Я выросла в Башкирии, где каждый знает, что мед и нефть - это главная гордость республики. На уроках географии все мы с радостью изучали тему полезных ископаемых. В классе каждый второй мальчик мечтал стать нефтяником, а девочки соответственно - женами нефтяников.
Что называют месторождением и как его найти
Наша Земля богата полезными ископаемыми. Места, где сосредоточены их скопления называются месторождениями. Полезные ископаемые добываются путем систематических поисков или даже бессистемно. Чаще всего на это уходит много времени и ресурсов. На месте работают люди разных специальностей:
- Топографы.
- Геологи.
- Геофизики.
- Гидрологи и т.д.
Я считаю, что геологоразведческая работа - это очень масштабный и интересный процесс! Иногда даже жалею, что я всего лишь экономист.
В самом начале работ по поиску богатых месторождений производятся - геохимическая, геофизическая, геологическая фотосъемки. Составляются геологические карты, которые потом становятся полноценными картами полезных ископаемых определенного района. А после того, как оценочные работы подходят к завершению, специалисты приступают к бурению скважин.
Крупные месторождения Российской Федерации
Наша страна занимает третье место в мире по добыче угля! Бассейны в основном сосредоточены за Уральскими горами. Если даже брать в счет только разведанные месторождения, то угля нашей Родине хватит как минимум еще на 400 лет.
По добыче железной руды мы находимся на первом месте в мире! Всем известны Курская магнитная аномалия и Балтийский щит, который находится на Кольском полуострове.
Восточная Сибирь и Таймыр славятся запасами руд цветных металлов. Благодаря большим их запасам Россия также занимает лидирующие позиции в мире.
Чтобы страна в полную силу использовала свой потенциал по добыче полезных ископаемых, осваивала новые месторождения, нужно много средств (например, на становление новых обрабатывающих предприятий). В мире идет гонка за первенство. А я считаю, что необходимо думать и о природе, которую нужно бы беречь. Благ хватит всем.
Месторождение полезных ископаемых - природное скопление полезного ископаемого, которое в количественном и качественном отношении может быть предметом промышленной разработки при данном состоянии техники и технологии в данных экономических условиях - важнейший элемент системы недропользования.
Месторождения полезных ископаемых в системе недропользования
Недра являются частью земной коры , расположенной ниже почвенного слоя, а при его отсутствии - ниже земной поверхности и дна водоемов и водотоков, простирающейся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения. Это определение схоже с определением полезных ископаемых - содержащихся в недрах природных минеральных образований, углеводородов и подземные вод, находящихся в недрах окаменевших биологических остатков химический состав и физические свойства которых позволяют использовать их в сфере материального производства и потребления непосредственно или после переработки. Полезные ископаемые - продукт материального горного производства. Полезные ископаемые при повышенных концентрациях содержания полезного компонента формируют месторождения - важнейший элемент системы недропользования. Поиск и освоение месторождений полезных ископаемых - фундаментальные задачи геологии , определяющие специфику научно-практической деятельности в этой области знаний. Успешное решение этих задач приводит к росту минерально-сырьевого потенциала страны.
В качестве объектов предпринимательской деятельности месторождения полезных ископаемых обладают некоторыми специфическими свойствами :
- Месторождения полезных ископаемых являются недвижимостью. Они располагаются там, где создала их природа. Условия районов, где находятся месторождения, отнюдь не всегда благоприятны для строительства предприятий и организации производства.
- Ресурсы месторождений полезных ископаемых невосполнимы. В процессе добычи месторождения постепенно истощаются и, наконец, перестают существовать. Время, в течение которого созданное горное предприятие полностью отрабатывает запасы базового месторождения, относительно невелико (в среднем от 5-10 до 20-40 лет).
- Месторождения полезных ископаемых созданы природой и своим существованием обязаны случайному сочетанию большого числа различных природных факторов. Поэтому практически каждое месторождение имеет свои, индивидуальные особенности, влияющие на технологию и экономику создаваемых на их базе горных предприятий. Соответственно почти каждое горное предприятие по своим технико-экономическим показателям индивидуально.
- Месторождения полезных ископаемых скрыты в недрах. Их особенности, количественные и качественные характеристики, являющиеся исходными данными при проектировании горных предприятий, могут быть определены только на основании предшествующих геологических исследований и только приближенно. Степень этого приближения влияет на сходимость проектной и реально достигаемой величин прибыли от эксплуатации.
Классификация полезных ископаемых
Из недр извлекается более 200 различных видов полезных ископаемых . Классификация полезных ископаемых и минеральных ресурсов - это обобщенные систематизированные знания о ценности недр для эффективного управления их изучением. По целям использования минерального сырья в сфере материального производства и индивидуального потребления выделяется девять групп полезных ископаемых и минеральных ресурсов. Некоторые полезные ископаемые имеют многоотраслевое использование. В укрупненном виде классификация полезных ископаемых и минеральных ресурсов включает следующие группы:
- Твердое топливно-энергетическое и химическое сырье: уран, уголь, сланцы, торф.
- Жидкое и газообразное топливно-энергетическое и химическое сырье: нефть, природный газ, газовый конденсат, попутный нефтяной газ.
- Металлы: черные (железо, марганец, хром, титан, ванадий); цветные (алюминий, магний, медь, свинец, цинк, никель, кобальт, олово, вольфрам, молибден, висмут, сурьма, ртуть, мышьяк); редкие (литий, бериллий, ниобий, тантал, цирконий, редкоземельные металлы и иттрий, стронций); рассеянные (скандий, германий, рубидий, цезий, кадмий, индий, таллий, селен, теллур, гафний, рений); благородные (золото, серебро, платина и платиноиды); радиоактивные (радий, торий).
- Нерудное сырье для металлургии: плавиковый шпат и другие флюсы, известняки, огнеупоры, высокоглиноземное сырье (нефелиновые сиениты, алуниты, силлиманит, кианит).
- Техническое сырье, драгоценные, полудрагоценные и поделочные камни: абразивы (технические алмазы, корунд, гранат, кварц); пьезооптическое сырье (пьезокварц, оптический кварц, исландский шпат); тепло- и электроизоляционное сырье (асбесты, тальк, слюды); драгоценные и полудрагоценные камни (алмаз, рубин, сапфир, гранат); поделочные камни (нефрит, родонит, малахит); сырье для каменного литья (диабазы, базальты).
- Сырье для строительной индустрии: строительные камни; облицовочные камни (мраморы, граниты); цементное сырье (мергели, известняки, глинистые сланцы); наполнители бетона (щебень, песок); вяжущие материалы (мергели, известняки, глины, гипс, ангидрит); гидравлические добавки (пемза, диатомиты, трепелы, опока, перлит); минеральные краски (охра, умбра); стекольно-керамическое сырье (стекольные пески, полевой шпат).
- Горно-химическое сырье: химическое сырье (соли, сера, серный колчедан, фтораты, бораты, сульфаты); агрономическое сырье (апатиты, фосфориты, калийные соли, селитра).
- Воды: подземные (питьевые, технические, минеральные, бальнеологические, гидроминеральные); поверхностные (озерные, рассолы, морские).
- Газы: кислород, азот, углекислый газ, сероводород, гелий, неон, аргон.
Часть полезных ископаемых 4-й и 6-й групп данной классификации относится к общераспространенным видам. Перечень этих видов определяется органами государственной власти РФ совместно с субъектами РФ и может различаться по субъектам федерации. Порядок пользования недрами для добычи этих видов полезных ископаемых входит полностью в компетенцию органов государственной власти субъектов федерации.
Эта классификация используется в укрупненном виде либо детализируется. Нередко, твердые, жидкие и газообразные топливно-энергетические полезные ископаемые объединяются в одну группу. Полезные ископаемые 5, 6, 7-й групп в практической деятельности часто объединяются в одну - неметаллические или неметаллорудные полезные ископаемые.
Площади распространения месторождений полезных ископаемых
Среди площадей распространения полезных ископаемых выделяют следующие минерагенические таксоны :
- Провинция
- Область (пояс, бассейн)
- Район
- Месторождение
- Рудное тело (рудопроявление, залежь)
Провинции полезных ископаемых представляют собой крупный участок земной коры, относящийся к платформе, складчатому поясу или дну океана, с размещёнными в его пределах и свойственными ему месторождениями. Например, выделяют Кавказскую провинцию, Уральскую провинцию и проч. Иногда различают металлогенетические, угленосные, нефтегазоносные провинции.
Область (пояс, бассейн) полезных ископаемых занимают часть провинции и характеризуются набором определённых по составу и происхождению месторождений полезных ископаемых, приуроченных к одной и той же группе тектонических элементов первого порядка (антиклинории, синклинории и проч.). Пояса полезных ископаемых могут быть как однородными, так и разнородными по составу полезных ископаемых, размеры их колеблются в широких пределах. Бассейны полезных ископаемых представляют собой области непрерывного или почти непрерывного распространения пластовых полезных ископаемых.
Район полезных ископаемых составляет часть области и обычно характеризуется местным сосредоточением месторождений, в связи с чем, он нередко называется узлом полезных ископаемых.
Рудное поле представляет собой группу месторождений, объединяемых общностью происхождения и единством геологической структуры. Поля полезных ископаемых состоят из месторождений, а последние — из тел полезных ископаемых.
Месторождение представляет собой участок земной коры, из которого технологически возможно и экономически выгодно извлечение полезного компонента. В пределах месторождений выделяют продуктивные залежи, или тела полезных ископаемых.
Тело (рудопроявление, залежь) полезного ископаемого — это локальное скопление природного минерального сырья, приуроченное к определенному структурно-литологическому элементу или комбинации таких элементов.
Области, районы, поля месторождений могут полностью обнажаться на поверхности земли и относиться к открытым, быть частично закрытыми перекрывающими их породами и принадлежать к полузакрытым или быть полностью погребёнными и квалифицироваться как закрытые.
/>/>/>/>/>1. Понятие техногенное месторождение (ТМ), особенностии перспективы разработки
Техногенныеместорождения представляют собой класс месторождений, сформировавшихся впоследние столетия в районах горнорудной промышленности (Северо-запад иЮго-восток европейской части Росси, Урал, Юго-восток и Восток азиатской части,Центр Сибири). Эти месторождения обычно обладают своеобразным минеральнымсоставом и являются потенциальным источником разнообразных полезных ископаемых,в частности цветных, редких и благородных металлов, а также строительных материалов(щебень, песок, гравий и т.д.).
Техногенныеместорождения – техногенные образования (отвалы горнодобывающих предприятий,хвостохранилища обогатительных фабрик, шлакозольные отвалытопливно-энергетического комплекса, шлаки и шламы металлургическогопроизводства, шламо-, шлако- и т.д. отвалы химической отрасли) на поверхностиЗемли по количеству и качеству содержащегося в них минерального сырья пригодныедля промышленного использования в настоящее время или в будущем по мериразвития науки и техники.
Особенностямитехногенных месторождений являются:
географическирасположены только в промышленно развитых районах;
находятсяна поверхности Земли и горная масса в них преимущественно дезинтегрирована;
значительнобольшее количество минералов (более 30 000), чем в обычных месторождениях(около 3 000).
Последняяособенность определяет сложность переработки техногенных руд, так как из-замногообразия минеральных форм, требуются иные технологии, чем для обычных руд,основанные на последних достижениях науки и техники.
Отвалыгорнодобывающих и металлургических предприятий как перспективные источникисырья для различных областей индустрии издавна привлекали внимание. Так ещё в30-е годы прошлого столетия проводились исследования по оценке медьсодержащихотходов на большинстве медных предприятий Урала. С 50-х годов отходы медногопроизводства оценивались не только на основные, но и на полезные попутныекомпоненты. Исследованиями последних лет установлено, что в России к настоящемувремени накоплено свыше 50 миллиардов тонн техногенных отходов, содержаниеметаллов в которых нередко превышает их содержание в рудах, извлекаемых из недри поступающих на обогащение. Особенно это относится к старым отвалам ихвостохранилищам, которые формировались в 40-50-е годы прошлого столетия, когдане уделялось должного внимания комплексному изучению минерального сырья, акондиции добычи и переработки были значительно выше современных.
Известныпримеры успешного вовлечения техногенных месторождений в эксплуатацию. Так ещёв 70-80-е годы прошлого столетия Хрустальненский Солнечный, Алмалыкский иЗыряновский комбинаты приступили к ревизии отвалов прошлых лет, добыче ииспользованию некондиционных руд для получения дополнительной продукции (олова,свинца, цинка и др.). Однако, до настоящего времени техногенные месторожденияиспользуются в незначительных масштабах. Основной причиной этого является то,что для широкого вовлечения их в переработку требуется строительствопрактически новых производств, реализующих новые технологические принципы ирешения, которые разработаны, как правило, на уровне научных открытий,лабораторных или полупромышленных исследований и редко доведены допромышленного производства. Отсюда высокая капиталоёмкость нового строительстваи реконструкции с последовательной заменой действующих технологических линий нановые производства.
Несмотряна указанные трудности, перспективность использования техногенных месторожденийочевидна, так как их использование позволяет одновременно решать целый рядэкономических, социальных и экологических проблем.
Экономическиепроблемы:
1.Постоянное удорожание сырья, извлекаемого из недр, в связи с разработкойместорождений на всё более значительных глубинах, часто с закономернымпонижением содержания ценных компонент. В последние 30 лет стоимость сырьянеуклонно растёт на 5-10% в год, несмотря на внедрение новой техники и дажеавтоматизацию некоторых производств.
2.Истощение запасов полезных ископаемых в недрах Земли. Например, при современномуровне добычи и обогащения, запасов цинка осталось на 25-30 лет, а свинца на50-60 лет.
3.Снижение производительности труда и уменьшение темпов добычи полезныхископаемых в связи с постоянным ухудшением горно-геологических условий добычи(большие глубины, бедные руды).
Социальныепроблемы:
1.Осложнение ситуации с использованием рабочей силы во многих рудных районахвследствие уменьшения объёма работ, вызванного истощением запасов полезныхископаемых.
