Рациональное использование техногенных минеральных образований пирофиллитсодержащих пород Южного Урала тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат наук Руднов, Василий Сергеевич

• Руднов, Василий Сергеевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Руднов, Василий Сергеевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. УСЛОВИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ТЕХОГЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ

1.1 Геологические особенности района размещения колчеданных месторождений Куль-Юрт-Тау и Гайское

1.2 Влияние ТМО на геоэкологическую обстановку региона

1.2.1 Атмогенное воздействие

1.2.2 Гидрогенное влияние

1.2.3 Рассеивание тяжелых металлов в почвах 28 Выводы

ГЛАВА 2. СВОЙСТВА ПИРОФИЛЛИТСОДЕРЖАЩИХ ТМО В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БПЦ

2.1 Ограничивающие требования промышленности БПЦ к сырьевой базе

2.2 Характеристика пирофиллитсодержащего минерального сырья

2.2.1 Структура минерала пирофиллита определяющая его технологические свойства

2.2.2 Особенности ПГП техногенных месторождений 42 Выводы

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПИРОФИЛЛИТСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ В ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ БПЦ

3.1 Особенности состава клинкера БПЦ и взаимодействия компонентов сырьевой смеси

3.2 Термодинамические расчеты реакций взаимодействия карбоната кальция с пирофиллитом

3.3 Оптимизация модульных характеристик клинкера из пирофиллитсодер-жащего сырья

Выводы

ГЛАВА 4. ПРИРОДООХРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ ПИРОФИЛЛИТСОДЕРЖАЩИХИ СУЛЬФАТСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

4.1 Особенности производства БПЦ на техногенной сырьевой базе

4.2 Подбор технологических параметров производства БПЦ с пирофиллит-сод ержащим сырьем

4.2.1 Выбор способа помола сырья для ускорения процессов синтеза клинкера

4.2.2 Интенсифицирующее действие сульфатсодержащих отходов в реакциях образования клинкерных минералов

4.2.3 Технологическая схема производства БПЦ и строительные свойства опытно-промышленной партии

4.3 Энергоэффективность технологии

4.4 Экономическое обоснование ресурсосберегающей технологии и ожидаемый экологический эффект

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Библиографический список

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Копия заявки на изобретение 125 ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акт внедрения технологии производства БПЦ в компании

ООО «Нордстэбраша»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Рациональное использование техногенных минеральных образований пирофиллитсодержащих пород Южного Урала»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Отработка колчеданных месторождений сопровождается образованием отвалов вскрышных пород и забалансовых руд, оказывающих негативное влияние на окружающую среду с изъятием земель, нарушением гидродинамического режима территории, интенсивным пылением, формированием атмогенных потоков рассеяния и др. Рациональное использование этих техно-генно-минеральных образований (ТМО) приводит к улучшению экологической обстановки и создаёт определенный экономический эффект.

Пирофиллитовая минерализация образуется в породах вмещающих колчеданные руды месторождений Куль-Юрт-Тау (Башкортостан), Гайское (Оренбургская область) и других. Карьеры данных месторождений уже отработаны, а отходы вскрышных пород складированы во внешние отвалы. Рациональное использование отходов вскрышных пород, которые могут являться сырьевой базой для производства белого портландцемента (БПЦ), решает не только экономическую задачу, но и значительно улучшает экологическую ситуацию в районах месторождений.

Вовлечение нового вида минерального сырья - пирофиллитсодержащих горных пород (111 II) - с организацией производства БПЦ в Уральском регионе позволяет также решить проблему высоких требований к минеральному сырью для данного вида продукции и расширить минерально-сырьевую базу. Актуальность проблемы разработки состава сырьевой смеси для изготовления клинкера и технологии производства БПЦ подтверждается запросами цементных заводов, а также различных отечественных и иностранных компаний.

В связи с актуальностью указанной проблемы на кафедре геоэкологии ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» были разработаны принципы использования вскрышных отходов, подобран состав сырьевой смеси и разработана технология производства БПЦ с повышенной белизной. Данная технология отвечает современным требованиям ресурсо- и энергосбережения и является эффективным способом производства строительных материалов.

Цель работы - разработать способ рационального использования пирофил-литсодержащих ТМО колчеданных месторождений Южного Урала в технологии производства БПЦ.

Для реализации поставленной цели исследований необходимо было решить следующие задачи:

• изучить геоэкологические условия размещения пирофиллитсодержащих ТМО месторождений Уральского региона;

• установить возможность использования пирофиллитсодержащих ТМО и сульфатсодержащих отходов в качестве сырьевого компонента и добавки-минерализатора при обжиге клинкера, изучить особенности их взаимодействия и основные строительно-технических свойства БПЦ на их основе;

• разработать ресурсо- и природоохранную технологию получения клинкера БПЦ с использованием сульфатсодержащих отходов и пирофиллитсодержащих вскрышных пород в качестве сырьевых компонентов, основываясь на особенностях термодинамических реакций взаимодействия сырьевых материалов и механизме реакций образования клинкерных минералов, влияющем на структуру клинкерных минералов БПЦ.

Идея работы заключается в разработке ресурсосберегающей природоохранной технологии изготовления БПЦ с использованием вскрышных пород колчеданных месторождений, содержащих пирофиллит, в качестве сырьевого компонента, что позволит снизить воздействие имеющихся отвалов на экологическую ситуацию районов их локализации.

