Техногенное загрязнение бериллием окружающей среды (Ермаковское месторождение, Западное Забайкалье)

Ермаковское месторождение расположено в юго-восточной части рифтогенной Кижингино-Кодунской впадины Западного Забайкалья в 140 км восточнее г. Улан-Удэ. Сложено оно осадочно-вулканогенными отложениями мелового возраста и приурочено к небольшому блоку глубоко метаморфизованных осадочных пород, отнесенных условно к позднему протерозою, и окружено гранитоидными породами позднепротерозойско-палеозойского комплекса. Оруденение на месторождении представлено несколькими минеральными и генетическими типами. В основном здесь преобладают фенакит-бертрандитовые руды. Бериллиевое оруденение генетически связано с ассоциацией магматических пород, включающих базиты, сиениты и щелочные граниты, и в его образовании принимали участие карбонатитоподобные расплавы или рассолы [1].

Геологическое строение месторождения, состав руд и их генезис изучались многими исследователями. В течение 1979-1989 гг. Ермаковское месторождение отрабатывалось открытым способом. На сегодня месторождение законсервировано. Последняя добыча руды состоялась в 1989 г.

Промышленными минералами бериллия служат фенакит и бертрандит – силикаты бериллия, наиболее богатые этим элементом, в них сосредоточено 92-93% запасов BeO. На долю других бериллиевых минералов (бавенита, миларита, мелинофана, лейкофана, эвдидимита и гельвина) приходится около 8-7% запасов BeO. Берилло-силикаты – лейкофан, эвдидимит, мелинофан, гельвин развиваются на участках, где рудообразование протекало при повышенной активности щелочей с локальными переходами от преобладания K до более высокой активности Na , при больших градиентах р-Т, рН, высокой активности F, CO 2 и бериллия. Главными факторами рудообразования (геохимическими барьерами) послужили карбонатные породы, активно реагирующие с фторсодержащими растворами, и высокие градиенты физико-химических параметров, которые были стимулированы динамичной структурно-тектонической обстановкой с интенсивным трещинообразованием и дроблением пород на протяжении всего процесса рудообразования [2].

Минеральный состав руд очень сложный. Главные минералы: флюорит, кварц, микроклин, кальцит; из бериллиевых - фенакит и бертрандит. Второстепенные минералы - альбит, сидерит, доломит анкерит, флогопит, диопсид, везувиан, гранат, скаполит, роговая обманка, эпидот, пирит, сфалерит, галенит, из бериллиевых - миларит, лейкофан (ме-линофан), эвдидимит, гельвин. Руды в основном представлены мелко- и среднезернистыми агрегатами массивной, реже массивно-пятнистой текстуры. Компактные залежи окружены ореолами рассеянной минерализации. Зона окисления развита очень слабо, распространяясь на глубину первых десятков метров вдоль тектонических нарушений. Состав руд сложный и включает большой ряд токсичных элементов: F, Be, S, Zn, Pb, Cu, Co, Mn, Cr.

До начала разведки и разработки месторождения территория была занята сельскохозяйственными угодьями, где преобладал типичный среднегорный рельеф со степной и лугово-степной растительностью с редкими сосновыми насаждениями. Само месторождение приурочено к небольшой возвышенности высотой 100-150 м и окружено со всех сторон слегка увалистой ровной поверхностью. Расположенные на правом берегу р. Кижинги огородные хозяйства сел Новокижингинска и Вознесеновки, в свою очередь, являются естественными барьерами для распространения загрязнений. В настоящее время всхолмленная часть полностью отработана и занята карьером, а лесные и сельскохозяйственные угодья заняты отвалами вскрышных пород и забалансовых руд, шахтными сооружениями и другими техническими объектами [3].

Степень и характер загрязнения рассматриваемой территории, прилегающей к горно-добывающему предприятию, определяется тремя группами факторов:

• -    исходным химическим и минеральным составом горных пород и руд;

• -    климатическим и ландшафтным факторами, влияющими на состояние почв и вод;

• -    первоначальной стадией и типом промышленного освоения месторождений.

