27 Сентября 2019

Ликбез №49: Хвосты с потенциалом

Хвостохранилища – неотъемлемый элемент любого горно-металлургического производства. Но такие гидротехнические сооружения – не только объекты экологического риска, но и огромный сырьевой запас, доступ к которому пока ограничивает лишь дефицит технологий.

Поделиться в социальных сетях

В конце января этого года в Бразилии произошла трагедия, которая вызвала в профессиональном сообществе очередную волну дискуссий о безопасности гидротехнических сооружений (ГТС). Тогда в муниципалитете Брумадинью прорвало дамбу, сдерживавшую жидкие металлургические отходы. В результате погибли 248 человек, еще два десятка до сих пор числятся пропавшими без вести. Мировой гигант Vale, которому принадлежало сооружение, выплатил по 185 тыс. долларов семье каждого погибшего, а также объявил о намерении вложить астрономические 1,9 млрд долларов в демонтаж или усиление безопасности девяти аналогичных объектов в штате Минас-Жерай. 

Крупнейшие металлургические компании – BHP, Anglo American и Glencore – в ответ на это решение обнародовали информацию по своим хвостохранилищам и отчитались о мерах, которые уже реализовали или запланировали на ближайшие годы для ликвидации подобных рисков. «Сложнейшая и важнейшая тема, о которой мы ни на минуту не должны забывать – это промышленная безопасность. К сожалению, в мире продолжают происходить трагедии, которые должны послужить для всех нас тяжелыми уроками, из которых мы обязаны делать выводы», - написал на своей странице в Facebook генеральный директор ПАО «Северсталь» Александр Шевелев, комментируя эти действия. 

Катастрофа в Бразилии – очень крупное, но далеко не единственное ЧП на подобных ГТС. Самая масштабная трагедия произошла в результате прорыва дамбы хвостохранилища шахты «Преставель» (Тренто, Италия) в 1985 году: тогда водный поток из тысяч кубометров отходов унес жизни 268 человек и разрушил две деревни. В мае 2000 года утечка цианида из хвостохранилища золотодобывающей компании «Аурул» в румынском городе Бая-Маре привела к массовой гибели рыбы в реках Венгрии и Югославии. Всего же только с 2008 по 2018 годы в мире было зафиксировано более 30 аварий на таких объектах. В том числе – и в России.

Так, в 2009 году в Магаданской области произошел прорыв дамбы на Карамкенском отстойнике, содержащем миллионы тонн отходов золотодобычи. Цианиды, кадмий, цинк, хлор и другие опасные вещества тогда попали в реки Хасын и Армань – источник питьевой воды для населения Колымы. А в прошлом году в результате размыва четырех дамб на Иреляхском водохранилище в Якутии, которое эксплуатируется алмазодобывающим гигантом «АЛРОСА», вода и донные отложения из технологических котлованов попали в реки Ирелях, Малая Ботуобия и Вилюй, что привело к их серьезному загрязнению. Ряд населенных пунктов остались без питьевой воды. Среди причин ЧП называли бесконтрольность эксплуатации дамб (в частности, они даже не были внесены в федеральный реестр ГТС!), а также рекордные для региона ливни. 

Естественно, большинству собственников действующих предприятий экологические катастрофы не нужны. На своих хвостохранилищах они укрепляют и наращивают дамбы, ликвидируют протечки, оборудуют новые хвостопроводы (про современные технологии неплохо написано вот здесь), реализуют различные меры для снижения пыления «пляжной зоны» и т.д. Заполненные и уже закрытые объекты постепенно рекультивируются – к примеру, Кольская ГМК (предприятие ПАО ГМК «Норильский никель») засыпала шлаком более половины хвостохранилища, оставшегося от остановленной и снесенной еще начале 1990-х обогатительной фабрики в пос. Никель (Мурманская область). Куда большую опасность представляют хвостохранилища «без хозяина» – на умерших предприятиях. «Кислород.ЛАЙФ» побывал на нескольких объектах хранения хвостов.

