Научная статья на тему 'Решение проблемы воспроизводства минеральных ресурсов литосферы на основе использования биосфероулучшающих технологий'

Решение проблемы воспроизводства минеральных ресурсов литосферы на основе использования биосфероулучшающих технологий Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
734
34
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Воробьев А. Е.

Дан анализ ситуации, сложившейся в минерально-сырьевом комплексе. Предложена пионерная концепция освоения минеральных ресурсов литосферы, базирующаяся на таких принципах, как предварительная геохимическая подготовка месторождений непосредственно на месте их залегания, техногенного рудообразования, контролируемого изменения состояния минеральных отходов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The problem decision of a reproduction of mineral resources lithosphere on the basis of use keeping biosphere technologies

Is given the analysis of the situation which has been in a mineral-raw complex. Is given of the concept of development of mineral resources lithosphere, her basing may be on such principles as the preliminary geochemical preparation of deposits, artificial formation of deposits, controllable change of a condition a mineral waste.

Текст научной работы на тему «Решение проблемы воспроизводства минеральных ресурсов литосферы на основе использования биосфероулучшающих технологий»

ГЕОЛОГИЯ. РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ

ИСКОПАЕМЫХ

УДК 622.342

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВОСПРОИЗВОДСТВА МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ЛИТОСФЕРЫ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОСФЕРОУЛУЧШАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ

А.Е. Воробьев

Кафедра горного дела Российский университет дружбы народов Росси, 117198, Москва, ул.Миклухо-маклая, д. 6

Дан анализ ситуации, сложившейся в минерально-сырьевом комплексе. Предложена пионерная концепция освоения минеральных ресурсов литосферы, бавирующаяся на таких принципах, как предварительная геохимическая подготовка месторождений непосредственно на месте их залегания, техногенного рудообразования, контролируемого изменения состояния минеральных отходов.

В XXI в. горная промышленность вошла с рядом нерешенных, но весьма актуальных задач. Главные из них — существенное истощение минеральных ресурсов (разведанных в доступной нам части литосферы) и значительное загрязнение окружающей среды отходами горного и обогатительного производств.

Анализ кризисной ситуации (рис. 1), сложившейся в настоящее время в минерально-ресурсном комплексе планеты, показывает, что основная ее причина — использование в горнопромышленной деятельности концепции экстенсивного недропользования, приведшей к значительному ухудшению качества и исходных характеристик большинства месторождений полезных ископаемых.

1I **чК*ЭЯ'

1 рфчиштм*

СОМ)

» & С ~Щ1виптпт> ммягммя* шт ъщивьв&т. щ

а щ&Фктш*. й « *

- Й»1*ИЦРШ» амцми ШфСШФШ** I % * Ь

л £й***где МДО1ЭММ > 4 * 4 4 *

Явяионк ! А » X

| Сам»*»* 9*^<«ам**мм» : ««{ЫМГЯЭД» * £ г г 2

1 и*4**1нжьа т- { 1 1 1 1 <

«я. «мм. 1*-«»*•> ?**.' 141 тптяяш »й.

Рис. 1. Развитие горного дела в различные исторические периоды

От первобытных времен и до середины XX в. сущность методов горного дела оставалась неизменной: кайло и лопату сменили экскаваторы (механическая лопата), а корзины - вагонетки и думпкары. Очевидно, что дальнейшее нарастание объемов добычи минерального сырья (при

одновременном уменьшении содержания полезных компонентов в рудах) приведет к еще более значительному увеличению объемов отходов - горной массы отвалов, хвостохранилшц и т.д. и, как следствие, к росту негативного техногенного воздействия со стороны горного комплекса на окружающую природную среду.

Поэтому в настоящее время крайне необходима разработка и использование принципиально новой концепции освоения минеральных ресурсов нашей планеты.

