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. Некоторые техногенные минералы Уральского региона // Минералогия техногенеза-2000.-Миасс: Ин-т минералогии УрО РАН, 2000.-С.62-67.

Некоторые техногенные минералы Уральского региона

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

Техногенные минералы как особое специфичное состояние вещества, вызванное деятельностью человека, представляют собой одну из форм нахождения элементов в природе. Авторами в рамках эколого-геологических работ на территории Уральского региона определены минералы искусственного генезиса. Изучение проводилось с помощью оптических методов, рентгеноструктурного и термического анализов.
Техногенные минералы связаны с образованиями искусственной природы шламами Пашийского металлургическо-цементного завода и техногенными образованиями (пылью и золами, шлаками, обломками строительных материалов и др.) в составе современных аллювиальных отложений на территории городов Урала, а также процессами минералообразования в отвалах Кизеловского угольного бассейна и русле рек в зоне влияния разработки указанного месторождения.
Пашийский металлургическо-цементный завод специализируется на производстве передельного чугуна и различных марок цемента. Складирование шламов газоочистки титанистых чугунов осуществляется с 1974 г. в котловане карьера, образованного в результате разработки неоген-четвертичных отложений объединением «Уралалмаз».
Вывозимая пульпа содержит около 5 % твердой массы и 95 % жидкой фазы. В минералогическом составе твердой фазы пульпы обнаружено большое количество искусственных соединений, из которых в процентном отношении преобладает гидросульфат натрия водный (NaH(SO4)2*H2O. Рентгеноструктурным анализом обнаружены также кальция-алюминия оксихлорид десятиводный, оксид кальция-железа, калий-железо сернокислый, кальций-алюминий гидроксилфосфат водный и гидроксилкарбонат недиагностирующегося металла. Из минералов хорошо диагностируются гипс, и присутствующие в небольшом количестве кварц, диаспор и кальцит. В составе колошниковой пыли титанистых чугунов обнаружен графит, содержание которого ориентировочно составляет 45—49 %; в большом количестве присутствует липскомбит гидрофосфат железа и марганца. Диагностируются также пиролюзит, анатаз, а также кварц, тридимит, диаспор, кальцит, плазаолит, некоит. В небольшом количестве присутствует магнетит.
По данным исследований отходы, складируемые в картах шламохранилища неоднородны и имеют различный вещественный и химический состав. Они образованы минеральным и органическим веществом, имеют щелочную реакцию водной вытяжки (рН до 10,4) и характеризуются высоким содержанием водорастворимых соединений (до 17,4 г/кг), большую часть которых составляют сульфаты — до 9,8 г/кг, хлориды — до 2,1 г/кг, тяжелые металлы. Органические соединения представлены в основном предельными углеводородами высоких фракций и полифенолами, способными в щелочной среде образовывать комплексы с щелочными и тяжелыми металлами и переходить в контактирующую с отходами воду. В минеральном составе отходов поверхностного слоя действующей карты преобладают гипс, арагонит и кальцит. Уверено диагностируются кварц, тридимит, гидрофилит, кордиерит, диаспор, магнетит и муллит. С глубиной увеличивается содержание кварца и появляются розенит, варисцит, псевдорутил, плазолит и некоит. В составе отходов недействующей карты шламохранилища первоочередное значение имеют гипс, кальцит и кварц. Обнаружены также магнетит, диаспор и гетит.
Исследования современных аллювиальных отложений на территории крупных промышленных центров Южного и Среднего Урала показали, что в их составе, особенно вблизи промышленных зон, значительный процент составляют техногенные компоненты, представленные частицами шлака, стеклянными образованиями в форме шариков, магнитными сферулами, металлической стружкой, обломками кирпича, стекла и др. Присутствие техногенных компонентов отмечено как в составе песчаных, так и в составе алеврито-глинистых осадков исследованных рек /1, 2/. Техногенные компоненты представляют собой искусственные образования, состоящие из поликристаллического материала, образованного несколькими неорганическими соединениями или искусственными минералами. Их возникновение связано с термическим или химическим воздействием на природные образования минералы и горные породы, при которых, как правило, происходят коренные изменения и преобразования минерального состава и строения исходных сырьевых материалов и возникновение минеральных ассоциаций не встречающихся в природе.
Наиболее широко распространенным техногенным видом являются шлаковые частицы, которые представляют собой образования неправильной угловатой формы, часто пористые пемзовидные, иногда с включениями магнитных и стеклянных сферических образований. По внешнему облику образующего их вещества выделены два основных вида — стекловидные и металловидные шлаковые частицы. Среди последних распространены магнитные и немагнитные разности. Максимальное содержание стекловидных шлаковых частиц — до 7 % (р. Миасс), металловидных — до 30 % (в песчаных осадках р. Чусовой в районе г. Чусового ниже по течению отвала металлургического завода). Шлаки представляют собой сложные неоднородные образования, состоящие из кристаллического и аморфного вещества. Рентгенометрически в составе кристаллической части металловидных шлаков обнаружен (в %) магнетит (97.6) и кварц (2.4); стекловидного шлака — диопсид (41.1), кварц (43.8), анкерит (14.5) и магнетит (0.6); стекловидных шлаковых частиц со сферическими образованиями — муллит (46), магнетит (28.2), кварц (15.3), андезин (8.5), гипс (2).