2.Ухудшение условий труда при эксплуатации глубокозалегающих месторождений.
Экологическиепроблемы:
1.Исключение из хозяйственного оборота больших площадей земель, занятых отходамипроизводства. Так, например, площадь золоотвалов топливно-энергетическогокомплекса Урала составляет около 3 000 га, а площадь нарушенных земель в меднойподотрасли превышает 60 000 га.
2.Уничтожение или снижение качества земель из-за пылевых заносов с отвалов ихвостохранилищ. Например, с 1 га отвалов КМА ежегодно сносится до 500 тоннпыли.
3.Загрязнение окружающей среды (почв, поверхностных и подземных вод, атмосферноговоздуха) тяжёлыми металлам и солями в концентрациях, нередко превышающихдопустимые нормы. Так ориентировочный суммарный объём сброса загрязнённойоборотной воды с золоотвалов АО «Свердловэнерго» составляет не менее 7,6млн.м3/год. Содержание в сбрасываемой воде таких элементов как F, V и Mnпревышает ПДК в десятки и сотни раз. С отвалов Садонских месторождений ежегодновыносится в р. Терек до 3 000 тонн цинка.
Вовлечениев переработку техногенного сырья обеспечивает:
1.Сокращение расходов на поиски новых и разведку эксплуатируемых месторождений.
2.Сохранение истощающихся минеральных ресурсов в недрах, так как запасов полезныхкомпонент, накопившихся в отходах ГОК’ов, достаточно чтобы удовлетворитьпотребности на многие десятилетия вперёд.
3.Повышение производительности труда за счёт рентабельной переработки ужедобытого сырья, являющегося, по существу, готовым полупродуктом и находящегосявблизи действующих предприятий, что особенно важно для тех из них, для которыхвследствие истощения сырьевой базы оказываются незагруженными производственныемощности, и высвобождается рабочая сила.
4.Улучшение условий труда, так как техногенные месторождения расположены наповерхности Земли в отличие от всё более глубокозалегающих обычныхместорождений полезных ископаемых.
5.Производство дешёвых стройматериалов (песок, щебень, гравий, цемент, абразивы,материал для отсыпки дорожного полотна, строительства плотин, дамб, и т.д.), аиз шлаков - шлаковаты, шлакового литья (брусчатка, тюбинги, плитки, бордюрныйкамень и т.д.), литого шлакового щебня, стеклокерамических изделий, вяжущихдобавок в цемент, минеральных добавок для улучшения почв, удобрений длясельского хозяйства и др.
6.Освобождение занимаемых им земель и их рекультивацию и ликвидацию источниковзагрязнения окружающей среды (ОС), улучшая тем самым экологическую обстановкувокруг действующих предприятий. Это относится к тем ТМ, освоение которыхсопровождается производством стройматериалов. Если же осуществляется толькодобыча металлов (цветных, редких и благородных), то из-за низкого их содержанияколичество техногенных отходов практически не уменьшается.
Такимобразом, всё вышеизложенное указывает на актуальность и народно-хозяйственнуюважность проблемы переработки и полной утилизации отходов горнорудной, металлургической,топливно-энергетической и химической отраслей промышленности. Уже существующиеи перспективные технологические разработки позволяют оптимистически оцениватьприбыльность переработки ТМ и возможность перехода к безотходным технологиямдля их полной ликвидации.
Большинстворазвитых зарубежных стран осуществляют политику сбережения своих ресурсов,интенсивно вовлекая в переработку ТМ, утилизируя отходы производства,разрабатывая технологии переработки этих отходов. Например, в США ещё в 1993году доля вторичного сырья в производстве цветных металлов составляла:
помеди – 55%, вольфраму – 28%, никелю – 25%.
Подобнаятенденция использования вторичных ресурсов наблюдается в Канаде,Великобритании, ЮАР Испании и других странах. Вот несколько примеров:
ВКанаде из отходов меднорудных предприятий, содержащих 0,45% Cu достигаетсяизвлечение 40% меди благодаря новым способам обогащения (кучного кислотноговыщелачивания, кучного пиритного и бактериального выщелачивания).
Вштате Монтана (США) из отвалов рудника Мандиски получают ежегодно 2т Au и 4т Agпри содержании в отвалах золота – 0,84г/т и серебра – 2,8г/т.
Вштате Мичиган (США) из хвостов обогащения, содержащих 0,3% Cu, достигнутоизвлечение 60% меди.
ВБолгарии из отходов, содержащих 0,1-0,15%Cu, получают медный концентрат,себестоимость которого в 3 раза ниже, чем при получении его из природногосырья.
ВЮАР из отвалов золотоизвлекательных фабрик при содержании золота – 0,53г/т иурана – 40г/т получают 3,5т золота и 696т урана в год при производительности50000т/сутки.
Однако,необходимость существенного объёма технологической перестройки производства иразработки целого ряда методических и технологических вопросов изучения ТМ непозволяет рассчитывать на скорый повсеместный переход к безотходным технологиям.
/>/>/>/>/>2.Способы образования и классификация ТМ
Множественностьпоказателей, характеризующих ТМ, к которым относятся
условияобразования,
вещественныйсостав,
характерпроцессов, преобразующих первичное вещество,
неоднородностьвлияния отдельных показателей на принятие технологических решений иэкономических оценок и некоторые другие
предопределяютсложность их классификации и типизации.
Поморфологическим признакам ТМ можно разделить на 2 типа:
1.Месторождениянасыпные, представляющие собой холмы и терриконы. К этому типу относятся:
терриконыугольных шахт и разрезов;
отвалырудников и карьеров руд цветных, чёрных и редких металлов, сложенныедезинтегрированными вскрышными и вмещающими породами, а так же убогимизабалансовыми рудами;
техногенныероссыпи, образующиеся при разработке россыпных месторождений и из отходовзолоторудных фабрик;
шлакоотвалыцветной и чёрной металлургии.
2.Месторождения наливные, образующиеся при заполнении впадин земной поверхности.Представителями этого типа ТМ являются:
отходыобогащения руд (шламо- и хвостохранилища горнообогатительных фабрик);
шламоотвалыцветной и чёрной металлургии;
золо-и шлакоотвалы энергетического комплекса, возникающие при гидравлическомудалении золы и шлаков с теплоэлектростанций;
шламоотвалыхимических производств.
Посоставу техногенные месторождения подразделяются на 4 типа:
1.Породные ТМ, состоящие из природных горных пород и представленныеглыбово-щебенистым материалом и шламо- и хвостохранилищами обогатительныхфабрик.
2.ТМ пирометаллургических процессов цветной и чёрной металлургии, сложенныешламами и шлаками.
3.ТМ теплоэлектростанций, сложенные золой и шлаками ТЭС.
4.ТМ химического производства (шламы).
Повозможным областям использования ТМ подразделяются на 3 типа:
ТМстроительного сырья.
ТМ(по извлекаемому металлу) – медные, цинковые и т.д.
ТМсмешанного типа, т.е. пригодные для получения стройматериалов и металла.
Разработкаместорождений первого типа обеспечивает освобождение площадей земли оттехногенных отходов с последующей их рекультивацией, второго типа - позволяетосуществить доизвлечение металла, но не решает проблемы освобождения территорииотвалов от отходов, так как вторичная переработка отвалов, учитывая низкоесодержание в них полезных компонент, практически даёт то же самое количествоотходов.
Третийтип техногенных месторождений позволяет осуществлять и рекультивацию земель идоизвлечение металла.
Поэкологическому воздействию среди техногенных месторождений выделяют:
1.Неопасные, представленные горными породами и глыбовощебенистыми и щебенистымишлаками цветной и чёрной металлургии, слабо разрушающимися в течение хранения.
2.Поражающие атмосферу и гидросферу, если они сложены окисляющимися илиглинизирующимися породами, окисляющимися шлаками и шламами, пылящими шламами ивысохшей пульпой хвостохранилищ.
Внастоящее время терминология, классификация ТМ, критерии принадлежности их ктому или иному типу меняются и дополняются по мере углубления исследований ипрактических работ в области разработки техногенных месторождений.
Наиболееудобной представляется классификация ТМ, в основу которой положены условия ихформирования, так как они определяют обычно и морфологию, и вещественныйсостав, и возможные области использования, и экологическое воздействие на ОС(рис.1).
Пользуяськлассификацией, представленной на рис.1, можно оценить основные характеристикилюбого типа месторождений. Например, ТМ горнодобывающих предприятий,возникающие при обогащении руд и представляющие собой хвостохранилища,относятся к месторождениям
наливноготипа (морфологический признак);
посоставу – породные;
повозможным областям использования – смешанного типа, т.е. пригодные длядоизвлечения металла и получения стройматериалов;
поэкологическому воздействию на окружающую среду – поражающие атмосферу (пыль) игидросферу (фильтрация вод хвостохранилищ через защитные дамбы).
/>Рис. 1Классификация техногенных месторождений.
3. />/>/>/>Состави строение ТМ
Состави строение ТМ определяются целым рядом факторов, важнейшими среди которыхявляются:
условияобразования (добыча и обогащение руд и угля, переработка концентратов руд,сжигание угля и т.д.);
состависходного сырья (месторождения цветных и редких металлов, полиметаллические,железорудные и другие типы коренных месторождений);
физико-химическиеи механические процессы климатического воздействия и выветривания отвалов. Ониинтенсивно окисляются, выщелачиваются и разрушаются, что приводит к изменениюминералогического и вещественного состава техногенных отложений, выносуэлементов и образованию ореолов рассеяния вокруг отвалов. Особенно этопроявляется для отходов добычи и обогащения сульфидных руд, так как они приокислении и выветривании быстро разрушаются и переходят в окисленныеминеральные формы, требующие при утилизации особых технологий извлеченияполезных компонент
Вприповерхностной зоне техногенных отложений под воздействием кислорода, воды,фильтрационных электрических полей и других факторов происходят интенсивноерастворение и миграция металлов и их соединений. При этом могут образовыватьсяобеднённые и обогащённые металлом участки с восстановленными и окисленнымиформами его нахождения. Например, в участках хвостохранилищ с восстановленнымисульфидами нередко наблюдаются повышенные содержания золота, а в зонахокисления возможно накопление серебра.
Внастоящее время опыт разведки техногенных месторождений невелик. Наиболеетщательно такие исследования выполнены на Урале, поэтому ниже приводятсяособенности состава и строения ТМ в основном Урала, используя в некоторыхслучаях так же обобщённые данные по месторождениям бывшего СССР.
/>/>/>/>/>3.1.ТМ топливно-энергетического комплекса
Однойиз важных проблем исследования шлакозольных отвалов теплоэлектростанций (ТЭС)является изучение их состава и количества микропримесей, возможно,представляющих ценность как сырьё для извлечения этих микропримесей.
Рассмотримрезультаты исследований минерального состава и элементов примесей для золРефтинской ГРЭС, работающей с 1970 г и обеспечивающей тепловой и электрическойэнергией значительную часть Свердловской области. Золы транспортируются посистеме гидрозолоудаления и складируются в золоотвал, который занимает площадь1500 га и содержит 120 млн.т золы при ежегодном складировании золошлаковыхотходов около 3,1 млн.т.
ЗолоотвалРефтинской ГРЭС вытянут с севера на юг. Его длина более 1000 м, ширина от 100до 300 м и высота 10-15 м. Опробование поверхности отвала показало, что онимеет неоднородное строение, определяющееся чередованием зол различных погранулометрическому составу (см. таблицу 1).
Таблица1.
Гранулометрическийсостав (%) зол Рефтинской ГРЭС.
Тип золы Размеры зёрен, мм > 0,63 0,2 – 0,63 <0,2 Тонкозернистые золы с обломками шлака 22,8 28,4 48,8 Тонкозернистые золы 1,4 7,6 91 Пылеватые золы 0,4 1,7 97,9
Выделенныеразновидности золы отражают её гранулометрическую сортировку при гидровыносе.
Тонкозернистыезолы с обломками шлака распространены в северной части отвала. Тонкозернистыезолы составляют основную массу тела золоотвала. Пылеватые золы распространены ввиде субширотных полос шириной от 10 до 50 м по всей территории отвала.
Таблица2.
Содержание микроэлементов, n·10-3%/KK Cu Zn Pb Be Cr Co Ba Ti V Mn Sc P Zr Уголь 0,3 0,6 0,5 0,2 0,3 3 42 40 1,3 44 0,7 44 10,2 Золы в целом 1,4 4,67 2,083,47 1,382,76 0,2 1 0,1 0,33 2,9 0,97 20 0,48 800 20 2 1,54 70,11,59 1 1,43 1002,27 20 1,96
Изтаблицы следует, что концентрация в золах большинства элементов возрастает(КК>1), для некоторых весьма значительно (ККTi=20, ККCu=4,67, ККZn=3,47,ККPb=2,76) и только для трёх элементов уменьшается (ККCr=0,33, ККCo=0,97,ККBa=0,48).
Наблюдаютсяопределённые различия в содержании отдельных микроэлементов для указанных вышеразновидностей зол. Так например, в тонкозернистых золах повышены содержаниямеди (ККCu=5,17) и хрома (ККCr=3,3), пылеватые золы характеризуются понижениемсодержания меди (ККCu=2,97) и цинка (ККZn=3,0) и повышением содержания почтивсех остальных элементов (ККBe=1,55, ККBa=0,7 и др.). В золах, содержащихобломки шлаков повышены содержания хрома (ККCr=3,0) и марганца (ККMn=1,82).
Главнымминералом, выявленным рентгеноструктурным анализом, является муллит{Al4} - высокотемпературная фаза с неупорядоченнойструктурой, а так же тридимит (SiO2) – минерал метастабильной фазы, характерныйдля молодых образований, в том числе для зол и шлаков.
Средиэлементов примесей особое внимание привлекают редкие элементы Sc, Zr, Ti и B.Необходимы дальнейшие исследования с целью их количественной оценки.