В конце января этого года в Бразилии произошла трагедия: в муниципалитете Брумадинью прорвало дамбу, сдерживавшую жидкие металлургические отходы. Погибли 248 человек.

Немного теории

Хвостохранилище (или шламохранилище) – важнейший элемент производственных цепочек в горно-металлургической промышленности. Добываемые в шахтах или рудниках полезные ископаемые (например, рудные) сначала попадают на обогатительную фабрику, где из них получают концентрат. Но в процессе обогащения образуются отвальные отходы – те же, но более «бедные» руды. Их, собственно, и называют хвостами. Для хранения (или захоронения) хвостов и строят хвостохранилище – сложный технологический комплекс из ГТС и специального оборудования (насосные установки, перекачивающие станции, водоводы, системы охраны и контроля за состоянием окружающей среды). В зависимости от способа обогащения, хвосты могут быть жидкими, твердыми или представлять собой взвесь мелкодисперсных частиц. 

«Кислород.ЛАЙФ» не раз обращался к теме золошлакоотвалов – в угольной генерации они занимают место хвостохранилищ, только в них складируют другие виды отходов – золу и шлаки. Компонентный же состав хвостов более разнообразен и, естественно, зависит от профиля главного производства – кроме пыли, они могут содержать химикаты, минералы и т.д. Поэтому такие ГТС строят в долинах рек и ручьев, не имеющих рыбохозяйственного, хозяйственно-питьевого и/или рекреационного значения. Но обычно – в нескольких километрах от обогатительных фабрик или металлургических заводов. 

В зависимости от топографии ГТС бывают равнинными, овражными, пойменными, карьерными, шахтными и косогорными. Каждое хвостохранилище ограждается дамбой, которую, как правило, намывают из самих же хвостов – пульпы, состоящей из смеси твердых фаз (минеральные частицы, размером до 3 мм) и воды. Иногда для отсыпки дамб используется и вскрыша. Но есть хвостохранилища, огороженные земляными, железобетонными или каменными откосами. Нетрудно догадаться, что от особенностей рельефа местности зависит и количество, и спецификация защитных дамб; только первый тип хвостохранилищ требует строительства возвышающейся над общим уровнем прилегающей местности дамбы, которая ограждала бы его чашу со всех сторон. Это очень дорого, поэтому в идеале всегда стараются «зажать» хранилище в естественной котловине, ущелье или распрадке.

Проектирование и строительство хвостохранилищ жестко регламентируется ФЗ №117 от 21 июля 1997 года «О безопасности гидротехнических сооружений». Поэтому, как ГТС, хвостохранилища схожи с водохранилищами ГЭС и тепловых электростанций, но в таких водоемах не разводят рыбу, а на берегах – не разбивают пляжей. Если для объектов энергогенерации достаточно построить плотину и сформировать таким образом напор на естественном водотоке, то при строительстве хвостохранилища создают полностью «закрытое» сооружение: по дну котлована укладывают гидроизоляцию из глинистого материала, иногда в сочетании с полимерной пленкой – это нужно, чтобы ликвидировать возможную фильтрацию загрязненных стоков в грунтовые воды (в этом плане хвостохранилища схожи с современными полигонами ТБО). 

В центре хвостохранилища, как правило, формируется пруд-накопитель – в нем отстаивается вода, используемая для гидротранспорте хвостов (в пульпо-, шламо- или хвостопроводах). Твердые фазы оседают на дно, осветленную воду либо откачивают для вторичного использования в производстве (чаще всего, это выгодно), либо сбрасывают (после очистки) в естественные водотоки. Иногда разделение фракций ускоряют с помощью специально добавляемых реагентов (коагулянтов и флокулянтов), поэтому «химический бульон» таких водоемов бывает крайне опасен для человека. По бокам же от пруда и наращивают «пляжную зону» – собственно, складывают, чаще всего намывают, сами хвосты, и дамбу для их укрепления. Эта часть – самая объемная, и она, понятное дело, может со временем пересыхать. Что порождает проблему пыления хвостохранилищ.

