Глава 2. Методы исследования

Содержание

Введение 3

Глава 1. Литературный обзор 4

Глава 2. Методы исследования 7

2.1. Геохимическое опробование 7

2.2. Методы полевых исследований 9

2.3. Подготовка проб к анализу 10

2.4. Методы лабораторных исследований 11

Глава 3. Характеристика Медногорской геотехнической системы 16

3.1. Физико-географические условия 16

3.2. Эколого-геохимические условия района 19

3.3. Краткий очерк геологического строения объекта 20

3.4. История формирования Медногорской ГТС 24

Глава 4. Результаты исследования гидрохимии поверхностных вод и геохимии донных отложений Медногорской ГТС 26

4.1. Гидрохимия фоновых и техногенных поверхностных водотоков 26

4.2. Гидрохимия карьерных озер Яман-Касы и Блява 31

4.3. Химический и минеральный состав донных отложений 35

4.4. Химический состав влекомой взвеси в поверхностных водах МТС 46

Глава 5. Обсуждение результатов исследований 51

5.1. Формирование кислых рудничных вод 51

5.2. Процессы гидролиза в зонах смешения техногенных вод 52

5.3. Сопоставление результатов натуральных исследований и экспериментальных химико-аналитических работ 52

Заключение 56

Литература 59

 

 

Введение

Рудные месторождения Урала со времен древних рудокопов и по настоящее время являются основным источником и сырьевой базой развития цветной металлургии региона. Вместе с тем, участки разрабатываемых месторождений, где совмещены добыча, обогащение и металлургический передел руд, представляют собой основные узлы нарушенных экосистем, а, зачастую, техногенные пустоши. Ярким примером необратимой деградации окружающей среды является такой крупный горнопромышленный узел, как Медногорская геотехническая система.

Район г. Медногорска характеризуется высоким уровнем содержания загрязняющих веществ, что связано с деятельностью Медногорского медно-серного комбината (МСК), а также с общим загрязнением атмосферы, обусловленным высокой степенью техногенной нагрузки в Оренбургской области.

По объемам выбросов вредных веществ Оренбургская область находится среди регионов России на лидирующих позициях (более 500 тыс. т/год). Напряженная экологическая ситуация, сложившаяся в 80-е годы, сохраняется и по настоящее время. Высокая степень загрязнения связана с низким уровнем природоохранных мероприятий. В результате этого происходит загрязнение воздуха и депонирующих сред (пород, почв, донных осадков) фтористым водородом, сероуглеродом, диоксидом азота и тяжелыми металлами.

Пыль из объединенного дымохода Медногорского медно-серного комбината состоит из пирита, халькопирита, станнина, Cu-Zn-шпинели, кварца и алюмосиликатов. Аэральные потоки тяжелых металлов в виде тонкодисперсной пыли при депонировании в почвах формируют техногенные геохимические аномалии, пространственное положение которых определяется, главным образом, розой ветров. Их максимальная контрастность наблюдаются в районе Медногорска в восточном и западном направлениях.

В настоящее время по данным комплексной экспертизы и в соответствии с результатами ранжирования территории Оренбургской области, выполненной различными организациями, район отнесен к зоне экологического бедствия.

Целью данной работы была характеристика геохимических процессов под влиянием складированных отходов добычи и переработки колчеданных руд Медногорской группы месторождений (месторождения Блява и Яман-Касы). При этом были поставлены следующие задачи:

1. Получить данные о химическом составе воды и донных отложений природных фоновых водотоков в районе Медногорской геотехнической системы.

2. Получить данные о химическом составе воды и донных отложений для техногенных водотоков в зонах влияния кислых рудничных вод.

3. Дать характеристику минерального и химического состава современных суспензионных охристых отложений на участках гидролиза кислых вод.

4. Выполнить циклы экспериментальных химико-аналитических работ по синтезу гидроксидов и гидроксисульфатов железа. Провести сравнительный анализ техногенных охр и синтезированных фаз.

Исследования выполнялись в лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии ИМин УрО РАН (заведующий, к.г.-м.н. В.Н. Удачин).

Автором, вместе с участниками полевого отряда “геоэкологический”, непосредственно был выполнен полевой отбор проб с охватом района Медногорской ГТС общей площадью 165 км². Это опробование включало: гидрохимические пробы из основных водотоков 24 штуки; пробы донных отложений 17 штук, суспензионных проб рыхлых новообразований в участках гидролиза 22 штуки. Выполненный в последующем химический анализ проб включал и обработку результатов, которая заключалась в составлении таблиц, графиков, гистограмм.