Складированиезолошлаковых отходов сопряжено с широкомасштабным их воздействием на окружающуюсреду (ОС), выражающееся в отчуждении земель и загрязнении атмосферы, подземныхи поверхностных вод. Однако, проблема использования шлакозольных отвалов донастоящего времени не решена. Ежегодно утилизируется в основном в производствестройматериалов менее 1% от образующегося за тот же период времени количествазолы.
Овоздействии золоотвалов на ОС можно судить по результатам обследованиязолоотвалов АО «Свердловэнерго», входящего в состав РАО «ЕЭС».
Воздействиена водные ресурсы.
Навсех электростанциях АО «Свердловэнерго» организовано оборотное водоснабжение.Однако, несмотря на наличие замкнутого цикла водоснабжения, в действительностисуществует сброс загрязнённых вод с золоотвалов в поверхностные и подземныеводные системы. Основной причиной сброса являются фильтрационные потери оборотнойводы из гидрозолоотвалов через ограждающие дамбы и их основания.
Химическийсостав оборотной воды электростанций АО «Свердловаэнерго» характеризует таблица3.
Таблица3.
Химическийсостав оборотной воды электростанций АО «Свердловэнерго».
Элемент Содержание, мг/л* ПДК элементов в воде водоёмов различного назначения Кратность превышения ПДК** Хозяйственно бытового назначения, мг/л Рыбохозяйственного пользования, мг/л Al 0,61 – 2,73 0,5 - - V 0,0046 – 0,23 - 0,001 4,6 – 230 Fe 0,14 –0,39 0,3 0,1 1,4 – 3,9 Si 6,1 – 16,4 10,0 - - Mn 0,024 – 0,087 - 0,01 2,4 – 8,7 Cu 0,002 – 0,014 1,0 0,001 медь-ион 2 – 14 Mo 0,0009 – 0,067 0,25 0,0004 по Мо +6 2,3 – 170 As 0,2 – 0,9 - 0,05 4 – 18 Ni 0,0049 – 0,031 0,1 0,01 по иону 0 – 3,1 Ti 0,042 – 0,28 0,1 - - F 0,2 – 10 0,7 0,05 4 – 200 Cr 0,0026 – 0,051 0,5 0,005 0 – 10,2 /> /> /> /> /> /> /> />
*Изменение содержания каждого из элементов обусловлено сжиганием углей разныхтипов и зольности (Экибастузский – до 43%, Волчанский – 20-37%, Буланашский –20-37%, Кузнецкий – до 22%).
**Использованызначения рыбохозяйственных ПДК.
Изтаблицы 3 следует, что в оборотных водах всех золоотвалов имеет местопревышение ПДК для всех элементов, а для V, Мо и F - до 170-230 раз. Объёмсброса оборотной воды с золоотвалов АО «Свердловэнерго» составляет не менее 7,6млн3/год в поверхностные водоёмы (реки, ручьи) и более 50 млн3/год в горизонтыподземных вод посредством фильтрации через основания дамб.
Воздействиена земельные ресурсы.
Площади,занимаемые каждым золоотвалом, измеряются сотнями гектаров, составляя в целомдля АО «Свердловэнерго» не менее 3100 га, а с учётом площади санитарно-защитныхзон (около 1700 га) из землепользования исключается 4800 га только для однойСвердловской области.
Воздействиена атмосферу.
Основнымиисточниками загрязнения атмосферы являются пылящие поверхности золоотвалов. Ихнегативное воздействие заключается в загрязнении воздушного бассейнанеорганической пылью в результате ветровой эрозии сухой части поверхностиотвалов. Результаты расчётов показали, что для золоотвалов АО «Свердловэнерго»площадь пылящих поверхностей составляет около 600 га, т.е. около 20% общейплощади золоотвалов, а суммарный объём пылевыделения превышает 1700 т/год.
Рискэкологических последствий аварийных ситуаций.
Экологическийриск, т.е. вероятность возникновения неблагоприятных для ОС и человекапоследствий складирования золошлаковых отходов на золоотвалах обуславливаетсявозможностью прорыва ограждающих дамб, что в действительности хотя и не часто,но имеет место.
Такимобразом, в свете рассмотренного воздействия золоотвалов на ОС, совершенноочевидна необходимость проведения исследований по утилизации техногенныхотходов, накапливающихся в золоотвалах топливно-энергетического комплексаРоссии. В решении этой проблемы заинтересован и топливно-энергетическийкомплекс, выплачивающий многие сотни миллионов рублей в год за загрязнение ОС,складирование отходов, изъятия земель.
/>/>/>/>/>3.2.ТМ угольной подотрасли
Придобыче и обработке ископаемых углей возникает большое количество отходов,содержащих кроме пустой породы значительное количество угля.
Первуюгруппу этих отходов составляют углесодержащие вскрышные (при открытой добычеугля) и шахтные породы, т.е. ТМ горнодобывающей промышленности, возникающие придобыче полезных ископаемых (см. классификацию ТМ). К настоящему времени нетдостаточных сведений о ежегодных масштабах образования и складирования в отвалахподобных отходов. Наиболее изучены они в Кузнецком бассейне, где, поориентировочным расчётам, ежегодно получают 12-15 млн.т вскрышных пород сосредней зольностью 72-86%.
Вторуюгруппу представляют отходы углеобогатительных фабрик, где они составляют 5-40%от перерабатываемой массы добытого сырья и превышают 1 млн.т/год на каждойфабрике. В зависимости от способов обогащения угля образуются кусковые имелкодисперсные отходы соответственно при гравитационном и флотационном методахобогащения. Выход кусковых углеотходов обогатительных фабрик Кузнецкогобассейна составил в 1987 году около 11,5 млн.т, а Уральских – 4,8 млн.т.
Крупностьзёрен при флотационном обогащении менее 1 мм. Представление о крупностикусковых отходов даёт таблица 4.
Таблица4.
Гранулометрическийсостав отходов гравитационного обогащения.
Фракция, мм 0 - 1 1 - 6 6 - 113 13 - 25 25 – 50 >50 Содержание, % 1,5 2 3 14,8 50,6 28,1 Зольность, % 72,4 82,3 86,2 80,3 78,8 85
Представлениео химическом составе отходов обогатительных фабрик можно получить,проанализировав данные таблицы 5.
Таблица5.
Характеристикауглеотходов.
Угольный бассейн Зольность Химический состав, % C SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO S Кузнецкий 64 – 90 4 – 22 57 – 70 14 – 26 3 – 10 1 – 7 0,3 – 3 0,1-1,4 Челябинский 66 – 80 9 - 25 53 – 56 22 – 24 11 – 18 2 – 5 3 – 4 0-0,8 Кизеловский 60 – 68 17 – 23 53 – 58 12 – 22 16 – 22 0,8 – 2 0,8 – 2 7 – 10
Преобладающейгорной породой в углеотходах уральских месторождений является аргиллит, внебольших количествах присутствуют алевролиты, песчаники, карбонаты и сульфиды.
Основныеминералы представлены каолинитом (20-40%), гидрослюдами (5-25%) и кварцем(30-40%). Кизеловские отходы имеют повышенное содержание сульфидов железа,следствием чего является более высокое содержание в них серы.
Углеотходыпредставляют интерес для цементной промышленности, которая может утилизироватьзначительный их объём. Например, в Польше ежегодно используют 40 000 т отходовуглеобогащения, применяя их в качестве компонента исходного сырья цемента вколичестве 8-18%. На Днепродзержинском цементном заводе в сырьевую смесь вводят8-9% углеотходов. На Одесском цементном заводе используют углемоечные отходыкоксохимического производства для частичной замены глины и снижения расходовтоплива на обжиг клинкера (около 11%).
Воздействиеотходов обогащения углей на ОС аналогично, по-видимому, воздействию золоотваловТЭС, рассмотренному выше.
/>/>/>/>/>3.3.ТМ цветных и редких металлов
ТМэтой группы объединяют ТМ, возникающие при добыче, обогащении и переработкепродуктов обогащения руд цветных (Cu, Zn, Pb, Al и Mg) и редких (Ni, Sn, Mo, W,Bi, V, Co, As, Sb и Hg) металлов. Как правило, ТМ этой группы относятся кместорождениям смешанного типа, т.е. пригодны как для доизвлечения металла, таки получения стройматериалов.
ТМ,сложенные вскрышными и вмещающими породами и некондиционными рудами,представлены рыхлыми, полускальными и скальными горными породами и рудамиразличного вещественного состава, слагающими коренные месторождения. В этомтипе месторождений обычно не наблюдается закономерностей в распределениинаиболее богатых металлом участков.
ТМ,возникающие при обогащении руд, представлены хвостохранилищами, сложеннымиизмельчённым материалом с водонасыщением до 20-50%, плотностью от 1,5 до 2,5т/м3 и содержанием глинистых частиц до 50%.
Прифлотационном обогащении основная масса хвостохранилищ представлена пылевиднымматериалом, а при гравитационном – мелкозернистым. В пылевидном материалечастиц с диаметром менее 0,1 мм свыше 25%, а в мелкозернистом – частиц сдиаметром меньше 0,1 мм менее 25%.
Полезныекомпоненты распределены в хвостохранилищах неравномерно. Возникновение участковс повышенной концентрацией металла зависит не только от изменения показателейтехнологии обогащения, но и от ряда других факторов, таких как
временнойрежим и место сброса пульпы, которые не являются постоянными;
рельефдна хвостохранилища;
окислительныеи восстановительные процессы в приповерхностной зоне (см. выше).
Металлоносныеучастки представлены системой разобщённых пластообразных, линзообразных,изометрических и неправильной формы тел.
Вхвостохранилищах помимо цветных и редких металлов наблюдаются повышенныесодержания благородных металлов (Ag, Au, Pt) и редкоземельных и рассеянныхметаллов (Ge, Se, Te и др.).
Шлакиметаллургического производства имеют две разновидности:
литые,поступающие в шлакоотвалы в горячем состоянии;
гранулированные– исходные шлаки после предварительной грануляции.
Распределениеполезных компонент в шлаках зависит от изменения состава исходного сырья ипоказателей извлечения различных компонент, входящих в состав перерабатываемыхконцентратов, а так же от интенсивности процессов вторичного перераспределенияметаллов в них, которые для литых шлаков проявляются лишь в приповерхностнойчасти, а для гранулированных – на большую глубину и более интенсивно.
Особенновелики потери металлов при добыче и обогащении руд, а, следовательно, весьмазначительны их запасы в ТМ горнодобывающей промышленности. Оценим эти запасы напримере крупнейшего комбината нашей страны – Тырныаузского (Предкавказье),осуществляющего добычу и переработку вольфрамовых руд.
Кондиционнымисчитаются руды с содержанием триоксида вольфрама CWO3 >0,1%. В хвостахфлотации содержание CWO3 <0,04%. В процессе подготовительных горных работэксплуатационный блок расчленяется на кондиционные и некондиционные руды,выемка которых из недр осуществляется раздельно: кондиционные руды отгружаютсяна обогатительную фабрику, а некондиционные направляются в отвал.
Технологическаясхема и показатели добычи и переработки руд показаны на рис. 2, из которогоследует, что на долю кондиционных руд приходится всего 13,5% от всей добытой
Рис.2. Схема отработки и обогащения руд Тырныаузского месторождения стехнологичес-кими показателями по отдельным этапам.
e - извлечение триоксида вольфрама всоответствующий продукт, %.
горноймассы. В этих рудах содержится лишь 34,6% полезного компонента. Некондиционныеруды, составляющие 86,5% добытой горной массы, уходят в отвал, унося с собой65,4% металла, содержащегося в эксплуатационном блоке. Таким образом, ужепервая стадия добычи коренных руд связана с огромными потерями полезногокомпонента, причём это потери не в недрах, а в отвалах.
Наоб/>огатительной фабрике руда подвергается дроблению,измельчению и флотации. В хвосты флотации уходит 13,48% рудной массы, вместе скоторой уносится ещё 11,4% полезного компонента. В итоге из всей массы металла,содержащегося в эксплуатационном блоке, в товарный концентрат извлекается всего23,2%, а 76,8% теряется в отвалах некондиционной руды и хвостохранилищах.
Изучениетехнологической пробы некондиционной руды Тырныаузского месторождения показало,что отвалы некондиционной руды это полноценное техногенное месторождение,пригодное для переработки, причём со значительно меньшими затратами, чемместорождения коренных руд.
Распределениесодержания триоксида вольфрама в порциях этой пробы приведено в таблице 6.
Таблица6.
Распределениетриоксида вольфрама в порциях технологической пробы некондиционной рудыТырныаузского месторождения.
Групповые порции Отдельные порции Содержание WO3, % Количество WO3, % В отдельной порции Накопленное* В отдельной порции** Накопленное*** I 1 0,543 0,543 47,5 47,5 2 0,165 0,342 15,7 63,2 3 0,101 0,271 7,5 70,7 4 0,068 0,217 5,7 76,4 5 0,054 0,185 5,0 81,4 II 6 0,036 0,160 3,3 84,7 7 0,030 0,142 2,6 87,3 8 0,026 0,128 2,2 89,7 9 0,021 0,115 1,9 91,4 10 0,017 0,106 1,4 92,8 III 11 0,015 0,098 1,3 94,1 12 - 20 0,012 0,057 4,6 100
тороерассчитывается по формуле Сп’=(åmiCi)/(åmi)
гдеmi и Ci – масса и содержание WO3 в i–й порции технологической пробы;
n’– количество порций, для которых рассчитывается Сn’.
**Относительнаямасса (Мi, %) WO3 в i-й порции технологической пробы, которая опn
ределяетсяравенством Мi= ·100, %,
гдеn – суммарное количество порций в технологической пробе, в данном случае – 20.
***Суммарнаяотносительная масса WO3 (Мn’) для всех вышестоящих порций, включая
данную,равная Мn’= [(Сn’åmi)/(Сnåmi)]·100,%.