Методы исследований:

• анализ научной литературы и патентов в области возможностей рационального использования минеральных ресурсов месторождений;

• научная систематизация и группирование известных и разработанных автором возможностей экологически щадящего освоения пирофиллитсодержащих ТМО;

• лабораторные эксперименты и опытно-промышленные испытания.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

• впервые предложено рациональное использование пирофиллитсодержа-щих ТМО колчеданных месторождений Южного Урала в промышленном производстве БПЦ в качестве сырьевого компонента при обжиге клинкера;

• рациональное использование в качестве сырьевого алюмосиликатного компонента исследуемых пирофиллитсодержащих ТМО экспериментально обосновано выявленными физико-химическими и термодинамическими особенностями процессов клинкерообразования при пониженной температуре, что обусловлено теплотой разложения пирофиллита и высокой химической активностью продуктов реакции дегидратации, а также природной дисперсностью активного ЭЮг в пирофиллитсодержащих породах;

• установлено интенсифицирующее действие на реакции клинкерообразования клинкеров БПЦ фторангидрита и фосфогипса - отходов производства фтористоводородной кислоты, обусловленное снижением вязкости жидкой фазы под комплексным воздействием ионов Б", Р4+ и 8042", что обосновывает утилизацию отходов данных производств в разработанной технологии производства БПЦ.

Практическая значимость диссертационной работы:

1. Разработан способ снижения техногенного атмогенного и гидрогенного воздействия колчеданных месторождений Куль-Юрт-Тау и Гайское путем утилизации отвальной породы в производстве БПЦ.

2. Разработан состав сырьевой смеси на основе пирофиллитсодержащих отходов для промышленного производства БПЦ при пониженных температурах, при этом готовый продукт соответствует техническим требованиям современных нормативных документов. Зарегистрирована заявка на патент Российской Федерации № 2012104505/03(006802) от 11.04.2012 г.

3. Разработаны физико-химические основы и природоохранная технология получения БПЦ с использованием в качестве сырьевых компонентов пирофиллитсодержащих ТМО и отходов производства фтористоводородной кислоты, отличающихся высокой белизной и химической активностью, что позволяет добиться энергосбережения и повышения качества конечного продукта, соответст-

вующего всем требованиям ГОСТ 965-89. Технология производства апробирована при изготовлении опытно-промышленной партии БПЦ в ООО «НордСтэбРаша» в 2012 г.

4. Результаты работы внедрены в учебный процесс по геоэкологическим дисциплинам в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций:

Достоверность полученных результатов работы обеспечена:

• обоснованным комплексом исследований с использованием стандартных и современных методов (рентгенофазовый, дифференциально-термический и электронно-микроскопические анализы);

• использованием поверенного лабораторного оборудования в лаборатории, прошедшей государственную аккредитацию;

• результатами определения свойств опытно-промышленной партии БПЦ, выпущенной по разработанной технологии в ООО «НордСтэбРаша».

Личный вклад автора:

Автор выполнил самостоятельно большую часть экспериментов и проанализировал результаты исследований под руководством научного руководителя. Все защищаемые результаты диссертационной работы получены лично автором или в соавторстве (см. список литературы).

Защищаемые положения:

• рациональное использование пирофиллитсодержащих ТМО в качестве алюмосиликатного компонента при производстве БПЦ снижает интенсивность отрицательного экологического воздействия на окружающую среду в районах локализации колчеданных месторождений за счет ежегодного уменьшения отвалов на 200 тыс. т на исследуемых объектах;

• методами технической минералогии выявлены закономерности взаимодействия карбоната кальция с пирофиллитсодержащим компонентом (температура начала реакции 700 °С) в процессе клинкерообразования, а также обоснованы

составы сырьевой смеси, обеспечивающие энергоемкое экологически безопасное изготовление БПЦ;

• ресурсосберегающая технология промышленного производства БПЦ, основанная на комплексном использовании техногенных отходов пирофиллитсо-держащих вскрышных пород и фторангидрита, позволяет получать высококачественный БПЦ, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 965-89 «Белый портландцемент. Технические условия».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих научных конференциях: Международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность горнопромышленных регионов» (Екатеринбург, 2013 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение» (Пенза, 2010 г.); Уральской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 2003 г.).

Публикации. Основные результаты исследований и положения работы опубликованы в 5 печатных работах, в том числе в ведущих рецензируемых изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК, - 2, получено «Уведомление о положительном результате формальной экспертизы» заявки на выдачу патента РФ № 2012104505/03(006802) от 11.04.2012 г.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка, приложений. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста и содержит 22 таблицы, 30 рисунков, список литературы из 148 наименований.

Работа выполнена на кафедре геоэкологии ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

ГЛАВА 1. УСЛОВИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ

Негативное воздействие на окружающую среду оказывает производственная деятельность горнодобывающих предприятий, что выражается в загрязнении атмосферного воздуха, воздействии на почвы, поверхностные и грунтовые воды, происходит сокращение площади земель сельскохозяйственного назначения с одновременным снижением их плодородности, нарушаются гидрологический и гидрогеологический режимы прилегающей территории. Основными загрязняющими факторами являются сточные техногенные воды с высоким содержанием тяжелых металлов и других элементов, а также запыленный воздух с большим содержанием взвеси.

1.1 Геологические особенности района размещения колчеданных месторождений Гайское и Куль-Юрт-Тау

Колчеданные месторождения - залежи сернистых (сульфидных) соединений металлов в недрах Земли, имеющие промышленное значение. Разделяются на серно-колчеданные, медно-колчеданные и полиметаллически-колчеданные месторождения. В рудах серно-колчеданных месторождений преобладают сульфиды железа - пирит, пирротин, марказит. В рудах медно-колчеданных месторождений, кроме того, присутствуют минералы меди - халькопирит, борнит, халькозин.

Колчеданные месторождения формируют залежи сплошных или массивных, а также вкрапленных руд. Эти залежи имеют форму пластов, линз, штоков и жил длиной до 5000 м, мощностью до 250 м, глубиной распространения до 2000 м. По условиям образования и нахождения колчеданные месторождения тесно связаны с основными вулканическими породами, излившимися на дне древних морей и формирующими протяженные офиолитовые пояса, характерные для ранней стадии геосинклинального развития. Колчеданные месторождения входят в состав таких вулканических поясов, образуя прерывистые цепи длиной до нескольких

тысяч км. Формирование данного типа месторождения обусловлено вулканическими процессами. Они возникают на поздней стадии вулканических циклов, после смены излияния основной магмы щелочными и кислыми лавами, сопровождающимися бурным выделением вулканических газов и жидких растворов. Такие растворы выносят большое количество металлов, которые соединяются с сернистыми возгонами и отлагаются в виде сульфидов.

