Основные типы пирогенных продуктов в горелых отвалах угольных бассейнов

Слайд 1,2,3

Техногенное месторождение (ТМ) – скопление на поверхности Земли или в ее недрах (в горных выработках), в гидросфере или атмосфере отходов различных производств, по количеству и качеству содержащегося в них минерального сырья пригодные для промышленного использования в настоящее время или в будущем по мере развития науки, техники и экономики. В категорию месторождения техногенное образование (объект) может быть переведено только в случае его положительной технико-экономической оценки в результате специальных геологоразведочных работ и апробации запасов сырья территориальной комиссией по запасам.

Техногенные минеральные ресурсы – совокупность техногенного минерального сырья, содержащегося в отходах горно-обогатительного и металлургического (химического) производства в пределах какого-либо региона или отрасли в целом.

Отходы производства – 1) остатки сырья, материалов, полуфабрикатов образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства; 2) вновь образующиеся в процессе производства попутные вещества, не находящие применения. В отходы производства включаются вмещающие и вскрышные породы, образующиеся при добыче полезных ископаемых, побочные и попутные продукты, отходы сельского хозяйства.

Объект размещения отходов – специально оборудованное сооружение (полигон, шламохранилище, хвостохранилище, отвал горных пород и т.д.).

Хранилище (шламохранилище, хвостохранилище, накопитель сточных вод и т.д.) – искусственная или естественная емкость, включающая в себя комплекс сооружений, предназначенная для размещения хвостов обогащения полезных ископаемых, осадков сточных вод, шламов, шлаков, зол и других жидких, пастообразных или твердых отходов.

Хвосты – отходы обогащения полезных ископаемых, в которых содержание ценного компонента во много раз ниже, чем в исходном сырье, поскольку преобладают частицы пустой породы. Твердая фаза хвостовой пульпы представлена смесью минеральных частиц разного размера – от 3 мм до долей микрона. Состав частиц и их плотность зависит от минерального состава пород, вмещающих полезное ископаемое.

Слайд 8,9,10 Шлак металлургический – расплав, обычно покрывающий поверхность жидкого металла при металлургических процессах – плавке сырья, обработке расплавленных промежуточных продуктов, рафинировании металлов (очистке от примесей). Он перерабатывается, сортируется по размерам частиц и является ценным вторичным сырьем. Широко применяется в строительстве. Гранулированные шлаки используют для получения шлакопортландцемента, в качестве заполнителя для бетонов, в дорожном строительстве; из шлаковых расплавов вырабатывают минеральную вату, шлаковую пемзу, шлаковое литье.

Зола летучая – промышленная пыль в виде несгораемого остатка топлива, образующегося из его минеральных примесей при горении. Состоит из тонкодисперсного порошка – золы-уноса и шлака – сплавленного кускового материала. Шлаки используют в строительстве, зола-унос складируется в мокрых золоотвалах и лишь частично используется в цементной промышленности, при производстве промышленной керамики и асфальтобетона.

Сажа промышленная – промышленная пыль в виде твердого высокодисперсного углерода, образующегося при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов и входящего в состав промышленного выброса.

Слайд 2 Отвал, террикон, шлакозолоотвал – искусственная насыпь из отвальных грунтов или некондиционных полезных ископаемых, промышленных, коммунально-бытовых отходов.

Отвалообразование – формирование отвала на специально отведенных участках, в выработанных карьерах.

Слайд 4,5 Горельники – горелые породы в терриконе, которые образовались при горении отвальной массы.

Слайд 6,7 Техногенные минералы – созданные искусственно (синтезированные), либо образовавшиеся вследствие техногенного воздействия, а также диагенетического или гипергенного изменения техногенных отложений. Единая классификация для техногенных минералов еще не разработана. Предварительно выделяют следующие техногенные минералы и места их нахождения:

шлаки металлургических заводов:

железные шлаки доменных печей (авгит Ca(Na,Mg,Fe,Al)[(Si,Al)₂O₆, диопсид CaMg[Si₂O₆], волластонит CaSiO₃

шлаковые включения в стали (ильменит FeTiO_3, магнетит, гематит);

медные шлаки (гиперстен (Mg,Fe)₂[Si₂O₆], диопсид CaMg[Si₂O₆], куприт Cu₂O), гематит);

свинцовые шлаки (орнит Cu₅FeS₄, гематит)

угольные отвалы:

шлак бурого угля (ангидрит, сера);

зола бурых углей (магнетит, гематит);

участки раскристаллизации в стеклах (диопсид CaMg[Si₂O₆]);

осадки в трубопроводах электростанций:

галит, гипс, гематит магнетит, гидроксилапатит Ca₅[PO₄]₃OH.

