авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Геохимия взаимодействия рудничного дренажа с природными водоемами как естественными гидрохимическими барьерами

-- [ Страница 3 ] --

Аномалии тяжелых металлов в воде протягиваются на большие расстояния от источника загрязнения с формированием наиболее контрастных ореолов Zn, Cd, Mn, Cu в нижнем течении р. Блява. Для Fe, Cu, Zn, Mn и Cd характерно увеличение концентрации в р. Курган, что связано с недостаточной природной буферирующей способностью р. Блява.

Объяснение обнаруженным фактам можно найти в корреляционных взаимосвязях между элементами. В водах Медногорской ГТС существует высокая корреляция между Al, Fe, Mn и тяжелыми металлами (Cd, Zn, Co, Cu, Pb, Ni). Как показало моделирование, Al, Fe, Mn образуют аморфные гидроксиды, которые могут находиться в виде тончайших коллоидов, способных мигрировать в водотоках в виде влекомой взвеси. Следует отметить, что параметр pH показал исключительно отрицательную корреляцию со всеми металлами, а электропроводность показала значимую на уровне 99% положительную связь со всеми компонентами. Электропроводность и сульфат-ионы - более достоверные индикаторы антропогенной нагрузки, чем pH или тяжелые металлы (Gray, 1996). Сульфат-ион является более консервативным анионом в воде, меньше всего подвергаясь процессам сорбции или колебаниям pH, в отличие от тяжелых металлов.

Наличие коллоидов подтверждается индексами насыщения минералов, таких как гиббсит, базалюминит, урбанит, бёмит в разных точках исследуемой системы (см. вкл. рис. 6). Действительно, в растворах возможно формирование различных гидроксидов и ярозита различного состава, которые неустойчивы при впадении их в р. Жирикля и способны растворяться. Полученные данные свидетельствуют о переходе гётита в ферригидрит в зонах смешения кислого и нейтрального техногенных ручьев и в реках Жирикля и Блява.

Химический состав донных отложений и суспензионных охр является чутким индикатором природных и техногенных процессов в пределах водосборной территории. В макрокомпонентном составе суспензионных охр Голубого ручья присутствуют Al (14 %), Ca (1.2 %), K (0.4 %), Mn (0.05 %) и Fe (0.05 %), в Зеленом ручье Al (7.2 %), Ca (0.9 %), K (0.6 %), Ti (0.1 %), Cr (0.07 %), Mn (0.2 %), Fe (47 %).

По данным термического анализа осадок Голубого ручья состоит из Al2О3 (41 %), SiО2 (3.4 %), P2О5 (1.1 %), SО3 (16 %), CaO (0.8 %), FeO (0.6 %) и H2О (38 %), что соответствует гидробазалюминиту Al4(SO4)(ОН)10·12-36H2O, продукту нейтрализации Al-содержащих высокосульфатных вод, сформированных окислением пирита и последующего растворения серицита, хлорита и кислых плагиоклазов из состава алюмосиликатных пород отвалов. Базалюминит и урбанит Al4(SO4)(ОН)·5H2O образованы как продукты обезвоживания гидробазалюминита.

Разница в геохимическом составе донных осадков двух контрастных ручьев кислого Зелёного и нейтрального Голубого состоит в преобладающих ассоциациях элементов: ферригидритовые охры кислого ручья сорбируют в большей степени Mn, Ti, Cr, V, Pb, Sb, а белый осадок, состоящий из водного гидроксосульфата Al, накапливает Cu, Zn, Ni, Mo (см. вкл. рис. 7).

По соотношению концентрации элемента в донных осадках и в воде были посчитаны коэффициенты распределения и составлены соответствующие ряды в порядке уменьшения подвижности:

1) рН=3.43 (Зелёный ручей) Cd0.5>Zn0.8>Cu1.0>Mn1.3>Al2.2>Pb2.4>Fe4.2;

2) рН=6.93 (Голубой ручей) Mn1.4>Cd.2.0>(Ni, Zn)2.9>Fe3.7>Cu4.4>Al5.6;

3) рН=4.12 (зона смешения Зеленого и Голубого ручьев)

Cd0.7>Mn1.2>Cu1.3>Zn1.4>Ni1.6 >Al2.7>Pb3.2>Fe4.3;

4) pH=7.03 (зона смешения рек Блява и Жирикля)

Mn3.1>Pb3.5>Ni3.6>Cd3.9>Zn4.2>Cu5.7>Al5.9>Fe6.4.

