Основные термины и понятия. Классификация минеральных техногенных образований

Результатом деятельности предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых является формирование техногенных образований (Минералогия..., 1988; Макаров, 2006).

Техногенное образование (ТО) - скопление на поверхности или в горных выработках Земли, в её недрах, гидросфере или атмосфере продуктов, созданных человеком, а также минеральных веществ, искусственно отделенных от природного массива или подвергшихся изменению непосредственно в массиве в результате деятельности человека, являющихся отходами.

Отходы - любой выходной поток из продукционной системы, который удаляется (ГОСТ Р ИСО 14041:99).

Отходы производства - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства; вновь образующиеся в процессе производства попутные вещества, не находящие применения. В отходы производства включаются вмещающие и вскрышные породы, образующиеся при добыче полезных ископаемых, побочные и попутные продукты, отходы сельского хозяйства (РД 09-255).

Отходы потребления - изделия и материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа. К отходам потребления относятся и твердые бытовые отходы, образующиеся в результате жизнедеятельности людей (РД 09-255).

Различные объекты складирования отходов определяются следующим образом.

Объект размещения отходов - специально оборудованное сооружение, предназначенное для размещения отходов (полигон, шламохра- нилище, хвосгохранилище, отвал горных пород и др.) (ФЗ-89-98), обустроенные и эксплуатируемые в соответствии с проектами.

Хранилище (шламохранилище, хвостохранилище, накопитель сточных вод и т. п.) - искусственная или естественная ёмкость, включающая в себя комплекс сооружений, обустроенных и эксплуатируемых в соответствии с проектами и предназначенных для размещения хвостов, обогащения полезных ископаемых, осадков сточных вод, шламов, шлаков, зол, илов, сточных вод, вод производственного назначения и других жидких, пастообразных или твердых отходов (РД 09-255).

Хвосты - это отходы обогащения полезных ископаемых, в которых содержание ценного компонента естественно ниже, чем в исходном сырье, поскольку в них преобладают частицы пустой породы. Твердая фаза хвостовой пульпы представлена смесью минеральных частиц разного размера - от 3 мм до долей микрона. Состав частиц и их плотность зависят от минерального состава пород, вмещающих полезное ископаемое.

Шлак металлургический - расплав (после затвердевания - камневидное или стекловидное вещество), обычно покрывающий поверхность жидкого металла при металлургических процессах - плавке сырья, обработке расплавленных промежуточных продуктов и рафинировании металлов. Он является ценным вторичным сырьем и широко применяется в строительстве. Гранулированные шлаки используют для получения шлакопортландцемента, в качестве заполнителя для бетонов, в дорожном строительстве; из шлаковых расплавов вырабатывают минеральную вату, шлаковую пемзу, шлаковое литье.

Зола летучая - промышленная пыль в виде несгораемого остатка топлива, образующегося из его минеральных примесей при горении, содержащегося в дымовом газе во взвешенном состоянии (ГОСТ 17.2.1.04). Состоит из тонкодисперсного порошка, так называемой золы-уноса, и шлака - сплавленного кускового материала. Шлаки используют в строительстве, зола-унос в основном складируется в мокрых золоотва- лах и лишь частично используется в цементной промышленности в качестве сырья и добавок, при производстве строительной керамики, асфальтобетона, обжигового и безобжигового гравия.

Сажа промышленная - промышленная пыль в виде твердого высокодисперсного углерода, образующегося при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов, входящего в состав промышленного выброса (ГОСТ 17.2.1.04).

Отвал - искусственная насыпь из отвальных грунтов или некондиционных полезных ископаемых, промышленных, коммунальнобытовых отходов (ГОСТ 17.5.1.01).

Отвалообразование - формирование отвала на специально отведенных участках или выработанном пространстве карьеров при открытых и подземных разработках (ГОСТ 17.5.1.01).

Отвалы, терриконы, шлакозолоотвалы - искусственная насыпь из отвальных грунтов или некондиционных полезных ископаемых, промышленных, бытовых отходов (Временные методические рекомендации по проведению инвентаризации мест захоронения и хранения отходов в РФ. Письмо Минприроды России от 11.07.95 № 01-11/29-2002).

Горельники - горелые породы в терриконе, которые образовались при горении отвальной массы (Чесноков и др., 1991).

