Наиболее удобной представляется
классификация ТМ, в основу которой положены условия их формирования, так как
они определяют обычно и морфологию, и вещественный состав, и возможные области
использования, и экологическое воздействие на ОС (рис.1).
Пользуясь классификацией,
представленной на рис.1, можно оценить основные характеристики любого типа
месторождений. Например, ТМ горнодобывающих предприятий, возникающие при
обогащении руд и представляющие собой хвостохранилища, относятся к
месторождениям
·
наливного типа (морфологический признак);
·
по составу – породные;
·
по возможным областям использования – смешанного
типа, т.е. пригодные для доизвлечения металла и получения стройматериалов;
·
по экологическому воздействию на окружающую среду –
поражающие атмосферу (пыль) и гидросферу (фильтрация вод хвостохранилищ через
защитные дамбы).
Рис. 1 Классификация техногенных месторождений.
Состав и строение ТМ определяются
целым рядом факторов, важнейшими среди которых являются:
1)
условия образования (добыча и обогащение руд и
угля, переработка концентратов руд, сжигание угля и т.д.);
2)
состав исходного сырья (месторождения цветных и
редких металлов, полиметаллические, железорудные и другие типы коренных
месторождений);
3)
физико-химические и механические процессы
климатического воздействия и выветривания отвалов. Они интенсивно окисляются,
выщелачиваются и разрушаются, что приводит к изменению минералогического и
вещественного состава техногенных отложений, выносу элементов и образованию
ореолов рассеяния вокруг отвалов. Особенно это проявляется для отходов добычи и
обогащения сульфидных руд, так как они при окислении и выветривании быстро
разрушаются и переходят в окисленные минеральные формы, требующие при
утилизации особых технологий извлечения полезных компонент
В приповерхностной зоне техногенных
отложений под воздействием кислорода, воды, фильтрационных электрических полей
и других факторов происходят интенсивное растворение и миграция металлов и их
соединений. При этом могут образовываться обеднённые и обогащённые металлом
участки с восстановленными и окисленными формами его нахождения. Например, в
участках хвостохранилищ с восстановленными сульфидами нередко наблюдаются
повышенные содержания золота, а в зонах окисления возможно накопление серебра.
В настоящее время опыт разведки
техногенных месторождений невелик. Наиболее тщательно такие исследования
выполнены на Урале, поэтому ниже приводятся особенности состава и строения ТМ в
основном Урала, используя в некоторых случаях так же обобщённые данные по
месторождениям бывшего СССР.
Одной из важных проблем исследования
шлакозольных отвалов теплоэлектростанций (ТЭС) является изучение их состава и
количества микропримесей, возможно, представляющих ценность как сырьё для извлечения
этих микропримесей.
Рассмотрим результаты исследований
минерального состава и элементов примесей для зол Рефтинской ГРЭС, работающей с
1970 г и обеспечивающей тепловой и электрической энергией значительную часть
Свердловской области. Золы транспортируются по системе гидрозолоудаления и
складируются в золоотвал, который занимает площадь 1500 га и содержит 120 млн.т
золы при ежегодном складировании золошлаковых отходов около 3,1 млн.т.
Золоотвал Рефтинской ГРЭС вытянут с
севера на юг. Его длина более 1000 м, ширина от 100 до 300 м и высота 10-15 м.
Опробование поверхности отвала показало, что он имеет неоднородное строение,
определяющееся чередованием зол различных по гранулометрическому составу (см.
таблицу 1).
Таблица 1.
Гранулометрический состав (%) зол
Рефтинской ГРЭС.
Тип
золы
|
Размеры
зёрен, мм
|
>
0,63
|
0,2 –
0,63
|
<0,2
|
Тонкозернистые золы с обломками шлака
|
22,8
|
28,4
|
48,8
|
Тонкозернистые золы
|
1,4
|
7,6
|
91
|
Пылеватые золы
|
0,4
|
1,7
|
97,9
|
Выделенные
разновидности золы отражают её гранулометрическую сортировку при гидровыносе.
Тонкозернистые золы с обломками шлака
распространены в северной части отвала. Тонкозернистые золы составляют
основную массу тела золоотвала. Пылеватые золы распространены в виде
субширотных полос шириной от 10 до 50 м по всей территории отвала.
Содержания
микроэлементов в исходном угле и в золе в целом представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Среднее
содержание и коэффициент концентрации (КК) микроэлементов в сжигаемых углях и
золах Рефтинской ГРЭС.
|
Содержание
микроэлементов, n·10-3%/KK
|
Cu
|
Zn
|
Pb
|
Be
|
Cr
|
Co
|
Ba
|
Ti
|
V
|
Mn
|
Sc
|
P
|
Zr
|
Уголь
|
0,3
|
0,6
|
0,5
|
0,2
|
0,3
|
3
|
42
|
40
|
1,3
|
44
|
0,7
|
44
|
10,2
|
Золы в
целом
|
1,4 4,67
|
2,083,47
|
1,382,76
|
0,2 1
|
0,1 0,33
|
2,9 0,97
|
20 0,48
|
800 20
|
2 1,54
|
70,11,59
|
1 1,43
|
1002,27
|
20 1,96
|
Из таблицы следует, что концентрация в золах большинства
элементов возрастает (КК>1), для некоторых весьма значительно (ККTi=20, ККCu=4,67, ККZn=3,47, ККPb=2,76)
и только для трёх элементов уменьшается (ККCr=0,33, ККCo=0,97,
ККBa=0,48).