***

Увеличение pH на единицу в зоне смешения вызывает снижение концентраций Zn, Cu, Mn, Co в 1.5-1.7 раза, Al и Cd в 2 раза, и Fe в 5 раз. Максимальное концентрирование железа и алюминия в донных отложениях связано с формированием собственных минеральных фаз в результате гидролиза. Микроэлементы в ферригидритовых охрах образуют следующий ряд по убыванию концентраций: Mn>Cu>Ti>Cr>Zn>V>Pb>Sb>Cd. В гидроксидноалюминиевых осадках отмечаются в 2–3 раза более высокие содержания халькофильных элементов.

4.3.2. Карабашская ГТС

Вода на техногенном участке руч. Рыжий относится к сульфатно-хлоридному классу с высоким содержанием типоморфных для Карабашской геотехнической системы металлов – Fe (180 мг/л), Al (65 мг/л), Zn (65 мг/л), Mn (40 мг/л), Cu (30 мг/л):

Благодаря щелочному барьеру, значения рН воды на участке смешения с рекой Сак-Елга возрастают (pH=5.25), хотя сохраняется повышенное содержание тяжелых металлов, превышающие ПДК для водных объектов хозяйственно питьевого и культурнобытового водопользования (ПДК, ГН 2.1.5.1315-03) на 2-3 порядка (см. вкл. рис. 8).

При повышении рН в зоне смешения происходит гидролиз Fe и Al, начинают выпадать многочисленные гидроксидножелезистые охры и гидроксиды Al, что наблюдается на участках замедленного течения. Значительная часть металлов сорбируется новообразованными гидроксидами, вследствие чего они выводятся из миграционного цикла. Содержание Al уменьшается в 1500 раз, Fe – в 3 раза, Cu – в 7 раз и Zn – в 5 раз. Часть металлов (Cu, Zn, Ni, Mn, Cd) продолжает мигрировать преимущественно в свободной ионной форме (50-70 %) и в виде нейтральных сульфатных комплексов CuSO40, ZnSO40 (до 30 %). В результате сорбции подвижность металлов при переходе из донных осадков в раствор существенно снижается:

1) Рыжий ручей (pH=2.54): (Cd,Zn)1.2>Cu1.4>Mn1.6>Ni1.8>Fe3.4;

2) Зона смешения (pH=5.25): Cd2>Mn2.1>Zn2.2>Cu3>Fe3.3>Ni4.

Медь и цинк лучше удерживаются в составе донного осадка в зоне смешения. Высокое содержание сульфат-иона обусловливает образование сульфатных минералов в виде ярозита различного состава, базалюминита, урбанита и других соединений. Изменчивость физико-химических условий определяет формирование/растворение и изменение минеральных фаз на гидрохимическом барьере в реке Сак-Елга. На примере гетита в кислом ручье показано, что при смешении с рекой он переходит ферригидрит (см. вкл. рис. 9). По данным электронно-сканирующей микроскопии в тяжелой фракции донных отложений Карабашской промзоны обнаружены сульфидные минералы: пирит с включениями халькопирита, сфалерит (которые являются дополнительным источником металлов), а также алюмосиликаты. Среди вторичных минералов - гидроксиды железа в виде каемок вокруг пирита с примесями Mo, Mn, Ti, V.

***

Для железа определяющим фактором в снижении его концентрации в воде Карабашской ГТС является щелочной барьер, формирующийся при повышении значений водородного показателя. В результате гидролиза происходит выпадение в осадок гидроксидов железа (рН выпадения 2.48–4.50 (Перельман, 1975)). Концентрирование Cu, Zn, Pb, Ni, Co в донных отложениях объясняется их сорбцией на гидроксидах железа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При оценке экогеохимического влияния дренажных потоков на окружающую среду основное внимание во всем мире уделяется кислым дренажным потокам, в западной литературе называемым acid mine drainage (AMD). Полученные нами результаты показали, что, несмотря на различную кислотность рудничных потоков (pH от 2.54 до 8.17), содержание тяжелых металлов и сульфатов в них может достигать высоких значений и представлять реальную угрозу для экосферы. В настоящее время проблеме формирования нейтральных рудничных вод уделено недостаточное внимание, однако, такой тип дренажа также может вызывать негативные экологические последствия. Результаты исследования нейтрального техногенного потока (на примере ручья Екатерининский) показали, что окислительная обстановка в источнике дренажа и длительный контакт подземных вод с сульфидным веществом, обуславливают высокую минерализацию и высокие концентрации тяжелых металлов в воде.

