Подать статью
Стать рецензентом
Том 278
Страницы:
136-152
В печати

Закрытые медноколчеданные рудники: миграция химических элементов в водной среде и донных отложениях (на примере Левихинской группы месторождений, Средний Урал)

Авторы:
Л. С. Рыбникова1
П. А. Рыбников2
В. Ю. Наволокина3
Об авторах
  • 1 — д-р геол.-минерал. наук главный научный сотрудник Институт горного дела УрО РАН ▪ Orcid
  • 2 — канд. геол.-минерал. наук заведующий лабораторией Институт горного дела УрО РАН ▪ Orcid
  • 3 — научный сотрудник Институт горного дела УрО РАН ▪ Orcid
Дата отправки:
2025-03-25
Дата принятия:
2025-12-09
Дата публикации онлайн:
2026-04-21

Аннотация

Работа посвящена проблемам загрязнения гидросферы Среднего Урала в результате воздействия кислых шахтных вод отработанных медных месторождений. Исследованы содержания макро- и микрокомпонентов в воде и донных отложениях в районе закрытого более 20 лет назад Левихинского медноколчеданного рудника, а также изменение их содержаний в цепи: выход шахтных вод (кислая среда) – нейтрализация (щелочная среда) – отстаивание (кислая среда) – среднее течение малой реки (слабокислая среда) – устье малой реки (нейтральная среда). Термодинамические расчеты показали, что кислые минерализованные воды пересыщены по отношению к минералам групп оксидов и оксид-гидроксидов. Сильнощелочная и слабощелочная воды пересыщены к минералам групп оксидов, оксид-гидроксидов, гидроксидов и сульфатов. Воды всех сред близки к равновесию либо недосыщены к гипсу. Наиболее интенсивные процессы осаждения металлов и сорбции донными отложениями происходят в околонейтральной среде: коэффициент распределения (CR) превышает n·105 л/кг для Al, Fe, Cu и Pb. Выполненная оценка степени равновесия природно-техногенных вод к минералам позволила определить процессы вторичного минералообразования, формы миграции металлов в водных объектах и их влияние на окружающую среду. Полученные данные необходимы для обоснования мероприятий по улучшению состояния гидросферы.

Область исследования:
Геотехнология и инженерная геология
Ключевые слова:
гидросфера загрязняющие вещества кислые шахтные воды поверхностные воды подземные воды донные отложения Visual MINTEQ 3.1
Финансирование:

Работа выполнена при поддержке Государственного задания ИГД УрО РАН. Тема 2 (2025-2027 гг.) «Геоинформационное обеспечение системной оценки стратегий природосбережения при освоении ресурсов недр» (FUWE-2025-0002); № 125070908250-1.

