CC BY
259
УДК 556. 388
ТЕХНОГЕННО-МИНЕРАЛЬНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПИРИТНЫХ ОГАРКОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРИРОДНУЮ ОКРУЖАЮЩУ Ю СРЕДУ
А. Б. Макаров, О. М. Гуман, И. А. Антонова, А. В. Захаров
В статье рассмотрены техногенно-мннералыше месторождения ипритных огарков, формирующиеся при производстве серной кислоты, показаны направления их использования. Установлено, что основным видом воздействия огарков на природную окружающую среду является загрязнение тяжелыми металлами, которое носит локальный характер. Рекомендовано проведение экологического мониторинга.
Ключевые слова: тсхногснно-минсральнос месторождение, пнрнтные огарки, тяжелые металлы, экологический мониторинг.
The article describes tcchnogenic-mincraldcposiis of pyrite cinders, formed during production of sulfuric acid, some sof their use are shown. It was established that the main type of cinder impact on the environment is its withheavy metals, having local character. F.cological monitoring is recommended.
Key words: technogenic mineral deposit, pyrite cinders, heavy- metals, ecological monitoring.
Ииритныс огарки являются техиогенно-минеральными образованиям«, которые образуются при производстве серной кислоты контактным методом путем обжига пиркгного концентрата. В настоящее время ведется изучение этих образований с целью их переработки. В несколько меньшей мерс проводятся исследования с цепью оценки их и-шяния на природную окружающую среду.
В Уральском регионе отвалы пиригных огарков формировались в результате производственной деятельности бывшею сернокислотного завода в г. Полевском. Кировградского медеплавильного комбината и ОАО «Мин-удобрения» в Мелеузовском районе Республики Башкортостан [2J.
Скопления пиритных огарков Полевского сернокислотного завода фиксируются в северозападном борту зоны обрушения старого Гуме-шевского рудника под отвалом фторогипсов в виде слоя буроватого цвета, а также образуют отвал северо-восточнее территории Полевского криолитового завода плосковершинной округлой формы диаметром около 225 м. Общий объем пиритных огарков ориентиро-вочно составляет около 400 тыс. т
Отвалы пиритных огарков Кировградского медеплавильного комбината расположены в санитарно-защитной зоне предприятия. В отвал № 1 размерами в плане 500 х 1X0 м разме-
щение пиритных огарков производилось в 1932 - 1955 гг., их количество составило 780 тыс. т. В отвале № 2 за период 1956 -1996 гг. заскладировано 3775 тыс. т пиритных огарков, размер отвала 1000 х 500 м. Мощность отвалов достигает 12 - 15 м [3].
Отвал пиритных огарков ОАО «Минудоб-рения» введен в эксплуатацию в 1976 г., площадь отвала - 20,4 га, заскладировано 2740 тыс. т огарков.
Ипритные огарки представляют собой тонкодисперсный буроватый, красновато-бурый порошок, плотность частиц грунта 3.73 г/см\ плотность в предельно рыхлом состоянии 1,42 г/см', плотность в предельно плотном состоянии 1.66 г/см1, влажность 0,28. высота капиллярного поднятия 14-63 см. В гранулометрическом составе преобладают тонкодисперсные частицы: 0,05 - 2 мм -56,5 %, 0,05 - 0,1)05 - 37,8 %, <0,005 - 1,8 %. Рентгенографический фазовый анализ рядовых и обогащенных огарков, проведенный ОАО «Институт Унипромедь». показал, что в их минеральном :оставе преобладают гематит, магнетит и кварц, присутствуют сульфаты кальция и бария, сульфит кальция, олигоклаз, пирит и халькопирит [4J. Химический состав пиригных огарков приведен в табл. 1.