По результатам всех анализов составлены таблицы (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 в тексте) и построены диаграммы и гистограммы (рис. 6, 7, 8, 11, 12, 20, 21, 22 в тексте).

При написании дипломной работы использовались литературные источники различных авторов, как российских, так и зарубежных.

Автор выражает огромную благодарность всем работникам лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии Удачину В.Н., Удачиной Л.Г., Лонщаковой Г.Ф., Маляренок М.Н., Вализер Н.И., Аминову П.Г., аналитикам Рябухиной Т.М. и Кашигиной Н.И. за помощь в выполнении анализов.

Глава 1. Литературный обзор

 

Экологические проблемы, вызванные деятельностью горно-обогатительных комбинатов, складированием отвалов вскрышных пород и сульфидсодержащих руд, и отходов обогащения (хвостохранилищ) актуальны как за рубежом, так в России. Начиная с 60-70 годов интерес к этим проблемам год от года растёт.

В настоящее время имеется много публикаций, посвященных геохимии современных окислительных процессов. Основное внимание в работах экологического направления уделено исследованию наиболее значимого источника распространения тяжелых металлов – сульфидсодержащих отвалов. Объектами исследований являются также действующие и заброшенные горнодобывающие предприятия.

В России данные проблемы хорошо изучены на примере воздействия крупного металлургического комплекса на экосистемы российской части Субарктики (Даувальтер, 1997, 1998, 1999, 2000). На примере воздействия комбината «Североникель» хорошо показано как трансформируются низкобуферные экосистемы под влиянием сернокислотных эмиссий. Накопление высоких концентраций тяжелых металлов происходит в слоях донных отложений озер мощностью до 25-30 см и сопровождается образованием значительной доли мобильных, легкообменных форм, которые представляют большую опасность для биоты в озерных экосистемах.

На Южном Урале очень высоким уровнем загрязнения характеризуется г. Карабаш Челябинской области. По результатам комплексной экспертизы ему присвоен статус «зоны экологического бедствия». По данным космической съемки эта территория отнесена ЮНЕСКО к экологической «черной дыре» планеты. Источником техногенного загрязнения территории г. Карабаш является медеплавильный комбинат, созданный в начале прошлого века. Кроме того, источником загрязнения являются отвалы вскрышных пород. Во многих работах (Удачин и др., 1999; Удачин и др., 2002; Щербакова и др., 2001) рассмотрено антропогенное воздействие на воздушную, водную и почвенную среды города. Поступление тяжелых металлов (ТМ) в атмосферу с выбросами комбината и выпадение их на большой территории приводит к формированию искусственных субпровинций с измененным элементным пейзажем в окрестностях города.

Экологическая обстановка района г. Учалы и его окрестностей полностью определяется деятельностью Учалинского горно-обогатительного комбината (УГОКа). Как показала Л.Н. Белан, впервые в 1997 г. выполнившая на территории Учалинского района оценку техногенного воздействия комбината на окружающие ландшафты, экологическая обстановка в городе и его окрестностях неблагополучна. Изученная площадь ограничена радиусом 10-12 км от промплощадки УГОК в соответствии с преобладающим направлением ветров. Аэрогенное загрязнение территории ТМ, изученное на примере снежного и почвенного покровов, происходит за счет взрывных работ в Учалинском карьере, дефляции с отвалов, транспортировки и переработки руд. В настоящее время взрывные работы на карьере прекратились и основным источником загрязнения являются аэральные выпадения тонкодисперсного сульфидного материала из трубы сушильного отделения обогатительной фабрики и эоловые разносы сульфидно-силикатного материала от отвалов и хвостохранилища. Учитывая присутствие металлов в различных формах в воде, почве, донных отложениях, в работе Л.Н. Белан высказано предположение о вероятных формах нахождения металлов. Однако это положение экспериментально не обосновано (Белан, 1997; Шафигуллина, 2008).

Изучение площади полиметаллического (Zn, Cu, Pb, Fe, Ag) сульфидного месторождения Фенис Капане (Южная Тоскания, Италия) показывает, что заброшенные рудные пустые породы содержат большие количества загрязняющих элементов, которые являются потенциально опасными для окружающей среды. С целью оценки сезонных изменений рассеивания загрязняющих элементов осуществлены исследования вод, донных отложений, отвалов и отходов обогащения в заброшенных рудных площадях Тоскании в различные сезоны года. Было выполнено вертикальное опробование отвалов и отходов обогащения руд на различные глубины (0-15 см, 15-45 см, 70-90 см), отбор проб воды и реализованы аналитические методы (определение состава вод и твердых материалов, минералогия), определение размера частиц твердых материалов. По данным авторов, флотационные отходы 57-84 гг. показывают почти нейтральное значение pH (6.2-7.8), тогда как старые флотационные отходы 50-56 гг. имеют значение pH 2.6-6.3. Отвалы добычи руд характеризуются высокими содержаниями металлов и низкими значениями pH, подобными флотационным отходам 50-56 гг. Однако, они оказывают меньшую угрозу для окружающей среды, так как металлоносные фазы заключены в тонкодисперсных силикатно-гидроксидножелезистых новообразованных охрах.

