Геохимическое описание предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие сведения о промышленном объекте

гидрогеохимический ландшафт загрязнение техногенный

«Фосфаты» - производственное объединение по добыче фосфоритов и производству минеральных удобрений и кормовых добавок в Московской области. Создано в 1962 на базе Лопатинского и Егорьевского рудников. Сырьевой базой являлось Егорьевское месторождение, эксплуатирующееся с 1922. В 1998 году с одобрения собрания акционеров ОАО «Фосфаты» были выделены два основных структурных подразделения и образованы ЗАО «Кормофос» и ЗАО «Кварцит». Значительные запасы перешли в разряд забалансовых, что вызвано высокими затратами на ликвидацию экологического ущерба, связанного с восстановлением ландшафтов, что делало разработку Егорьевского месторождения экономически не рентабельной. Постановлением Арбитражного суда Московской области от 2000 года по ходатайству кредиторов было принято решение о введении процедуры банкротства и назначении внешнего управляющего[1]. В настоящее время данное месторождение не разрабатывается.

Егорьевское месторождение фосфоритов расположено в Московской области в 80-100 км к юго-востоку от города Москва. Занимает площадь 350 км². Известно, что фосфоритовый слой формировался в позднеюрскую эпоху, во времена которой данные территории занимало море. Море населяли различные формы головоногих моллюсков - аммонитов и белемнитов. Отмирающий планктон послужил источником фосфорных соединений, дальнейшее преобразование которых привело к формированию крупных месторождений фосфоритов. Обилие растительных остатков создало восстановительные условия, что способствовало образованию сульфидов и карбонатов железа, этим можно объяснить присутствие пирита(FeS2), окислителя почвы, в данном месторождении. Подмосковный фосфоритный бассейн имеет концентрически-зональное строение. К центру бассейна увеличивается мощность фосфоритных слоев, но убывает содержание Р₂О₅ в фосфоритных горизонтах. То есть чем больше мощность, тем беднее руды. Это вызвано тем, что легкий алевритово-песчаный материал вымывался в береговой зоне между конкрециями и течением сносился вниз в более глубокую центральную часть бассейна. В результате ближе к берегу происходило скопление желваков и конкреций (то есть обогащение руд), а вблизи центра бассейна росли мощности осадков с одновременным обеднением руды. Таким образом, фосфориты Егорьевского месторождения являются переотложенными образованиями. Фосфориты формировались в теплом субтропическом климате, сменившимся впоследствии на аридный (сухой с высокими температурами, испытывающими большие суточные колебания) [2]. В формировании фосфоритов большую роль играли процессы подводного выветривания и биогенные процессы.

Уникальность заложения заключается в мягкости пород и поверхностном типе заложения, которое не требует рытья шахт, однако обуславливает применение специальной техники для добычи - многоковшовых экскаваторов для переукладки мягких и рыхлых пород в отвалах - абзетцеров. Данные машины можно найти и по сей день на заброшенных карьерах месторождения. Фосфоритоносные отложения (верхняя юра - нижний мел) имеют мощность в среднем 3,8 м. Два промышленных слоя фосфоритов состоят из конкреций и фосфатизированной фауны (моллюски, фораминиферы), сосредоточенных в кварцево-глауконитовом глинистом песке. Нередко в верхнем слое присутствует «фосфоритовая плита» - желваки фосфоритов, сцементированные фосфатами. Фосфоритоносная толща перекрыта песками нижнемелового возраста и песчано-глинистыми отложениями неоген-четвертичного возраста мощностью от нескольких метров до 30-40 м, подстилаются фосфориты известковистыми глинами верхней юры. Основные минералы, входящие в состав руды, - фосфаты, глауконит, кварц, гидрослюды, сидерит, лимонит, пирит; содержание P₂О₅ от 6 до 15%, в среднем 12,7%. По содержанию полезного компонента руды относятся к бедным рудам. Суммарные запасы составляют 227,3 млн т руды[3].

Более чем на 30% территории естественный рельеф нарушен в связи с отработкой месторождения открытым карьерным способом и намывом отходов обогащения. Большая часть отработанных участков карьера спланирована и рекультивирована.