Пробасостояла из кусков крупностью 25-50 мм. Среднее содержание CWO3=0,057%, т.е. вцелом она относится к категории забалансовых руд, так как минимальноепромышленное содержание в руде CWO3=0,1%. После взвешивания и анализа каждогокуска и ранжирования кусков по содержанию CWO3 вся проба была разделена на 20отдельных порций примерно равных по массе. Затем эти порции были объединены втри группы. В группу I вошли 5 порций с самыми высокими значениями CWO3, длякаждой из которых содержание CWO3 оказалось выше, чем в хвостах флотации, т.е.CWO3>0,04%. В группу II попали 5 порций, у которых среднее накопленноесодержание металла оказалось выше, чем минимальное промышленное наместорождении, т.е. CWO3>0,1%, но в самих порциях содержание металла ниже,чем в хвостах флотации, т.е. CWO3 <0,04%. В группу III попали оставшиеся 10порций, у которых оба показателя ниже установленных пределов.
Данныетаблицы 6 показывают, что распределение вольфрама в кусках и порцияхнекондиционной руды очень неравномерно. Действительно, некондиционная в целомгорная масса технологической пробы, оказывается, наполовину (10 из 20 порций)представлена вполне кондиционной рудой, в которой сосредоточено 92,8% всегометалла, а его средняя концентрация CWO3=0,106% (групповые порции I и IIвместе). Более того, кондиционная рудная часть пробы также наполовину сложенанекондиционной рудой со средним содержанием CWO3=0,026% и запасом металла в11,4% (групповая порция II). Следовательно, в данном случае отвалнекондиционных руд на 50% представлен вполне кондиционными рудами, в которыхсосредоточено 92,8% металла со средним содержанием CWO3=0,106%. Такой отвалнельзя считать бросовым, он должен рассматриваться как ТМ, вполне пригодное дляразработки, причём, с гораздо меньшими затратами, чем коренное, так как горнаямасса в нём уже добыта и складирована.
Аналогичныерезультаты анализа состава отвалов некондиционных руд получаются и для многихдругих типов рудных месторождений. В настоящее время уже имеется опытпереработки отвалов некондиционных руд при использовании крупнопорционнойсортировки горной массы и покусковой и мелкопорционной сепарации некондиционныхруд с помощью ядернофизических методов. Например, извлечение Pb и Zn изнекондиционных полиметаллических руд Алмалыкского ГОК’а (Узбекистан) составляетоколо 50% от массы полученного комбинатом металла.
ТМцветных и редких металлов помимо доизвлечения основных полезных компонент иполучения стройматериалов (щебень, песок, гравий, закладочный материал и т.д.)могут являться ценным источником попутных элементов, которые в начальный периоддобычи руд по тем или иным причинам не извлекались. Так, например, отвалы ихвосты медно-никелевых руд Норильска содержат промышленные с точки зрениясовременных технологий их переработки концентрации платиноидов, золота и серебра,которые ранее извлекались лишь частично. Практически все полиметаллические имедно-цинковые месторождения содержат Ag, Cd редкие и рассеянные элементы,потребность в которых резко возросла в последнее время, и промышленные кондициина них в связи с этим существенно понизились.
ТМцветных и редких металлов имеют огромные запасы полезных компонент. В качествепримера рассмотрим суммарные характеристики ТМ медной подотрасли Урала, вкоторой сосредоточена основная их доля России и для которой известны наиболееполные данные (таблица 7).
Таблица7.
ХарактеристикаТМ медной подотрасли Урала.
Тип техногенного сырья Запасы, млн.т Содержание и запасы полезных компонент, %/тыс.т Cu Zn S Некондиционные руды и породы вскрыши 10617 0,34/36098 0,22/23357 8,69/922617 Хвосты обогащения 208,8 0,37/770,1 0,39/820,5 21,9/45811 Шлаки медеплавильных заводов 110,9 0,37/410,2 2,29/2538,6 0,98/1086,4 Итого 10937 37278 26716 969514
Изтаблицы 7 следует, что основная доля (87,4–96,8%) запасов полезных компонент сосредоточенав ТМ, возникающих при добыче руды коренных месторождений. В целом для меднойподотрасли Урала этот показатель даже превосходит соответствующие потери придобыче вольфрамовых руд несмотря на то, чтомедные и медно-цинковые кондиционные руды имеют более высокие содержания Cu(0,35-0,5%) и Zn (1,5%) и как следствие этого должны быть более однородны.
Изэтой же таблицы также видно, что даже средние содержания Cu (0,34-0,37%) близкик кондиционным (0,35%-0,5%), поэтому учитывая неравномерность распределениямеди в техногенных рудах (от 0,08 до 1,88%), очевидно, что они вполнеконкурентоспособны с коренными рудами.
Вмедных рудах Урала помимо меди содержится ёще 15 других ценных компонент (Zn,Pb, S, Au, Ag, Bi, Cd, Ge, Re, Sn, Te, Ni, In, Sb). Кроме того, в шлакахсодержится до 30% и более железа (CFe, кондиц.³16%),которое из них не извлекается.
Наибольшуюценность в хвостах обогащения Уральских руд представляет сера. Её стоимостьсоставляет 30-50% от общей стоимости хвостов. Второе место принадлежит суммедрагоценных металлов (25-45%). Далее идут Cu – 10-20% и Zn – 10-15%.
КаждоеТМ обладает своими особенностями, обусловленными составом исходного сырья дляних, технологией добычи, обогащения или переработки и целым рядом другихфакторов. Поэтому необходима объективная оценка и детальная разведка каждогоперспективного для вторичной переработки ТМ. Оценочные работы проведены пока нанемногих месторождениях. Рассмотрим для примера результаты таких работ на двухместорождениях: ТМ Бурибаевской обогатительной фабрики и ТМ медиплавильногокомбината АООТ «СУМЗ» (Среднеуральский металлургический (медиплавильный)завод).
ТМБурибаевской обогатительной фабрики начало формироваться с 1937 г. Площадьхвостохранилища составляет около 18 га. Высота колеблется от 0,5 до 18 м.Хвосты представляют собой обезвоженную пульпу с размером частиц от 0,02 до 0,07мм.
Порезультатам опробования шлама содержание СS=10-42%, СCu=0,12-1,64%, СZn£1%. Эти шламы могут быть использованыкак сырьё для получения медного и пиритового концентратов.
Хвостохранилищеразведано колонковыми скважинами по сети 50´50м. Анализ размещения меди и серы в шламе хвостохранилища показал, чтонаибольшее их содержание отмечается в местах слива шлама из трубопровода. Помере удаления от него содержание меди и серы уменьшается. По содержанию этихэлементов выделяют три участка:
Iучасток – СCu>0,5%, СS>34%.
IIучасток - СCu>0,5%, СS<34%.
IIIучасток - СCu<0,5%, СS<34%
Запасыхвостохранилища составляют 3,96 млн.т при среднем содержании СCu=0,54%,СZn=0,17%, СS=28,18%. Кроме Cu, Zn и S хвосты содержат:
Au– 1,2 г/т (0,00012), Se – 41 г/т (0,0041%), Ge – 1,6 г/т (0,00016%,
Ag– 10,3 г/т (0.00103%), Te – 28 г/т (0,0028%).
Cu– 21384 т, Au – 4,752 т, Te – 110,88 т,
Zn– 6732 т, Ag – 40,788 т, Ge – 6,33 т,
S– 1,116 млн.т, Se – 162,35 т.
ТМмедеплавильного комбината АООТ “СУМЗ” представляет собой шлакоотвал, содержащийнесколько десятков млн.т шлаков.
Минеральныйсостав шлаков:
Магнетит(FeFe2O4), пирротин (Fe1-xS), фаялит {Fe2}, шпинель (MgAl2O4), виллемит{Zn2}, куприт (Cu2O), волластонит {Ca3}, кварц (SiO2) и некоторыедругие рудные и нерудные минералы.
Вхимическом составе преобладают
Fe– (34-42)%, SiO2 – (32-38)%, Al2O3 – (4,6-7,5)%,
Zn– (2-5)%, S – (0,9-1,2)%, Cu – (0,6-0,7)%.
Входе отработки шлакоотвала, дробления и флотационного обогащения шлаков наобогатительной фабрике получают медно-цинковый концентрат и магнетит,содержащий песок.
/>/>/>/>/>3.4.ТМ черных металлов
ТМэтой группы, как и ТМ цветных и редких металлов формируются при добыче,обогащении и переработке продуктов обогащения коренных руд чёрных металлов (Fe,Ti, Mn, Cr). Они так же, как правило, относятся к месторождениям смешенноготипа, т.е. пригодны для доизвлечения различных металлов и для получениястройматериалов.
Дляместорождений Урала этой группы наблюдается аналогичное соотношение запасов дляразных их типов:
ТМвскрышных и скальных пород и некондиционных руд - >5 000млн. т;
ТМхвостов обогащения - ~900 млн. т;
ТМшлаков металлургических комбинатов - ~200млн. т.
Наибольшийинтерес среди ТМ чёрных металлов вызывают в последнее время хвосты мокроймагнитной сепарации титаномагнетитовых руд Качканарского ГОК’а (Урал).Хвостохранилище занимает площадь 2000´200м=40 га. В среднем в него ежегодно поступает около 34 млн.т хвостов. Материалих достаточно однороден, с преобладающим фракционным составом 1-4 мм.Распределение металла по поверхности хвостохранилища равномерное. Как следствиеоднородности состава шламов в них отмечаются стабильные содержания одного изредких металлов–скандия (CSc»130 г/т),представляющего промышленный интерес.
ТМметаллургических предприятий представляют довольно сложные объекты. Строениеподобных ТМ рассмотрим на примере ТМ Челябинского электрометаллургическогокомбината (АО «ЧЭМК»).
Шлаковыеотвалы ЧЭМК формируются с начала ферросплавного производства в 1931г. ипродолжают функционировать по настоящее время. Они имеют в плане близкую кизометрической форму плоского типа (соотношение площади верхней поверхности инижнего основания меньше двух). Площадь отвала около 38 га. Мощность телаотвала 16-31 м, средняя её величина – 22,55 м. Плотность материала – 2,5 т/м3.
Вывалкашлаков и отходов различного состава производилась хаотически, без соблюдениясистемы складирования, поэтому строение отвала сложное. Большая часть егоповерхности покрыта пылями различных производств и саморассыпающихся шлаков,которые впоследствии проходят процесс литификации (слёживания), превращаясь всцементированные тонкообломочные породы.
Вотвале содержится около 653 тыс.т марганца. Основное перспективное направлениепереработки – использование в качестве строительного материала спредварительным извлечением металлических фаз. Характерными стройматериалами,которые могут быть получены из шлаков чёрной металлургии, являются:
гранулированныешлаки;
шлаковаяпемза как заполнитель бетона;
шлаковата;
литойшлаковый щебень;
шлаковоелитьё (брусчатка, плитки, бордюрный камень и пр.);
стеклокерамическиеизделия;
вяжущиедобавки в цемент;
минеральныедобавки для улучшения почв.
/>/>/>/>/>4.Методика и техника геолого-экономической оценки ТМ
/>/>/>/>/>4.1.Основные этапы исследования ТМ
ИсследованияТМ и вовлечение их в эксплуатацию представляет собой комплексную проблему,которая может быть решена только совместными усилиями геологов, геофизиков,горняков, обогатителей и экологов. Методика исследований ТМ включает рядэтапов:
Рекогносцировочноегеолого-геофизическое обследование ТМ. Оно выполняется путём изучениягорно-геологической документации отработки коренных месторождений, осмотратехногенных образований на местах и составления схемы их залегания. Наосновании выполнения этих работ оценивается:
минералогическийи петрофизический состав залежей ТМ и их физические свойства (плотность,электропроводность и т.д.);
гранулометрическийсостав;
площадьи мощность залежей ТМ, их состояние, сроки складирования и т.д.
Первыйэтап работ заканчивается заключением о целесообразности дальнейшего изучения ТМс целью вовлечения его в переработку, если существует потребность в том илиином продукте, полученном из техногенного сырья.
Приэтом оценка ТМ должна быть технолого-эколого-экономической, так какэкологический аспект их разработки, наряду с сырьевым, является важнейшим.
Совокупностьтаких заключений может служить основой для составления централизованнойкартотеки, кадастра или банка данных по ТМ России.
Геолого-геофизическаясъёмка поверхности отложений ТМ. Информация о ТМ, полученная на первом этапеисследований, требует уточнения. Многие ТМ существуют от нескольких десятков до100 и более лет. В течение этого времени интенсивно шли процессы выветривания,окисления и выщелачивания, в результате которых произошло перераспределениеэлементов, изменение минералогического и вещественного состава техногенныхотложений, вынос элементов и образование ореолов рассеяния. Эти изменениянаиболее существенны для отходов добычи и обогащения сульфидных руд, которыепри окислении и выщелачивании быстро разрушаются и переходят в окисленныеминералогические формы, требующие при утилизации создания особых технологийизвлечения полезных компонент.
Основнымсредством исследования ТМ на втором этапе являются ядерногеофизические методы,такие как рентгенофлуоресцентный (РФМ), нейтронноактивационный (НАМ),гамма-гамма (ГГМ) и др., обеспечивающие геолого-технологическое картирование ивыявление наиболее перспективных для разработки участков.
Второйэтап исследований ТМ начинается рентгенорадиометрической съёмкой, когда этовозможно, или отбором проб с поверхности отложений по разведочным линиям смаксимальным расстоянием между ними для однородных отвалов 100 м, а междупунктами опробования по линии – 10-20 м. Отбор проб по поверхности рыхлыхотложений проводится горстьевым способом или способом вычерпывания. Крупныеглыбы шлаков, горных пород, некондиционных руд и других образований опробуютсяштуфным способом. Проба представляет собой образец (штуф) или сколки,отобранные равномерно с опробуемой поверхности. В случае неоднородности строенияобъекта исследований проводится опробование каждой разновидности.
Отобранныепробы подвергаются сначала полуколичественному спектральному анализу с цельювыявления широкого круга элементов в исследуемом материале. Количественныйанализ осуществляется рентгенорадиометрическим или нейтронно-активационнымметодом в зависимости от минимальных содержаний (Cmin) и типа (порядковогоатомного номера Z) определяемых элементов, представляющих практический интерес.Для РФМ - Сmin³(10-3-10-2)%,Z>20; а для НАМ - Сmin³5·10-5%; Z – практически любой.
