Буронского рудного поля

Асп. Пухаева З.Э.

Кафедра геологии и поисково-разведочного дела.

Северо-Кавказский государственный технологический университет

Дана оценка основным рудным минералам как естественным источникам загрязнения окружающей среды на примере свинцово-цинковых месторождений Буронского рудного поля.

Нарушения экологического равновесия в биосфере могут быть вызваны различными причинами: природными глобальными и локальными эндо- и экзопроцессами, влиянием космогенных факторов и, наконец, антропогенными воздействиями на сферу влияния. Активное воздействие человека на среду обитания проявляется в нескольких главных направлениях антропогенной деятельности: в индустриальном, гражданском и дорожном строительстве, в гидроэнергетике, в разных отраслях тяжелой и легкой промышленности, в сельскохозяйственном производстве и в ходе интенсивного природопользования, в частности, в горно-промышленном комплексе. Влияние последнего направления антропогенеза на экологическую обстановку трудно переоценить. В процессе добычи полезных ископаемых извлекаются миллиарды тонн горной массы, нарушаются природные ландшафты, тысячи квадратных километров земной поверхности занимаются карьерами горно-добывающих предприятий, отвалами горных пород, хвостохранилищами. Вскрытие извлеченного из недр минерального вещества и перевод его на поверхность в иные термодинамические условия влечет за собой физическую и химическую трансформацию горных пород и минералов. На их основе формируются новые вторичные продукты разного фазового состояния, часто токсичные, что нередко создает угрожающую экологическую обстановку в районах ныне действующих и отработавших свой срок предприятий.

Экологические проблемы, вызванные деятельностью горно- обогатительных комбинатов, обусловлены как составом перерабатываемых руд и горных пород, так и технологией их добычи и обогащения. О составе потоков загрязняющих веществ, которые начнут формироваться с началом добычи и обогащения руд разведуемого месторождения, можно судить по распределению химических элементов в рудах и первичных ореолах. Эти данные определяют общий характер природных геохимических аномалий и ландшафтов изучаемого рудного поля.

Оценку эколого-геохимического состояния различных геохимических систем обычно проводят по следующим показателям: распространенности (содержанию) химических элементов (в планетарных системах это кларки, в меньших – фоновые содержания, законы распределения, дисперсия) и формы нахождения химических элементов.

Детальная оценка эколого-геохимической ситуации требует подразделения рудообразующих минералов как концентраторов примесных элементов. При этом необходимо учитывать доступность элементов, составляющих минералы, или скорость перехода элементов в доступную форму. Во многом это связано с растворимостью минералов.

Кислотно-основные свойства и условный потенциал ионизации. Характеристикой кислотно-основной силы соединений и минералов служит введенный В.А.Жариковым условный потенциал ионизации, который является объективной и строгой характеристикой, дающей возможность количественно выразить и сопоставить кислотно-основные свойства самых различных минералов и соединений.

Сопоставление кислотно-основных характеристик сульфидов свинцово-цинковых месторождений Буронского рудного поля показывает, что из рудообразующих минералов свинцово-цинковых месторождений наиболее неустойчивыми к окислению являются сульфиды, в частности, сульфиды железа (табл.1).

Таблица 1

Условные потенциалы ионизации рудных минералов

Минерал	Расчетная формула	Условный потенциал ионизации, Y, ккал/моль
Пирит	FexS1-x	218
Сфалерит	CuFeS2	208
Халькопирит	FeS2	199,8
Пирротин	ZnS	188
Галенит	PbS	178,5

В рудах колчеданно-полиметаллических месторождений Буронского рудного поля пирит является доминирующим рудным минералом, а в полиметаллических рудах Старого Цея доминирует сфалерит (табл.2).

Таблица 2

Среднее содержание рудообразующих минералов Буронского,

Староцейского и Садонского месторождений, %

Месторождение	Пирит	Пир- ротин	Сфале- рит	Марка- зит	Магне- тит	Гале- нит	Халькопирит
Бурон	55	25	4	2	5	4	5
Старый Цей	8	25	34	10	6	6	17
Садон	30	18	9	16	0,1	18	9

Как минералы-концентраторы, пирит и сфалерит в рудах изучаемых месторождений содержат заметные количества висмута, олова, кадмия, кобальта, серебра, мышьяка, индия, никеля, селена и титана.

Таким образом, из всех рудных минералов в составе месторождений Буронского рудного поля наиболее распространены пирит и сфалерит,* содержащие набор примесных элементов, относящихся к 1 и 2 группам экологической опасности. Поэтому они являются угрожающе опасными в экзогенных процессах, усугубляющихся техногенными процессами в окружающей среде.

Коэффициенты экологической опасности рудных минералов. Колчеданные и полиметаллические руды являются серьезным источником загрязнения окружающей среды на всех стадиях их технологической переработки: добыча, обогащение, металлургия. Рудообразующие элементы (S, Cu, Zn, иногда Pb) и большинство элементов-примесей (Co, Ni, Te, In, Ge, Tl, Cd и др.) относятся к элементам высокой (1 класс опасности) и повышенной (2 класс опасности) токсичности.

