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 горно-
металлургических 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 Влади-
мира Михайловича Поляева, видного ученого, профессора МГТУ 
им. Н.Э. Баумана. Его, к сожалению, уже давно нет с нами, неко-
торые из авторов данной книги работали или начинали свою науч-
ную 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 по-
лезна как для сложившихся ученых и практиков, так и для будущих 
специалистов — нынешних студентов и аспирантов, для всех чита-
телей, 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 вовлече-
нием 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 добы-
чи и потребления, обусловленный глобальной индустриализацией 
и научно-технической революцией, затронувшими все сферы дея-
тельности человека. Массовое использование молибдена, редких 
металлов, алюминия и многих других ископаемых, начавшееся в 
это время, определило увеличение объемов их добычи и потребле-
ния в десятки и сотни раз. Как следствие, во второй половине  
ХХ в. в горнодобывающей и перерабатывающей отраслях про-
мышленности России обозначились три важные проблемы: ре-
сурсная, экологическая и социально-экономическая.  
Ресурсная проблема обусловлена отработкой практически по 
всем полезным ископаемым богатых, достаточно хорошо обогати-
мых руд и нерациональной переработкой многих комплексных 
руд. В результате появилась необходимость освоения труднообо-
гатимых, так называемых упорных, руд, имеющих сложный веще-
ственный состав и требующих применения более совершенных 
схем и режимов добычи, а также высоких материальных и трудо-
вых затрат (примерно в 3…10 раз выше, чем при переработке руд 
простого состава).  
Кроме того, с распадом СССР возник дефицит некоторых метал-
лов (хрома, марганца, титана, свинца и цинка), добыча и производ-
ство которых развивались за пределами Российской Федерации —  
на Украине, в Казахстане и Узбекистане. В настоящее время в России 
отсутствует сырьевая база редкометалльного сырья и, соответствен-
но, 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 горнодобываю-
щей промышленности далеко не все разведанные запасы эффек-
тивно и полностью отрабатываются. Так, на Урале при подземной 
добыче в недрах остается порядка 25 % балансовых запасов ме-
таллических 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 под-
вергаются кислотному выщелачиванию металлов, которые обога-
щают рудничные воды, превращая их в техногенные высокомине-
рализованные и опасные для окружающей среды.  
Современная технология добычи и переработки полезных ис-
копаемых — несовершенная и многоотходная, из-за чего в окру-
жающую 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 % воз-
вращается 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 материа-
лы и пр.) в качестве готовой продукции используется не более  
1,5 млрд т, а остальное в форме отходов накапливается в различ-
ных хранилищах. 
К концу ХХ в. только на территории России (на площади свы-
ше 2 млн га) накоплено более 100 млрд т различных горнопро-
мышленных отходов, причем из них около 1,6 млрд т — высоко-
токсичные.  
По данным Федеральной целевой программы «Отходы», при-
нятой Постановлением Правительства РФ от 13.09.1996 г., № 1098 
ежегодно в России образуется около 7 млрд т отходов, использует-
ся — менее 2 млрд т. 
Для складирования отходов ежегодно отчуждается более  
10 тыс. га земли. Общая масса накопленных к настоящему време-
ни 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 переработ-
ки их составит более 100 лет. 
Горнопромышленные отходы имеют высокий ресурсный по-
тенциал. 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-кобаль-
товой, вольфрамо-молибденовой, оловянной, алюминиевой отрас-
лях 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 алюми-
ния, 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 сернокислот-
ной переработке апатита, теряется около 80 тыс. т в год редкозе-
мельных металлов  —  самария, европия, гадолиния и пр. Учитывая 
большие объемы добычи и переработки фосфатного сырья, количе-
ство попутно извлекаемых редкоземельных металлов может удо-
влетворить потребности в этих металлах предприятий не только 
России, но и мира. В отходах процессов обогащения полезных ис-
копаемых Норильского горно-металлургического комбината накоп-
лено более 800 т металлов платиновой группы. Запасы полезных 
компонентов в этих отходах равноценны открытию многих новых 
крупных месторождений.  
Суммарная ценность металлов, извлекаемых из горнопромыш-
ленных отходов, по ориентировочной оценке геологов, сопостави-
ма с ценностью потенциальных ресурсов минерального сырья в 
недрах СНГ и более чем в 4 раза превышает цену идентифициро-
ванных ресурсов или известных запасов в недрах, которые пока не 
используются. Несмотря на такой огромный ресурсный потенциал, 
горнопромышленные отходы в России используются лишь как сы-
рье для строительной индустрии и то в объеме не более 10 % годо-
вого образования. За рубежом из горнопромышленных отходов с 
помощью нетрадиционных технологий (различных видов выщела-
чивания) 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, высокоминерализо-
ванных, 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 старопромыш-
ленных 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-