Данная концепция должна базироваться на следующих основных принципах:

1. Предварительная и целенаправленная геохимическая подготовка месторождений полезных ископаемых (расположенных на месте естественного залегания в литосфере) к последующему их освоению, проводимая еще на стадии геологоразведки.

2. Обеспечение техногенного геохимического воспроизводства минеральных ресурсов (не путем их поиска и разведки, как понимают данный термин геологи, а за счет искусственного рудообразования) как на дневной поверхности, так и в недрах.

3. Контролируемое изменение состояния сбрасываемых минеральных отходов добычи и переработки, адаптированное к геохимическим особенностям ландшафта, расположения и функционирования горного предприятия.

Достаточно полно такая концепция (работа над которой ведется нами с 1987 г.) впервые была сформулирована акад. К.Н. Трубецким и проф. А.Е. Воробьевым [13, 14]. После ее выдвижения (технологические элементы концепции защищены автором более чем 100 авторских свидетельств СССР и патентами РФ на изобретения) некоторые фрагменты концепции изложены уже значительным числом различных ученых и во многом совпадают или дополняют друг друга.

Помимо расположения относительно земной поверхности целенаправленное геохимическое улучшение исходных свойств полезных ископаемых может быть классифицировано и по ряду других признаков:

1) по механизму преобразования горных пород и минералов - химическое, электрохимическое, микробиологическое и механическое (в случае использования электрохимического воздействия особую значимость приобретают принципиально новые научные достижения, полученные академиком В.А.Чантурия);

2) по способу осуществления миграции - с помощью гравитационных, электромагнитных, тепловых, радиоактивных и других сил;

3) по виду активных агентов - минеральные и органические кислоты, щелочи (например, гидроокиси аммония и натрия), соли (сульфат и хлорид трехвалентного железа, карбонат, хлорид, цианид, сульфид и тиосульфат натрия и др.), растворенные в воде газы (главным образом аммиак, двуокись серы, хлор и кислород).

Практическое применение разработанных принципов и классификаций возможно на основе следующих положений.

Так, геохимическая подготовка месторождений полезных ископаемых, расположенных непосредственно в недрах литосферы, может быть обеспечена процессами природного (естественного) вскрытия тонкодисперсной минерализации. Например, в России около трети месторождений разведанной минерально-сырьевой базы коренного золота слагают руды с тонкодисперсной вкрапленностью золотин [15]. Значительная часть из этих объектов (вследствие отсутствия эффективной промышленной технологии переработки подобного сырья) относится к резервным. Поэтому целесообразны разработка и предварительное (до начала промышленного освоения) использование технологий, позволяющих с течением времени (под действием природных химических агентов, естественного электрического тока, физического выветривания и т.д.) обеспечить хотя бы частичное вскрытие руд на месте их залегания в литосфере.

В частности, предварительную геохимическую подготовку месторождений (особенно после вскрытия открытыми выработками) можно обеспечить обработкой слагающих их руд водой, содержащей легкокристаллизующиеся соли, увеличивающие при этом свой объем. При осуществлении этого процесса происходит миграция и распределение (насыщение пор, межкристал-лических дефектов, трещин и т.д.) солей в массиве некондиционных руд. После прекращения подачи растворов обеспечивается осаждение солей с одновременным увеличением объема, что приводит к частичному механическому разрушению изначально некондиционных руд и раскрытию мелкодисперсной минерализации [6].

Наряду с тонкодисперсными рудами значительную часть (в сумме с первыми составляющую свыше 50% от всех разведанных минерально-сырьевых ресурсов золота) резервных месторождений России слагают золотосодержащие руды с повышенным содержанием органических соединений (прежде всего углистого вещества) и технологически вредных примесей (мышьяка, меди, сурьмы и т.д.). Технологии, позволяющие снизить исходную концентрацию подобных нежелательных примесей в минеральном сырье (например, в процессе окисления или естественного селективного выщелачивания) еще в период его залегания в недрах литосферы, также необходимо отнести к числу приоритетных направлений совершенствования горных работ.