Каждое хвостохранилище ограждается дамбой, которую намывают или отсыпают бульдозерами не только из самих же хвостов, но и более крупных материалов.

Вдали от городов

По некоторым оценкам, в мире насчитывается по меньшей мере 3,5 тыс. хвостохранилищ. Хотя в этом сложно поверить, но есть страны, которые не строят подобные объекты – так, Норвегия, Турция, Индонезия и Папуа-Новая Гвинея до сих пор сбрасывают отходы обогащения в мировой океан. Но в России практически каждый ГОК, добывающее твердые породы предприятие или металлургический завод, эксплуатирует как минимум одно хвосто- или шламохранилище.

У упомянутого вначале ПАО «Северсталь» четыре таких объекта, из них два хвостохранилища при ГОКах. Первое расположено на «Олконе» (Оленегорский ГОК) в трех километрах от ближайшего города – Оленегорска (Мурманская область). Его площадь – чуть больше тысячи гектаров, оно намывное (по способу заполнения) и косогорное (по рельефу). Первоначальное ложе было сформировано склонами и низовой плотиной (тип овражно-равнинный). Издалека, с трассы, хвостохранилище напоминает огромное поле серо-голубых песков. Главная проблема – они сильно пылят; ежегодно «Олкон» вынужден вкладываться в закрепление пылящих поверхностей. 

Второе хвостохранилище расположено на территории производственной площадки АО «Карельский окатыш» в Карелии, до ближайшего населенного пункта – Костомукши – от него 15 км. Здесь складируют отходы обогащения железных руд и осветляют стоки обогатительной фабрики, для использования в системе оборотного водоснабжения. Полезный объем этого объекта – 530 млн кубометров. «Хвостохранилище спроектировано таким образом, чтобы в случае возникновении ЧС в зоне возможного затопления не оказалось бы ни одного населенного пункта», - заверили «Кислород.ЛАЙФ» в компании. Хранилища отвальных отходов у «Северстали» также есть у «Воркутауголь» в Коми и Череповецкого меткомбината в Вологодской области.

От хвостохранилища АО «Карельский окатыш» в Карелии до ближайшего населенного пункта – Костомукши – 15 км.

Семь хвостохранилищ эксплуатирует ПАО ГМК «Норильский никель» – три из них на Таймыре (не считая одного уже закрытого), два – в Мурманской области (включая уже упомянутое вначале рекультивируемое в пос. Никель), и одно – совершенно новое – у недавно запущенного Быстринского ГОКа в Забайкалье.

Самое большое хвостохранилище – «Лебяжье» – расположено в междуречье рек Купец и Щучья в 3 км западнее Норильска. Оно построено для приема и складирования хвостов обогащения руд цветных металлов и осветления оборотной воды Норильской обогатительной фабрики (НОФ). Сейчас «Лебяжье» состоит из двух полей. «Старое» (введено в эксплуатацию в 1983 году), площадью 4,6 кв. км при высоте дамбы 49 метров, способно вместить 411 млн тонн хвостов НОФ, а также и Талнахской обогатительной фабрики (ТОФ). Поле там намывного типа, образованно круговой ограждающей дамбой (первоначально хвостохранилище было образовано по всему контуру первичной дамбой длиной 8,1 км, средней высотой три, а максимальной – 9 метров). Протяженность же ограждающей дамбы «нового» поля (запущено в 2005 году), по факту – второй очереди «Лебяжьего» – более 4,3 км, а высота – 9 метров. 