 

Слайд 1,2,3 Результатом деятельности предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых является формирование техногенных образований. К ним относятся отвалы горнодобывающих предприятий, хвостохранилища обогатительных фабрик, шлакозольные отвалы топливно-энергетического комплекса, шлаки и шламы металлургического производства, отвалы химической отрасли. Скопления обычно обладают своеобразным минеральным составом и являются потенциальным источником разнообразных полезных ископаемых, в частности цветных, редких и благородных металлов, а также строительных материалов (щебень, песок и т.д.), т.е техногенным месторождением.

Выделяется 6 основных генетических типов техногенных минеральных образований (процессов минералообразования): 1) пирогенный (техногенно-пирогенный); 2) гипергенный (техногенно-гипергенный); 3) гидротермальный; 4) технологенный; 5) радиогенный; 6) биогенный. При одновременном участии двух или нескольких из названных процессов образуются сложные генетические отложения техногенных минералов, руд и горных пород. Рассмотрим подробнее эту классификацию.

 

Классификация минеральных техногенных образований

 

I. Слайд 4,5 Техногенно-пирогенные образования – минералы и горные породы, образующиеся в результате горения и при ядерных взрывах. Горению подвергаются каустобиолиты, колчеданные руды, отходы промышленности, растительность.

1. Техногенные образования, возникающие за счет горения:

А) каустобиолитов (угля, горючих сланцев, газа, газоконденсата, нефти, торфа). При горении угольсодержащих отвалов в поверхностных условиях происходит частичный вынос углерода, а на некоторой глубине – преобразование аморфного угля в различные кристаллические его модификации (графит от мелко- и крупночешуйчатого до длинноволокнистого) и образование карбидов железа (FeC₃) и кальция (CaC₂). Карбиды – тугоплавкие твердые вещества, нерастворимы ни в одном из известных растворителей. Карбиды применяют в производстве чугунов, сталей, различных сплавов, как абразивные и шлифующие материалы и т.д. В процессе сгорания газа, газоконденсата и нефти за счет вмещающих горных пород образуются стеклосодержащие породы (тенгизиты и др.), которые нередко используются как поделочные камни.

Слайд 6,7 Б) колчеданных руд. Подземные пожары этих руд хорошо исследованы. Они происходят в восстановительных условиях при температуре 1000-1100 ºС и давлении от 1 до 10 атм. На поверхности терриконов горение происходит очень быстро, но в глубине за счет снижения содержания кислорода процесс переходит в стадию многолетнего высокотемпературного тления, загрязняя окружающую среду. При данных процессах образуется сера, сульфаты и др. минералы.

В) отходов промышленности. Пожары, возникающие в отвалах химических заводов проходят за счет окислительных реакций отходов производства по подобию подземного колчеданного горения.

Г) при сгорании растительности (деревья, кустарник, сено, солома, поля злаковых). При сгорании растительность переходит в стекла или фитофульгуриты, которые относятся к фито-пирогенным образованиям.

2. техногенные образования, возникающие при ядерных взрывах. Ядерные взрывы вызывают образование специфических стекол и горных пород, аналогичных вулканическим, относящихся к техногенно-эксплозиопирогенному подтипу. При атмосферных взрывах на большой высоте образуются стекла, на небольшой высоте – стекла и шлакоподобные породы, на поверхности земли – шлаки и реже стекла, при подземных – шлаки, похожие на вулканиты, химический и минеральный состав которых зависит от вмещающих пород.

II. Слайд 11, 12 Техногенно-гипергенные минеральные образования формируются на поверхности земли, непосредственно на вскрытых рудных телах, вмещающих горных породах, или на отвалах вмещающих пород и некондиционных руд. Эти образования (среди техногенных) по своему распространению находятся на первом месте. Например, натечные образования.

