95233

Гидрохимия кислых рудничных вод и геохимия донных отложений Медногорской геотехнической системы (Южный Урал)

Дипломная

География, геология и геодезия

Геохимическое опробование Методы полевых исследований Подготовка проб к анализу Методы лабораторных исследований Характеристика Медногорской геотехнической системы Физико-географические условия Эколого-геохимические условия района Краткий очерк геологического строения объекта История формирования Медногорской ГТС...

Русский

2015-09-21

1.41 MB

1 чел.

Южно-Уральский государственный университет

Филиал в г. Миассе

Геологический факультет

Направление 020300 Геология

Специальность     020303 Геохимия

Кафедра  Минералогии и геохимии

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

“Гидрохимия кислых рудничных вод и геохимия донных отложений Медногорской геотехнической системы (Южный Урал) ”

Студент:      Кайгородов Андрей Сергеевич

Заведующий кафедрой                     Быков В.Н.

 д.х.н.

Руководитель                                  Удачин В.Н.

к.г.-м.н.

Рецензент                                        Белогуб Е.В.

к.г.-м.н.

Миасс-2008

Содержание

[1] Введение

[2] Глава 1. Литературный обзор

[3] Глава 2. Методы исследования

[3.1] 2.1. Геохимическое опробование

[3.2] 2.2. Методы полевых исследований

[3.3] 2.3. Подготовка проб к анализу

[3.4] 2.4. Методы лабораторных исследований

[4] Глава 3. Характеристика Медногорской геотехнической системы

[4.1] 3.1. Физико-географические условия

[4.2] 3.2. Эколого-геохимические условия района

[4.3] 3.3. Краткий очерк геологического строения объекта

[4.4] 3.4. История формирования Медногорской ГТС

[5] Глава 4. Результаты исследования гидрохимии поверхностных вод и геохимии донных отложений Медногорской ГТС

[5.1] 4.1. Гидрохимия фоновых и техногенных поверхностных водотоков

[5.2] 4.2. Гидрохимия карьерных озер Яман-Касы и Блява

[5.3] 4.3. Химический и минеральный состав донных отложений

[5.4] Химический состав влекомой взвеси в поверхностных водах МТС

[6] Глава 5. Обсуждение результатов исследований

[6.1] 5.1. Формирование кислых рудничных вод

[6.2] 5.2. Процессы гидролиза в зонах смешения техногенных вод

[6.3] 5.3. Сопоставление результатов натуральных исследований и экспериментальных химико-аналитических работ

[7] Заключение

[8] Литература

Введение

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

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

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

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

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

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

  1.  Получить данные о химическом составе воды и донных отложений природных фоновых водотоков в районе  Медногорской геотехнической системы.
  2.  Получить данные о химическом составе воды и донных отложений для техногенных водотоков в зонах влияния кислых рудничных вод.
  3.  Дать характеристику минерального и химического состава современных суспензионных охристых отложений на  участках гидролиза кислых вод.
  4.  Выполнить циклы экспериментальных химико-аналитических работ по синтезу гидроксидов и гидроксисульфатов железа.  Провести сравнительный анализ   техногенных  охр и синтезированных фаз.

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

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

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

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

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

Глава 1. Литературный обзор

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

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

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

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

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

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

В Южной Корее С.Ли и  соавторы изучали влияние отработанного Cu-Pb рудника  Санггок на речную систему. Исследование показало загрязнение морского залива тяжелыми металлами под воздействием рудничных, поверхностных и подземных вод. Концентрации некоторых токсичных элементов (Al, As, Cd, Cu, Fe, Mn, Se,  Pb и Zn) оказались в 10-100 раз выше в рудничных водах по сравнению с незагрязненными поверхностными и фоновыми. Однако, большинство  токсичных поллютантов из рудничного дренажа быстро транспортируются в поверхностные воды с осаждением гидроксидов алюминия и железа. Геохимическое моделирование (по программе WATEQ4F) проб воды показало, что потенциально токсичные металлы могут существовать в формах MSO42-, M2+ в рудничных водах. Эти металлы в поверхностных и фоновых водах могут образовывать комплексы ионов M2+, CO32- и OH- (Yu, 1996).

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

Глава 2. Методы исследования

2.1. Геохимическое опробование

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

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

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


Рис. 1. Схема отбора проб


2.2. Методы полевых исследований

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

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

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

Гидрохимическое опробование

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

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

Отбор проб донных отложений и суспензионных охр

Исследование воды позволяет изучить миграцию элементов, оценить объемы их выноса из системы. Но существует и обратный выносу процесс – консервация, которую также необходимо оценить при проведении комплексных эколого-геохимических работ. Консервация веществ (элементов) отмечается в осадках – донных отложениях рек.

Для отбора проб донных отложений и суспензионных охр были выбраны точки, дублирующие точки отбора воды. На месте затруднительно правильно определить требуемый для отбора субстрат. Визуально преобладают два вида отложений: песчаные и илистые. Песчаные отложения, отмечающиеся непосредственно в русле реки, дают представление о породах в области дренирования. Илистые отложения, отмечаются в местах замедления течения, характеризуют еще и новые (недавние колебания характеристик и параметров водотока) процессы. Пробы донных отложений были отобраны на участках отмелей горстевым способом (рис. 2). Объем пробы составлял от 10-300 г. При отборе пробы помещались в герметичные пластиковые пакеты с четкой маркировкой.

2.3. Подготовка проб к анализу

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

В ходе исследований в нефильтрованных пробах определялись величины pH, Eh и электропроводность. Определение уровня водородного показателя и окислительно-восстановительного потенциала производилось с помощью комбинированного pH-Eh-метра  «Yokоgawa pH 81» (Япония) и pH-метра 121. Диапазон измерений составляет: pH – 0-14; Eh - 01999 mV. Абсолютная погрешность прибора 0.01 ед. pH и 1 mV, соответственно. Для контроля измерений pH применялись стандартные буферные растворы (pH 3.56, 6.86, 1.68 и 9.18), для промывки электродов применялась дистиллированная вода.  Измерение удельной электрической проводимости производилось кондуктомером «HI-933000» с температурным компенсатором (Португалия). Диапазон измерений прибора 0-199.9 мкСм/см, стандартное отклонение 2% (Методические…, 1981).

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

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

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

2.4. Методы лабораторных исследований

Все химико-аналитические исследования выполнялись в лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии ИМин УрО РАН  под  руководством  Удачиной Л.Г., Лонщаковой Г.Ф.

В данной работе использовались следующие методы: определение рН и  Eh, рентгенофазовый, термический, инфракрасной спектроскопии (для определения минерального состава),  химический (для определения валового состава). Для получения данных о химическом (микроэлементном) составе был использован метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии на приборе AAS Perkin-Elmer 3110.

Как  метод  аналитической химии атомно-абсорбционный анализ был предложен в 1955 г. и сразу же нашел самое широкое применение при исследовании природных объектов, атомно-абсорбционный метод анализа обеспечивает предел обнаружения микроэлементов порядка 0,1-0,01 мкг/мл и ниже, что практически оказывается очень точным для многих природных объектов (породы, почвы, растения). Точность метода 1-3%. В настоящее время этим методом можно определить более 30 химических элементов в разных объектах.

При контроле загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами атомно-абсорбционный метод занимает ведущее положение, особенно для таких металлов, как свинец, цинк, кадмий, ртуть, мышьяк, селен. Принципиальная схема атомно-абсорбционного спектрофотометра приведена на рис 3.

Рис. 3. Принципиальная схема атомно-абсорбционного спектрофотометра:

1. источник питания, 2. лампа с полым катодом, 3. пламя (зона атомизации), 4. монохроматор, 5. фотоумножитель, 6. усилитель, 7. дисплей, 8. распылитель, 9. анализируемый раствор.

Атомно-абсорбционный спектральный анализ основан на использовании способности свободных атомов определяемых элементов селективно, поглощать резонансное излучение определенной для каждого элемента длины волны. В классическом варианте метода для измерения поглощения анализируемый раствор 9 в виде аэрозоля 8 вводят в пламя горелки 3. В пламени происходит испарение растворителя, плавление и испарение пробы, термическая диссоциация молекул и образование свободных атомов. Большинство образующихся при этом атомов находится в нормальном, невозбужденном состоянии. Они могут поглощать излучение стандартного внешнего источника света 2, если его энергия будет соответствовать энергии перехода атома с нижнего энергетического состояния (основного) на более высокий уровень. В качестве источника излучения чаще всего служит лампа с полым катодом из одного или нескольких определяемых элементов. Световой поток от лампы пропускают через пламя горелки 3 и монохроматор 4. Далее измеряют поглощение света атомами исследуемого элемента. Выходящий световой поток регистрируют фотоэлектрическим детектором 5. Сигнал с детектора усиливается с помощью усилителя 6 и выдается на дисплей 7.

Средства измерения, вспомогательные устройства

Атомно-абсорбционный спектрофотометр PerkinElmer 3110.

Комплект спектральных ламп.

Шкаф сушильный с терморегулятором.

Плитка электрическая.

Пипетка цифровая, объем 2000 – 10000 мкл.

Электропечь  камерная лабораторная ПКЛ-1,2-12.

Низкотемпературная электропечь SNOL 67/350.

Сито лабораторное ТУ 3618-001-39436682-98 СЛ-ЭБ-000.

Весы аналитические 2-го класса точности ВЛР 200.

Колбы мерные по ГОСТ 1770 вместимостью 25 см3, 50 см3, 100 см3,1000 см3.

Пипетки градуированные по ГОСТ 20292 вместимостью: 1,0 см3, 5,0 см3, 10,0 см3.

Воронки стеклянные.

Стеклоуглеродные тигли

Пробирки объемом 10 мл

Фильтры беззольные “синяя лента”.

Реактивы и материалы

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

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

Фтористоводородная кислота по ГОСТ 10484-63.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Перекись водорода, медицинская.

Ацетилен, сжатый в баллонах, чистота 99,2.

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

Подготовка к анализу:

Приготовление 1.0 н раствора азотной кислоты:

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

Приготовление градуировочных растворов металлов:

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

СО содержат в 1 см3 1 мг марганца.