Приисследовании многих типов ТМ возможна рентгенофлуоресцентная съёмка (РФС) поповерхности отложений без отбора проб. Например, РФС с успехом применяется длякартирования поверхности хвостохранилищ оловорудных, полиметаллических инекоторых других типов месторождений.
Впроцессе съёмки определяется содержания основных полезных компонент – Cu, Zn,Pb, Sn и др., сопутствующих– Fe, As и др., редких и рассеянных элементов – Ag,Cd, Re, Ga и др., которые имеют промышленное значение и могут быть извлеченыпри переработке техногенных руд, а также Sr, Ba, Sb, Zr, Rb, Ca, S, P, которыеопределяют технологический тип руды и влияют на извлечение полезных компонент.Такая многоэлементная съёмка может быть выполнена в настоящее времяретгенофлуоресцентным методом с портативной или переносной аппаратурой напропорциональных, полупроводниковых или кристалл-дифракционных детекторах(АР-104, Дукат, Спетроскан и др.). По результатам съёмки выделяютсяперспективные для отработки участки ТМ.
Второйэтап исследований включает также изучение физических свойств и минералогическоеи петрофизическое изучение материалов проб и образцов. Результаты определениявещественного состава, минералого-петрографической и петрофизическойхарактеристик техногенных отложений оформляются в виде геолого-технологическойкарты или плана.
Разбуриваниеперспективных участков. Основная его задача – заверка результатов поверхностнойсъёмки и получение данных о пространственном распределении оруденения втехногенных отложениях. На основе этих сведений осуществляется прогнозныйподсчёт запасов полезных компонент, разработка плана отработки ТМ с учётомтехнологических типов оруденения и составление геологической карты и разрезов.
Разбуриваниеперспективных участков осуществляется по густой, разведочной сети – 10´10 м, а для неперспективных участковпо более редкой, поисковой, сети – 50´50м с экспресс-анализом шламовых проб рентгенофлуоресцентным методом, на тот жекруг элементов, что и при съёмке.
Результатыисследований по этапам 1-3 уже достаточны для того чтобы начать разработку ТМ.Однако, для более эффективного использования техногенного сырья целесообразнопроведение дополнительных исследований для уточнения технологии егопереработки. С этой целью осуществляются исследования 4-го этапа.
Изучениемалой технологической пробы. Оно направлено на решение технологических вопросови составление технико-экономического обоснования (ТЭО) промышленного освоенияТМ с разработкой кондиций.
Малаятехнологическая проба массой от 50 до 100 т отбирается с перспективныхучастков. Изучение такой пробы позволяет:
оценитьобогатимость руд, используя полученные данные по её гранулометрическомусоставу, распределению полезных компонент по классам крупности, контрастностиоруденения, определённой химическим или радиометрическим методом, повещественному и минералогическому составу, по степени окисленности рудныхминералов и опытной флотации или гравитации;
оценитьвозможность и перспективы радиометрической порционной сортировки транспортныхемкостей (вагонеток, самосвалов, транспортёров и т.д.) и покусковой сепарациипри отработке техногенных отложений;
разработатьрациональную технологическую схему извлечения полезных компонент для данного ТМс экономическим обоснованием и проектом технологической линии для отработки ТМ.
Общаяструктурная схема переработки руд с применением радиометрической сортировки исепарации руд показана на рис.3, но для каждого конкретного месторождения онадолжна быть уточнена и конкретизирована.
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Рис.3.Общая принципиальная схема технологии переработки коренных и техногенных руд сприменением предварительной концентрации на основе радиометрической сортировкии сепарации.
/>/>/>/>/>4.2.Аппаратурно-методическое обеспечение аналитических исследований ТМ
Успехизучения и комплексного использования ТМ в значительной степени зависит отуровня аналитического обеспечения. Очевидно, что от качества определенияхимического состава многокомпонентных веществ зависит достоверность выводов ополезности и перспективности использования отходов промышленного производства.Многие традиционные аналитические методы далеко не всегда удовлетворяюттребованиям практики из-за их трудоёмкости, недостаточной точности ичувствительности. Поэтому закономерен интерес к использованию инструментальныхметодов анализа, которые позволяют выполнить количественные определенияширокого круга элементов в приемлемые сроки в автоматическом илиполуавтоматическом режиме с выводом информации на диспетчерский пульт дляоперативного управления процессом производства, в память компьютера илинепосредственно в соответствующую базу данных.
Особоеместо при решении перечисленных задач принадлежит ядернофизическим методам:
рентгенофлуоресцентному,
нейтронно-активационному,
гамма-спектрометрическому,
эманационному,
радиометрическому.
Комплексэтих методов позволяет определять содержания практически всех элементов,представляющих интерес, и исследовать практически все объекты ОС, в том числевоздух, воду, почвы, горные породы, руды, продукты и отходы их переработки ит.д. При этом обеспечивается не только количественная характеристикаэлементного состава объекта по стабильным изотопам, но и радиационная оценка поактивности естественных и искусственных радионуклидов.
Ядернофизическиеметоды и аппаратура для элементного анализа вещества получили в последние 2-3десятилетия интенсивное развитие и широкое применение. Используя достиженияатомной и ядерной физики, полупроводниковой и электронной вычислительнойтехники, создан к настоящему времени целый ряд анализирующих приборов иразработаны методические основы применения этих методов для решенияразнообразных задач геологии, экологии, металлургии, строительства, медицины,пищевой, химической, горнодобывающей и горноперерабатывающей отраслейпромышленности и др.
Приисследовании таких сложных объектов как ТМ ядернофизические методы обладаютцелым рядом достоинств по сравнению с традиционными методами анализа вещества:
Возможностьанализа техногенных отложений в естественном залегании, т.е. без отбора проб, атакже в полевых условиях с помощью передвижных полевых лабораторий.
Высокаяэкспрессность анализа, длительность которого обычно составляет не болеенескольких десятков секунд и редко превышает 10-15 мин, что обеспечивает, содной стороны, высокую производительность, достигающую десятков и даже сотентысяч элементоопределений в год, а с другой стороны, решение принципиальноновых задач, недоступных традиционным методам анализа. Например, этодостоинство в сочетании с первым позволяет осуществить сортировку руд покачеству в транспортных емкостях, корректировку технологического процессаобогащения при анализе пульпы в потоке и т.д.
Высокаяэкономическая эффективность.
Высокиеточность и чувствительность, низкий предел обнаружения, который, например, приНАА достигает для некоторых элементов 10-8-10-10%. Погрешность определенийобычно не превышает 10-20% отн. даже при выполнении анализа без отбора проб.
Возможностьодновременного многокомпонентного анализа и получение результатов в реальноммасштабе времени. При РФА число одновременно определяемых элементов обычно неменее трёх-четырёх, например, Ni, Cu, Zn, Pb, Fe, а при НАА может достигать30-40 и более.
Анализявляется неразрушающим, материал образца полностью сохраняется после завершенияизмерений.
Низкаятрудоёмкость, обусловленная высокой экспрессностью и простотой пробоподготовкиили даже полным отсутствием какой-либо подготовки, так как можно анализироватьобразцы различного размера, формы и вида (штуф, порошок, жидкость, газ) илиосуществлять анализ без отбора проб отложений, в естественном их залегании.
Анализвыполняется, как правило, в широком диапазоне концентраций от 10-4-10-8 до 100%при этом без существенного изменения методики и легко поддаётся автоматизации.
Результатыопределения содержания элементов в веществе не зависят от типа их химическихсоединений.
Изперечисленных достоинств ЯФМ следует, что они могут с успехом применяться навсех этапах изучения и утилизации ТМ, начиная от геолого-геофизической съёмкиповерхности отложений ТМ, разбуривания перспективных участков и изучениятехнологических проб и кончая опробованием продуктов обогащения и ихпереработки, включая автоматические системы управления (АСУ) этими процессами.Эффективное решение этих задач в настоящее время обеспечено соответствующимиаппаратурными и методическими разработками (аппаратура типа «Спектроскан»,«АР-104», носимые спектрометры типа «Поиск», рентгенорадиометрическаякаротажная аппаратура и т.д.; методики многокомпонентного анализа сосцинтилляционными, пропорциональными, полупроводниковыми икристалл-дифракционными детекторами).
/>/>/>/>/>/>4.3. Метрологическое обеспечение качества полевых илабораторных анализов/>/>/>/>состава отложений ТМ
Контролькачества должен осуществляться на всех этапах и при всех видах полевых илабораторных работ. Аналитические исследования должны проводиться влабораториях, прошедших аккредитацию в установленном порядке. Контроль качествааналитических работ осуществляется в форме:
Внутреннего(внутрилабораторного);
Внешнего(главным образом в виде межлабораторного);
Геологическогоконтроля.
1.Внутрилабораторный контроль правильности результатов анализа выполняетсясистематически и обязателен для рядовых анализов, при этом он
включаетконтроль правильности и оценку точности результатов определений с помощьюстандартных образцов (СО) и контрольных проб (КП), контроль систематическихрасхождений результатов, получаемых принципиально различными методами;
организуетсяруководителем аналитического подразделения и выполняется группой контроля;
егоданные обрабатываются раздельно по методам анализа.
Дляконтроля правильности и точности анализов используются результаты измеренийнавесок государственных (ГСО) и отраслевых (ОСО) стандартных образцов,контрольных проб (КП), изготовленных на основе ГСО и ОСО, стандартных образцовпредприятия (СОП). Набор стандартных образцов и контрольных проб долженохватывать весь диапазон содержаний определяемого компонента в анализируемыхпробах. Навески СО и КП включаются в зашифрованном виде в каждую партию рядовыхпроб.
2.Внешний межлабораторный контроль осуществляется лабораториями, объединённымиэтой процедурой. Они проводят анализ ОСО, СОП и КП по единой методике споследующей обработкой результатов измерений метрологической службой головнойорганизации, которая разрабатывает рекомендации по улучшению качества работ.Внутри и межлабораторный контроль рекомендуется проводить на одних и тех же СО.
3.Геологический контроль предусматривает повторное опробование в количестве 3% отобщего объёма отобранных проб.
Принеобходимости допускается создание и использование контрольных проб по всемопробуемым объектам из типичных для района материалов. Такие пробы готовятся вобъёмах, достаточных для обеспечения навесками всех партий проб на весь периодработ с обязательным описанием и утверждением методик их изучения.
Исследования,направленные на всестороннее изучение ТМ, выяснения их экономической ценности иэкологической безопасности при дальнейшем использовании неразрывно связаны ссертификацией отходов производства. Для этого создаются специальные лабораториии институты испытаний и сертификации минерального сырья, в том числе итехногенного. Например, институт испытаний и сертификации при Уральскойгосударственной горно-геологической академии (УГГА), выполняющий большой объёмработ по оценке качества минерального сырья и метрологическому обеспечениюнаучно-технических исследований и разработок.
/>/>/>/>/>5.Формирование банка данных (БД) и мониторинг ТМ
Решениезадач, возникающих при переработке ТМ, требует их мониторинга, который являетсянеобходимой частью единой технологической цепочки при формировании банка данныхпо ТМ (БД ТМ).
Цельюсоздания БД является:
1.Представление информации о ТМ в виде, позволяющем
отслеживатьзапасы ценных компонент, содержащихся в этих месторождениях, и
управлятьопасными отходами на всех этапах обращения с ними, а именно, при их
образовании,
накоплении
транспортировке,
переработке,
обезвреживании,
захоронении;
2.Обеспечение областных, муниципальных и районных органов управления,специалистов, предпринимателей и общественность информацией о ТМ, в том числе,
обопасных отходах, их перемещении, причинах не использования;
опрогнозируемых процессах, вызванных их наличием;
обоценках риска для здоровья человека и возможных путях его снижения;
отехнологиях переработки, а так же
озатратах, связанных с реализацией мероприятий по их утилизации;
3.Дать ответ на два основные вопроса, обусловленных существованием ТМ:
каковаэколого-экономическая целесообразность использования ресурсов ТМ в данномрайоне?
каковриск сохранения того или иного ТМ, т.е. как влияет его сохранение на качестводругих ресурсов (водных, сельскохозяйственных и т.д.)?
Впроцессе формирования БД ТМ решаются следующие задачи:
Аудитобъекта на основе применения оптимального комплекса измерительного оборудованияи аппаратуры;
Формированиеобновляющихся характеристик ТМ, в том числе по результатам опробования;
МониторингТМ, в том числе слежение за запасами полезных компонент в них;
Повышениедостоверности информации о ТМ за счёт комплексирования данных, поступающих изразных источников;
Паспортизацияи сертификация ТМ;
Экспертизаспособов переработки ТМ и оценка их экономической целесообразности, т.е. поискрациональных технологий переработки ТМ и выдача рекомендаций по способамиспользования ТМ;
Оценкасуществующих и прогнозируемых ущербов, связанных с наличием ТМ;
Поискпотенциальных потребителей продуктов переработки ТМ;
ПоискТМ, удовлетворяющих определённым требованиям потенциальных потребителей;
Выявлениеприоритетных проектов переработки ТМ;
Учётземель, отчуждённых под ТМ;
Формированиеучётных документов;
Формированиекарт ТМ:
ПоддержкаБД налогов и штрафных санкций за нарушение экологии и норм природопользования.Например, при формировании БД ТМ топливно-энергетического комплекса Урала былоустановлено, что для золоотвалов АО «Свердловэнерго» отсутствуютсанитарно-защитные зоны. Это приводит к занижению суммарной площади земельныхотводов и суммы соответствующего земельного налога на 58%. Золоотвалы двухэлектростанций АО «Свердловэнерго» расположены в водоохранных зонах водныхобъектов, вследствие чего, согласно действующим нормативным документам, платежиза размещение отходов на них должны быть увеличены в 5 раз. Кроме того, неучитывается объём пылевыделения с золоотвалов и отсутствует учёт сброса иззолоотвалов оборотных вод с многократным превышением ПДК по таким элементам какMn, V, F, As, Cu и др. Это, помимо экологических последствий, приводит кзанижению соответствующих платежей на сумму не менее 270 млн.руб. в год (вценах 1997 г.). В целом было установлено, что суммарное занижение платежей зазагрязнение ОС, складирование отходов и изъятие земель составило по АО«Свердловэнерго» в 1996 г. 2,33 млрд. рублей.
