Минералогическое и химическое изучение отвальных продуктов.

 

 

Техногенные месторождения по принципам их образования и минералоговещественному составу разделяются на две основные разновидности. К первой относятся горные породы кровли, вмещающие породы, пустые по целевым элементам пласты, а также рудные тела с низким некондиционным содержанием ценных компонентов. Вторая разновидность представлена хвостами обогащения, металлургическими шлаками, гидрометаллургическими кеками, золами углей и нефтей, рудными угольными шламами и др.

Сотрудничество специалистов геологического и технологического профилей в последнее десятилетие привело к созданию ряда оригинальных технических решений по утилизации отходов с получением ценных продуктов и разработке малоотходной технологии переработки сырья. Вмещающие породы могут служить основой для получения извести, цементных продуктов, строительных материалов, наполнителей бетонов, а также использоваться как гравий, бутовый камень и в других целях.
К успехам технологической минералогии и петрографии следует отнести создание новых легковесных строительных материалов - петрозита и сиберфома. Первый получен из магматических пород, второй - из цеолитовых туфов, нередко являющихся вскрышными породами руд.

Задачи исключительной сложности и важности стоят перед технологической минералогией в связи с предстоящим широким использованием хвостов обогащения руд и углей. Отходы обогащения, формирующиеся в течение многих лет из руд разных горизонтов и участков, а нередко из разных месторождений, имеют сложный минеральный состав, существенные различия в характере вкрапленности, взаимопрорастании индивидов, размерах и морфологии частиц, их окисленности, степени изменения поверхностных слоев частиц химическими реагентами, а также другие особенности, усугубляющие трудности их обогащения. При переобогащении хвостов дополнительное извлечение ценных компонентов часто не превышает 20-40 % их содержания в этом продукте. Дальнейшее повышение пределов извлечения связано с установлением минералогических и химических особенностей форм вкрапленности, разработкой селективной дезинтеграции сростков и направленным изменением технологических свойств. Минеральные сростки в хвостах обогащения отличаются повышенной прочностью, и для их разрушения предпочтительны мельницы высокой энергонапряженности - центробежные, вибрационные и др. Если не представляется возможным раскрыть сростки, то выделяют сравнительно бедный концентрат, который затем направляют на металлургический передел.

Усиление контрастности разделительных свойств обеспечивается применением вышерассмотренных энергетических воздействий - радиационных, электрохимических, механохимических, ультразвуковых. Последние эффективны также при снятии окисленных пленок с сульфидов и реставрации поверхностных свойств. Кроме того, целесообразны методы гидрофобизации поверхности элементарной серой и другими сульфидизаторами, полезно привлечение методических подходов экспериментального минералообразования.

Широкие перспективы кроются в использовании нетрадиционных методов переработки минерального сырья. Так, хвосты фосфатных руд могут успешно перерабатываться кучным выщелачиванием. На основе применения специального геотехнологического растворителя получены новые виды концентрированных удобрений типа нитроаммофоса. Изменение экономических оценок при освоении новых месторождений выдвинуло техногенное сырье на передний план использования. Создание новых методов его переработки должно базироваться на самых современных методах минералогических исследований.

Определение экологически опасных минералов и элементов.
Разработка технологических решений по охране окружающей среды и снижению экологического риска при освоении недр во многом базируется на минералогических исследованиях и их данных. Возник новый раздел минералогии - экологическая минералогия, которая в сочетании с методами технологического направления призвана изучать и оценивать с экологических позиций действия токсикантов и загрязнителей среды.

К числу наиболее опасных элементов относятся ртуть, свинец, мышьяк, кадмий, хром, никель, кобальт, молибден, селен, медь, цинк, бериллий, таллий. Еще на стадии разведки месторождения очень важно установить наличие, закономерности распределения, формы вхождения токсичных компонентов в минералы и дать научный прогноз возможных вариантов их перехода в воздушную и водную среды при разрушении, измельчении и преобразовании фазовых форм в процессах обогащения и переработки руд. Необходимо учитывать, что отнесение элементов к категории вредных по их содержанию в исходной руде является условным, ибо при обогащении, как правило, имеет место многократное увеличение их концентраций в различных продуктах. В результате элемент, не относящийся к разряду опасных, с повышением его содержания в продукте переходит в эту категорию. Серьезную экологическую опасность представляет также загрязнение атмосферы газами предприятий и пылью шлаковых, угольных зол и др.