III. Гидротермальный тип техногенных минеральных образований по своим масштабам и объему стоит на втором месте. Типичным примером является минералообразование в трубах гидроэлектростанции, использующей термальные воды вулкана Монте-Амиато в Италии. Термальные воды имеют температуру 200 ºС. При подаче термальных вод на паровых трубах, питающих станцию, из-за резкого перепада давления, температуры и других параметров образуются отложения метастибнита, кальцита, кремнезема. Примерно из-за этих же причин стенки газо- и нефтедобывающих скважин покрыты новообразованиями.

IV. Технологенный тип. Минералы образуются при различных технологических процессах. Например, при измельчении свежих проб карбонатных осадочных пород в течение 168 часов образовался новый минерал – метакаолинит.

V. К радиогенным относят минералы,образующиеся как в результате атомного распада самих отходов, так и при их воздействии на вмещающие породы.

VI. Биогенный тип. Многочисленными исследованиями установлено, что тяжелые металлы адсорбируются (поглощаются) стенками клеток, либо цитоплазмой. Образующиеся биопленки играют большую роль при обработке сточных и дренажных вод, служат биоиндикаторами окружающей водной среды и сорбентами при биовыщелачивании тех или иных химических элементов.

 

Лекция 2. Минералообразование в горных выработках и отвалах рудных и нерудных месторождений, а также в отходах обогатительных фабрик

Слайд 7, 8 Техногенно-минеральные образования горнодобывающей промышленности сосредоточены в отвалах (террикониках). Вещественный состав их определяется минеральным и петрографическим составом вскрышных и вмещающих пород, руд месторождения и степенью их выветривания. Например, в отвалах магнезиально-скарнового месторождения доминируют известняки, серпентиниты и брекчии, другие породы и минералы составляют не более 12% (скарны с сульфидной минерализацией и сульфиды, минералы железа, обломки дайковых и вулканических пород, флюорит).

Откосы отвалов горнодобывающей промышленности характеризуются различной устойчивостью. Внутреннее строение отвалов определяется количеством разностей складируемых пород. При сухом складировании происходит гравитационная дифференциация состава пород в отвалах. Кроме того, строение отвалов может быть нарушено в результате различного рода деформаций, в частности, оползней.

Отвалы добычи руд черных и цветных металлов являются техногенно-минеральными месторождениями. Чаще всего они сложены преимущественно вмещающими и вскрышными породами, характеризующимися иногда достаточно высокой рудной минерализацией.

 

Минералообразование в отходах обогащения руд

Специфика добычи и обогащения руд заключается в извлечении и переработке огромных масс горных пород. Современная технология позволяет использовать лишь часть извлекаемой горной массы, оставшаяся часть горной породы накапливается в виде техногенных отходов. Из всего разнообразия техногенных объектов именно с отходами обогатительных фабрик (хвостами) связаны огромные проблемы, решение которых важно для природы в целом.

Слайд 9 Хвосты (отходы обогащения) поступают в хвостохранилища то есть естественные или искусственные емкости по трубам в виде пульпы. Они формируются в результате механической переработки полезных ископаемых: дробления, грохочения, измельчения, промывки, магнитной сепарации, флотации и других методов обогащения. Хвостохранилища относятся к техногенно-образованным отходам, которые сформированы из веществ или с примесью веществ, не встречающихся в земной коре. Хвосты обогащения представляют собой пульпу, состоящую из твердой и жидкой фаз.

Твердая фаза представлена смесью минеральных частиц размером от доли микрона до 3 мм (в основном, измельченная вмещающая порода). Однако по гранулометрическому составу твердая фаза представлена в основном песчаным материалом. Жидкая фаза пульпы – смесь воды и остаточных реагентов, применяемых при флотации в цикле обогащения. Например, для получения свинцово-цинковых концентратов используются такие реагенты как: цианистый натрий NaCN, цинковый купорос ZnSO₄ х 7H₂O, медный купорос CuSO₄ х 5H₂O, сернистый натрий Na₂S, уголь активированный (пористый адсорбент, получаемый при сильном нагревании древесного угля в струе водяного пара), известь CaO, жидкое стекло Na₂SiO₃ и др.