СО содержат в 1 см3 1 мг меди.

СО содержат в 1 см3 1 мг цинка.

СО содержат в 1см3 1 мг никеля.

СО содержат в 1 см3 1 мг свинца.

СО содержат в 1 см3 1 мг кадмия.

СО содержат в 1 см3 1 мг хрома.

СО содержат в 1 см3 1 мг кобальта.

Методика выполнения

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

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

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

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

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

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

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

Глава 3. Характеристика Медногорской геотехнической системы

3.1. Физико-географические условия

Город Медногорск расположен на Южном Урале в Кувандыкском административном районе Оренбургской области (рис. 4). Всю исследуемую территорию можно отнести к Блявинскому району. Под Блявинским районом условно понимается площадь, ограниченная с юго-востока и юго-запада долиной р. Блявы, на северо-западе – долиной р. Кураган от слияния с р. Блявой до его верховьев, а на северо-востоке – примерно линией, соединяющей вершины двух названных рек, входящих в систему р. Сакмары.

Ограниченный таким образом район составляет часть предгорий западного склона Южного Урала и относится к Сакмарской зоне Зилаирского синклинория.

В результате необычайно сложно расчленённой второстепенной гидрографической сети создаётся впечатление типичного мелкосопочника с удлинёнными грядами или округлыми холмами с ложбинами между ними. Склоны гряд и холмов крутые или пологие, обнажённые или задернованные. Однако не подлежит сомнению, что в основном  вся сложность рельефа создана эрозионной деятельностью существующей гидрографической сети на древнем равнинном пространстве.

Главными реками района являются Кураган и впадающая в него Блява, берущие начало на западном склоне главного водораздела Южного Урала. Названные реки, входя в бассейн р. Сакмары обладают хорошо разработанными глубокими и широкими долинами с отчётливо наблюдаемыми террасами. Наиболее постоянными являются две террасы – первая высотой 2-3 м и вторая – 7-10 м над уровнем реки. Современные русла названных рек имеют ширину 10-20 м с отвесными берегами. В пределах такого, нередко меандрирующего русла, прорезающего главным образом нижнюю террасу, наблюдается чередование плесов с перекатами, по которым струятся небольшие потоки воды (Роговер, 1939).

Рис. 4. Географическое положение г. Медногорска (интернет-ресурс nakarte.ru).

Климат района является резко континентальным. Наибольшее количество осадков выпадает в летние и осенние месяцы, когда выпадает до 60% всех осадков. Начало установления снегового покрова относится к периоду ноябрь-декабрь. Средняя температура самого тёплого месяца +22,1º С, холодного -10,4º С. Наиболее часты ветры западных и восточных направлений, часто отличаются значительными скоростями.

Подземные воды в описываемом районе приурочены как к палеозойским изверженным и метаморфическим породам, так и к более молодым мезозойским, кайнозойским и четвертичным отложениям. Часто наблюдаются родники, образование которых связано с проникновением значительных количеств подземных вод в трещиноватые участки изверженных и метаморфических пород.

Надо отметить, что климатические, геоморфологические и геологические условия района неблагоприятны в отношении накоплении подземных вод. Большая испаряемость, большой уклон продольного профиля рек, а также преимущественное развитие изверженных и метаморфических пород обуславливают большой поверхностный сток и слабую водоносность района. Наиболее значительная водоносность у мезозойских и кайнозойских отложений, залегающих небольшими пятнами в пониженных частях водораздельных возвышенностей. Наиболее интересны четвертичные аллювиальные отложения, выполняющие широкие древние равнины, так как они характеризуются достаточной водопроницаемостью, а также питанием водоносного горизонта за счёт трещинных вод коренных пород (Роговер, 1939).

Почвы данного района представлены обыкновенными и южными чернозёмами.

Обыкновенные черноземы являются одними из самых распространённых почв в Оренбургской области и составляют, вместе с южными, основной почвенный фонд области.

Обыкновенные черноземы подразделяются по мощности гумусового горизонта (А + В1) на средне- и маломощные. Наибольшим распространением в области пользуются обыкновенные среднемощные черноземы.

Мощные обыкновенные черноземы для Оренбургской области не характерны. Несколько повышенная мощность гумусового горизонта встречается у почв, расположенных по надпойменным террасам рек или по шлейфам склонов. Маломощные черноземы приурочены к участкам расчлененного рельефа и являются частично смытыми.

Возможно также деление обыкновенных черноземов по механическому составу на тяжелосуглинистые, среднесуглинистые и глинистые.

Обыкновенные среднемощные черноземы формируются на однородных толщах глин, тяжелых и средних суглинков различного происхождения в условиях равнинного или слаборасчлененного рельефа. Морфологические признаки этих черноземов довольно устойчивы. Так, мощность гумусового горизонта (А + В1) колеблется от 45 до 70 см. При этом горизонт  А в полтора-два раза меньше, чем В1.

По механическому составу обыкновенные черноземы относятся к пылевато-иловатым глинам и тяжёлым суглинкам с довольно постоянным механическим составом в разных разрезах. Содержание гумуса в обыкновенных чернозёмах уменьшается с глубиной.

Тяжёлый механический состав определяет высокую ёмкость поглощения материнской породы, а большое количество гумуса - её увеличение в почве, по сравнению с породой, в три раза.

Южные чернозёмы занимают значительную площадь в центральной и южной частях Оренбургской области и распространены больше, чем обыкновенные чернозёмы. Они развиты как на четвертичных наносах, так и на разнообразных коренных породах.

В подтипе южных чернозёмов, так же как в типичных и обыкновенных, возможно подразделение почв по мощности гумусового горизонта на мощные, среднемощные и маломощные. В зависимости от механического состава почвы делятся на глинистые, тяжело- и среднесуглинистые разновидности (Ерохина, 1959).

Таким образом, район исследования характеризуется разнообразием геоморфологических условий, в значительной степени предопределяющих особенности эколого-геохимической ситуации.

3.2. Эколого-геохимические условия района

На эколого-геохимические условия в районе Блявинского месторождения оказывают влияние как аномальные природные геохимические поля данного района с высокими концентрациями халькофильных элементов, так и высокая техногенная нагрузка. Повышенное содержание тяжелых металлов в горных породах характерно почти для всей области. Как принято считать в экологической токсикологии, к элементам 1 класса опасности относятся Zn, Cd, Pb, Cr, 2 класса опасности- Cu, Ni, Co.

Основной техногенный прессинг связан, прежде всего, с деятельностью медно-серного комбината. Как видно из таблицы 1 количество выбросов МСК за год на одного человека существенно.

Таблица 1

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу по г. Медногорску (2000 г )

(Интернет ресурс bank.ooipkro.ru)

Численность

населения

(тыс. человек)

Площадь территории

(км2)

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу (тонн в год)

На 1 человека

На 1 км2

территории

39,1

73,38

1,74

0,929

С.С. Бодровым проводились эколого-геохимические исследования ландшафтов данной территории. По условиям миграции было выделено три главных типа ландшафтов: элювиальные повышенных элементов рельефа; трансэлювиальные, в пределах которых осуществляется транзит различных веществ и их сортировка по степени подвижности;  супераквальные местных понижений, где происходит частичное накопление вынесенных веществ.

Однако, анализ выбросов  МСК, характеристика  компонентов загрязнения почвы и растительности показали, что аномально высокие концентрации загрязняющих веществ связаны, как с выбросами Медногорского МСК, так и с общим загрязнением атмосферы, обусловленным напряженной экологической ситуацией в Южно-Уральском экономическом районе. Повышенные содержания отдельных элементов обусловлены также особенностями их миграции в различных компонентах ландшафта, а также аномальными концентрациями отдельных элементов в коренных породах территории (Бодров, 1997).

Необходимо отметить слабую защищенность природной среды района работ от воздействия техногенных факторов. На значительных площадях её поверхность подвергается разрушительным экзогенным процессам (речная эрозия, плоскостной смыв, оврагообразование, оползни и др.). На большей части территории отсутствует  экранирующий слой над подземными водами. Грунтовые воды относятся к категории слабо защищённых. Медногорск, расположенный в гористой части области, относится к районам с особо неблагоприятными условиями. Поэтому важным является анализ накопления токсикантов в депонирующих средах, а именно в почвах и растениях, а также анализ миграции загрязнителей в системе почва-растение.

3.3. Краткий очерк геологического строения объекта

Медногорский рудный район расположен на западном склоне Южного Урала в пределах Сакмарской структуры, находящейся в южной части Центрально-Уральского поднятия. Геотектоническая позиция района трактуется по-разному. В. Л. Черкасов рассматривает Сакмарскую структуру как активизированную часть восточной окраины Русской платформы. М. А. Камалетдинов, С. В. Руженецев и другие относят ее к краевому аллохтону, или Сакмарскому шарьяжу.

Изучение геологического строения района и его рудоносности связано с именами А. Н. Заварицкого, Г. Б. Роговера, В. А. Заварицкого, Н. К. Разумовского, Е. В. Воинова, А. К. Германа, Л. Д. Русаковой, В. И. Толоконникова, И. Н. Крылова, Г. Ф. Яковлева, В. Н. Колесникова, Б. И. Хворова и др.

В Медногорском районе расположены Блявинское, Яман-Касинское и Комсомольское промышленные медно-колчеданные месторождения, Разумовское рудопроявление и мелкие непромышленные рудные залежи. Все месторождения располагаются в пределах Блявинской вулкано-депрессионной структуры, сложенной в основном верхнеблявинской подсвитой, т. е. наиболее дифференцированным комплексом риолит-базальтовой формации. Обращает на себя внимание также кольцевое расположение месторождений и рудопроявлений, преимущественно в периферических частях вулкано-тектонических депрессий.