Перейти к тому 278

Литература

  1. Эспиноза Тумиалан П., Тантавилка Мартинес Н., Баррето Хиностроза К., Арана Руэдас Д.П.Р. Очистка кислотных шахтных сточных вод нейтрализацией с использованием адсорбента // Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 381-387.
  2. Фетисова Н.Ф., Фетисов В.В. Подходы к выбору систем очистки дренажных вод заброшенных горных выработок Кизеловского угольного бассейна // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024. № 1. С. 109-124. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_1_0_109
  3. Пашкевич М.А., Алексеенко А.В., Нуреев Р.Р. Формирование экологического ущерба при складировании сульфидсодержащих отходов обогащения полезных ископаемых // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 155-167. DOI: 10.31897/PMI.2023.32
  4. Nordstrom D.K., Blowes D.W., Ptacek C.J. Hydrogeochemistry and microbiology of mine drainage: An update // Applied Geochemistry. 2015. Vol. 57. P. 3-16. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2015.02.008
  5. Рыбникова Л.С., Рыбников П.А., Наволокина В.Ю. Cнижение негативного влияния законсервированного медноколчеданного рудника Урала на состояние гидросферы // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2022. № 3. С. 194-201. DOI: 10.15372/FTPRPI20220318
  6. Menshikova E., Osovetsky B., Blinov S. et al. Ochre Particles in River Sediments in Coal Mining Areas (A Study of the Kizel Coal Basin, Russia) // Mine Water and the Environment. 2022. Vol. 41. Iss. 4. P. 1040-1054. DOI: 10.1007/s10230-022-00905-3
  7. Максимович Н.Г., Хмурчик В.Т., Березина О.А., Деменев А.Д. Миграция микроэлементов в речной системе в зоне влияния изливов кислых шахтных вод Кизеловского угольного бассейна // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024. № 2. С. 23-34. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_2_0_23
  8. Abramov S.M., Tejada J., Grimm L. et al. Role of biogenic Fe(III) minerals as a sink and carrier of heavy metals in the Rio Tinto, Spain. // Science of the Total Environment. 2020. Vol. 718. № 137294. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.137294
  9. Максимович Н.Г., Березина О.А., Мещерякова О.Ю., Деменев А.Д. Изучение миграции техногенных донных отложений с применением современных геоинформационных систем // ИнтерКарто. ИнтерГИС. Геоинформационное обеспечение устойчивого развития территорий. 2020. Т. 26. Ч. 2. C. 201-211. DOI: 10.35595/2414-9179-2020-2-26-201-211
  10. Guan Chen, Yicheng Ye, Nan Yao et al. A critical review of prevention, treatment, reuse, and resource recovery from acid mine drainage // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 329. № 129666. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.129666
  11. Максимович Н.Г., Хмурчик В.Т., Березина О.А. Формы переноса микроэлементов в речной сети и распределение их во фракциях донных отложений в районах угледобычи // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 11. С. 52-66. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_11_0_52
  12. Харько П.А., Нуреев Р.Р., Пашкевич М.А. Возможность применения геохимических барьеров на основе известняка для очистки подотвальных вод от металлов // Вестник Евразийской науки. 2020. Т. 12. № 6. 9 с.
  13. Фетисова Н.Ф. Исследование форм миграции металлов в реках, подверженных влиянию шахтных вод Кизеловского угольного бассейна // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 1. С. 141-152. DOI: 10.18799/24131830/2021/1/3007
  14. Hongbing Ji, Hongxia Li, Yan Zhang et al. Distribution and risk assessment of heavy metals in overlying water, porewater, and sediments of Yongding River in a coal mine brownfield // Journal of Soils and Sediments. 2018. Vol. 18. Iss. 2. P. 624-639. DOI: 10.1007/s11368-017-1833-y
  15. Рыбникова Л.С., Рыбников П.А., Галин А.Н. Процессы формирования подотвальных вод и мероприятия по минимизации их влияния на гидросферу (на примере Левихинского рудника, Средний Урал) // Известия Томского политехнического университета. Инжиринг георесурсов. 2025. Т. 336. № 2. С. 105-115. DOI: 10.18799/24131830/2025/2/4517
  16. Рыбникова Л.С., Рыбников П.А. Закономерности формирования качества подземных вод на отработанных медноколчеданных рудниках Левихинского рудного поля (Средний Урал, Россия) // Геохимия. 2019. Т. 64. № 3. С. 282-299. DOI: 10.31857/S0016-7525643282-299
  17. Рыбникова Л.С., Рыбников П.А., Наволокина В.Ю. Оценка эффективности очистки кислых шахтных вод (на примере медноколчеданных рудников Среднего Урала) // Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 388-401.
  18. Jacobs J.A., Testa S.M. The Iron Mountain Mine in Shasta County, California // Acid Mine Drainage, Rock Drainage, and Acid Sulfate Soils: Causes, Assessment, Prediction, Prevention, and Remediation. Wiley, 2014. P. 355-360. DOI: 10.1002/9781118749197.ch31
  19. Jacobs J.A., Testa S.M., Alpers C.N., Nordstrom D.K. An Overview of Environmental Impacts and Mine Reclamation Efforts at Iron Mountain, Shasta County, California // Applied Geology in California. Association of Environmental & Engineering Geologists, 2016. P. 427-446.
  20. Donald A.N., Sanders B.L., Halma M. The Search for Potential Remediation Strategies and Sustainable Alternatives for Safe use of US EPA Superfund Sites // Trends in Ecological and Indoor Environmental Engineering. 2025. Vol. 3. № 1. P. 11-24. DOI: 10.62622/TEIEE.025.3.1.11-24
  21. Васильева А.А., Бодуэн А.Я. Минералогические особенности и способы переработки медных цинксодержащих концентратов (Учалинский горно-обогатительный комбинат) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334. № 3. C. 61-72. DOI: 10.18799/24131830/2023/3/3956
  22. Рыбникова Л.С., Рыбников П.А., Шапочкин Р.А. Обоснование альтернативных источников водоснабжения в горнодобывающих районах с высокой техногенной нагрузкой на примере поселка Левиха Свердловской области // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2023. № 2. С. 74-86. DOI: 10.21440/0536-1028-2023-2-74-86
  23. Чукаева М.А., Сапелко Т.В. Оценка экологического состояния водных экосистем по изучению донных отложений озер // Записки Горного института. 2025. Т. 271. С. 53-62.
  24. Gijung Pak, Minjae Jung, Hwansuk Kim et al. Assessment of Metals Loading in an Acid Mine Drainage Watershed // Mine Water and the Environment. 2016. Vol. 35. Iss. 1. P. 44-54. DOI: 10.1007/s10230-015-0336-6
  25. Корнеева Т.В., Юркевич Н.В., Саева О.П. Геохимическое моделирование поведения тяжелых металлов в техногенных системах // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329. № 3. C. 89-101.
  26. Khalid S., Shahid M., Alothman Z.A. et al. Predicting chemical speciation of metals in soil using Visual Minteq // Soil Ecology Letters. 2023. Vol. 5. Iss. 3. № 220162. DOI: 10.1007/s42832-022-0162-2
  27. Environmental indicators in metal mining / Ed. by B. Lottermoser. Springer, 2017. 428 р. DOI: 10.1007/978-3-319-42731-7
  28. Mugova E., Molaba L., Wolkersdorfer C. Understanding the Mechanisms and Implications of the First Flush in Mine Pools: Insights from Field Studies in Europe’s Deepest Metal Mine and Analogue Modelling // Mine Water and the Environment. 2024. Vol. 43. Iss. 1. P. 73-86. DOI: 10.1007/s10230-024-00969-3
  29. Wolkersdorfer C. Mine Water Treatment – Active and Passive Methods. Springer, 2022. 367 p. DOI: 10.1007/978-3-662-65770-6
  30. Юркевич Н.В., Бортникова С.Б., Саева О.П., Корнеева Т.В. Гидрохимические аномалии в районе складирования сульфидных отходов золотодобычи (пос. Вершино-Дарасунский, Забайкальский край) // Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами: Материалы четвертой Всероссийской научной конференции с международным участием, 17-20 августа 2020, Улан-Удэ, Россия. Улан-Удэ: Бурятский научный центр СО РАН, 2020. С. 282-285. DOI: 10.31554/978-5-7925-0584-1-2020-282-285
  31. Закруткин В.Е., Гибков Е.В., Решетняк О.С., Решетняк В.Н. Донные отложения как индикатор первичного и источник вторичного загрязнения речных вод углепромышленных территорий восточного Донбасса // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2020. Т. 84. № 2. С. 259-271. DOI: 10.31857/S2587556620020168
  32. Tokar E., Kuzmenkova N., Rozhkova A. et al. Migration Features and Regularities of Heavy Metals Transformation in Fresh and Marine Ecosystems (Peter the Great Bay and Lake Khanka) // Water. 2023. Vol. 15. Iss. 12. № 2267. DOI: 10.3390/w15122267
  33. Давыдова О.А., Коровина Е.В., Ваганова Е.С. и др. Физико-химические аспекты миграционных процессов тяжелых металлов в природных водных системах // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Химия». 2016. Т. 8. № 2. С. 40-50. DOI: 10.14529/chem160205
  34. Nordstrom D.K. Geochemical Modeling of Iron and Aluminum Precipitation during Mixing and Neutralization of Acid Mine Drainage // Minerals. 2020. Vol. 10. Iss. 6. № 547. DOI: 10.3390/min10060547
  35. El-Sharkawy M., Alotaibi M.O., Jian Li. et al. Heavy Metal Pollution in Coastal Environments: Ecological Implications and Management Strategies: A Review // Sustainability. 2025. Vol. 17. Iss. 2. № 701. DOI: 10.3390/su17020701
  36. Саева О.П., Бортникова С.Б., Юркевич Н.В., Гаськова О.Л. Осаждение металлов сульфидами при нейтрализации кислого дренажного раствора // XX Международный научный конгресс «Интерэкспо ГЕО-Сибирь»: Материалы Международной научной конференции «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология», 15-17 мая 2024, Новосибирск, Россия. Новосибирск: Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 2024. Т. 2. № 4. С. 80-87. DOI: 10.33764/2618-981X-2024-2-4-80-87
  37. Маловa А.И., Сидкина Е.С., Рыженко Б.Н. Модель месторождения алмазов им. М.В.Ломоносова как системы «вода – порода»: формы миграции, насыщенность подземных вод относительно породообразующих и рудных минералов, экологическая оценка качества вод // Геохимия. 2017. № 12. С. 1128-1140. DOI: 10.7868/S0016752517090035