Но самая главная особенность разработанной концепции — перераспределение в горном массиве полезных компонентов некондиционных запасов до образования техногенных руд или другого промышленно значимого минерального сырья [11].

Согласно выработанной нами идеологии [2], основой совершенствования горных технологий в настоящее время должна быть традиционная для сельского хозяйства и биосферы в целом концепция «воспроизводства». Как и для живых биологических объектов биосферы, воспроизводство минеральных ресурсов обязано прежде всего процессам миграции и концентрации вещества, рассеянного в пространстве, а также изменению его исходного качества. Таким образом, ресурсовоспроизводящие горные технологии предусматривают не количественное получение новых, а только перераспределение имеющихся элементов в пространстве горного массива или преобразование (улучшение) исходных свойств и форм нахождения минерального сырья [12].

При разработке подобной идеологии учитывалась имеющаяся неравномерность распределения полезных компонентов в массиве горных пород. По ориентировочным геологическим подсчетам в богатых месторождениях содержится 5 % от общего количества полезных компонентов, в рядовых - 30 %, а в бедных (убогих) - уже 65 % [1]. Наибольшие абсолютные количества полезных компонентов находятся не в месторождениях полезных ископаемых, а в недоступном (для современных технологий переработки) месте во вмещающих породах. Это предопределило необходимость разработки пионерных технологий воспроизводства минеральных ресурсов в недрах литосферы.

Масштабы предварительной геохимической подготовки месторождений полезных ископаемых, а также техногенного воспроизводства минерального сырья зависят от многих факторов, наиболее существенными из которых являются:

- геолого-структурные и морфологические особенности залегания рудных тел или зон;

- вещественный состав и физико-механические характеристики вмещающих пород;

- содержание металлов в рудах и вмещающих породах;

- гранулометрический состав руд или самородных металлов;

- состав и тип активных агентов, используемых для перераспределения полезных и технологически вредных элементов;

- формы миграции и концентрации металлов (полезных компонентов);

- состав, физико-химические свойства и гидродинамические характеристики металлоносных растворов;

- вид и показатели применяемых геохимических барьеров.

Целенаправленное улучшение свойств полезных ископаемых в горном массиве - это геохимический процесс, включающий отделение (с помощью активных агентов или воды) одного или нескольких ценных компонентов от породы, миграцию металлоносных растворов и осаждение полезных компонентов в локализованном объеме под действием геохимических барьеров. При этом цель улучшения свойств полезных ископаемых — искусственное внутримассивное обогащение ограниченной части до промышленных значений, что дает возможность получения техногенных руд с последующим их вовлечением в металлургический передел.

Таким образом, процесс техногенного воспроизводства минеральных ресурсов базируется, прежде всего, на естественном выщелачивании полезного компонента из металлосодержащих пород, целенаправленной миграции металлоносных растворов и его осаждении в пределах бедных и убогих руд, что обеспечивает повышение концентрации полезного компонента до уровня кондиционных руд. Промышленное применение дополнительных активных агентов, подаваемых искусственно (пара, газов и т.д.), в этой технологии в настоящее время не приемлемо по

причинам экономического характера: с учетом длительности процессов воспроизводства минерального сырья (минимальный период которых исчисляется от десятков лет) данные технологии становятся нерентабельными. Поэтому наиболее эффективным для перераспределения металлов является использование природных активных реагентов, образующихся непосредственно в горном массиве (например, при окислении сульфидов).