/>/>/>/>/>5.1.Технология формирования банка данных по техногенным месторождениям (БД ТМ)
Технологияпостроения БД ТМ основана на объединении:
информационнойбазы и
математическихмоделей распространения загрязнений в ОС (воздушном и водном бассейнах, почвах,донных отложениях и т.д.) и оценки связанных с этим рисков, которые строятся наоснове информационной базы (см. рис.4).
Рис.4.Структурная схема формирования банка данных по техногенным месторождениям (БДТМ).
Созданиеинформационной базы является достаточно сложным процессом, требующим огромногообъёма информации, основными источниками которой являются:
базазнаний, содержащая информацию специалистов по изучению и использованию ТМ;
базаданных о вещественном составе и физическим свойствам отложений ТМ;
нормативно-правоваябаза, предоставляющая информацию, которая следует из нормативно-правовыхдокументов.
Базазнаний включает данные по перераспределению полезных компонент в техногенныхотложениях под влиянием разнообразных природных факторов таких как,окислительно-восстановительные процессы, выщелачивание, фильтрационныеэлектрические поля, плоскостной смыв и других физико-химических и механическихпроцессах климатического воздействия и выветривания. Здесь же содержатся данныеэкспертизы по рациональным технологиям переработки ТМ, рекомендации по способамиспользования тех или иных типов ТМ, оценка прогнозируемых ущербов и рисков,связанных с наличием ТМ и т.д.
Базаданных состоит из 3-х крупных блоков:
фондоваяинформация характеризует состав и свойства исходного сырья горнодобывающих,горноперерабатывающих, металлургических и других типов предприятий (горныепороды, руда, концентраты, угли для ТЭЦ и т.д.) и отходов промышленныхпроизводств (шламы, шлаки, золы и т.д.) по данным фондовых материалов.
результатыопробования ТМ необходимы в связи с тем, что фондовая информация, выявляя общиезакономерности, позволяет лишь оценить состав и строение техногенных отложений,так как из-за физико-химических и механических процессов климатическоговоздействия и выветривания отходы производства в техногенных отложенияхотличаются от отходов рудников, обогатительных фабрик, ТЭЦ и т.д. Кроме того,дифференциация отходов при складировании, нарушение системы складирования, ачасто и полное её отсутствие, требуют уточнения строения техногенных отложенийпо данным бурения.
Этотблок данных так же содержит радиационную оценку ТМ, обычно отсутствующую вфондовых материалах. ТМ нередко имеют повышенную радиоактивность по сравнению сисходным сырьём. Например, золошлаковые отходы ТЭЦ могут содержать повышенныеконцентрации естественных радионуклидов (U, Th и K) особенно при сжигании углейПодмосковного, Донецкого и некоторых других бассейнов и месторождений,обладающих повышенной радиоактивностью.
Важнымисточником информации о составе, свойствах и строении техногенных отложенийявляются наряду с традиционными методами анализа ядерногеофизические методы (рентгенофлуоресцентный,нейтронно-активационный, гамма-гамма метод и др.)
мониторингявляется источником информации о закономерностях изменения во временихимико-минералогического и петрографического составов и физических свойств, каксамих техногенных отложений, так и объектов ОС вблизи ТМ (почв, донныхотложений, подземных и грунтовых вод, воздушного бассейна). Данные этого блокаявляются основой для прогноза изменения экологической ситуации исследуемойтерритории и выработки рекомендаций и управляющих решений.
Нормативно-правоваябаза содержит информацию о предельно-допустимых концентрациях (ПДК), выбросах(ПДВ) и сливах (ПДС) загрязняющих веществ, нормативно-правовые инормативно-методические документы по охране окружающей среды,природопользованию и обеспечению экологической безопасности.
Наоснове информационной базы создаются математические модели взаимодействия ТМ сОС, которые связывают все имеющиеся виды информации и обеспечивают построениемодели ТМ, поэлементных, геологических и экологических карт, петрофизическихразрезов и т.д., т.е. создание графических библиотек. Математические модели сиспользованием данных информационной базы позволяют сделать оценку прогнозныхресурсов, содержащихся в ТМ полезных компонент и выработать систему поддержки принятиярешений
Рассмотреннаятехнология формирования БД ТМ обеспечивает:
вводв локальную базу данных всевозможных типов, включая графическую информацию сбумажных носителей;
масштабныеи функциональные преобразования данных в различных системах координат;
построениеплоских и объёмных картографических изображений;
решениеэкспертных, классификационных и других задач распознания объектов различногохарактера по множеству информационных слоёв;
экспорт-импортинформационных слоёв с внешними базами данных с целью эффективногоиспользования пакета информации и коррекции БД за счёт дополнительнойинформации.
Техническаябаза БД ТМ включает:
компьютернуюсеть со специализированной периферией;
современныекомпьютерные технологии, включая такие широко известные ГИС как ARC/INFO, ERMAPPER 5.0 и др.
системыподготовки и выпуска геоинформационных пакетов (ГИП), которые имеют тримодификации:
региональныеГИП в масштабах 1:200 000 – 1:1 000 000, которые содержат объёмнуюхарактеристику ТМ, их место в структуре промышленности региона, экономическиехарактеристики, проблемы, перспективы;
территориальныеГИП в масштабах 1:50 000 – 1:100 000 для районов;
локальныеГИП отдельных месторождений в масштабе 1:25 000.
Всяинформация в БД ТМ структурирована по уровням. Первый уровень даёт обобщённуюинформацию о техногенном месторождении (его географическое положение, общаяхарактеристика, реквизиты собственника и т.д.). Каждый из последующих уровнейраскрывает характеристики месторождения и делает доступным выход на комплексрешаемых задач.
Информацияна каждом уровне включает в себя карту определённого масштаба и комплексхарактеристик техногенного месторождения.
/>/>/>/>/>5.2.Мониторинг ТМ
МониторингТМ обеспечивает периодическое обновление геоинформационных пакетов (ГИП).Источником информации служит пакет данных представленный в таблице 8.
ГИПобычно состоит из следующих информационных слоёв:
образземной поверхности – цифровая модель по космо- и аэросъёмке в оптическомдиапазоне с разрешением от нескольких сантиметров до нескольких десятковметров;
инфраструктура– цифровая топооснова коммуникаций, застройки, сетей и т.д.;
рельеф– цифровая модель рельефа с морфологическими объектами и физическимипараметрами радарного сканирования;
ландшафт– модель градации растительности и гидросферного покрова по оптическому ирадарному сканированию;
геохимия– элементный состав, радиоактивность, сорбированные газы, нефтепродукты идругие физико-химические параметры грунтового покрова;
геофизика– аномальные геофизические естественные и искусственные поля, интегральные идифференциальные параметры на различных глубинных срезах, начиная от дневнойповерхности;
геология– геологические объекты, элементы и параметры покровного и глубинного строенияземной коры;
гидросфера– карты открытых и подземных гидросистем, фильтрационных потоков иводно-физических параметров;
геодинамика– блоковая структура земной коры;
экология– экологический паспорт, объекты мониторинга, реперная система и банкконтрольных параметров территории;
ресурсы– прогнозные карты ресурсов минеральных, углеводородных, строительных,техногенных, лесных, сельскохозяйственных и др.;
эталоннаяколлекция образцов, включающая систематизацию, минералогическое ипетрографическое описание, определение петрофизических и технологическихсвойств и элементного состава, паспорт коллекции.
Таблица8.
№ Тип информации Тип носителя Масштаб 1
Космоснимок
Разрешение: 10 м
Тип съёмки: панхроматика
Захват: 60´ 69 км
CD-ROM 1:50 000 2
Аэроснимок
Разрешение: 1 м
Тип съёмки: цветные полутона
Ортофотоплан: 2 ´2 км
Полноцветная
фотопечать и
электронный
1:5 000 3
Топокарты
Планшет 1:25 000 (10 ´10 км)
Планшет 1:5 000 (2 ´2 км)
Бумажный
Геологические карты
Планшет 1:200 000 (40 ´40 км)
Планшет 1:25 000 (10 ´10 км)
Бумажный,
Электронный
Гидрогеологическая карта
Планшет 1:200 000 (40 ´40 км)
Бумажный,
Электронный
1:200 000 6
Геохимическая съёмка в масштабах
1:100 000 (40 ´40 км)
1:25 000 (10 ´10 км)
1:5 000 (2 ´2 км)
Электронный
Радиометрическая съёмка в масштабах
1:100 000 (40 ´40 км)
1:25 000 (10 ´10 км)
1:5 000 (2 ´2 км)
Электронный
Эманационная съёмка в масштабах
1:100 000 (40 ´40 км)
1:25 000 (10 ´10 км)
1:5 000 (2 ´2 км)
Электронный
Инженерно-геологическая съёмка
1:25 000 (10 ´10 км)
1:5 000 (2 ´2 км)
Электронный
Экологическая съёмка
1:100 000 (40 ´40 км)
Электронный 1:100 000 11
Гидрогеологическая съёмка
1:25 000 (10 ´10 км)
1:5 000 (2 ´2 км)
Электронный
12 Опробование сырья, подсчёт запасов
Бумажный,
электронный
Постоянноезагрязнение окружающей среды требует оптимальной организации процессамониторинга. Разработаны многоуровневые системы сбора, обработки, хранения ианализа информации, позволяющие чётко разделить функции различныхподразделений, оптимально использовать технические средства и оперативнополучать необходимую информацию. Двухуровневая система мониторинга представленана рис. 5.
Рис.5. Информационная система экологического мониторинга объектов
окружающейсреды
Системамониторинга первого уровня предназначена для измерения, регистрации ипервичного накопления данных по объекту в автоматическом режиме. Эти функциивыполняются рабочими станциями (РС-1), которые представляют собойаппаратурно-программные комплексы на базе персональных компьютеров иизмерительной аппаратуры различного назначения:
измерениехимических загрязнений (содержание тяжёлых металлов и т.д.);
измерениеорганических загрязнений (содержание пестицидов, бензапирена и т.д.);
измерениеионизирующих a-, b- и g-излучений.
Второй,более высокий, уровень системы мониторинга – это программные комплексы нацентральной ЭВМ, назначение которых:
сбороперативной информации по мониторингу с РС-1 и передача этих данных всоответствующую БД в автоматическом режиме;
диалоговыйрежим ввода и ведения баз данных по всем видам загрязнений ОС;
диалоговыйрежим ввода и редактирования данных по любой БД;
проверкадостоверности хранящейся информации;
интеграциявсех данных на региональном уровне и их обработка, анализ и обобщение имеющейсяинформации, визуализация и печать выходных документов в табличной форме, а также построение 2-х и 3-х мерных графиков.
Первыедва уровня решают технические задачи по созданию баз данных по различным видамзагрязнений ОС – атмосферы, территории, воды, почвы, строительных материалов иизделий из них и т.д.
Наболее высоком уровне эти данные служат базой для комплексной оценки состоянияОС, здоровья населения, системного анализа состояния экосистемы, для выработкиподходов реабилитации, экспертного анализа экологической ситуации и еёпрогнозирования.
Системаметрологического обеспечения мониторинга должна предусматривать необходимуюточность измерений, которая гарантируется различными видами испытаний(внутрилабораторный и межлабораторный контроль, геологический контроль) ипериодической поверкой средств измерений.
/>/>/>/>/>6.Геоэкологическое картирование и составление эколого-геологических карт (ЭГК) потехногенным месторождениям
Однимиз необходимых видов исследований ТМ является оценка их влияния на загрязнениеОС и прогноз экологического состояния прилегающих территорий, что определяетнеобходимость составления экогеологических карт.
Экогеологическаякарта представляет собой картографическое отображение геологической среды (ГС)и происходящих в ней процессов, которые оказывают влияние на экосистемы, средуобитания и здоровье человека.
Основноеотличие ЭГК от других карт геологического содержания является экологическаяоценка геологических показателей и процессов в естественных и нарушенныхусловиях. Нормативными документами для оценки экологического состояния ГСявляются:
«Критерииоценки экологической обстановки территории для выявления зон чрезвычайнойэкологической ситуации и зон экологического бедствия», утверждённые министромохраны ОС и природных ресурсов РФ В.И.Даниловым-Данильяном 30.11.1992 г, а также
«Порядокопределения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами»,утверждённый им же и председателем комитета РФ по земельным ресурсам иземлеустройству Н.В.Комовым 10.11.1993 г.
Принципырешения и подходы к геоэкологическому картированию были сформулированы в работе:
Методикагеоэкологического картирования изложена в работе:
Всоответствии с перечисленными нормативно-методическими документами результатыгеоэкологического картирования должны быть представлены 2-х листным вариантомкарты:
фактологическаягеоэкологическая карта и
картаоценки экологического состояния ГС.
Первыйлист включает:
а)карту ландшафтов местности, прилегающей к ТМ, которая служит основой дляинтерпретации эколого-геохимических карт. Эта карта строится с использованием
топографическихкарт,
материаловаэродешифрирования,
рядаспециализированных карт (геологической, геоморфологической, тектонической,металлогенической, растительности, почвенной, гидрогеологической,хозяйственного использования земель и др.)
Онаотражает пространственное расположение и взаимоотношения различных ландшафтов,их компонент (почв, растительности, водотоков и водоёмов, литогенной основы),природных и техногенных факторов, в совокупности определяющих уровеньсодержания химических элементов в почвогрунтах, в поверхностных и подземныхводах, донных осадках и т.д., направления, пути, формы и интенсивность ихмиграции и вторичной аккумуляции.
Приландшафтно-геохимическом районировании местности, прилегающей к ТМ, типичнымиявляются следующие разновидности ландшафтов:
элювиальные(водораздельные);
трансэлювиальные(склоновые);
транссуперэлювиальные(участки пойм и комплекса низких террас);
аквальные(ландшафты проточных и непроточных озёр, рек, водоёмов);
супераквальные(ландшафты озёрно-болотных впадин и котловин);
техногеннообразованные ландшафты (шламохранилища, отстойники, свалки).
