Геологическое строение, минеральный состав и эколого-экономические аспекты освоения трубки Архангельская (месторождение алмазов им. М.В. Ломоносова)

Третье защищаемое положение.

Cостав отходов алмазодобычи трубки Архангельская и выявленные формирующие их основные минеральные фазы (пески, текучие глины и <сапонитовая суспензия>) позволили установить латеральную и вертикальную зональность накопления сапонита в хвостохранилище. На основании выявленных закономерностей сделан вывод, что экстрагирование сапонита из хвостохранилища может быть эффективно обеспечено непосредственно из <сапонитовой суспензии> методом осадительной центрифуги. В результате, площадь проектируемых хвостохранилищ, рассчитанная на 68 млн тонн выведенного сапонита, может быть значительно сокращена, что способствует эффективному решению экологических проблем освоения не только трубки Архангельская, но и всего месторождения им. М.В. Ломоносова.

Месторождение алмазов им М.В. Ломоносова характеризуется сложными природными и горно-геологическими условиями, приуроченностью к зоне сохранных лесов со значительным разнообразием биогеоценозов и расположением в водоохранной зоне семужье-нерестовой реки Золотица. В этой связи, как ожидается, отрицательное воздействие на природную, включая геологическую, среду будет обусловлено именно промышленным освоением месторождения алмазов, и будет выражаться, главным образом, в нарушении ландшафта (отвод больших площадей под отвалы, хвостохранилища, отстойники и др.), загрязнении атмосферы, вод, почв, грунтов, угрозе флоре и фауне региона. Всё это позволяет оценить экологическую обстановку в районе месторождения как сложную [4, 5].

По нашему мнению, одним из весьма существенных источников техногенного воздействия на природу будут являться отходы (отвальные продукты) обогащения кимберлитовых пород, на чем остановимся более подробно.

Для складирования отвальных продуктов обогащения первого этапа отработки месторождения, в 1 км от фабрики ОАО <Севералмаз> образовано хвостохранилище. По сути своей хвостохранилище одновременно является ещё и техногенным месторождением алмазов, поскольку технология обогащения кимберлитов ориентирована на извлечение алмазов класса +3CSO. По данным Ломоносовского ГОКа, средний размер кристалла, соответствующего диаметру сита 3CSO будет равен 1,473 мм, а средний вес 5,16 мг. То есть, при условии отработки карьером запасов трубки Архангельская до глубины 450 м, в хвостохранилище, совместно с отвальными продуктами обогащения будет выведено 8 787 тыс. карат алмазов размером от 0,5 до 1,473 мм, а также все природные алмазы размером менее 0,5 мм, запасы по которым не учитывались государственным балансом.

Для изучения состава пульпы, поступающей в хвостохранилище, был отобран и проанализирован ряд проб. Часть из них отбиралась непосредственно на обогатительной фабрике ее сотрудниками, другая часть проб отбиралась на выходе из труб пульпопровода, а также непосредственно из самого хвостохранилища (рис. 4). На время опробования через обогатительную фабрику уже было переработано около 500 тыс. м³ продуктивных осадочно-туфогенных пород из кратерной части трубки Архангельская.

Исследования пульпы показали, что общее количество твердой составляющей в ней непостоянно, массовая доля меняется от 20 до 80 %, что можно объяснить качеством (составом) исходной руды.

Хвостохранилище имеет в своем составе пляжную зону и прудковую часть. Пляжная зона сложена песчаными грунтами красновато-коричневыми, рыхлыми, размерностью от пылеватых до крупных. В минералогическом составе преобладает кварц (до 80 %), доломит (около 10 %), кальцит (первые проценты). Содержание сапонита в песках пляжной зоны достигает 3 %. Зернистость отложений пляжной зоны уменьшается по мере удаления от её начала - в приоткосной части пляжной зоны пески уже преимущественно мелкие, а в окраинных частях пляжной зоны, около кромки воды, и вовсе пылеватые.

В прудковой части хвостохранилища происходит осаждение донных осадков, представленных глинами красновато-коричневыми, текучими. В минералогическом составе глин преобладает сапонит - до 70 %, кварц (около 11 %), кальцит (8-10 %), доломит (2-4 %) и иллит (3 %).

Основная часть хвостохранилища (так называемая прудковая зона) заполняется жидкой составляющей пульпы. В верхней части прудковой зоны (до глубин ~ 1,5-2,0 м) вода практически не содержит твердых осадков. Ниже пульпа представляет собой водную суспензию (гель), осаждение твердых осадков в ней проявляется незначительно и подтверждается некоторым уплотнением. В минералогическом составе суспензии преобладает сапонит (до 90 %), кварц (~ 5 %), иллит (3 %) и каолинит (2 %).

Таким образом, в результате проведенных исследований получены данные о характере концентрации твердой составляющей пульпы, содержании и составе гранулометрических фракций в ней. Так как содержание сапонита в породах верхней части кратера трубки Архангельская редко превышает 10 % объемной массы (см. табл. 1), сапонит в отложениях пляжной зоны хвостохранилища на время отбора проб практически отсутствовал. Колебания концентраций сапонита в донных осадках прудковой части в интервале до 70 % можно объяснить ещё и их незначительной площадью развития и малой мощностью. В <сапонитовой суспензии> сапонит содержится в количестве до 90 %.