На Урале проявления базальтоидного вулканизма и рудоносные формации установлены в трех эвгеосинклинальных зонах автономного развития (Тагило-Медногорской, Западно-Магнитогорской и Восточно-Магнитогорской), соответствующих среднеордовикско-венлокскому, верхнесилурийско-среднедевонскому и верхнесилурийско-франскому вулканическим циклам. Рудовмещающие разрезы указанных зон имеют как общие черты, так и существенные различия. Однако оруденение во всех зонах многоярусное [45, 69, 98].

Месторождение Куль-Юрт-Тау совместно с уже отработанными полиметаллическими месторождениями Графское, Троицкое, Новотроицкое образует единое рудное поле размером 2x3 км [5, 44]. Большая часть его территории закрыта аллювиальными и делювиальными отложениями. Рудное поле находится в северной части Баймак-Бурибайской вулканической зоны. Его меридиональные границы определяются площадью развития одноименного колчеданоносного комплекса, имеющего, по данным В. А. Маслова [69], эйфельский возраст. Строение рудного поля осложнено Западно-Ирендыкским разломом, имеющим протяженность около 70 км и крутое восточное падение (60-90°). Разлом является долгоживущей структурой, поскольку он заложился в среднем девоне, определяя границу Баймак-Бурибайской и Ирендыкской вулканических зон, наиболее значительные перемещения происходили в карбоне [44, 69]. Зона разлома имеет ширину от 200 до 1800 метров и представлена серией субмеридиональных зон рассланцевания и дробления [41]. Зафиксированы отдельные разрывы субширотного и северовосточного простирания, по которым смещены отдельные отрезки зоны.

Важными элементами структуры рудного поля являются две зоны интенсивно рассланцованных и гидротермально измененных пород [42]. В восточной

зоне серицит-хлорит-кварцевых метасоматитов, прослеживающейся на 2500 м при ширине 50-100 м, располагались небольшие линзо- и жилообразные залежи золотосодержащих медно-цинковых руд. Падение зоны восточное под углом 6070°. Тектоническое воздействие проявилось в слабом рассланцевании серицит-кварцевых метасамотитов и в формировании сланцевых текстур пирофиллитсо-держащих разновидностей. В западной зоне пирофиллит-кварцевых сланцев и кварцитов располагается серноколчеданная линза месторождения Куль-Юрт-Тау (рисунок 1.1). Данная зона имеет ширину 100-250 м и протяженность около 4 км; залегание ее субвертикальное. Наряду с серноколчеданной минерализацией в пределах зоны зафиксирована вкрапленность и прожилки молибденита.

Месторождение Куль-Юрт-Тау открыто в 1914 г. Южно-Уральским Горным Акционерным обществом, хотя золотоносные бурые железняки зоны окисления месторождения эпизодически разрабатывались еще в конце XIX в. Зона окисления месторождения, представленная золотосодержащими бурыми железняками, отрабатывалась с 1932 г. подземным, а в 1945-1958 гг. открытым способом. В 1936-1941 гг. переработка руды осуществлялась амальгамационной фабрикой; хвосты амальгамации подвергались цианированию. В 1942-1961 гг. на месторождении работал перколяционный завод производительностью 1,6 тыс.т руды в месяц. Извлечение золота достигало 70 %. В последние годы существования завода проводилась повторная переработка хвостов собственного производства прошлых лет [2].

В последующие годы (1973-1976 гг., 1984-1986 гг.) комбинат добывал на месторождении высококачественные серноколчеданные руды для поставок на экспорт и никелевые предприятия СССР. За время разработки месторождения добыто 867 тыс. т серноколчеданной руды. Руды, не соответствующие требованиям кондиций, складировались в отвалы отдельно от вскрышных пород [2, 42].

N I 1,1

Ю18 Ц7]9

Рисунок 1.1 - Схема геологического строения рудоносной зоны месторождения Куль-Юрт-Тау с геологическими разрезами [42] 1 - серноколчеданная залежь с оторочкой сульфидизированных кварцитов; 2 - пирофиллитовые кварциты; 3 - пирофиллит-кварцевые сланцы; 4 - пиритизи-рованные пирофиллит-кварцевые и серицит-кварцевые сланцы; 5 - хлорит-серицит-кварцевые сланцы; 6 - рассланцованные лавы и туфы андезито-базальтового и риолито-дацитового состава; 7 - дациты кварц-роговообманково-плагиоклазовые (субвулканическая фация); 8 - контуры карьера; 9 - скважины; 10 - разломы; 11 - докембрийские толщи Урал-Тау; 12 - палеозойские формации Магнитогорского синклинория.

Месторождение Куль-Юрт-Тау находится в 5 км от г. Баймак Республики Башкортостан (рисунок 1.2) и в настоящее время считается отработанным. Площадь карьера - 6,0 га, глубина - 90 м, нижняя часть его затоплена водой.

Рисунок 1.2 - Схема и космоснимок месторождения Куль-Юрт-Тау М 1 : 50000

Гайское медноколчеданное месторождение расположено на восточной окраине города Гай Оренбургской области (рисунок 1.3). Месторождение приурочено к водоразделу среднего течения р. Урал и верховьев речек Елшанки и Колпачка. Река Урал протекает в 15 км восточнее Гайского месторождения, а речки Колпачка и Елшанка имеют непостоянный водоток, пересыхают летом. Междуречное пространство представлено слегка всхолмленной с наклоном с востока на запад платообразной равниной, рассеченной широкими долинами оврагами.

В настоящее время месторождение вскрыто тремя карьерами, между ними расположен рудник шахты Южная, а вблизи карьера № 1 - шахты Клетьевская и Эксплуатационная.

По данным [87, 88, 109] колчеданные руды залегают в среднедевонских вулканогенных породах островодужной базальт-риолитовой ассоциации, в которых широкое распространение получила зеленокаменная ступень метаморфизма.