б)эколого-геохимические карты, представляющие собой поэлементные карты полей Pb,Cu, Zn, Hg и других элементов, загрязняющих ОС, а так же карту комплексногозагрязнения аномалиеобразующими элементами. На подобных картах выделяютсяобласти загрязнения отдельными аномалиеобразующими элементами или областизагрязнения, обусловленные их суммарным воздействием.
Дляпостроения поэлементных карт вычисляются абсолютные (Са, мг/кг) и относительныесодержания элементов для каждой градации поля. Последние получили название«кларки концентраций» (КК) и представляют собой абсолютное содержание,выраженное в единицах кларкового содержания для каждого из элементов
Комплексныйпоказатель геохимического загрязнения аномалиеобразующими элементами (ZC)рассчитывается по формуле
гдеm – число аномалиеобразующих элементов с КК³1в i-й пробе.
/> />
Легенда к поэлементным картам выглядит примерно так/> />
В легендах к картам комплексного геохимического загрязнения указывается толькозначение ZC
Картографированиегеохимических показателей (КК и ZC) производится по отдельным блокам ГС:
поверхностныеи подземные воды,
донныеосадки и т.д.
Примеромтаких карт для почвогрунтов может служить рис. 6.
в)карты радиоактивного, нефтяного, бензапиренового (от автотранспорта) и другихзагрязнений строятся в некоторых экогеологических ситуациях, требующих знанияэтих видов загрязнения.
Рис.6. Карты полей распределения цинка (а) и суммарного загрязнения элементами Cu,Zn, Pb, Ag, Hg, As, Cd, Bi, Sn, Cr, Ni, Co, W, Mn, Ti и Mo. (б) почвогрунтов
Дляоценки геоэкологической обстановки в зимний период проводится снеговая съёмка.Пробы снега отбираются из шурфов, вскрывающих снеговой покров на всю мощность,однако, исключается нижний слой толщиной около 10 см, чтобы устранить попаданиев пробу почвенного материала и влияние обменных реакций на границе двух сред:снег – почва. Снеговая съёмка является эффективным средством оценки пылевогозагрязнения территории, а так же загрязнения металлами, переносимыми этойпылью, и установления основных источников пылеобразования и области ихдействия.
Полевыеработы, проводящиеся для получения исходных данных, необходимых для решениязадач экогеологического картирования, совмещаются с оценкой техногенныхместорождений и сопровождаются площадным опробованием. Сеть и методыпробоотбора регламентируются нормативно-инструктивными материаламигеохимических поисков, при этом пункты пробоотбора должны быть расположены нанаиболее типичных ландшафтах. Например, при картировании в масштабе 1:50 000 и1:25 000 обычно пробы отбираются по сети 250´250метров в пределах населённых пунктов и до 500´500метров на остальной территории. Пробы отбираются из верхнего (0 – 10 см)почвенного горизонта методом «конверта» со сторонами 10-50 метров ианализируются на 2-3 десятка элементов. В связи с этим важным элементом геоэкологическогокартирования является аналитическое обеспечение. Предпочтение отдаётсямногоэлементным инструментальным методам. На первом этапе исследований дляопределения круга аномалиеобразующих элементов используется полуколичественныйспектральный анализ на 20-30 элементов. Количественный анализ проводитсяатомно-абсорбционным, рентгенофлуоресцентным, нейтронно-активационным и другимиметодами, которые выбираются в зависимости от определяемого круга элементов итребуемых пределов обнаружения.
Такимобразом, составление первого листа ЭГК, состоящего, как правило, не менее чемиз одного-двух десятков информационных слоёв (разнообразных карт),представляющего собой картографическую модель геологической среды (ГС) ипроисходящих в ней процессов, требует достаточно большого объёма временных иматериальных затрат.
Присоставлении оценочной карты разрабатываются критерии оценки экологическогосостояния ГС в целом и отдельных её компонент. Количество факторов, по которымосуществляется оценка, зависит в каждом конкретном случае от особенностейобъекта картирования. Рассмотрим принципы оценки на примере геоэкологическогокартирования г.Каменска-Уральского и его окрестностей в масштабе 1:25 000. Наплощади 155 км2 было отобрано и проанализировано 1118 литохимических пробпочвогрунтов, 350 проб снега, опробованы колодцы и скважины (45 проб).Выполнено ландшафтно-индикационное дешифрирование аэрофотоснимков масштаба 1:10000, что явилось основой построения ландшафтной карты и карты техногенногозонирования. Проведена аэрогаммаспектрометрическая съёмка, так какг.Каменск-Уральский входит в зону Восточно-Уральского радиоактивного следа.
Врезультате выполненного геоэкологического картирования и обработки полученныхданных был составлен комплект экологогеохимических карт масштаба 1:25 000, атак же оценочная карта (2-й лист ЭГК).
Оценкабыла произведена по шести факторам:
Почвогрунты;
Радиоактивностьпород;
Экзогенныепроцессы:
Загрязнениеподземных вод особо токсичными веществами: бензапирен, фтор, нефтепродукты;
Показательзащищённости подземных вод от поверхностного загрязнения.
Длякаждого фактора был выбран свой показатель, рассчитаны его значения и определенвес этих значений.
Дляпочвогрунтов в качестве показателя было выбрано суммарное (комплексное)загрязнение ZC и определён условный его вес (0, 1, 3):
ZC=(0¸16) имеет условный вес равный 0,
ZC=(16¸32) имеет условный вес равный 1,
ZC³32 имеет условный вес равный 3.
Приопределении радиоактивности пород показателем служила их гамма-активность(мкр/час):
(0¸10) соответствует весу 0,
(10¸20) соответствует весу 1,
>20соответствует весу 3.
Изэкзогенных процессов рассмотрены следующие:
боковаяэрозия,
оврагообразование,
подтопление,
заболачивание.
Весапоказателей этого фактора, т.е. экзогенных процессов, выбраны следующимобразом:
отсутствиеперечисленных процессов – 0,
наличиеодного или двух из этих процессов – 1,
появлениетрёх и более из этих процессов – 3.
Длявеса показателя “техногенная нагрузка” использованы результаты дешиф-рированияаэрофотоснимков:
неизменённыеи слабоизменённые ландшафты (лес, луга, болота и т.д.)… – 0,
изменённыеландшафты (селитебные зоны, промышленные застройки)…. – 1,
образованныеландшафты (шламоотстойники, отвалы, свалки)…………… - 3.
Оценказагрязнения подземных вод первого от поверхности водоносного горизонта былаоснована на сравнении их загрязнённости наиболее токсичными веществами(бензапирен, нефтепродукты, фтор) относительно ПДК (суммарный показатель):
чистые(до 1ПДК)……………… – 0,
слабозагрязнённые[(3¸9)ПДК]. – 1,
сильнозагрязнённые(>9ПДК)… - 3.
Показательфактора «защищённость подземных вод» оценивался для первого от поверхностиводоносного горизонта. Была рассчитана сумма балов категории защищённости взависимости от литологического и гранулометрического состава и уровня залеганиягрунтовых вод. Для определения веса показателя этого фактора была принятаследующая градация:
хорошозащищённые подземные воды (>15баллов). – 0,
слабозащищённые[(5¸15)баллов]…………………… – 1,
незащищённые(<5 баллов)…………………………… - 3.
Фактор,его показатель и условный вес величины этого показателя получили название«критерий оценки». Рассмотренные критерии оценки экологического состояниягеологической среды представлены в таблице 9.
Таблица9.
Критерииоценки экологического состояния ГС.
№ п/п Фактор Показатель Величина показателя или условия Вес 1 Загрязнение почвогрунтов Суммарный показатель загрязнения ZC 0 – 16 16 – 32 1 >32 3 2 Радиоактивность пород Гамма-активность, мкр/час 0 – 10 10 – 20 1 >20 3 3 Экзогенные процессы
Боковая эрозия,
оврагообразование,
подтопление,
заболачивание
Отсутствие всех Наличие 1-го или 2-х 1 Наличие 2-х и более 3 4 Техногенная нагрузка
Ландшафты:
Неизменённые и слабоизменённые
Лес, луга, болота, поля, сельхоз угодья Изменённые Селитебные зоны, промышленная застройка 1 Переработанные Золо-, шлако- и шламоотвалы, карьеры 3 5 Участки загрязнения подземных вод бензапиреном, нефтепродуктами, фтором (суммарный эффект) Чистые участки £ 1ПДК Слабое загрязнение (3¸9)ПДК 1 Сильное загрязнение >9ПДК 3 6 Защищённость подземных вод Защищённые >15 баллов Слабозащищённые (5¸15)баллов 1 Незащищённые <15 баллов 3
Оценкаэкологического состояния ГС производится по сумме баллов, учитывающей веспоказателя каждого фактора. Обычно выделяют три градации экологическогосостояния ГС (см. таблицу 10):
относительноблагоприятные условия характеризуются суммой весовых баллов. - 0¸2,
неблагоприятные………………………………………………………………………- 3¸4,
весьманеблагоприятные………………………………………………………………….³5.
Таблица10
Оценкаэкологического состояния геологической среды
Экологическое состояние ГС Сумма баллов по оценке критериев Сочетание критериев оценки* I Относительно благоприятные условия Все критерии благоприятны 1 1 – неблагоприятный + 5 – благоприятных 2 2 – неблагоприятных + 4 – благоприятных II Неблагоприятные условия 3
3 критерия неблагоприятных + 3 – благоприятных;
1 - весьма неблагоприятный + 5 – благоприятных
4 4 – неблагоприятных + 2 – благоприятных 1 – весьма неблагоприятный + 1 – неблагоприятный + 4 –благоприятных III Весьма неблагоприятные условия ³5 1 критерий весьма неблагоприятный + 2 – неблагоприятных + 3 – благоприятных; 2 – весьма неблагоприятных при 4-х благоприятных и т.д.
*Критерий:благоприятный………… – 0 баллов по оценке критерия;
неблагоприятный………– 1 балл;
весьманеблагоприятный – 3 балла (см. таблицу 9)
Вкачестве легенды для карты оценки экологического состояния ГС используютсятаблицы типа таблиц 9 и 10 и шкала экологического состояния ГС вида
/> />
Неблагоприятные (вес показателя – 1 балл) и весьма неблагоприятные (веспоказателя – 3 балла) значения факторов 1-6 (см. таблицу 9) отображаются накарте цифрами 1 – 6. Например, экологическое состояние ГС – весьманеблагоприятное. Это состояние обусловлено загрязнением почвогрунтов (фактор 1,вес показателя – 3), повышенной радиоактивностью пород (фактор 2, веспоказателя – 1) и загрязнением подземных вод (фактор 5, вес показателя – 1). Вэтом случае внутри контура такого участка будут указаны цифры 1, 2 и 5).
Картаоценки экологического состояния ГС представлена на рис. 7. Анализ результатовэкогеологического картирования позволяет установить основные закономерностиизменения картируемой территории и оценить не только качественно, но иколичественно эти изменения. Так, например, анализ 2-го листа показал, что наисследуемой территории площади
сотносительно благоприятными условиями составляют всего 13.7%, площади снеблагоприятными условиями – 37%, а с весьма неблагоприятными условиями –49,3%. Среди участков с весьма неблагоприятными условиями селитебные зоны, т.е.зоны жилищной застройки, составляют 25,8%, промышленные – 11,5%,шламоотстойники – 5,5%. Сильное загрязнение наблюдается в долинах рек района(Исеть, Каменка, Исток и др.)
Результатыпроведенных исследований свидетельствуют о напряжённой экологической обстановкев городе и его окрестностях. По этим результатам г.Каменск-Уральский былотнесён к городам с чрезвычайной экологической ситуацией.
Попервому листу экогеологической карты выделены аномалии природного итехногенного загрязнения почвогрунтов тяжёлыми элементами, аномалии вповерхностных и подземных водах, донных осадках и др., установлены источникизагрязнения. Так, например, на территории города и его окрестностей выявленыобширные аномалии загрязнения почв бензапиреном (до 30 ПДК), фтором (до 20ПДК), тяжёлыми металлами (Pb, Hg, Mo, Ni, Co, Cr и др.). По суммарномупоказателю загрязнения почв (по 21 элементу) согласно существующим критериямболее 30% исследуемой территории отнесены к зоне чрезвычайной экологическойситуации (ZC=32¸128). Более 60%площади имеет умеренно опасный уровень загрязнения (ZC=16¸32). Участки экологического бедствия(ZC>128) составляют 1-1,5%территории.
Порезультатам снеговой съёмки было установлено, что средняя суточная пылеваянагрузка на единицу площади составляет около 247 кг/(км2×сут) и что основным источником минеральной пыли являютсянаиболее крупные предприятия города: УАЗ, СТЗ (Синарский трубный завод),Красногорская ТЭЦ и др. Площади с высоким уровнем пылевой нагрузки (450-800кг/(км2×сут) и выше) наблюдаютсяв промышленной и селитебной зонах города, т.е. в непосредственной близости отисточников загрязнения.
Установленоналичие тесной связи рассеяния металлов с рассеянием минеральной пыли.Максимальная интенсивность выпадения металлов приурочена к промышленным зонам,но площадь аномалий в 5-10 раз превышает площадь промышленных зон, наступая нажилые массивы, сельскохозяйственные угодья и лесные природные ландшафты. Всеговыделено более 100 техногенных аномалий.
Переченьвыявленных закономерностей можно было бы значительно расширить. Однако, дажеупомянутых вполне достаточно, что бы оценить важность той информации, которуюдаёт экогеологическое картирование ТМ и прилегающих к ним территорий.
Комплексныеэкогеологические исследования могут служить в последующем основой дляэкологического аудита действующих предприятий, что в настоящее время, например,осуществлено в Павлодар-Экибастузском промышленном районе.