Химический состав одних и тех же минералов на отдельных месторождениях имеет индивидуальный характер и, в основном, зависит от состава рудоносных растворов и условий их формирования.

Классификация минералов по степени их экологической опасности, как естественных потенциальных источников загрязнения окружающей среды, находится на стадии разработки.

Подставляя в формулу Р. Моксхэма для определения коэффициента накопления микроэлементов в минералах вместо кларка элемента его ПДК в литосфере, получили новую формулу, которая и используется для определения коэффициента экологической опасности минерала, равного среднему содержанию изучаемой группы элементов, выраженному в ПДК:

 ,

где Сi – содержание элемента в минерале, г/т*.

По приведенным ниже формулам были рассчитаны коэффициенты экологической опасности основных рудообразующих минералов Садонского, Староцейского и Буронского месторождений:

,

где С - содержание элемента в минерале, г/т;

,

Z0 - суммарный коэффициент опасности;

n - количество проб.

Были получены следующие результаты (табл. 3):

- в рудах буронского типа наиболее опасными являются пирит, сфалерит и галенит (чрезвычайно опасные - ЧО);

- в рудах Старого Цея – пирит, галенит и сфалерит (ЧО);

- в рудах садонского типа – сфалерит, галенит и пирит (ЧО).

Таблица 3

Коэффициенты экологической опасности рудных минералов

	Месторождение
Минерал	Бурон	Старый Цей	Садон
	åKo	Zo	åKo	Zo	åKo	Zo
Галенит	517,61	506,61	639,35	628,35	723,87	712,87
Сфалерит	640,79	632,79	517,47	508,47	713,25	703,25
Пирит	2330,62	2319,62	1115,6	1104,6	515,21	504,21
Пирротин	97,08	88,08	39,76	30,76	24	16
Халькопирит	133,42	126,42	55,36	49,36	40,44	30,44

Таким образом, применяли два различных критерия для определения степени экологической опасности минералов, условный потенциал ионизации и коэффициент экологической опасности. С учетом распространенности исследуемых рудных минералов (см. табл. 2) в колчеданно-полиметаллических рудах буронского типа наиболее неустойчивыми и экологически опасными являются пирит и сфалерит , в рудах садонского типа – пирит и галенит; в полиметаллических рудах Старого Цея – сфалерит и пирит.

Негативное влияние сульфидов на окружающую среду

Руды полиметаллических месторождений Горной Осетии характеризуются относительно богатым спектром промышленно значимых элементов. Основными носителями примесей в рудах являются сульфиды, содержание которых определяет уровень концентрации рассеянных элементов.

Причем для значительной части примесных элементов их содержание в хвостах по сравнению с исходными рудами увеличивается на порядок и более.

Исследования и анализ данных по распределению различных элементов в продуктах обогащения показали, что подобная закономерность отчасти объясняется наличием некоторых количеств галенита и сфалерита, но, главным образом, присутствием в хвостах пирротина, пирита, халькопирита и других сульфидов (содержание которых не превышает 2 – 3 % от общего количества).

Среди отвальных продуктов различных обогатительных фабрик особой «железистостью» отличаются буронские хвосты, которые также характеризуются относительно высокими содержаниями кобальта и никеля. Это обусловлено, главным образом, наличием большого количества сульфидов (пирит, сфалерит и др.), составляющих основу руд, и, в меньшей мере, составом рудовмещающих пород.

Садонские хвосты содержат титан, германий и ванадий, которые находятся в примесной форме в сфалерите и сульфидах железа (пирите, пирротине и халькопирите). Расчет потенциальной экологической опасности данных сульфидов подтвердился.

Буронские хвосты отличаются набором примесных элементов, характерных для основных рудных минералов: пирита, пирротина, галенита и сфалерита. Теоретически опасность данных минералов также была рассчитана верно (см. табл. 3).

Таким образом, влияние сульфидов руд свинцово-цинковых месторождений Буронского рудного поля имеет двойственное направление: с одной стороны, неустойчивый характер основных рудных минералов – пирита, сфалерита и галенита создает благоприятные условия для образования активной серной кислоты, переводящей тяжелые металлы в подвижные формы. С другой стороны, как минералы-концентраторы ряда полезных примесей (кадмий, кобальт, мышьяк, индий, селен и др.), окисляясь, высвобождают тяжелые металлы, вызывая тем самым интенсивное загрязнение окружающей среды. Тем более что специфика экологических и гигиенических последствий техногенного загрязнения окружающей среды горно-промышленных территорий заключается в комплексности состава загрязняющих веществ, среди которых определяющую роль играют токсичные химические элементы. Токсичность химических элементов (и их соединений) зависит не только от их концентрации, а зачастую и от вида их нахождения в биосфере.

Заключение. Данные по параметрам распределения и запасам рудных тел с учетом форм их нахождения и вероятной подвижности в физико-химических условиях окружающей среды позволяют дать прогнозную оценку рудных месторождений как источников загрязнения.