Хвосты сухой магнитной сепарации (СМС) отличаются повышенной крупностью 20-70 мм, пониженным содержанием металлов и практически полностью используются в качестве щебня.

Хвосты мокрой магнитной сепарации (ММС) образуются при переработке почти всех руд черных металлов. Твердая фаза пульпы ММС представлена мелко- и тонкообломочным материалом (менее 0,14 мм).

Хвосты флотации представляют собой тонкодисперсную массу (размер частиц от 0,074 до 0,15 мм). Флотацией обогащают комплексные руды цветных металлов (до 90% объема руд).

 

Минеральные образования зоны гипергенеза

Особенно интенсивно техногенные процессы протекают в зоне гипергенеза рудных месторождений, то есть в окисленных рудах. Эти процессы существенно расширяют границы, сформированной ранее зоны гипергенеза (в 15-20 и более раз). С техногенными процессами резко меняется зональность профиля окисленных руд, а также естественный ход протекающих в них химических реакций. Окисление руд происходит последовательно, поэтому поступление различных продуктов в гипергенные воды и кристаллизация из них минералов становятся зависимыми от характера зональности первичного оруденения.

В результате направленного процесса создается закономерная последовательность распределения продуктов гипергенеза, т.н. вертикальная зональность. Приповерхностные горизонты месторождения представлены наиболее окисленными рудами, сменяющимися с глубиной полуокисленными и далее слабоокисленными с процессами вторичного сульфидного обогащения. В классическом профиле гипергенеза слабоокисленные руды приурочены к уровню грунтовых вод (к корню гипергенного профиля). В то же время, начальный процесс окисления сульфидов может возникнуть на любом участке разреза зоны гипергенеза, куда агенты выветривания могут проникнуть позднее.

Основные типы минералов в зоне гипергенеза рудных месторождений:

Сульфаты многочисленны и очень разнообразны (до 120 минеральных видов), но далеко не все они дают ощутимые концентрации;

Арсенаты также очень разнообразны (до 100 минеральных видов, связанных с окислением мышьяксодержащих месторождений);

Фосфаты многообразны и многочисленны (в основном минералы меди);

Карбонаты обычно представлены 10 минералами (кальцит, арагонит, малахит, азурит, смитсонит, церуссит, бисмутит, сферокобальтит) по 1-2 минерала на оруденение; в целом, в зоне гипергенеза рудных месторождений встречается 45 минеральных видов этого класса;

Ванадаты (соли ванадиевых кислот, образующиеся при растворении в щелочах пятиокиси V₂O₅) характерны для зоны гипергенеза свинцовых, некоторых медных, но в основном урановых месторождений, где вмещающими породами являются основные и ультраосновные породы, а также кремнисто-углистые сланцы. В таких месторождениях зафиксировано около 40 ванадатов.

Силикаты концентрируют рудные элементы.

Молибдаты характерны для молибденовых, вольфраммолибденовых, медно-молибденовых и молибденполиметаллических месторождений.

Вольфраматы образуются в зоне гипергенеза шеелитовых и вольфрамитовых месторождений. Больших скоплений не образуют.

Хроматы – мало распространенные минералы зоны гипергенеза полиметаллических месторождений, залегающие в хромсодержащих вмещающих породах. Известно более 10 гипергенных хроматов.

 

 

Лекция 3. Минералообразование при высокотемпературном техногенезе

 

 

Все многообразие фазовых и структурных превращений минерального вещества в техносфере можно объединить в 17 генетических типов. Преобладающее большинство генотипов (12) происходит при высоких температурах (пирометаллургия, высокотемпературные процессы в химии, в керамических, цементных, стекольных видах управляемого техногенеза). Стихийный (неуправляемый) высокотемпературный техногенез представлен рудничными пожарами, взрывами в шахтах, горелыми отвалами и т.д.