Наличие в пиритных огарках цветных и благородных металлов позволяет оценивать их
Таблица 1
Химический состав ипритных огарков
Прсапрштес Химические компоненты. % м ас с г/т
Ре $|0; Ва л$ Си /я Аи Ч
ОАО « Ми нудобрсн и* » Рялоние огарки 49.1-53.0 3.1 2.17 6.7-14.7 2.98 0.2 0.4-0.6 1.25 0.7-1.5 20-25
ОАО «Мииулобрсиия» Обосаикнкыс огарки |4| 7.1-12.5 1.49 1.22 50.0-58.8 0.5 0.23 0,35 0,55 4-5 30-40
Киромралстй МК Пирит кыс огарки 50.8 148 11с опр 12.4 1.5 0,01 0.24 0.82 1.5 26
как техногенно-минеральное сырье. Однако в настоящее время применение огарков ограничивается использованием их в качестве сырья при производстве цемента.
Исследования последних лет показали, что возможна комплексная переработка пирит-пых огарков с применением целого ряда технологий. Так, для пиритных огарков ОАО «Мин-удобрсния» институтом «ВНИИсинтезбелок» предложена технология переработки с использованием биопродукта - клеточных оболочек дрожжей, образующих биологические комплексы с золотом и серебром. ОАО «Атоурсд-меполото» разработана технология автоклавно-сорбционной комплексной переработки, позволяющая извлечь из них золото, серебро, медь, цинк и использовать переработанные огарки в качестве сырья для изготовления железосодержащих окатышей; ВНИИХТом-комплексная переработка без автоклавной технологии с использованием цианирования (4]. Применение бактерий в процессе переработки пиритных огарков позволяет получать золото, цветные металлы и высококачественные пигменты без вредных примесей, а сами огарки после бактериального выщелачивания являются сырьем, пригодным для восстановительного обжига. Бесхлоридная технология комплексной переработки пиритных огарков предложена Институтом металлургии УрО РАН (5).
Имеющиеся технологии и перспективы освоения техногенно-минеральных месторождений пиритных огарков определили и необходимость исследований их экологического воздействия на природную окружающую среду.
Длительное существование отвалов пиритных огарков оказывает определенное
локальное воздействие на окружающую среду. Это воздействие представляет сложную задачу. поскольку отвалы располагаются в пределах или вблизи промышленных площадок, т. с. в зоне воздействия объектов основного производства. И. Р. Фаткуллиным для отвала пиритных огарков ОАО «Минудобрсния» отмечается, что выбросы пыли составляют 0,12 г/сек, или 3,78 т/год, однако негативного влияния на почвенный покров не выявлено. Локальному воздействию подвергаются подземные воды (загрязненные по сульфатам и железу).
Отвал пиритных огарков Кировградского МК расположен в пределах СЗЗ промышленной плищадки Медеплавильной) завода, построенного акционерным обществом Верх-Исстских заводов в 1914г., деятельность которого обусловила И1ГГСНСИВНОС преобразование и изменение компонентов природной окружающей среды.
При обследовании территории отвала было выделено две техногенно преобразованные зоны, включающие северную и южную части. В северной части вблизи отвала проходит искусственное русло р. Калатинки. Рельеф сильно изменен, включает насыпи бывшей узкоколейной железной дороги и фрагменты автомобильных дорог, остатки лиши электропередач; южную часть занимает отвал пиритных огарков. Растительность здссь сильно угнетена, травяной покров развит только по насыпям, вблизи русла р. Калатинки -травяно-осоковые заросли, на остальной территории растительные сообщества развиты фрагментарно, на отвале пир>ггных огарков растительность отсутствует.
В пределах расположенного к северу от отвала Калатинского болота в условиях засушливого лета 2010 г. происходило интенсивное минералообразование: в виде белых корок, налетов формируются водные сульфаты (не реагируют с HCl). Аналогичный процесс образования растворимых сульфатов - минералов-эфемеров фиксируется и вблизи отвала Сульфаты образуют здесь тонковолокнистые, гроздевидные агрегаты, имеют соломенно-желтый цвет и, по данным рентгеностру кту р-ного анализа, соответствуют магнезиокопиа-ниту (Mg1* Fe, *(SOX(OH)3 х 20H3QX который часто образуется по мелантсриту в условиях частичного окисления FeJ* (аналитик С. Г. Суета вов, У ГГУ ) (рис. 1). Образование сул ьфатов на дневной поверхности может свидетельствовать о сильном многолетнем воздействии на эту территорию выбросов медеплавильного производства.