В Южной Корее С.Ли и соавторы изучали влияние отработанного Cu-Pb рудника Санггок на речную систему. Исследование показало загрязнение морского залива тяжелыми металлами под воздействием рудничных, поверхностных и подземных вод. Концентрации некоторых токсичных элементов (Al, As, Cd, Cu, Fe, Mn, Se, Pb и Zn) оказались в 10-100 раз выше в рудничных водах по сравнению с незагрязненными поверхностными и фоновыми. Однако, большинство токсичных поллютантов из рудничного дренажа быстро транспортируются в поверхностные воды с осаждением гидроксидов алюминия и железа. Геохимическое моделирование (по программе WATEQ4F) проб воды показало, что потенциально токсичные металлы могут существовать в формах MSO₄^2-, M²⁺ в рудничных водах. Эти металлы в поверхностных и фоновых водах могут образовывать комплексы ионов M²⁺, CO₃^2- и OH^- (Yu, 1996).

Приведенный краткий обзор отечественных и зарубежных работ по проблеме загрязнения окружающей среды горнорудными предприятии очерчивает часть вопросов, связанных с этой проблемой, конкретных факторов загрязнения, методов изучения районов деятельности предприятий и возможных путей улучшения экологической обстановки.

Геохимическое опробование

 

Металлургические предприятия - один из главных промышленных источников поступления тяжёлых металлов в окружающую среду. В результате длительной промышленной деятельности вокруг них возникают геохимические аномалии с повышенным содержанием элементов-загрязнителей в почве, донных отложениях, воде и биологических объектах. Конфигурация загрязненной территории вокруг источников аэральных выбросов обычно близка к форме розы распределения ветров в данной местности. На уровень загрязнения территории кроме природных факторов влияют длительность работы производства и особенности его технологического процесса. В зависимости от размера и веса частиц пыль, содержащая тяжелые металлы, оседает на поверхности органического и неорганического субстрата. Наиболее существенные загрязнения наблюдаются в радиусе первых километров от источника эмиссии, но иногда радиус загрязнения может достигать десятков километров.

В случаях, когда источники эмиссии рассредоточены на значительной территории и обусловлены не газопылевыми выбросами, а представлены отвалами добычи руд с большим количеством быстро окисляющихся сульфидов, основную нагрузку принимают на себя транспортные (поверхностные воды) и депонирующие среды (почвы и донные отложения). Опробование донных отложений и отбор гидрохимических проб являются, в таком случае, основным инструментом для получения обоснованных выводов по техногенному загрязнению.

Предварительно изучался картографический материал и литературные данные по уже проведённым исследованиям, что позволило определить сеть точек наблюдения, расположенных как непосредственно возле отвальной массы, так и в нарастающем удалении по мере продвижения к незагрязненным водотокам (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Схема отбора проб

Методы полевых исследований

 

Полученная сеть точек позволила опробовать большую территорию общей площадью 165 км². В ходе полевых работ были отобраны пробы воды, как основных показателей воздействия на водную экосистему. Осуществлён отбор проб донных отложений, суспензионных проб рыхлых новообразованных выпадений в участках гидролиза кислых рудничных вод.

Достоверная оценка воздействия потока техногенных веществ на геосис­тему, особенности миграции тяжелых металлов в системе могут быть получены только при сравнительном исследовании техногенно измененных и природных геосистем. Поэтому работы на природно-техногенном полигоне дополнялись таким же комплексом исследований на фоновом участке с аналогичной литологической основой, находящемся вне зоны воздействия источника тяжелых металлов.

 

Рис. 2. Отбор проб суспензионных рыхлых новообразованных выпадений в участках гидролиза.

Гидрохимическое опробование

В методике эколого-геохимического картирования подразумевается, что конечным этапом миграции вещества служит аквальный (субаквальный) элементарный геохимический ландшафт – река, замкнутый бассейн. Внесенные вещества либо уносятся реками, либо консервируются в осадок, накапливаются в поровом растворе. Таким образом, поток вещества в геосистеме направлен от водоразделов к склонам и далее вниз по рельефу (Методические…, 1981). Поэтому важно проводить опробование поверхностых водотоков, расположенных на исследуемой территории.