 

 

Вещественный состав почв

 

Вещественный состав природно-техногенных составляющих в почвах урбанизированных территорий с различной степенью техногенной нагрузки отличается по соотношению природных техногенных частиц, а также определяется спецификой источников загрязнения. Среди природных минеральных частиц обычны: кварц, карбонаты, оксиды и гидроксиды железа, слюда, каолинит, полевые шпаты. Биогенная составляющая представлена древесно-растительными остатками, частицами семян, насекомых. В природной составляющей почв доминируют частицы кварца, карбонатов, растительные и другие биогенные.

К частицам техногенного происхождения относятся частицы, образующиеся при сжигании различных видов топлива, бытового мусора, а также техногенные частицы. В г. Томске они представлены отходами металлообработки, микросферулы ферромагнезита (отходы чугунолитейного производства), муллита (отходы топливно-энергетического комплекса), графита, частицы золы, кирпичная крошка, частицы проволоки, сажи, шлака, извести, краски, угля. В техногенной составляющей почв доминируют частицы металлообработки, микросферулы муллита, ферромагнезита, частицы сажи, угля, шлака.

 

Слайд 1,2,3

Техногенное месторождение (ТМ) – скопление на поверхности Земли или в ее недрах (в горных выработках), в гидросфере или атмосфере отходов различных производств, по количеству и качеству содержащегося в них минерального сырья пригодные для промышленного использования в настоящее время или в будущем по мере развития науки, техники и экономики. В категорию месторождения техногенное образование (объект) может быть переведено только в случае его положительной технико-экономической оценки в результате специальных геологоразведочных работ и апробации запасов сырья территориальной комиссией по запасам.

Техногенные минеральные ресурсы – совокупность техногенного минерального сырья, содержащегося в отходах горно-обогатительного и металлургического (химического) производства в пределах какого-либо региона или отрасли в целом.

Отходы производства – 1) остатки сырья, материалов, полуфабрикатов образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства; 2) вновь образующиеся в процессе производства попутные вещества, не находящие применения. В отходы производства включаются вмещающие и вскрышные породы, образующиеся при добыче полезных ископаемых, побочные и попутные продукты, отходы сельского хозяйства.

Объект размещения отходов – специально оборудованное сооружение (полигон, шламохранилище, хвостохранилище, отвал горных пород и т.д.).

Хранилище (шламохранилище, хвостохранилище, накопитель сточных вод и т.д.) – искусственная или естественная емкость, включающая в себя комплекс сооружений, предназначенная для размещения хвостов обогащения полезных ископаемых, осадков сточных вод, шламов, шлаков, зол и других жидких, пастообразных или твердых отходов.

Хвосты – отходы обогащения полезных ископаемых, в которых содержание ценного компонента во много раз ниже, чем в исходном сырье, поскольку преобладают частицы пустой породы. Твердая фаза хвостовой пульпы представлена смесью минеральных частиц разного размера – от 3 мм до долей микрона. Состав частиц и их плотность зависит от минерального состава пород, вмещающих полезное ископаемое.

Слайд 8,9,10 Шлак металлургический – расплав, обычно покрывающий поверхность жидкого металла при металлургических процессах – плавке сырья, обработке расплавленных промежуточных продуктов, рафинировании металлов (очистке от примесей). Он перерабатывается, сортируется по размерам частиц и является ценным вторичным сырьем. Широко применяется в строительстве. Гранулированные шлаки используют для получения шлакопортландцемента, в качестве заполнителя для бетонов, в дорожном строительстве; из шлаковых расплавов вырабатывают минеральную вату, шлаковую пемзу, шлаковое литье.

Зола летучая – промышленная пыль в виде несгораемого остатка топлива, образующегося из его минеральных примесей при горении. Состоит из тонкодисперсного порошка – золы-уноса и шлака – сплавленного кускового материала. Шлаки используют в строительстве, зола-унос складируется в мокрых золоотвалах и лишь частично используется в цементной промышленности, при производстве промышленной керамики и асфальтобетона.

Сажа промышленная – промышленная пыль в виде твердого высокодисперсного углерода, образующегося при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов и входящего в состав промышленного выброса.

Слайд 2 Отвал, террикон, шлакозолоотвал – искусственная насыпь из отвальных грунтов или некондиционных полезных ископаемых, промышленных, коммунально-бытовых отходов.

Отвалообразование – формирование отвала на специально отведенных участках, в выработанных карьерах.

