Записки горного института, 2024, № 3

Научный журнал «Записки Горного института» с 1907 года издается Санкт-Петербургским горным университетом императрицы 
Екатерины  II – первым высшим техническим учебным заведением России, основанным в 1773  году Указом Екатерины  II как 
воплощение идей Петра  I и М.В.Ломоносова о подготовке инженеров для развития горнозаводского дела.  
На базе Санкт-Петербургского горного университета императрицы 

Екатерины II работает Международный центр компетенций 

в горнотехническом образовании под эгидой ЮНЕСКО, способствующий активному взаимодействию журнала с международным научным сообществом.
Цель журнала – создание информационного пространства, 

в котором отечественные и зарубежные ученые смогут представить результаты теоретических и эмпирических исследований, посвященных проблемам минерально-сырьевого комплекса. 
Журнал привлекает ведущих специалистов к публикации научных статей и содействует их продвижению в международное 
научное пространство. 
Публикуемые статьи освещают вопросы геологии, геотехнологии и инженерной геологии, горного и нефтегазового дела, 
обогащения, энергетики, геоэкологии и безопасности жизнедеятельности, экономики сырьевых отраслей. 
Санкт-Петербургский
Санкт-Петербургский
горный университетет
горный университетет
императрицы Екатерины II
Журнал индексируется Scopus (Q1), Web of Science Core 
Collection (ESCI), DOAJ Seal, RSCI, GeoRef, Google Scholar, 
РИНЦ, входит в белый список Министерства образования и науки 
РФ, приравнен к журналам из перечня ВАК категории К1.
Журнал выходит 6 раз в год. Средний срок до первого решения – 

1 месяц.
Статьи публикуются на безвозмездной основе. Перевод предоставляется автором. 
Международный 
Международный 
центр компетенций
центр компетенций
в горнотехническом 
в горнотехническом 
образовании
образовании
под эгидой ЮНЕСКО
Записки Горного института
под эгидой ЮНЕСКО
Записки Горного института
На обложке экспонат Горного музея –  прожилок тонковолокнистого агрегата хризотил-асбеста. 
В письменах иудейских левитов упоминаются «нежные каменные ткани», не уничтожаемые 
огнем – хризотил-асбест. Минерал обладает огнестойкостью и щелочеупорностью, плохо 
проводит тепло, электричество и звук.
Горный музей – третья в мире по величине естественно-научная экспозиция, имеет более 
230 тысяч экспонатов, среди которых драгоценные металлы и камни, уникальные коллекции 
минералов, руд, горных пород, палеонтологических остатков, метеоритов, собрание 
моделей и макетов горной и горнозаводской техники, изделия камнерезного и ювелирного 
искусства.

– 
  ISSN 2411-3336 
е-ISSN 2541-9404 
 
 
Издается с 1907 года 
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ • 2024 
У ч р е д и т е л ь  С а н к т - П е т е р б у р г с к и й  г о р н ы й  у н и в е р с и т е т  и м п е р а т р и ц ы  Е к а т е р и н ы  I I  
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР 
В.С.Литвиненко, д-р техн. наук, профессор, академик Международной академии наук высшей школы, РАЕН, РАГН, МАНЭБ, ректор  
(Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия) 
 
ЗАМЕСТИТЕЛЬ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА  
С.Г.Скублов, д-р геол.-минерал. наук, профессор, член Российского минералогического общества, эксперт Российского научного фонда и РАН (Санкт-Петербургский 
горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия)  
 