Как правило, рудные тела тяготеют к верхам эффузивной пачки кислого, чаще всего риодацитового состава, перекрытой или андезитобазальтами или маломощным горизонтом осадочных пород и затем мощной андезито-базальтовой пачкой. В лежачем боку колчеданной залежи в кислых лавах или туфах присутствует ореол интенсивно проявленных гидротермально-метасоматических изменений пород, которые выражены в их серицитизации, окварцевании и пиритизации, хлоритиза-ции, рассланцевании и брекчировании [88].

Рисунок 1.3 - Схема и космоснимок месторождения Гайское М 1 : 50000

Гайское месторождение представлено сближенными крутопадающими лин-зовидными рудными телами. По морфологии рудные тела представляют собой различные по размерам пласто-плито-линзообразные залежи сплошных колчеданов и прожилков вкрапленных руд, имеющих согласное залегание с вмещающими породами и характеризующихся резкими контактами со стороны висячего бока и постепенным со стороны лежачего. Они образуют плитообразную субмеридиональную рудную зону мощностью около от 300 до 800 м [109].

Первичные серноколчеданные руды характеризуются массивной или сланцеватой текстурой и зернистой структурой. Сложены преймущественно пиритом

й

(80-90 %) и кварцем (10-15 %) с примесью халькопирита, сфалерита, блеклой руды, гипогениого борнита и марказита. Мощность интервала развития рыхлых пирит-кварцевых пород составляет 2-3 м. Общая мощность зоны вторичного сульфидного обогащения варьирует в пределах 20-30 м. Зона выщелачивания имеет сложное строение и мощность 10-15 м [88]. Породы характеризуются чередованием слоев различного цвета и состава.

Морфология выделений кварца разнообразна. Распространены прозрачные агрегаты неправильной уплощенной формы размером 0,1-0,5 мм с многочисленными отпечатками на поверхности ромбододекаэдрических кристаллов и мелкими внутренними включениями пирита. Наряду с этими реликтами гипогенного кварца, большое распространение имеет кварц гипергенного происхождения: тонкодисперсный глиноподобный или опаловидный кварц белого, серого, темно-серого цвета, слагающий тонкие прослои в массе серы; встречаются и мелкие до 0,3 мм дипирамидально-призматические кристаллы горного хрусталя, имеющие гипергенное происхождение [109].

Зона окисления является наиболее мощной зоной профиля - 70 м. В строении можно выделить две подзоны: кварц-ярозитовую и железную шляпу. В нижней части кварц-ярозитовой подзоны сохраняются текстурно-структурные особенности зоны выщелачивания (рыхлое сложение и горизонтальная слоистость). Вверх по разрезу породы становятся более плотными, появляются вертикальные трещины, выполненные ярозитом, алунитом, опалом и каолинитом. Основные минералы подзоны - кварц и ярозит (содержание ярозита > 20 %). Выделяется несколько морфологических разновидностей ярозита. Во всем вертикальном интервале подзоны встречаются прожилки ярозита зеленовато-желтого, желто-бурого и коричневого цвета плотного скрытокристаллического сложения. На нижних горизонтах - рыхлый ярко-желтый тонкодисперсный ярозит, выполняющий мелкие трещины в массе кварцевых пород и образующий гнезда размером от 5 до 30 см. В верхней части разреза количество рыхлого ярозита сокращается, он слагает преимущественно плотные форфоровидные желваки неправильной, удлиненной

формы, средняя длина составляет 3-5 см (до 1 м). Основание южной зоны измененных пород, представлено кварцем, опалом и пирофиллитом [88].

Гайское месторождение является типичным для колчеданных месторождений уральского типа. Оно приурочено к крупной куполовидной постройке сложенной вулканогенными породами последовательно дифференцированной анде-зито-дацитовой формации, образующей асимметричную брахиантиклиналь с крутым восточным и пологим западным крыльями, приуроченную к Гайской зоне разломов, служившей выводным каналом для магматических расплавов и контролировавшей проявления девонского магматизма в пределах Гайского рудного района [88].

Ш231 ГГП2 р~пз РП4 СТП5 П^Пб

Рисунок 1.4 - Схематическая геологическая карта Гайского месторождения 1 - вулканомиктовые отложения улутауской свиты; 2 - андезит-базальтовая (4-я) и вулканогенно-осадочная (3-я) толщи (нерасчленённые) ирендыкской свиты; 3 -субвулканические и экструзивные тела кварцевых риодацитов; 4 - метасоматиты по породам рудовмещающей толщи; 5 - колчеданные рудные тела; 6 - геологические разрезы и их номера 16

ё

Освоение Гайского месторождения началась 1 января 1950 года, когда была организована поисково-разведочная партия. С 1951 года месторождение признано промышленным медно-колчеданным. Открытие мощных подсечений медных руд, послужило основанием для проектирования в районе г. Гай большого объема геологоразведочных работ, в результате выполнения которого Гайское медно-колчеданное месторождение было признано одним из крупнейших в мире.

Первоначально разрабатывался карьер № 1, на котором первый ковш вскрыши был вынут 9 мая 1959 года. Со времени открытия Гайского месторождения в 1949 г. оно было всесторонне изучено, его геологическая карта приведена по данным Гайского ГОКа (рисунок 1.4). В настоящее время месторождение отрабатывает ОАО «Гайский ГОК» - структурное подразделение холдинга УГМК, комбинат добывает медную, медно-цинковую и серную руды, основная часть которых перерабатывается на собственной обогатительной фабрике.

По степени геоэкологической опасности месторождения медноколчеданных руд классифицируют как особую группу объектов недропользования, в связи с тем, что в их пределах формируются наиболее глубоко преобразованные горнотехнические геосистемы по величине процессов техноморфогенеза и формирование различных по форме и концентрации геополей тяжелых металлов.

