Размещение отходов в хвостохранилище

Хвостохранилище (код 694) используется филиалом «Производство полиметаллов» ОАО «Уралэлектромедь» для складирования двух видов отходов:

- хвостов и шламов обогащения руд цветных металлов (код 345 000 00 00 00 0, 5 класс опасности для окружающей природной среды);

- хвостов и отходов от переработки металлургических шлаков (код 314 000 00 00 00 0, 5 класс опасности для окружающей природной среды).

До 1937 г. сброс хвостов обогащения частично производился непосредственно на рельеф для заполнения старых карьеров, неровностей рельефа и формирования современного состояния дневной поверхности как на промплощадке предприятия, так и на прилегающей территории.

Специальный объект для складирования хвостов (старое хвостохранилище обогатительной фабрики) эксплуатировалось с 1934 г. по 1960 г. В настоящее время оно законсервировано, его территория покрыта растительностью, сформировавшейся вследствие самозарастания. С 1996 г. старое хвостохранилище не входит в состав земельного отвода ЗАО «КМК» (Свидетельство на право постоянного(бессрочного) пользования землей №1358 от 05.03.1998 г., Постановление главы муниципального образования г.Кировоград №168 от 28.02.1998 г.).

В связи с достижением предельного заполнения старого хвостохранилища для складирования отходов обогащения было построено новое, ныне действующее, хвостохранилище, которое было введено в эксплуатацию в 1960 г.

Действующее хвостохранилище примыкает к законсервированному и расположено в 0, 6-0, 7 км к югу от г.Кировграда, в 1, 3 км юго-западнее обогатительной фабрики (рисунок 1), в пределах долины, поймы и русловой части р.Котовки (левый приток р.Теплогорки, впадающей в р.Калату), в 0, 3 км от ее устья, на территории бывших торфоразработок. Первая проектная емкость хвостохранилища – 16, 5 млн.м³.

Рабочий проект реконструкции действующего хвостохранилища с целью продления сроков его эксплуатации на 12 лет был выполнен институтом «Унипромедь» в 1987 г. При этом максимальная отметка заполнения хвостохранилища должна была увеличиться до 291, 0 м.

В связи с превышением проектных отметок в 2004 г. разработан проект реконструкции действующего хвостохранилища, предусматривающий увеличение его вместимости и продление срока эксплуатации до 2022 г. путем наращивания ограждающих дамб до максимальной отметки 295, 0 м.

На рабочий проект «Реконструкция существующих гидротехнических сооружений обогатительной фабрики производства полиметаллов ОАО «Уралэлектромедь» [16] получены:

- санитарно-эпидемиологическое заключение [17];

- заключение экспертной комиссии Государственной экологической экспертизы [18];

- положительное заключение ФГУ «Главгосэкспертиза России» [19].

Площадь земельного участка, занимаемого хвостохранилищем, составляет 117, 74 га.

Размер санитарно-защитной зоны хвостохранилища принят равным 500 м в соответствии с действующим СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов». В пределах санитарно-защитной зоны жилье, сады и огороды отсутствуют, особо охраняемых природных объектов нет. Территория размещения хвостохранилища и его СЗЗ находится вне водоохранной зоны оз.Шигирского и зон санитарной охраны источников питьевого водоснабжения.

Рельеф местности мелкосопочный, с обнажениями пород. Склоны долины пологие, пойменная часть заболочена. По данным предпроектных инженерно-геологических и гидрологических изысканий, выполненных институтом «Унипромедь» в 1954 г. [20], установлено, что основание дамбы возведено в районе, сложенном метаморфическими породами, представленными различными кристаллическими сланцами: хлоритовыми, серицитовыми и другими. Толща коренных пород имеет меридиональное простирание с крутым падением на восток. Многочисленные трещины с различным простиранием имеют примерно то же падение, что и вся толща сланцев. Трещины частично залечены кварцем и карбонатами, но часть их открыта. Установленная изысканиями института «Унипромедь» и треста «УралТИСИЗ» [20, 21] глубина залегания коренных пород колеблется от 1, 0 м по склонам до 23 м и более по седловинам и другим отрицательным формам рельефа. Метаморфические породы покрыты слоем элювиально-делювиальных отложений в виде щебня, дресвы, глин, суглинков.

