CC BY
57
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 504.064.2
EXPERIMENTAL INVESTIGATION MIGRATION AND GROWING NON-FERROUS AND RARE EARTH ELEMENTS IN THE THICKNESS OF TAILINGS DZHIDA
MINING
Dabaeva Victoria Valerievna - Postgraduate first year Geological Institute, Russian Academy of Sciences, Ulan-Ude, Russian Federation, [email protected]
Plyusnin Alexei Maximovich - Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Institute of geological SB RAS Head. Laboratory of Hydrogeology and Environmental Geo-science Ulan-Ude, Russian Federation, [email protected]
Abstract: Experimentally investigated migration and planting trace of pore waters that are deep in the man-made sand, and the interaction with the limestone uniformly distributed in the bulk. Determined the elemental composition of the solutions by atomic emission analysis with inductively coupled plasma, studied the behavior of elements in the pore waters, depending on the pH of the medium, the difference in the migration ability of rare earth elements in the neutralization solutions.
Keywords: waste ore dressing, migration, non-ferrous and rare earth elements.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МИГРАЦИИ И ВЫСАЖИВАНИЯ ЦВЕТНЫХ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ТОЛЩЕ ХВОСТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ДЖИДИНСКОГО ГОКА
Дабаева Виктория Валерьевна - Аспирант первого года обучения Геологический институт СО РАН, г. Улан-Удэ, Российская Федерация [email protected]
Плюснин Алексей Максимович - Доктор геолого-минералогических наук, Геологический институт СО РАН зав. лабораторией гидрогеологии и геоэкологии г. Улан-Удэ, Российская Федерация [email protected]
Аннотация: Экспериментально исследовано миграция и высаживание микроэлементов из поровых вод, находящихся в толще техногенных песков, и при взаимодействии с известняком, равномерно распределенном в толще. Определен элементный состав растворов методом атомно-эмиссионного анализа с индуктивно-связанной плазмой, изучено поведение элементов в поровых водах в зависимости от рН
среды, установлены различия в миграционной способности редкоземельных элементов при нейтрализации растворов.
Ключевые слова: отходы обогащения руд, миграция, цветные и редкоземельные элементы.
Введение: В последнее время особое внимание уделяется проблеме хранения отходов обогащения руд, в частности миграции металлов и других компонентов за пределы хвостохра-нилищ [1; 2; 3].
Данная статья посвящена исследованию миграции микроэлементов в толще хвостов переработки Джидинского воль-фрамо-молибденового комбината, расположенных вблизи г. За-каменск, которые представляют собой техногенное месторождение, в котором заключены вольфрамит, гюбнерит, молибденит, благородные металлы, сульфидные минералы и продукты их выветривания. Вместе с тем месторождение является источником загрязнения окружающей среды. В хвостохранилище, в котором заключено около 40 млн. т отходов, в поровых водах установилась кислая среда, что создает экологическую угрозу окружающей территории.
Материал и методы: В качестве нейтрализатора в работе был выбран известняк месторождения Зун-Нарын. Нейтрализующий материал дробился и просеивался. В экспериментах использовалась фракция 1-2 мм. Исследовано изменение рН при пропускании дистиллированной воды через колонку высотой 18 см и диаметром 6 см, заполненную техногенным песком и смесью техногенного песка (700 г) с известняком (21 г). Для изучения элементного состава проб воды использовался атомно-эмиссионный спектральный анализ с индуктивно-связанной плазмой. Анализ проведен в лаборатории физико-химических методов в ГИН СО РАН. Определение рН полученных растворов проводилось на рН-метре рН-410.
Результаты и обсуждение
Установлено, что в результате фильтрации дистиллированной воды через колонки, заполненные техногенным песком, быстро устанавливается кислая среда, что, по нашему мнению,
в основном обусловлено протеканием реакции гидролиза сульфатных минералов железа, которые накопились в толще за счет окисления сульфидов при хранении песков. Анализ содержания микроэлементов в растворах, фильтрующихся через колонки, заполненные техногенным песком, показал, что интенсивнее всего мигрируют кремний, алюминий, цинк и железо, медь и марганец (табл. 1), легко подвижны кобальт и никель. Активно из песка переходят в раствор литий и стронций. Свинец, хром и бериллий менее активны, наименее подвижным элементом является барий.
Таблица 1. Результаты анализа элементного состава проб поровых вод,
мкг/дм3.
Элемент рН
3,05 3,47 3,91
Си 6035,0 575,0 70,5
Zn 45600,0 4440,0 210,0
Pb 230,0 122,0 87,5
Cd 490,0 45,0 3,0
Fe 33840,0 21430,0 7580,0
Mn 9330,0 900,0 54,4
№ 1045,0 100,0 5,7
Со 1715,0 190,0 20,1
Сг 110,0 16,8 менее 5,0
л1 34785,0 4760,0 2280,0
Si 91180,0 12560,0 6850,0
и 1550,0 34,8 16,5
Sr 620,0 590,0 450,0
Ва 26,7 22,5 21,2
Ве 130,0 2,1 0,9
Результаты определения редкоземельных элементов показали, что раствор с самым низким значением рН характеризуется наиболее высоким содержанием этих элементов (табл. 2). При изменении рН изменяется соотношение между редкоземельными элементами. Можно отметить высокое содержание иттрия, однако, наблюдается резкое снижение его концентра-
ции с увеличением рН, рост рН в наименьшей степени сказывается на мигрирации церия. Легко подвижны в поровых водах такие элементы как лантан и неодим. Более кислые условия способствуют усилению интенсивности миграции неодима, но с повышением рН соотношение лантана и неодима в растворе выравнивается.