Отбор проб проведен согласно ГОСТу Р 51592 – 2000. Отобранные гидрохимические пробы помещались в чистые 1,5 – литровые пластиковые бутылки с четкой маркировкой, которые заполнялись под пробку.

Подготовка проб к анализу

 

Гидрохимические пробы в течение 48 часов после отбора были доставлены в стационарную лабораторию Института минералогии УрО РАН для выполнения аналитических работ.

В ходе исследований в нефильтрованных пробах определялись величины pH, Eh и электропроводность. Определение уровня водородного показателя и окислительно-восстановительного потенциала производилось с помощью комбинированного pH-Eh-метра «Yokоgawa pH 81» (Япония) и pH-метра 121. Диапазон измерений составляет: pH – 0-14; Eh - 0±1999 mV. Абсолютная погрешность прибора ±0.01 ед. pH и 1 mV, соответственно. Для контроля измерений pH применялись стандартные буферные растворы (pH 3.56, 6.86, 1.68 и 9.18), для промывки электродов применялась дистиллированная вода. Измерение удельной электрической проводимости производилось кондуктомером «HI-933000» с температурным компенсатором (Португалия). Диапазон измерений прибора 0-199.9 мкСм/см, стандартное отклонение ±2%(Методические…, 1981).

Для определения химического состава воды пробы отфильтровывались через мембранные фильтры под вакуумом с использованием ручной установки Sartorius-1651. Применялись мембранные фильтры «Wathman» из ацетата целлюлозы с размером пор 0.45 мкм, что обеспечило разделение взвешенных и растворенных форм элементов.

Осадки на фильтрах, представляющие собой влекомую взвесь, высушивали и взвешивали. Определялось количество взвеси в единице объема (в мг/л). Далее пробы взвеси вскрывали смесью кислот и проводили измерения содержаний микроэлементов.

Пробы донных отложений и суспензионных охр сушились в естественных условиях при температуре 22-25⁰С. Высушенные пробы растирали в ступе керамическим пестиком. Затем проводилось изучение минерального состава. Для определения химического состава навески донных отложений фракции <0.063 мм массой 500-700 мг вскрывались смесью кислот.

Реактивы и материалы

Азотная кислота по ГОСТ 4461, х.ч или ос.ч.

Соляная кислота по ГОСТ 3118, х.ч. или ос.ч.

Фтористоводородная кислота по ГОСТ 10484-63.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Перекись водорода, медицинская.

Ацетилен, сжатый в баллонах, чистота 99,2.

Cтандартные государственные образцы (ГCО) состава водных растворов элементов по ГОСТ 8.315.

Подготовка к анализу:

Приготовление 1.0 н раствора азотной кислоты:

60 см³ концентрированной азотной кислоты осторожно при перемешивании вливают в воду и доводят объем раствора водой до 1 дм³.

Приготовление градуировочных растворов металлов:

Градуировочные растворы готовят путем разбавления в мерной посуде необходимого стандартного образца состава водного раствора элемента раствором азотной кислоты 1.0 н концентрации.

СО содержат в 1 см³ 1 мг марганца.

СО содержат в 1 см³ 1 мг меди.

СО содержат в 1 см³ 1 мг цинка.

СО содержат в 1см³ 1 мг никеля.

СО содержат в 1 см³ 1 мг свинца.

СО содержат в 1 см³ 1 мг кадмия.

СО содержат в 1 см³ 1 мг хрома.

СО содержат в 1 см³ 1 мг кобальта.

Методика выполнения

После отбора пробы донных отложений и суспензионных охр, влажность которых составляет иногда 78% сушат при комнатной температуре. Время высушивания определяется визуально, проба должна иметь воздушно-сухое состояние. Следующая стадия - это измельчение проб и просеивание через сито (Ø ячеек 0.1 – 0.3 мм.). Масса навески 0.5-1.0 г, но в зависимости от предполагаемого состава пробы может быть уменьшена или увеличена. Навески проб брались на аналитических весах с точностью до 4-го знака, помещались в стеклоуглеродные тигли. После этого их смачивали небольшим количеством дистиллированной воды. Потом идет стадия разложения кислотами. В каждый стеклоуглеродный тигель добавляют 3 мл соляной кислоты, 1 мл азотной кислоты, 2 мл плавиковой кислоты, 1 мл перекиси водорода. На этой стадии, в зависимости от вида пробы, может начаться бурная реакция на прибавление реактивов. Поэтому все реактивы добавляются поочередно, в случае длительного выделения газов необходимо соблюдать временной промежуток. После бурной реакции стелеуглеродные тигли ставятся на электрическую плитку до выпаривания досуха. Затем, после упаривания, добавляем опять 3 мл соляной кислоты, 1 мл азотной кислоты и 1 мл плавиковой кислоты, опять выпариваем досуха. После этого добавляем 2 мл азотной кислоты и снова ставим выпаривать. Так же, как и в первом случае, до сухого остатка. Далее опять добавляют в каждый тигель 2 мл азотной кислоты, выпаривая уже до влажных солей. Затем в каждый тигель добавляют горячий раствор 1 н азотной кислоты и ставят на плитку для полного растворения осадка.

