Физико-химические факторы, влияющие на формирование техногенных вод и химизм окисления сульфидных минералов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №14 (94) июль-2 2015 г.

Дата публикации: 10.07.2015

Статья просмотрена: 211 раз

Библиографическое описание:

Савин А. А. Физико-химические факторы, влияющие на формирование техногенных вод и химизм окисления сульфидных минералов // Молодой ученый. — 2015. — №14. — С. 181-183. — URL https://moluch.ru/archive/94/20891/ (дата обращения: 23.10.2018).

Статья посвящена актуальному вопросу переработки техногенных вод ГОКов медноколчеданных месторождений. В частности рассмотрена актуальность деманганации техногенных вод, формирующихся на территории горных предприятий. Предложен комплекс методов по переработке и очистке гидротехногенных образований.

Ключевые слова: факторы, техногенез, техногенные воды, условия, процесс.

 

Современная гидрогеодинамическая и гидрогеохимическая структура подземной гидросферы Южного Урала сформировалась в результате длительной эволюции под воздействием комплекса естественноисторических процессов. В последние годы происходит глубокое проникновение техногенных процессов в геологическую среду (до 2000 м). Наиболее интенсивно техногенез формируется на территориях, где одновременно производится промышленное освоение целой группы близко расположенных друг к другу месторождений полезных ископаемых (Баймакский, Учалинский, Бурибаевский, Маканский и другие рудные районы) [1, 4].

Техногенная деградация подземной гидросферы горнорудных районов уральского региона носит локальный характер в пространстве (карьеры глубиной до 470 м и с отвалами высотой до 80 м), но длительный характер во временном отношении, что обусловлено накоплением огромных объемов твердых и «жидких» отходов. Трещинный и трещинно-жильный характер подземных вод, слабое развитие перекрывающих пород способствует беспрепятственному проникновению концентрированных растворов, содержащих тяжелые металлы, в водоносные горизонты. Все это приводит к формированию на территории горнорудных узлов техногенных гидрогеохимических полей трансформированных вод [2, 5].

Анализ схемы сбора техногенных вод на большинстве горнорудных предприятий Южного Урала и на Бурибаевском руднике, в частности, показал, что все стоки собираются в общий водосборник — хвостохранилище или пруды-отстойники, что приводит к разубоживанию концентрированных марганецсодержащих вод. При этом следует учитывать, что всякий компонент извлекать из какого-либо раствора тем проще, чем выше в нем его содержание. Это связано с изменением механизма процесса удаления примеси при изменении ее содержания в растворе. Системы с малым содержанием компонентов отличаются большей индивидуальностью, лиофильностью и требуют специфических методов извлечения [5].

Воздействие физико-географических и горно-геологических факторов на процесс формирования водопритока и химического состава поверхностных и подземных вод сопровождается физико-химическими процессами, результатом которых и является образование метаморфизованных вод. К физико-химическим факторам, влияющим на формирование состава вод, относятся химические свойства элементов горных пород и вод, щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия среды, растворимость солей, процессы диффузии, осмоса, смешения вод и катионного обмена, биохимические и другие процессы [3].

Химический состав вод зависит от состава и растворимости твердых веществ, с которыми вода взаимодействует, от условий, в которых это взаимодействие осуществляется. На контакте подземной воды с горными породами протекают физико-химические и биохимические процессы, основными из которых являются растворение (осаждение) твердых минеральных веществ, гидролиз, ионный обмен между горными породами и водой, преобразование и минерализация органического вещества, окисление и восстановление минеральных соединений [7, 13].

В результате смешения вод различных водоносных горизонтов и подземных вод с инфильтрующимися водами поверхностного происхождения (атмосферные осадки, поверхностные воды, сточные воды различного состава) происходит увеличение или уменьшение концентрации растворенных веществ в подземных водах [6, 14].

При контакте вод с минеральными веществами горных пород происходит их гидратация, которая ведет к разрушению кристаллических структур и переходу твердых веществ в растворенное состояние [4]. От кислотно-щелочной реакции воды, скорости ее движения, состава и структурных особенностей пород зависит интенсивность взаимодействия воды с минералами [2, 4].