1.2 Влияние ТМО на геоэкологическую обстановку региона

Горнодобывающая промышленность существенно влияет на состояние окружающей среды. Наиболее сильное воздействие оказывается за счет истощения минеральных ресурсов и зачастую катастрофическое загрязнение окружающей среды отходами добычи и переработки руд. Данные Госкомстата России свидетельствуют: на долю горного производства приходится более 40 % всех нарушенных земель, более 30 % вредных выбросов в атмосферу и 10 % объема сточных вод [40, 92, 95, 114]. Особенностью горного производства является крупномас-штабность образования отходов, объемы которых только на стадии разработки месторождения в 4-5 раз превышают объемы добычи.

Оренбургская область, республика Башкортостан и территория Урала в целом относятся к старейшим горнозаводским регионам страны, что определяет экологической ситуацией как проблемную. Уральский регион является горнопромышленной территорией с развитой инфраструктурой. Горными работами существенно нарушен и продолжает нарушаться ландшафт местности, создавая дефицит земельных ресурсов [1, 93].

Нагружение поверхности недр вскрышными породами, которые совместно с техногенными пустотами создают момент относительно поверхности литосферы, что способно вызвать землетрясение (например, в Кемеровской области в 2013 г.). В связи с этим, прогнозируется возможность землетрясений, причиной которых может служить техногенная нагрузка на регион [37, 58].

Наибольшее воздействие оказывает разработка полезных ископаемых открытым способом, которое заключается в нарушении ландшафта, уничтожении почвенного и растительного покровов на значительных площадях отчужденных земель, загрязнении атмосферы, подземных и поверхностных вод, что характеризуется массовыми неконтролируемыми выбросами вредных веществ, оказывающих катастрофическое воздействие на окружающую среду и нарушающих процесс саморегулирования экосистемы. Разработка карьеров сопровождается извлечением из недр миллионов кубометров вскрышных пород и складированием их вокруг карьера, при этом образуются огромные техногенные пустоты, что приводит к негативным последствиям не только для окружающей среды. Ежегодно в мире добывается и перерабатывается свыше 1000 млрд. т минерального сырья и при этом извлекается на поверхность Земли 15-18 млрд. м вскрышных и некондиционных пород [62, 74, 92].

Экологические последствия открытых разработок полезных ископаемых:

• уничтожение почвенного и растительного покровов на территории карьеров и под отвалами хвостов обогащения, вскрышных и некондиционных руд;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Руднов, Василий Сергеевич, 2013 год

Библиографический список

1. Абдрахманов Р.Ф. Гидрогеоэкология Башкортостана - Уфа: Информрек-лама, 2005. 344 с.

2. Амосов Л.А., Мормиль С.И. Попутные полезные компоненты медных и железорудных месторождений Урала // Известия ВУЗов. Горный журнал 1996. № 3-4. С. 10-26.

3. Алиев В.И. Околорудные гидротермально-метасоматические изменения в Чирагидзор-Тоганолинском рудном поле - Баку, 1965

4. Аристов В.В. Записки ВМО - М., т.77, вып. 3, 1948

5. Артамонова С.В. Геоэкологические проблемы формирования природно-техногенных систем на примере Гайского месторождения Оренбургской области : Автореф. дисс.... канд. географ, наук. Астрахань, 2012. 23 с.

6. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона - М.: Стройиздат, 1981. 464 с.

7. Бабушкин В.И., Матвеев Г.М., Мчедлов-Петросян О.П. Термодинамика силикатов - М., 1972

8. Бейтс Р. Геология неметаллических полезных ископаемых - М., 1965

9. Белянкин Д.С., Иванов Б.В., Лапин В.В. Петрография технического камня-М., 1952

10. Биленко Л.Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах — М.: Недра, 1984. 200 с.

11. Богословский В.А., Жигалин А.Д., Хмелевской В.К. Экологическая геофизика - М.: Изд-во МГУ, 2000. 256 с.

12. Боженов П.И., Холопова Л.И. Цветные цементы и их применение в строительстве-Л.: Стройиздат, 1968. 176 с.

13. Большаков В.А., Краснова Н.М., Брисочкина Т.И., Сорокин С.Е., Гро-ковский В.Т. Аэротехногенное загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами: источники, масштабы, рекультивация. - М.: Почвенный институт им. В.В.Докучаева, 1993. 91 с.

14. Борискин В.П. Узбекский геологический журнал - Ташкент, № 1, 1968

15. Борнеман-Старынкевич И.Д. Руководство по расчету формул минералов -М., 1964

16. Будников П.П., Глуховеров A.JL, Федоров Г.А. Влияние восстановительной газовой среды на процесс образования ферритов и алюмоферритов кальция в условиях высокотемпературного обжига // Научные сообщения НИИЦемента -СПб., вып., 18 (49), 1964

17. Будников П.П., Косырева З.С. Белый гидравлический цемент на базе каолина и мела и его свойства // Труды Московского химико-технологического института - М., вып. 18, 1954

18. Буренков Э.К. и др. Многоцелевое геохимическое картирование - основа оценки загрязнения окружающей среды и экологического мониторинга // Разведка и охрана недр. 1998. № 6. С.23-29.

19. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Портландцементный клинкер - М.: Стройиз-дат, 1967. 304 с.

20. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Устойчивость твердых растворов алюмоферритов кальция при повышенной температуре // Силикаты - М., вып. 1, 1959

21. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Практикум по химической технологии вяжущих материалов -М.: Высшая школа, 1973. 504 с.

22. Бэрг Г.С. Флотируемость минералов - М., 1962

23. Василевский Б.Ф. Дайки и оруднение в юго-западных Гиссарах - Ташкент, 1968

24. Вертушков Г.Н. Записки Уральского геологического общества — Екатеринбург, вып. 2, 1948

25. Волконский Б.В., Коновалов П.Ф., Макашев С.Д. Минерализаторы в цементной промышленности -М.: Стройиздат, 1964. 200 с.

26. Волженский A.B., Буров Ю.С., Колокольников B.C. Минеральные вяжущие вещества - М.: Стройиздат, 1966. 408 с.

