logo
Главная История Структура Разработки Лаборатории Контакты

Лаборатория геологии техногенных процессов
Cотрудники Список публикаций Места работ
Блинов С.М., Максимович Н.Г., Найданова Н.Ф., Шлыков В.Г., Потапов С.С. Минералогические основы утилизации отходов ОАО «Березниковский содовый завод» // Минералогия техногенеза - 2003. - Миасс,2003. - С.51-55.

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ОАО «БЕРЕЗНИКОВСКИЙ СОДОВЫЙ ЗАВОД»

С. М. Блинов, Н. Г. Максимович, Н. Ф. Найданова, В. Г. Шлыков, С. С. Потапов

MINERALOGICAL BASES OF USE OF A WASTE OF A BEREZNIKI SODA S FACTORY

S. M. Blinov, N. G. Maximovich, N. F. Naydanova, V. G. Shlykov, S. S. Potapov

The results of research of mineral composition of a production waste of soda are given. The opportunity of his use for neutralization of sour mine waters is considered.

Березниковский содовый завод (БСЗ) — предприятие по производству соды, расположенное на территории Пермской области. На БСЗ применяется аммиачный способ получения соды, при этом 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 утилизации и частичного использования складируемого шлама БСЗ. В известной мере эта проблема может быть решена путем применения шлама для нейтрализации кислых шахтных вод Кизеловского угольного бассейна [5]. Основными задачами исследований являлось изучение состава и свойств шлама, складированного в старой и новой картах шламонакопителя, а также исследование его однородности в плане и в 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 действующей карты составляет около 155 га, старой — около 89 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 содержит 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 шлам имеет мягко-пластичную консистенцию с влажностью 60-70 %, ниже, на глубине от 1.5 до 3.2 м, находится шлам текуче-пластичной консистенции, а глубже 3.2 м шлам приобретает текучую консистенцию [4].
Исследование состава шлама включало рентгенофазовый и спектральный анализы, а также расширенный анализ водной вытяжки отхода. Ввиду минералогической направленности семинара более подробно рассмотрены результаты рентгенофазового анализа.
В составе пробы, отобранной с поверхности новой карты (рис.), в свежем шламе установлены кальцит, галит и рентгеноаморфный гидроксид кальция. Далее по берегу действующей карты близ промоины дамбы временными дождевыми потоками, дренирующими железный скраб, на поверхности шлама образовалось ярко-желтое пятно высаливания. В пробах из этого места установлены гипс, ангидрит, галит и кварц. Таким образом, на поверхности шлама действующей карты хлорид натрия установлен не только в водных вытяжках, но и в виде самостоятельной минеральной фазы — галита. Использование шлама действующей карты для нейтрализации кислых шахтных вод Кизеловского угольного бассейна приведет к хлоридному загрязнению территории и еще более усугубит обстановку по сульфатной компоненте [7].
Абсолютно преобладающим минералом складированных отходов БСЗ является кальцит. Общее его количество находится в пределах 79-97 %, причем наибольшее содержание характерно для верхней части разреза в 1-1.5 м. Помимо кальцита в шламе в небольших количествах присутствуют так же 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 в 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 — полевые шпаты до 1 %. Их присутствие не оказывает существенного влияния на качество реагента и может быть связано как с содержанием в исходном сырье (известняке), так и с загрязнением шлама пылью и песком, переносимых ветром.
В малых количествах обнаружены редкие минералы, большинство из которых в природных условиях встречаются в метаморфизованных карбонатных породах [1]. Во многих пробах, хотя и в небольших количествах, есть водный сульфат кальция и алюминия — этрингит. Кроме этрингита почти во всех образцах есть близкий к нему по структуре таумасит — водный сульфат-карбонат кальция и кремния. В одной пробе не исключена примесь карбоната, близкого к пироауриту.
Для детального определения состава минеральных примесей карбонатную и щелочную составляющую шлама (кальцит, арагонит, доломит, портландит) растворили в HCl. Оставшаяся часть шлама (1-6%) состоит из геленита и кварца, присутствуют так же гематит, плагиоклаз, микроклин.
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, которые не позволили бы использовать шлам в качестве щелочного реагента для нейтрализации кислых шахтных вод Кизеловского угольного бассейна [2]. Содержание 38 определенных спектральным анализом микроэлементов не превышает кларков осадочных горных пород, а также ПДК валового содержания в почвах [3, 6]. Вредных органических примесей в шламе не обнаружено.
Таким образом, проведенные исследования выявили возможность использования шлама старой карты 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 игидрооксида 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 мягко-пластичную 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.
Рис
Рис. Действующий шламонакопитель Березниковского содового завода. Справа на заднем плане виден пульпопровод с изливающейся из него струей шлама.
Литература

1. Бетехтин  А. Г. Минералогия. М.: Гос. изд-во геол. лит-ры, 1950. 958 с.
2. Блинов  С. М. Методологические основы применения геохимических барьеров для 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.
3. Иванов  В. В. Экологическая геохимия элементов: Справочник. В 6 кн. / Под ред. Э. К. Буренкова. М.: Экология, 1997. Кн. 1-6.
4. Ломтадзе  В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.: Недра, 1984. 511 с.
5. 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 по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. М.: ГЕОС, 2000. С. 224-231.
6. Перельман  А. И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. 528 с.
7. Потапов  С. С., Блинов  С. М. Сульфаты как показатели геоэкологической обстановки в Кизеловском угольном бассейне // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П. Н. Чирвинского. Пермь: Перм. ун-т, 2003. С. 54-71.


назад