Интересно, что в качестве материала для отсыпки дамб используется металлургический шлак Медного завода. В настоящее время «Лебяжье» хранит 289 млн тонн хвостов ТОФ и НОФ. При эксплуатации хвостохранилища «Норникелем» впервые был применен «зенитный» способ намыва, позволивший увеличить интенсивность строительства и обеспечить безопасную эксплуатацию ГТС.

Хвостохранилище «Лебяжье» расположено в междуречье рек Купец и Щучья в 3 км западнее Норильска.

Еще на одном хвостохранилище на Таймыре складируются отвальные хвосты гидрометаллургического передела Надеждинского металлургического завода (НМЗ), крупнейшего предприятия Заполярного филиала компании. По словам заместителя главного инженера НМЗ по ГТС Аркадия Петрова, общая площадь этого объекта – 3,8 кв. км, площадь отстойного прудка 2 кв. км, а водосбора – 6 кв. км. Высота русловой плотины составляет 39 метров, а ограждающей дамбы – 19 метров. Пульпа поступает на хранение по 15-километровому трубопроводу диаметром 550 мм. Он совершенно новый – в 2016 году «Норникель» завершил замену старого хвостопровода, который эксплуатировался с 1997 года и состоял из труб с полиэтиленовыми вставками, считавшихся в 1990-е одной из лучших технологий. С 2014 года их меняли на трубы, футерованные полиэтиленом высокого давления, что позволяет предотвратить любые утечки.

«Сточные и дренажные воды в объеме 20-50 кубометров в час собираются в зумпфе потерны русловой плотины и через зумпф насосной станции перехвата нижнего бьефа направляются обратно в чашу хвостохранилища», - рассказал «Кислород.ЛАЙФ» Аркадий Петров. При полезной емкости в 40 млн кубометров это ГТС сейчас заполнено на 77,5%. «Остаточный срок эксплуатации зависит от количества перерабатываемого сырья в гидрометаллургии и образования отвальных хвостов. На сегодня это 900 тысяч кубометров в год», - добавил Петров. 

Кольская ГМК в Мурманской области эксплуатирует одно действующее хвостохранилище – при обогатительной фабрике в Заполярном. Оно очень большое, занимает территорию примерно в 10 га, и принимает по 7,5 млн тонн хвостов в год. За все годы эксплуатации в нем скопилось порядка 330 млн тонн (или 226 млн кубометров) хвостов, но есть запас минимум до 2031 года. По словам главного менеджера отдела экологической безопасности КГМК Евгения Салахова, намывные дамбы объекта периодически наращиваются: высота южной дамбы сегодня доведена до 40 метров, а северной – до 60 метров. И это далеко не предел. Объем пруда-отстойника в среднем колеблется в пределах 5 млн кубометров, вода из него также используется в оборотном водоснабжении фабрики.

Хвостохранилище, где складируются отвальные хвосты гидрометаллургического передела Надеждинского металлургического завода, легко определить по цвету.

Потом переработаем

Очевидно, что любое хвостохранилище – объект, мягко говоря, крайне недешевый. Причем и в плане текущей эксплуатации, и в плане нового строительства. В первом случае ежегодные операционные затраты могут составлять десятки, и даже сотни миллионов рублей. Во втором речь идет уже о миллиардах. Так, общие вложения «Норникеля» в реконструкцию хвостохранилища НМЗ, позволяющие обеспечить его безопасную эксплуатацию на долгие годы, составили около 3 млрд рублей. 

А стоимость нового хранилища для складирования отходов ТОФ, которое «Норникель» строит с 2014 года в 6 км от промплощадки фабрики в междуречье рек Хараелах и Томулах, оценивается в 20 млрд рублей, из которых уже вложено более 12 млрд! Достроить ГТС планируется к 2023 году. Ожидается, что при начальной емкости в 198 млн кубометров объект прослужит не менее 20 лет. Проектная площадь сооружения составит около 11 кв. км, а отметку гребня намывной дамбы можно будет довести аж до 98,5 метров! «Хвостохранилище намывное. Способ намыва «от берега к дамбе». Предложенная схема формирования намывной дамбы исключает образование напорного фронта по периметру намывных хвостовых отложений и обеспечивает создание пруда небольшой емкости. С этой точки зрения хвостохранилище ТОФ является уникальным для Норильского промышленного района по методу укладки хвостов», - рассказали в компании. 