Весьма важным положением разработанной концепции также является осуществление техногенного переосаждения полезного компонента (металлов) не на «пустые» (т.е. с кларковым содержанием) породы (что при их последующей переработке привело бы к отрицательному экономическому эффекту), а на прежде некондиционные (по отдельным показателям) или бедные (убогие) руды. Только в данном случае возможен существенный экономический эффект в будущем. Этот подход эффективен как для ранее сформированных техногенных минеральных объектов, так и для природных (геогенных) месторождений, расположенных в литосфере [5]. При осуществлении ресурсовоспроизводящих технологий необходимо учитывать то, что наиболее важную роль в перераспределении полезных компонентов имеют форма и вид их геохимических соединений. Существенным элементом механизма техногенного рудообразования служат геохимические барьеры (теория которых была обоснована проф. А.И. Перельманом), т.е. зоны с резко различающимися геохимическими свойствами. Техногенное осаждение большинства металлов в горном массиве возможно на таких барьерах, как гидродинамический, сорбционный, окислительный, восстановительный, кислый, щелочной, радиационно— химический (выделенный нами), испарительный [12].

Например, гидродинамический барьер весьма эффективен при перераспределении как малорастворимых благородных металлов (Аи, и т.д.), так и легкорастворимых (Си, и, 2п, РЬ и др.) полезных компонентов (даже в химически одинаковой вмещающей среде). В последнем случае взрывными технологиями создают фильтрационную неоднородность путем обеспечения в зоне выщелачивания металлосодержащих пород более проницаемой среды (например, свыше 30 см/ч), а в зоне концентрации полезного компонента - менее проницаемой (ниже 5 см/ч). Кроме резкого изменения интенсивности миграции потока металлоносных вод, образуемый гидродинамический барьер характеризуется также изменением pH и ЕЬ растворов.

При этом возникает четко выраженная корреляция между уровнями гидродинамического стягивания потоков и содержаниями полезного компонента: максимальная концентрация образующихся техногенных руд будет приурочена к участку подошвы малопроницаемых горизонтов, менее богатые руды — несколько ниже, а еще ниже — бедные (убогие) вкрапленные руды.

Масштабы техногенного рудоотложения прямо зависят от объема направленных на гидродинамический барьер вод, его контрастности, а также исходного содержания металлов в выщелачиваемом горном массиве. Следовательно, сколько бы времени не продолжалась миграция растворов, столько же будет осуществляться выщелачивание металлов из металлосодержащих пород и их последующее осаждение на гидродинамических барьерах.

Рис. 2. Разрез техногенного месторождения в недрах Садонского рудника:

1,6- закладка; 2 - бедные руды; 3 -обрушенные породы; 4,5 - тектонические разломы; 7 - атмосферные воды; 8 - металлосодержащие воды; 9 - горные выработки

Подобные ресурсовоспроизводящие технологии естественным образом реализовались на

Садонском руднике: при площади проекции отработанных пространств до 1500 т/м2 в восточной зоне геогенного месторождения уже заложено до 60 000 тыс.т техногенной рудной массы, в западной - более 40 000 тыс.т [4]. В этой минеральной массе содержание свинца составляет около 0,32 % и цинка - 0,68 %, следовательно, запасы свинца на сформированном техногенном месторождении достигают более 300 тыс.т, цинка - до 700 тыс.т. Заложенные в пустоты геоматериалы (кроме различного содержания полиметаллов) характеризуются существенной фильтрационной неоднородностью, приводящей к возникновению контрастных гидродинамических барьеров (рис. 2). Другим примером может служить техногенное месторождение, сформированное на Холстинском руднике, где с начала его эксплуатации в 1956 г. в отработанном пространстве было накоплено более 80 000 т металлосодержащей минеральной закладки с содержанием

0,5 % свинца и 0,7 % цинка, также обладающей значительной фильтрационной неоднородностью.

Для практического осуществления технологии ресурсовопроизводства кроме гидродинамического целесообразно использование и физико-химических барьеров. Так, смешение кислых и щелочных вод Урупского рудника существенно изменяет pH среды и вызывает осаждение меди и полиметаллов: пироксиды меди из рудничных вод осаждаются при рН-5,5-5,0, а цинка - при рН=6,5-7. Для сернокислых сред наиболее вероятное окисление галенита приводит к образованию англезита, линарита, биверита по следующим реакциям: при рН<5 - РЬБ + 0,5Н20 +1,7502 -» РЬН804 + е; при рН>5 - 4РЬБ + 6Н20 + 702 -»[РЬ(ОН)4]4+ + 4Н2804 + 4е. Кроме этого предприятия слои цинкового техногенного геля были обнаружены на штольнях № ] и 2 Какадурско-го участка Фиагдонского рудника, а также в выработках Садонского и Архонского рудников (рис. 3).