Следующая стадия заключается в переливании получившегося раствора в мерные колбы объемом 25 мл. Объем раствора доводится до метки 1н раствором азотной кислоты и тщательно перемешивается.

Так как концентрация некоторых элементов в полученных растворах превышает верхний предел измерений на приборе, пробы необходимо разбавить. Для этого в пробирку объемом 10 мл переносится 1 мл исходного раствора и добавляется 9 мл 1н раствора азотной кислоты. Полученный раствор тщательно перемешивается. Данные объемы проб берутся пипетками. Растворы готовы для измерений на приборе.

Термический анализ представляет собой метод исследования физико-химических и химических превращений, происходящих в веществе при программированном изменении температуры. С помощью этого метода обнаруживают тепловую природу, эндо- или экзотермический характер и температурный интервал превращения, что является основными диагностическими параметрами для большинства минеральных фаз. Одновременно с проведением термического анализа часто изменяют и регистрируют ряд других параметров образца в зависимости от температуры.

Дифференциальный термический анализ (ДТА) основан на регистрации разности температуры ΔТ между исследуемым образцом и термоинертным эталонным материалом в зависимости от температуры или времени при изменении температуры среды по заданной формуле Т0-Тэ=ΔТ=f(Т, t). В результате анализа получается кривая ДТА. При ее графическом изображении разность температуры ΔТ откладывается по оси ординат, а время t или температура Т по оси абсцисс слева направо. Измерение проходило на приборе дериватограффе Q-1500, диапазон 5⁰-70⁰, шаг 0,02⁰ анод Cu (1.54178).

Если превращения в образце отсутствуют, ΔТ=0, кривая ДТА имеет вид прямой, совпадающей с нулевой линией, параллельной оси абсцисс. На практике кривая ДТА обычно отклоняется в ту или другую сторону от нулевой линии, так как теплофизические свойства образца и эталона при нагревании изменяются различным образом. Такой участок кривой ДТА называется базисной линией. Температура образца может изменяться в результате фазовых переходов и химических реакций, связанных с изменением энтальпии. К таким процессам относятся: плавление, кипение, испарение, сублимация, перестройка или разрушение кристаллической структуры, а также реакции диссоциации, дегидратации, разложения, окисления, восстановления и т. д. Эти процессы сопровождаются выделением или поглощением тепла и вызывают соответственно экзотермические или эндотермические эффекты на кривой ДТА (Гинзбург, 1985).

Рентгенографический количественный фазовый анализ основан на прямо пропорциональной зависимости интенсивности дифракционной картины каждой фазы от ее содержания в пробе. При этом, как правило, соотношение интенсивностей рефлексов каждой фазы остается постоянным, изменяется лишь как от содержания минерала в пробе, так и от общего фазового состава пробы. Измерение проходили на ДРОН – 2.0, Cu Kλ излучение, графитовый монохромат, аналитик Рябухина Т.М.

Заключение

В представленной работе впервые рассматриваются процессы трансформации окружающей среды Медногорской геотехнической системы, связанные с деятельностью Медногорского медно-серного комбината и Блявинского рудоуправления.

Сульфидизированная отвальная масса отходов добычи руд рассмотрена как источник формирования гидрохимических аномалий. Формирование кислых вод происходит локально, на участках отвалов, где складировались породы с сульфидной минерализацией.

Техногенные гидрохимические потоки при анализе растворимой фазы дают незначительную часть информации по масштабам и интенсивности процессов техногенного загрязнения. Значительно более информативными являются фазы в составе влекомой взвеси и донные отложения. Аномальные концентрации, отмечаемые в составе влекомой взвеси в точках опробования с “фоновыми” характеристиками растворимой фазы, свойственны халькофильным элементам, являющихся типоморфными для колчеданных руд – Cd, Cu, As, Zn, Sb.