Ученые горного профиля уделяют большое внимание оценке экологического риска и его источникам при переработке и использовании различных типов минерального сырья. Яркой иллюстрацией этого служат исследования форм серы в углях, проводимые рядом институтов под научным руководством В.А. Чантурия. Детальное изучение этой давней проблемы на новой методической и аппаратурной базе и определение размеров и характера вкрапленности сульфидов как носителей серы создают основу для разработки эффективных обогатительных методов снижения содержания серы в углях и выбросов двуокиси углерода в атмосферу при сжигании углей.

Значительные успехи достигнуты в оздоровлении экологической обстановки водоемов путем создания пролонгированных минеральных форм удобрений, в результате чего существенно сокращается вынос химических веществ ливнями, дождевыми и снеговыми водами и т.д.

Специальное изучение сорбционных свойств пористых минералов применительно к задачам экологии позволило использовать ряд природных сорбентов для очистки промышленных вод обогатительных предприятий от остатков флотореагентов. Значительный интерес с этой точки зрения вызывают природные цеолиты, эффективность которых установлена по отношению к жирнокислотным собирателям, аминам и другим реагентам. Вполне удовлетворительные показатели достигнуты также при очистке промышленных газов от двуокиси углерода и серы с помощью цеолитов.
Использование минералов-сорбентов расширило возможности перехода предприятий на систему замкнутого водо- и воздухооборота, позволило снизить выбросы в окружающую среду.

Предметом специальных минералогических и геохимических исследований стали хвостохранилища обогатительных и металлургических предприятий как потенциальные источники токсичных элементов. Созданы геохимические модели оценки взаимодействия сернокислых растворов, образующихся при окислении хвостов сульфидных руд, с вмещающими породами. При карбонатном составе вмещающих пород сернокислая среда нейтрализуется и уровень экологической опасности резко снижается. В случае вмещающих пород с инертной кремнистой основой (кварциты, песок и др.) возможно появление в дренажных водах сульфидов и даже свободной серной кислоты. Минералогическая наука обладает большими возможностями в решении экологических проблем.

Технологическая минералогия прочно вошла в число основных разделов обогащения полезных ископаемых, и изучение состава, строения, физико-химических и технологических свойств минералов при обосновании процессов извлечения ценных компонентов из минерального сырья стало первым и обязательным этапом исследований. На этой основе разработаны оптимальные технологии обогащения и переработки всех видов руд, необходимых стране. Резко возросли требования к качеству продуктов обогащения и ограничения по сырью в экологических нормативах.
Научно-технические достижения XX века существенно изменили содержание минералогии: она превратилась в многоплановую дисциплину с современными физической и химической базой и методами исследовании. Именно на этой основе возможен прогресс в освоении труднообогатимых руд, комплексном использовании минерального сырья, создании энергосберегающих и малоотходных технологий, разработке эффективных мер охраны окружающей среды.

 

 

Лекция 4. Техногенные образования в пылеаэрозолях

 

Неотъемлемой частью атмосферы являются аэрозольные частицы, играющие решающую роль во многих атмосферных процессах (облако- и осадкообразование, радиационный теплообмен, видимость и др.). Они существенно влияют на качество окружающей среды, климат, химию и физику атмосферы.

Универсального определения понятия «атмосферная пыль» не существует. В метеорологии под пылью понимают частицы размером менее 10^{-5 см. В почвоведении пылями называют аэрозоли с твердыми частицами независимо от их дисперсности (спектра размеров частиц). В работах экологического и санитарно-гигиенического характера под понятием «пыль» подразумевается ее относительная концентрация, выделенная из того или иного субстрата (воздух, осадки и т.д.).}

Слайд 14 По источнику образования атмосферные пылевые частицы разделяются на две большие группы: естественные (вулканические, космические, терригенные, пыль пожарищ, пыль морского и органического происхождения) и техногенные (сжигание жидкого и твердого топлива, производственная пыль и т.д.).

В мониторинге загрязнения окружающей среды широко используются природные планшеты-накопители аэрозолей. Например, снеговой покров, как естественный планшет-накопитель дает действительную величину сухих и влажных атмосферных выпадений в холодный период. В местах развития сплошного снегового покрова, когда исключается перенос частиц почвы на его поверхность, вещественный состав твердого осадка становится функцией атмосферных выпадений. Изучение вещественного состава нерастворимого (твердого) осадка снежного покрова позволяет выявить ореолы загрязнения и количественно рассчитать реальное загрязнение ландшафта в течение периода с устойчивым снежным покровом.