Похожие статьи

Трехмерное моделирование напряженно-деформированного состояния и анализ стабильности породного массива при строительстве подземной исследовательской лаборатории
2026 В. Н. Татаринов, В. С. Гупало, Д. Ж. Акматов, А. И. Маневич, Р. В. Шевчук, И. В. Лосев, А. А. Камаев
Эксперимент «Ковдор-2023» по глубинному электромагнитному зондированию литосферы Беломорского блока Фенноскандинавского щита
2026 А. А. Скороходов, А. Н. Шевцов, А. Е. Ганнибал, В. В. Колобов, В. В. Ивонин, Т. Г. Короткова
Моделирование напряженно-деформированного состояния забоя горной выработки вблизи опасных по газодинамическим явлениям зон
2026 С. Г. Гендлер, Н. Е. Мороз
Геолого-геохимическая характеристика включений твердого битума в вулканитах доюрского комплекса Литваковского нефтяного месторождения
2026 Г. Т. Салахидинова, М. Г. Кульков, К. Ю. Кудрин, Р. И. Бутырин, А. Э. Алиев, Е. М. Мотошин
Биогеохимическая характеристика и оценка геоэкологических рисков на территории Далдынского кимберлитового поля
2026 А. Г. Гололобова, Я. Б. Легостаева
Стадия разложения гидрата метана при снижении давления с применением био-ПАВ и последующей закачке углекислого газа
2026 Н. Е. Шлегель, Е. Р. Подгорная, С. Я. Мисюра, В. С. Морозов, П. А. Стрижак