Под влиянием кислорода воздуха и богатых кислородом инфильтрационных вод в верхних горизонтах залежей сульфидных руд развиваются процессы окисления сульфидных минералов, которые ведут к образованию хорошо растворимых в воде сернистых и сульфатных соединений [12].

Интенсивность процессов окисления, оказывающая влияние на формирование качественного состава вод, зависит также от генезиса медноколчеданных месторождений, геологического строения, минерального состава руд, условий залегания рудного тела и боковых пород, от вкрапленности рудных минералов, величины поверхности соприкосновения воды с сульфидами, растворимости сульфидов, скорости обновления воды, омывающей сульфиды, температуры, растворимости получаемых сульфатов, стабильности или метастабильности данных модификаций [12]. Поскольку медноколчеданные месторождения Среднего и Южного Урала образованны в результате единого геологического процесса, то и прослеживающиеся закономерности в образовании химического состава вод характерны для всех месторождений [14].

Значительное влияние на скорость окисления и растворения сульфидов оказывает изоморфизм — явление, присущее сульфидным рудам и проявляющееся в существовании большого числа минералов смешанного состава [4, 10]. Следует также отметить, что, электрохимические явления, возникающие на границе контакта различных минералов, имеющих различные потенциалы, усиливают процессы водяно-воздушного окисления.

Общую схему окисления сульфидов в присутствии кислорода и воды можно проиллюстрировать на примере пирита (FeS2) − наиболее широко распространенного минерала: 2FeS2+ 7О2 + Н2О = 2FeSO4 + 2H2SO4

Образовавшийся сульфат железа (II) в растворах невысокой кислотности и при наличии свободного кислорода оказывается неустойчивым и переходит в окисный сульфат: 12FeSО4 + 3О2 + 6Н2О = 4Fe2(SO4)3 + 4Fe(ОН)3

Сульфат железа (III), взаимодействуя с сульфидами, теряет кислород, восстанавливается до сульфата железа (II) по схеме:

Сера, как правило, в момент выделения в присутствии кислорода подвергается дальнейшему окислению до сульфат-иона, что наиболее явственно наблюдается в открытых горных выработках и на рудных складах:

Продукты окисления пирита − H2SO4 и Fe2(SO4)3 — оказывают сильнейшее растворяющее действие на большинство минералов, слагающих рудную массу и боковые породы. Действие H2SO4 на сульфиды в общем случае происходит по схеме:

FeS+ H2SO4 = FeSO4 + H2S

Окисный сульфат (Fe2(SO4)3) к тому же являясь энергичным окислителем, часто переносит кислород в такие горизонты месторождения, куда свободный атмосферный кислород обычно не проникает [12]. Закисный сульфат FeSO4 оказывает резкое восстановительное действие на целый ряд соединений зоны окисления.

Процессы окисления сульфидов дают начало возникновению разнообразным, хорошо растворимым в воде сульфатам, обусловливают значительный вынос цветных металлов из зоны медно-колчеданных месторождений [8, 10].

Сульфаты в зоне гипергенеза рудных месторождений многочисленны и разнообразны. Можно назвать около 120 минеральных видов этого класса, обнаруженных в составе окисленных руд, хотя далеко не все среди них дают ощутимые концентрации. Более 1/3 сульфатов зоны гипергенеза относится к солям Fe. На 2-е место по числу минеральных видов следует поставить соединения Cu и Zn [14].

Большинство среди рассматриваемых сульфатов — водные соединения, для которых характерны группы минералов, различающиеся только по количеству гидроксильной или молекулярной воды. Многие сульфаты в зоне гипергенеза представлены сезонными и техногенными образованиями, появляющимися лишь в строго определенных климатических условиях в зависимости от степени влажности среды и характера циркуляции вод, а также в обстановке, складывающейся в период разведки и эксплуатации месторождения.

Основная группа сульфатов — это купоросы — водные сульфаты Fe2+ или разности с изоморфной примесью Си, Zn, Мn и Mg [4, 9, 11, 12]. Образуются исключительно как сезонные или техногенные минералы — выцветы, налеты и порошковидные корочки на стенках горных выработок, на рудных отвалах, которые могут одновременно содержать два–три минерала, различающихся количеством воды.

