Особенности вещественного состава свинцово-цинковых руд и их влияние на экологическое равновесие на примере месторождений
Особенности вещественного состава свинцово-цинковых руд и их влияние на экологическое равновесие на примере месторождений Буронского рудного поля
Асп. Пухаева З.Э.
Кафедра геологии и поисково-разведочного дела.
Северо-Кавказский государственный технологический университет
Дана оценка основным рудным минералам как естественным источникам загрязнения окружающей среды на примере свинцово-цинковых месторождений Буронского рудного поля.
Нарушения экологического равновесия в биосфере могут быть вызваны различными причинами: природными глобальными и локальными эндо- и экзопроцессами, влиянием космогенных факторов и, наконец, антропогенными воздействиями на сферу влияния. Активное воздействие человека на среду обитания проявляется в нескольких главных направлениях антропогенной деятельности: в индустриальном, гражданском и дорожном строительстве, в гидроэнергетике, в разных отраслях тяжелой и легкой промышленности, в сельскохозяйственном производстве и в ходе интенсивного природопользования, в частности, в горно-промышленном комплексе. Влияние последнего направления антропогенеза на экологическую обстановку трудно переоценить. В процессе добычи полезных ископаемых извлекаются миллиарды тонн горной массы, нарушаются природные ландшафты, тысячи квадратных километров земной поверхности занимаются карьерами горно-добывающих предприятий, отвалами горных пород, хвостохранилищами. Вскрытие извлеченного из недр минерального вещества и перевод его на поверхность в иные термодинамические условия влечет за собой физическую и химическую трансформацию горных пород и минералов. На их основе формируются новые вторичные продукты разного фазового состояния, часто токсичные, что нередко создает угрожающую экологическую обстановку в районах ныне действующих и отработавших свой срок предприятий.
Экологические проблемы, вызванные деятельностью горно- обогатительных комбинатов, обусловлены как составом перерабатываемых руд и горных пород, так и технологией их добычи и обогащения. О составе потоков загрязняющих веществ, которые начнут формироваться с началом добычи и обогащения руд разведуемого месторождения, можно судить по распределению химических элементов в рудах и первичных ореолах. Эти данные определяют общий характер природных геохимических аномалий и ландшафтов изучаемого рудного поля.
Оценку эколого-геохимического состояния различных геохимических систем обычно проводят по следующим показателям: распространенности (содержанию) химических элементов (в планетарных системах это кларки, в меньших – фоновые содержания, законы распределения, дисперсия) и формы нахождения химических элементов.
Детальная оценка эколого-геохимической ситуации требует подразделения рудообразующих минералов как концентраторов примесных элементов. При этом необходимо учитывать доступность элементов, составляющих минералы, или скорость перехода элементов в доступную форму. Во многом это связано с растворимостью минералов.
Кислотно-основные свойства и условный потенциал ионизации. Характеристикой кислотно-основной силы соединений и минералов служит введенный В.А.Жариковым условный потенциал ионизации, который является объективной и строгой характеристикой, дающей возможность количественно выразить и сопоставить кислотно-основные свойства самых различных минералов и соединений.
Сопоставление кислотно-основных характеристик сульфидов свинцово-цинковых месторождений Буронского рудного поля показывает, что из рудообразующих минералов свинцово-цинковых месторождений наиболее неустойчивыми к окислению являются сульфиды, в частности, сульфиды железа (табл.1).
Таблица 1
Условные потенциалы ионизации рудных минералов
|
Минерал |
Расчетная формула |
Условный потенциал ионизации, Y, ккал/моль |
|
Пирит |
FexS1-x |
218 |
|
Сфалерит |
CuFeS2 |
208 |
|
Халькопирит |
FeS2 |
199,8 |
|
Пирротин |
ZnS |
188 |
|
Галенит |
PbS |
178,5 |
В рудах колчеданно-полиметаллических месторождений Буронского рудного поля пирит является доминирующим рудным минералом, а в полиметаллических рудах Старого Цея доминирует сфалерит (табл.2).
Таблица 2
Среднее содержание рудообразующих минералов Буронского,
Староцейского и Садонского месторождений, %
|
Месторождение |
Пирит |
Пир- ротин |
Сфале- рит |
Марка- зит |
Магне- тит |
Гале- нит |
Халькопирит |
|
Бурон |
55 |
25 |
4 |
2 |
5 |
4 |
5 |
|
Старый Цей |
8 |
25 |
34 |
10 |
6 |
6 |
17 |
|
Садон |
30 |
18 |
9 |
16 |
0,1 |
18 |
9 |
Как минералы-концентраторы, пирит и сфалерит в рудах изучаемых месторождений содержат заметные количества висмута, олова, кадмия, кобальта, серебра, мышьяка, индия, никеля, селена и титана.
Таким образом, из всех рудных минералов в составе месторождений Буронского рудного поля наиболее распространены пирит и сфалерит,* содержащие набор примесных элементов, относящихся к 1 и 2 группам экологической опасности. Поэтому они являются угрожающе опасными в экзогенных процессах, усугубляющихся техногенными процессами в окружающей среде.
Коэффициенты экологической опасности рудных минералов. Колчеданные и полиметаллические руды являются серьезным источником загрязнения окружающей среды на всех стадиях их технологической переработки: добыча, обогащение, металлургия. Рудообразующие элементы (S, Cu, Zn, иногда Pb) и большинство элементов-примесей (Co, Ni, Te, In, Ge, Tl, Cd и др.) относятся к элементам высокой (1 класс опасности) и повышенной (2 класс опасности) токсичности.