ОТВЕТСТВЕННЫЙ СЕКРЕТАРЬ 
С.В.Синявина, канд. техн. наук, директор издательского дома (Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия) 
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ 
О.Е.Аксютин, д-р техн. наук, чл.-кор. РАН, член правления, начальник департамента (ПАО «Газпром», Москва, Россия) 
А.А.Барях, д-р техн. наук, профессор, академик РАН, директор (Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, Пермь, Россия) 
В.Н.Бричкин, д-р техн. наук, профессор, проректор по подготовке научных кадров (Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II,  
Санкт-Петербург, Россия) 
С.Г.Гендлер, д-р техн. наук, профессор, академик РАЕН, зав. кафедрой безопасности производств (Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, 
Санкт-Петербург, Россия) 
О.М.Ермилов, д-р техн. наук, профессор, академик РАН, РАГН, зам. главного инженера по науке (ООО «Газпром добыча Надым» ПАО «Газпром», Надым, Россия) 
В.П.Зубов, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой разработки месторождений полезных ископаемых (Санкт-Петербургский горный университет императрицы 
Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия) 
Г.Б.Клейнер, д-р экон. наук, профессор, чл.-кор. РАН, заместитель директора (Центральный экономико-математический институт РАН, Москва, Россия) 
А.В.Козлов, д-р геол.-минерал. наук, член Российского минералогического общества, зав. кафедрой геологии и разведки месторождений полезных ископаемых 
(Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия) 
Ю.Б.Марин, д-р геол.-минерал. наук, профессор, чл.-кор. РАН, почетный президент (Российское минералогическое общество, Санкт-Петербург, Россия) 
В.А.Моренов, канд. техн. наук, доцент (Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия)  
М.А.Пашкевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой геоэкологии, ответственный редактор тома (Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, 
Санкт-Петербург, Россия)  
Т.В.Пономаренко, д-р экон. наук, профессор (Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия) 
О.М.Прищепа, д-р геол.-минерал. наук, академик РАЕН, зав. кафедрой геологии нефти и газа (Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, 
Санкт-Петербург, Россия) 
А.Г.Протосеня, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой строительства горных предприятий и подземных сооружений (Санкт-Петербургский горный университет 
императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия) 
В.Е.Сомов, д-р экон. наук, канд. техн. наук, академик РАЕН, директор (ООО «Кинеф», Кириши, Россия) 
А.А.Тронин, д-р геол.-минерал. наук, директор (Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН, Санкт-Петербург, Россия) 
В.Л.Трушко, д-р техн. наук, профессор, академик Международной академии наук высшей школы, РАЕН, РАГН, МАНЭБ, зав. кафедрой механики 
(Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия)  
П.С.Цветков, канд. экон. наук, начальник управления по публикационной деятельности (Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II,  
Санкт-Петербург, Россия) 
А.Е.Череповицын, д-р экон. наук, профессор, зав. кафедрой экономики, организации и управления (Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, 
Санкт-Петербург, Россия) 
Я.Э.Шклярский, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой общей электротехники (Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, 
Россия) 
В.А.Шпенст, д-р техн. наук, профессор, декан энергетического факультета (Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия) 
Олег Анцуткин, профессор (Технологический университет, Лулео, Швеция) 
Габриэль Вейсс, д-р наук, профессор, проректор по научной и исследовательской деятельности (Технический университет, Кошице, Словакия) 
Хал Гургенчи, профессор (Школа горного машиностроения Квинслендского университета, Брисбен, Австралия) 
Эдвин Кроке, д-р наук, профессор (Институт неорганической химии Фрайбергской горной академии, Фрайберг, Германия) 
Чжоу Фубао, д-р наук, профессор, вице-президент (Китайский горно-технологический университет, Пекин, Китай) 
Чжао Юэмин, д-р наук, профессор, директор научного комитета (Китайский горно-технологический университет, Пекин, Китай) 
Приглашенные научные редакторы тома: канд. техн. наук А.С.Данилов, канд. техн. наук В.А.Матвеева  
(Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II)  
Разделы 
•Геология    •Геотехнология и инженерная геология    •Экономика сырьевых отраслей    •Энергетика  
Лицензия ИД № 06517 от 09.01.02 
Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-70453 от 20.07.2017 
 
Редакция:  начальник РИЦ В.Л.Лебедев,  редакторы  Е.С.Дрибинская, М.Г.Хачирова, Л.В.Набиева 
Компьютерная верстка  Н.Н.Седых, В.И.Каширина, Е.А.Головинская  
 
Адрес учредителя и редакции: 21-я линия, 2, Санкт-Петербург, Россия, 199106 
Тел. +7 (812) 328-8416;        факс +7 (812) 327-7359;  
Е-mail: pmi@spmi.ru              Сайт журнала: pmi.spmi.ru 
 Санкт-Петербургский горный университет  
императрицы Екатерины II, 2024 
Подписано к печати 04.07.2024. Формат 60  84/8. Уч.-изд.л. 39. 
Тираж 300 экз.  Заказ 350.  Отпечатано в РИЦ СПГУ. 
Цена свободная. ЗАПИСКИГОРНОГОИНСТИТУТАРЕЦЕНЗИРУЕМЫЙНАУЧНЫЙ ЖУРНАЛТом267