Рис.З. Выходы техногенного геля выработки Садонского рудника

Экспериментальные исследования осаждения РЬ-2п-Си показали принципиальную возможность формирования техногенных руд и выделения каждого металла в зависимости от изменения условий миграции. Так, в нейтральной и повышенно щелочной обстановках РЬ и особенно 2п подвижны, а Си - осаждается. Кроме этого, свинец и цинк осаждаются зачастую в виде гид-роцеруссита и гидроцинкита, а медь - в виде основных сульфатов.

В данном случае возможны два принципиальных варианта - целенаправленное образование (или усиление имеющихся возможностей) в горном массиве техногенных геохимических барьеров (например, закачкой через скважины растворов с определенными веществами, а также бактериями и микроорганизмами) или искусственное смешение растворов, предварительно пропускаемых через зоны месторождения с резко различными свойствами и содержанием металлов. Последний вариант наиболее предпочтителен при осуществлении воспроизводства минеральных ресурсов на сложноструктурных месторождениях полезных ископаемых. Например, при наличии переслаивания контрастно различающихся по составу (а, следовательно, и по геохимическим свойствам) пород - сульфидов и карбонатов, кислых и основных гнейсов и сланцев, графит- и пиритсодержащих сланцев и т.д.

Так, при прохождении растворов активных агентов через и-РЬ-содержащие (0,005 %) лейко-

кратовые безуглеродистые породы происходит их насыщение находящимся там ураном и свинцом. Дальнейшее проникновение этих (ставших уже металлоносными) растворов в черные углеродсодержащие сланцы (или при смешении с растворами прошедшими через них) приводит к отложению настурановых (0,08 %) и галенитовых (1,2 %) техногенных руд. Причем, возможно образование зональности в распределении разных форм металлов: РЬЭ приурочен к центральной части техногенных руд, затем идет зона с содержанием изоморфного РЬ от 1 до 10 % валового, далее - от 10 до 20 % и по периферии >20 %.

Если кислые рудничные воды (переносящие минеральные вещества) проникают сквозь карбонатные породы или напрямую смешиваются с щелочными водами, то металлы осаждаются в пределах локальных участков или блоков. Так, воды жилы "Южная" Архонского рудника при рН=2 содержат кроме 3,5-5 кг/м3 цинка и некоторое количество индия и кадмия. Например, индий, представленный сульфидом 1п283, при окислении переходит в трехокись 1п203 или в 1п(ОН)3. Германий при воздействии растворами соляной кислоты переходит в германиевые кислоты 0е02 и оксихлориды германия беОСЬ и ОеОС12. После их смешивания с водами нижних горизонтов геогенного месторождения исходная кислотность снижается до рН=5,5-6, а индий и кадмий выпадают в осадок.

Обследование отработанных пространств на рудниках Садонского рудного поля [9] показало, что подобные процессы всюду имеют место, но находятся на различных стадиях (рис. 4). О стадиях развития окислительных и ресурсовоспроизводящих процессов можно судить по составу рудничных вод, истекаемых из отработанных пространств. Ранним стадиям отвечает высокое содержание в них цинка и низкое - железа. Поздним - наоборот, низкое содержание цинка и высокое - железа (из которого около 50% представлено трехвалентной формой).

