Вода техногенная

Обращение к читателям 

Современный этап развития общества характеризуется бурными темпами научно-технического прогресса, сменой многих сложившихся приоритетов, реформированием образовательного процесса. В этих условиях настоятельной необходимостью становится создание банка знаний, в котором на основе анализа накопленного опыта были бы собраны 
научно-технические достижения, определяющие ход дальнейшего развития общества и ближайшие общегосударственные задачи как в области фундаментальных наук, так и в прикладных исследованиях. 

Наблюдательный совет, в состав которого вошли ректоры ряда крупных национальных университетов и всемирно известные ученые, тщательно отбирает главные темы будущих книг издательского проекта 
«Банк знаний ХХI века» и их потенциальных авторов. 

Авторы книг — ученые и инженеры — работают в ведущих институтах 
Российской академии наук, в высшей школе, в опытно-конструкторских 
бюро, а также на предприятиях, занимающихся внедрением инновационных проектов. Они прекрасно осведомлены о потребностях экономики 
страны и об усилиях, предпринимаемых для повышения конкурентоспособности отечественной продукции на мировом рынке. 

Каждая из книг издательского проекта «Банк знаний ХХI века» адресована прежде всего творческой молодежи, помогая ей в выборе собственного пути и способов достижения целей в огромном насыщенном 
техникой и информацией мире. 

Мы стремимся помочь молодым ученым и инженерам приобрести необходимую уверенность в собственных силах, снабдив «надежным компасом» при реализации самых грандиозных планов. 

Банк знаний ХХI века 

Н а б л ю д а т е л ь н ы й  с о в е т 

Федоров И.Б. — академик РАН 
Александров А.А. — д-р техн. наук, ректор МГТУ им. Н.Э. Баумана  
Гуляев Ю.В. — академик РАН 
Леонтьев А.И. — академик РАН 
Фомин В.М. — академик РАН 
Егоров И.В. — член-корр. РАН 
Клименко В.В. — член-корр. РАН 
Ольховский Г.Г. — член-корр. РАН 
Федик И.И. — член-корр. РАН 
Тарасенко В.С — д-р геол.-минерал. наук 
 
Р е д а к ц и о н н ы й  с о в е т 

Вараксин А.Ю. — член-корр. РАН (председатель) 
Полежаев Ю.В. — член-корр. РАН 
Крылов В.И. — канд. техн. наук 
Пиралишвили Ш.А. — д-р техн. наук 
Комащенко В.И. — д-р техн. наук 
Илюхин А.Ф. — д-р техн. наук 

ВОДА  
ТЕХНОГЕННАЯ 

ПРОБЛЕМЫ,  

ТЕХНОЛОГИИ,  

РЕСУРСНАЯ ЦЕННОСТЬ 
 

УДК 628.3 
ББК 33.17:12 
        В62 
Авторы: 
З.М. Шуленина, В.В. Багров, А.В. Десятов, А.А. Зубков,  
А.С. Камруков, В.А. Колесников, В.Е. Константинов,  
Б.С. Ксенофонтов, Д.О. Новиков 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, профессор Е.Г. Воробьев 
д-р техн. наук, профессор П. Плауль  

    Вода техногенная : проблемы, технологии, ресурсная ценность / [З. М. Шуленина, В. В. Багров, А. В. Десятов  
и др.]. — Москва : Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015.  
— 401, [7] c. : ил. 
ISBN 978-5-7038-4322-2 
Проанализированы условия образования и состояние техногенных 
кислых рудничных, подотвальных шахтных, а также сточных вод горнометаллургических и металлообрабатывающих предприятий, объемы, химический состав и экологическое воздействие на элементы окружающей 
среды, поверхностные и подземные водотоки, ландшафты, лесную и травянистую растительность, а также животный мир и человека. 
Рассмотрены методы очистки этих вод от растворенных в них металлов, 
дано описание технологических процессов обезвреживания вод с использованием обратного осмоса, электродиализа, различных видов флотации. Приведено описание механизмов и аппаратурное оформление процессов извлечения металлов из сбросных вод. Представлены методы очистки сточных 
вод с использованием сорбционно-электролизного способа с применением 
природных и искусственных сорбентов, при этом особое внимание уделено 
природным высококремнистым сорбентам. Проведена экономическая оценка кислых и подотвальных вод, являющихся ценными источниками получения редких, черных и цветных металлов. 
Для руководителей, отвечающих за экологическую безопасность, 
научных работников и инженеров, специализирующихся в области охраны окружающей среды, студентов и аспирантов, а также всех интересующихся проблемами охраны окружающей среды. 
УДК 628.3 
ББК 33.17:12 
Частично исследования выполнены  
в Российском химико-технологическом университете  
имени Д.И. Менделеева за счёт гранта Российского научного фонда 
(проект № 14-29-00194) 

© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4322-2                                                     МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 

В62 

К 150-летию 
Научно-учебного комплекса 
«Энергомашиностроение» 

Благодарности 

Приведенные в книге результаты являются совокупным трудом 
больших научных коллективов. В связи с этим коллектив авторов 
выражает глубокую признательность и благодарность сотрудникам различных научных и образовательных учреждений и организаций за проявленный интерес к работе, плодотворные обсуждения 
и ценные замечания, среди которых особую роль для появления 
книги сыграли следующие ведущие специалисты: 
Козлов Николай Павлович — д-р техн. наук, профессор МГТУ 
им. Н.Э. Баумана;  
Баскаев Заур Петрович — канд. техн. наук, заместитель генерального директора АО «КБОР» ГК «Ростех»; 
Крылов Владимир Иванович — канд. техн. наук, директор 
Научно-исследовательского института «Энергетического машиностроения» МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Авторы выражают благодарность за понимание целесообразности издания этого научного труда и поддержку при решении 
финансовых проблем коллективу организации ООО «ЦВТМ при 
МГТУ имени Н.Э. Баумана». 
Отдельное спасибо за большую организационную работу по 
подготовке и обеспечению выхода данного издания коллективу 
«Фонда по поддержке, содействию и развитию Научно-учебного 
комплекса «Энергомашиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана». 
Данная книга выходит в год 90-летия со дня рождения Владимира Михайловича Поляева, видного ученого, профессора МГТУ 
им. Н.Э. Баумана. Его, к сожалению, уже давно нет с нами, некоторые из авторов данной книги работали или начинали свою научную деятельность при непосредственном участии В.М. Поляева, за 
что благодарны ему и по сей день. 
Авторы благодарят всех, кто принимал участие в подготовке 
данной книги и выражают надежду, что книга будет интересна и полезна как для сложившихся ученых и практиков, так и для будущих 
специалистов — нынешних студентов и аспирантов, для всех читателей, интересующихся затронутой проблематикой. 

Авторы 

Оглавление 
 
7 

 
Человеку суждено истребить  
самого себя после того, как он сделает  
Землю непригодной для обитания.  

Ж. Ламарк 

Предисловие 

Развитие цивилизации сопровождается постоянным вовлечением в производственный процесс новых материалов. Однако для 
их получения необходимо постоянно наращивать объемы добычи 
и переработки всех видов полезных ископаемых, что приводит к 
увеличению глубины отработки и расширению географии поиска. 
В ХХ в. происходил небывалыми темпами рост объемов их добычи и потребления, обусловленный глобальной индустриализацией 
и научно-технической революцией, затронувшими все сферы деятельности человека. Массовое использование молибдена, редких 
металлов, алюминия и многих других ископаемых, начавшееся в 
это время, определило увеличение объемов их добычи и потребления в десятки и сотни раз. Как следствие, во второй половине  
ХХ в. в горнодобывающей и перерабатывающей отраслях промышленности России обозначились три важные проблемы: ресурсная, экологическая и социально-экономическая.  
Ресурсная проблема обусловлена отработкой практически по 
всем полезным ископаемым богатых, достаточно хорошо обогатимых руд и нерациональной переработкой многих комплексных 
руд. В результате появилась необходимость освоения труднообогатимых, так называемых упорных, руд, имеющих сложный вещественный состав и требующих применения более совершенных 
схем и режимов добычи, а также высоких материальных и трудовых затрат (примерно в 3…10 раз выше, чем при переработке руд 
простого состава).  
Кроме того, с распадом СССР возник дефицит некоторых металлов (хрома, марганца, титана, свинца и цинка), добыча и производство которых развивались за пределами Российской Федерации —  
на Украине, в Казахстане и Узбекистане. В настоящее время в России 
отсутствует сырьевая база редкометалльного сырья и, соответственно, его производство. Редкометалльные концентраты закупают в  
Китае, отдельные редкоземельные металлы — в Великобритании.  
В целом на эти закупки ежегодно расходуется более 1 млрд долларов 
США.  

