Масштаб проблемы
Горнодобывающая и горно-обогатительная промышленность России производит колоссальные объёмы жидких отходов — так называемых «хвостов». Это тонкодисперсные отходы обогащения, смешанных с водой в виде пульпы. Суммарные накопленные объёмы хвостохранилищ в России исчисляются миллиардами тонн. Предприятия цветной металлургии, угольной и золотодобывающей отраслей ежегодно формируют сотни миллионов кубометров новых хвостов.
Традиционные открытые хвостохранилища с намывными дамбами сопряжены с серьёзными рисками. По данным групп мониторинга ЮНЕСКО, за последние 50 лет в мире произошло более 63 крупных обрушений плотин хвостохранилищ. В России последствия таких аварий хорошо известны: прорыв дамб на предприятиях АЛРОСА в 2018 году нанёс ущерб окружающей среде на 27 млрд рублей. А авария на Карамкенском ГОКе в 2009 году привела к загрязнению рек цианидсодержащими отходами.
Ужесточение природоохранного законодательства подталкивает предприятия к поиску альтернативных методов утилизации жидких отходов. Одним из наиболее практичных и экономически доступных решений стало геотубирование — обезвоживание и складирование хвостов в геотекстильных контейнерах.
Что такое геотуба и как работает технология
Геотуба — это крупногабаритный контейнер, изготовленный из высокопрочной тканой геотекстильной ткани (полипропилен или полиэфир). Контейнеры выпускаются шириной до 20 м и длиной до 200 м; стандартный диаметр «бесшовных» туб — около 1,27 м в периметре 4 м, длина — от 50 до 100 м и более. Ткань имеет строго калиброванные поры: они пропускают воду, но удерживают твёрдые частицы внутри.
Технологический процесс выглядит следующим образом: пульпа с добавлением раствора флокулянта подаётся насосом через приёмные горловины внутрь геотубы. Флокулянт связывает мелкодисперсные частицы шлама в крупные флоккулы, которые не могут пройти через поры геоткани. Свободная вода под действием веса шламового тела фильтруется сквозь стенки контейнера и отводится в систему дренажа. По мере оседания осадка контейнер подкачивается повторно — до достижения расчётного объёма заполнения. После этого геотуба оставляется для консолидации.
Динамика обезвоживания хорошо изучена на российских объектах: влажность шлама снижается с исходных 75–95% до 45% за 10 суток консолидации. При зимнем промораживании влажность дополнительно снижается до 25%. Таким образом, уже за один сезонный цикл объём отходов сокращается в несколько раз.
Где это полезно?
Геотубирование эффективно для шламов 4-го и 5-го классов опасности с влажностью от 60 до 95%, у которых надшламовая вода условно чистая. На практике технология применяется в следующих направлениях:
- Хвосты обогатительных фабрик. Флотационные, гравитационные и магнитные хвосты предприятий по добыче железной руды, цветных металлов, угля, золота. Подбор флокулянта производится индивидуально для каждого типа хвостов с учётом их химического состава и размера частиц.
- Буровые шламы. Мобильные геотубы позволяют обезводить буровые шламы непосредственно на месте бурения, исключая необходимость дорогостоящей транспортировки жидких отходов.
- Угольные шламы. Угольная промышленность является одним из крупнейших потребителей технологии: шламоотстойники шахт накопили огромные объёмы осадков.
- Шламы шламонакопителей и отстойников. Металлургические заводы, ТЭЦ и химические предприятия используют геотубирование для поэтапной утилизации накопившихся отходов,и освобождения ёмкости накопителей.
Технические аспекты реализации
- Площадка и инфраструктура. Геотубы укладываются на подготовленное основание — как правило, уплотнённую площадку с дренажным покрытием и системой централизованного водоотвода по периметру. При необходимости экономии площади контейнеры можно укладывать в несколько ярусов, создавая компактные долгосрочные хранилища материала.