Рис. 1. Агрегаты магнезиокопианита
В условиях интенсивного техногенеза природных почв и природных ландшафтов здесь не сохранилось. Для изучения распределения в грузах тяжелых металлов и оценки загрязнения территории отвала отобраны пробы грунтов с поверхности и пойнте реально опробован керн скважин.
Содержания химических элементов определялись в лабораториях ОАО «Урал меха-нобр» и физико-химических методов анализа Учебно-научного центра факультета геологии и геофизики Уральского государственного горного университета. Результаты определение валовых форм тяжелых металлов в грунта* территории приведены в табл. 2. В грунтах выявлены высокие концентрации тяжелых
металлов, спектр которых включает Си, 7м, РЬ, Sn,Ag. БЬи ЕЙ. В единичных пробах отмечаются повышенные концентрации Со, Ва и Мо.
Высокие содержания меди в грунтах обусловлены как высоким местным геохимическим фоном, так и загрязнением территории выбросами медеплавильного производства. В техногенных грунтах ее концентрации превышают 10000 мг/кг. составляя 100 ПДК, в пиритных огарках - 1000 - 1800 мг/кг (10-18 11ДК), в подстилающем пиритные огарки торфе - 10000 мг/кг (100 ПДК). Заметно снижаются концентрации меди в элювиальных супесях (рис. 2, а), составляя от 100 до 900 мг/кг (1,0-9,0 ПДК).
Характерными элементами-загрязнитс-лями являются также цинк, свинец и серебро. Содержания цинка в техногенных грунтах составляют 3000-10000 мг/кг (10-33,3 ПДК), в пиритных огарках - 5000-7000 мг/кг (16,7-23,3 ПДК), торфах - 10000 мг/кг (33,3 ПДК), верхней части супесей - 1800 мг/кг (6 ПДК). ниже по разрезу они близки к 11ДК. Аналогично в целом и распределение свинца: максимальные его концентрации отмечаются в пиритных огарках (до 1500 мг/кг - 46,9 ПДК), минимальные - в элювиальных супесях. В тех же пробах фиксируются повышенные содержания серебра (до 30 мг/кг в техногенных грунтах пробы 1 - 33,3 ПДК) и висмута (до 15 мг/кг-7,5 ПДК).
Изучение распределения подвижных форм металлов показывает, что их максимальные концентрации фиксируются в техногенных грунтах, пиритных огарках и торфах, заметно снижаясь в элювиальных супесях (рис. 2, б). Относительно валовых высокие содержания подвижных форм приурочены к нижней части разреза пиритных огарков и отложениям торфа, а затем снижаются, что. вероятно, определяется сменой кислотно-щелочных условий. По отношению к ПДК максимальные значения фиксируются в торфах, составляя для меди 57,2 мг/кг (2,48 ПДК) и цинка 58.8 мг/кг (19.6 ПДК). В условиях кислой среды (рН составляет 2,33-3.65) происходит переход этих элементов в подвижные формы, что может способствовать их выщелачиванию.