Слайд 4,5 Горельники – горелые породы в терриконе, которые образовались при горении отвальной массы.

Слайд 6,7 Техногенные минералы – созданные искусственно (синтезированные), либо образовавшиеся вследствие техногенного воздействия, а также диагенетического или гипергенного изменения техногенных отложений. Единая классификация для техногенных минералов еще не разработана. Предварительно выделяют следующие техногенные минералы и места их нахождения:

шлаки металлургических заводов:

железные шлаки доменных печей (авгит Ca(Na,Mg,Fe,Al)[(Si,Al)₂O₆, диопсид CaMg[Si₂O₆], волластонит CaSiO₃

шлаковые включения в стали (ильменит FeTiO_3, магнетит, гематит);

медные шлаки (гиперстен (Mg,Fe)₂[Si₂O₆], диопсид CaMg[Si₂O₆], куприт Cu₂O), гематит);

свинцовые шлаки (орнит Cu₅FeS₄, гематит)

угольные отвалы:

шлак бурого угля (ангидрит, сера);

зола бурых углей (магнетит, гематит);

участки раскристаллизации в стеклах (диопсид CaMg[Si₂O₆]);

осадки в трубопроводах электростанций:

галит, гипс, гематит магнетит, гидроксилапатит Ca₅[PO₄]₃OH.

 

Слайд 1,2,3 Результатом деятельности предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых является формирование техногенных образований. К ним относятся отвалы горнодобывающих предприятий, хвостохранилища обогатительных фабрик, шлакозольные отвалы топливно-энергетического комплекса, шлаки и шламы металлургического производства, отвалы химической отрасли. Скопления обычно обладают своеобразным минеральным составом и являются потенциальным источником разнообразных полезных ископаемых, в частности цветных, редких и благородных металлов, а также строительных материалов (щебень, песок и т.д.), т.е техногенным месторождением.

Выделяется 6 основных генетических типов техногенных минеральных образований (процессов минералообразования): 1) пирогенный (техногенно-пирогенный); 2) гипергенный (техногенно-гипергенный); 3) гидротермальный; 4) технологенный; 5) радиогенный; 6) биогенный. При одновременном участии двух или нескольких из названных процессов образуются сложные генетические отложения техногенных минералов, руд и горных пород. Рассмотрим подробнее эту классификацию.

 

Классификация минеральных техногенных образований

 

I. Слайд 4,5 Техногенно-пирогенные образования – минералы и горные породы, образующиеся в результате горения и при ядерных взрывах. Горению подвергаются каустобиолиты, колчеданные руды, отходы промышленности, растительность.

1. Техногенные образования, возникающие за счет горения:

А) каустобиолитов (угля, горючих сланцев, газа, газоконденсата, нефти, торфа). При горении угольсодержащих отвалов в поверхностных условиях происходит частичный вынос углерода, а на некоторой глубине – преобразование аморфного угля в различные кристаллические его модификации (графит от мелко- и крупночешуйчатого до длинноволокнистого) и образование карбидов железа (FeC₃) и кальция (CaC₂). Карбиды – тугоплавкие твердые вещества, нерастворимы ни в одном из известных растворителей. Карбиды применяют в производстве чугунов, сталей, различных сплавов, как абразивные и шлифующие материалы и т.д. В процессе сгорания газа, газоконденсата и нефти за счет вмещающих горных пород образуются стеклосодержащие породы (тенгизиты и др.), которые нередко используются как поделочные камни.

Слайд 6,7 Б) колчеданных руд. Подземные пожары этих руд хорошо исследованы. Они происходят в восстановительных условиях при температуре 1000-1100 ºС и давлении от 1 до 10 атм. На поверхности терриконов горение происходит очень быстро, но в глубине за счет снижения содержания кислорода процесс переходит в стадию многолетнего высокотемпературного тления, загрязняя окружающую среду. При данных процессах образуется сера, сульфаты и др. минералы.

В) отходов промышленности. Пожары, возникающие в отвалах химических заводов проходят за счет окислительных реакций отходов производства по подобию подземного колчеданного горения.