Таким образом, формирование состава техногенных вод зависит от свойств химических элементов и их соединений (подвижности, способности вступать в реакции, растворимости, форм миграции) и тесно связаны с преобразованием горных пород и выносом из них растворенных компонентов.

 

Литература:

 

1.         Абдрахманов Р. Ф. Гидроэкология Башкортостана Уфа: Инфореклама, 2005.– 344 с.

2. Белан Л. Н. Геоэкология горнорудных районов Башкортостана: Монография. Уфа, РНО БашГУ, 2003. — 178 с.

3.         Борнеман-Старынкевич И. Д. Химические анализы и формулы минералов. М., 1969. — 256 с.

4.         Емлин Э. Ф. Техногенез колчеданных месторождений Урала. Свердловск: Изд-во Урал. университета, 1991. — 256 с.

5.         Курбангалеев С. Ш. Природоохранная деятельность ОАО «Учалинский ГОК» // Изв. вузов. Горный журнал, 2004, № 3. — С.52–56.

6.         Мишурина О. А. Электрофлотационное извлечение марганца из гидротехногенных ресурсов горных предприятий // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2009. № 3. С. 72–74.

7.         Мишурина О. А. Технология электрофлотационного извлечения марганца в комплексной переработке гидротехногенных георесурсов медноколчеданных месторождений. — автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук // Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова. Магнитогорск, 2010.

8.         Мишурина О. А., Муллина Э. Р. Химические закономерности процесса селективного извлечения марганца из техногенных вод // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2012, № 3. С. 58–62.

9.         Мишурина О. А., Муллина Э. Р. Технология электрохимической очистки сточных вод // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 4–1. С. 29–31.

10.     Мишурина О. А., Чупрова Л. В., Муллина Э. Р. Особенности химических способов извлечения марганца из технических растворов // Молодой учёный. — 2013. — № 5. — С.84–86.

11.     Мишурина О. А., Чупрова Л. В., Муллина Э. Р. Деманганация сточных вод растворами хлорной извести // Альманах современной науки и образования. — 2013. — № 9 (76). — С.115–118.

12.     Митрофанов С. И. и др. Комбинированные методы переработки окисленных и смешанных руд. М.:, Изд-во «Недра», 1970. — 288 с.

13.     Мустафин А. Г., Ковтуненко С. В., Пестриков С. В., Сибитова З. Ш. Исследование экологического состояния реки Таналык республики Башкортостан // Вестник Башкирского университета, 2007, № 4. — С. 43 − 44.

14.     Табаксблат Л. С. Техногенные попутные воды месторождений Урала//Известия вузов. Горный журнал. — 1997, № 11. — С. 66–75.

Основные термины (генерируются автоматически): вод, порода, Южный Урал, химический состав вод, III, подземная гидросфера, сульфат железа, вещество, Окисный сульфат, присутствие кислорода.


Ключевые слова

процесс., факторы, условия, техногенез, техногенные воды

Похожие статьи

Загрязняющие вещества в осадках и их влияние на почвы...

где и – содержание «избыточных», т. е. не морcкого происхождения сульфатов и общих сульфатов соответственно.

Сороковикова Л. М., Нецветаева О. Г., Томберг И. В., Ходжер Т. В., Погодаева Т. В. Влияние атмосферных осадков на химический состав речных вод...

Ионный состав природных вод Азербайджана | Статья в журнале...

В подземных водах с содержанием сульфат — иона обычно выше, чем в воде рек и озер.

Соединения железа очень часто встречаются в природных водах, причем переход железа в раствор может происходить под действием кислорода или кислот.

Ионный состав природных вод Астаринского района Азербайджана

В подземных водах с содержанием сульфат — иона обычно выше, чем в воде рек и озер.

Наиболее распространенными в природных водах газами являются кислород и углекислый газ.

Анализ химического состава воды термального источника «Аршан» Уйгурского района...

Исследование окислительной активности хлорсодержащих...

...сточных вод от поливалентных металлов (марганца, железа, хрома и др.), сероводорода

В. М., Леонов Б. И., Паничева С. А., Прилуцкий В. И., Шомовская Н. Ю. Химический состав и

натрия, окислительная активность, атомарный кислород, раствор, кислородное соединение...

