CC BY
18
Серия «Науки о Земле» И З В Е С Т И Я
2011. Т. 4, № 1. С. 200-204 Иркутского
Онлайн-доступ к журналу: государственного
http://isu.ru/izvestia университета
УДК (042) 550.4
Минеральный состав твердых частиц аэрозолей, связанных с горнорудной природно-технической системой
В. П. Рогова (sosna3@irk.ru) Н. В. Федорова (nfydorova@mail.ru)
Аннотация. Приведены результаты исследований техногенного загрязнения приземной атмосферы твердофазными частицами аэрозолей, образующихся в процессе деятельности карьеров.
Ключевые слова: твердые частицы аэрозолей, атмосфера, загрязнение, минеральный состав.
Введение
Твердые фазы аэрозолей попадают в приземную атмосферу от природных и техногенных источников. Долговременное воздействие различных техногенных кристаллических фаз, находящихся в составе аэрозолей и образующихся в результате деятельности различных промышленных предприятий, является причиной многих профессиональных заболеваний.
В современной горнодобывающей промышленности до 80 % продукции добывается открытым способом. Создание карьеров, а как следствие и увеличение пылеобразования, влечет за собой изменение микроклимата, первоначального рельефа местности и отрицательное воздействие пыли на здоровье человека.
Загрязнение атмосферного воздуха в горных карьерах происходит в результате различных технологических процессов, пыления отвалов, при массовых взрывах, при проведении выемочно-разгрузочных работ, а также при транспортировке. Гигиеническая опасность промышленной пыли, взвешенной в атмосферном воздухе, определяется количеством, размерами (и формой) частиц, уровнями содержания в них различных токсикантов.
Объект исследований
Объектами исследований являлись природно-технические системы горнодобывающей отрасли. Загрязнение атмосферы происходит в результате взрывных работ в карьерах, в процессе транспортировки и дробления горных пород и образовавшихся от них отходов (отсева щебня).
На территории Иркутской области существует несколько подобных предприятий: в пос. Ангасолка, г. Слюдянке, г. Братске и на севере облас-
ти. С точки зрения загрязнения атмосферы наибольшую опасность представляют карьеры в районе г. Слюдянки и Ангасольского щебеночного завода, расположенного в 2-3 км от оз. Байкал. Над акваторией озера функционирует сложная система горно-долинных ветров и бризов, действует механизм «засасывания» воздушных масс из верхних слоев атмосферы. Все это сопутствует переносу загрязнений твердофазных частиц с территории карьеров.
Ангасольский щебеночный завод является основным источником загрязнения приземной атмосферы твердофазными частицами не только в карьерах, где добывается щебень, но и на территории всего поселка Анга-солка, находящегося в 2,5 км от оз. Байкал [2].
Разрабатываемый карьер расположен на юго-восточном склоне хребта, обращенного к пос. Ангасолка. Отвалы отсева являются основными источниками твердофазных аэрозолей на указанной территории. Пыление отвалов отсева щебня происходит главным образом с верхней части конуса, где скапливается наиболее мелкая фракция (пылеватые частицы). Минеральный состав кристаллических фаз аэрозолей, образующихся в результате карьерных работ, зависит от петрографического состава горных пород, разрабатываемых в карьерах.
Породу для производства щебня добывают открытым способом в карьере с применением взрывных работ. Раздробленная после взрыва масса грузится экскаватором на автотранспорт и доставляется в дробильносортировочный цех завода, где ведется ее дальнейшее измельчение. После сортировки готовый щебень отгружается на склад или потребителям. Отсев щебня находится на территории завода в виде отвалов высотой до 12 м и выше. Ежегодно образуется до 88 тыс. м3 отсева щебня, что при плотности 1,412 т/м3 составляет 124 256 т. Отвалы отсева щебня занимают площадь около 15 га.
Масса отвалов щебня находится в постоянном взаимодействии с окружающей природной средой и загрязняет приземную атмосферу большим количеством твердофазных частиц в результате постоянного пыления отвалов, которые находятся около пос. Ангасолка.