- Подбор флокулянта. Правильный выбор и дозировка флокулянта критически важны для эффективного обезвоживания. Предварительные лабораторные тесты на пробах конкретного шлама обязательны. Неправильный флокулянт или недостаточная доза приводят к проходу тонкодисперсных частиц через поры геоткани и загрязнению фильтрата.
- Сезонность. Закачку в геотубы можно проводить только при положительных температурах. Однако само обезвоживание продолжается круглый год, в том числе в зимний период, когда промораживание дополнительно улучшает водоотдачу.
- Типоразмер. Геометрия и количество контейнеров рассчитываются исходя из суточного объёма образования хвостов, доступной площади площадки и требуемого срока хранения. Производители выпускают геотубы под конкретный проект.
Сравнение с альтернативными методами
Геотубирование занимает промежуточную позицию между двумя крайними подходами к управлению хвостами.
Открытое хвостохранилище — минимальные капитальные затраты на старте, но высокие долгосрочные эксплуатационные расходы, постоянный экологический риск, необходимость содержания дамбы и мониторинга, а при закрытии предприятия — дорогостоящая рекультивация.
Аппаратное обезвоживание (фильтр-прессы, центрифуги, ленточные вакуум-фильтры) обеспечивает высокую и стабильную степень обезвоживания с минимальной влажностью кека, но требует значительных капитальных вложений в оборудование, квалифицированного обслуживания, высокого энергопотребления и, для хвостовых объёмов, огромного числа машин. Для крупных ГОКов стоимость полного аппаратного обезвоживания хвостов становится экономически труднообоснованной.
Геотубирование по стоимости обезвоживания единицы объёма находится между этими двумя методами: дороже, чем простое наливное хвостохранилище, но значительно дешевле аппаратного обезвоживания при сопоставимых объёмах. При этом технология не требует капитального строительства, легко масштабируется и развёртывается за несколько недель.
Что происходит с материалом после обезвоживания
Обезвоженный твёрдый остаток можно хранить непосредственно на площадке в геотрубах, а затем утилизировать или захоронить. В ряде случаев обезвоженные хвосты могут использоваться как строительный материал (отсыпка дорог, рекультивация карьеров).
Возврат технологической воды в оборот тоже является экономическим преимуществом, особенно в засушливых регионах.
Типичные ошибки при реализации
Экономия на подборе флокулянта. Использование неподходящего реагента или его недостаточная доза приводит к мутному фильтрату с высоким содержанием взвеси, что создаёт проблемы с возвратом воды в оборот и может вызвать претензии надзорных органов.
Недооценка объёмов площадки. Расчёт необходимой площади должен учитывать не только текущие объёмы образования хвостов, но и возможность многоярусной укладки и доступ техники для подкачки контейнеров.
Отсутствие системы дренажа основания. Фильтрат из геотуб должен организованно отводиться с площадки. Его неконтролируемое растекание создаёт те же проблемы с загрязнением грунтов, от которых технология призвана избавить.
Применение геотубирование для отходов 1–3 класса опасности. Технология рассчитана на шламы 4–5 класса; материалы с высокой концентрацией тяжёлых металлов, цианидов или других токсикантов требуют дополнительных защитных мер.
Роль геосинтетических материалов в управлении хвостами
Геотубы становятся полноценным инструментом управления хвостами на горнодобывающих предприятиях, особенно там, где капитальное сроительство новых хранилищ затруднено, а аппаратное обезвоживание нецелесообразно. Технология снижает экологические риски, экономит пространство, позволяет вернуть технологическую воду в оборот и обеспечивает компактное долгосрочное хранение обезвоженного материала.
Среди отечественных производителей геосинтетических материалов для горнодобывающей отрасли хорошо зарекомендовала себя продукция «ГК Гекса». Геотубы и геотекстиль линейки «Геоспан» применяются на объектах обезвоживания шламов и хвостов, соответствуют российской нормативной базе и доступны без валютных рисков и логистических ограничений. Для каждого объекта возможен индивидуальный подбор характеристик геоткани под конкретный химический состав и гранулометрию хвостового материала.