Г) при сгорании растительности (деревья, кустарник, сено, солома, поля злаковых). При сгорании растительность переходит в стекла или фитофульгуриты, которые относятся к фито-пирогенным образованиям.

2. техногенные образования, возникающие при ядерных взрывах. Ядерные взрывы вызывают образование специфических стекол и горных пород, аналогичных вулканическим, относящихся к техногенно-эксплозиопирогенному подтипу. При атмосферных взрывах на большой высоте образуются стекла, на небольшой высоте – стекла и шлакоподобные породы, на поверхности земли – шлаки и реже стекла, при подземных – шлаки, похожие на вулканиты, химический и минеральный состав которых зависит от вмещающих пород.

II. Слайд 11, 12 Техногенно-гипергенные минеральные образования формируются на поверхности земли, непосредственно на вскрытых рудных телах, вмещающих горных породах, или на отвалах вмещающих пород и некондиционных руд. Эти образования (среди техногенных) по своему распространению находятся на первом месте. Например, натечные образования.

III. Гидротермальный тип техногенных минеральных образований по своим масштабам и объему стоит на втором месте. Типичным примером является минералообразование в трубах гидроэлектростанции, использующей термальные воды вулкана Монте-Амиато в Италии. Термальные воды имеют температуру 200 ºС. При подаче термальных вод на паровых трубах, питающих станцию, из-за резкого перепада давления, температуры и других параметров образуются отложения метастибнита, кальцита, кремнезема. Примерно из-за этих же причин стенки газо- и нефтедобывающих скважин покрыты новообразованиями.

IV. Технологенный тип. Минералы образуются при различных технологических процессах. Например, при измельчении свежих проб карбонатных осадочных пород в течение 168 часов образовался новый минерал – метакаолинит.

V. К радиогенным относят минералы,образующиеся как в результате атомного распада самих отходов, так и при их воздействии на вмещающие породы.

VI. Биогенный тип. Многочисленными исследованиями установлено, что тяжелые металлы адсорбируются (поглощаются) стенками клеток, либо цитоплазмой. Образующиеся биопленки играют большую роль при обработке сточных и дренажных вод, служат биоиндикаторами окружающей водной среды и сорбентами при биовыщелачивании тех или иных химических элементов.

 

Лекция 2. Минералообразование в горных выработках и отвалах рудных и нерудных месторождений, а также в отходах обогатительных фабрик

Слайд 7, 8 Техногенно-минеральные образования горнодобывающей промышленности сосредоточены в отвалах (террикониках). Вещественный состав их определяется минеральным и петрографическим составом вскрышных и вмещающих пород, руд месторождения и степенью их выветривания. Например, в отвалах магнезиально-скарнового месторождения доминируют известняки, серпентиниты и брекчии, другие породы и минералы составляют не более 12% (скарны с сульфидной минерализацией и сульфиды, минералы железа, обломки дайковых и вулканических пород, флюорит).

Откосы отвалов горнодобывающей промышленности характеризуются различной устойчивостью. Внутреннее строение отвалов определяется количеством разностей складируемых пород. При сухом складировании происходит гравитационная дифференциация состава пород в отвалах. Кроме того, строение отвалов может быть нарушено в результате различного рода деформаций, в частности, оползней.

Отвалы добычи руд черных и цветных металлов являются техногенно-минеральными месторождениями. Чаще всего они сложены преимущественно вмещающими и вскрышными породами, характеризующимися иногда достаточно высокой рудной минерализацией.

 

Минералообразование в отходах обогащения руд

Специфика добычи и обогащения руд заключается в извлечении и переработке огромных масс горных пород. Современная технология позволяет использовать лишь часть извлекаемой горной массы, оставшаяся часть горной породы накапливается в виде техногенных отходов. Из всего разнообразия техногенных объектов именно с отходами обогатительных фабрик (хвостами) связаны огромные проблемы, решение которых важно для природы в целом.

Слайд 9 Хвосты (отходы обогащения) поступают в хвостохранилища то есть естественные или искусственные емкости по трубам в виде пульпы. Они формируются в результате механической переработки полезных ископаемых: дробления, грохочения, измельчения, промывки, магнитной сепарации, флотации и других методов обогащения. Хвостохранилища относятся к техногенно-образованным отходам, которые сформированы из веществ или с примесью веществ, не встречающихся в земной коре. Хвосты обогащения представляют собой пульпу, состоящую из твердой и жидкой фаз.