Установлено, что тонкодисперсная фракция донных отложений в транзитных водотоках, в условиях меняющегося динамического режима потоков, является преимущественным концентратором большей части тяжелых металлов. Накопление металлов в донных отложениях происходит также в результате сорбции их из раствора на гидроксидах железа. Реализация этого механизма наиболее ярко наблюдается в шламоотстойнике. Изучение форм нахождения тяжелых металлов в донных отложениях подтверждает, что решающее значение в процессах сорбции играет фракция, связанная с гидроксидами железа и марганца, а также силикатные формы.

В результате проведенных исследований установлены минеральные формы новообразований в донных отложениях Медногорской ГТС. Минеральный состав свидетельствует о вероятном смещении достигнутого при данных рН-Eh условиях равновесия и о вероятной трансформации их состава при изменении физико-химических условий.

Сопоставление состава синтезированных желесодержащих фаз и фаз в составе охристых суспензионных техногенных отложений продемонстрировало сходство на уровне гидроксисульфата железа – швертманнита. Синтезированный гидроксид железа нельзя считать в полной мере отвечающим теоретическим расчетам и его аналогов среди техногенных охр в водотоках Медногорской ГТС не найдено.

Для территории г. Медногорска и его окрестностей минимизация процессов техногенеза, в первую очередь, должна быть направлена на очистку загрязненных земель и водных источников, а также на ликвидацию или рекультивацию техногенных месторождений (отвалов вскрышных пород, отвалов в районе бывшей обогатительной фабрики, шламоотстойника).

 

 

 

 

Литература

Балашов Ю.А. Геохимия редкоземельных элементов. М.: Наука, 1976. 267 с.

Белан Л.Н. Экогеохимия ландшафта горнорудного района (на примере города Учалы) // Автореферат диссертации на соискание ученой степени… Москва, 1997. 14 с.

Бодров С.С., Эколого-геохимические исследования ландшафтов Южного Урала (Район г. Медногорска) / Изменение природной среды: глобальный и региональный аспекты, под ред. А.Н.Геннадиева и Е.В.Милановой. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1997, 200с.

Гинзбург А.И. Справочник «Методы минералогических исследований». Москва «Недра», 1985.

Глинка Н.Л. Общая химия. Изд. 18-е, испр. Л. «Химия», 1976, 728с., ил.

Даувальтер В.А. Загрязнение донных отложений бассейна реки Пасвик тяжелыми металлами // Геоэкология. – 1997. - № 6. – С. 43–53.

Даувальтер В.А. Закономерности осадконакопления в водных объектах европейской субарктики (природоохранные аспекты проблемы). Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук. Москва, 1999. С. 52.

Даувальтер В.А. Концентрации металлов в донных отложениях закисленных озер // Водные ресурсы. – 1998. – Т. 25. - № 3. – С. 358–365.

Даувальтер В.А. Оценка токсичности металлов, накопленных в донных отложениях озер. Водные ресурсы, 2000, № 4, с. 469-476.

Даувальтер В.А. Тяжелые металлы в донных отложениях озерно-речной системы оз. Инари- р.Пасвик. Водные ресурсы, 1998, том 25, с. 494-500.

Ерохина А.А. Почвы Оренбургской области. Изд-во АН СССР, 1958, 158с.

Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами. М.: Гидрометеоиздат, 1981. 109 с.

Очерки по региональной тектонике том 1 Южный Урал, 1992

Прокин В. А., Нечеухин В.М., Сопко П.Ф. и др. Медноколчеданные месторождения Урала: Геологические условия размещения. / Свердловск: УНЦ АН СССР, 1985. 288с.

Роговер Р.Б., Медно-колчеданное месторождение Блява. 1939, 175с.

Савенко В.С. Химический состав взвешенных наносов рек мира. М.: ГЕОС, 2006.-175 с.

Удачин В.Н., Дерягин В.В., Лонщакова Г.Ф. Накопление рудных концентраций халькофильных и сидерофильных элементов в донных отложениях озер под влиянием антропогенного фактора // Метал. древн. и совр. океанов – 99. Миасс, 1999. С.228-231

Удачин В. Н., Китагава Р., Вильямсон Б., Сугахара Т. Руды и металлургические шлаки месторождений Карабаша (Южный Урал) и Ашио (Япония): состав и потенциальное воздействие на окружающую среду // Металлогения древних и современных океанов – 2002. Миасс: ИМин, 2002. С. 267–275.

Удачин В.Н., Филиппова К.А., Дерягин В.В. Процессы формирования состава воды в карьерных озерах Южного Урала // Безопастность жизнидеятельности в третьем тысячелетии. Челябинск, 2003. С. 115-118.

Филиппова К.А., Дерягин В.В. Гидрохимия карьерных озер Бакальской геотехнической системы (Южный Урал) // Водные ресурсы, 2005. №4. С. 470-476.