Наблюдаются
определённые различия в содержании отдельных микроэлементов для указанных выше
разновидностей зол. Так например, в тонкозернистых золах повышены
содержания меди (ККCu=5,17) и хрома (ККCr=3,3), пылеватые
золы характеризуются понижением содержания меди (ККCu=2,97) и
цинка (ККZn=3,0) и повышением содержания почти всех остальных
элементов (ККBe=1,55, ККBa=0,7 и др.). В золах,
содержащих обломки шлаков повышены содержания хрома (ККCr=3,0) и
марганца (ККMn=1,82).
Главным
минералом, выявленным рентгеноструктурным анализом, является муллит {Al4[Al4(Si3Al)O19(F0,5O,OH)]}
- высокотемпературная фаза с неупорядоченной структурой, а так же тридимит
(SiO2) – минерал метастабильной фазы, характерный для молодых
образований, в том числе для зол и шлаков.
Муллит,
содержащий 71,83% Al2O3 и 28,17% SiO2 образуется при термическом перерождении ряда глинистых минералов
(каолинит - Al4[Si4O10][OH]8, галлуазит, пирофиллит и др.), мусковита, гидрослюды и
других природных алюмосиликатов. По экономическому значению и объёмам
производства муллит входит в число важнейших искусственных минералов.
Содержание
глинозёма (Al2O3) в золах сопоставимо с его содержанием в бокситах (С³45%), поэтому
золы Рефтинской ГРЭС могут служить сырьём для производства алюминия. Попутно с
глинозёмом возможно извлечение фосфора.
Среди
элементов примесей особое внимание привлекают редкие элементы Sc, Zr, Ti и B. Необходимы дальнейшие исследования с целью их количественной оценки.
Складирование
золошлаковых отходов сопряжено с широкомасштабным их воздействием на окружающую
среду (ОС), выражающееся в отчуждении земель и загрязнении атмосферы, подземных
и поверхностных вод. Однако, проблема использования шлакозольных отвалов до
настоящего времени не решена. Ежегодно утилизируется в основном в производстве
стройматериалов менее 1% от образующегося за тот же период времени количества
золы.
О
воздействии золоотвалов на ОС можно судить по результатам обследования
золоотвалов АО «Свердловэнерго», входящего в состав РАО «ЕЭС».
Воздействие на водные ресурсы.
На
всех электростанциях АО «Свердловэнерго» организовано оборотное водоснабжение.
Однако, несмотря на наличие замкнутого цикла водоснабжения, в действительности
существует сброс загрязнённых вод с золоотвалов в поверхностные и подземные
водные системы. Основной причиной сброса являются фильтрационные потери
оборотной воды из гидрозолоотвалов через ограждающие дамбы и их основания.
Химический
состав оборотной воды электростанций АО «Свердловаэнерго» характеризует таблица
3.
Таблица 3.
Химический
состав оборотной воды электростанций АО «Свердловэнерго».
Элемент
|
Содержание,
мг/л*
|
ПДК
элементов в воде водоёмов различного назначения
|
Кратность
превышения ПДК**
|
Хозяйственно
бытового назначения, мг/л
|
Рыбохозяйственного
пользования, мг/л
|
Al
|
0,61 – 2,73
|
0,5
|
-
|
-
|
|
V
|
0,0046 – 0,23
|
-
|
0,001
|
4,6 – 230
|
|
Fe
|
0,14 –0,39
|
0,3
|
0,1
|
1,4 – 3,9
|
|
Si
|
6,1 – 16,4
|
10,0
|
-
|
-
|
|
Mn
|
0,024 – 0,087
|
-
|
0,01
|
2,4 – 8,7
|
|
Cu
|
0,002
– 0,014
|
1,0
|
0,001
медь-ион
|
2 –
14
|
|
Mo
|
0,0009
– 0,067
|
0,25
|
0,0004
по Мо +6
|
2,3 –
170
|
|
As
|
0,2 –
0,9
|
-
|
0,05
|
4 –
18
|
|
Ni
|
0,0049
– 0,031
|
0,1
|
0,01
по иону
|
0 – 3,1
|
|
Ti
|
0,042 – 0,28
|
0,1
|
-
|
-
|
|
F
|
0,2 – 10
|
0,7
|
0,05
|
4 – 200
|
|
Cr
|
0,0026
– 0,051
|
0,5
|
0,005
|
0 –
10,2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* Изменение содержания каждого из элементов обусловлено сжиганием углей
разных типов и зольности (Экибастузский – до 43%, Волчанский – 20-37%,
Буланашский – 20-37%, Кузнецкий – до 22%).
**Использованы значения рыбохозяйственных ПДК.
Из
таблицы 3 следует, что в оборотных водах всех золоотвалов имеет место
превышение ПДК для всех элементов, а для V, Мо и F - до 170-230 раз. Объём сброса оборотной воды с золоотвалов АО «Свердловэнерго»
составляет не менее 7,6 млн3/год в поверхностные водоёмы (реки,
ручьи) и более 50 млн3/год в горизонты подземных вод посредством
фильтрации через основания дамб.
Воздействие на земельные ресурсы.
Площади,
занимаемые каждым золоотвалом, измеряются сотнями гектаров, составляя в целом
для АО «Свердловэнерго» не менее 3100 га, а с учётом площади санитарно-защитных
зон (около 1700 га) из землепользования исключается 4800 га только для одной
Свердловской области.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
|