logo
Главная История Структура Разработки Лаборатории Контакты

Лаборатория геологии техногенных процессов
Cотрудники Список публикаций Места работ
Блинов С.М., Максимович Н.Г., Найденова Н.Ф. Оценка возможности использования отходов производства соды для нейтрализации кислых шахтных вод // Геология и полезные ископаемые Западного Урала: Материалы регион. науч. - практ. конф. - Пермь, 2003. - С. 301-303.

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА СОДЫ ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ КИСЛЫХ ШАХТНЫХ ВОД
С.М. Блинов, Н.Г. Максимович, Н.Ф. Найданова

На ОАО «Березниковский содовый завод» (БСЗ) применяется аммиачный способ получения соды. В процессе извлечения аммиака образуется хлорид кальция, который с одной стороны, является важным побочным продуктом, с другой стороны составляет большую часть отходов производства. В шламонакопители, отход поступает в виде пульпы, в которой преобладает жидкая фаза (98%). В настоящее время они переполнены и перед предприятием остро стоит проблема дальнейшего размещения отходов.
Цель данных исследований заключалась в оценке возможности использования складируемого шлама БСЗ. Частично эта проблема может быть решена путем его применения для нейтрализации кислых шахтных вод Кизеловского угольного бассейна [1], расположенного в 50 км юго-восточнее. Основными задачами исследований являлось изучение состава и параметров шлама, складированного в старой и новой картах шламонакопителя, а также его однородности в плане и разрезе.
Общие характеристики шламонакопителя. Шламонакопитель расположен на северо-западной окраине г. Березники, на левом берегу р. Кама. Отходы БСЗ складируются в действующей и старой картах шламонакопителя, которые ограничены дамбами из щебня и дресвы известняка. Площадь каждой из карт составляет более 10 га.
По данным бурения и по имеющимся фондовым материалам, мощность накопленного шлама увеличивается в северо-восточном направлении, от р. Кама в сторону р. Толыч, от 2.5 до 15 м. По ориентировочным расчетам объем шлама в шламонакопителе в настоящее время превышает 10 млн. м3.
Обследование шламонакопителя включало опробование шлама с поверхности действующей и старой карт. После предварительного исследования состава шлама установлено, что водная вытяжка отхода действующей карты содержится значительное количество хлоридов, ввиду чего их использование для каких-либо целей затруднительно. В старой карте шлам с поверхности «промыт» за счет инфильтрации атмосферных осадков, поэтому ее изучение проводилось более детально.
Для исследования состава и параметров складированного шлама в плане и разрезе пробурено 5 скважин, из которых отобрано 14 проб. По результатам бурения построен разрез старой карты шламонакопителя БСЗ, который представляет собой чередование слоев шлама разной консистенции. В верхней части разреза до глубины 1-1.5 м отход имеет мягкопластичную консистенцию с влажностью 60-70 %, ниже, на глубине от 1.5 до 3.2 м, находится шлам текучепластичной консистенции, а глубже 3.2 м шлам приобретает текучую консистенцию [2].
Исследование состава шлама включало рентгеноструктурный и спектральный анализы, а также расширенный анализ водной вытяжки отхода.
Абсолютно преобладающим минералом складированных отходов БСЗ является кальцит, находящийся как в кристаллическом (до 58 %), так и в скрытокристаллическом состоянии. Общее его количество находится в пределах 79-97 %, причем наибольшее содержание характерно для верхнего 1-1.5 м слоя.
Помимо кальцита в шламе в небольших количествах также присутствуют другие «полезные», с точки зрения применения шлама для нейтрализации кислых вод, карбонаты. Это арагонит — 1-2 % и доломит — до 1 %. Кроме того, в пробах из скважины 5, для которой по результатам анализа водной вытяжки характерны наиболее щелочные условия (рН~12), в значительных количествах присутствует гидроксид кальция, как в кристаллическом (портландит до 27 %), так и рентгеноаморфном состоянии. Значительное содержание карбонатов и гидроксида кальция, а также отсутствие хлоридов является оптимальным, для применения шлама в качестве щелочного реагента.
Остальные обнаруженные минералы содержатся в незначительных количествах. Их общее содержание составляет менее 5 %, в единичных случаях до 10 %. Во всех пробах содержится кварц 1-8 %, в некоторых калиевые полевые шпаты до 1 %. Их присутствие не оказывает существенного влияния на качество реагента и может быть связано как с содержанием в сырье, так и с попаданием в шламонакопитель в виде пыли и песка, переносимых ветром.
Водная вытяжка шлама имеет щелочную реакцию среды. Для всех отобранных проб рН водной вытяжки составляет 9-12. Содержание хлоридов, сульфатов, соединений азота значительно меньше концентраций, превышение которых не позволило бы использовать шлам в качестве щелочного реагента для нейтрализации кислых шахтных вод Кизеловского угольного бассейна [4]. Содержание 38 определенных спектральным анализом микроэлементов не превышает кларков осадочных горных пород, а также ПДК валового содержания в почвах [5, 6]. Вредных органических примесей в шламе не обнаружено. Косвенным признаком безопасности шлама БСЗ для окружающей среды является активное зарастание старой карты шламонакопителя березой и некоторыми видами трав.
Таким образом, проведенные исследования выявили возможность использования шлама БСЗ в качестве щелочного реагента для нейтрализации кислых шахтных вод Кизеловского угольного бассейна. Его применение не влечет привноса в природные воды каких-либо дополнительных загрязнителей. Шлам более чем на 90 % состоит из тонкодисперсного карбоната кальция (для участка скважины 5 — карбоната и гидроксида кальция), т.е. по составу является техногенным аналогом известняков.
Оптимальными параметрами и составом для применения в качестве щелочного реагента обладает шлам верхнего слоя мощностью 1-1.5 м, имеющий мягкопластичную консистенцию, наибольшее содержание кальцита и минимальное содержание хлоридов в водной вытяжке. В плане оптимальным местом отгрузки шлама для нейтрализации кислых шахтных вод является район скважины 5, где существуют наиболее щелочные условия и в составе шлама наряду с кальцитом в значительных количествах присутствует портландит.

Библиографический список

1. Максимович  Н. Г., Блинов  С. М. Использование геохимических барьеров для защиты подземных и поверхностных вод от загрязнения / Сергеевские чтения. Вып.2: Материалы годич. сесс. Науч. совета РАН. М.: ГЕОС, 2000. С.224-231.
2. Ломтадзе  В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.: Недра, 1984. 511 с.
3. Бетехтин  А. Г. Минералогия. М.: Государственное изд-во геологической литературы, 1950. 958 с.
4. Блинов  С. М. Методологические основы применения геохимических барьеров охраны окружающей среды // Перспективы развития естественных наук в высшей школе: Труды междунар. науч. конф / Перм. ун-т; ЕНИ при Перм. ун-те. Пермь, 2001. Т.3. Экология. С.56-61.
5. Перельман  А. И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. 528 с.
6. Иванов  В. В. Экологическая геохимия элементов: Справочник. В 6 кн. / Под ред. Э. К. Буренкова. М.: Экология, 1997. Кн. 1-6.


назад