 

Предисловие 

 
При существующем технологическом уровне горнодобывающей промышленности далеко не все разведанные запасы эффективно и полностью отрабатываются. Так, на Урале при подземной 
добыче в недрах остается порядка 25 % балансовых запасов металлических руд, до 60…70 % калийных солей, свыше 40 % угля. 
При работе со вскрышными породами в отвалы металлургического 
комплекса выбрасывается до 80 % извлекаемого из недр полезного 
компонента. Оставленные в недрах запасы руды постоянно подвергаются кислотному выщелачиванию металлов, которые обогащают рудничные воды, превращая их в техногенные высокоминерализованные и опасные для окружающей среды.  
Современная технология добычи и переработки полезных ископаемых — несовершенная и многоотходная, из-за чего в окружающую среду попадают миллионы тонн газо- и парообразных, 
жидких и твердых отходов, вызывая ее общее загрязнение. По 
данным исследований многих ученных, из добываемого сырья 
только 2 % перерабатывается в полезную продукцию, а 98 % возвращается в окружающую среду в виде различных отходов.  
В целом в мире при ежегодной добыче около 25 млрд т всех 
видов сырья и материалов (топливо, руды, строительные материалы и пр.) в качестве готовой продукции используется не более  
1,5 млрд т, а остальное в форме отходов накапливается в различных хранилищах. 
К концу ХХ в. только на территории России (на площади свыше 2 млн га) накоплено более 100 млрд т различных горнопромышленных отходов, причем из них около 1,6 млрд т — высокотоксичные.  
По данным Федеральной целевой программы «Отходы», принятой Постановлением Правительства РФ от 13.09.1996 г., № 1098 
ежегодно в России образуется около 7 млрд т отходов, используется — менее 2 млрд т. 
Для складирования отходов ежегодно отчуждается более  
10 тыс. га земли. Общая масса накопленных к настоящему времени и образующихся ежегодно отходов примерно в два раза больше 
общей массы продукции, выпускаемой предприятиями народного 
хозяйства. Если рассматривать гипотетический случай перехода 
всех предприятий страны на переработку отходов, срок переработки их составит более 100 лет. 
Горнопромышленные отходы имеют высокий ресурсный потенциал. По предварительной оценке, в объеме порядка 8,7 млрд т 
отходов (по которым удалось найти достаточно достоверные све