Фирсов В.Я., Мартынова В.Н. Медь Урала. Екатеринбург: УГТУ – УПИ, 1995. 296с.

Шафигулина Г.Т. Геоэкологическин условия процессов техногенеза Учалинской геотехнической системы (Южнвй Урал). Автореферат канд.г.-м.н. Дисс. М., ФГУП ВИМСа, 2008, 22 с.

Щербакова Е. П., Иванова Т. К. Проблема сохранения минерального разнообразия техногенных объектов // Минералогия техногенеза – 2001. Миасс: ИМин УрО РАН. С. 246–249.

Bachmann T.M., Friese K., Zachmann D.W. Redox and pH conditions in the water column and in the sediments of an acidic mining lake // J. Geoch. Explor., 2001. Vol. 73. P. 75-86.

Benvenuti M., Mascaro I., Corsini F., Lattanzi P., Parrini P., Tanelli G. Mine waste dumps and heavy metal pollution in abandoned mining district of Boccheggiano (Southern Tuscany, Italy). // Environmental Geology, April, 1997. 30 (3/4). pp 238–243.

Castendyk D., Webster-Brown J.D. Sensitivity analyses in pit lake prediction, Martha Mine, New Zealand 1: Relationship between turnover and input water density // Chev. Geology, 2007. Vol. 244. P. 42-55.

Castro J.M., Moore J.N. Pit lakes: their characteristics and the potential for their remediation // Environ. Geol., 2000. Vol. 39. №11. P. 1254-1260.

Denimal S., Bertrand C., Mudry J., Paquette Y., Hochart M., Steinmann M. Evolution jf the aqueous geochemistry of mine pit lakes – Blanzy-Montceau-les-Mines coal basin (Massif Central, France): origin of sulfate contents; effects of stratification on water quality // Appl. Geochem., 2005. Vol. 20. P. 825-839.

Martin, J-M., and Whitfield, M., 1983, The significance of the river input of chemical element to the ocean; in Wong, C.S., Boyle, E., Bruland, K.W., Burton, J.D., and Goldberg, E.D. (eds.), Trace Metals in Sea Water: Plenum Press, New York, pp. 265-296.

Pillicori D.A., Gammons C.H., Poulson S.R. Geochemistry and stable isotope composition of the Berkeley pit lake and surroubding mine water, Butte, Montana // Appl. Geochem., 2005. Vol. 20. P. 2116-2137.

Ramstedt M., Carlsson E., Lovgren L. Aqueous geochemistry in the Udden pit lake, northern Sweden // Appl. Geochem., 2003. Vol. 18. P. 97-108.

Regenspurg S., Brand A., Peiffer S. Formation and stability of schwertmannite in acidic mining lakes // Geoch. Cosmochim. Acta, 2004. Vol. 68. №6. P. 1185-1197.

Totsche O., Poething R., Uhlmann W., Buettcher H., Steinberg C.E. Buffering mechanisms in acdic mining lakes – a mode-based analysis // Aquatic Geochem., 2003. Vol. 9. P. 343-359.

Uclmann W., Buttcher H., Totsche O., Steinberg C.E. Buffering of acidic mine lakes: the relevance of surface e[change and soild-bound sulphate // Mine Water and Environ., 2004. Vol. 23. P. 20-27.

Yu J.Y. Pollution of Oshepcheon Creek by abandoned coal mine drainage in Dogyae area, eastern part of Samcheok coal field, Kangwon-Do, Korea // Environmental Geology, 27, 1996. pp. 286–299.

 

Содержание

Введение 3

Глава 1. Литературный обзор 4

Глава 2. Методы исследования 7

2.1. Геохимическое опробование 7

2.2. Методы полевых исследований 9

2.3. Подготовка проб к анализу 10

2.4. Методы лабораторных исследований 11

Глава 3. Характеристика Медногорской геотехнической системы 16

3.1. Физико-географические условия 16

3.2. Эколого-геохимические условия района 19

3.3. Краткий очерк геологического строения объекта 20

3.4. История формирования Медногорской ГТС 24

Глава 4. Результаты исследования гидрохимии поверхностных вод и геохимии донных отложений Медногорской ГТС 26

4.1. Гидрохимия фоновых и техногенных поверхностных водотоков 26

4.2. Гидрохимия карьерных озер Яман-Касы и Блява 31

4.3. Химический и минеральный состав донных отложений 35

4.4. Химический состав влекомой взвеси в поверхностных водах МТС 46

Глава 5. Обсуждение результатов исследований 51

5.1. Формирование кислых рудничных вод 51

5.2. Процессы гидролиза в зонах смешения техногенных вод 52

5.3. Сопоставление результатов натуральных исследований и экспериментальных химико-аналитических работ 52

Заключение 56

Литература 59

 

 

Введение

Рудные месторождения Урала со времен древних рудокопов и по настоящее время являются основным источником и сырьевой базой развития цветной металлургии региона. Вместе с тем, участки разрабатываемых месторождений, где совмещены добыча, обогащение и металлургический передел руд, представляют собой основные узлы нарушенных экосистем, а, зачастую, техногенные пустоши. Ярким примером необратимой деградации окружающей среды является такой крупный горнопромышленный узел, как Медногорская геотехническая система.