Высокие концентрации тяжелых металлов в грунтах обусловили и высокий уровень загрязнения. Коэффициент суммарного хими-
а ¡ i * ? ГЧ 1 i r» 2 a i a a
s 1 ? а a a a a • 3 3 3 3 3 3
0 «л « « • 2 • • e •
i 3 3 г» * 3 2 : « • • • 3 e e о
0 X г» « «4 » « • • - • • •
i 1 3 * ■ 3 S s s a 2 a 3 3 2
о S г 9 X я X ! S \ 8 ! 1
9 1 * 2 2 a 3 2 3 3 3 3 3 3
в с I ! ! I I I X X s 1 1 S
<3 1 s 3 3 3 3 о 3 3 2 3 3 3
о * » 9 s я X 1 1 X X 1 9
t i а s 3 3 3 2 a a 2 3 3 3
о \ с X s я л \ ! X X X a i l G X я « X
л 1 з 2 a 5 1 3 a ? 3 3 3 * 9 3 3
0 « X * X J X « X я X • о •
* 1 5 s 3 3 3 3 3 a 3 3 2 3
0 о X s 3 3 * ч m 2 3 3 * 3
Л ¡ 3 a 3 a a 2 3 3 3 3 3 3
о 1 S S 3 = m r> - « M
с 1 •к s 2 3 a 3 л s a 2 a 3 2 3
0 г S ! S S i X X 1 я S я
А 1 3 r» * 3 3 3 3 3 3 a 2
0 I ! I I I 5 1 1 S X г 8
«3 1 J S 3 3 3 s J ? 3 3 3 3
о I I I 8 I i I 8 s 9 S e
а i * - л «M « - • s =
а
С». шМ'
о jaoo *ооо мое «ООО j мае и а»
) — ! — * »
m
! — S о m
* м S tfi m 1
Рк.
о 100 *оо tœ «со хи un нос two
0J ^нмннЬвнн
« »
I У- S 4fi ■ ■
ï " : I y 5 »fi ■ 1
Ч
9 J 10 1« » « » H
i S 0J
'.a
!
1? *fi m
о *J> ■
3 * л l M
« t.» i
* M •Л
б
Сш.шЬ»
в M 1« <« » И Ч 10
РЬ. ш h'
0 0.1 O.t Al
0.1
S 1.0 ? ЛГ
! — " 4.0
3 iL • ».» !» S ».o L
Рис. 2. Распределение валовых (а) и подвижных (б) форм тяжелых металлов по скважине 4
ческого загрязнения (Zc) в техногенных грунтах от 98,6 (опасная категория загрязнения почв) до 263,0 (чрезвычайно опасная категория). Коэффициент Zc для пиритных огарков колеблется в пределах 99,3-144,4. Сильное загрязнение характерно и для торфов (Zc = = 52,9 - 145,7), которые в какой-то мерс экранируют проникновение загрязнения в толщу элювиальных супесей. Не исключается, однако, загрязнение торфов выбросами
медеплавильного производства до начала формирования отвалов пиритных огарков.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о высокой степени загрязнения почв и грунтов территории многолетними выбросами медеплавильного производства и отходами. Учитывая высокие концентрации меди, цинка, свинца, серебра (возможно, золота) в техногенных грунтах, можно рекомендовать их для извлечения металлов.
Отвал пиритных огарков Кировградского \1К находится в пределах водосборной площади р. Калатинки. центральной и южной частей Калатинского болота. В непосредственной близости от отвала проходит водоотводная канава, огибающая с юга промплощадку «ПП ОАО "Уралэлектромсдь"». Северо-западнее кромки отвала пиритных огарков находятся отстойники глубиной 0.5 м.
Результаты химического анализа поверхностных и подземных вод приведены в табл. 3.
Химический состав поверхностных ьод хлоридно-сульфатный, железисто-магииево-кальциевый. величина сухого остатка составляет 2.31 -2,47 г/л. воды кислые с рН 2.67-2,83, общая жесткость 24,34-30.53 мг-экв.'л; окисляемость 30,8-40,0 мгО^/л, содержание взвешенных веществ 29,3-168,2 мг/л. В воде выявлено повышенное содержание хлоридов, сульфатов аммония, железа, меди, цинка, свинца и кадмия, превышающие ПДК. Содержание хлоридов в воде водоотводной канавы составило 506,5 мг/л (1,45 ПДК). сульфатов -1293,6-1631,2 мг/л (2,6-3,3 ПДК), аммония -35,3-50.3 мг/л (23,5-33.5 ПДК). железа -48.9-60,0 мг/л (163-20011ДК). меди в водоотводной канаве - 14.1 мг/л (14,1 ПДК). цинка - 5,62-6,69 мг/л (5.6-6.7 ПДК), свинца - 0.069-0,083 мг/л (6,9-8,3 ПДК), кадмия - 0.008-0,01 мг/л (8-10 ПДК).