В кислых условиях менее подвижны такие элементы, как самарий, гадолиний, диспрозий, эрбий, иттербий.
Лантаноиды в кислых условиях по-разному способны переходить в раствор. Так, при самом низком значении рН содержание элементов уменьшается от самария до иттербия, т.е. миграция снижается с увеличением атомной массы элемента. В связи с этим, легкие лантаноиды быстрее осаждаются при взаимодействии поровых вод с известняком по сравнению с тяжелыми. В целом полученные данные свидетельствуют о том, что при нейтрализации кислых песков известняком резко снижается содержание почти всех изученных металлов в поровых водах (табл. 3).
Остаются подвижными только стронций и барий, и в какой-то мере железо и марганец. Цинк более подвижен в близ нейтральных условиях, нежели никель, кобальт. Остается подвижным кремний, но резко меняется миграционная способность алюминия.
Установлено, что при значении рН=6,6 продолжает хорошо мигрировать лантан, иттербий активно мигрирует в водной среде, рН которой варьируется от 6,96-7,44. Так же следует отметить, что при увеличении рН подвижность элементов резко уменьшается.
Выводы. В целом в кислых растворах хорошо мигрирует железо, цинк, медь, никель, кобальт, среди редкоземельных легко подвижны лантан, церий, неодим. На миграцию элементов в толще песков хвостов переработки значительное влияние оказывает их нейтрализация.
Так, после добавления известняка в техногенный песок концентрация тяжелых металлов снизилась в 1000 раз, что обусловлено процессами связывания металлов, перехода их в нерастворимые соединения.
Заниженные значения рН способствуют миграции таких элементов, как цинк, железо, медь, марганец. В кислых в меньшей степени мигрируют условиях кобальт, литий, никель.
Таблица 2. Содержание редкоземельных элементов в растворах,
мкг/дм3.
Элемент рН
3,05 3,47 3,91
Ьа 87,1 34,1 20,00
Се 215,0 71,0 39,50
Ш 120,0 40,0 22,70
Sm 41,0 13,4 6,40
Ей 9,9 3,5 1,60
Gd 40,7 14,7 6,20
Оу 37,6 13,0 3,00
Но 8,8 13,6 Менее 2,00
Ег 30,0 9,8 Менее 3,00
УЬ 28,0 10,5 2,80
Ьи 4,0 1,3 0,40
У 334,0 108,0 25,0
Таблица 3. Результаты анализа элементного состава проб, мкг/дм3.
Элемент рН
6,6 6,96 7,44
Си 14,0 2,80 2,1
Zn 24,6 26,00 5,3
РЬ 34,0 Менее 25,00 Менее 25,0
Cd 4,0 Менее 1,00 Менее 1,0
Fe 457,0 93,60 78,3
Мп 300,0 54,30 58,7
№ 20,0 Менее 5,00 Менее 5,0
Со 17,7 Менее 5,00 Менее 5,0
Сг Менее 5,0 Менее 5,00 Менее 5,0
Л1 39,3 19,30 71,0
Si 12190,0 23360,00 16230,0
и 45,5 6,80 16,8
Sr 480,0 350,00 1140,0
Ва 20,7 19,00 30,0
Ве Менее 0,2 Менее 0,20 1,3
Таблица 4. Содержание редкоземельных элементов в растворах,
мкг/дм3
Элемент рН
6,6 6,96 7,44
La 19,7 Менее 4,00 Менее 4,00
Ce Менее 10,0 Менее 10,00 Менее 10,00
Nd Менее 5,0 Менее 5,00 Менее 5,00
Sm Менее 5,0 Менее 5,00 Менее 5,00
Eu Менее 0,5 Менее 0,50 Менее 0,50
Gd Менее 3,0 Менее 3,00 Менее 3,00
Dy Менее 1,0 Менее 1,00 Менее 1,00
Ho Менее 2,0 Менее 2,00 Менее 2,00
Er Менее 3,0 Менее 3,00 Менее 3,00
Yb Менее 0,2 0,33 1,20
Lu Менее 0,5 Менее 0,50 Менее 0,50
Y Менее 0,5 Менее 0,50 Менее 0,50
Библиографический указатель:
1. Дампилова Б.В., Смирнова О.К., Плюснин А.М. Исследование нейтрализации кислых отходов обогащения сульфидно-вольфрамовых руд при их вторичной переработке // Экология и промышленность России. - 2015. Т.19. - № 2. С. - 56-59.
2. Плюснин А.М., Дампилова Б.В., Жамбалова Д.И. Проблемы хранения и вторичной переработки отходов разработки рудных месторождений / Мат. XIII межд. конф. «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». - Москва-Тбилиси, 2014 - 28-30 с.
3. Смирнова О.К., Плюснин А.М. Джидинский рудный район (проблемы состояния окружающей среды). - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2013. - 181 с.
Bibliography:
1 Dampilova B.V., Smirnova O.K., Plyusnin A.M. The investigetion neutralize the acidic tailings sulfide-tungsten ores in their recycling. Ecology and Industry of Russia. 2015 - V.19, №2 - р. 56-59.
2 Plyusnin A.M., Dampilova B.V., Zhambalova D.I. Problems of storage and recycling of ore deposits. Proceedings of XIII International Conference «Resursovosproizvodyaschie, low-waste and environmental technology development of mineral resources». Moscow, Tbilisi, 2014 - p. 28-30.
3 Smirnova O.K., Plyusnin A.M. Dzhidinsky ore district (environmental issues). Ulan-Ude: Publishing House of BSC SB RAS, 2013 - р. 181