27. Гатт В., Нерс Р. Фазовый состав портландцементного клинкера // Шестой международный конгресс по химии цемента - М., 1976

28. Годлевский М.Н. Новое месторождение пирофиллита на Урале // Петрография и минералогия - М., сб. 2,1933

29. Головастиков Н.И., Матвеева Р.Г., Белов Н.В. Кристаллическая структура трехкальциевого силиката // Кристаллография - М., т.20, вып. 4, 1975

30. Горогоцкая Л.И., Литовченко A.C., Мельников A.A., Остапенко Г.Т., Ти-мошкова Л.П. Записки ВМО - М., т. 108, вып. 3, 1979

31. Грачьян А.Н. Исследование процесса отбеливания цементного клинкера быстрым охлаждением в воде. Автореф. Дисс. На соискание к.т.н. — Новочеркасск, 1978

32. Грачьян А.Н., Гайджуров П.П., Зубехин А.П., Ротыч И.В. Технология белого портландцемента-М.: Стройиздат, 1970. 72 с.

33. Грачьян А.Н., Зубехин А.П. Влияние минерализующих добавок на процесс обжига и свойства клинкера белого портландцемнта // Труды НПИ, т. 129, Новочеркасск, 1962

34. Грачьян А.Н., Зубехин А.П., Кононенко Н.В. Интенсификация размола сырья в производстве белого портландцемента // Известия ВУЗов «Химия и химическая технология» - М., №5,1964

35. Грачьян А.Н., Гайджуров П.П., Зубехин А.П. и др. Технология и свойства декоративных цементов - М.: ВНИИЭСМ, 1975. 70 с.

36. Грачьян А.Н., Гайджуров П.П., Калашников А.П. и др. Технология белого и цветных цементов - Ростов-на-Дону, 1965

37. Грязнов О.Н., Новиков В.П., Фельдман А.Л. Гидрогеологические и геоэкологические аспекты разработки рудных месторождений горно-складчатого Урала. // Известия вузов. Горный журнал. 1995. № 3. С. 126-129.

38. Грязнов О.Н., Семячков А.И., Парфенова Л.П. Загрязнение металлами подземных вод на объектах горно-металлургического комплекса Среднего Урала // Известия ВУЗов. Горный журнал. 2001. № 4-5. С. 223-233

39. Дорогокупец П.И., Карпов И.К. Физикохимия эндогенных процессов — Новосибирск, 1979

40. Емлин Э.Ф. Техногенез колчеданных месторождений Урала - Свердловск: Изд-во УГИ, 1991. 253 с.

41. Зайков В.В., Кораблев Г.Г., Удачин В.Н. Пирофиллитовое сырье палео-вулканических областей-М.: Наука, 1989. 128 с.

42. Зайков В.В., Синяковская И.В., Котляров В.А. Пирофиллитовое сырье месторождения Куль-Юрт-Тау (Башкирия) // Минералогия техногенеза и минерально-сырьевого комплекса Урала. Свердловск: УрО АН СССР, 1989

43. Захаров JI.A. Белый портландцемент из отходов промышленности // Цемент-М., №6, 1954

44. Захарова A.A. Формация пирофиллитовых сланцев на восточном склоне Южного Урала // Минералогия техногенеза и минерально-сырьевые комплексы Урала - Екатеринбург, 1988

45. Захарова A.A., Криницкая Е.Д. Позднепалеозойский метаморфизм сред-нералеозойских колчеданоносных зон на Южном Урале // Вопросы магматизма и метаморфизма Южного Урала - Уфа, 1982

46. Звягин Б.Б., Врублевская З.В., Жухлистов А.П., Сидоренко О.В., Соболева C.B., Федотов А.Ф. // Высокотемпературная электронография в исследовании слоистых минералов - М., 1979

47. Звягин Б.Б., Мищенко К.С., Соболева C.B. // Кристаллография - М., Т. 13, вып. 4, 1969

48. Зубехин А.П. Белый портландцемент - Ростов-на-Дону, 2004

49. Зубехин А.П. Эффективные способы обжига и отбеливания клинкера при получении декоративных цементов -М.: ВНИИЭСМ, 1979. 60 с.

50. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов. Справочник в 6 томах -М.: Экология, 1994-1997

51. Иванов O.K. Пирофиллит на Урале // Минералогия техногенеза и минерально-сырьевые комплексы Урала - Свердловск: УрО АН СССР, 1988. С. 107113.

52. Ильин В.Б. Система показателей для оценки загрязненности почв тяжелыми металлами // Агрохимия. 1995. № 1. С. 94-138.

* с

53. Иванова В. П. Труды III совещания по экспериментальной минералогии и петрографии - СПб., 1940

54. Кларк С.П. (мл.) // Справочник физических констант горных пород - М.,

1969

55. Климентов П.П., Кононов В.М. Методика гидрогеологических исследований - М.: Высшая школа, 1989. 448 с.

56. Козырев В.Н. Сырьевые ресурсы талька, волластонита, пирофиллита для керамической промышленности - М., 1973

57. Коновалов П.Ф., Волконский Б.В., Хашковская А.П. Атлас микроструктур цементных клинкеров, огнеупоров и шлаков - М., 1962

58. Королев З.А. Мониторинг геологической среды - М.: Изд-во МГУ, 1995. 272 с.

59. Крайнов С.Р., Швец В.М. Основы геохимии подземных вод - М.: Недра, 1980. 285 с.

60. Кропачев A.M. Факторы миграции и осаждения малых химических элементов в зоне гипергенеза - Пермь: Изд-во Пермского университета, 1973. 153 с

61. Кюль Г. Цветные и окрашенные цементы // ЦБТИ МПСМ СССР- М.,

1974

62. Ласкоин Б.Н., Барский Л.А., Персиц В.З. Безотходная технология переработки минерального сырья. Системный анализ - М.: Недра, 1984. 332 с.

63. Левинсон-Лессинг Ф.Ю. О пирофиллите из Пышминска (Березовска) на Урале // Записки минералогического общества. 1895. Ч. 33, вып. 2. С. 283-286.