Технология получения ферратов, предусматривающая...

Количество полученного сульфата бария было пропорционально количеству кислорода, высвободившегося из феррата калия.

химическое окисление соединений железа(II) и (III) в щелочных растворах; электрохимическое окисление железа в щелочных растворах...

Изменение качества подземных вод и особенности накопления...

По величине общей минерализации, жесткости, содержания сульфатов, меди, свинца, марганца, железа, кадмия, ртути, селена, ванадия, талия, бериллия, и ряда других

Данные о качественном составе вод золоотвала приведены в таблице 3. Таблица 3.

Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей

Следующими показателями состояния сточных вод являются сульфаты и хлориды.

Потребление кислорода обусловлено также химическими процессами окисления содержащихся в воде примесей, а также дыханием водных организмов.

Анализ химического состава воды термального источника...

Анализ химического состава воды выполнен действующими ГОСТами, СТ РК и методиками Республики Казахстан.

Содержание хлорид ионов и общая щелочность были определены по ГОСТ 26449.1–85, сульфат ионы по ГОСТ 4389–72, жесткость воды по ГОСТ 4151–72...

Загрязняющие вещества в осадках и их влияние на почвы...

где и – содержание «избыточных», т. е. не морcкого происхождения сульфатов и общих сульфатов соответственно.

Сороковикова Л. М., Нецветаева О. Г., Томберг И. В., Ходжер Т. В., Погодаева Т. В. Влияние атмосферных осадков на химический состав речных вод...

Ионный состав природных вод Азербайджана | Статья в журнале...

В подземных водах с содержанием сульфат — иона обычно выше, чем в воде рек и озер.

Соединения железа очень часто встречаются в природных водах, причем переход железа в раствор может происходить под действием кислорода или кислот.

Ионный состав природных вод Астаринского района Азербайджана

В подземных водах с содержанием сульфат — иона обычно выше, чем в воде рек и озер.

Наиболее распространенными в природных водах газами являются кислород и углекислый газ.

Анализ химического состава воды термального источника «Аршан» Уйгурского района...

Исследование окислительной активности хлорсодержащих...

...сточных вод от поливалентных металлов (марганца, железа, хрома и др.), сероводорода

В. М., Леонов Б. И., Паничева С. А., Прилуцкий В. И., Шомовская Н. Ю. Химический состав и

натрия, окислительная активность, атомарный кислород, раствор, кислородное соединение...

Технология получения ферратов, предусматривающая...

Количество полученного сульфата бария было пропорционально количеству кислорода, высвободившегося из феррата калия.

химическое окисление соединений железа(II) и (III) в щелочных растворах; электрохимическое окисление железа в щелочных растворах...

Изменение качества подземных вод и особенности накопления...

По величине общей минерализации, жесткости, содержания сульфатов, меди, свинца, марганца, железа, кадмия, ртути, селена, ванадия, талия, бериллия, и ряда других

Данные о качественном составе вод золоотвала приведены в таблице 3. Таблица 3.

Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей

Следующими показателями состояния сточных вод являются сульфаты и хлориды.

Потребление кислорода обусловлено также химическими процессами окисления содержащихся в воде примесей, а также дыханием водных организмов.

Анализ химического состава воды термального источника...

Анализ химического состава воды выполнен действующими ГОСТами, СТ РК и методиками Республики Казахстан.

Содержание хлорид ионов и общая щелочность были определены по ГОСТ 26449.1–85, сульфат ионы по ГОСТ 4389–72, жесткость воды по ГОСТ 4151–72...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Загрязняющие вещества в осадках и их влияние на почвы...

где и – содержание «избыточных», т. е. не морcкого происхождения сульфатов и общих сульфатов соответственно.

Сороковикова Л. М., Нецветаева О. Г., Томберг И. В., Ходжер Т. В., Погодаева Т. В. Влияние атмосферных осадков на химический состав речных вод...

Ионный состав природных вод Азербайджана | Статья в журнале...

В подземных водах с содержанием сульфат — иона обычно выше, чем в воде рек и озер.

Соединения железа очень часто встречаются в природных водах, причем переход железа в раствор может происходить под действием кислорода или кислот.