Предисловие  
9 

 
дения), накопленных в медной, свинцово-цинковой, никель-кобальтовой, вольфрамо-молибденовой, оловянной, алюминиевой отраслях промышленности содержится более 9,4 млн т меди, 9,7 млн т 
цинка, 2,2 млн т свинца, 2,5 млн т никеля, 33,5 млн т оксида алюминия, 0,6 млн т олова, 0,2 млн т молибдена, около 1000 т золота,  
12 тыс. т серебра и значительное количество редких и рассеянных 
металлов. Только с фосфогипсом, образующимся при сернокислотной переработке апатита, теряется около 80 тыс. т в год редкоземельных металлов  —  самария, европия, гадолиния и пр. Учитывая 
большие объемы добычи и переработки фосфатного сырья, количество попутно извлекаемых редкоземельных металлов может удовлетворить потребности в этих металлах предприятий не только 
России, но и мира. В отходах процессов обогащения полезных ископаемых Норильского горно-металлургического комбината накоплено более 800 т металлов платиновой группы. Запасы полезных 
компонентов в этих отходах равноценны открытию многих новых 
крупных месторождений.  
Суммарная ценность металлов, извлекаемых из горнопромышленных отходов, по ориентировочной оценке геологов, сопоставима с ценностью потенциальных ресурсов минерального сырья в 
недрах СНГ и более чем в 4 раза превышает цену идентифицированных ресурсов или известных запасов в недрах, которые пока не 
используются. Несмотря на такой огромный ресурсный потенциал, 
горнопромышленные отходы в России используются лишь как сырье для строительной индустрии и то в объеме не более 10 % годового образования. За рубежом из горнопромышленных отходов с 
помощью нетрадиционных технологий (различных видов выщелачивания) получают более 40 % годового объема меди, 35 % —  
золота и другие металлы. Эта доля постоянно растет и в отдельных 
случаях превышает добычу из первичного сырья. При этом затраты на извлечение металлов снижены в 1,5…3 раза. 
В процессе хранения отходы претерпевают существенные  
изменения, теряют свои технологические свойства и промышленную ценность. Отвалы вскрышных пород, забалансовых и некондиционных руд цветной, черной, полиметаллической, угольной  
и других отраслей промышленности, содержащие сульфидную 
минерализацию, подвергаются интенсивному естественному кислотному выщелачиванию и бактериальному разложению, постоянно генерируют огромные объемы кислых, высокоминерализованных, весьма агрессивных многокомпонентных вод и постепенно обедняются. 

Предисловие 

 
При длительном хранении отходов в результате химических реакций образуются пыль, газы и химические элементы, загрязняющие не только почву, поверхностные и подземные воды, но и атмосферу, что отрицательно влияет на здоровье людей. Даже после 
прекращения эксплуатации месторождения и консервации горных 
выработок за счет гипергенных преобразований горных пород и 
минеральной составляющей горнопромышленных отходов негативное воздействие на окружающую среду в данном регионе будет 
продолжаться в течение 150‒200 лет. Зоны влияния отходов на 
окружающую среду многократно превышают площади их складирования. В результате более 60 % населения горнопромышленных 
районов России проживает на территории с повышенным загрязнением воды, воздуха и почвы. В целом по России по причине проведения добычи минерального сырья испорчено около 12 % земель, 
причем порча не менее 40 % этих земель напрямую связана с отходами и их влиянием. Экологическая ситуация на 25 % территории 
Уральского экономического региона оценивается как кризисная. 
Наряду с экологическими проблемами и дестабилизацией экономики в результате истощения сырьевой базы в старопромышленных регионах обострились социально-экономические проблемы. Ежегодный экономический ущерб в результате изъятия земель 
из хозяйственного пользования и их химического загрязнения 
только по Свердловской области составляет более 30 трлн руб.  
(в ценах 1997 года). Затраты на складирование отходов стали 
близки к расходам на добычу самих полезных ископаемых.  
Самый опасный для окружающей среды вид горнопромышленных отходов — техногенные воды. Ущерб от сброса техногенных неочищенных, в том числе сточных, вод в поверхностные водотоки и на рельеф местности проявляется в опустынивании территорий в радиусе их влияния, понижении уровня грунтовых и 
подземных вод, вызывающем осушение родников и колодцев, которые были источниками хозпитьевого водоснабжения многих 
населенных пунктов. Многолетнее нерациональное недропользование привело к дефициту питьевой воды.  
Понимая и всесторонне анализируя создавшуюся ситуацию, 
группа ученых — специалистов из ИК «ЛЕО-Инвест» (созданной 
бывшими сотрудниками ряда НИИ Министерства природных ресурсов), МГТУ им. Н.Э. Баумана, РХТУ им. Д.И. Менделеева, объединив свой опыт, знания и разработки, подготовила монографию 
«Вода техногенная — проблемы, технологии, ресурсная ценность», 
в которой авторы, используя большой объем накопленного факти