В составе руд Ермаковского месторождения главным токсикантом является бериллий, имеющий в них большое процентное содержание. Следовательно, экологическая опасность загрязнения бериллием при геологоразведочных и эксплуатационных работах обусловлена:

• -    высокой токсичностью соединений Be , вызываемой его большой биологической активностью и подвижностью. В организме человека Be и его соединения обладают поливалентным действием (общетоксическим, аллергическим, канцерогенным и эмбриоген-ным) и вызывают профессиональное заболевание бериллиоз, поскольку образующиеся соединения, показатели токсичности и предельно допустимые концентрации соответствуют высокоопасным и чрезвычайно опасным классам (табл. 1);

• -    в отличие от бериллия большинство тяжелых металлов, присутствующих в виде сульфидов, а также в составе силикатов, в условиях выветривания и разложения специфичны и обусловливают образование обособленных очагов загрязнения;

• -    существенной долей наиболее токсичных легко растворимых форм бериллия, чему способствует присутствие в рудах флюорита и окисляющихся сульфидов.

Особой опасностью обладают тонкодисперсные частицы бериллиевых минералов за счет их большей проникающей способности в организм человека и животных, скорости и масштабности распространения в окружающей среде. Хотя такие соединения легче вымываются в глубокие слои почвы и грунта и быстрее удаляются из организма, но при краткосрочном воздействии их токсичность следует учитывать в первую очередь. Летальная доза при внутрибрюшинном введении для BeO составляет 82,5 мА/кг, а для растворимых солей Be всего 0,15 мА/кг (о ксид Be длительное время задерживается в легких и лишь малая его часть выводится из организма). Одновременно половина дозы Be , введенного в виде сульфата, удаляется из легких в течение 4-24 суток (табл. 1).

Контролируемые показатели соединений Be, по данным И.И. Куприяновой [3]

Элементы	ЛК (м/л) ЛД (мг/кг)	ПДК в почве, мг/кг	ПДК воздуха рабочей зоны, мг/м3	ПДК в атмосфере, мг/м3	ПДК воды мг/л
Be		0,2	0,001	0,00001	0,0002
BeSO 4	86		0,001		0,0002
BeF 2			2		0,0002
BeCI 2			0,001		0,0002

Примечание. ЛК, ЛД - летальная концентрация и летальная доза при введении в организм, вызывающие гибель 50% животных; ПДК - предельно допустимая доза.

В целом высокая растворимость бериллиевых соединений имеет двоякое следствие: с одной стороны, увеличивает проникающую способность, активность и токсичность, а с другой - способствует более быстрому выводу Be из организма. К тому же ионы Be из растворимых соединений легче связываются в комплексы триамфацина и фосфоцина, выводящие их из организма при лечении бериллиевых отравлений.

Руды месторождения содержат флюорит и сульфиды, совместное присутствие которых в окислительных условиях приводит к выделению HF и H 2 SO 4 , способствующих растворению даже устойчивых бериллиевых минералов. На поведение Be в почвах существенно влияет соотношение в них глинистой и песчаной составляющих, так как глинистые минералы адсорбируют и накапливают многие элементы, в т.ч. Be . К тому же климатические условия, характерные для Бурятии, не позволяют накапливать в почвах подвижные формы Be, он чаще всего вымывается в подземные и поверхностные воды в ближайшем окружении от Кижингинского карьера. Как показывает опыт экологического мониторинга, проводимого на других аналогичных месторождениях, расширение масштаба горных работ и углубление степени переработки руд значительно повышает уровень экологической опасности. Все эти экологические требования необходимо учитывать при планировании строительства комбината на базе Ермаковского месторождения, поскольку оно расположено в охранной зоне оз. Байкал [3].

В 2007 г. ФГУП ВНИПИпромтехнологии были взяты пробы воды, а также грунта и почв по периферии отвалов и вдоль падей, примыкающих к месторождению, для определения состояния водотоков и загрязнения почв на период стадии возобновления разработки месторождения. По их данным, в почвенном покрове на обследованной территории содержание бериллия составило от 0,62 (ниже ПДК) до 3776 мг/кг (630 ПДК), а на фоновых участках от 1,5 до 9,9 мг/кг.