Техногенные компоненты в составе речных взвесей и соответственно алеврито-глинистых осадков низкой поймы изученных рек представлены теми же видами, что и в составе песчаных осадков: мельчайшими магнитными сферулами, стеклянными шариками, часто с включениями пузырьков воздуха, переходными разностями между магнитными сферулами и стеклянными шариками, частицами стекла, прозрачного светлоокрашенного стекловидного шлака в форме неправильных угловатых пористых образований. Кроме того, присутствуют агрегаты гидроксидов железа в виде хрупкой хлопьевидной массы рыжего цвета (пески прирусловой отмели в зоне разработке Кизеловского угольного бассейна).
Таким образом, концентрация в составе аллювиальных осадков техногенных компонентов приводит и изменению их естественного минерального состава. Техногенные минералы в составе искусственных продуктов мигрируют в составе взвешенных и донных наносов рек на значительные расстояния, осаждаются на поймах, в прудах и водохранилищах, что приводит к изменению химического и минерального состава аллювиальных отложений /2/.
Разработка угольных месторождений сопровождается существенными негативными изменениями окружающей природной среды. Основными факторами этих изменений в районе разработки Кизеловского угольного бассейна являются загрязнение поверхностных водных объектов неочищенными шахтными водами, характеризующихся кислой реакцией среды (pH 2,3—2,9), железисто-кальциевым составом, повышенной минерализацией (до 13,3 г/л), а также складирование на земной поверхности отходов добычи, обогащения и переработки угля. Отходы угледобычи геохимически неоднородны и в поверхностных условиях в результате физического выветривания, окисления, растворения, гидролиза, гидратации, горения, метасоматоза и других процессов возникают растворимые и нерастворимые продукты, влияющие на окружающую среду. Водная вытяжка из грунтов отвалов характеризуется сильно кислой реакцией среды (pH до 1,8), высоким содержанием сульфатов (до 25 г/кг), двух- и трехвалентного железа (до 5 и 30 г/кг соответственно), алюминия (до 55 г/кг) /3,4,5/.
В минеральном составе пород отвалов Кизеловского угольного бассейна, по данным проведенных исследований, определено 60 минералов, в число которых входят как первичные, характерные для угленосной толщи, так и вторичные, образующиеся в результате процессов минералообразования в отвалах /6/. Процессы образования вторичных минералов связаны с дегидратацией водных минералов образование кокимбита, розенита, ссмольнокита, ангидрита, обжигом и перекристаллизацией минералов муллит, кристобалит, тридимит, маггемит, гематит, ионными замещениями галотрихит, пиккерингит, ярозит, алунит, возгонкой угольного вещества сера, интенсивным биогенным и абиогенным окислением мелантерит, гетит, пневматолито-гидротермальными процессами копиапит, билинит, кокимбит, алуноген. Таким образом, основная часть аутигенных минералов представлена сультафами железа, алюминия и кальция.
Складирование породных отвалов и отходов переработки по берегам рек приводит к перемещению их вещества в речное русло и последующей миграции его в одном потоке. Воды фильтрующиеся через толщу пород отвалов и стекающие по их поверхности обогащаются растворимыми и коллоидными соединениями, переносят большое количество механических взвесей, среди которых значительную роль играют соединения серы.
Комплексное и продолжительное воздействие рассмотренных факторов привело к существенной трансформации геохимической обстановки рек в зоне влияния разработки месторождения, которая проявляется не только в изменении химического состава вод, но и минерального состава донных отложений. По данным исследований донных отложений р. Косьвы, протекающей в среднем течении по территории Кизеловского угольного бассейна, в естественных условиях в их составе на фоне доминирующего кварца присутствуют зерна пироксенов, амфиболов, эпидота, хромита, карбонатов, а также в незначительных количествах гематита, лимонита и др. Наличие перечисленных минералов в аллювии обусловлено естественными факторами и отражает состав пород, слагающих данную территорию.
В зоне непосредственного влияния Кизеловского угольного в донных отложениях р. Косьвы по данным силикатного анализа валовое содержание серы составляет 1,2—1,7 %. В аллювии появляются минералы несвойственные естественным условиям. В районе складирования отвалов в аллювии р. Косьвы обнаруживаются пирит (3—13 %), ярозит (до 4 %), гетит (до 4 %), магнетит (до 4 %), лимонит (до 21 %), гематит (2 %). Лимонит образует налеты и корки на крупнообломочных фракциях донных отложений. Присутствие ярозита связано с непосредственным поступлением его в из отвалов в результате сноса, но по-видимому, он может образовываться и русле реки, где существуют благоприятные условия: низкие водородного показателя среды (pH 3), повышенные содержания сульфат-ионов, калия и железа. Ярозит отмечен в устьевой части правобережного притока р. Косьвы, воды которого загрязнены шахтными водами в виде желто-охристого осадка. В месте смешения кислых вод этого притока с нейтральными водами р. Косьвы образуется лимонит. В устьевой части отмечено присутствие сидерита. Кроме того, на всем протяжении р.Косьвы ниже разработки в аллювии обнаружены техногенные частицы обломки угля, шлаковые частицы, магнитные сферулы, стеклянные шарики и др. Техногенный материал, обладающий высокой миграционной способностью и значительной устойчивостью, сносится к устьевой части реки и накапливается в условиях водохранилищного режима /3, 4, 5/.
Таким образом, изучение техногенных минералов и их преобразования дают интересную и полезную информацию при исследованиях экологического плана.