Для притеррасного понижения долины р.Калаты, на котором расположено хвостохранилище, характерно наличие практически слабо проницаемого слоя глин и рухляка по сланцам. Характеристика пород основания хвостохранилища по данным изысканий 70-х годов приведена в таблице 29 [20, 21].

Таблица 29 – Литологическое сечение по ложу хвостохранилища

На фильтрационные свойства пород в основании хвостохранилища существенное влияние оказывают новообразования, формирующиеся в ходе постоянного взаимодействия жидкой и твердой составляющей хвостов обогащения, а также осадок иловатых, тонкодисперсных частиц накапливаемых отходов.

Предполагается, что наличие в основании хвостохранилища иловатых осадков с постоянно растущей мощностью и повышение плотности обеспечивает существование относительного водоупора с общим уклоном в сторону р.Калаты. Этот относительный водоупор защищает горизонт подземных вод от загрязнения тяжелыми металлами.

Водовмещающими грунтами являются четвертичные озерно-болотные отложения. Глубина залегания уровня верховодки изменяется от 0, 3 до 1, 3 м от поверхности. Направление движения потока безнапорных подземных вод повторяет уклон поверхности сторону Шигирского озера и реки Нейвы.

На месте слияния долин рек Калаты и Теплогорки, вплотную к южной дамбе хвостохранилища примыкает около 100 га заболоченной территории, где имеющийся уровень поверхностных вод смыкается с речными водами. Ретроспективный анализ картографического материала, а также анализ имеющихся там торфяных отложений свидетельствуют, что болото сформировалось еще до строительства хвостохранилища.

Действующее хвостохранилище (рисунок 14) образовано путем перегораживания естественного понижения рельефа пионерной дамбой (южной). Насыпная часть южной дамбы высотой 6 м, отсыпана щебнистым суглинком с каменной пригрузкой. Дамба возводилась рыхлым способом без укатки, что допускается по отношению к шламоотстойным прудам. Ядро дамбы выполнено из жирной глины и служит противофильтрационным экраном. Далее по высоте южная дамба намывная.

По верху пионерной дамбы проложена дренажная канава, по которой дренажные воды отводятся в канаву аварийного сброса. Стенки дренажной канавы укреплены круглым подтоварником. Дренажные воды отводятся в прилегающее болото, к которому примыкает южная дамба.

Через тело пионерной дамбы проходит коллектор диаметром 1000 мм, отметка входа которого в верхнем бьефе составляет 264, 74 м, а выхода в нижнем бьефе – 262, 8 м.

Далее наращивание объема хвостохранилища осуществлялось за счет намыва дамб обвалования хвостами обогащения. Способ намыва дамб – эстакадный, с переносом опор. Высота яруса наращивания дамб не превышает 1, 5 м. На сегодня хвостохранилище намывными дамбами ограничено с южной, северной, восточной и западной сторон. Хвостохранилище намывного типа.

В 2002-2003 г.г. на южной дамбе с целью увеличения устойчивости дамбы и предотвращения выклинивания дренажных вод на низовой откос выполнена пригрузка скальным грунтом со стороны низового откоса.

Класс капитальности хвостохранилища, установленный проектом, – III.

Рис.14. План хвостохранилища

Для контроля за деформацией дамбы хвостохранилища выполняется ежегодное нивелирование расположенных на ней реперов и марок.