Инвестиции в такие ГТС стоит оценивать не только с точки зрения решения текущих задач (безопасное хранения отходов основного производства), но и как инвестиции в будущее. Ведь хвосты – это потенциальное сырье, которое по мере развития новых технологий можно будет все чаще вовлекать в повторную переработку либо для доизвлечения основного полезного ископаемого, либо для извлечения попутного, ранее не востребованного компонента. Преимущество хвостов для дальнейшей переработки заключается в их относительной однородности по гранулометрическому и химическому составу. Например, по данным Аркадия Петрова, отвальные хвосты НМЗ содержат почти 50% железа и могут стать сырьем для черной металлургии. 

«Современные технологии позволяют извлекать из руды сразу несколько полезных составляющих. Но долгое время отрасль развивалась по принципу одного ресурса. Например, из руды брали золото, а остальное – в хвосты. Змеиногорский рудник в Алтайском крае десятилетиями специализировался на цинке, а Норильские предприятия – на никеле. Поэтому старые хвостохранилища – хороший источник геохимических аномалий, концентрат многих полезных веществ, содержащихся в исходной руде. В Норильске это, например, такой нужный для электроники металл, как индий», - рассказал «Кислород.ЛАЙФ» заведующий лабораторией водной экологии Института водных и экологических проблем СО РАН Владимир Кириллов

Впрочем, действующие в России нормы сегодня определяют хвостохранилища только как накопители жидких отходов (что весьма спорно, если учесть, что хвосты являются потенциальным сырьем), склонных к прорыву ограждающих дамб, размыву проранов и «пляжной» зоны. Чем выше ограждающая дамба, тем жестче и требования к ней. Например, согласно СНиП 33-01-2003 «Гидротехнические сооружения. Основные положения», водохранилища с плотинами из грунтовых материалов относятся к менее высоким классам опасности, чем хвостохранилища с такой же высотой грунтовых ограждений. Хотя, как доказала мировая практика, при разрушении дамб из хвостохранилищ уходит лишь оборотная вода и увлекаемая ею часть хвостов. Основной же объем чаши обычно на 80-90% заполнен твердыми консолидированными хвостами, не склонными к растеканию. 

Наверное, нынешние регламентные нормы – это правильно, ведь большая часть хвостохранилищ, разбросанных по регионам России, а также схожих с ними по функционалу ГТС (шламохранилища, золошлакоотвалы и т.д.), была построена во времена «великих строек коммунизма», без учета фильтрации и других факторов, на которые тогда не обращали должного внимания. Как правило, именно эти «старые» объекты и становятся источниками загрязнения почвенных вод и даже атмосферного воздуха (например, при пылении). Вряд ли стоит ждать, что лежащие там хвосты когда-то снова вовлекут в оборот (хотя все зависит от содержимого и заинтересованных в нем инвесторов!); судьба у таких объектов одна – ликвидация. В частности, в рамках федерального проекта «Чистая страна» нацпроекта «Экология» планируется рекультивировать хвостохранилища в Унале и Фиагдоне в Северной Осетии (стоимость работ более 600 млн рублей) и на Урупском ГОКе в Карачаево-Черкесии (более 710 млн рублей).

https://primamedia.gcdn.co/f/big/409/408932.jpg
Хвосты – это потенциальное сырье, которое по мере развития новых технологий можно будет все чаще вовлекать в повторную переработку либо для доизвлечения основного полезного ископаемого, либо для извлечения попутного, ранее не востребованного компонента.
Михаил Кичанов Журналист (Новосибирск)
Если вам понравилась статья, поддержите проект