Характеристики минеральных фаз отвальных продуктов обогащения пород из кратерной части трубки Архангельская позволяют сделать вывод, что основная масса (более 90 %) сбрасываемых в хвостохранилище алмазов будет концентрироваться в отложениях пляжной зоны, небольшая их часть будет находиться в донных осадках и совсем уж мизерное количество - в <сапонитовой суспензии>. По предварительным оценкам можно заключить, что если в <сапонитовой суспензии> и будут содержаться в незначительном количестве кристаллы алмаза, их экономически нецелесообразно относить к сохранным продуктам. Следовательно, сапонит можно и нужно утилизировать, особенно с учетом ожидаемых масштабов его накопления в <сапонитовой суспензии>, что доказывается результатами наших рентгеноструктурных и спектроскопических исследований. Количество осадков из пульпы в минеральных фазах будет меняться в зависимости от состава руд и может быть подсчитано эмпирически.

При разведке трубок месторождения им. М.В. Ломоносова было установлено, что соотношение <твердой> и <жидкой> частей сбрасываемой с обогатительной фабрики пульпы при обогащении кимберлитов составляет 1:5. Такое соотношение обусловило содержание взвесей в пульпе в количестве до 400 г/л, а тонкой взвеси - 1 г/л (Вержак и др., 1987, Осипов и др., 1991). Исследованиями других специалистов (МГУ, Института геоэкологии РАН и Института экологических проблем Севера УрО РАН) установлено, что скорость осаждения взвеси из пульпы составляет не более 0,004 см/ч или условно 10 см за три месяца. Следует, что, с одной стороны, сбрасывать воду с таким содержанием взвешенных веществ в водные объекты нельзя, а с другой - такое количество воды не должно накапливаться в хвостохранилище, она должна сбрасываться, использоваться в оборотном цикле и т.п.

Опыт работы экспериментального участка Ломоносовского ГОКа показывает, что сбросу вод и/или их оборотному использованию препятствует растворенный в воде сапонит, образующий своего рода суспензию. Консистенция тонкой взвеси в ней достигает 0,25 % от массы. По данным рентгеноструктурного анализа глинистой фракции до 95 % ее представлено сапонитом, имеющим размер частиц менее 1 мкм.

С учетом задач исследований постоянно проводились работы по выявлению эффективного способа осаждения сапонита из суспензии. Из большого количества методов, позволяющих обезвоживать суспензии (пульпы), геологами при разведке месторождения им. М.В. Ломоносова, а в последнее время ОАО <Севералмаз> совместно с ИГЭ РАН применялись химические методы обработки пульпы - вносились реагенты (коагулянты, флокулянты), имеющие заряд, противоположный заряду находящихся во взвеси частиц. Эти опыты не принесли ожидаемого результата, хотя исследователям и удалось повысить скорость осаждения взвеси до 0,4 см/ч, т.е. в 100 раз по отношению к естественному процессу, а средняя плотность сухого осадка достигала 0,24 г/см³.

Не дали положительного результата и проводившиеся в институте <Гипроникель> опыты по применению фильтров. Даже при высоком давлении не удавалось преодолеть сопротивление осадка - суспензия не позволяла пропускать через фильтровальную ткань жидкость.

Относительно обнадеживающие результаты получены ОАО <Севералмаз> в лаборатории компании <ТТД> при осаждении твердой фазы из пульпы с помощью осадительной центрифуги (Кочнев, 2008). В режиме осаждения пульпы были получены осадки с влажностью 27-29 % и устойчивой консистенцией, легко сползавшие с металлической поверхности и не оставлявшие прилипших частичек.

Анализируя результаты проведенных исследований по осаждению пульпы, мы пришли к заключению, что наиболее эффективным и экономически целесообразным в настоящее время может являться метод с использованием осадительной центрифуги. При этом нами, для повышения фильтрационных качеств <сапонитовой суспензии> и эффективности осаждения рекомендуется применять песчаный наполнитель.

Осаждение сапонита из суспензии позволит: использовать в технологическом процессе обогащения кимберлитов воду в оборотном цикле; производить безопасный для природных водоемов сброс излишних вод; складировать осаждаемый сапонит за пределами хвостохранилища или утилизировать его по отдельной программе.

Расчетным путем установлено, что при отработке запасов только трубки Архангельская до глубины 450 метров от поверхности в хвостохранилища будет выведено около 68 млн тонн сапонита. Очевидно, что благодаря осаждению и выводу за пределы хвостохранилища сапонита существенно снизится неблагоприятная нагрузка на окружающую среду, прежде всего, за счет сокращения собственно площади хвостохранилищ и устранения риска прорыва оградительных дамб. Кроме того, могут быть существенно улучшены экономические показатели работ Ломоносовского ГОКа, приобретет <контрастность> техногенное месторождение алмазов.

Тем не менее, исследования в части оптимизации способа осаждения сапонита из суспензии необходимо продолжать, так как упущение этого вопроса может привести к экологической катастрофе или же разработка месторождения будет прекращена.

Таким образом, третье защищаемое положение также можно считать обоснованным.