Твердая фаза представлена смесью минеральных частиц размером от доли микрона до 3 мм (в основном, измельченная вмещающая порода). Однако по гранулометрическому составу твердая фаза представлена в основном песчаным материалом. Жидкая фаза пульпы – смесь воды и остаточных реагентов, применяемых при флотации в цикле обогащения. Например, для получения свинцово-цинковых концентратов используются такие реагенты как: цианистый натрий NaCN, цинковый купорос ZnSO₄ х 7H₂O, медный купорос CuSO₄ х 5H₂O, сернистый натрий Na₂S, уголь активированный (пористый адсорбент, получаемый при сильном нагревании древесного угля в струе водяного пара), известь CaO, жидкое стекло Na₂SiO₃ и др.

Хвосты сухой магнитной сепарации (СМС) отличаются повышенной крупностью 20-70 мм, пониженным содержанием металлов и практически полностью используются в качестве щебня.

Хвосты мокрой магнитной сепарации (ММС) образуются при переработке почти всех руд черных металлов. Твердая фаза пульпы ММС представлена мелко- и тонкообломочным материалом (менее 0,14 мм).

Хвосты флотации представляют собой тонкодисперсную массу (размер частиц от 0,074 до 0,15 мм). Флотацией обогащают комплексные руды цветных металлов (до 90% объема руд).

 

Минеральные образования зоны гипергенеза

Особенно интенсивно техногенные процессы протекают в зоне гипергенеза рудных месторождений, то есть в окисленных рудах. Эти процессы существенно расширяют границы, сформированной ранее зоны гипергенеза (в 15-20 и более раз). С техногенными процессами резко меняется зональность профиля окисленных руд, а также естественный ход протекающих в них химических реакций. Окисление руд происходит последовательно, поэтому поступление различных продуктов в гипергенные воды и кристаллизация из них минералов становятся зависимыми от характера зональности первичного оруденения.

В результате направленного процесса создается закономерная последовательность распределения продуктов гипергенеза, т.н. вертикальная зональность. Приповерхностные горизонты месторождения представлены наиболее окисленными рудами, сменяющимися с глубиной полуокисленными и далее слабоокисленными с процессами вторичного сульфидного обогащения. В классическом профиле гипергенеза слабоокисленные руды приурочены к уровню грунтовых вод (к корню гипергенного профиля). В то же время, начальный процесс окисления сульфидов может возникнуть на любом участке разреза зоны гипергенеза, куда агенты выветривания могут проникнуть позднее.

Основные типы минералов в зоне гипергенеза рудных месторождений:

Сульфаты многочисленны и очень разнообразны (до 120 минеральных видов), но далеко не все они дают ощутимые концентрации;

Арсенаты также очень разнообразны (до 100 минеральных видов, связанных с окислением мышьяксодержащих месторождений);

Фосфаты многообразны и многочисленны (в основном минералы меди);

Карбонаты обычно представлены 10 минералами (кальцит, арагонит, малахит, азурит, смитсонит, церуссит, бисмутит, сферокобальтит) по 1-2 минерала на оруденение; в целом, в зоне гипергенеза рудных месторождений встречается 45 минеральных видов этого класса;

Ванадаты (соли ванадиевых кислот, образующиеся при растворении в щелочах пятиокиси V₂O₅) характерны для зоны гипергенеза свинцовых, некоторых медных, но в основном урановых месторождений, где вмещающими породами являются основные и ультраосновные породы, а также кремнисто-углистые сланцы. В таких месторождениях зафиксировано около 40 ванадатов.

Силикаты концентрируют рудные элементы.

Молибдаты характерны для молибденовых, вольфраммолибденовых, медно-молибденовых и молибденполиметаллических месторождений.

Вольфраматы образуются в зоне гипергенеза шеелитовых и вольфрамитовых месторождений. Больших скоплений не образуют.

Хроматы – мало распространенные минералы зоны гипергенеза полиметаллических месторождений, залегающие в хромсодержащих вмещающих породах. Известно более 10 гипергенных хром