Положение месторождений в стратиграфическом разрезе определяется приуроченностью их к верхнеблявинской подсвите, более насыщенной кислыми вулканитами и содержащей прослои туффитов и яшмовидных кремнистых пород, к которым приурочены вулканогенно-осадочные колчеданные залежи. Однако на Блявинском и Разумовском месторождениях широко развиты ореолы околорудных гидротермально-метасоматических изменений вмещающих пород, указывающих на проявление эпигенетического оруденения. Размещение рудных залежей контролируется также пересечениями и сочленениями синвулканических тектонических нарушений. Влияние дорудной тектоники выразилось в образовании полостей отслаивания и зон брекчирования на контактах субвулканических тел и участков повышенной трещиноватости и рассланцевания. Кроме того, пространственно и парагенетически колчеданные залежи связаны с субвулканическими телами кислого состава и эксплозивными брекчиями. Оруденение приурочено к висячему боку субвулканических тел и закономерно располагается вблизи вулканических центров.

Блявинское медно-цинковое месторождение расположено в северо-восточной части одноименной вулкано-депрессионной структуры. Месторождение приурочено к Блявинско-Комсомольскому субвулканическому телу кислого состава, залегающему согласно с вмещающими породами в зоне контакта нижне- и верхнеблявинской подсвит. Оно было открыто в 1929 г. и разрабатывалось с 1952 по 1970 гг. открытым способом (карьером) и шахтой. Простирание пород и рудных тел субмеридиональное, падение западное под углом 40-700. Месторождение представлено четырьмя линзами массивных колчеданных руд: Северной и Южной в западной полосе, приуроченной к висячему боку субвулканического тела риолитов; Восточной и Малой – в восточной полосе, находящейся в лежачем боку этого тела. Наибольшей по размерам является Северная линза, которая к настоящему времени отработана открытым карьером. В висячем боку этой линзы установлены прослои кварц-гематитовых пород. На месторождении установлены зона окисления до глубины 30-60 м и зона вторичного сульфидного обогащения до глубины 300 м (рис. 5).

Комсомольское медно-цинковое месторождение находится в 3 км южнее Блявинского, в восточной части Блявинской вулканической депрессии. Оно приурочено к южному выкливанию Блявинско-Комсомольского субвулканического тела риолитов. На месторождении установлено 11 рудных тел, не выходящих на поверхность эрозионного среза, а залегающих на глубине 200-500 м. Более значительными являются Северное (№1) и Южное (№2) рудные тела, которые приурочены к желобообразному понижению кровли субвулканического тела.

Рис. 5. Элементы структуры Блявинской синформы (Очерки…, 1992).

1- рыхлые кайнозойские отложения; 2- полимиктовые олистостромы; 3- офиолитокластовые микститы; 4- кремнеобломочные олистостромы; 5- кремнистые отложения; 6- базальты с линзами кремней и кремнеобломочных пород- ишмуратовская свита ; 7- кремнисто-черносланцевая сакмарская свита; 8- туфогенные отложения верхней части курганской свиты (аналоги губерлинской свиты); 9- туфогенные отложения и базальты нижней части курганской свиты;      10-12 – эффузивный комплекс смешанного состава (баулукская и блявинская свита): 10- базальтоиды блявинской и верхней толщи баулуской свит, нерасчлененные, 11- кислые эффузивы верхней толщи баулуской свиты, 12- кислые и основные эффузивы нижней толщи баулуской свиты; 13- аркозовые песчаники и алевролиты кидрясовской серии, 14- раннепалеозойские плагиограниты; 15- рудные тела, колчеданные месторождения и их номера (1 – Блявинское, 2- Комсомольское, 3- Яманкасинское, 4- Разумовское); 16- точки сборов конодонтов, их номера и возраст конодонтов, 17 – границы тектонических покровов; 18- прочие разломы.

Руды представлены в основном массивным тонкозернистым колчеданом, имеющим брекчиевидную и колломорфную текстуру. На выклиниваниях рудных залежей часто встречаются полосчатые руды, представляющие тонкое переслаивание колчедана с кремнистыми сланцами, яшмами и туффитами. В лежачем боку рудных тел широко развиты кварц-хлорит-серицитовые метасоматиты, а в висячем боку вмещающие породы гематитизированы.

Особенность позиции месторождения Яман-Касы – приуроченность его к средней части субвулканического тела риолитов, к зоне разрывных нарушений и повышенной трещиноватости. Наряду с массивными, здесь присутствуют и вкрапленные руды. Околорудные кварц-хлорит-серицитовые метасоматиты развиты как в лежачем, так и в висячем боку рудных зон.

Разумовское месторождение располагается в месте сочленения Блявинско-Комсомольского субвулканического тела с Яман-Касинским. Рудные тела этого месторождения ассоциируют с прослоем слоистых туфов и туффитов основного состава. Они имеют линзовидную и пластообразную форму. Наряду с массивными и вкрапленными, на месторождении отмечены полосчатые руды.

К югу от Медногорского рудного района полоса раннегеосинклинальных вулканогенных пород ордовикского и силурийского возраста продолжается на протяжении 180 км при ширине до 25 км. Эта полоса получила название Косистекской зоны. Здесь выделяются куагашская ордовикская, сугралинская силурийская и бейтерекская предположительно раннедевонская свиты, в составе которых значительную роль играют базальтоидные породы. Встречаются также туфы и субвулканические тела дацитов и риолитов. В Косистекской зоне имеются колчеданные рудопроявления и точки  сульфидной минерализации. Промышленные месторождения не обнаружены (Прокин и др.,1985).

3.4. История формирования Медногорской ГТС

В 1929 году в Оренбургской области было открыто Блявинское  месторождение с весьма высоким содержанием золота. Первоначально предполагалось эксплуатировать его как золотоносное. В Народном Комиссариате финансов СССР организовали специальное управление, которое должно было построить на этом месторождении золотодобывающее предприятие. Однако, когда разведкой установили большие запасы меди, проектирование и строительство нового предприятия передали в «Главцветметзолото» Наркомата промышленности СССР.  

При выборе технологической схемы переработки руд этого месторождения, учитывая, что при флотационном обогащении теряется значительное количество благородных металлов, приняли усовершенствованную пиритную плавку необогащенных руд с агломерацией рудной мелочи, при которой, помимо извлечения меди и благородных металлов в штейн, достигается значительное извлечение серы в виде товарного продукта. С норвежской фирмой «Оркла», впервые применившей такую технологическую схему, было заключено соглашение о технической помощи в проектировании и освоении нового процесса. Советские специалисты В.Г. Беляев, Р.И. Белкин, Г.М.  Гордон и другие выехали в Норвегию и при участии фирмы выполнили проект завода. Представители фирмы консультировали советских специалистов при освоении процесса на опытном заводе,  который был построен на площадке будущего предприятия – в районе станции Блява, в 18 километрах от Блявинского медного рудника (Фирсов, Мартынова, 1995).

В плавильном цехе были установлены 12 шахтных рудоплавильных печей с кессонированными стенками и герметичными колошниками и 2 печи сократительной плавки. Каждая печь имела отстойный горн и разливочные машины для штейна и шлака. Газы от шахтных печей после их очистки направляли в контактные камеры с холодильниками для конденсации элементной серы. Медеплавильное производство этого завода было уникально и предназначалось для переработки колчеданных руд с содержанием 1-2% меди и 44-46% серы.

Медногорский завод был введен в эксплуатацию в 1939 году. При пуске его осуществлялся только первый катализ и неполное извлечение серы. Вторая стадия катализа была освоена после окончания Второй мировой войны. Рудный штейн и штейн сократительной плавки с содержанием меди 12-17% направляли на Карабашский и Кировградский заводы. Конечной продукцией завода была элементарная сера. Построенная брикетная фабрика позволяла перерабатывать не только крупную руду, но и рудную мелочь, выход которой из хрупких блявинских руд был высок (Фирсов, Мартынова. 1995).

Медногорский медно-серный комбинат, превосходящий завод «Оркла» по масштабам производства, стал вторым в мире, работающим по такой схеме. Переработка блявинских колчеданных руд по новому способу обеспечивала извлечение из руд меди и благородных металлов и одновременно позволяла получать элементарную серу.

В 1959-1962 гг., после окончания строительства отделения сократительной плавки и конвертирования, комбинат перешел на выпуск черновой меди, выплавка которой с поступлением богатых гайских колчеданных руд значительно возросла. В 1961 году пущен сернокислотный цех, освоено производство кислоты.

Основной объем отходов добычи руд в виде внешних отвалов был накоплен в период с 1952 по 1972 гг.

В связи с отработкой Блявинского месторождения в 1972 г. на завод стали поступать руды с разных месторождений, и перерабатываемое сырье не соответствовало условиям медно-серной плавки. Нарушение сырьевого режима привело к резкому ухудшению работы технологической схемы: значительно возрос пылевынос, ухудшился состав газов рудных печей; снизились эффективность работы газоочистного оборудования, удельный проплав шихты в рудных речах и извлечение серы. Сложившиеся в эти годы обстоятельства значительно ухудшили основные показатели работы комбината.

Анализ состояния Медногорского медно-серного комбината, выполненный институтом «Унипромедь» в 1981 году, показал, что переработка сырья, не соответствующего требованиями медно-серной плавки, привела к расстройству работы основных технологических переделов. В эти годы выплавка черновой меди поддерживается в основном  за счет переработки медных концентратов при их брикетировании. Выпуск элементной серы и серной кислоты снизился.

В технико-экономическом обосновании институтом рекомендовалось применение  технологии шахтной плавки медных концентратов в существующих сократительных печах на воздушном дутье. При этом необходимо организовать соответствующую подготовку сырья и реконструкцию газоочистных сооружений печей сократительной плавки. В настоящее время на комбинате проведена реконструкция производства: установлены  конвертера для получения черновой меди и комплексной плавки медных концентратов и обедненных цинковых кеков. Построена кислородная станция. Выпуск элементной серы прекращен (Фирсов, Мартынова. 1995).

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

4.1. Гидрохимия фоновых и техногенных поверхностных водотоков

Состав рудничных вод изображен в таблице 2, 3, также в таблице приведены фоновые значения для вод р. Кураган Md (w) 251.