Эксплуатация хвостохранилища обогатительной фабрики ведется в соответствии со следующими документами:

- Правила безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов (утв. Постановлением Госгортехнадзора РФ от 28.01.2002 г. №6);

- Инструкция по эксплуатации хвостового хозяйства обогатительной фабрики, утвержденной техническим директором ЗАО «КМК» 11.06.1999 г.;

- Паспорт гидротехнического сооружения хвостохранилища обогатительной фабрики, 1999 г.;

- Декларация безопасности хвостохранилища обогатительной фабрики, 1999 г. (экспертное заключение составлено Уральской горно-геологической академией, 1999 г.);

- Ежегодными планами по ликвидации аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях хвостохранилища обогатительной фабрики.

В хвостохранилище осуществляется складирование хвостов, образующихся на обогатительной фабрике при переработке медно-цинковых сульфидных руд и металлургических шлаков.

Твердые отходы обогащения руд и металлургических шлаков, складируемые в хвостохранилище, согласно проведенным изысканиям [10, 23, 24, 25], представляют собой прослой тонких песков с небольшими прослоями сульфидов и суглинков. На глубине 2, 5 м пески сцементированы вторичными гидроокислами железа (лимонит) в монолитный слой высокой прочности.

Пески характеризуются хорошей связанностью. Пористость песков – 46, 94%, коэффициент фильтрации отложений – 0, 5 м/сут. Плотность хвостов обогащения в сухом состоянии 2, 04 т/м³, плотность минеральных частиц хвостов – 3, 32 т/м³. Плотность влажных хвостов – 3, 0 т/м³, влажность 10, 5%. Угол внутреннего трения – 35 градусов, удельное сцепление среднее 0, 14 КПа. Средневзвешенный диаметр частиц хвостов – 0, 186 мм. Гранулометрический состав хвостов обогащения, уложенных в хвостохранилище по паспортным данным [23] приведен в таблице 30.

Таблица 30 – Гранулометрический состав хвостов обогащения

Минералогический состав хвостов обогащения от переработки руд на 90% представлен хлоритосерицитовыми сланцами, альбитофирами, кварцем, кальцитом и остаточным количеством цветных металлов и серы в сростках.

Хвосты от переработки металлургических шлаков состоят из фаялита, кремнистого стекла и магнетита. Шлаки содержат 10-12% окиси кальция, что придает им свойство слабых цементов.

Подача хвостов обогащения в хвостохранилище для складирования осуществляется по двум ниткам распределительного пульповода (правая и левая) диаметром 273 мм. Пульповоды проложены по дамбе обвалования. Распределительные намывные выпуски диаметром 100 мм расположены через 15 м по всей длине распределительного пульпопровода.

В зимний период предусматривается укладка (намыв) хвостов через сосредоточенные выпуски диаметром 200 мм, длинной 50 м, расположенные через 500 м по всей длинне намыва. Складирование осуществляется под лед поочередно через все сосредоточенные выпуски, которые укладываются перпендикулярно распределительному пульпопроводу на специально отсыпанной дамбе.

Перекачка пульпы в хвостохранилище осуществляется двумя пульпонасосными станциями (ПНС), имеющими следующие геодезические отметки: ПНС-1 (на обогатительной фабрике) – 251, 4 м, ПНС-2 – 284, 0 м. Разница геодезических отметок места сброса пульпы и пульпонасосной станции первого подъема составляет 20, 0 м. Отвальные хвосты обогащения ПНС-1, расположенной в здании обогатителной фабрики, насосами перекачиваются на ПНС-2, находящуюся от нее на расстоянии 900 м. Из ПНС-2 пульпа насосами подается в хвостохранилище и через выпускные отверстия распределительных пульповодов хвосты укладываются на пляж.

Проектом [16] для намыва юго-западного участка намывной дамбы хвостохранилища планируется построить на месте существующей станции оборотного водоснабжения пульпонасосную станцию №3 (ПНС-3).