64. Ли Ф.М. Химия цемента и бетона - М.: Росстройиздат, 1961. 646 с.

65. Логинов В.П. Алюмосилициты Кабанского колчеданного месторождения -М., 1951

66. Лугунина И.Г., Зубарева Г.П. Влияние зернового состава сырьевых смесей на микроструктуру клинкера // Известия ВУЗов «Химия и химическая технология» - М., № 3,1966

67. Милютин А.Г., Андросов Н.К., Калинин И.С., Порцевский А.К. Экология: геоэкология недропользования - М.: высшая школа, 2007. 440 с.

68. Макаров А.Б. Главные типы техногенно-минеральных месторождений Урала - Екатеринбург: изд-во УГГУ, 2006. 206 с.

69. Маслов В.А., Артюкова О.В., Барышев В.Н. Обоснование возраста рудоносных комплексов Бурибайского рудного района по фауне конодонтов - Уфа: Башкирский филиал АН СССР, 1984. 46 с.

70. Мельник Ю.М., Разумеева H.H. Минералогический сборник Львовского геологического общества - Львов, № 17, 1963

71. Минералы. Справочник. Диаграммы фазовых равновесий - М., вып. 1, 1974

72. Минералы. Справочник. Силикаты со структурой переходной от щелочной к слоистой. Слоистые силикаты - М., т. IV, вып. 1, 1992

73. Митрофанов С.И. // Исследование полезных ископаемых на обогати-мость-М., 1962

74. Михайлов Ю.В., Семячков А.И., Тагильцев С.Н. Гидрогеологические проблемы железорудных месторождений Среднего Урала - Свердловск, 1986. 46 с.

75. Окороков С.Д., Волконский Б.В., Яркина Т.Н. Особенности минералооб-разования при синтезе алюминатов кальция в присутствии фторсодержащих минерализаторов//Цемент. 1962. №4. С. 135-159.

76. Окороков С.Д., Голынко-Вольфсон С.Л., Яркина Т.Н. Влияние фторидов на минералообразоание в системе СаО - А120з - Si02 // Цемент - М., № 1, 1963

77. Омельяненко Б.И. Околорудные гидротермальные изменения пород-М., 1978

78. Орудэй Ф. Кристаллические структуры минералов клинкера // Четвертый международный конгресс по химии цемента - М., 1964

79. Осовецкий Б.М., Меньшикова Е.А. Миграция техногенных компонентов в речных долинах и ее влияние на состояние экосистем // Вестнк Пермского университета. 1996 № 4. С. 113-127.

80. Остапенко Г.Т., Горогоцкая Л.И., Тимошкова Л.И., Растеренко А.И. Геохимия-М.,№ 5, 1974

81. Остапенко Г.Т., Тимошкова Л.П., Горогоцкая Л.И. Геохимия-М., № 2,

1978

82. Перепелицын В.А. Основы технической минералогии и петрографии -М.: Недра, 1987. 255 с.

83. Петров В.П. Требования ИГЕМ АН СССР - М., вып. 95, 1963

84. Пономарев И.Ф., Грачьян А.Н., Зубехин А.П. Влияние минерализующих добавок на процесс образования цементного клинкера в зависимости от электроотрицательности катиона и аниона минерализатора // Доклады АН СССР - М., т. 166, №2, 1966

85. Пономарев И.Ф., Грачьян А.Н., Зубехин А.П., Мандрагин Ю.И. Об эффективности влияния минерализаторов на процесс клинкерообразования // Исследования в области химии силикатов и окислов — М., 1965

86. Потетенко Л.В., Камаева М.И., Гальперина Т.Я. Сырьевая база для производства белого и цветных цементов в Уральском регионе // Известия ВУЗов. Горный журнал - Екатеринбург, № 3-4, 1998

87. Пшеничный Г.Н. Минералогия и геохимия сульфидных месторождений Южного Урала и вмещающих их вулканогенных комплексов - Уфа, 1972

88. Пшеничный Г.Н. Гайское медноколчеданное месторождение Южного Урала-М., 1975

89. Пьячев В.А., Черепанова В.Н. Процессы, тормозящие клинкерообразова-ние при медленном нагреве сырья // Цемент - М., № 2,1962

90. Рояк С.М. К вопросу об интенсификации процесса обжига цементного клинкера // Труды НИИЦемента - М., вып. 2, 1949

91. Самарина B.C., Гаев А.Я., Нестеренко Ю.М. и др. Техногенная метамор-физация химического состава вод - Екатеринбург: Изд. УрО РАН, 1999 - 444 с.

92. Семячков А.И. Металлы в окружающей среде горно-металлургических комплексов Урала - Екатеринбург: Изд-во УГТГА, 2001. 320 с.

93. Семячков А.И. Методология оценки техногенной трансформации окружающей среды под воздействием горно-металлургических комплексов - Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН, 2007. 348 с.

94. Синяковская И.В., Зайков В.В., Юминов A.M. Справка о месторождениях пирофиллитового сырья южного Урала - Миасс, 1999

95. Смирнов В.И. Колчеданные месторождения мира - М., 1979

96. Слободяник И.Я., Кордюков В.Е., Левинзон A.A. Белый цемент // Цемент - М., № 6,1936

97. Солодский Н.Ф., Шамриков A.C., Погребенков В.М. Минерально-сырьевая база Урала для керамической, огнеупорной и стекольной промышленности. Справочное пособие / Под ред. проф. Г.Н. Масленниковой. - Томск: Изд-во ТПУ, 2009.-332 с.

98. Сопко П.Ф., Исмагилов М.И., Серавкин И.Б. и др. Колчеданные месторождения Баймакского рудного района - М., 1973

99. Сычев М.М. Твердение цементов - СПб, 1981

100. Сычева Л.И., Отсапчук О.В. Использование кремнегеля при обжиге белого портландцемнтного клинкера // Строительство и образование - Екатеринбург, вып. 5, 2002

101.Табаксблат Л.С. Микроэлементная «нагрузка» рудничных вод колчеданных месторождений // Известия ВУЗов. Горный журнал. 1995. № 3. С. 130-141.