Также было проведено гидрохимическое обследование р. Кижинга, руч. Зун-Шибирь, пади Бага-Хундуй и Бага-Нарин-Шибирь. Так, например, в анализах отобранных проб по руч. Зун-Шибирь (на фоновом участке №2, напротив отвала №1, ниже наледи от штольни №2 и ниже промышленной площадки) значительно изменяется содержание Be -от 0,45 мг/кг (в верхнем створе) до 7,9 мг/кг (в нижнем створе - ниже наледи). Высокое содержание Be выявлено на участке наледи №4 - 39 мг/кг (6,5 ПДК), а на дне карьера, занятого озером, - 1701 мг/кг (283,5 ПДК). Значительное содержание Be находится также на территории промышленной зоны: центральный профиль от 13,8 до 20,7 мг/кг; верхняя площадка отвала №2 от 47,6 до 241,0 мг/кг; дно карьера 3776 мг/кг.

Полученные результаты по вещественному составу загрязнений в почвах показывают, что разнос рудной пыли, содержащей бериллиевые минералы, обогащает почвы не только труднорастворимыми минеральными соединениями, но и повышает в них количество растворимых форм, усваиваемых растениями. Это указывает на риск загрязнения бериллием пастбищных угодий, что значительно ограничивает сельскохозяйственное ис- пользование (выпас скота, покосы) не только в пределах горного отвода, но и в долинах рек и падей, расположенных ниже территории карьера и отвалов.

Уровень техногенного загрязнения в окрестностях Ермаковского месторождения пока невелик и требует лишь незначительных ограничений природопользования. Однако следует ожидать значительного роста техногенного давления на сельскохозяйственные и селитебные территории, когда произойдет переход от простой добычи бериллия к созданию на его базе крупного предприятия по обогащению и технологической переработке концентратов. Эти указанные производственные процессы существенно повысят общее содержание растворимых соединений бериллия в получаемых продуктах.

В последние годы предприняты серьезные намерения по возобновлению добычи бериллия в Ермаковском месторождении. В марте 2005 г. дочерняя компания ИФК «Метрополь» ООО «Ярууна Инвест» победила в конкурсе на право освоения Ермаковского месторождения бериллиевых руд. Целью проекта является извлечение оставшихся запасов, отнесенных к открытой добыче, и получение готовой продукции в виде флотационных концентратов на горно-обогатительном предприятии, строительство которого предусматривается непосредственно на промплощадке месторождения. В связи с озабоченностью местного населения вопросами образования пыли в районе производства и способах ликвидации промышленных отходов корпорация «Металлы Восточной Сибири» провела общественные слушания по вопросу строительства горно-обогатительного комбината в трех селах Кижингинского района: Эдэрмык, Новокижингинск и Кижинга, а также в г. Улан-Удэ. Путем открытого голосования во всех пунктах слушания подавляющим большинством было принято решение в поддержку проекта. Изучив проектные тома и Декларацию о намерениях по строительству горно-обогатительного предприятия на базе Ермаковского месторождения бериллиевых руд, ученые, эксперты сделали ряд замечаний и поправок, с учетом которых рекомендовали проект на утверждение. Высокая окупаемость производимых работ взяла верх, поскольку в ходе освоения месторождения, компания обязалась решать все вопросы социальной сферы и в 6 раз поднять налогооблагаемость производимых работ.

Чтобы осваивать и инвестировать добычу бериллия, компания «Метрополь» серьезно подошла к оценке потребности в этом металле в России и в мировом рынке. По их расчетам, для окупаемости добычи бериллия более выгодно получать бериллиевый концентрат, хотя при этом значительно возрастет экологическое загрязнение окружающей среды. Для сравнения можно привести данные по добыче руды за 1979-1989 гг., когда урон окружающей среде был незначительным, поскольку дробленую руду увозили на Забайкальский ГОК для переработки.

По данным экспертов ЮНЕСКО, мировые ресурсы бериллия оцениваются более чем в 80 тыс. т, из которых 65% находится в США (штаты Юта и Аляска). Так, например, только подтвержденные запасы бертрандитового месторождения Спур Маунтин (Spur Mountain, Юта) оцениваются в 15,9 тыс. т бериллия. Значительными запасами бериллиевого месторождения обладают также Китай, Россия и Казахстан. В добыче бериллия лидируют США, Китай и Мозамбик (табл. 2).

Бериллий используется в сплаве с Cu, AI, Mg, Ni и другими металлами, используемых для изготовления пружин, соединителей и переключателей, применяемых в автомобилях, летательных аппаратах, компьютерах и других оборудованиях в военной, электронной, электротехнической, нефтехимической, автомобильной, атомной, авиакосмической, медицинской промышленности.