 
Записки Горного института. 2024. Т. 267 
Содержание 
 
СОДЕРЖАНИЕ 
 
 
Пашкевич М.А., Данилов А.С., Матвеева В.А. Экологическая безопасность и устойчивое 
развитие: новые подходы к очистке сточных вод .......................................................................... 
    341 
Опекунов А.Ю., Коршунова Д.В., Опекунова М.Г., Сомов В.В., Акулов Д.А. Анализ эффективности геохимических барьеров, как основа применения природоподобных технологий 
очистки воды 
............................................................................................................................................     343 
Жаковская З.А., Кухарева Г.И., Баш П.В., Рябчук Д.В., Сергеев А.Ю. Оловоорганические 
загрязнители в формирующихся прибрежно-морских отложениях Калининградского шельфа, 
Балтийское море ......................................................................................................................................     356 
Сверчков И.П., Поваров В.Г. Количественное определение форм серы в донных отложениях для экспресс-оценки влияния промышленных объектов на водные экосистемы ....................     372 
Эспиноза Тумиалан П., Тантавилка Мартинес Н., Баррето Хиностроза К., Арана  
Руэдас Д.П.Р. Очистка кислотных шахтных сточных вод нейтрализацией с использованием  
адсорбента .......................................................................................................................................... 
    381 
Рыбникова Л.С., Рыбников П.А., Наволокина В.Ю. Оценка эффективности очистки кислых 
шахтных вод (на примере медноколчеданных рудников Среднего Урала) 
.......................................     388 
Карабаев С.О., Харченко А.В., Гайнуллина И.П., Кудрявцева В.А., Шигаева Т.Д. Природные углеродные матрицы на основе бурого угля, выделенных из него гуминовых кислот и гумина 
для очистки водных растворов от низкомолекулярных органических примесей .............................     402 
Кузин Е.Н. Получение и применение комплексного титансодержащего коагулянта из кварцлейкоксенового концентрата ..................................................................................................................     413 
Антонинова Н.Ю., Собенин А.В., Усманов А.И., Горбунов А.А. Обоснование возможности 
применения отходов производства гуминовых препаратов для очистки сточных вод от металлов 
(Cd2+, Zn2+, Mg2+, Cu2+) с целью разработки эффективных мероприятий по экологической  
реабилитации ...........................................................................................................................................     421 
Матвеева В.А., Чукаева М.А., Семёнова А.И. Получение смешанного коагулянта из отходов обогащения железной руды .............................................................................................................     433 
Иванова Л.А., Слуковская М.В., Красавцева Е.А. Оценка эффективности использования 
осадка сточных вод для рекультивации нарушенных территорий в Кольской субарктике (на примере песчаного карьера) .........................................................................................................................     444 
Быкова М.В., Малюхин Д.М., Нагорнов Д.О., Дука А.А. Комплексная утилизация осадков 
городских сточных вод с получением техногенного почвогрунта .....................................................     453 
Гуман О.М., Антонова И.А. Возможность рекультивации шламонакопителей малых объемов с использованием осадков водоподготовки ..................................................................................     466 
Пашкевич М.А., Куликова Ю.А. Литификация доменным шлаком фильтрата полигонов 
ТКО ...........................................................................................................................................................     477 
Новикова Е.С., Федорченко Е.В., Бухтияров М.А., Саенко И.Б. Выявление аномалий в технологическом процессе очистки сточных вод для оценки рисков киберустойчивости ...................     488 
 
 
340 
 

Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 341-342 
 
© М.А.Пашкевич, А.С.Данилов, В.А.Матвеева, 2024 
Слово редактора 
 
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ: 
НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД 
 
В 2015 году государства – члены ООН приняли Повестку в области устойчивого развития на 
период до 2030 года. Несмотря на значительный прогресс, миллиарды людей – каждый третий 
человек – не имеют доступа к безопасной, чистой питьевой воде. 
Современные методы очистки сточных вод включают широкий спектр биологических, химических и физических процессов, каждый из которых имеет свои преимущества и области применения. В этом тематическом сборнике рассмотрены последние достижения в технологиях очистки 
сточных вод, обращении с отходами водоочистки и водоподготовки а также их потенциальное 
применение на локальном уровне. 
Проблема загрязнения поверхностных вод актуальна для всех регионов мира. Одним из крупнейших источников поступления загрязняющих веществ является горнодобывающая и перерабатывающая промышленность. Первый этап разработки технологий очистки сточных вод – мониторинг антропогенно измененных водных объектов. 
Многолетние исследования воздействия разработки Сибайского медно-цинково-колчеданного месторождения выполнены учеными из Санкт-Петербургского государственного университета под руководством А.Ю.Опекунова. Проведена оценка эффективности геохимических  
барьеров по очистке воды от Cu, Zn, Cd на р. Карагайлы, используемой для стока подотвальных  
и карьерных вод. Выполненный анализ эффективности геохимических барьеров в очистке речных 
вод свидетельствует о перспективности использования природоподобных технологий in situ  
в водотоках, каналах и других системах отведения воды. 
В исследовании З.А.Жаковской с коллегами приводятся результаты изучения загрязнения 
оловоорганическими соединениями и тяжелыми металлами современных осадков шельфовых 
участков Балтийского моря в районе Калининграда.  
В работе И.П.Сверчкова и В.Г.Поварова предложен новый метод количественного определения различных форм серы в донных отложениях для экспресс-оценки загрязнения водных экосистем, заключающийся в анализе рентгеновских эмиссионных спектров в области линии S-Kβ.  
Результаты сопоставлены с итогами количественного химического анализа классическими методами, а также с содержанием форм серы в сертифицированных стандартных образцах. 
Для рационального освоения и эффективного использования природных ресурсов все чаще 
прибегают к разработке природоподобных технологий очистки сточных вод. Одним из примеров 
применения природоподобной технологии являются исследования авторов из Университета 
Континенталь (Перу) под руководством П.Эспиноза Тумиалан. Предложен способ нейтрализации кислых дренажных вод смесью гашеной извести и бентонита натрия (природного сорбента). 
Осадок, образующийся при обработке кислых вод смесью нейтрализующего реагента с адсорбирующим материалом, обладает лучшими характеристиками, снижая степень поверхностной инфильтрации воды.  
Ученые Института горного дела Уральского отделения РАН под руководством Л.С.Рыбниковой 
выполнили исследования по оценке эффективности очистки кислых шахтных вод нейтрализацией и отстаиванием на затопленных рудниках Среднего Урала и выявлению основных параметров, которые позволяют достичь более высоких показателей качества воды на сбросе в водные 
объекты.  
Совместным авторским коллективом Кыргызского национального университета и Санкт- 
Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН рассмотрена возможность применения сорбента на основе угля месторождения Кара-Кече для очистки 
сточных вод от низкомолекулярных органических загрязнений, приведены результаты исследований структуры полученных сорбентов и эффективности их применения. 
341 
 