Для сравнения микроэлементного состава вод в разных точках отбора построены гистограммы по Cu, Zn, Cd, Mn, Pb, Fe на которых показаны концентрации металлов в пробе и предельно допустимые концентрации (ПДК) для вод хозяйственно-питьевого назначения (рис. 6, 7). При сравнении с ПДК для вод хозяйственно-питьевого назначения в поверхностных водах Медногорской ГТС наблюдаются повышенные концентрации от 10-100 раз для Cu (рис. 6а),  от 2-1000 раз Zn (рис. 6б), 3 раза Pb (рис. 6в), от 2-110 раз Mn (рис. 7г), от 8-80 раз Fe (рис. 7д), от 2 до 80 раз Cd (рис. 7ж), а именно в пробах Md (w) 124, 197/1, 199, 200, 206, 208, 238. Повышенная концентрация этих элементов связано с тем, что эти пробы находятся рядом с источником эмиссии (следы обогатительной фабрики, шламоотстойника, карьерных отвалов). Концентрация тяжелых элементов в остальных пробах находится ниже ПДК для вод хозяйственно-питьевого назначения, а именно Md (w) 198, 202, 203, 210, 200, 204, 205, 207,197/4, 117, 118, , 123, 250, 288. Проба Md (w) 251 это фоновое значение для вод р. Кураган находятся пониженные концентрации в 90 раз Cu,  60 раз Zn, 1000 раз Pb, 40 раз Mn, 90 раз Fe, 20000 раз Cd.


п/п

Номер

пробы

рН

Eh,

mv

γ,

μS

CL

SO

HCO

Ca

Mg

K

Na

Al

Fe

Mn

Cu

Zn

Ni

Co

Cd

Pb

Sr

Ba

мг/л

мкг/л

1

Md(W)251

7.26

251

174

15.3

47.2

284.4

60.2

16.9

3.2

11.7

15.8

11.6

3.4

11.6

25.8

1.1

0.5

0.08

1.0

152

47.0

2

Md(W)197

7.63

233

365

54.0

87.6

262.3

81.2

17.7

3.9

27.1

10.8

29

9

14

29

1.4

0.7

0.18

1.1

110

55.2

3

Md(W)197/1

4.33

407

2009

124.1

1851.0

26.0

298.0

55.6

4.8

95.0

29855

15880

9554

4815

9382

80.6

362

226.4

28.4

1725

2944

4

Md(W)197/4

6.88

250

894

106

283.1

216.0

121.4

28.2

4.2

68.0

926

831

732

720

1049

12.3

29

7.2

4.1

317

408

5

Md(W)117

7.27

247

565

23.1

62.2

247.7

55.7

17.1

4.3

43.3

352

80

62

103

109

9.2

6.1

1.7

0.6

79

125

6

Md(W)118

7.23

276

1442

68.3

588.4

186.7

126.9

52.9

2.9

49.0

850

93

1290

306

1074

33.6

104

9.3

12.4

563

926

7

Md(W)119

7.26

243

1319

46.0

302.9

231.8

111.6

32.0

7.7

58.0

0.28

20

33

120

193

12

25

7.5

0.10

5117

58.5

8

Md(W)123

7.11

246

1267

39.0

438.7

157.6

124.5

33.0

3.6

57.9

817

515

1231

418

927

32

11

4.1

9.7

432

87.2

9

Md(W)124

3.14

525

12500

83.3

13341

418.7

495.4

12.1

129.6

427865

28564

101800

141805

967612

1462

13682

920

170

8947

4444

10

Md(W)238

3.20

503

11500

65.5

10328

479.1

486.0

15.2

155.0

383942

52500

142967

150362

138034

1934

15004

530

103

18962

3630

11

Md(W)208

5.78

372

1730

33.6

995.8

42.7

287.5

81.7

4.9

79.8

2855

2412

5184

1552

7440

65

324

163

52

5562

3892

12

Md(W)250

7.06

274

800

32.0

277.5

118.4

117.8

36.7

5.5

42.0

196

390

2423

176

1915

58

90

182

20

443

542

13

Md(W)288

7.49

252

356

17.2

85.7

195.2

107.2

25.8

2.6

23.0

31

49

522

32

307

8.6

2.1

0.36

2.6

219

131

Таблица 2

Результаты анализа гидрохимических проб поверхностных водотоков на территории МГС

Таблица 3

Результаты анализа гидрохимических проб поверхностных водотоков на территории МГС

п/п

Номер

пробы

рН

Eh,

mv

γ,

μS

HCO

Ca

Mg

K

Na

Fe

Mn

Cu

Zn

Ni

Co

Sr

Ba

Pb

Cd

мг/л

мкг/л

1

Md(W)198

8.25

280

1078

238

167

32

1.80

98

20

3

10

10

10

20

820

410

170

0.04

2

Md(W)199

4.78

395

4230

9.15

371

430

3.60

89

80

1300

9800

33000

230

350

1460

360

820

74.85

3

Md(W)200

7.54

330

1786

189.1

240

123

1.90

99

40

2080

340

26000

50

70

1060

400

190

10.74

4

Md(W)202

7.99

230

1501

176.9

217

90

2.20

76

40

9

100

40

20

30

930

550

10

0.66

5

Md(W)203

8.01

260

1221

210.4

202

41

2.50

95

100

3

100

60

20

30

1100

590

230

0.36

6

Md(W)204

7.92

270

1283

204.3

193

52

2.50

97

40

3

100

50

20

20

1090

550

190

0.48

7

Md(W)205

7.74

260

2260

137.2

398

102

1.50

128

50

540

130

27000

40

50

1870

540

200

3.28

8

Md(W)206

4.10

350

9750

6.1

310

1560

1.70

147

4220

1340

134000

94000

23000

4430

2540

130

1710

578

9

Md(W)207

7.75

237

1202

192.1

193

50

2.06

69

40

2500

60

680

50

40

1320

620

290

8.5

10

Md(W)209

7.80

242

1275

140.3

226

54

2.12

66

30

1170

20

420

30

20

1400

1930

160

6.49

11

Md(W)210

7.95

237

820

192.1

134

35

2.15

46

150

32

10

2100

10

20

1300

1710

130

1.82


Рис. 6. Концентрация элементов в растворенной фазе гидрохимических проб Медногорской ГТС в сравнении с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) для вод хозяйственно-питьевого назначения.

Рис. 7. Концентрация элементов в растворенной фазе гидрохимических проб Медногорской ГТС в сравнении с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) для вод хозяйственно-питьевого назначения.

4.2. Гидрохимия карьерных озер Яман-Касы и Блява

Карьерные озера, возникающие после окончания эксплуатации месторождений открытым способом, занимают значительные территории и представляют существенную проблему для окружающей среды в пределах сформированных горнопромышленных ландшафтов. Несмотря на «генетические» отличия в гидрологических и гидрохимических показателях от природных озер, в мировой литературе за карьерами озерами прочно закрепился термин «pit lakes» (от «open pit»-карьер и «lake» озеро) (Bachmann et al., 2001; Castendyk, Webster-Brown, 2007; Castro, Moore, 2000; Denimal et al., 2005; Pellicori et al., 2005; Ramstedt et al., 2003; Regenspurg et al., 2004; Totsche et al., 2003; Uhlmann et al., 2004). В последние годы термин «карьерные озера», отражающий и генезис и особенности формирования, нашел отражение и в отечественных публикациях (Удачин и др., 2003; Филиппова, Дерягин. 2005).

Проанализирован состав карьерных озер Яман-Касы (рис. 9) и Блява (рис. 10). Проведено определение физико-химических параметров, включающее  определение водородного показателя (pH), окислительно-восстановительного потенциала (Eh), электропроводности и определение анионно-катионого состава, а также микроэлементного состава (табл. 4, 5).  

Карьерные озера Яман-Касы и Блява относятся к ультракислым, а воды в них отмечаются с очень высокой тяжелометальной нагрузкой.

На основании результатов анализа вод карьерных озер определено, что в  карьерных озерах, возникших после отработки  месторождений Яман-Касы и Блява, присутствует четко выраженная контрастная стратификация по растворенному кислороду с существованием оксиклина на глубинах между 3 и 7,5 м (рис. 8). Установлено, что количество взвешенных веществ в кислородной и анаэробной зонах отличаются в 40-50 раз (в кислородной зоне содержание взвеси составляет 35- 50 мг/л, в анаэробной 0,8-1,2 мг/л).

Распределение химических элементов в карьерных озерах контролируются положением оксиклина. Содержание халькофильных и сидерофильных элементов в аэробной зоне в 3-6 раз меньше, чем в анаэробной.

При исследовании фазового состава донных отложений карьерных озер установлено, что они образованы продуктами выветривания руд и вмещающих пород (пирит, кварц, полевые шпаты, серицит, хлорит) и новообразованными фазами (ферригидрит,  швертманнит, гипс).