В районах хвостохранилищ и карьеров в геологическом разрезе присутствуют техногенные отложения, представленные насыпными и намывными породами. Насыпные породы возникают в результате складирования в отвалы вскрышных пород. Мощность насыпных пород 3,8 - 22,7 м. Намывные породы являются отходами обогащения фосфоритовой руды, представляющие собой механические примеси и химические осадки, насыщенные концентрированными токсичными растворами, складируются на территории хвостохранилища. Мощность намывных пород зависит от времени намыва, которая колеблется от 0,5 до 25 м.

Данное предприятие включало в себя горнопромышленный комплекс по разработке месторождения фосфоритов и их обогащению, производство кормовых обесфторенных фосфатов (ПКОФ), специальные хранилища жидких и твердых отходов). Основной продукцией ОАО «Фосфаты» являлась фосфоритная мука и песок кварцевый молотый.

Добыча и переработка егорьевских фосфоритов и использование произведенной из них фосфоритной муки в качестве удобрения - безопасны с точки зрения концентраций токсичных химических элементов и радионуклидов. Однако, при разработке фосфоритов полностью уничтожаются ландшафты, которые восстанавливаются, но в течение большого срока (30-50 лет). Чтобы эксплуатация егорьевских фосфоритов была прибыльной, необходимо разработать новые технологические схемы добычи и переработки фосфоритов, исключающие уничтожение вышезалегающих месторождений.

Добыча полезных ископаемых, как уже было сказано выше, осуществлялась открытым способом (карьером), вскрывая верхний юрский водоносный горизонт. Это связано с проведением мероприятий по осушению месторождения: были пробурены водопонижающие скважины, установлены насосы, перекачивавшие воду из карьера. Карьерные воды, образовывавшиеся вследствие разгрузки подземных и атмосферных вод в дренажные канавы, попадали в реку Натынку. Заболоченность Натынского водосбора достаточно высокая вследствие нарушения водного баланса территории - утечек из системы водооборота хвостового хозяйства и аварийных сбросов с обогатительных фабрик. В местах разгрузки загрязненных подземных вод с территории хвостового хозяйства, речные воды по своему составу близки к дренажным водам хвостохранилищ.

Руда транспортируется из карьера на обогатительные фабрики, где производится концентрат поступающий на ПКОФ для дальнейшей переработки. Обогатительные фабрики и завод связаны с пунктами перегрузки сырья железнодорожным сообщением.

На объекте реализованная система оборотной воды: из хвостохранилищ обогатительных фабрик вода попадает в отстойник, откуда стекает в водоотстойную канаву, а затем в накопитель оборотной воды, откуда возвращается на обогатительные фабрики. В качестве подпитки используют воду водозабора, от которого питается завод ПКОФ. Водозабор осуществляется из р. Натынка. Схема гидротранспортных сетей и схема водоснабжения предприятий отражена на инженерной план-схеме (приложение А). Заболоченность Натынского водосбора достаточно высокая вследствие нарушения водного баланса территории - утечек из системы водооборота хвостового хозяйства и аварийных сбросов с обогатительных фабрик. В местах разгрузки загрязненных подземных вод с территории хвостового хозяйства, речные воды по своему составу близки к дренажным водам хвостохранилищ.

В ходе работы использовалась инженерная план-схема (приложение А). В таблице 1 предоставлены основные сведения о положении объектов на карте. Для указания координат объектов была обозначена координатная рамка, где за начало координат принят левый нижний угол.

Таблица 1 - «координаты и площади объектов промплощадки»

2. Природные и техногенные ландшафты

Ландшафт - основная единица физико-географического районирования - единая генетически территория с однотипным рельефом, геологическим строением, климатом, общим характером поверхностных и подземных вод, закономерным сочетанием почв, растительных и животных сообществ. Верхняя граница ландшафта находится в тропосфере, нижняя - в подошве горизонта грунтовых вод.

В зависимости от вида миграции ландшафты подразделяются на абиогенные ландшафты, для которых характерны только механическая и физико-химические виды миграции элементов, биогенные с ведущим значением биогенной миграции и подчиненным механической и физико-химической и культурные (техногенные, антропогенные), где преобладает техногенная миграция.