В природных условиях формирование поверхностных вод в умеренных широтах гумидных областей непосредственно происходит или связано с болотными ландшафтами, которые оказывают значительное влияние на качество вод, определяя высокие фоновые концентрации органических кислот, а также железа, марганца и аммонийного азота. На участках, подверженных интенсивным техногенным преобразованиям, на качественный состав поверхностных вод оказывают влияние техногенные факторы. Поэтому в настоящее время поверхностные воды в пределах исследуемого участка являются загрязненными но значению минерализации, величине обшей жесткости, содержанию хлоридов, сульфатов, аммония, железа, меди, цинка, свинца и кадмия. Высокие конце1гграции тяжелых металлов в водах обусловлены расположением отвала в промышленной зоне: причем загрязнение происходит как гидрогенным (поверх-
ностный сток с мест хранения отходов, со стороны автодорог), так и аэрогенным путем.
В пределах отвала происходит изменение и химического состава подземных вод в связи с наличием в пределах водосборной площади техногенных объектов, таких как хвостохра-нилище обогатительной фабрики (расположенное западнее отвала выше по потоку подземных вод), свалки промышленных и твердых бытозых отходов, производственные площадки предприятия.
По результатам гидрогеохимического опробования наблюдательных скважин, проведенного при оценке месторождения пиритных огарков, выявлено. что загрязнение водоносного горизонта незначительное. Так. в скважинах, пробуренных через огарки, фильтры которых установлены в подстилающих огарки отложениях (в том числе в зоне щебенистых и трещиноватых пород), медь обнаруживалась в меньших количествах, чем в фильтрате пиритных огарков. В то же время при проведении опытно-фильтрационных работ при длительной откачке воды произошло увеличение содержания меди, что связано с подтягиванием фильтрата водоносным горизонтом.
Гидрогеохимическое опробование подземных вод проводилось по скважинам, расположенным в северной части отвала. Химический состав подземных вод участка хлоридно-сульфатный, магниево-кальцисвый, величина сухого остатка составляет 1,82-2,76 г/л, воды кислые с р! 12,73-3,10, общая жесткость 21,65-32,78 мг-экв/л; окисляемость - 48-330 мгО/л (см. табл. 3). В воде выявлено повышенное содержание сульфатов, железа, цинка, свинца и кадмия, превышающие ПДК в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ГН 2.1.5.1315-03): сульфатов - 1308,0-2031,2 мг/л (2,6-4,1 ПДК), аммония - 104,3-134,8 мг/л (69.5-89.9 ПДК), железа -40.8-10.0 мг/л (136-267 ПДК). цинка -4,52-6,46 мг/л (4,5-6,5 ПДК), свинца - 0.031-0,10 мг/л (3-10 ПДК), кадмия - 0,0015-0,001 мг/л (1,5-10 ПДК).
Установлено, что в настоящее время подземные воды в пределах исследуемого участка являются загрязненными по значению минерализации, величине общей жесткости, содержанию сульфатов, аммония, железа, цинка, свинца, кадмия. Существующее
ГЛ §
=
.H |2
1
к
2
i
о =
s >»
с.