Таблица 4

Результаты химического анализа вод карьерного озера Блява

№ пробы

R 272

R 272/1

R 272/2

R 272/3

R 272/4

R 272/5

R 272/6

R 272/7

Глубина отбора

1 м

4 м

8 м

14 м

18 м

26 м

32 м

42 м

Элементы

Физико-химические параметры и анионно-катионный состав (мг/л)

рН

2.92

3.01

2.63

2.58

2.60

2.62

2.60

2.57

Eh, mV

605

592

485

470

405

425

410

405

γ, μS

4530

4360

8485

8760

9230

9455

9790

9980

Т, 0C

0.2

0.5

4.2

7.0

7.5

7.8

7.8

7.7

О2, мг/л

10.4

10.3

0.4

0.2

0.5

0.4

0.2

0.1

HCO3-

-

-

-

-

-

-

-

-

SO42-

5420

4835

11800

14120

14500

15840

16875

17340

Cl-

60

61

57

59

54

59

60

63

Ca

317.2

249.8

203.7

198.4

185.1

157.5

142.5

149.3

Mg

261.3

212.7

274.8

281.0

309.0

324.9

336.2

335.9

К

8.0

6.6

11.9

12.9

15.4

15.7

17.5

18.1

Na

26.3

21.5

159.5

170.3

194.0

183.7

166.4

176.5

Микроэлементы (мкг/л)

Li

82

73

104

109

117

122

131

140

Al

77630

67420

256540

271325

277930

284770

301580

324650

Sc

33

28

84

87

91

90

94

92

V

19

15

211

219

268

265

274

257

Cr

23

18

127

127

139

129

141

135

Mn

1254

1035

1512

1648

1916

1965

2065

2172

Fe

218105

173500

1065650

1348460

1365520

1358600

1376350

1395000

Co

1085

938

2555

2583

2744

2782

2897

3004

Ni

412

381

628

679

786

814

887

906

Cu

101050

78340

194850

214450

208215

211635

234065

227665

Zn

99845

85320

121400

150748

146835

155140

167035

178300

Ga

2.6

1.8

41.7

44.4

50.9

47.9

48.5

47.3

As

68

51

2105

2212

2323

2156

2090

2188

Se

12.2

6.9

11.4

11.9

12.6

12.0

12.4

12.1

Rb

4.1

3.6

14.7

17.0

15.2

17.1

18.9

19.4

Sr

1755

1462

956

960

980

972

987

985

Y

85

75

187

195

204

218

222

230

Ag

5.6

4.4

6.1

7.3

8.9

8.5

8.5

8.8

Cd

1114

1018

1855

1948

2037

2171

2274

2256

In

0.43

0.32

11.9

15.6

19.9

19.3

20.2

19.4

Cs

0.12

0.09

0.34

0.39

0.40

0.39

0.37

0.38

Ba

3.6

2.4

10.0

11.9

11.3

18.5

14.0

20.1

La

25

11

48

53

52

55

55

54

Ce

53

44

126

150

153

151

162

159

Pr

1.9

1.1

16.0

17.0

17.5

17.2

18.8

17.9

Nd

30.2

25.7

78.4

87.2

91.1

90.2

95.9

94.7

Sm

5.9

4.6

18.3

21.6

22.9

24.0

24.7

25.3

Eu

0.8

0.5

2.5

3.0

3.2

3.2

3.8

3.5

Gd

11.4

8.9

24.9

28.3

31.6

31.0

34.1

32.8

Tb

0.21

0.16

0.67

0.75

0.70

0.86

1.1

0.98

Dy

11.3

9.4

27.1

29.0

30.9

32.4

33.0

34.3

Ho

0.19

0.15

0.8

1.0

1.8

2.2

2.3

2.0

Er

3.7

2.7

11.3

12.8

14.0

14.3

15.2

14.5

Tm

0.11

0.08

0.16

0.16

0.22

0.20

0.23

0.22

Yb

2.2

1.3

11.6

10.9

11.4

11.8

12.2

11.9

Lu

0.07

0.06

0.14

0.14

0.15

0.14

0.15

0.15

Tl

1.7

1.3

6.5

8.3

8.3

8.5

8.9

9.1

Pb

131

96

211

256

277

260

251

219

Bi

2.3

2.3

2.6

2.3

2.5

2.7

3.1

2.9

Th

6.5

6.0

6.1

6.3

6.8

6.4

6.7

6.2

U

3.7

2.3

11.7

12.0

13.5

13.7

14.6

14.4

Таблица 5

Результаты химического анализа вод карьерного озера Яман-Касы

№ пробы

R 273

R 273/1

R 273/2

R 273/3

R 273/4

R 273/5

R 273/6

R 273/7

Глубина отбора

1 м

3 м

7 м

12 м

18 м

23 м

27 м

34 м

Элементы

Физико-химические параметры и анионно-катионный состав (мг/л)

рН

2.94

2.89

2.65

2.62

2.60

2.63

2.63

2.59

Eh, mV

524

548

462

469

432

440

427

418

γ, μS

3025

3100

4650

4635

4680

4670

4635

4820

Т, 0C

0.8

1.1

3.1

4.0

4.5

4.8

4.8

5.0

О2,мг/л

9.0

9.3

1.2

1.1

1.2

1.4

1.9

2.2

HCO3-

-

-

-

-

-

-

-

-

SO42-

3255

3302

4158

4285

4407

4421

4386

4455

Cl-

384

412

405

478

504

520

534

534

Ca

281

290

286

325

340

327

318

346

Mg

219

226

306

310

325

378

365

340

К

8.4

8.7

10.1

11.4

10.8

11.0

10.5

12.3

Na

94

98

111

118

121

120

120

119

Микроэлементы (мкг/л)

Li

41

38

84

84

87

85

81

88

Al

31200

36350

181660

195470

200155

204760

201845

212800

Sc

15

14

73

70

71

75

82

77

V

44

47

172

190

183

185

174

180

Cr

1.8

2.6

14.1

14.9

18.4

20.7

23.9

21.0

Mn

7250

7383

9042

8948

8827

8805

8652

9173

Fe

47520

46135

283750

280520

341847

338090

344700

336555

Co

98

82

328

350

383

380

388

362

Ni

181

215

1207

1230

1339

1320

1228

1418

Cu

12140

12225

38470

41244

40372

43150

40286

38855

Zn

39580

39948

189500

202580

211700

208335

220538

193662

Ga

1.4

1.7

3.6

3.6

3.6

3.9

3.6

4.1

As

11

15

736

712

804

831

784

796

Se

8.2

7.7

7.9

11.2

10.6

17.2

17.8

18.5

Rb

2.1

3.0

6.3

5.9

7.0

5.7

6.6

7.0

Sr

583

528

580

555

611

587

589

604

Y

85

79

104

117

120

114

137

120

Ag

1.6

2.0

3.7

3.0

3.2

2.9

4.7

11.1

Cd

194

288

475

783

800

842

837

820

In

1.4

1.6

9.3

8.7

8.2

8.0

8.8

10.0

Cs

0.08

0.08

0.82

0.93

0.90

0.94

1.10

1.06

Ba

5.6

5.3

17.9

20.8

23.6

27.1

33.2

35.0

La

15

18

63

62

74

71

80

77

Ce

41

50

138

140

163

160

185

185

Pr

3.7

3.5

24.3

23.8

23.0

24.8

23.5

24.2

Nd

28.3

28.7

90.6

88.4

87.1

86.5

87.0

88.7

Sm

8.9

9.2

19.0

19.5

21.6

22.7

21.7

23.5

Eu

3.8

3.5

11.8

14.0

14.5

15.7

14.2

14.3

Gd

12.4

11.3

20.6

17.7

19.5

21.0

18.3

17.9

Tb

1.2

0.9

2.1

2.1

2.5

2.8

2.5

2.5

Dy

10.1

10.7

19.6

23.7

24.1

24.7

23.8

26.2

Ho

1.4

1.7

9.9

10.4

9.3

8.8

9.2

9.6

Er

4.9

4.6

12.7

14.0

13.4

14.2

15.0

15.7

Tm

0.64

0.56

0.93

1.23

1.40

1.57

1.75

1.92

Yb

4.3

3.8

14.8

14.3

15.7

16.2

16.2

16.0

Lu

0.59

0.47

1.00

0.88

0.90

0.86

0.93

0.91

Tl

0.11

0.24

1.20

1.58

2.05

1.96

1.88

1.95

Pb

18

27

104

120

174

171

186

200

Bi

0.05

0.11

0.19

0.20

0.19

0.19

0.37

0.34

Th

0.5

0.5

0.7

0.7

0.8

0.8

0.8

0.9

U

4.2

3.7

11.2

14.0

12.8

11.7

14.6

12.8

Рис. 8.Схема распределения физико-химических параметров в вертикальном разрезе карьерного озера Яман-Касы

Рис. 9. Карьерное озеро Блява.

Рис. 10. Карьерное озеро Яман-Касы.

4.3. Химический и минеральный состав донных отложений

Химический состав донных отложений

Химический состав донных отложений и суспензионных охр (табл. 6, 7) является чутким индикатором протекающих природных и техногенных процессов в пределах водосборной территории. Поэтому, наряду с отбором гидрохимических проб, были отобраны и пробы донных отложений, расположение которых отвечало логике расположения точек отбора проб воды.

Все  халькофильные, сидерофильные (за исключением Cr) элементы в донных отложениях Медногорской ГТС имеют в 2-7 раз более высокие концентрации, нежели усредненные значения донных отложений рек мира.

При сравнении состава донных отложений Медногорской ГТС и усредненного состава донных отложений рек мира аномальные коэффициенты концентрации свойственны  таким элементам как Fe, Mn, Cu, Ni, Co, Cd, Ba, Zn и, частично,  Pb (рис. 11). Низкие значения коэффициентов концентрации Pb для большого количества точек опробования сложно объяснить, учитывая присутствие этого элемента в геохимическом спектре руд и рудовмещающих метасоматитов как Блявинского и Яман-Касинского месторождений, так и некоторых колчеданных месторождений Южного Урала.             

Меньшие, по сравнению с донными отложениями рек мира, значения отмечаются для трех элементов Ba, Sr, Cr (рис. 11).

При сравнении состава суспензионных отложений Медногорской ГТС и усредненного состава донных отложений рек мира  максимально аномальные концентрации отвечают Cu, Zn, Co (рис. 12). Элементы, находящиеся ниже по сравнению с донными отложениями мира, это  Sr, Mn, Cr, Ba, Fe находящиеся в рассеянном состоянии.


Таблица 6

Содержание тяжелых металлов в донных отложениях МГС (мг/кг)

п/п

№ пробы

Fe

Mn

Cu

Zn

Ni

Co

Pb

Cd

Ba

Sr

Cr

Al

Li

1

Md(Sd)128/1

232484

697

47930

10419

60

109

120

43,57

61

20

22

72456

5,4

2

Md(Sd)185

260806

910

1727

3393

60

54

392

21,79

454

107

27

83622

21,8

3

Md(Sd)197

89237

980

1362

2413

44

54

98

32,68

300

55

44

96694

27,2

4

Md(Sd)197/1

145882

387

2042

1117

54

49

109

16,34

149

22

5

97347

16,3

5

Md(Sd)199

14728

16558

32407

16302

338

610

87

141,61

242

42

33

81117

10,9

6

Md(Sd)205

138802

1236

1182

2249

131

87

93

21,79

449

82

142

70169

21,8

7

Md(Sd)207

259717

1765

37582

24472

163

54

398

212,42

192

62

11

41955

10,9

8

Md(Sd)208

283682

3938

6373

4428

191

191

349

38,13

686

199

289

148001

49,0

9

Md(Sd)209

145338

2184

26144

13578

120

153

534

70,81

263

57

0

82914

21,8

10

Md(Sd)210

41852

3954

3655

7042

153

93

163

70,81

581

145

142

36127

27,2

11

Md(Sd)276/2

148061

828

1672

1024

65

22

370

16,34

445

90

185

71639

16,3

12

Md(Sd)277

129542

975

1313

2032

98

22

191

16,34

404

69

163

75779

16,3

13

Md(Sd)278/1

118649

1280

2505

2249

125

38

343

27,23

400

73

71

56389

27,2

14

Md(Sd)252

37495

4036

735

1868

163

38

136

27,23

238

83

185

57914

32,7


Рис. 11. Распределение элементов в донных отложениях  рек и водотоков с кислыми рудничными  водами  Медногорской ГТС, нормированных по среднему составу донных отложенй рек мира (Martin, Whitfield. 1983).