 
 

 
Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 341-342 
© М.А.Пашкевич, А.С.Данилов, В.А.Матвеева, 2024 
Одной из целей устойчивого развития является существенное уменьшение объема отходов 
путем принятия мер по предотвращению их образования, их сокращению путем переработки  
и повторного использования. В статье Н.Ю.Антониновой с коллегами показаны результаты исследований по определению оптимальных условий и параметров для доочистки подотвальных вод от 
ионов металлов с использованием отходов производства гуминовых кислот в целях разработки 
эффективных мероприятий по экологической реабилитации экосистем, нарушенных при отработке медноколчеданных месторождений. 
Исследователи Санкт-Петербургского горного университета и Горного университета Леобена 
под руководством В.А.Матвеевой представили результаты экспериментальных исследований по 
получению коагулянта из отходов обогащения железной руды. Полученное в работе техническое 
решение позволяет комплексно решить проблему защиты окружающей среды путем создания из 
отходов новых целевых продуктов для очистки сточных вод. 
Сохранение, восстановление и рациональное использование наземных экосистем также  
может быть достигнуто с учетом использования отходов очистки сточных вод. Исследование, проведенное Л.А.Ивановой с коллегами, показывает результаты оценки эффективности рекультивационных мероприятий с применением осадка сточных вод для ускоренного формирования устойчивого противоэрозионного растительного покрова на малопродуктивном техногрунте песчаного 
карьера в условиях Кольского Севера. 
М.В.Быкова с соавторами провели анализ существующего подхода при обращении с осадками 
сточных вод и экспериментально обосновали наиболее перспективную технологию утилизации, 
которая позволяет максимально использовать ресурсный потенциал рассматриваемого отхода.  
В статье О.М.Гуман и И.А.Антоновой приводится обоснование состава и свойств материала 
для рекультивации шламонакопителя из размещенных в нем отходов водоподготовки. 
Способ совместной утилизации доменного шлака с фильтратом полигонов твердых коммунальных отходов, образование которого происходит при прохождении атмосферных осадков сквозь 
толщу депонированных отходов, представлен коллективом под руководством М.А.Пашкевич. 
Предложенный метод основан на переводе фильтрата из жидкой фазы в твердое агрегатное состояние литификацией с применением в качестве вяжущего материала доменного шлака. 
Системы комплексных очистных сооружений являются объектами критической инфраструктуры. Е.С.Новикова с коллегами предложили методику выявления и последующей оценки рисков 
киберустойчивости технологического процесса очистки сточных вод, включающую оригинальный способ формирования обучающих наборов данных и выявления аномалий на основе методов 
глубокого обучения.  
 
Ответственный научный редактор тома д-р техн. наук М.А.Пашкевич  
Приглашенные научные редакторы тома: канд. техн. наук А.С.Данилов, канд. техн. наук В.А.Матвеева 
 
 
342 
 
 

Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 343-355 
EDN KKNLQG 
ISSN 2411-3336; е-ISSN 2541-9404 
 
© А.Ю.Опекунов, Д.В.Коршунова, М.Г.Опекунова, В.В.Сомов, Д.А.Акулов, 2024 
 
ЗАПИСКИ ГОРНОГО ИНСТИТУТА 
Journal of Mining Institute  
 
Сайт журнала: pmi.spmi.ru 
 
 
 
 
 
 
 
Научная статья  
 
Анализ эффективности геохимических барьеров,  
как основа применения природоподобных технологий очистки воды 
 
А.Ю.Опекунов, Д.В.Коршунова, М.Г.Опекунова, В.В.Сомов, Д.А.Акулов 
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия 
 
Как цитировать эту статью: Опекунов А.Ю., Коршунова Д.В., Опекунова М.Г., Сомов В.В., Акулов Д.А. 
Анализ эффективности геохимических барьеров, как основа применения природоподобных технологий 
очистки воды // Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 343-355. EDN KKNLQG 
 