Элементарный ландшафт - это определенный элемент рельефа, сложенный одной породой или наносом, на протяжении которого сохраняется определенный тип почвы, и покрытый в каждый отдельный момент своего существования определенным растительным сообществом.

Техногенный (антропогенный) ландшафт - измененный или искусственно созданный человеком на природной основе ландшафт; природно-производственный территориальный комплекс, природное равновесие в котором постоянно поддерживается человеком.

Выделяют три основных группы элементарных ландшафтов: элювиальные, супераквальные и аквальные.

Элювиальные ландшафты возникают на повышенных элементах рельефа, при глубоком залегании уровня грунтовых вод, не оказывающих влияние на почвы и растительность. Извне в элювиальный ландшафт вещество поступает лишь из атмосферы (осадки, пыль), а боковой приток с поверхностными и грунтовыми водами отсутствует. Почвы, развивающиеся в элювиальном ландшафте, обычно промыты от легкорастворимых соединений.

Аквальные (подводные) ландшафты подразделяют на аквальные ландшафты морей и океанов и континентальные аквальные ландшафты. Последние играют более важное значение в данной работе.

Континентальные аквальные ландшафты генетически тесно связаны с элювиальными ландшафтами, находящимися в бассейне водо- и солесбора. Привнес вещества с твердым и жидким стоком является основным: донные почвы все время погребаются под новым наносом, аккумулируя материал, сносимый из соседних элювиальных ландшафтов. В аквальных ландшафтах разложение органических остатков протекает в анаэробных условиях и сопровождается образованием сапропели.

Супераквальные ландшафты формируются на пониженных элементах рельефа, где грунтовые воды подходят близко к поверхности. Кроме поступления веществ из атмосферы наблюдается приток химических элементов с твердым и жидким стоком из соседних элементарных ландшафтов. Вследствие близкого залегания уровня грунтовых вод территории супераквальных ландшафтов являются склонными к заболачиванию. Для территорий болот характерна восстановительная обстановка и процессы восстановления сульфата с выделением сероводорода[4].

В соответствии с таким разделением на план-схеме в приложении Б выделены ландшафты следующим образом: желтым - элювиальные, зеленым - супераквальные, синим - аквальные. Оттенком обозначена их принадлежность к определенному типу ландшафтов: темным - природные, светлым - техногенные.

В таблице 2 на территории объекта выделены следующие ландшафты.

Таблица 2 - «классификация техногенных ландшафтов»

Практически все ландшафты, выделяемые на рассматриваемой территории, относятся к техногенным (за исключением территории леса).

3. Воздействие горного предприятия на окружающую среду

Нарушение - это изменение внешних параметров объектов, таких как высота, глубина ширина.

Загрязнение - привнесение в среду или возникновение в ней новых, не характерных для нее, химический, физических, биологических или информационных агентов, или повышение концентраций этих агентов сверх среднего наблюдающегося количества или уровня.

В таблице 3 приведены примеры нарушений и загрязнений, появившихся в результате хозяйственной деятельности предприятия.

Таблица 3 - «нарушения и загрязнения объектов окружающей среды»

4. Техногенные ореолы и потоки загрязнения

4.1 Гидрогеохимические ореолы загрязнения

Гидрогеохимические ореолы загрязнения - это области распространения подземных и поверхностных вод с многократно повышенными по сравнению с фоновыми концентрациями микро- и макроэлементов, формирующиеся в результате сбросов в поверхностные и подземные воды сточных и карьерных вод, а также образующиеся за счет растворения и выноса химических элементов и соединений из минеральных отходов добычи и переработки полезных ископаемых.

Гидрогеохимические потоки загрязнения - это участки линейной формы с многократно повышенными по сравнению с фоновыми концентрациями микро- и макроэлементов в подземных и поверхностных водах.

Для построения гидрогеохимических ореолов и потоков загрязнения необходимо рассчитать коэффициент контрастности и суммарного загрязнения по имеющимся концентрациям загрязняющих веществ, которые представлены в таблице 4. В ней также указаны фоновые значения данных веществ и их ПДК. Общую жесткость рассчитывали по негативному суммарному влиянию ионов и .

Таблица 4 - «концентрация загрязняющих компонентов в подземных и поверхностных водах, их фоновые значения, ПДК, мг/л»

Коэффициенты контрастности гидрогеохимических ореолов и потоков загрязнения определяют для каждого загрязняющего компонента относительно значения предельно допустимых концентраций ПДК (К^ПДК - коэффициент контрастности относительно ПДК) и фоновых значений (К_ф - коэффициент контрастности относительно фона) по формуле 1:

(1)

где СА - концентрация компонента А в загрязненных водах, мг/л, мг-экв./л; ПДК_А - предельно допустимая концентрация компонента А, мг/л, мг-экв./л; - фоновая концентрация компонента А, мг/л, мг-экв./л.

При построении карты изолиний использовался показатель Кз - суммарный коэффициент загрязнения, который служит критерием оценки степени загрязненности подземных и поверхностных вод и рассчитывается по формуле 2:

== (2)

Результаты расчета коэффициентов контрастности и суммарного коэффициента загрязнения приведены в таблице 5.

Таблица 5 - «коэффициенты контрастности и суммарного загрязнения гидрогеохимических ореолов и потоков»

По полученным значениям суммарного коэффициента загрязнения при помощи метода интерполяции и экстраполяции на план-схему были нанесены гидрогеохимические ореолы и потоки загрязнения (приложение В). За границу ореола принята изолиния со значением Кз равным единице. На территории промплощадки выделены два гидрохимических ореола загрязнения. Один находится в зоне воздействия хвостохранилища ПКОФ, второй - вблизи хвостохранилищ обогатительных фабрик рудопромывки и флотации.

4.2 Литохимические ореолы загрязнения

Литохимические ореолы загрязнения - это области распространения в рыхлых покровных отложениях с многократно повышенными по сравнению с фоновыми содержаниями минералов и элементов, образующиеся в результате попадания на поверхность твердых отходов добычи и переработки минерального сырья.

Литохимические потоки загрязнения - это участки линейной формы с многократно повышенными по сравнению с фоновыми концентрациями минералов и химических элементов, образующиеся в донных отложениях временных и постоянных водных потоков, выносящих их из очагов загрязнения (отвалов, хранилищ отходов) [4].

По данным опробования тезногенных пород и естественных покровных отложений, приведенным в таблице 6, рассчитывают коэффициенты контрастности литогеохимических ореолов загрязнения.

Таблица 6 - «состав загрязняющих компонентов в естественных почвенно-покровных отложениях и техногенных отложениях, %»

Для определения степени инородности техногенных пород для природного ландшафта применяют коэффициент контрастности техногенных литохимических ореолов (формула 3):

, (3)

где - концентрация компонента (соединения, минерала) А в техногенных отложениях, г/кг, %; - фоновое содержание компонента А, г/кг, %.

Результаты расчетов коэффициентов контрастности литохимических ореолов приведены в таблице 7.

Таблица 7 - «коэффициенты контрастности основных техногенных загрязнителей литохимических ореолов»

В результате расчетов на рассматриваемой промышленной площадке можно выделить пять литохимических ореолов загрязнения: старые и действующие хвостохранилища обогатительных фабрик, основными загрязняющими веществами для которых являются фосфаты, фториды и железо, а так же территория сельскохозяйственной рекультивации, где основными загрязнителями являются фосфаты, фториды и титан.

5. Литологический разрез территории и гидрохимический профиль

Литологический разрез территории представляет собой графическое изображение на вертикальной плоскости условий залегания разновозрастных отложений и их состава, формы геологических тел и изменения их мощности. Разрез дополняет и уточняет инженерно-экологическую карту района, дает возможность судить о глубине техногенных преобразований, мощности техногенных отложений, степени изоляции хранилищ отходов, защищенности подземных и поверхностных вод от проникновения в них загрязнения [5].

По имеющимся данным наземных наблюдений, буровых скважин и геофизическим наблюдений был построен разрез. Данные о каждой скважине содержатся в документации, где сообщается абсолютная отметка ее устья, глубина, порядок и мощность напластования пород, отметка уровня грунтовых вод.