Литература

  1. Меньшикова Е. А. Техногенные частицы в аллювиальных отложениях рек Урала//Перспективы развития естественных наук на Западном Урале: Мат.межд.науч.конф. Т. II, — Пермь, 1996. — С.63—64.
  2. Осовецкий Б. М., Меньшикова Е. А. Миграция техногенных компонентов в речных долинах и ее влияние на состояние экосистем//Вестник Пермского университета. Экология. — Пермь, 1996. — С. 113—128.
  3. Максимович Н.Г., Меньшикова Е. А., Блинов С. М. Геоэкологические особенности магистральных рек Кизеловского угольного бассейна//Регион и география: Тез.докл. межд.науч.-практ.конф./ Перм.ун-т. — Пермь, 1995. — С.150—152.
  4. Максимович Н.Г., Меньшикова Е. А., Блинов С. М. Загрязнение русла р.Косьвы (бассейн р.Камы) и его экологические последствия//Экология средних и малых городов: Тез.докл.науч.-техн.конф. — М., 1998.- С.15—17.
  5. Максимович Н.Г., Меньшикова Е. А., Блинов С. М. Геоэкологическое состояние рек в районах освоения угольных месторождений // Геология и минеральные ресурсы Европейского северо-востока России — новые результаты и новые перспективы: Мат. XIII Геологического съезда Республики Коми. — Сыктывкар, 1999. — С.156—159.
  6. Максимович Н. Г. Геохимия угольных месторождений и окружающая среда //Вестник Перм.ун-та. Геология. — 1997. — Вып.4. — С.171—185.


назад