Район г. Медногорска характеризуется высоким уровнем содержания загрязняющих веществ, что связано с деятельностью Медногорского медно-серного комбината (МСК), а также с общим загрязнением атмосферы, обусловленным высокой степенью техногенной нагрузки в Оренбургской области.

По объемам выбросов вредных веществ Оренбургская область находится среди регионов России на лидирующих позициях (более 500 тыс. т/год). Напряженная экологическая ситуация, сложившаяся в 80-е годы, сохраняется и по настоящее время. Высокая степень загрязнения связана с низким уровнем природоохранных мероприятий. В результате этого происходит загрязнение воздуха и депонирующих сред (пород, почв, донных осадков) фтористым водородом, сероуглеродом, диоксидом азота и тяжелыми металлами.

Пыль из объединенного дымохода Медногорского медно-серного комбината состоит из пирита, халькопирита, станнина, Cu-Zn-шпинели, кварца и алюмосиликатов. Аэральные потоки тяжелых металлов в виде тонкодисперсной пыли при депонировании в почвах формируют техногенные геохимические аномалии, пространственное положение которых определяется, главным образом, розой ветров. Их максимальная контрастность наблюдаются в районе Медногорска в восточном и западном направлениях.

В настоящее время по данным комплексной экспертизы и в соответствии с результатами ранжирования территории Оренбургской области, выполненной различными организациями, район отнесен к зоне экологического бедствия.

Целью данной работы была характеристика геохимических процессов под влиянием складированных отходов добычи и переработки колчеданных руд Медногорской группы месторождений (месторождения Блява и Яман-Касы). При этом были поставлены следующие задачи:

1. Получить данные о химическом составе воды и донных отложений природных фоновых водотоков в районе Медногорской геотехнической системы.

2. Получить данные о химическом составе воды и донных отложений для техногенных водотоков в зонах влияния кислых рудничных вод.

3. Дать характеристику минерального и химического состава современных суспензионных охристых отложений на участках гидролиза кислых вод.

4. Выполнить циклы экспериментальных химико-аналитических работ по синтезу гидроксидов и гидроксисульфатов железа. Провести сравнительный анализ техногенных охр и синтезированных фаз.

Исследования выполнялись в лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии ИМин УрО РАН (заведующий, к.г.-м.н. В.Н. Удачин).

Автором, вместе с участниками полевого отряда “геоэкологический”, непосредственно был выполнен полевой отбор проб с охватом района Медногорской ГТС общей площадью 165 км². Это опробование включало: гидрохимические пробы из основных водотоков 24 штуки; пробы донных отложений 17 штук, суспензионных проб рыхлых новообразований в участках гидролиза 22 штуки. Выполненный в последующем химический анализ проб включал и обработку результатов, которая заключалась в составлении таблиц, графиков, гистограмм.

По результатам всех анализов составлены таблицы (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 в тексте) и построены диаграммы и гистограммы (рис. 6, 7, 8, 11, 12, 20, 21, 22 в тексте).

При написании дипломной работы использовались литературные источники различных авторов, как российских, так и зарубежных.

Автор выражает огромную благодарность всем работникам лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии Удачину В.Н., Удачиной Л.Г., Лонщаковой Г.Ф., Маляренок М.Н., Вализер Н.И., Аминову П.Г., аналитикам Рябухиной Т.М. и Кашигиной Н.И. за помощь в выполнении анализов.

Глава 1. Литературный обзор

 

Экологические проблемы, вызванные деятельностью горно-обогатительных комбинатов, складированием отвалов вскрышных пород и сульфидсодержащих руд, и отходов обогащения (хвостохранилищ) актуальны как за рубежом, так в России. Начиная с 60-70 годов интерес к этим проблемам год от года растёт.

В настоящее время имеется много публикаций, посвященных геохимии современных окислительных процессов. Основное внимание в работах экологического направления уделено исследованию наиболее значимого источника распространения тяжелых металлов – сульфидсод