logo
Главная История Структура Разработки Лаборатории Контакты

Лаборатория геологии техногенных процессов
Cотрудники Список публикаций Места работ
Максимович Н.Г., Меньшикова Е.А., Блинов С.М. Минералогия отвалов Чусовского металлургического завода // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Науч. чтения памяти П.Н.Чирвинского: Материалы науч. конф. / Перм. ун-т.-Пермь, 1999.-С.47-48.

Минералогия отвалов чусовского металлургического завода

Н.Г. Максимович, Е. А. Меньшикова, С. М. Блинов

Исследования минералогии искусственных материалов началось в геологии в 19 в. (работы Д. Гаусмана, Я. Фогта, Д. И. Курнакова, А. П. Карпинского, В. И. Вернадского и др.). В 40-е годы нашего века отечественными учеными-петрографами — Д. С. Белянкиным, Б. В. Ивановым, В. В. Лапиным сформировано новое направление, занимающееся изучением искусственных материалов, — петрография технического камня. Сегодня это направление развиваются в рамках экспериментальной и технической минералогии и петрографии, применяются в практике научно-исследовательских институтов и заводских технологических лабораторий.
Складирование искусственных образований в поверхностной части литосферы приводит к химическому и физико-химическому перерождению вещества и возникновению новых минеральных видов. Изучение этих процессов с начала 80-х годов оформляется в особое научное направление — минералогию техногенеза. Объектами исследования направления являются минералы в отвалах горнодобывающих предприятий, отложениях сточных вод, накипях и осадках нефтепромыслового оборудования, коррозии металла и продуктах разрушения строительных материалов в городах и т.д.
Естественнонаучным институтом при Пермском университете в рамках работы по оценке влияния отвала Чусовского металлургического завода (ЧМЗ) на водные объекты проведен отбор проб вещества отвала, которые впоследствии исследовались рентгеноструктурным анализом. ЧМЗ является предприятием полного цикла «чугун-сталь-прокат» и специализируется на выпуске проката для автомобильной промышленности, рессор для машин, пятиокиси ванадия и феррованадия. Отходы производства размещаются в отвале, который расположен в месте слияния рек Усьвы и Чусовой на высокой пойме и I надпойменной террасе. Отсыпка отвала ведется с 1939 г. В течение многих десятилетий здесь складировались доменные шлаки, шлаки от плавки феррованадия, химические отходы ферросплавного производства. В настоящее время сюда вывозится также производственный, строительный и бытовой мусор.
Образование металлургических шлаков происходит при выплавке металла за счет руды (или исходного предельного металла) и за счет флюсов, вводимых в шихту, для связывания и удаления из руды неметаллических примесей. Нередко при этом в состав шлака попадают минеральные вещества топлива, а также элементы огнеупоров печей, поэтому они обладают крайне сложным вещественным составом. Преобладающими минералами шлаков, являются силикаты, соединения трех- и двухвалентных элементов типа RO·R2O3 , оксиды двухвалентных (периклаз, вюстит) и четырехвалентных элементов (кристобалит и тридимит). Наряду с минералами, выделившимися из расплава, встречаются в шлаках еще и случайные экзогенные минералы, попадающие в шлак из шихты, огнеупора печей (кварц, периклаз, известь и др.). Попадая в окружающую среду, шлаки подвергаются процессам выветривания, которые ведут к образованию вторичных минералов: портландита, кальцита, гиббсита, гидрооксидов железа, серы, гипса, опала и др.
Для исследований были отобраны 5 проб из пород отвалов, отличающихся по визуальным характеристикам. По результатам рентгеноструктурного анализа в составе пород отвала значительную роль играют оксиды двух- и трехвалентного железа в форме вюстита, гематита и магнетита (содержания 19,6, 38,8 и 59,4 % соответственно). В значительных количествах присутствуют оксиды, гидрооксиды, и карбонаты Ca и Mg, что связано с особенностями технологического процесса — использованием известковых флюсов, поступлением ионов кальция и магния из шихты и огнеупоров, а также вторичным минералообразованием в отвале. Среди этой группы определены (%): портландит (до 84,6); периклаз (до 56,7); брусит (до 3,4); кальцит (до 11,3); арагонит (до 3,1); доломит (до 1,7); магнезит (до 0,3); брейнерит (до 1,3). Карбонаты отмечены во всех пробах.
Типичные шлаковые минералы представлены геленитом (содержание до 10,3 %), тридимитом (до 4,8 %) и кристобалитом (до 7,9 %), муллитом (до 7,6 %). Во всех пробах присутствует кварц (содержание 0,3—46,5 %). В отдельной пробе отмечены (%): альбит (до 0,7), микроклин (до 0,3), амфиболы (до 1,2).
По преобладающим минералам состав исследованных проб характеризуется следующими ассоциациями: гематит(13%)-магнетит(13%)-кварцевой(47%); гематит(10%)-вюстит(20%)-магнетитовой(60%); кальцит(11%)-портландитовой(85%); геленит(10%)-кварц (13%)-периклазовой (57%); периклаз (33%) — гематитовой (39%).
Отвал оказывает влияние на минеральный состав донных отложений рек Усьвы и Чусовой. Вследствие размыва речными водами и поверхностным стоком, а также развевания, часть вещества отвала поступает в реки и переносятся водным потоком. В районе отвала в составе алеврито-глинистых осадков р.Чусовой в значительных количествах содержатся магнетит, вюстит и гетит (суммарное содержание до 10,9%). В составе песков присутствуют металловидные шлаковые частицы (содержание до 30,5%), керамические и стекловатые частицы (0,6—0,9%). Как показали результаты проведенного нами исследования, аналогичные образования присутствуют в донных отложениях рек многих крупных промышленных центров Урала, где существует металлургическое производство (Нижний Тагил, Екатеринбург, Челябинск и др.).

назад