Для предотвращения аварийного сброса загрязненных сточных вод из хвостохранилища, который может произойти при необходимости выпуска пульпы из трубопроводов, отключения электроэнергии или при переключении рабочей системы гидротранспорта на резервную, в системе хвостового хозяйства имеется канава для отведения аварийных стоков хвостового хозяйства и аварийный прудок площадью 0, 24 га.

Складирование хвостов обогащения в хвостохранилище обогатительной фабрики производится круглогодично.

В действующем хвостохранилище имеется один пруд-отстойник, расположенный в его центре. Пруд-отстойник предназначен для осветления шламовой пульпы с получением оборотной воды требуемого качества, которая направляется на обогатительную фабрику и используется в технологическом процессе обогащения. Основанием пруда-отстойника в настоящее время являются пески от уложенных хвостов обогащения.

Полезный объем пруда-отстойника составляет 540 тыс. м³, а его площадь – 170 тыс.м², максимальная глубина пруда – 2, 5 м, средняя – 1, 5 м. Отметки уровня воды в пруде составляют: нормальный подпорный уровень (НПУ) – 264, 02 м, форсированный подпорный уровень (ФПУ) – 284, 02 м [23].

В соответствии с данными материалов ООО «Механобр-инжиниринг» [25] количество воды, поступающей в хвостохранилище составляет 1, 812 млн.м³/год, в том числе: технической 300 м³/час, с атмосферными осадками – 0, 405 м³/час. Твердые частицы оседают на пляжах дамб, а вода с примесью тонких частиц шлама поступает в пруд-отстойник. Испарение с поверхности пруда-отстойника в течение года составляет 0, 231 м³ или 550 мм/км². Заиление пруда-отстойника отсутствует.

Осветленная в отстойнике вода по системе оборотного водоснабжения поступает на обогатительную фабрику.

В настоящее время для сброса осветленной воды в зумпф насосной оборотного водоснабжения (НОВ-1) используется железобетонный шандорный колодец, расположенный в юго-восточном секторе хвостохранилища. Осветленная вода через колодец диаметром 1, 5 м по коллектору диаметром 1, 0 м попадает в зумпф станции и насосами 200-Д-60 первого и второго подъема перекачивается на фабрику.

Планируется [16] перейти на сифонный водосброс осветленных вод. Для этого в центральной части восточной дамбы из скального грунта отсыпается первоначальная дамба сифона, на дамбе прокладываются две трубы (1 – рабочая, 1 – резервная), которые врезаются в существующий водовод оборотной воды. На гребне дамбы устанавливаются вакуумный насос ВВН-1-0, 65 и заливной насос ГНОМ 40-25. С помощью сифона осветленная вода подается к насосам оборотного водоснабжения второго подъема 200Д-60 (НОВ-2), расположенным в здании ПНС-2, а далее по существующей схеме поступает в бак водонапорной башни на обогатительной фабрике и возвращается в производство.

В качестве водосбросных сооружений используется водоприемный колодец с коллектором диаметром 1000 мм, максимальная водопропускная способность которого составляет 3, 06 м³/час или 0, 85 м³/с [23].

В природные водные объекты сбрасываются дренажные воды, просочившиеся через дамбы обвалования и собранные дренажной канавой. Данный сброс оформлен как выпуск сточных вод №13 Производства металлов, учтен в проекте НДС [5].

Паводковые воды в хвостохранилище не попадают. Все паводковые воды, образующиеся на прилегающей территории, с целью предотвращения их загрязнения отводятся нагорным каналом и сбрасываются в реку Калата.

Проектом [16] для предотвращения загрязнения территории нижнего бьефа хвостохранилища сточными водами предусматривается строительство дренажных сооружений, включающих в себя:

- дренажный канал по всему периметру хвостохранилища;

- дренажную насосную станцию;

- водовод дренажной воды;

- обратную закачку дренажных вод в пруд-отстойник.

Характеристика хвостохранилища представлена в приложении 31.1.