Потребление бериллия в США в 2007 г. оценивалось в 91 т на сумму 28 млн. долларов. Около половины бериллия в США используется в производстве компьютеров и телекоммуникационного оборудования, крупные потребители: авиакосмическая и военная промышленность, производство электроприборов, автомобильных электронных устройств, промышленных компонентов.

Мировая добыча бериллия, т

Страны	2004 г.	2005 г.	2006 г.	2007 г.
США	90	90	155	100
КНР	20	20	20	20
Мозамбик	3	3	6	6
Остальные страны	1	1	<0,5	<0,5
Всего	114	114	180	130

Примечание. Оценка Геологической службы США

В России в настоящее время бериллиевые месторождения не разрабатываются. После того, как Ульбинский завод (Усть-Каменогорск) отошел к Казахстану, Россия не имеет собственного достаточно крупного бериллиевого производства. Потребности оборонной промышленности (40-50 т) удовлетворяются за счет вторичного сырья и экспорта из Казахстана [5].

Сдерживающим фактором широкого применения бериллия являются его высокая токсичность и как следствие, высокая стоимость, так как экологические проблемы сильно удорожают производство.

Балансовые запасы и прогнозные ресурсы бериллия весьма значительны. Единственным крупным месторождением с богатыми флюорит-бертрандит-фенакитовыми рудами является Ермаковское месторождение в Бурятии. В начале эксплуатации среднее содержание BeO в рудах составляло 1,3 %, но и оставшиеся в недрах руды содержат более 1% BeO . Расчеты, выполненные экономистами ВИМСа в 2003 г., подтвердили высокую рентабельность отработки Ермаковского месторождения. Возобновление эксплуатации этого месторождения потребует около 5 млн. долларов капвложений, рентабельность должна составить 17,6% при сроке окупаемости 3-4 года. Возобновление позволило бы удовлетворить потребности России в бериллиевом концентрате на 15-30 лет.

Потребности России в бериллиевых продуктах предполагается удовлетворять за счет разрабатываемых или намечаемых к разработке комплексных месторождений , что полностью соответствует основам государственной политики в области использования минерального сырья. Значительная часть запасов (около 68%) заключена в комплексных месторождениях с содержанием BeO от 0,1 до 0,25 (среднее 0,05%). Рентабельность промышленного освоения этих месторождений зависит от конъюнктуры на российских рынках их главных компонентов ( Ta, Li, W, Sn, CaF 2 ). К сожалению, при их отработке попутный бериллий не извлекается, а теряется, или же в лучшем случае складируется в отходах производства (отвалах и хво сто хранилищах). Это весьма нерациональное мероприятие, если учитывать невосполнимость запасов бериллиевых руд в недрах, тем более - высококачественных, а в плане охраны окружающей среды - высокую токсичность отходов, содержащих бериллий [4].

Рассмотрим крупнейшие по запасам флюорита Вознесеновское (Республика Бурятия) и Пограничное месторождения (Приморский край), второе разрабатывается Ярославским ГОКом. На их долю приходится не менее 10-12% балансовых запасов бериллия, а забалансовые запасы составляют около 40% всех запасов России. В настоящее время Be, Li, Pb, Cs при эксплуатации этих месторождений не извлекаются, хотя по стоимости в 620 раз превышают стоимость извлекаемого флюорита. Они складируются в хвостах флюоритовой флотации, образуя крупное техногенное месторождение, с запасами более 15 млн. т. при содержании в них 14,3% флюорита, LiO2 -0,67 %, BeO - 0,144 %. Этот рудный район уникален не только крупнейшими запасами флюорита, но и своим разнообразием - по- мимо редкометально-флюоритовых месторождений, он включает месторождения Sn и Ta. Препятствием для комплексного извлечения всех полезных компонентов служит отсутствие соответствующих и рентабельных технологий. Дальнейшее усовершенствование технологии переработки хвостов с получением товарной продукции даст возможность в перспективе удовлетворить все потребности отечественной промышленности не только в бериллии, но и в литии.

В настоящее время назрела необходимость разработки уникального Ермаковского месторождения, поскольку это поможет успешно развивать горнорудное производство, а также поднять экономику Бурятии.