£
о =
X 2 г
В
п
4
О =
5 =
п
я
в s
V
т =
7
Н ■С
е
fr «
а.
|ф 5 Oi g S ? m О. $ Ä
M < i 1 f« I о 1 ос 1 i
M < i § о f •J» 1
3 1 «Л i i 1 i
£ « t i 1 1 8 о' i 1
Д 3 S -г ч •л I
3 1 § I 1 т 5 2*
H « о 534 "TN« ?5я SS i 9 з9|
h i II i 5-s-l s о 5 5 3
л 1N - 131 Iii is I 13 ?! 2 m
С S §©. — V o- m ï5§ 13 Is cî Ш
5 > M s 2 5 ». £ £ £ 5 4 = 15 г- 5 â t-' I 13s
« -г 11 ! I Si sil m gl 5 II i SS?
• * 538 5 SS 519 ^ £ " о § ^ i' >ri ООО
f 2 §53 Ш SS S 8
ш s f» s го s £ 8 S
is 'о * 3 S 3 5
if! 8 H § ? 5 C4 я P. Я з я
*»iî •■M i N I 1 I n rt S]
s mi "E. S 3 О fi 5 5 3
Ш í У 8 о «Л á г-i 1 d о i
загрязнение грутов. поверхностных и подземных вод определяется как площадным воздействием медеплавильного производства, так и более локальным воздействием техногенно-минерального месторождения пиритных огарков, что определяет необходимость ведения экологического мониторинга при последующем извлечении металлов из отходов производства [ 1 ).
Выводы
1. Отвалы пиритных огарков являются техногенно-минеральными месторождениями. содержат цветные, благородные металлы и вто же время являются локальным источником воздействия на природную окружающую среду: почвы, поверхностные и подземные воды вносят свой вклад в химическое загрязнение промышленной площадки.
2. Основными элементами-загрязнителями являются тяжелые металлы: Си, Zn, Pb. Sn. Ag. Sb и Bi. Вследствие различной миграционной способности спектр тяжелых металлов загрязнителей грунтов и вод имеет черты отличия.
3. Наличие воздействия техногеннс-минеральных месторождений пиритных
огарков на природную окружающую среду определяет необходимость ведения экологического мониторинга в период их персрабстки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гуман О. А/.. Макаров А. Б.. Захаров Л. В. Особенности локального экологического мониторинга окружающей среды объектов горнопромышленного производства (на примере Среднего Урала) // Известия вузов. Горный журнал. 2007. №2. С. 39-40
2. Макаров Л. Б. Главные типы техноге»шо-минеральных месторождений Урала: научное издание. Екатеринбург: У1ТУ, 2006. 206 с.
3. Техногенные месторождения Среднего Урача и оценка их воздействия на окружающую среду/С. И. Мормнль, В. А. Сальников. А. А. Амосов и др. Екатеринбу рг. 2002. 206 с.
4. Фатку.пин //. Р. Ипритные огарки ОАО «Мннудобрения» (г. Мелсуз)- ценное техногенное сырье//Реновация: отходы-технологии-доходы: тез. всерос. науч.-практ конф. Уфа. 2004. С. 237-241.
5. Шин С И., Чумарев В М. Гуляева Р. И. Усовершенствованный вариант бесхлоридной технологии комплексной переработки пиритных огарков // Экологические проблемы промышленных регионов: мат-лы всерос. конф. Екатеринбург,2004. С. 324-325.
УДК 556.388(470.5)+551.311.231
ЗАЩИЩЕННОСТЬ ПИТЬЕВЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ В ПРЕДЕЛАХ ВОСТОЧНОГО СКЛОНА УРАЛЬСКОЙ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ ОБЛАСТИ
В. П. Новиков, О. Н. Гряшов
Обоснована защищенность шгтьевых подземных вод восточного склона Урала от микробного загрязнения при мощности юны аэрации, сложенной суглинистыми грунтами коры химического выветривания, не менее 2,3 м.
Ключевые слова, защищенность, питьевые подъемные воды, микробное загрязнение, гора выветрнвг ния.
The protection of underground potable waters from microbe pollution is substantiated of the eastern slope of the Urals with high zone of aeration, composed of loamy soils of the crust of chemical weathering, not less than 2.3 m.
Key words: proccctability, potable water, microb contamination, crust of weathering.