Таблица 7

Содержание тяжелых металлов в суспензионных охрах МГС (мг/кг)

п/п

№ пробы

Fe

Mn

Cu

Zn

Ni

Co

Pb

Cd

Ba

Sr

Cr

Al

1

Md(Sd)115/2

212832

427

1782

891

17

15

46

14,65

122

24,41

61

40696

2

Md(Sd)126/1

45066

361

5115

697

36

0

55

8,21

16

51,97

25

233148

3

Md(Sd)126/2

124190

20

1468

65

25

0

75

7,50

33

25,00

138

176348

4

Md(Sd)197/2

69163

77

1038

1008

62

0

67

4,98

0

22,41

0

210505

5

Md(Sd)197/3

5105

40

1412

986

22

0

52

4,99

0

4,99

17

226644

6

Md(Sd)200

3679

172

4163

257

45

0

67

7,48

0

17,45

22

279260

7

Md(Sd)238/1

2801

423

36318

5211

42

42

82

12,44

144

186,57

0

217510

8

Md(Sd)238/2

1141

256

29821

3268

57

47

62

9,94

89

173,96

25

230962

9

Md(Sd)238/3

285690

449

2224

343

55

25

37

9,93

20

24,83

154

38602

10

Md(Sd)238/4

47345

212

1280

162

57

15

67

7,49

0

2,50

12

259329

11

Md(Sd)238/5

132690

108

2103

128

38

10

83

7,50

0

20,00

38

204348

12

Md(Sd)238/6

21001

273

887

188

47

22

52

7,43

57

14,87

45

219869

13

Md(Sd)255

19710

45

3178

310

50

15

65

5,01

65

37,54

33

138736

14

Md(Sd)259

5765

330

41750

5888

73

33

68

12,50

1333

62,50

3

180848

15

Md(Sd)278

124691

5215

224551

14958

120

222

217

57,00

0

237,00

40

36599


Рис. 12. Распределение элементов в суспензионных охрах Медногорской ГТС, нормализованных по среднему составу донных отложений рек мира (Martin, Whitfield. 1983).

Минералогический состав донных отложений

Термический метод был использован для определения вещественного состава белых суспензионных охр пробы Md 200, поскольку рентгенофазовый анализ продемонстрировал полную рентгеноаморфность пробы. Анализ для белого осадка, дает Al203 (40.55 %), Si02 (3.38 %), P205 (1.09 %), S03 (15.53 %), CaO (0.82 %), FeO (0.56 %) и H20 (38.27). Гидробазалюминит, с химической формулой Al4 (SO4) (ОН)10*12-36H2O, происходит как продукт нейтрализации Al-содержащих высокосульфатных вод, сформированных окислением пирита и последующего растворения серицита, хлорита и кислых плагиоклазов в составе алюмосиликатных пород отвалов. Базалюминит (рис. 13) и  юрбанит с формулой Al4 (SO4) (ОН)*5H2O, сформированы как продукты обезвоживания гидробазалюминита. Основываясь на кривой ДТА (рис. 14), обезвоживание начинается приблизительно к 450 °C (рис. 14). Между 750 и 900 °C  вес белых охр, остается постоянным. Заключительная потеря веса начинается приблизительно в 940 0С из-за реакции разложения сульфата. Воды с белыми охрами, имеющие высокие содержания Al и SO4, обычно свидетельствуют о наличии кислой среды с рН менее 4.4. При этом появление в воде Al не приводит к поглощению или выделению энергии (как, например при окислении пирита) и считается, что все реакции с участием Al не являются химико-бактериальными, а чисто химическими. В водах с рН менее 4.5 Al обычно является производным от сернокислотного выветривания хлорита, серицита и плагиоклазов, являющихся основными фазами в отвальной массе. Al-содержащие кислые воды с высоким содержанием сульфатов и низким рН смешиваются с нейтральными или субнейтральными водами и при гидролизе в диапазоне рН от 4.5 до 5.2 происходит выпадение в русле ручьев белых “охристых” осадков (в англоязычной литературе, несмотря на белый цвет суспензионного осадка, закрепилось название “white ochres”). В белых “охрах” встречаются пластинчатые индивиды, которые, судя по пикам на дифрактограммах с 7.86 и 3.07А (рис. 14), представлены  гипсом.

Наличие S и Al в энергодисперсионных спектрах глобулярных выделений матрицы белых охр с размером индивидов около 0.5 мкм доказывает, что эта фаза может относиться к базалюминиту (?) (рис. 13).

Рис. 13. Глобулярные выделения базалюминита (?) с гипсом (прямоугольные пластинки). Проба Md 200. Сканирующий электронный микроскоп JEOL JSM 6460 c энергодисперсионной приставкой LINK (неопубликованные данные В.Н. Удачина).

Рис. 14 . Термограмма и рентгенограмма белых охр.

Мощный разрез литифицированных охристых отложений был изучен в шламоотстойниках 1 и 2, куда в течение 22 лет стекали кислые рудничные воды объединенного шахтного водоотлива Блявинского рудника (рис. 15). Отобраны 29 проб.

Рис. 15. Шламоотстойник 1

Отбор проб, как на первом, так и на втором шламоотстойнике производилось следующим путем: были выкопаны ямы глубиной до 2 м с одной горизонтальной стенкой для того, чтобы можно было увидеть закономерность слоев накопления вещества и отобрать пробы (рис. 16). Методика отбора в обоих случаях одинакова. Отбор проб происходил по слоям.  

Разрез №1, были отобраны следующие пробы Md(SD)254:

254/1 интервал 0-5 см, комковатый, бурый.

254/2 интервал 10-20 см, бурый, огипсованный, с линзами тонких слоев, светло-рыжего до черного цвета.

254/3 интервал 20-30 см, слоистый от 0,5 мм до 1 мм, светлых слоев больше чем бурых.

254/4 интервал 30-50 см, более бурые, глинизированные, наблюдается линза супесчаного вещества.

254/5 интервал 50-56 см, супесчаный, красно-бурый цвет.

254/6 интервал 56-76 см, желтоватый с тонкими бурыми прослоями до 1мм.

254/7 интервал75-90 см, толщина бурых слоев больше чем остальных и бурые преобладают.

254/8 интервал 90-98 см, чередование желтых, черных и бурых слоев, глинизированные.

254/9 интервал 98-117 см, аналогично интервалу 56-76.

254/10 интервал 117-120 см, аналогично 50-56 см.

254/11интерва 120-145, аналогично слою 56-76 см, но бурых слоев мало, больше желтых.

254/12 интервал 145-165 см, чередование бурых и желтых. Желтые оглиненые, а бурые опесчаненые, но тоньше.

254/13 интервал 165-180 см, слой опесчаненый, бурый с резкими тонкими желтыми прослоями.

254/14 интервал ниже 180 см, желтые, однородные.

Разрез №2, были отобраны следующие пробы Md(SD) 258:

258/1 интервал 0-16 см, рыхлые, бурые, опесчаненый с прослоями черного цвета в подошве.

258/2 интервал 16-25 см, глинизированные, желтые с прослоями буро-красного цвета.

258/3 интервал 25-30 см, красно-бурый с прослоями и шлирами черного цвета.

258/4 интервал 30- 39 см, желто-рыжий, опесчаненый со слоями черного цвета.

258/5 интервал 39-55 см, желто-рыжий, глинисто-супесчаный, ближе к песку.

258/6 интервал 55-66 см  темнее предыдущего, «брекчиевидный» «Такырник» резко очередной порцией шахтного водопритока после длительного периода усыхания.

258/7 интервал 66-71 см, опесчаненый, черно-бурый, аналог интервалу 50-56 см разреза №1,но более черный.

258/8 интервал 71-75 см,  аналог интервалу 90-98 разреза №1.

258/9 интервал 75-79 см, аналог 50-56 см разрезу №1, по цвету такой же.

258/10 интервал 79-92 см, кровля похожа на 55-66 см, далее бурый, глинизированный, цвет грязно-желтый.

258/11 интервал 92-139 см, глинизированный, однородный, грязно-желтый.

258/12 интервал 139-142 см, аналог 75-79 см, с «обломками» черных.

258/13 интервал 142-153 см, глинизированный с чередованием бурых и густо-бурых слоев.

Результат длительного усыхания материала на поверхности отходов:

258/1А светло-кремовый такырник.

258/1В черный, иризирующий.

Рис. 16.     Общий вид  шурфа в шламоотстойнике №.1

Рис. 17.  Закономерности расположения слоев в шламоотстойнике.

Черные слои, предполагаемое органическое вещество (топливо), следы работы техники при разработке месторождения. Светло-желтый - гипс, был сделан рентгенофазовый анализ этого вещества, подтвердивший преобладание гипса. Бурые слои сложены швертманнитом(?) и гипсом (рис. 18). Желтый слой – гипсом при минимуме швертманнита(?).

Можно предположить, что основным фактором  формирования состава слоистости и преобладания или минимума швертманнита(?) является  бактериальный фактор в контрастные климатические сезоны (рис. 17).  При низкой температуре в зимний период железобактерии не могут существовать, Fe2+ удаляется с водами при дренаже через отстойник, тогда осаждается только гипс при минимуме химического окисления Fe2+, а в летний период железобактерии активно  окисляют большую часть Fe2+, осаждается швертманнит(?) и гипс.  