Полигоны по обезвреживанию и захоронению промышленных и бытовых отходов - сооружения для размещения промышленных и бытовых отходов, обустроенные и эксплуатируемые в соответствии с проектами (Временные методические рекомендации по проведению инвентаризации мест захоронения и хранения отходов в РФ. Письмо Минприроды России от 11.07.95 № 01-11/29-2002).

Санкционированные свалки - разрешенные органами исполнительной власти территории (существующие площадки) для размещения промышленных и бытовых отходов, но не обустроенные в соответствии со СНиП (Временные методические рекомендации по проведению инвентаризации мест захоронения и хранения отходов в РФ. Письмо Минприроды России от 11.07.95 № 01-11/29-2002).

В многочисленных отвалах карьеров и шахт, шламо- и хвостохрани- лищах заключены крупные массы ценных компонентов, которые следует рассматривать как техногенные месторождения полезных ископаемых.

Техногенное месторождение (ТМ) - это техногенное образование (объект), пригодное по количеству и качеству содержащегося минерального сырья для эффективного использования в сфере материального производства в настоящее время или в будущем (по мере развития науки и техники). В категорию месторождения техногенное образование (объект) может быть переведено только в случае его положительной технико-экономической оценки в результате специальных геологоразведочных работ и апробации запасов сырья территориальной комиссией по запасам (ТКЗ).

Техногенные минеральные ресурсы (ТМР) - эго совокупность техногенного минерального сырья, содержащегося в отходах горно- обогатительного и металлургического (химического) производства в пределах какого-либо региона или отрасли в целом.

Техногенные минеральные объекты (ТМО) - скопления минеральных образований на поверхности Земли или в пределах открытых горных работ, образовавшихся в результате отделения их от массива и складирования в виде отходов горного, обогатительного и металлургического (химического) производств.

Вероятно, термин «техногенные минералы» более связан с горногеологической деятельностью человека.

В.Г. Фекличев (1997) предлагает следующее определение: техногенные минералы - минеральные фазы, полученные в производственных процессах, а условно техногенные - минералы, оторванные этими процессами от своего естественного положения.

Б.В. Чесноков и другие исследователи (1988, 2001) определяют техногенные минералы как созданные искусственно (синтезированные), образовавшиеся вследствие техногенного (прямого или косвенного) воздействия на горные породы, диагснетичсского или гипергенного изменения техногенных отложений.

Единая классификация техногенных минеральных образований до настоящего времени ещё не разработана. X. Реслер (1981) выделяет следующие техногенные вещества и места их расположения: авгит - шлаки металлургических заводов; ангидрит - шлак бурого угля; борнит - свинцовые шлаки; волластонит - железные доменные шлаки, частицы рас- кристаллизации в калийных и натровых стеклах; галит, гипс - осадок в трубопроводах электростанций; геренбергит - свинцовые и медные шлаки; гематит - свинцовые и медные шлаки, зола бурого угля, шлаковые включения в стали, осадок в трубах; гидроксилапатит - выделения из водяных паров на электростанциях; гипсрстсн - медные шлаки; диопсид - железные и медные доменные шлаки, участки раскристаллиза- ции в стеклах; ильменит - шлаковые включения в стали; куприт - медные шлаки; магнитит - железные шлаки доменных печей; зола бурых углей, шлаковые включения в стали, осадки в трубах и др.

В.Г. Фекличев (1997) предлагает классификацию производств и процессов, поставляющих в природу техногенные и условно техногенные минералы (табл. 1.2.1).

По результатам исследования различных авторов можно выделить несколько условных основных групп техногенных минералов:

1. Минералы, неизвестные до настоящего времени на планетах Земля, Марс и на Луне и не найденные в метеоритах, т. е. сформировавшиеся исключительно вследствие процессов техногенеза (Чесноков и др., 1988; Чесноков и др., 2001).

Таблица 1.2.1

Классификация производств и процессов, поставляющих в природу техногенные и условно техногенные минералы (Фекличев, 1997)

Уел.

класс

вредности

Тип производства или процесса

Тип твердых минеральных продуктов

Общее

колич.