Заканчиваякурс лекций «Техногенные месторождения» необходимо подчеркнуть, что изучениеэтих сложных по минералогическому и химическому составу техногенныхобразований, их влияния на ОС и возможности использования требует комплексногоподхода и привлечения специалистов различных областей науки и техники – геологов,геофизиков, технологов, экологов и др.
Использованная литература
БеляевВ.Н. Проблемы освоения техногенных образований// Изв. Вузов. Горный журнал.1998. №7-8. С. 202-213.
ВострокнутовГ.А. Временное руководство на проведение геохимических исследований пригеоэкологических работах. – Екатеринбург, 1991. – 137 с.
ВострокнутовГ.А. и др. Типизация, методика и опыт составления геохимических карт (напримерах картирования территорий Среднего и Южного Урала) // Изв. вузов. Горныйжурнал. 1998. №7-8. С. 107-113.
ГалицинМ.С., Островский Б.Н., Островский Л.А. Требования к геоэкологическимисследованиям и картографированию. Масштаб 1:500 000, 1:200 000, 1:50 000,1:25000. – М.: ВСЕГИНГЕО, 1990. – 127 с.
ГлазыринаН.С., Ефанов П.П. Опыт геоэкологического картирования в горнодобывающей зонеУрала // Изв. Вузов. Горный журнал. 1998. №7-8. С. 107-113.
МакаровА.Б., Талалай.А.Г. Техногенно-минеральные месторождения Урала (особенностисостава и методологии исследования) // Техногенез и экология:Информационно-тематический сборник / Отв. ред. А.Г.Талалай. – Екатеринбург:Уральская государственная горно-геологическая академия. – 1999. С.4-41.
НовиковВ.В., Леман Е.П., Жагуло В.В. Нетрадиционная технология отработки рудныхместорождений // Обогащение руд. 1992. №3-4. С. 4-12.
Подготовкаминерального сырья к обогащению и переработке. / Под ред. В.И.Ревнивцева. – М.:Недра, 1987. С. 128-218, 287-303.
Радиоэкология.Курс лекций / Под ред. д.г.-м.н. Талалая А.Г. – Екатеринбург: УГГГА, 2000. 351с.
ХохряковА.В., Сапрыкин М.А. Об экологических аспектах складирования энергетическихотходов на территории Свердловской области // Изв. вузов. Горный журнал. 1998.№7-8. С. 194-202.
Перечень вопросов к зачету по всему курсу
Понятие«техногенные месторождения», их особенности и перспективы разработки.
Принципыклассификации ТМ.
КлассификацияТМ по условиям их формирования.
Основныепроблемы, решаемые при разработке ТМ (экономические, социальные,экологические).
Факторы,определяющие состав и строение ТМ.
Особенностисостава и строения ТМ топливно-энергетического комплекса.
Особенностисостава и строения ТМ угольной промышленности.
Особенностисостава и строения ТМ цветных и редких металлов.
Методикаоценки запасов ТМ горнодобывающей промышленности.
Методикаоценки пригодности некондиционных руд для доизвлечения металла.
Особенностисостава и строения ТМ чёрных металлов.
Основныеэтапы исследований ТМ.
Общаяпринципиальная схема технологии переработки коренных и техногенных руд сприменением предварительной концентрации на основе радиометрической сортировкии сепарации.
Основныедостоинства и преимущества ядернофизических методов по сравнению страдиционными методами анализа состава отложений ТМ.
Основныевиды продукции при утилизации ТМ.
Экологическоевоздействие ТМ на ОС.
Принципыметрологического обеспечения качества полевых и лабораторных анализов составаотложений ТМ.
Основныецели и задачи создания БД по ТМ.
Этапыформирования БД по ТМ.
Структурнаясхема формирования БД по ТМ.
Источникиинформации для формирования геоинформационных пакетов (ГИП).
Информационныеслои ГИП.
Структураинформационной системы экологического мониторинга ТМ.
Информационныеслои фактологической карты (первый лист результатов геоэкологическогокартирования ТМ).
Сеть,методы пробоотбора и анализа загрязнений при геоэкологическом картировании ТМ.
Основныекритерии, по которым оценивается загрязнение ОС техногенными месторождениями.
длягорной массы, добытой при селективной её выемке a=0,04%,
длякондиционной руды, идущей на обогащение b=0,1%,
дляконцентрата b=50%,
g - выход продуктов переработки и обогащенияруд;
Посколькупри селективной выемке горной массы выход её равен 100% (g=100%), очевидно, что извлечение олова изэтой горной массы так же будет равно 100% (e=100%).
гдеm – масса горных пород, добытых при селективной выемке. Используя это равенствонаходим
Выходпродуктов переработки в отвалы
Извлечениеолова в кондиционные руды и отвалы соответственно равно
/> или />
Выходпродуктов флотации в хвостохранилище
Извлечениеолова в концентрат и в хвосты флотации равно соответственно
Схемаотработки и обогащения оловянных руд с рассчитанными технологическимипоказателями по отдельным этапам представлена на рисунке, из которого следует,что из всей массы металла, содержащегося в эксплуатационном блоке, в товарныйконцентрат извлекается всего 25,6%, а 74,4% теряется в отвалах некондиционнойруды и хвостохранилище.
Схемаотработки и обогащения оловянных руд с технологическими показателями поотдельным этапам.
g - выход продуктов переработки и обогащенияруд, %;
e - извлечение олова в соответствующийпродукт, %.
Определитьосновные технологические показатели обогащения железной руды, содержащей 31%железа (a=31%), при котором полученконцентрат с содержанием железа 67,5% (b=67,5%)и хвосты с содержанием железа 9,6% (q=9,6%).
Основнымипоказателями, характеризующими результаты обогащения, являются:
/>Выход продукта (g) – показатель, характеризующий, какую частьмассы исходной руды составляет тот или иной продукт её переработки илиобогащения. Выход любого продукта обычно выражают в процентах. Суммарный выходвсех продуктов переработки и обогащения должен соответствовать выходу исходнойруды, принимаемому за 100%. При разделении исходной руды на два конечныхпродукта – концентрат с выходом gк ихвосты с выходом gхв – это условиезаписывается в виде равенства, выражающего баланс выхода продуктов обогащения:
Суммарноеколичество любого компонента, содержащегося в конечных продуктах обогащения,должно соответствовать количеству этого компонента в исходной руде. Например,если при обогащении руды получены два конечных продукта – концентрат и хвосты,то это условие выражается равенством вида
Приналичии n продуктов переработки и обогащения исходной горной массы
/> /> /> /> />
Равенства(1), (2) и (2а) называются уравнениями баланса продуктов переработки иобогащения руды. С их помощью, зная содержание полезного компонента в исходнойгорной массе и в полученных продуктах её переработки и обогащения, можновычислить выход продуктов переработки и обогащения. Так, например, в случаеобогащения руды, при котором образуется концентрат и хвосты, выходы этихпродуктов обогащения легко определяются решением системы уравнений (1) и (2)
/> /> /> /> /> /> /> /> />
Извлечение(e) – показатель, определяющий, какаячасть полезного компонента, содержащегося в исходной горной массе, перешла втот или иной продукт переработки или обогащения. Извлечение обычно выражается впроцентах и вычисляется как отношение массы компонента в данном продукте к егомассе в исходной горной массе или руде
Есливыходы продуктов неизвестны, но имеются данные о составе, например, исходнойруды, концентрата и хвостов, то, используя выражения (3) и (5) или (4) и (5),легко получить выражения для расчёта величины извлечения интересующегокомпонента руды соответственно в концентрат/>и в хвосты />
Суммарноеизвлечение данного компонента во все полученные продукты переработки иобогащения руды составляет 100%:
Степеньсокращения (R) – величина, указывающая, во сколько раз выход полученногоконцентрата gк меньше количествапереработанной руды, т.е. определяющая число тонн руды которое нужнопереработать, чтобы получить 1 т концентрата
Степеньконцентрации или степень обогащения (К) – показатель, указывающий, во сколькораз увеличилось содержание компонента в концентрате по сравнению с егосодержанием в исходной руде:
Используяприведенные соотношения, имеем для указанной выше железной руды:
Выходконцентрата
/>
Выходхвостов
/>
Проверка:gк+gхв=37+63=100%.
Извлечениежелеза в концентрат
/>
Извлечениежелеза в хвосты
/>
Проверка:eК+eХВ=80,5+19,5=100%.
Степень сокращения
Степеньобогащения
/>
Следовательно,в данном случае в результате обогащения руды содержание железа в концентратеувеличилось по сравнению с его содержанием в руде 2,2 раза, а для получения 1тконцентрата необходимо переработать 2,7 т руды.
Схемаи обогащения железных руд с технологическими показателями.
g - выход продуктов обогащения руд, %;
e - извлечение железа в соответствующийпродукт обогащения, %.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайтаhttp://revolution./
Под месторождениями подразумевают скопления полезных веществ в различных слоях земной коры, пригодные для разработки и дальнейшего использования в промышленности. К основным критериям определения экономической значимости месторождения являются количество, качество и условия залегания его основного компонента. сайт
Существует множество система классификации месторождений по различным признакам в зависимости от цели разделения. Рассмотрим основные из них с точки зрения промышленно-экономической целесообразности разработки и ценности для народного хозяйства. оффбанк.ру
По использованию
По виду основных элементов месторождения принято делить на:
- Рудные (металлические). Это залежи минералов, из которых технологически возможно и экономически выгодно извлекать ценные металлы или их соединения (чёрные, цветные, благородные и радиоактивные металлы). Наиболее широко распространены в земной коре железные руды и бокситы (главное сырьё для выработки алюминия).
- Нерудные (неметаллические). Запасы веществ, которые можно использовать в чистом или переработанном виде для различных отраслей экономики (глина, гравий, песок, минеральные удобрения, соли).
- Горючие. Вещества, используемые для производства топлива и в качестве сырья для химической и металлургической промышленности (нефть, уголь, газ, горючие сланцы). Наиболее распространенный вид топливного ресурса – уголь. Его доля среди всех запасов горючих полезных ископаемых составляет около 75%. Остальные 25% примерно поровну приходятся на нефть и горючий газ.
- Камнесамоцветные. Включают запасы драгоценных, полудрагоценных и поделочных камней (алмазы, изумруды, сапфиры, опал, яшма и многие другие).
- Гидроминеральные. Поверхностные и подземные воды для бытового и технического использования. Этот вид месторождений отличается от всех предыдущих возобновляемостью. https://www.сайт/
Хотя регулярно сообщается о конце нефтяной эры и ограниченности запасов, этот вид горючего ископаемого остаётся самым востребованным. Практически каждая нефтяная залежь содержит и сопутствующее вещество – горючий газ, поэтому по сути они являются нефте-газовыми. Встречаются месторождения чистого газа. Наиболее значительные запасы нефти расположены на территориях стран Персидского Залива, России и США. www.сайт
Для атомной энергетики главным сырьём является уран. 45% всех разведанных и экономически выгодных месторождений расположены в Австралии, Казахстане и Канаде.
Очень значимы для человечества месторождения металлических руд, в том числе и благородных металлов. Территориально они не связаны с осадочными отложениями, в отличие от нефтяных залежей. Большинство таких месторождений образовалось в результате подвижек тектонических плит, сформировав значительные по протяжённости бассейны, а их предположительное расположение вполне прогнозируемо. https://www.сайт/
Золото встречается в природе в небольших количествах в виде россыпей или самородков, разведка и разработка его запасов связана с большими затратами, а потребность в этом металле достаточно велика.
Бесполезных видов полезных ископаемых не существует. Все они в большей или меньшей степени находят применение и облегчают жизнь человека. оффбанк.ру
По расположению
Глубина залегания полезных ископаемых – основной фактор, определяющий способ разработки месторождения. По этому признаку запасы делят на:
- Открытые – выходят на поверхность Земли или находятся в самых верхних слоях. Их добывают карьерным способом – такие месторождения самые простые и экономически выгодные для разработки, но наиболее разрушительны для ландшафтов. Карьеры, в отличие от шахт, характеризуются более низкими энергозатратами, высокой производительностью и степенью механизации. Как следствие – себестоимость конечной продукции, добытой из открытых месторождений, значительно ниже. Карьерным способ добывают уголь, руду, нерудные ископаемые.
- Закрытые – находятся в глубоких недрах. Для их добычи используются более технологичные методы – шахтные для твёрдых ископаемых, насосный или фонтанный метод для выкачивания нефти. Эти способы более дорогостоящие, а также наиболее опасные для здоровья и жизни работников. сайт
По степени достоверности
Это один из важнейших критериев экономического обоснования разработки. В странах СНГ придерживаются системы, включающей 4 группы:
- Категория А. Точно и подробно разведанные запасы, о которых известны все основные характеристики: форма и размер залежей, сорт и тип сырья, условия добычи.
- Категория В. Условно разведанные месторождения без точных данных о размерах и пространственном расположении.
- Категория С1. Слабо разведанные участки или запасы сложного геологического строения.
- Категория С2. Перспективные месторождения, выявленные по геологическому строению участка. оффбанк.ру
Сопоставляя эти и многие другие факторы, месторождения относят к:
- балансовым, которые имеет смысл разрабатывать при современном уровне развития техники и технологий;
- или забалансовым – они могут быть использованы в будущем, но пока не представляют ценности из-за малых объёмов, низкого качества сырья или геологических особенностей, затрудняющих добычу.
Разнообразие условий, при которых образовывались разные виды природных ископаемых, объясняют неравномерность их распределения, хотя определённая закономерность есть. Так, на равнинных участках тектонических плит скапливались осадочные породы, а теперь там с большей вероятностью можно найти залежи горючих веществ. В складчатых образованиях земной коры чаще всего формируются полезные ископаемые магматического происхождения. Однако такое распределение имеет много исключений – часто на равнинах расположены месторождения руд, а в горах находят нефть. https://www.сайт/
Экспорт природных ресурсов – основа российской многострадальной экономики. На экспорт отправляется большая их часть. Наибольшая концентрация и разнообразие видов сосредоточена в Западной Сибири – самой суровой по природным условиям и удалённой от основных транспортных магистралей зоне.
Загрузка...