Рис.4. Корка техногенных руд

Развитие подобных процессов обусловливает:

1) благоприятный химико-минералогический состав руд, т.е. высокое содержание сульфидов, сульфаты которых имеют высокую растворимость в воде, наличие карбонатов (способствующих созданию щелочных барьеров, а следовательно, - интенсивному переосаждению металлов), полиминеральный состав руд, равномерное распределение и высокое содержание железных сульфатов, что обеспечивает активность электродных процессов и достаточную кислотность образующихся растворов;

2) высокая проницаемость вмещающих металлосодержащих пород и массива закладки;

3) наличие воды в количестве, достаточном для выщелачивания и транспортировки металлов;

4) наличие парникового эффекта (повышенная влажность воздуха и тепло);

5) энергию недр (геотепло, давление и т.д.).

На состав техногенных руд оказывает первоочередное влияние геохимическая обстановка. Так, при осаждении РЬ и Си при наличии гуминовой кислоты и при незначительных концентрациях Н2Б (-10 мг/л) в кислой среде образуются смешанные медно-свинцовые руды, при отсутствии - свинцово-медные [8].

В случае техногенного воспроизводства золотосодержащих руд такой металл как золото (за-

частую представленный в гипергенных месторождениях тонкодисперсносной фазой в сульфидах), при окислении минералов кислого ряда (гидрогетита, оксидов марганца, ярозита, лепидок-рокита и т.д.) выщелачивается растворами активных агентов (pH которых ниже 4), а затем пере-осаждается на искусственном сорбционном (например, из каолинита) - 10-40% или щелочном барьере (из кальцита, алунита, монтмориллонита, гетита, гидрослюд и т.д.) - 50-60%.

Следующий аспект разработанной нами концепции объясняется тем, что сложившийся минерально-сырьевой комплекс является существенным загрязнителем биосферы. Имеющийся подход в современном природопользовании (основанный на возможностях естественного рассеивания предварительно разбавленных минеральных и жидких отходов) даже не предполагает их ассимиляцию и включение в планетарный биогеохимический круговорот элементов.

В настоящее время уже необходимо учитывать и то, что формы нахождения большинства химических элементов во многом предопределяют последующую возможность их растворения, миграции, концентрирования, т.е. перераспределения в окружающем пространстве, а также величину включения в биологические циклы живого вещества. Этот очень важный аспект регулирования взаимодействия человечества с биосферой был исследован нами благодаря интеграции Российской академии наук (РАН) с Высшей школой, а именно интеграции между ИПКОН РАН (возглавляемым академиком К.Н. Трубецким) и МГГУ (руководимым член. корр. РАН Л.А. Пучковым).

Массы тяжелых металлов, мигрирующих с водным стоком, образуются различными миграционными формами [7]. Среди них в первом приближении можно выделить две основные группы: формы, находящиеся в истинно растворенном состоянии, и формы, содержащиеся в твердой фазе дисперсных систем природных вод. Так, в гумидных ландшафтно-геохимических условиях значительная часть мигрирующих в природных водах масс металлов находится в виде металлоорганических комплексов. В аридных условиях содержание растворимого органического вещества сильно уменьшается, но возрастает значение неорганических комплексных соединений с различной электростатической и электролитической характеристикой (положительно и отрицательно заряженных, а также электронейтральных). Например, в миграции тяжелых металлов в поверхностных водах Средней Азии главную роль играют неорганические соединения ОН', БО2' , СГ. Здесь растворимые формы цинка могут быть представлены [2пОН]+, [^(ОЦЬ], Рп(ОН)3]' , [2пС13]\ [2п(80)4], [2п(804)2]2’ и др. По этой причине в р. Амударья и Сырдарья катионные формы цинка составляют всего 40-45%, а нейтральные и анионные - около 50%. Следовательно, формы нахождения элементов определяются как их внутренними характеристиками, так и геохимическими свойствами среды. Поэтому при перераспределении токсичных элементов (главным образом тяжелых и цветных металлов), т.е. при их миграции и концентрации на геохимических барьерах, осуществляется трансформация и исходных форм их нахождения. Например, содержания основных форм миграции меди в водных потоках рассеяния в непосредственной близи от Удоканского месторождения изменяются от 80% (Си2+) до 0,5% (Си804°). На расстоянии 300-600 м от этого месторождения содержание Си2+ резко (до 25%) уменьшается, с одновременным ростом концентраций комплексов СиОН+, Си(ОН)2° и СиС03°. Такое поведение соединений меди объясняется прежде всего имеющимся изменением значения pH и ЕЬ водных растворов.