Зона контакта техногенных потоков с речными водами – это динамически неравновесные системы, для которых характерно формирование геохимических барьеров различного типа – щелочно-кислотных, гидроксидных, сорбционных. Наиболее показательная смена физико-химических условий и химических форм нахождения металлов в системе «рудничный дренаж - природный водоем» идет при смешении кислых водотоков с природными реками. Здесь задействованы как минимум сразу два геохимических барьера – щелочной и сорбционный.

Определение форм нахождения металлов и индексов насыщения минералов в растворе посредством модельных расчетов может объяснить и дать прогнозную оценку процессам, развивающимся в отвалах действующих и отработанных месторождений. В частности, нахождение металлов Zn и Cu в воде в виде акваионов позволяет предположить, что в данных условиях основным механизмом их осаждения будет сорбция на гидроокислах и/или глинистых минералах, а не формирование нерастворимых вторичных соединений. Образование взвеси минералов и фаз регулируется подвижными физико-химическими условиями и формами нахождения элементов в растворах. Система «твердое – раствор» в дренажных ручьях и зонах их влияния неустойчива, возможен легкий переход элементов из взвеси в раствор и обратно.

Список публикаций по теме диссертации

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах

  1. Корнеева, Т.В. Геохимическая характеристика механизма взаимодействия нейтрального техногенного потока с природными водами Салаирского рудного поля [Текст] / Т.В. Корнеева // Химия в интересах устойчивого развития. Т.18. - 2010. - № 2. - С. 197-208.
  2. Леонова, Г.А., Богуш, А.А., Бобров, В.А., Бадмаева, Ж.О., Корнеева, Т.В. Химические формы тяжелых металлов в рапе соляного озера Большое Яровое, оценка их биодоступности и экологической опасности [Текст] / Г.А. Леонова, А.А. Богуш, В.А. Бобров, Т.В. Корнеева // Экология промышленного производства. - 2006. - №2. - С. 39-46.

Материалы в сборниках научных конференций

  1. Корнеева, Т.В. Система «рудный дренаж-природный водоем»: характеристика и механизм взаимодействия (на примере Блявинского месторождения, г. Медногорск) [Текст] / Т.В. Корнеева // Проблемы геологии и освоения недр: Сборник научных трудов XIV Международного научного симпозиума имени академика М.А.Усова студентов и молодых ученых. – Томск: ТПУ, 2010. - С. 300-303.
  2. Аминов, П.Г., Корнеева, Т.В. Использование методов дендрохронологии для установления периодов и объёмов техногенного воздействия на экосистему [Электронный ресурс] / П.Г. Аминов, Т.В. Корнеева // Четвертая Сибирская международная конференция молодых ученых по наукам о Земле ИГМ СО РАН, Новосибирск, 1-3 декабря 2008. – 3 с. - Режим доступа: http://sibconf.igm.nsc.ru/pub/am.pdf, свободный.
  3. Корнеева, Т.В. Геохимическая характеристика процесса взаимодействия техногенных дренажных потоков с природными водами [Текст] / Т.В. Корнеева // Проблемы геологии и освоения недр: Сборник научных трудов XII Международного симпозиума имени академика М.А.Усова студентов и молодых ученых. – Томск: ТПУ, 2010. - С. 259-261.
  4. Корнеева, Т.В., Леонова, Г.А. Экогеохимическая оценка загрязнения ртутью соляного озера Большое Яровое Алтайского края [Текст] / Т.В. Корнеева // Шестое Сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: материалы совещания / Под ред. М.В. Кабанова. - Томск, 2005. - С. 321-324.
  5. Корнеева, Т.В., Леонова, Г.А. Оценка экологического состояния оз. Большое Яровое (Алтайский край) по геохимическим критериям [Текст] / Т.В. Корнеева // Современные аспекты экологии и экологического образования: Материалы Всероссийской научной конференции 19-23 сентября 2005 года.. – Казань: Казанский Государственный университет, 2005. - С. 238-240.
  6. Корнеева, Т.В. Геохимические параметры фонового состояния соляных озер Алтайского края (Кулундинское, Малое Яровое) [Текст] / Т.В. Корнеева // Материалы X Международной экологической студенческой конференции "Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ". - Новосибирск: НГУ, 2005. - С. 63-64.
  7. Корнеева, Т.В. Эколого-геохимическая характеристика взаимодействия кислых дренажных потоков с природными водами [Текст] / Т.В. Корнеева // Школа экологической геологии и рационального недропользования: тез. докл. Межвуз. молод. научн. конф. 28 мая - 1 июня 2007 г., Санкт-Петербург. – Санкт-Петербург, 2007. - С.153-154.


Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.