Ионный состав природных вод Астаринского района Азербайджана

В подземных водах с содержанием сульфат — иона обычно выше, чем в воде рек и озер.

Наиболее распространенными в природных водах газами являются кислород и углекислый газ.

Анализ химического состава воды термального источника «Аршан» Уйгурского района...

Исследование окислительной активности хлорсодержащих...

...сточных вод от поливалентных металлов (марганца, железа, хрома и др.), сероводорода

В. М., Леонов Б. И., Паничева С. А., Прилуцкий В. И., Шомовская Н. Ю. Химический состав и

натрия, окислительная активность, атомарный кислород, раствор, кислородное соединение...

Технология получения ферратов, предусматривающая...

Количество полученного сульфата бария было пропорционально количеству кислорода, высвободившегося из феррата калия.

химическое окисление соединений железа(II) и (III) в щелочных растворах; электрохимическое окисление железа в щелочных растворах...

Изменение качества подземных вод и особенности накопления...

По величине общей минерализации, жесткости, содержания сульфатов, меди, свинца, марганца, железа, кадмия, ртути, селена, ванадия, талия, бериллия, и ряда других

Данные о качественном составе вод золоотвала приведены в таблице 3. Таблица 3.

Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей

Следующими показателями состояния сточных вод являются сульфаты и хлориды.

Потребление кислорода обусловлено также химическими процессами окисления содержащихся в воде примесей, а также дыханием водных организмов.

Анализ химического состава воды термального источника...

Анализ химического состава воды выполнен действующими ГОСТами, СТ РК и методиками Республики Казахстан.

Содержание хлорид ионов и общая щелочность были определены по ГОСТ 26449.1–85, сульфат ионы по ГОСТ 4389–72, жесткость воды по ГОСТ 4151–72...

Загрязняющие вещества в осадках и их влияние на почвы...

где и – содержание «избыточных», т. е. не морcкого происхождения сульфатов и общих сульфатов соответственно.

Сороковикова Л. М., Нецветаева О. Г., Томберг И. В., Ходжер Т. В., Погодаева Т. В. Влияние атмосферных осадков на химический состав речных вод...

Ионный состав природных вод Азербайджана | Статья в журнале...

В подземных водах с содержанием сульфат — иона обычно выше, чем в воде рек и озер.

Соединения железа очень часто встречаются в природных водах, причем переход железа в раствор может происходить под действием кислорода или кислот.

Ионный состав природных вод Астаринского района Азербайджана

В подземных водах с содержанием сульфат — иона обычно выше, чем в воде рек и озер.

Наиболее распространенными в природных водах газами являются кислород и углекислый газ.

Анализ химического состава воды термального источника «Аршан» Уйгурского района...

Исследование окислительной активности хлорсодержащих...

...сточных вод от поливалентных металлов (марганца, железа, хрома и др.), сероводорода

В. М., Леонов Б. И., Паничева С. А., Прилуцкий В. И., Шомовская Н. Ю. Химический состав и

натрия, окислительная активность, атомарный кислород, раствор, кислородное соединение...

Технология получения ферратов, предусматривающая...

Количество полученного сульфата бария было пропорционально количеству кислорода, высвободившегося из феррата калия.

химическое окисление соединений железа(II) и (III) в щелочных растворах; электрохимическое окисление железа в щелочных растворах...

Изменение качества подземных вод и особенности накопления...

По величине общей минерализации, жесткости, содержания сульфатов, меди, свинца, марганца, железа, кадмия, ртути, селена, ванадия, талия, бериллия, и ряда других

Данные о качественном составе вод золоотвала приведены в таблице 3. Таблица 3.

Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей

Следующими показателями состояния сточных вод являются сульфаты и хлориды.

Потребление кислорода обусловлено также химическими процессами окисления содержащихся в воде примесей, а также дыханием водных организмов.

Анализ химического состава воды термального источника...

Анализ химического состава воды выполнен действующими ГОСТами, СТ РК и методиками Республики Казахстан.

Содержание хлорид ионов и общая щелочность были определены по ГОСТ 26449.1–85, сульфат ионы по ГОСТ 4389–72, жесткость воды по ГОСТ 4151–72...

Задать вопрос