При первоначальном загрязнении прилегающей к месторождению территории гидроксидом меди Си(ОН)2 это исходное соединение последовательно проходит несколько форм нахождения в твердой фазе: водорастворимую, обменную, карбонатную, органическую, аморфную (связанную с гидроксидами металлов) и силикатную (связанную с легкоразрушаемыми силикатами).

Так, с течением времени после загрязнения почв основной формой нахождения меди становится карбонатная (60%). Затем следуют аморфная (20%) и органическая (10%) формы. Силикатная форма имеет меньшее распространение (6%), а остальное - водорастворимая и обменная формы (низкие показатели объясняются их выносом с загрязненной территории).

Кроме этого к подобному изменению исходных форм нахождения меди приводит ее концентрация на различных геохимических барьерах. Например, на сорбционном геохимическом барьере происходит увеличение органической и аморфной форм, что связано со свойствами сорбирующих минералов, а действие щелочного барьера проявляется в существенном увеличении аморфной формы нахождения меди.

В условиях отработки Джезказканского и Коунрадского месторождений установлено, что в поверхностных условиях первичные сульфиды меди (халькозин Си28, дигенит Си^Б и джарле-ит Си^эбБ) на начальных стадиях окисления переходят в нестехиометричные маломедистые сульфиды: анилит (Си1>758) - джирит (Си^^) - спионкопит (Си^Б) - ярроуит (Сии8), последовательно замещающие друг друга. Конечным сульфидным минералом этой последовательности является ковеллин (СиБ). Увеличение дефицита меди в наблюдаемом ряду сопровождается возрастанием доли двухвалентной (окисленной) меди в кристаллической решетке минералов.

Преобразования связаны с постепенным выщелачиванием меди и компенсацией возникающих вакансий в кристаллической решетке минералов за счет окисления части оставшихся катионов до двухвалентного состояния.

При переосаждении руд образование сульфидов связано с реакцией восстановления меди из растворенных форм, вследствие чего имеет место тенденция к увеличению соотношения Си/Б в новообразованных сульфидных минералах. Основным продуктом этих реакций является джар-леит (Си1|968) - нестехиометричный полиморф халькозина, более устойчивый в условиях земной поверхности, чем Си28. В его кристаллической решетке, как и в других нестехиометричных минералах системы Си-8, наряду с одновалентной присутствует и двухвалентная медь, что связано с наличием повышенных объемов кислорода этой зоны.

Уровень имеющихся знаний об устойчивости минеральных форм в условиях земной поверхности и термодинамике процессов их трансформации уже позволяет сформулировать основные требования к составу и физическому состоянию размещаемых в биосфере минеральных отходов и жидких стоков горного производства. Эти требования состоят в следующем:

1. При проектировании горных предприятий необходим обязательный учет ландшафтногеохимических условий прилегающих территорий, заключающийся в оценке их способности в перераспределении попавших в их пределы загрязнителей, содержания дефицитных и избыточных элементов, а также показателей их биологического поглощения.

2. Перед складированием целесообразно придание образующимся минеральным отходам (горной массе отвалов, пескам хвостохранилшц и т.д.) наиболее оптимальных геохимических свойств [3, 10]. Например, соединения токсичных элементов должны обладать низкой термодинамической активностью, дефицитные элементы - находиться в легкорастворимой форме.

В заключение необходимо отметить, что современные горные технологии должны обладать как ресурсовоспроизводящими, так уже и биосфероулучшающими функциями.

