Email: dey-85@mail.ru, believe@pautina.dn.ua
Анимация. Разнообразие природы. (392 Kb, 5 кадров, 5 повторений)
Актуальность темы.Значительными показателями уровня развития каждой страны являются обеспечение и использование промышленностью стратегических видов минерального сырья - редких металлов. В первую очередь это относится к ниобию, танталу, вольфраму, цирконию, молибдену, которые в виде концентратов, сплавов или химических соединений используются, главным образом, в металлургии - при выплавке легированных и нержавеющих видов стали, ядерной энергетики, строительной керамики, авиации. Мировая тенденция развития современных технологий указывает на неизменный рост использования редких металлов в важных отраслях промышленности.
Требованиям промышленности к комплексности руд, полноте их геологической изученности полностью соответствует Мазуровское месторождение. Оно расположено непосредственно в пределах горного отвода действующего Донецкого химико-металлургического завода - потенциального производителя и главного потребителя будущей продукции. Руды месторождения залегают неглубоко и уже частично вскрыты существующим карьером. Полезными минералами являются циркон, пирохлор.
Основной особенностью редкометальных минералов является постоянное присутствие в них радиоактивных элементов (уран,торий) в виде изоморфных примесей. Поэтому при складировании отходов обогащения, образующихся при изготовлении редкометальных концентратов, возникает потенциальная опасность повышения радиоактивного фона местности.
Цель исследований: определить интенсивность влияния разработки редкометального Мазуровского месторождения на окружающую среду.
Задачи исследований: выявление участков с аномальными содержаниями элементов; выявление элементов-загрязнителей, характерных для данного месторождение; выявление источников поступления вещества в окружающую среду; разработка рекомендаций по эксплуатации отвалов обогатительных фабрик.
Научная новизна:.
Практическая значимость работы:.
Апробация работы: Результаты проведённых исследований доложены на VI Международной научной конференции аспирантов и студентов «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов».
Публикации: По теме диссертации опубликовано 2 работы.
Раздел посвящён обзору литературных данных по редкометальным месторождениям. Оценена опасность отходов обогащения, и оценена возможность их использования.
Мазуровское редкометальное месторождение находится в Октябрьском массиве, расположенном в восточной части Приазовской металлогенической субпровинции Украинского щита. Протяжённость месторождения 3,3 км, ширина от 0,25 до 1,5 км. Оно характеризуется сложным геологическим строением.
В пределах месторождения развиты продуктивные на редкометальное оруденение породы: мариуполиты, микроклин–нефелиновые пегматиты, полевошпатовые метасоматиты, близкими по минеральному составу и отличающихся их содержанием (табл.1).
Основными рудовмещающими породами являются мариуполиты. Залегают они в виде поэтажных пологих пластообразных тел среди ультраосновных и основных пород, имея с ними четкие контакты. В состав мариуполита входят полевые шпаты (50 -80%), нефелин (5-40%), темноцветные минералы (5-25%), кальцит (3-7%), канкринит (2-15%), цеолиты, магнезит (1-5%). Среди полевых шпатов преобладает альбит. Темноцветные минералы представлены биотитом и эгирином, изредка - амфиболом. Главными полезными минералами являются пирохлор, циркон, а также сопутствующие им нефелин, полевые шпаты, ильменит, бритолит. Наиболее высокие концентрации редких металлов были достигнуты на стадии высокотемпературной альбитизации - мариуполитизации. В процессе метасоматических преобразований, в зависимости от степени альбитизации пород меняются содержания рудных минералов – пирохлора, бритолита, циркона
Вокруг рудных тел первичные ореолы привноса образуют церий, иттрий, иттербий, барий, цирконий, ниобий, цинк, вольфрам, молибден. Для богатых рудных тел первичные ореолы отличаются существенным преобладанием в геохимическом спектре ореола ниобия. Морфология первичных ореолов сопоставима с морфологией рудных тел. Известно, что в почвах вторичные ореолы химических элементов тесно связаны с составом первичных ореолов месторождений в коренных породах. Особый интерес представляют рудные элементы, образующие наиболее интенсивные геохимические аномалии.