Рис. 18. Фото и энергодисперсионный  спектр швертманнита (?). Проба Md 238/1. Сканирующий электронный микроскоп JEOL JSM 6460  c энергодисперсионной приставкой LINK (неопубликованные данные В.Н. Удачина).

Был сделан рентгенофазовый  анализ пробы Md 228, представлявшую собой пробу влекомой бурой взвеси из ручья Жирикля, в прошлые годы поступавшего в шламоотстойник. Это абсолютно рентгеноморфная фаза с узким гало при максимуме в области 2,5 Ǻ, что соответствует области основных отражений как гидроксидножелезистых так и гидроксисульфатных фаз  Fe (рис. 19).

 

Рис. 19. Рентгенограмма, шламоотстойник проба Md 228.

  1.  Химический состав влекомой взвеси в поверхностных водах МТС

В современной теории литогенеза начальная стадия формирования осадочных пород связывается с мобилизацией взвешенных и растворенных веществ на водосборах. С речными взвесями переносится основная масса химических элементов, в том числе такие подвижные в зоне гипергенеза, как щелочные и щелочноземельные металлы. До того как продукты механической и химической эрозии суши отложатся на дне водоемов и превращаются в осадочные породы, они проходят через ряд последовательных этапов трансформации, на которых происходит химическое фракционирование, ведущее к пространственной дифференциации химического состава осадка. При рассмотрении внутриводоемных этапов литогенеза состав привносимого материала выступает в качестве внешнего фактора, задаваемого условиями, при которых идет мобилизация вещества на водосборах.

В силу большой пространственной неоднородности этих условий, обусловленной различиями в петрографическом составе материнских пород, климате, рельефе, интенсивности биологических продукционно-деструкционных процессов и т.д., средними значениями будем считать пробу Md 251, которая была отобрана в  р. Кураган отдаленной от  источника эмиссии по основному руслу на 12 км. Результаты химического анализа влекомой взвеси в поверхностных водотоках МГС отображены в таблице 8.

Значение закономерностей формирования материнского стока растворенных и взвешенных веществ имеет значение не только в связи с развитием общей территории литогенеза, но также как важная составная часть эколого-геохимического изучения биосферы. При этом большое внимание уделяется микроэлементам, многие из которых обладают сильными токсическими и мутагенными свойствами. Несмотря на то, что биологическая активность растворенных веществ, как правило, значительно выше твердых фаз, экологическая роль последних чрезвычайно велика, поскольку основная часть токсичных микроэлементов находится в них в подвижной форме (поглощенный комплекс, органические соединения, тонкодисперсные оксигидроксиды железа и марганца)(Савенко,  2006).

Таблица 8

 Результаты химического анализа влекомой взвеси в поверхностных водотоках МГС (мг/кг)

Md 238/2

Md 250

Md 251

Md 252

Md 247

Md 260

Md(W)281

Md(W)288

Li

0,87

10,99

29,81

18,11

10,09

1,51

7,89

12,28

Be

0,33

2,12

1,30

2,68

0,12

4,21

3,66

1,33

Sc

7,12

15,57

15,96

14,70

6,02

6,43

7,45

9,04

V

9,83

47,58

99,05

87,21

8,04

23,13

46,72

50,68

Cr

58,87

80,80

140,09

81,81

52,05

15,70

64,00

69,43

Mn

207,94

5663,99

1207,34

8068,93

2476,67

985,32

900,11

5519,24

Co

10,90

151,79

19,84

101,37

12,68

55,18

68,75

168,44

Ni

6,02

142,89

116,56

115,32

65,52

48,03

74,27

89,10

Cu

885,85

6177,19

82,35

1676,81

403,38

15777,77

11072,57

1155,91

Zn

487,40

8594,35

141,27

3510,85

841,44

6008,86

7076,93

1552,99

Ga

1,50

5,99

13,46

3,67

1,07

3,03

3,70

4,51

Ge

0,30

0,24

0,14

0,08

0,03

0,53

0,35

0,08

As

24,60

400,78

5,65

1581,17

246,73

466,49

1101,96

51,59

Se

3,17

6,89

1,11

3,05

1,76

8,08

5,92

11,29

Rb

1,54

18,85

74,37

16,29

4,96

1,99

10,15

20,03

Sr

34,56

161,78

130,46

82,60

40,22

109,14

106,88

75,33

Y

8,47

67,54

16,29

17,05

3,38

179,24

179,19

28,37

Zr

2,30

24,44

55,91

12,48

5,18

3,19

9,59

13,51

Nb

0,08

2,06

5,44

1,02

0,42

0,30

1,31

1,49

Mo

1,06

9,75

1,70

1,77

1,29

1,41

н/о

1,69

Cd

17,53

103,89

0,81

44,33

11,23

34,16

70,80

39,09

Sn

2,15

19,13

7,06

4,08

3,82

2,18

6,25

0,53

Sb

1,27

4,82

0,91

1,96

1,64

5,07

5,79

4,88

Te

0,26

1,15

0,10

0,34

0,22

1,29

1,67

1,93

Cs

0,04

1,01

3,96

0,94

0,22

0,11

0,75

1,38

Ba

39,31

207,37

315,92

146,48

36,99

64,40

570,28

19,64

La

2,17

15,23

16,02

15,47

1,64

78,66

94,42

18,41

Ce

7,11

84,36

45,16

22,68

4,84

169,50

232,46

46,50

Pr

1,27

9,50

5,19

3,23

0,62

27,23

27,76

5,65

Nd

7,37

40,45

21,20

13,64

2,67

112,07

120,57

24,26

Sm

2,05

8,36

4,22

2,85

0,55

24,68

27,48

5,27

Eu

0,52

2,43

0,94

0,78

0,14

8,39

8,88

1,41

Gd

2,13

11,40

3,97

3,71

0,65

40,10

39,20

6,57

Tb

0,34

1,64

0,54

0,53

0,09

6,31

6,07

1,00

Dy

2,22

10,55

3,30

3,27

0,55

40,80

39,69

6,32

Ho

0,48

2,14

0,63

0,67

0,11

8,54

8,24

1,30

Er

1,38

5,59

1,73

1,71

0,31

22,42

21,79

3,47

Tm

0,21

0,70

0,25

0,22

0,04

2,77

2,79

0,45

Yb

1,36

4,12

1,62

1,33

0,25

15,90

15,88

2,67

Lu

0,20

0,63

0,24

0,20

0,04

2,46

2,47

0,43

Hf

0,09

0,73

1,54

0,37

0,13

0,36

0,72

0,72

Ta

0,02

0,03

0,25

1,13

1,06

0,09

0,72

0,41

W

0,24

4,68

1,27

1,01

0,69

0,45

15,47

0,49

Tl

0,08

0,72

0,39

0,34

0,22

0,24

0,43

0,55

Pb

51,12

113,22

21,78

23,80

23,00

47,08

240,56

62,01

Bi

0,31

1,43

0,29

0,30

0,25

0,66

1,88

2,30

Th

0,33

1,41

5,96

1,19

0,33

0,24

1,45

2,88

U

0,40

4,51

2,69

1,36

0,50

13,10

20,05

15,06

Микроэлементный состав влекомой взвеси отражает существующую геохимическую ситуацию в аквальных транзитных системах на момент отбора гидрохимических проб. В целом, характер распределения редкоземельных элементов во взвеси типичен для такого в донных отложениях.  При сравнении состава взвеси МГС и усредненного состава взвеси рек мира наблюдаются аномалии коэффициентов концентрации для Cd, Cu, As, Zn, Mn.  Преобладающая часть элементов характеризуется концентрациями меньшими, нежели усредненные для взвеси рек мира  (Рис. 20). Состав взвеси для редкоземельных элементов поверхностных водотоков МГС, нормированных на хондрит, приведен на рис 21.

Рис. 20. Распределение редких, рассеянных элементов во влекомой взвеси рек МГС, нормированных по среднему составу взвеси рек мира (Martin, Whitfield. 1983).

Рис. 21. Распределение редкоземельных элементов во влекомой взвеси рек МГС, нормализованных по среднему составу хондрита (Балашов, 1976).

Зависимость концентраций тяжелых металлов (Cu, Zn, Cd, Sb, As) во влекомой взвеси от расстояния до источника эмиссии показана на рис 22. Линии кривых по Cu, Zn, Cd, Sb имеют практически одинаковые изгибы. Источником эмиссии выбрана проба Md 238/2 и она имеет нулевой отсчет. На 3 км наблюдается самое высокое содержание тяжелых металлов это проба Md 260, это объясняется тем, что рядом находятся руины обогатительной фабрики с остатками куч  колчеданных руд и концентратов, что при поверхностном смыве в р. Жирикля дает “взврыв” концентраций по халькофильным элементам. Далее по удалению наблюдается понижение содержаний, что объясняется разбавлением основного потока природными ручейками,  многочисленной водной растительностью в прибереговой зоне,  донными отложениями. На фоне плавного снижения концентраций металлов  на 38 км в точке Md 288 отмечается второй всплеск линии кривой.  Следует предположить, что это может являться результатом прохождения шлейфа  от труб МСК через этот участок, так как от труб до этой точки напрямую около 3 км, а в летний период роза ветров в этом направлении составляет около 85% от общего количества.

Полученные линии кривой по As трудно объяснить, так как на 11 км в точке Md 252 происходит понижение концентраций и потом резкое повышение с последующим  понижением.      

Рис. 22. Зависимость концентраций тяжелых металлов во влекой взвеси от расстояния до источника эмиссии.

Глава 5. Обсуждение результатов исследований

5.1. Формирование кислых рудничных вод

Процессы формирования кислых рудничных вод являются универсальными и их появление обусловлено окислением сульфидсодержащих масс (главным образом дисульфида железа – пирита) в условиях хорошей аэрации и активного водообмена. Катализатором процесса является наличие тионовых бактерий, ускоряющих химическую часть  окислительного процесса в десятки и сотни раз. Дополнительными  существенными факторами, определяющим динамику выхода тяжелых металлов из сульфидов, является степень дисперсности  сульфидов и присутствие буферирующих  кальций- и магнийсодержащих карбонатных или силикатных фаз.