Аннотация. Использование природоподобных технологий активно внедряется в различные сферы деятельности человека. Очистка сточных вод горнопромышленного производства – одна из них. В работе на основе многолетних исследований воздействия разработки Сибайского медноцинковоколчеданного месторождения выполнена оценка эффективности геохимических барьеров по очистке воды от Cu, Zn, Cd на р. Карагайлы, 
используемой для стока подотвальных и карьерных вод. В основу исследований положены результаты определения содержания металлов в воде и донных осадках, форм металлов и величины pH. С использованием дискриминантного анализа выделены четыре гидрогеохимические обстановки, обусловленные изменением системы водопользования в течение последних 20 лет, показаны механизмы формирования и разрушения 
геохимических барьеров. Статистическое моделирование процессов перевода металлов в твердую фазу и осаждения на дно выполнено на основе многомерно-регрессионного анализа. Осаждение Cu вызвано адсорбцией 
свежеобразованными гидроксидами Fe, в меньшей степени – выпадением в составе сульфатов при повышении 
щелочности воды. Проявлен антагонизм к гидроксидам Mn, обусловленный разными физико-химическими 
условиями их осаждения. Механизмы аккумуляции Zn обусловлены, в большей мере, фазовыми переходами в 
составе сульфатов при повышении pH c образованием собственных минеральных фаз. Вторым менее значимым 
механизмом выступает адсорбция на свежеобразованных гидроксидах Mn, что соответствует представлениям 
о близких условиях осаждения гидроксидов металлов. Поведение Cd отражает промежуточные между Cu и Zn 
условия осаждения в реке. В одинаковой степени механизмами аккумуляции выступают гидроксиды Fe и водные сульфаты, но отсутствует антагонизм к Mn. Выполненная оценка эффективности геохимических барьеров 
в очистке речных вод свидетельствует о перспективности использования природоподобных технологий in situ 
в водотоках, каналах и других системах отведения воды. Разработанные статистические модели могут быть 
использованы при постановке экспериментальных исследований и проектировании искусственных геохимических барьеров.  
 
Ключевые слова: донные отложения; тяжелые металлы; формы металлов; адсорбция металлов; статистическое 
моделирование; подотвальные и карьерные воды; геохимические барьеры 
 
Благодарность. Исследования выполнены при поддержке гранта РНФ 22-77-00017. 
 
Поступила: 09.04.2024          Принята: 03.06.2024          Онлайн: 04.07.2024          Опубликована: 04.07.2024 
 
 
Введение. В настоящее время ученые большое внимание уделяют поиску наиболее эффективных методов очистки сточных вод горнорудной промышленности от металлов. Современные 
подходы ориентированы на применение комплексных методов, не приводящих к образованию 
вторичных опасных веществ [1]. К перспективным направлениям решения этих задач можно  
отнести развитие природоподобных технологий. Применение обсуждаемых в последние годы 
«серо-зеленых»/«зелено-серых» технологий (CGGT) [2] или пассивных и альтернативных [3] перспективно при добыче твердых полезных ископаемых, где зачастую не требуется использование 
химических реагентов для очистки воды и можно ограничиться природоподобными методами. 
Предприятия цветной металлургии Южного Урала оказывают комплексное воздействие на 
компоненты окружающей среды [4]. Сброс неочищенных сточных вод, а также фильтрат отвалов 
ухудшают состояние малых рек и приводят к выносу тяжелых металлов (Fe, Cu, Pb, Zn, Ni, Co, Cd 
и др.) в составе растворенной и взвешенной фаз в водотоки более высокого порядка. Кислые рудничные, карьерные и подотвальные воды, попадая в водные объекты, ухудшают качество воды и 
343 
 
Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0 
 

EDN KKNLQG   
 
Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 343-355 
© А.Ю.Опекунов, Д.В.Коршунова, М.Г.Опекунова, В.В.Сомов, Д.А.Акулов, 2024 
создают потенциальную угрозу здоровью населения. Снижению миграционной способности металлов служат геохимические барьеры как естественного, так и искусственного происхождения. 
Искусственные барьеры из отходов горнодобывающей деятельности способны также решать проблему комплексного освоения минеральных ресурсов [5-7]. К преимуществам геохимических барьеров можно отнести возможность реализации крупномасштабных проектов очистки воды in situ, 
отсутствие специального оборудования, относительную дешевизну процесса, применение нескольких типов барьеров для разных поллютантов [8].  
Искусственные геохимические барьеры разрабатываются для очистки сточных вод, позволяющих снижать миграцию металлов за счет сорбции (сорбционный барьер) и осаждения при изменении pH (кислый и щелочной барьеры) и Eh (окислительный и восстановительный барьеры) условий среды. Нередко основой подобных барьеров служат природные материалы. Для создания 
искусственных геохимических барьеров предлагается использовать природные минеральные вещества (карбонаты [9, 10], слоистые и каркасные силикаты и алюмосиликаты [11-13], гидроксиды [14], 
оксиды [15] и др.) и их смеси [16, 17], в том числе полученные из отходов горнодобывающей деятельности [7, 18, 19]. Также в качестве природных сорбентов способны выступать торф [20] и  
железомарганцевые конкреции [21]. Следует выделить методы очистки сточных вод, основанные 
на применении биогеохимических барьеров и использующие аборигенные водные и прибрежноводные виды растительности [22-24], с привлечением иных биологических агентов, включая 
грибы и бактерии [25-27].  
Многие из перечисленных минеральных компонентов присутствуют в составе донных отложений в естественных условиях и служат геохимическими барьерами на пути миграции растворенных металлов. Геохимические барьеры возникают при техногенном вмешательстве, что приводит к осаждению поллютантов в импактной зоне. Учитывая широкий спектр природных 
реагентов, которые используются в очистке воды, для максимальной эффективности этого процесса необходим их обоснованный подбор и сочетание. Основными факторами, влияющими на 
процессы фазовых переходов металлов и осаждение на барьерах, выступают химический состав 
воды, начальные значения pH, химические свойства металлов, их концентрация и формы миграции, гидродинамический режим; они определяют особенности местных гидрогеохимических 
условий. Статистическое моделирование с использованием указанных данных позволяет рекомендовать наиболее подходящие реагенты для очистки воды с учетом местных условий. Результаты 
моделирования могут стать основой для проведения экспериментально-технологических исследований при проектировании системы очистки воды in situ. 
Целью исследований является анализ эффективности разных типов геохимических барьеров 
р. Карагайлы для очистки подотвальных и сточных вод от рудных и сопутствующих металлов  
(Cu, Zn, Cd), а также статистическое моделирование процессов иммобилизации металлов как основы развития природоподобных технологий в горнопромышленном комплексе, в том числе без 
необходимости строительства специализированных объектов. 
Объект и методы исследования. Район исследований находится в окрестностях Сибая Республики Башкортостан и расположен в пределах Красноуральско-Сибай-Гайской меднорудной 
зоны. Район сложен вулканическими и осадочными породами девона и раннего карбона [28]. Колчеданные руды приурочены к контрастным вулканитам карамалыташской свиты (D2kr) [29]. Карамалыташский комплекс перекрывается породами улутауской (D2-3ul) и кизильской (C1-2kz) свит. 
С кизильской свитой связана разработка Худолазского месторождения известняков вблизи Сибая. 
Сибайское медноцинковоколчеданное месторождение разрабатывалось с 1939 по 2020 годы.  
В 1956 г. началось строительство Сибайского карьера, на месте которого протекала р. Карагайлы. 
В 1957 г. она была отведена в р. Камышлы-Узяк, но ниже карьера старое русло реки, сохранившее 
прежнее название, стало использоваться для отвода воды (рис.1).  
В течение освоения Ново-Сибайской залежи сток реки в старом русле осуществлялся за счет 
подотвального дренажа и сброса карьерных вод. Подотвальные воды сульфатно-магниевого типа 
с минерализацией 2,5-9,0 г/л, формирующие исток реки, являются продуктом смешения дренажа 
атмосферных осадков и подземных вод, разгрузка которых происходит в этом же месте, под отвалами. В летнее время расход этих вод в среднем за последние восемь лет составил около 25 л/с, 
варьируя от 7 до 48 л/с в зависимости от количества атмосферных осадков. Сброс карьерных вод 
344 
 
Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0  

Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 343-355 
EDN KKNLQG 
 
© А.Ю.Опекунов, Д.В.Коршунова, М.Г.Опекунова, В.В.Сомов, Д.А.Акулов, 2024 
N р. Карагайлы
19 
20 
21 
д. Калинино 
18 
Бывший пруд 
Нефтекамск 
Строителей р-н Горный
17 
Уфа 
Пробные площадки 
Дороги 
Сибайский карьер 
Отвалы вскрышных пород 
Бывший полигон ТБО 
Сибайская обогатительная фабрика 
Хвостохранилище СОФ 
Бывший пиритный участок СОФ 
Бывшие очистные сооружения (ОС) 
Реки 
Бывший сброс карьерных вод 
Жилые районы 
 Центр
14 15 
16 
Белобей 
Республика Башкортостан 
13 
Салават 
ОС 
10 11 12 
Кумертау 
9 
р-н Южный 
8 
7 
г. Сибай 
6 
Центр 
3 
4 5 
Карьер р. Худолаз
0 
2 
4 км 
2 
0 
1000 
2000 м 
От1 
валы Р-н ГорныйР-н Южныйр. Карагайлы
0 
Рис.1. Схема точек отбора проб воды и донных отложений на р. Карагайлы (по [30] с дополнениями) 
осуществлялся ниже по течению на расстоянии 1000 м от истока реки. Расход сточных вод в среднем достигал 50-70 л/с. Далее река протекает на восток по южным окраинам Сибая и через 10 км впадает в р. Худолаз. В нижнем течении реки расположено несколько отсеков хвостохранилища (рис.1). 
Два новых отсека, в том числе эксплуатируемый, выложены геотекстилем, что исключает инфильтрацию воды и ее поступление в р. Карагайлы. Из старых отсеков, несмотря на отсутствие современных изоляционных материалов, инфильтрации вод хвостовых хозяйств и влияния их на pH  
и состав речных вод за период исследований не наблюдалось. Из толщи отвальных пород, на которых размещено хвостохранилище, в небольших объемах стекает кислый дренаж с pH 4,1-4,4 (для 
сравнения pH пульпы, сбрасываемой в хвостохранилище, составляет 11,2-11,5), однако из-за особенностей микро- и мезорельефа в р. Карагайлы дренажные воды не поступают.     
Такой режим водотока существовал на протяжении более полувека. Однако в последние  
15 лет водопользование на реке претерпело существенные изменения, которые привели к трансформации сложившейся системы геохимических барьеров и стока загрязняющих веществ.  
В 2011 г. ниже сброса была запущена станция по очистке карьерных вод. Очищенная щелочная вода сбрасывалась в реку на протяжении нескольких лет. В 2015-2016 гг. от очистной станции 
вниз по течению до д. Калинино были проведены дноуглубительные работы, которые вскрыли 
толщу восстановленных осадков, накопившихся с 1956 г. Зимой 2018-2019 гг. из-за горения пиритовой залежи в Сибайском карьере в условиях устойчивого антициклона сложилась неблагоприятная экологическая ситуация, приведшая к загрязнению городской среды диоксидом серы. Для ликвидации горения началось затопление карьера, поэтому в 2019 г. был полностью прекращен сброс 
карьерных вод в р. Карагайлы и остановлена работа очистных сооружений. 
Исследования реки с отбором проб донных осадков и воды проводились с 2004 г. с учетом 
выстроенной сети отбора проб (рис.1). Определение металлов первоначально выполнялось методом ААС в ВНИИОкеангеология. С 2014 г. пробы донных осадков и воды анализировались методом ИСП-МС во ВСЕГЕИ им. А.П.Карпинского. В обеих лабораториях проводилось полное кислотное разложения проб донных осадков. Анализировался широкий спектр металлов и 
металлоидов, однако к данному исследованию привлечены только те, которые определялись в течение всего периода изучения (Cu, Zn, Cd, Fe, Mn, Co, Ni, Pb, Cr).  
Подвижные формы металлов извлекались ацетатно-аммонийным буфером с pH 4,8, фазовый 
анализ проводился методом последовательной экстракции с выделением обменных, карбонатных, 
окисленных, восстановленных и кристаллических форм [30]. Вытяжки анализировались в ресурсном центре СПбГУ «Методы анализа состава вещества» (аналитик В.Н.Григорьян).  
345 
 
Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0 
 

EDN KKNLQG   
 
Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 343-355 
© А.Ю.Опекунов, Д.В.Коршунова, М.Г.Опекунова, В.В.Сомов, Д.А.Акулов, 2024 
В лаборатории геоэкологического мониторинга СПбГУ методом И.В.Тюрина определялся  
органический углерод Сорг донных отложений. Анализ гранулометрического состава осадков выполнялся пипеточным и ситовым методами. Проводилось биотестирование донных отложений  
с применением дафнии Daphnia magna Straus. (ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.120-06 Т 16.1:2:2.3:3.9-06)  
и хлореллы Chlorella vulgaris Beijer. (ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.10-04 Т 16.1:2:2.3:3.7-04). Время экспозиции (острая токсичность) для Daphnia magna составляло 48 ч, Chlorella vulgaris – 22 ч. 
Сканирующая электронная микроскопия проведена на оборудовании Ресурсного центра микроскопии и микроанализа Научного парка СПбГУ (настольный растровый электронный микроскоп-микроанализатор TM 3000 (Hitaсhi, Япония) с приставкой энергодисперсионного микроанализа Oxford) в режиме отраженных электронов. 
Статистическая обработка геохимических данных (описательная статистика, дискриминантный, дисперсионный анализы, а также многомерно-регрессионный анализ) выполнены в программном пакете Statistica 28.0 (StatSoft). Учитывая, что анализируемые выборки не отвечают нормальному закону распределения, при многомерном статистическом анализе использовались 
логарифмы содержания металлов. Критериями нормального распределения в выборке служили 
величины асимметрии (менее 1) и эксцесса (менее 5) [31]. 
Распределение металлов в донных осадках и воде р. Карагайлы оценивалось с использованием мультипликативного показателя (MC), который рассчитывался как произведение содержания (донные осадки в %, вода – в мг/л) Cu, Zn и Cd, умноженное на 1000 для уменьшения разрядности величины. 
Результаты и обсуждение. Сложившаяся на реке до 2011 г. система геохимических барьеров 
была представлена в основном барьерами кислотно-щелочного типа. Кроме того, на участках  
разлива реки, заросших тростником и осокой, сформировались комплексные барьеры механического и биогеохимического типов, однако их эффективность по осаждению металлов была низкой. 
Первый щелочной барьер образовался при смешении кислых дренажных (значения pH 1-3 [32]) 
и слабощелочных подземных вод. Он действует до настоящего времени, поскольку изменения системы водопользования в последние годы не затронули этот участок реки. Результат смешения 
вод проявляется в нейтрализации кислых подотвальных растворов, интенсивном образовании и 
осаждении белесоватого порошка, представленного гипсом, глинистыми минералами и сульфатами тяжелых металлов (далее водные сульфаты). В выпадающем осадке установлены высокие 
концентрации изучаемых металлов. По результатам анализов, выполненных в разное время, содержание Zn в водных сульфатах составляет 1,57-1,78 %, Cu – 0,91-1,24 %, Cd – 11,5-13,3 мг/кг  
и имеет очень высокие значения мультипликативного показателя (рис.2). Величина pH смешанных 
вод на выходе из-под отвалов меняется в широких пределах – от 4,98 до 7,52. Значение pH зависит 
5,00 
4,50 
Исток 
подотвальных 
4,00 
вод Сброс 
3,50 
карьерных  
3,00 
вод 
Сброс  
2,50 
с очистных  
Устье –  
сооружений 
2,00 
впадение  
в р. Худолаз 
1,50 
Пруд 
MC (Cu · Zn · Cd · 1000) 
1,00 
0,50 
0,00 
Фон 1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 
Номера станций пробоотбора 
2004-2010 
2011-2015 
2016-2019 
2020-2023 
Рис.2. Значения мультипликативного показателя в донных осадках р. Карагайлы  
на разных гидрогеохимических этапах эволюции водотока 
 