ЛИТЕРАТУРА

1. Астахов А. С., Малышев Ю.Н., Пучков Л.А., Харченко В.А. Экология, горное дело и природная среда. М.: Изд-во МГТУ, 1999. 365 с.

2. Воробьев А.Е. Разработка технологий воспроизводства минеральных ресурсов в литосфере //Сб. Юбилейная научная сессия ОГГТН РАН по развитию новых направлений и технологий освоения недр Земли. М.: ИПКОН РАН, 1999. С.19-20.

3. Воробьев А.Е., Бубнов В.К, Чекушта Т.В. Состояние ландшафтных территорий, образующихся при добыче и переработке полезных ископаемых //Цв. металлургия. N4. 1994. -С.ЗЗ-37.

4. Воробьев А.Е., Голик В.И., Лобанов Д.П. Приоритетные пути развития горнодобывающего и перерабатывающего комплекса Северо-Кавказского региона /Под ред. акад. К.Н.Трубецкого. Владикавказ: Рухс, 1998. - 362 с.

5. Воробьев А.Е., Чекушина Т.В. Способы и методы формирования техногенных минеральных объектов при открытой разработке сложноструктурных месторождений. М.:ЦНИИЦВЕТМЕТ эконом, и информ., 1990. - 68 с.

6. Воробьев А.Е., Чекушина Т.В. Способ геохимической рудоподготовки некондиционных труднообогатимых руд. Патент 2061866 РФ, 1996.

7. Добровольский В. В. Высокодисперсные частицы почв как фактор массопереноса тяжелых металлов в биосфере //Почвоведение. №11.1999. -С.1309-1317.

8. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов. Т.З. М.: Недра, 1996. - 352 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

9. Козырев Е.Н., Воробьев А.Е. Конверсия рудников Северного Кавказа на физикохимическую геотехнологию получения металлов. Владикавказ: Ремарко, 2000. - 325 с.

10. Перельман А.И., Воробьев А.Е. Ландшафтно-геохимические условия размещения предприятий горной промышленности //Изв. РАН. Геогр. сер. N2.1994. - С. 50-61.

11. Таскаев А.А., Воробьев А.Е. Механизм перераспределения полезных компонентов в отвальном массиве //Пути повышения комплексного использования рудного сырья и технологических показателей обогащения с применением экологически чистых материалов. Ташкент: Сре-дазниипромцветмет, 1990. - С.39-42.

12. Трубецкой КН., Воробьев А.Е. Геохимические барьеры и возможности целенаправленного формирования техногенных месторождений //Геохимические барьеры в зоне гипергенеза. М.: Изд-во МГГУ, 1999. - С.190-196.

13. Трубецкой КН., Воробьев А.Е. Классификация методов воспроизводства минерального сырья //Горный журнал №1. 1998. - С.30-34.

14. Трубецкой КН., Воробьев А.Е. Развитие стратегии ресурсовоспроизводящих технологий в горнодобывающем комплексе //Проблемы геотехнологии и недроведения. Т.2. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1998. - С.7-15.

15. Хабиров В.В., Забельский В.К, Воробьев А.Е. Прогрессивные технологии добычи и переработки золотосодержащего сырья /Под ред. Н.П.Лаверова. М.: Недра, 1994. - 272 с.

THE PROBLEM DECISION OF A REPRODUCTION OF MINERAL RESOURCES LITHOSPHERE ON THE BASIS OF USE KEEPING BIOSPHERE TECHNOLOGIES

Vorobiev A.E.

The Department of Mining Engineering Peoples Friendship University of Russia Mikluho-Maklaya, 6 Moscow, 117198, Russia

Is given the analysis of the situation which has been in a mineral-raw complex . Is given of the concept of development of mineral resources lithosphere, her basing may be on such principles as the preliminary geochemical preparation of deposits, artificial formation of deposits, controllable change of a condition a mineral waste.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.