102.Табаксблат Л.С. Техногенные попутные воды месторождений Урала // Известия ВУЗов. Горный журнал. 1997. № 11-12. С. 66-76.

103. Танкилевич И.М. Минералогический сборник - Львов, № 29, 1975

104. Торопов H.A. Химия цементов - М., 1956

105.Торопов H.A., Голынко-Вольфсон С.Л., Сычев И.М. Роль минерализаторов в формировании цементного клинкера // Труды совещания по химии цемента -М., 1956

106. Торопов H.A., Лугинина И.Г. О влиянии резкого нагрева на формирование цементного клинкера // Цемент - М., № 1, 1959

107. Тютюнова Ф.И. Физико-химические процессы в подземных водах - М.: Наука, 1976. 127 с.

108. Тяжелые металлы в окружающей среде / Под ред. В.В. Добровольского -М.: Изд-во МГУ, 1980. 131 с.

109.Удачин В.Н. Пирофиллитовое сырье Гайского месторождения // Минералогия месторождений и зон техногенезиса рудных районов Урала - Свердловск: УрО АН СССР, 1990. С. 50-72.

ПО.Удачин В.Н. Пирофиллитсодержащие метасамотиты Гайского рудного медно-колчеданного месторождения - Свердловск: УрО АН СССР, 1989. 58 с.

Ш.Федорова Т.К. Физико-химические процессы в подземных водах - М.: Недра, 1985. 181 с.

112. Фонарев В.И., Звягин Б.Б., Рудницкая Е.С., Сидоренко О.В. Фазовые равновесия и процессы минералообразования - М., вып. 3, 1973

ПЗ.Франк-Каменецкий В.А., Томашенко А.Н., Мищенко К.С., Котов Н.В. Кристаллография и кристаллохимия - СПб., вып. 3, 1974

114. Фрид Ж. Загрязнение подземных вод - М.: Недра, 1981. 300 с.

115.Холопова Л.И. Новый цветные цементы и их применение для наружной отделки зданий // Архитектура и строительство Ленинграда - СПб, № 7, 1964

116. Чайковский Г.П. Геогностические исследования в округе Екатеринбургских заводов // Горный журнал. 1830. Ч. 2, кн. 6. С. 282-290.

И7.Чебуков М.Ф. Влияние скорости нагрева сырья на скорость связывания извести при обжиге цементов, получаемых спеканием //ДАН СССР - М., № 4, 1950

И8.Череповский С.С. Процесс отбеливания в производстве белого портландцемента: Автореф. дисс.... канд. техн. наук. М., 1946. 22 с.

119. Череповский С.С., Алешина O.K. Производство белого и цветного портландцемента -М.: Стройиздат, 1964. 128 с.

120. Череповский С.С., Емельянова Д.Я. Использование полукислых латнен-ских глин для производства белого и цветных цементов // Технология белого и цветных цементов - М., 1965

121.Черносвитов Ю.А. Тальк и пирофиллит // Требования промышленности к качеству минерального сырья - М.: Вып. 1. 1961

122. Черняев A.M., Черняева JI.E., Еремеева М.Н. Гидрохимия болот: Урал и Приуралье - JL: Гидрометеоиздат, 1989. 429 с.

123. Шаяхметов У.Ш., Мустафин А.Г., Амиров Р.А. Пирофиллит и материалы на его основе - М.: Наука, 2007.168 с.

124. Шестаков В.М. Динамика подземных вод - М,: Изд-во МГУ, 1979. 358 с.

125. Anton О. Rev. roum. geol. Geophys. Et geogr. Ser. Geol. Vol. 13, № 1,1969

126. Brunauer S., Grenberg S.A. Chemistry of Cement - 1960

127. Chennaux G., Dunayer de Segonzac G. Bull. Serv. Carte geo. Vol. 20, № 4,

1967

128. Chennaux G., Dunayer de Segonzac G. C.r. Acad. Sci. Vol. 270, № 20, 1970

129. Folk R.L. Amer. J. Sci. Vol. 245, № 6, 1947

130. Gruner J.W. Econ. Geol. Vol. 39, № 8,1944

131. Harben P. // Ind. Miner Vol. 19, № 129, 1978

132. Hermann R.F. Bull. Des goc. Natur. Moscow, №11, 1829

133. Jeffery J.W. The crystal structure of tricalcium silicate // Acta. Cryst. - №5,

1952

134. Jurku E. Lepivost za Slincovania v cementazsnyck peciach // Stavivo, 1958

135. Lee G.H., Guggenheim S. // Amer. Miner. Vol. 66, № 3/4, 1981

136.Midgley H.G., Bennet M.W., Retford D., Pettifer K. The mineralogy of dical-cium silicate // Private communication

137. Moenke H. Mineralspektren Akad. Verl, 1962

138.Natof M. //Notes et mem. Serv. Geol. Maroc Vol. 28, № 211,1968

139. Noll W. Fortschr. Miner., 1935

140. Noll W. Tschermaks miner. Und petrogr. Mitt., 1936

141. Norton F. Ibid Vol. 24, № 1, 1939

142. Ray R., Osborn E.F. Amer. Miner. Vol. 39, № 11/12,1954

143. Rayner J.H., Brown G. // Clays and Clay Miner Vol. 13, 1966

144. Reed B.Z., Hemley J.J. US Geol. Surv. Profess. Pap. № 550-c, 1966

145. Rose G. Mineralogisch-geognostiche Reise nach dem Ural, dem Altai und dem Kaspischen Meere - Berlin, Bd. 1, 1837

146. Stevens R.E., Carron M.K. Amer. Miner. Vol. 33, № 1, 1948

147. Ueno M. Bull. Geol. Surv. Jap. Vol. 11, № 3, 1960

148. Wardle R., BrindlyG.W. // Amer. Miner. Vol. 57, № 5/6,1972