Редкометальные минералы из пород Мазуровского месторождения представлены несколькими разновидностями. Большая часть из них имеет характерные примеси редкоземельных и радиоактивных компонентов (табл. 2). Цирконы содержат редкие элементы - Nb, Та, Hf, а пирохлор - Zr и Hf. Это объясняется избыточным количеством этих элементов в среде минералообразования при формировании редкометальных месторождений.
Накопление примесей приводит к образованию псевдоморфоз по редкометальным минералам, к разрушению кристаллов с выделением из них вростков минералов, в том числе радиоактивных - торита, ураноторита, уранинита. Содержания редких элементов коррелируют с концентрацией радиоактивных, что отражается при определении естественной радиоактивности.
Если горнодобывающее предприятие связано с добычей полезных ископаемых, имеющих руды с повышенным содержанием урана и тория, то их экологическое воздействие, помимо общих негативных воздействий горнодобывающих предприятий, получает особую специфику, обусловленную радионуклидами. Согласно действующих нормативных документов, производилась оценка природной радиоактивности пород месторождения, которые могут быть использованы как строительные материалы. Ниже, в таблице 3 приведены результаты определения суммарной естественной радиоактивности по рудным телам и породам Мазуровского месторождения.
Породы, имеющие значения радиоактивности от 40 до 227 Бк/кг, относятся к 1 класу строительных материалов, которые могут использоваться для всех видов строительства без ограничений. Однако, возле рудных тел встречаются линзы и прослои изменённого габбро с повышенной (до 227 Бк/кг) радиоактивностью. Эти локальные участки при разработке месторождения должны постоянно контролироваться. В рудах месторождения величина естественной радиоактивности значительно выше и колеблется от 36 до 4167 Бк/кг, в среднем 1031 Бк/кг (по 221 пробе). Причём, в ряду от мариуполитов к нефелиновым пегматитам через метасоматиты она последовательно повышается, что несколько не соответствует характеру распределения циркона и пирохлора в рудах. Это может обрясняться различной изоморфной емкостью этих минералов.
При выветривании эти радиоактивные элементы легко высвобождаются из породы и мигрируют в почву, подземные и поверхностные воды. Особенно высокой активностью характеризуются изотопы U 238и Th 232, которые содержатся в рудах и отвалах Мазуровского месторождения.
Для изучения распределения потенциально опасных и рудных элементов в почвах изученной территории по результатам полуколичественного спектрального анализа проб, выполненных Приазовской комплексной геологоразведочной экспедицией были построены с помощью программы SURFER карты. В результате детального их анализа было выявлено негативное влияние как предприятия, карьера, так и хвостохранилища на окружающую среду. Установлено превышение фоновых концентраций цинка и молибдена в 3 и больше раз, особенно на территории карьера и хвостохранилища. В отдельных точках наблюдаемые содержания элементов превышают предельно допустимые концентрации больше чем в 3 раза для таких элементы как хром, свинец, никель, ниобий. Нужно отметить, что происхождение этих аномалий является техногенным и связано с технологическим циклом работы Донецкой химико-металлургической фабрики.
Проведённым корреляционным анализом представительной выборки установлены ассоциации радиоактивных элементов с редкими и сопутствующими рудами Th, U, Zr, Mf, Nb, Ta, Mo. Точное определение содержаний радиоактивных элементов проводилась в небольшом количестве технологических и заводских проб. По этим результатам, ввиду их малого числа, картирование распространения радиоактивных элементов на территории исследования невозможно. Поэтому использованы карты сопутствующих элементов.
Также были проанализированы продукты обогащения (натриевые и калиевые продукты). Полученные результаты показали, что суммарная удельная активность полевошпатовых отходов соответствует первому классу и сырьё может использоваться во всех видах строительства без ограничений.
