращивания объема хвостохранилища. Проведенный расчет показал, что если условия разработки месторождения (содержание сапонита в кимберлитовой руде, темпы и объемы ее добычи) останутся неизменными, необходимые размеры хвостохранилища составят ~ 1,25Ч1,25 км при глубине 0,9 м. Последующего увеличения его глубины или площади в процессе эксплуатации не потребуется.

Выводы

В настоящей работе на примере хвостохранилища Ломоносовского ГОКа на трубке "Архангельская" месторождения им. М.В. Ломоносова было исследовано влияние сапонита, содержащегося в хвостах обогащения кимберлитовых руд, на условия их накопления. Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы.

1. Пляжная зона и ограждающие дамбы хвостохранилища сложены намывными песчано-глинистыми породами. В составе пород наряду с песчаными зернами присутствуют микроагрегаты глинистых минералов, обусловливающие их физические и механические свойства. Проведенные исследования показали, что увеличение содержания сапонита в намывных породах в процессе разработки месторождения приводит к значительному увеличению их влажности (при содержании сапонита в намывных отложениях в количестве 20 % их влажность увеличивается с 22,6 до 51,9 %). Это в свою очередь приводит к значительному уменьшению их прочности (при содержании сапонита в намывных отложениях в количестве 20 % угол внутреннего трения уменьшается с 21° до 18°, а сцепление с 14 кПа до 3 кПа). Увеличение нагрузки на намывные отложения, слагающие ограждающие дамбы, при увеличении глубины хвостохранилища приведет к значительному уменьшению их прочности (при увеличении противодавления в поровой воде до 40 кПа угол внутреннего трения в намывных отложениях уменьшается до 9°, а сцепление до 2 кПа) и, следовательно, снижению устойчивости дамб. Все эти данные свидетельствуют о снижении экологической безопасности хвостохранилища при увеличении его глубины и наращивании высоты ограждающих дамб.

2. В прудковой зоне хвостохранилища накапливается водная суспензия, дисперсная фаза которой представлена преимущественно сапонитом. Частицы сапонита, обладающие развитым диффузным слоем ионов проявляют в водной среде высокую устойчивость и не коагулируют. В естественных условиях скорость осаждения сапонита составляет 0,4 м в год, при этом образуется очень рыхлый осадок (плотность скелета осадка составляет 0,18 - 0,20 г/см 3, пористость - 97 %). В результате емкость хвостохранилища оказывается недостаточной для складирования в нем необходимого объема хвостов. Проведенный мониторинг строения хвостохранилища показал, что за 2 года эксплуатации (с 2005 г. по 2007 г.) произошло полное заполнение его прудковой зоны суспензией сапонита, осветления которой практически не происходит. Расчеты показывают, что общий объем осадков в пляжной и прудковой зоне, с учетом содержания сапонита в разрезе трубки, будет в 4 - 5 раз больше запроектированного объема хвостохранилища.

3. Для определения возможности ускоренного осветления оборотной воды в хвостохранилище было изучено действие 18 флокулянтов различного типа, неорганических коагулянтов AlCl3 и Al2SO4, а также воздействие электрического и магнитного полей. В результате экспериментальных исследований установлено, что применение флокулянтов Праестол № 2540 и Magnafloc 156 с концентрацией 0,005 - 0,0005 % значительно сокращает время осаждения сапонита из суспензии (скорость осаждения увеличивается почти в 6000 раз и составляет 25-30 в час), но не приводит к его уплотнению. Таким образом использование этих флокулянтов позволяет решить проблему осветления воды для оборотного водоснабжения, но не может решить проблему уплотнения осадка сапонита и уменьшения его объема в хвостохранилище.

4. Решить проблему уплотнения осадка сапонита физико-химическими методами не удается. В результате экспериментальных исследований установлено, что решение возможно при температурном воздействии на суспензию. Проведенные исследования показывают, что замораживание и последующее оттаивание сапонитовой суспензии инициирует ее ускоренное осаждение и уплотнение (сгущение). При медленном режиме замораживания с возможностью дренирования отделяющейся влаги образуется наиболее плотный осадок, представляющий собой глину текучей консистенции с влажностью 100 %, плотностью скелета 0,70 г/см 3, пористостью 75 %, углом внутреннего трения 5° и сцеплением 9 кПа. Образовавшийся осадок обладает способностью к дальнейшим диагенетическим изменениям - при приложении дополнительной гравитационной нагрузки происходит упрочнение его структуры. Консолидированный осадок представляет собой тугопластичную глину, со следующими основными свойствами - влажность 46 %, плотность скелета 1,1 г/см 3, пористость 59 %, степень свободного набухания 0,28 д.е., модуль общей деформации 0,5 - 1,3 МПа, угол внутреннего трения 13°, сцепление 12 кПа.

5. Для практического применения способа уплотнения (сгущения) осадка сапонита при замораживании и оттаивании суспензии предложена технологическая схема хвостохранилища, применение которой позволит не только снизить объем накапливающегося там сапонита, но и даст возможность его извлекать и складировать для последующей утилизации и использования в различных областях хозяйственной деятельности. Организация функционирования хвостохранилища по предложенной схеме позволит значительно снизить глубину хвостохранилища и высоту ограждающих дамб и, соответственно, повысить их экологическую безопасность. Теплофизические свойства сапонита позволят осуществлять замораживание и оттаивание суспензии сапонита за счет климатических особенностей района без использования дополнительных источников энергии.

Основные положения диссертации опубликованы в работах

1. Влияние сапонита на устойчивость гидротехнических сооружений хвостохранилищ на месторождении им. М.В. Ломоносова Архангельской области. // Геоэкология. 2008. № 3. С. 269 - 271.

2. Содержание сапонита как фактор развития оползневых процессов в техногенных намывных грунтах хвостохранилищ (на примере Ломоносовского ГОКа). В сб. Сергеевские чтения. Опасные природные и техноприродные экзогенные процессы: закономерности развития, мониторинг и инженерная защита территорий. Вып. 9. М.: ГЕОС. 2007. С. 110 - 112 (в соавторстве с А.С. Евтюшиным).

3. Особенности строения хвостохранилищ месторождения им. М.В. Ломоносова Архангельской области. В сб.: Актуальные проблемы экологии и природопользования. Вып. 10 (часть 1). Системная экология и геоэкология. М. 2008. С. 100 - 102 (в соавторстве с Цзян Чень).

Размещено на Allbest.ru