Кислые рудничные воды Медногорской ГТС формируются в теле отвалов, сформированных в период с 1952 по 1972 гг. при отработке открытым способом Блявинского медно-колчеданного месторождения. Выделяются два контрастных “литологических” типа отвальной массы: преимущественно аподиабазовые, апобазальтовые породы и метасоматиты кварц-хлорит-серицитового состава, слагавшие висячий бок рудных тел;  кварц-серицит-пиритовые метасоматиты и сульфидизированные кварциты, залегавшие в лежачем боку рудных тел. В настоящее время эти типы отвальной массы в значительной мере перемешаны, но в отдельных случаях отмечается раздельное местонахождение разностей. В одном из таких участков  наблюдались подотвальные ручьи с резко различным цветом выстилающих дно ручьев суспензионными отложениями (рис. 23).

Рис. 23. Подотвальные ручейки: голубовато-белые гидроксисульфаты  Al и рыжевато-бурые сульфаты и гидроксисульфаты  Fe.

5.2. Процессы гидролиза в зонах смешения техногенных вод

Гидролизом называют взаимодействие вещества с водой, при котором составные части вещества соединяются с составными частями воды. В реакции гидролиза вступают соли, образованные слабой кислотой и слабым основанием, слабой кислотой и сильным основанием или сильной кислотой и слабым основанием (сульфаты халькофилов – соли, образованные сильной кислотой и слабым основанием). Сульфаты металлов подвергаются гидролизу по схеме (на примере сульфата железа):

Fe2(SO4)3 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + 3H2SO4

Способность соли подвергаться гидролизу определяется константой гидролиза. Чем слабее кислота или основание, тем в большей степени подвергаются гидролизу образованные ими соли. Также на скорость гидролиза влияет температура и концентрация растворов. При повышении температуры и понижении концентрации растворов скорость гидролиза возрастает (Глинка, 1976).

В составе растворенной фазы кислых рудничных вод Zn, Cd, Cu, Fe и Al мигрируют преимущественно в виде истинных растворов. При встрече техногенного водотока с нейтральными водами в процессах гидролиза происходит повышение рН до 5.5 – 6.0 и перераспределение форм миграции. Основной объем для Al и Fe в таких участках приходится на коллоидные формы. Соответственно, подавляющая часть Cu, Zn и, в меньшей степени, Cd в участках гидролиза оказываются связанными с коллоидами двух основных элементов-гидролизатов – Fe и Al, что приводит к снижению потенциальной токсичности таких вод. Реакции гидролиза, сопровождающие раскисление  техногенных вод, являются общеизвестными и сопровождаются выпадением гидроокисей металлов по схемам:

     кислый Fe3+ + 3OH- ↔ FeOH2+ + 2OH- ↔ Fe(OH)+2 + OH- ↔ Fe(OH)3 нейтральный

     кислый Al3+ + 3OH- ↔ AlOH2+ + 2OH- ↔ Al(OH)+2 + OH- ↔ Al(OH)3 нейтральный

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

Одной из  задач  работы являлось выполнение  цикла  экспериментальных химико-аналитических работ по синтезу гидроксидов и гидроксисульфатов железа. В результате планировалось провести сравнение между природно-техногенными и синтезированными  новообразованиями.

Мною были проделаны опыты по синтезу ферригидирита и швертманнита.

Опыт №1 Синтез швертманнита.

5 г FeSO4 растворяли в 500 мл дистиллированной воды, отфильтровали и в отфильтрованный раствор добавляли по каплям 2,5 мл H2O2 (32%) при постоянном перемешивании раствора  на магнитной мешалке. Раствор приобретал темно-оранжево-коричневатый цвет. Через 15 минут, когда произошла стабилизация pH на уровне 2.5 ед., выпадали хлопья и образовывался осадок. После 24 часов осадок отфильтровывался и сушился до воздушно-сухого состояния  (рис. 24).

Рис. 24. Высушенный осадок опыта №1

Опыт №2 Синтез ферригидрита.

В 500 мл 0,025 М Fe(NO3)3*9H2O добавляли по каплям 0,375М NaOH (рис. 25), подобно синтезу швертманнита,  на магнитной мешалке. Раствор приобретал темно-бурую,  с вишневым оттенком, окраску. После стабилизации pH на уровне 6,95 ед., начинали выпадать хлопья и образовывался осадок (рис. 26). На следующий день осадок фильтровали и сушили.

Рис. 25. Добавление щелочи в опыте №2.

Рис. 26. Слева-  выпадение хлопьевидных частиц, а справа - осадок после 24 часов в опыте №2.

Высушенные осадки прошли  рентгенофазовый анализ и ИК- спектроскопию.  Полученные  дифрактограммы и ИК- спектры  приведены на  рис. 27, 28. В связи с отсутствием нитрата железа, вероятно, не удалось получить кондиционного раствора нитрата железа и выпавшие в осадок бурые охры никакого отношения к гидроксиду железа не имеют, а представлены селитрой, о чем свидетельствуют типичные отражения на дифрактограмме с 3.90, 3.03, 2.80, 2.53, 2.31, 2.12 и 1.89 А (рис. 27). Синтезированный швертманнит на дифрактограмме образует среднее по масштабу гало с максимумом на 2.57 А, что делает невозможным его идентификацию по результатам рентгенофазового анализа. Но на ИК-спектрах отмечаются только типичные для швертманнита полосы поглощения на 987 см-1 и 1130 см-1  , характерные для колебаний в группировке SO4, и 610 и 1660 см-1, отвечающие связям FeO (рис. 28).

Кальцитсодержащие охры выпадают из наиболее кислых вод и на дифрактограмме  и ИК-спектрах имеют отражения и полосы поглощения, характерные для ярозита. Ферригидритсодержащие и кальцитсодержащие  охры содержат небольшую примесь тонких терригенных хлорита, кварца и пирита.  

  

Рис. 27. Дифрактограммы продукта синтеза: гидроксида железа (?) (1) и швертманнита (2); дифрактограммы природные: швертманнитсодержащих (3) и кальцитсодержащих (4) охр вблизи источника эмиссии; ферригидритсодержащих (5) охр.

Рис. 28.  ИК спектры продукта синтеза: гидроксида железа (?) (1) и швертманнита (2); ИК спектры природные: швертманнитсодержащих (3) и кальцитсодержащих (4) охр вблизи источника эмиссии; ферригидритсодержащих (5) охр.

Заключение

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

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

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

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

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

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

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

Литература

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Очерки по региональной тектонике том 1 Южный Урал, 1992

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Regenspurg S., Brand A., Peiffer S. Formation and stability of schwertmannite in acidic mining lakes // Geoch. Cosmochim. Acta, 2004. Vol. 68. 6. P. 1185-1197.

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

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

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


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32579. Система стандартов ГСП 38.12 KB
  Для примера рассмотрим более подробно информационную совместимость ТСА по уровням входных/выходных унифицированных сигналов, т.е. сигналов дистанционной передачи информации с унифицированными параметрами, обеспечивающими информационное сопряжение (интерфейс) между различными приборами, блоками и системами АСУ ТП
32580. Энергетическая совместимость ТСА 14.41 KB
  В пневмоавтоматике это следующие значения давления сжатого воздуха: Pпит 400 кПа – высокий уровень; Pпит=150 кПа – средний уровень; Pпит 10 кПа – низкий уровень.
32581. Входные устройства 319.1 KB
  в центральную часть САУ либо со стороны оператора коммутационные аппараты ручного ввода либо со стороны объекта управления датчики. Коммутационные аппараты ручного ввода информации Аппаратуру ручного управления по своему назначению и использованию подразделяют на аппараты для непосредственной коммутации силовых цепей и аппараты для коммутации цепей управления. Аппараты для коммутации цепей управления Используются для пуска и аварийного останова технологических машин переключения режимов их работы ввода программ и уставок для...
32582. Устройства контроля скорости (УКС) 84.62 KB
  Под ее воздействием в обмотке появляется ток и возникает сила взаимодействия стремящаяся повернуть статор в сторону вращения магнита. При определенной частоте вращения упор 2 преодолевает сопротивление плоской пружины и переключает контакты реле 1 и 7 в зависимости от направления вращения входного вала. Основанием реле служит пластмассовая планшайба 4 установленная на валу скорость вращения которого необходимо контролировать.
32584. Основные схемы включения входных устройств в САУ 128.25 KB
  Схемы включения входных устройств в САУ 1. Включение контактных входных устройств в релейноконтактные схемы РКС производится путем непосредственного последовательного и параллельного соединения их замыкающих рис. Включение контактных входных устройств в бесконтактные логические схемы БЛС производится через резисторные схемы согласования рис.
32585. Выходные устройства 13.4 KB
  Помимо этой основной своей функции выходные устройства могут выполнять и ряд других дополнительных функций: – усиление сигналов функция усилителя; – преобразование информационных сигналов по виду энергии по роду тока по частоте по виду и т.
32586. Учет наличия и движения основных средств 66.5 KB
  4 ПБУ 6 01 понимается актив который принимается организацией к бухгалтерскому учету в качестве основных средств при этом одновременно должны выполняться следующие условия: а объект предназначен для использования в производстве продукции при выполнении работ или оказании услуг для управленческих нужд организации либо для предоставления организацией за плату во временное владение и пользование или во временное пользование; б объект предназначен для использования в течение длительного времени т. Единицей бухгалтерского учета основных...
32587. Учет нематериальных активов и их амортизации 43 KB
  2000 91н для признания НМА необходимо следующие условия: Способность приносить организации экономические выгоды доход более 12 месяцев; Наличие надлежаще оформленных документов подтверждающих существование самого актива и или исключительного права у налогоплательщика на результаты интеллектуальной деятельности патенты свидетельства и т. К НМА относятся: исключительные права: патентообладателя на изобретение промышленный образец полезную модель; автора или иного правообладателя на использование программы на ЭВМ базы данных;...