Суммарная активность продуктов обогащения редкометальных руд соответствует второму классу строительства (промышленное и дорожное строительство в пределах населённых пунктов). Радиационная активность циркониевого концентрата высокая и требует выполнение определённых методов от персонала при обогащении руд.
Руды и вмещающие породы (габбро) были проанализированы рентгеноспектральным методом на определение содержания урана и тория. Результаты анализов показали, что вмещающие породы по степени радиоактивности относятся к первому классу строительных материалов, которые могут использоваться для всех видов строительств без ограничения. Только вблизи месторождения наблюдаются участки с повышенной радиоактивностью. Эти локальные участки при разработке месторождения должны постоянно исследоваться.
По результатам спектрального анализа проб почвы, выполненного в Приазовской КГП, нами проведено картирование загрязнения почвы. В верховьях балки Деменникова расположен шламонакопитель, в котором собираются отходы обогащения уже частично отработанных руд, представленных глинистой фракцией. В отобранных на этом участке пробах определялись коэффициенты концентрации (Кк), как отношение среднего содержания элемента в почве к его предельно допустимой концентрации. Наиболее интенсивные аномалии характерны для рудных элементов (табл. 4).
Из представленных данных видно, что среднее содержание в почве ниже, чем в материнской породе, но оно всё же в большинстве точек наблюдения превышает предельно допустимые концентрации. Коэффициент вариации в почвах также снижается, что связано с более интенсивными диффузионными процессами. Повышенные коэффициенты концентрации установлены для таких элементов как цинк (Кк=8,7), цирконий (Кк=35), титан (Кк=1,5), молибден (Кк=50), лантан (Кк=2,5), ниобий (Кк=10,5), цезий (Кк=2,3). В отдельных пробах наблюдаются превышения предельно-допустимых концентраций более чем в три раза таких элементов как хром (коэффициент концентрации-Кк=3-7), свинец (Кк=3,9-11), никель (Кк=3-10), ниобий (Кк=3,7).
Цинк и молибден, соответственно элементы первого и второго класса опасности, на большей части изученной территории превышают фоновые концентрации. Содержание молибдена в некоторых точках превышает предельно-допустимые концентрации в 3,6 раза, а на территории карьера в 10,7 раза. Содержания цинка превышают предельно-допустимых концентраций от 3 до 8,7 раз. Повышение содержаний цинка вызывает изменение физико-химических свойств почвы, снижает биологическую активность микроорганизмов, нарушая процессы образования органического вещества, понижает ферментативную активность почв, снижает урожайность. Ниже представлена карта распределения концентраций цинка в почвах исследуемого района (рисунок 1).
Рисунок 1. Распределение содержаний цинка на территории Мазуровского месторождения и прилегающик к нему территорий
Проведённым корреляционным анализом представительной выборки установлены ассоциации сопутствующих элементов (Mo, Zn) с редкими (Zr, Nb, Ta) и радиоактивными (Th, U). Это позволяет по карте концентраций цинка судить и о распределении других элементов.
Содержания цинка превышают уровень предельно допустимой концентрации практически на всей исследуемой территории. Предельно допустимая концентрация (ПДК) цинка составляет 23*10-3%. На построенной карте можно увидеть (см. рис.2), что практически на всей исследуемой территории концентрации цинка превышают ПДК. Самые высокие концентрации наблюдаются в районе шламонакопителя с отходами обогащения, и в районе хвостохранилища. На этих же участках сосредоточены и наиболее интенсивные аномалии всех других элементов вторичных ореолов.
Таким образом, в результате проведённых исследований, было установлено интенсивное загрязнение почвенного покрова вблизи карьера. Тем самым, следует отметить, что на этих территориях следует проводить постоянный контроль состояния окружающей среды, а также разработать методы уменьшения влияния шламонакопителя и отвалов на окружающую среду. Для редкометальных месторождений следует проводить постоянный контроль естественного радиоактивного фона.
Полученные данные и закономерности распределения загрязнения окружающей среды могут быть использованы и на других подобных объектах.