Гидрохимический профиль представляет собой графическое изображение изменения концентраций определенных химических элементов или соединений, а также коэффициента суммарного загрязнения в подземных водах по заданной линии. В рассматриваемом случае эта линия совпадает с линией литологического разреза. Построение гидрохимических профилей - один из способов обобщения наблюдений за изменением состава подземных вод в районе техногенного воздействия предприятия на окружающую среду [5].

При построении гидрохимического профиля (приложение Д) используют концентрации различных загрязнителей в подземных водах в скважинах №1-5, указанные в таблице 4. В данной работе гидрогеохимические профили описывают изменения концентраций солей смоляной кислоты, солярового масла, а так же изменение общей жесткости и коэффициента суммарного загрязнения.

Концентрации солей смоляной кислоты и солярового масла значительно понижаются на отрезке между второй скважиной и концом хвостохранилища, так как дамба хвостранилища препятствует распространению данных органических веществ. Однако ионы кальция и магния спокойно мигрируют через гидроизоляционный слой, так как обладают хорошей миграционной способностью и маленьким радиусом молекулы, поэтому на профиле не наблюдается резкого понижения общей жесткости.

6. Процессы техногенной метаморфизации состава вод и пород

При инфильтрации сточных вод в природные воды происходит изменение кислотно-щелочной и окислительно-восстановительной обстановки. В результате этого некоторые загрязняющие вещества осаждаются и теряют миграционные способности. Процессы осаждения труднорастворимых веществ типа MezXy описываются уравнением вида:

z Mey+ + y Xz- Mez Xy (4)

Возможность прохождения процесса определяется насыщенностью r вод соединением MezXy: при r < 1 раствор недонасыщен MezXy, при r = 1 наблюдается равновесие между жидкой и твердой фазой, а при r > 1 раствор перенасыщен MezXy и происходит осаждение его из раствора.

Расчёт насыщенности вод труднорастворимыми соединениями производится в следующей последовательности показан в таблице 8.

Таблица 8 - «последовательность расчёта насыщенности вод»

Проведение расчёта требует некоторых разъяснений. Следует учесть, что при рН < 8 в составе вод преобладают ионы первой стадии диссоциации угольной кислоты, требуется предварительный условный перерасчет активностей ионов в активности ионов .

Диссоциация угольной кислоты происходит по реакции 5:

((5)

Для второй стадии диссоциации справедливо выражение 6:

, ((6)

где - константа второй стадии диссоциации угольной кислоты (10-10,3), а .

Тогда активность ионов СО₃^{2 -} рассчитывается следующим образом по формуле 7:

((7)

Насыщенность вод соединениями определяется по формуле 8:

((8)

где - растворимость CaCO_3.

Результаты расчета приведены в таблице 9. Значение параметров для хвостохранилища флотации обозначен в правой части ячейки, для рудопромывки - в левой.

Таблица 9 - «расчет насыщенности сточных вод труднорастворимыми соединениями»

По данным расчетов видно, что насыщенность CaF₂ и CaCO₃ на хвостохранилищах рудопромывки и флотации больше 1, значит, раствор перенасыщен и происходит осаждение веществ из растворов. На хвостохранилище флотации насыщенность вещества CaHPO4 меньше 1, раствор не насыщен, из чего следует, что вещество подвержено миграции.

Список литературы

1. Арбитражный суд города Москвы. СМИ о суде, производство / www.garweb.ru/project/mas/about/smi/2002/01/22/21069.htm

2. Сайт проекта «Рисуя минералы». Московский регион, геологический очерк / http://geo.web.ru/mindraw/mine9a.htm

3. Фазлави Али. Геология, геохимия, экология и запасы центральной части Егорьевского месторождения фосфоритов - Автореферат дисс. на соискание уч. ст. канд. г-м.н. М, 2006

4. Пашкевич М.А. Геохимия техногенеза - Учеб. Пособие, Санкт-Петербургский Горный ин-т. СПб, 2003, 74 с

5. 4. Пашкевич М.А. Геохимия окружающей среды и ланшафтоведение - Методологические указания к выполнению курсовой работы, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», СПб, 2013, 22 с

Размещено на Allbest.ru