Закрытые медноколчеданные рудники: миграция химических элементов в водной среде и донных отложениях (на примере Левихинской группы месторождений, Средний Урал)
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.
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.
Литература
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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.
- 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
- Environmental indicators in metal mining / Ed. by B. Lottermoser. Springer, 2017. 428 р. DOI: 10.1007/978-3-319-42731-7
- 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
- Wolkersdorfer C. Mine Water Treatment – Active and Passive Methods. Springer, 2022. 367 p. DOI: 10.1007/978-3-662-65770-6
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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