Данные гранулометрических исследований показали неоднородное распределение обломков мелких и крупных частиц в отвале. Более крупные обломки размером 1-2 мм скапливаются в нижних частях нового отвала, где количество их в пробах составляет 78 %. В верхних частях конусовидного отвала частичек размером 0,1-0,25 мм содержится 20 % от веса проб, а более мелкой пылящей фракции с размером частиц менее 0,1 мм -12 %. Эта же закономерность прослеживалась и в конусе старого отвала
[3].
Методы исследований
При изучении техногенного загрязнения приземной атмосферы твердофазными частицами аэрозолей применялся следующий комплекс методов: снегогеохимическое опробование снежного покрова; диагностика со-
става кристаллических фаз аэрозолей с применением рентгеновского количественного фазового анализа на установке ДРОН-2 с использованием картотеки Объединенного комитета по порошковым дифракционным стандартам 1982 г. США (Inorganic. JCPDS. Swarthmore, Pennsylvania, USA, 1982).
Особенностью наших исследований является изучение количественного минерального состава литогеохимических проб, а также твердых частиц снегогеохимических проб с применением рентгеновского количественного фазового анализа.
Твердый остаток снегогеохимической пробы делится на две части. Для одной выполняется спектральный анализ на 50 элементов, а для другой проводится диагностика минерального состава с применением дифрак-тометрического анализа, позволяющего количественно оценить все кристаллические фазы техногенных и природных минералов, количество которых в пробе не менее 1 % [4].
При разработке этого метода были отобраны в летний период пробы из отвалов карьеров с целью изучения количественного минерального состава пыли, а в зимний период - снегогеохимические пробы в зонах влияния карьеров.
Результаты исследований
В результате исследований был изучен минеральный состав наиболее мелкой фракции отсева щебня, пыли в поселке и карьере. Минералогические пробы отбирались в нижней и верхней частях отвала нового конуса и из разрушенного отвала старого конуса. У подножья нового отвала преобладающими кристаллическими фазами являются (в %): андезин - 25, кварц -
22, амфибол - 16, биотит - 16, диопсид - 11, микроклин - 10. Акцессорные минералы: апатит, сфен, магнетит присутствуют в количестве менее 1 %.
Минеральный состав пробы, отобранной в верхней части конуса нового отвала, отличается более высоким содержанием (%): биотита - 22 и андезина - 36, меньшим количеством кварца -16, амфибола - 11, диопсида -5. Содержание микроклина сохраняется на одном и том же уровне.
В отсеве щебня старого отвала преобладают (%): андезин - 30 и кварц -
23, повышается содержание микроклина до 15, уменьшается количество биотита до 8. Содержание (%) диопсида - 10 и амфибола - 14 близки их концентрациям в верхней части конуса нового отвала. По минеральному составу отсев щебня соответствует окварцованному гранодиориту, наиболее распространенному из пород Ангасольского карьера [5].
После изучения минерального состава отсева щебня из всех отвалов, расположенных в карьере, нами были отобраны пробы пыли в летнее время, как в карьере, так и в самом поселке. Минеральный состав изученных проб приведен в таблице.
Таблица
Минеральный состав (%) пыли и твердых частиц в снеге в зонах влияния Ангасольского и Братского карьеров
Точки отбора проб Минеральный состав проб, %
кварц плаги оклаз микро клин диоп сид амфи бол био тит оли вин хло рит каль цит
Карьер Ангасолка, новый отвал, пыль
Верхняя часть 16 36 10 5 11 22 нет <1 <1
Нижняя часть 22 30 15 10 14 8 нет <1 <1
Старый отвал, пыль
Нижняя часть 23 30 15 10 14 8 нет <1 <1
снег
пос. Ангасолка 16 36 15 5 10 18 нет <1 <1
В зоне влияния карье ра
г. Братск 3 57 нет 12 <1 <1 22 2 4
Качественный минеральный состав отобранных проб пыли на указанных территориях идентичен составу отсева щебня из верхней части нового отвала и представлен в (%): андезином - 36, биотитом - 22, кварцем - 16, микроклином - 15 и амфиболом - 11. Для снижения уровня загрязнения приземной атмосферы твердофазными частицами на территории поселка необходимо сократить количество отвалов отсева щебня в карьерах, что может быть достигнуто за счет широкого использования отсева [1].