Химический состав одних и тех же минералов на отдельных месторождениях имеет индивидуальный характер и, в основном, зависит от состава рудоносных растворов и условий их формирования.
Классификация минералов по степени их экологической опасности, как естественных потенциальных источников загрязнения окружающей среды, находится на стадии разработки.
Подставляя в формулу Р. Моксхэма для определения коэффициента накопления микроэлементов в минералах вместо кларка элемента его ПДК в литосфере, получили новую формулу, которая и используется для определения коэффициента экологической опасности минерала, равного среднему содержанию изучаемой группы элементов, выраженному в ПДК:
,
где Сi – содержание элемента в минерале, г/т*.
По приведенным ниже формулам были рассчитаны коэффициенты экологической опасности основных рудообразующих минералов Садонского, Староцейского и Буронского месторождений:
,
где С - содержание элемента в минерале, г/т;
,
Z0 - суммарный коэффициент опасности;
n - количество проб.
Были получены следующие результаты (табл. 3):
- в рудах буронского типа наиболее опасными являются пирит, сфалерит и галенит (чрезвычайно опасные - ЧО);
- в рудах Старого Цея – пирит, галенит и сфалерит (ЧО);
- в рудах садонского типа – сфалерит, галенит и пирит (ЧО).
Таблица 3
Коэффициенты экологической опасности рудных минералов
|
Месторождение |
||||||
|
Минерал |
Бурон |
Старый Цей |
Садон |
|||
|
åKo |
Zo |
åKo |
Zo |
åKo |
Zo |
|
|
Галенит |
517,61 |
506,61 |
639,35 |
628,35 |
723,87 |
712,87 |
|
Сфалерит |
640,79 |
632,79 |
517,47 |
508,47 |
713,25 |
703,25 |
|
Пирит |
2330,62 |
2319,62 |
1115,6 |
1104,6 |
515,21 |
504,21 |
|
Пирротин |
97,08 |
88,08 |
39,76 |
30,76 |
24 |
16 |
|
Халькопирит |
133,42 |
126,42 |
55,36 |
49,36 |
40,44 |
30,44 |
Таким образом, применяли два различных критерия для определения степени экологической опасности минералов, условный потенциал ионизации и коэффициент экологической опасности. С учетом распространенности исследуемых рудных минералов (см. табл. 2) в колчеданно-полиметаллических рудах буронского типа наиболее неустойчивыми и экологически опасными являются пирит и сфалерит , в рудах садонского типа – пирит и галенит; в полиметаллических рудах Старого Цея – сфалерит и пирит.
Негативное влияние сульфидов на окружающую среду
Руды полиметаллических месторождений Горной Осетии характеризуются относительно богатым спектром промышленно значимых элементов. Основными носителями примесей в рудах являются сульфиды, содержание которых определяет уровень концентрации рассеянных элементов.
Причем для значительной части примесных элементов их содержание в хвостах по сравнению с исходными рудами увеличивается на порядок и более.
Исследования и анализ данных по распределению различных элементов в продуктах обогащения показали, что подобная закономерность отчасти объясняется наличием некоторых количеств галенита и сфалерита, но, главным образом, присутствием в хвостах пирротина, пирита, халькопирита и других сульфидов (содержание которых не превышает 2 – 3 % от общего количества).
Среди отвальных продуктов различных обогатительных фабрик особой «железистостью» отличаются буронские хвосты, которые также характеризуются относительно высокими содержаниями кобальта и никеля. Это обусловлено, главным образом, наличием большого количества сульфидов (пирит, сфалерит и др.), составляющих основу руд, и, в меньшей мере, составом рудовмещающих пород.
Садонские хвосты содержат титан, германий и ванадий, которые находятся в примесной форме в сфалерите и сульфидах железа (пирите, пирротине и халькопирите). Расчет потенциальной экологической опасности данных сульфидов подтвердился.
Буронские хвосты отличаются набором примесных элементов, характерных для основных рудных минералов: пирита, пирротина, галенита и сфалерита. Теоретически опасность данных минералов также была рассчитана верно (см. табл. 3).
Таким образом, влияние сульфидов руд свинцово-цинковых месторождений Буронского рудного поля имеет двойственное направление: с одной стороны, неустойчивый характер основных рудных минералов – пирита, сфалерита и галенита создает благоприятные условия для образования активной серной кислоты, переводящей тяжелые металлы в подвижные формы. С другой стороны, как минералы-концентраторы ряда полезных примесей (кадмий, кобальт, мышьяк, индий, селен и др.), окисляясь, высвобождают тяжелые металлы, вызывая тем самым интенсивное загрязнение окружающей среды. Тем более что специфика экологических и гигиенических последствий техногенного загрязнения окружающей среды горно-промышленных территорий заключается в комплексности состава загрязняющих веществ, среди которых определяющую роль играют токсичные химические элементы. Токсичность химических элементов (и их соединений) зависит не только от их концентрации, а зачастую и от вида их нахождения в биосфере.
Заключение. Данные по параметрам распределения и запасам рудных тел с учетом форм их нахождения и вероятной подвижности в физико-химических условиях окружающей среды позволяют дать прогнозную оценку рудных месторождений как источников загрязнения.
Список литературы
Для подготовки данной применялись материалы сети Интернет из общего доступа
* Дарчиева А.Е., Мелконянц Н.Г. Определение экологической опасности рудообразующих минералов в полиметаллических месторождениях Садонского рудного поля//Материалы к годичному собранию ВМО. М., 2002. С.50-52.