346 
 
Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0  

Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 343-355 
EDN KKNLQG 
 
© А.Ю.Опекунов, Д.В.Коршунова, М.Г.Опекунова, В.В.Сомов, Д.А.Акулов, 2024 
pH 
9 
1,00Е+07 
2007 
2013 
2023 
1,00Е+06 
pH 
8 
pH 
1,00Е+05 
7 
pH 
1,00Е+04 
1,00Е+03 
6 
1,00Е+02 
5 
1,00Е+01 
МС 
4 
1,00Е+00 
Сброс  
1,00Е+01 
3 
MC (Cu · Zn · Cd · 1000) 
с очистных 
МС 
1,00Е+02 
сооружений 
2 
Исток  
подотвальных  
Пруд  
1,00Е+03 
вод 
1 
Сброс  
1,00Е+04 
МС 
карьерных 
0,00005 
МС 
Устье 
вод 
1,00Е+05 
0 
Фон 
1 
3 
9 
12 
14 
16 
19 
21 
Номера станций пробоотбора 
 
Рис.3. Распределение мультипликативного показателя в воде р. Карагайлы  
на разных гидрогеохимических этапах эволюции водотока 
 
от количества атмосферных осадков в период, предшествующий пробоотбору, и соотношения дренажных и подземных вод. Кроме того, отмечается слабовыраженная связь величины pH и расхода 
воды из-под отвалов – при низких pH за счет большого количества атмосферных осадков расход 
воды увеличивается, повышение pH индицирует небольшое количество атмосферных осадков.  
В подотвальной воде даже при массовом осаждении сульфатов концентрация рудных металлов 
остается крайне высокой. За период исследований содержание в воде Zn составило 24,1-111 мг/л, 
Cu – 0,58-21 и Cd – 0,048-0,39 мг/л. Высокие концентрации при расчетах дают максимальные значения мультипликативного показателя на протяжении всего периода наблюдений (рис.3).  
Количественная оценка эффективности осаждения металлов на рассматриваемом щелочном барьере затруднена, так как отсутствует возможность отбора и анализа подотвальных вод до момента 
их смешения с трещинными водами. Однако имеющиеся в литературе данные о насыщении приотвальных вод Сибайского месторождения до 100 г/л Zn и 0,38 г/л Cd [32] позволяют говорить о снижении концентрации металлов на три порядка. Вероятно, это происходит за счет разбавления воды, 
но не стоит недооценивать роль сформировавшегося в подотвальном озере щелочного барьера –  
места образования мелантеритов и, возможно, халькантита и госларита [32]. Последние два кристаллизуются из-за перенасыщенности растворов Cu и Zn. В сложившейся гидрогеохимической 
обстановке разбавляется кислый дренаж и действует щелочной барьер, снижающие поступление 
металлов в супераквальные и субаквальные ландшафты. Концентрация металлов в воде при выходе из-под отвалов далека от насыщения. На это указывает отсутствие диагностируемых самостоятельных минеральных фаз Zn, Cu и Cd в водных сульфатах [33]. Однако в них отмечается 
высокая доля подвижных (сорбционно-карбонатных) форм металлов, которые составляют 33, 26 
и 22 % от валового содержания соответственно. Таким образом эффективность данного кислотнощелочного барьера достаточно высока, но не обеспечивает необходимого уровня очистки воды – 
до фоновых показателей. Часть металлов в виде катионов, а также во взвеси в составе водных 
сульфатов переносится вниз по течению. 
До 2019 г. ниже по течению реки сбрасывались карьерные воды с расходом, превосходящим речной сток в месте его впадения. Сточные воды имели устойчиво кислый состав воды с pH 3,32-4,95. 
Это обеспечивало высокое содержание металлов в растворе и отсутствие условий образования 
водных сульфатов, т.е. перехода в твердую фазу. Измеренные концентрации в сточной воде:  
Zn 36,6-49, Cu 5,4-8,1, Cd 0,13-0,15 мг/л. Учитывая большой объем, карьерный сброс приводил  
347 
 
Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0