минералов

Примеры вредных минералов

1

Металлургия и гидрометаллургия

Шлак, шлам, аэрозоли

>150

Сульфиды,

металлы

2

Т еплоэнергетика и теплотранспорт

Зола, шлак, аэрозоли

>20

Кварц, стекло

3

Отходы химических производств

Шламы,

аэрозоли

>50

Фосфогипс,

фториды

4

Разработка и обогащение полезных ископаемых

Грунт,

шламы,

аэрозоли

>200

Кварц,

госларит,

асбест

5

Металлообработка в машиностроении

Г орелая земля, шламы, шлак

>50

Металлы,

абразивы

6

Производство керамики, огнеупоров и стройматериалов

Шламы, аэрозоли, облики изделий

>50

Арканит,

кварц

7

Ржавление металлов и сплавов

Пыль, шламы, пленки

>70

Атакамит,

англезит

8

Выветривание и разрушение красок, материалов в быту, на свалках

Пыль,

шламы,

аэрозоли

>100

Галениг, ртуть, асбест

9

Огходы в легкой промышленности и сельском хозяйстве

Шламы,

аэрозоли

>20

Сульфиды,

хроматы,

арсснаты

10

Потери на транспорте

Пыль,

аэрозоли

>50

Асбест,

сульфиды

11

Строительство

Грунт, пыль, аэрозоли

>50

Сульфиды,

кварц

12

Аварии на АЭС

Аэрозоли,

пыль

>10

U-циркон

13

Военные действия

Грунт, пыль, аэрозоли

>50

Нитраты,

металлы

  • 2. Минералы, образовавшиеся вследствие температурного воздействия и, в ряде случаев, высокого давления (Лапин, 1956; Чесноков и др., 1988; Чесноков и др., 2001).
  • 3. Минералы, образовавшиеся вследствие гипергенных или диагене- тичсских техногенных и природно-техногенных процессов, происходящих в толще или на поверхности техногенных образований (Каздым, 2001).
  • 4. Минералы, не характерные для горных пород данной территории, т. е. образовавшиеся вследствие техногенных или природнотехногенных процессов (Каздым, 2001).
  • 5. Минералы, не характерные для почв определенной биоклимати- ческой зоны (Каздым, 2001).

По результатам экспериментальных и литературных данных Е.В. Глаголевым (2008) были выделены 9 основных генетических типов техногенных минеральных образований: 1) пирогенный, 2) гипергенный, 3) гидротермальный, 4) холодноводный, 5) антропогенный, 6) ат- могенный, 7) технологенный, 8) радиогенный и 9) биогенный.

При одновременном участии двух или нескольких из перечисленных процессов образуются сложные генетические отложения техногенных минералов, руд и/или горных пород.

/. Техногенно-пирогенные (магматогенные) образования подразделяются на минералы и горные породы, образующиеся:

I. За счёт горения:

  • • каустобиолитов (уголь, горючие сланцы, газ газоконденсат, нефть, торф). Образование минералов и горных пород за счёт горения угольсодержащих отвалов наиболее полно изучено на месторождениях Челябинского (Чесноков, 1987; Чесноков, Щербакова, 1991), Кизелов- ского угольных бассейнов (Потапов и др., 2006). В открытой системе происходит частичный вынос углерода, а в закрытой - преобразование аморфного угля в различные кристаллические его модификации (от мелко- до крупночешуйчатого или длинноволокнистый графит) и образование карбидов железа и кальция. В процессе сгорания газа, газоконденсата или нефти за счёт вмещающих пород образуются стеклосодержащие породы, которым исследователи дают местные названия (тенги- зиты и др.) и используют как поделочные камни (Потапов, 2001);
  • • медноколчеданных руд. Подземные пожары колчеданных руд хорошо исследованы Г.Н. Всртшковым и В.Н. Авдониным. Все эти пожары происходят в восстановительных условиях при температуре до 1000. ..1100 °С и давлении 1...10 атм. Причём если горение происходит на поверхности, то парциальное давление кислорода максимальное, если под землёй, то оно уменьшается в разы и процесс переходит в стадию многолетнего высокотемпературного тления. При данных процессах образуются сера, сульфаты и другие минералы;
  • • отходов промышленности. Пожары, возникающие в отвалах химических заводов (например, Беловского на Алтае), проходят за счёт окислительных реакций отходов производства по подобию подземного колчеданного горения (Леонова и др., 2002).
  • 2. При сгорании растительности. При сгорании растительность (деревья, кустарник, сено, солома и полова злаковых) переходит в стёкла или фитофульгуриты, которые относятся к фито-пирогенным образованиям (Глаголев, 2004).
  • 3. При ядерных взрывах. Ядсрные взрывы образуют специфические стёкла и горные породы, аналогичные эффузивным, относящиеся к тех- ногенно-эксплозиопирогенному подтипу. Причем если при атмосферных взрывах па большой высоте на земле образуются только стёкла (ядерные фульгуриты), на небольшой высоте - стёкла и реже шлакоподобные породы, при незначительном испарении некоторых химических элементов почвы, то при взрывах на поверхности земли - в основном шлаки и реже стёкла, при значительном испарении многих химических элементов почвы, а при подземных взрывах - шлаки, похожие на эффузивные горные породы, химический и минеральный состав которых зависит от такового вмещающих пород.