Кроме отсева щебня из ангасольского карьера мы также изучили отсев щебня с братского и слюдянского карьеров. В карьере г. Братска наиболее мелкая фракция (пылеватые частицы) отсева щебня представлена (%): плагиоклазом - 57, оливином - 22, диопсидом - 12, кальцитом - 4, кварцем -
3, хлоритом - 2. В Слюдянке (карьер Перевал) по сравнению с братским карьером зафиксировано более высокое количество кальцита, тремолита.
Выводы
По результатам проведенных исследований твердофазной составляющей аэрозолей в горнорудных природно-технических системах Южного Прибайкалья установлено, что компонентный состав кристаллических фаз аэрозолей около пос. Ангасолка и рядом с карьером г. Братска представлен породообразующими минералами, а также рядом других минералов, характерных для пород, разрабатываемых в карьерах щебеночных заводов.
В отвалах Ангасольского карьера преобладают минеральные ассоциации, соответствующие окварцованному микроклинизированному грано-диориту. Эта минеральная ассоциация с небольшими вариациями количественного состава зафиксирована как в старом, так и в новом отвалах.
В зоне влияния карьера в районе г. Братска, вскрыты более основные породы габбро-диоритового состава.
Минеральный состав твердофазных частиц, установленных в снегогеохимических пробах и пыли, отобранных на территориях прилегающих к карьерам, как в Ангасолке, Братске, так и в Слюдянке идентичен минеральному составу пород, вскрытых карьерами [4].
Список литературы
1. Минеральный состав твердофазных частиц в городах Южного Прибайкалья / В. П. Рогова [и др.] // Оптика атмосферы и океана. - 2002. - Т. 15, № 05-06. -С. 555-557.
2. Снижение загрязнения бассейна озера Байкал за счет переработки промышленных отходов / В. А. Скворцов [и др.]. - Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2007. - 127 с.
3. Минеральный состав твердофазных частиц аэрозолей в городах Иркутской области / Н. В. Федорова [и др.] // Аэрозоли Сибири. VII рабочая группа : тез. докл. - Томск : Изд-во Ин-та Оптики атмосферы СО РАН, 2000. - С. 34.
4. Минералого-геохимический состав аэрозолей Южного Прибайкалья и дополнение к аналитической части методики снегогеохимической съемки / Н. В. Федорова [и др.] // Аэрозоли Сибири. IX Рабочая группа : тез. докл. - Томск : Изд-во Ин-та Оптики атмосферы СО РАН, 2002. - С. 36-37.
5. Минеральный состав твердофазных частиц аэрозолей в золоотвалах и отвалах отсева щебеночного завода / Д. А. Чурсин [и др.] // Аэрозоли Сибири. VII рабочая группа : тез. докл. - Томск : Изд-во Ин-та оптики атмосферы СО РАН, 2000. - С. 35.
Mineral Composition of the solid phase Aerosols Particles are the Natural-technical Systems
V. P. Rogova, N. V. Fydorova
Annotation. The inpoved method of X-ray quatiative phase analysis. It let us examine composition of the solid aerosol particles on territory in the natural-technical systems.
Key words: solid aerosols particles, atmosphera, pollution, mineral composition.
Рогова Вера Парфентьевна Федорова Наталия Владимировна
доктор геолого-минералогических наук, кандидат технических наук
профессор Иркутский государственный университет
Иркутский государственный университет путей сообщения
664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15
тел.: (3952) 52-10-90 тел.: (3952) 38-77-46