II. Техногенно-гипергенные минеральные образования формируются на поверхности земли непосредственно на вскрытых рудных телах, вмещающих горных породах или на отвалах вмещающих пород и некондиционных руд. Эти образования (среди техногенных) по своему распространению находятся на первом месте. Примерами может послужить Пирротиновое ущелье и разработки апатита в Хибинах (Войтехов- ский и др., 2007).

III. Гидротермальный тип техногенных минеральных образований по своим масштабам (объёмам) стоит на втором месте после пирогенного. Типичным представителем является месторождение термальных вод области Тоскано-Лацио в Италии с известным геотермальным полем Пьянкастаньайо, которое расположено на южном фланге неогенового вулкана Монте-Амиаго. Поступающие по скважинам флюиды, использующиеся для гидроэлектростанции, имеют температуру около 200 °С. При этом на паровых трубах, питающих станцию, благодаря резкому перепаду давления, температуры и других параметров, образуются отложения сплошного метастибнита в массе кальцита или кремнезёма (Шмачкова и др., 2007). Примерно при таких же условиях отлагается сфалерит и барит на технологическом оборудовании Челекена (Го- довиков, 1983) и многочисленные новообразования на стенках газо- и нефтедобывающих скважин.

IV. К антропогенным образованиям относятся минералы, образующиеся из отходов жизнедеятельности человека.

V. Атмогенный генетический тип подразделяется на 3 подтипа минеральных образований, формирующихся:

  • • при сгорании топлива и автомобильного горючего;
  • • переносе ветром некоторых элементов и пыли с отвалов (атмо- генно-эоловый) и концентрации их далеко от источника;
  • • разрушительном воздействии СО, С02, N02, кислотных дождей и т. п. на памятники культуры.

VI. Эталонным примером образования технологенных минералов являются процессы, происходящие, например, при измельчении свежих проб карбонатных осадочных пород рудника Талайуту (Тамилнад, Индия). Первоначально порода состояла из кальцита (62 мае. %), кварца (21 мае. %), полевого шпата (14 мае. %), гиббсита (2,5 мае. %) и накрита (0,5 мае. %). При 168-часовом истирании образуется новый минерал метакаолинит. Структурные переходы ромбоэдрического кальцита в орторомбический арагонит завершаются в течение 192 часов. После 240 часов истирания происходит образование анортита, обусловленное реакциями между кварцем, кальцитом, гиббсигом и альбитом. Эти процессы во времени сопровождались изучением продуктов дробления методом ИКС с преобразованием Фурье (Ramasamy, 2005). Аналогичные превращения одних минералов в другие происходят и при других процессах, например при обогащении руд.

VII. К радиогенным относят минералы, образующиеся как в результате атомного распада самих отходов, так и при их воздействии на вмещающие породы. Например, результаты экспериментов с высокорадиоактивными отходами в районе Ханфорда (Вашингтон, США), содержащими различные концентрации катионов Cs К+, Mg2', Са2+, Sr2+, позволили установить, что в хранилищах радиоактивных отходов происходит образование канкринита и содалита (Deng et al., 2006).

VIII. В последнее время всё большее внимание уделяется биогенной природе образования техногенных минералов. Многочисленными исследованиями установлено, что тяжёлые металлы адсорбируются па поверхности и стенках клеток, на полимерах или входят в цитоплазму клеток. Биоплёнки играют большую роль при обработке сточных и дренажных вод, служат биоиндикаторами окружающей водной среды и сорбентами при биовыщелачивании тех или иных химических элементов (Глаголев, 2008).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >