Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Санкт-Петербургский Государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине«Геохимия окружающей среды»

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема: Формирование техногенных ландшафтов районов расположения

горно-обогатительных комбинатов

Автор: студент гр. __________ ___
/Коржиков Д.Ю.
/

(подпись) (Ф.И.О.)

ОЦЕНКА:
___________

Дата: ________________

ПРОВЕРИЛ

Руководитель проекта: доцент
/ /

Санкт-Петербург

2000 год

Содержание.

Содержание курсовой работы……………………………………………стр.2

1.Аннотация……………………………………………………………….стр.3

2.Общие сведения о промышленном объекте………………...…………стр.5

3.Природные и техногенные ландшафты………………………………..стр.10

4.Техногенные ореолы и потоки загрязнения…………………………...стр.11

5.Процессы техногенной метаморфизации состава вод и пород………стр.20

6.Библиографический список…………………………………………….стр.23

Приложение 1……………………………………………………………...стр.24

Приложение 2……………………………………………………………...стр.25

Приложение 3……………………………………………………………...стр.26

1.Аннотация.

В представленной курсовой работе рассмотрена территория горно-промышленного комплекса “Фосфаты”, ведущего разработку Егорьевского месторождения фосфатов.

Указаны и охарактеризованы специфические виды техногенного ландшафта, характерные для данной территории.

Показано, что в районе расположения данного горного предприятия формируются два основных гидрохимических и пять литохимических ореолов загрязнения. Для всех ореолов рассчитаны коэффициенты контрастности и установлено, что наиболее контрастным из геохимических ореолов является ореол на правом берегу реки Натынки (в районе хвостохранилища ПКОФ), с превышением коэффициента суммарного загрязнения в 237 раз. Другой обширный геохимический ореол образовался на левом берегу (расположен он вокруг целого комплекса объектов: действующих хвостохранилищ рудопромывки и флотации, старых хвостохранилищ, отстойников, накопителя оборотной воды). Здесь наблюдается суммарный коэффициент контрастности 262. Для литохимического ореола на территории сельскохозяйственного освоения и в районе хвостохранилища рудопромывки и старых хвостохранилищ рассчитано превышение фоновых значений по фторидам , фосфатам , титану.

Рассчитаны насыщенности сточных вод основными загрязняющими компонентами и сделаны выводы о возможности протекания процессов осаждения этих компонентов.

Также составлены карты ландшафтов и ореолов загрязнения расположенных на территории предприятия.

Abstract

The phosphate occurence Egorevskoye is situated not far from town Voskresensk in Moscow region of Russia.

Phosphate mining is exert specific influence to environment. The tailing storehouses are creating the largest part of contamination of the underground water, surface water and terrain of this area. Faulting of tailing storehouse wall was the reason to formation a stream of pollution towards Ostashevka village. The largest part of contamination of the atmosphere are creating by the tubes of the mill.

At this work described an ecology situation near phosphate occurence and shows the level of influence to the environment. Also a map of soiling and pollution has been compiled.

2.Общие сведения о промышленном объекте .

Подмосковное производственное объединение “Фосфаты” разрабатывает Егорьевское месторождение фосфоритов.

Егорьевское месторождение расположено на юго-востоке Московской области.

Рельеф территории вне зоны техногенных преобразований водно-ледниковый пологоволнистый. Высотное положение определяется отметками 117-160 м. Более чем на 30 % территории естественный рельеф нарушен в связи с отработкой месторождения открытым карьерным способом и намывом отходов обогащения. Большая часть отработанных участков карьера спланирована и рекультивирована.

По территории месторождения протекает река Натынка с площадью водозабора 85,5 км²
, левый приток реки Москвы.

На территории, не подвергшейся техногенным изменениям, встречаются подзолистые, дерново-подзолистые и серые почвы, характеризующиеся низким pH и малым содержанием органических веществ. В качестве искусственных почв (на территории рекультивации) нанесен слой глауконитовых песков.

В климатическом отношение месторождение находится в зоне умеренно-континентального климата, под воздействием воздушных масс Арктического и Атлантического бассейна.

Среднегодовая температура района +3,8°С, средняя продолжительность безморозного сезона составляет 130 дней. Высота снежного покрова достигает 3 м. Преобладают ветры северо-западного направления при их скорости 3,1 м/с . Среднегодовое количество осадков 674 мм.

В геологическом строении Егорьевского месторождения фосфоритов принимают участие отложения юры, мела, неогена, антропогена. Продуктивные горизонты связаны с фосфоритовой серией волжского яруса верхней юры, состоящей из двух пластов полезного ископаемого: нижнего – «портланд», верхнего – «рязань» и залегающего между ними пласта глауконитовых пород. Фосфоритовые пласты залегают на келловей-оксфордских глинах верхней юры, мощностью до 30-35 метров, чёрных, слюдистых, с включением большого числа кальцитовых раковин.

Нижневолжский продуктивный фосфоритовый слой «портланд», представляет собой плиту, состоящую из желваков фосфоритов, фосфоритовых ядер, кальцитовых ростров белемнитов, сцементированных фосфатно-кальциевым цементом.

Слой «портланд» перекрывается слоем «аквилон», представленным фосфатизированными тёмно-зелеными глауконитовыми супесями.

Залегающий выше верхнеюрский эксплуатационный слой включает в себя ауцелловый фосфоритный слой серовато-зеленого цвета и фосфоритную плиту чёрного цвета. Фосфориты Егорьевского месторождения относятся к глауконитовой разновидности низкофосфатных фосфоритовых конкреций, содержащих 10,5 - 18,5% P₂
O₅
.

Породы фосфоритовой серии перекрываются отложениями валанжинского яруса нижнего мела, представленными буровато-серыми песчано-глинистыми породами, содержащими железисто-оолитовые зерна фосфоритов и толщей кварцевых слабослюдистых песков.

Выше залегают невыдержанные по простиранию кварцевые, слабослюдистые пески неогена, перекрывающиеся отложениями антропогена флювиогляциальными и аллювиальными песками, моренными суглинками, болотными отложениями.

В районах карьеров и хвостохранилищ в геологическом разрезе присутствуют техногенные отложения, представленные насыпными и намывными породами.

Насыпные породы образуются в результате складирования в отвалы вскрышных пород.

Намывные породы, являясь отходами обогащения фосфоритовой руды, представляют собой механические примеси и химические осадки, насыщенные концентрированными токсичными растворами, складируются на территории хвостового хозяйства.

В качестве примера геологического строения промплощадки приведем схематический разрез хранилища рудопромывки (рис. 1).

Вся промплощадка Егорьевского месторождения занимает площадь 3,72 км²
.

Основными видами производственной деятельности объединения “Фосфаты” является добыча фосфатов, обогащение и переработка их в кормовые обесфторенные фосфаты (ПКОФ). По направлению деятельности предприятие делится на производства по добыче и производства по их переработке.

Добыча фосфатов производится открытым способом – карьером вскрывающим юрский водоносный горизонт. Координаты карьера (1200;250) (координаты указаны согласно инженерно экологической план– схеме (приложение 1) и отсчитаны от левого нижнего угла) и его площадь 0,23км²
.

На территории промплощадки производства по переработке ПКОФ и обогащение полезного ископаемого располагаются следующие объекты:

- здание обогатительной фабрики рудопромывки (350;1150) и S=0.72*

*10^-2
км²
, (7)(номер объекта на инженерно экологической план–схеме (приложение 1)

- здание обогатительной фабрики флотации (180;1130) S=1.4*10^-2
км²
,(8),

- котельни (270;1000) 1.5*10^-2
км²
(170;1620) 1,4*10^-3
км²
, (3,10)

- здание ПКОФ (350;1730), 1,62*10^-2
км²
,(1),

с-з ю-в

1 , 2 , 3 , 4 , 5

Рис
. 1
. Схематический разрез хранилища рудопромывки
.

1 - глины ( Jз cl-ox) , 2-фосфориты ( Jз v) , 3 - насыпные пески , 4 - суглинки , 5 -намывные пески.

- теплица (70;1620) S=2,7*10^-3
км²
,

- также на территории есть хвостовое хозяйство, состоящее из: хвостохранилищ флотации, рудопромывки и старых, накопителя оборотной воды, отстойников. С общей площадью 0,24 км²
,

- железные дороги.

Всю эту информацию отражает инженерно экологическая план–схема (приложение 1).

Технологическая схема производства изображена на рис.2

Рис.2.Схема процесса добычи и переработки фосфоритов, а также образования отвалов отходов производства.

3.Природные и техногенные ландшафты.

Ландшафт
– основная единица физико-географического районирования – генетически единая территория с однотипным рельефом, геологическим строением, климатом, общим характером поверхностных и подземных вод, закономерным сочетанием почв, растительных и животных сообществ.

Техногенный ландшафт
– изменённый или искусственно созданный человеком на природной основе ландшафт, природное равновесие в котором постоянно поддерживается человеком.

Элементарный ландшафт
– это определенный элемент рельефа, сложенный одной породой или наносом, на протяжении которого сохраняется определенный тип почвы, и покрытый в каждый отдельный момент своего существования определенным растительным сообществом.

Согласно этим определениям на данной территории можно выделить как природные, так и техногенные ландшафты.

К техногенным ландшафтам можно отнести:

1. Территорию ПКОФ (1) и его хвостохранилище (2) –это техногенный горно-промышленный элювиальный ландшафт.

2. К востоку от хвостохранилища размещается пастбище (27) - это техногенный агро ландшафт.(биогенный).

3. Территория болот техногенного происхождения (18) -- это техногенный супераквальный ландшафт. Основное направление потоков загрязнения к реке Натынке и оз.Круглое. (абиогенный).

4. Территория обогатительных фабрик и хвостового хозяйства (8,7,11,12, 13,15,14,16,17) – пустынный техногенный абиогенный ландшафт с нулевой продуктивностью. Это территория, на которой складируются отходы производства и наблюдаются физико-химические, коллоидные, техногенные (трубопроводы) миграции элементов.

5. С/х рекультивации (20) - это техногенный агро-элювиальный ландшафт (биогенный). Литохимический поток загрязнения.

6. Лесохозяйственные рекультивации (21) техногенный лесохозяйственный элювиальный ландшафт. (биогеный).

7. Рекреационная рекультивация (22) - техногенный реакреционный элювиальный ландшафт. (биогеный).

8. Территория карьера, вырубки лесов,отвалов (24,25,26,19) - техногенный горно –промышленный элювиальный ландшафт . (абиогеный).

9. Река Натынка –техногенный аквальный ландшафт. Сюда относятся все потоки загрязняющих веществ, образуя литохимический ореол загрязнения.

Природным ландшафтом является: лес (23)- природный лесной элювиальный ландшафт. (биогенный)

Наглядную картину можно посмотреть на карте-схеме ландшафтов. (Приложение 2).

4.Техногенные ореолы и потоки загрязнения.

Ореолы – это участки площадного загрязнения, которые классифицируются на: литохимические (верхние слои литосферы), гидрохимические (подземные и поверхностные воды) и атмохимические (воздушный бассейн).

Потоки – это участки линейной формы с концентрациями загрязняющих компонентов во много раз превышающих фоновые значения или ПДК.

Ярко выраженные нарушения и загрязнения района исследований отображены в таблице 1.

Таблица1.

Источники воздействия на природную среду в районе АО “Фосфаты”.

4.1 Атмохимические ореолы.

Формирование атмохимических ореолов загрязнения вызвано газо-пылевыми выбросами в приземные слои атмосферы обогатительными фабриками и ПКОФ сернистого ангидрита, фосфорной пыли, фтористого водорода, а также переносом песка и пыли с территории хвостового хозяйства. Протяженность атмохимических ореолов загрязнения в районах обогатительных фабрик и ПКОФ до 10 км, и выходит за границы предложенной топографической основы.

4.2 Гидрохимические ореолы.

Хвостовое хозяйство обогатительных фабрик включает в себя пять хвостохранилищ, два из которых являются заполненными (старые хвостохранилища 11,12), к действующим относятся: хвостохранилище 14 – рудопромывочной фабрики, хвостохранилище ПКОФ 2, хвостохранилище флотационной обогатительной фабрики 15; отстойники 16,17, накопитель оборотной воды 13 (нумерация согласно план-схеме (приложение 1)). Площади и координаты всех основных источников загрязнения указаны в таблице 2.

Территория хвостового хозяйства расположена на отвалах отработанного карьера. Отходы обогащения намываются на насыпные песчаные отложения в виде пульпы. В течение 7-12 суток после сброса в хвостохранилищах намывные грунты преобразуются в осадок, а сточные воды попадают в систему водооборота, утечки из которой вследствие высоких фильтрационных способностей насыпных и намывных отложений и отсутствия изоляции дна и стенок хранилищ составляют до 75%.

Таблица 2

Площади и координаты основных источников

загрязнения исследуемого района.

*– площади вычислены методом точечной палетки.

Основными загрязняющими грунтовые воды компонентами на расмотреной территории являются соли смоляных и жирных кислот , сульфаты ,фосфаты и кальций. Утечки из старых хвостохранилищ отсутствуют, есть только инфильтрация атмосферных осадков.

На участках инфильтрации сточных вод флотационной фабрики в перечень основных загрязнителей добавляются нефтепродукты. Загрязнение органическими реагентами связано с флотореагентами. Наибольшую опасность для загрязнения природных вод представляет фильтрация сточных вод из хвостохранилищ расположенных на берегу реки Натынки и оз.Круглого. В местах загрузки сточных вод в реку состав речных вод практически адекватен составу дренажных вод.

Наибольшее контрастное загрязнение подземных вод наблюдается в районе шламонакопителя ПКОФ, дренажные воды которого богаты высокими концентрациями органических веществ, фторидов, фосфатов.

В следствие плохой изоляции дна и стенок хранилищ жидких отходов происходит инфильтрация сточных вод за пределы хранилища . При рассмотрении загрязнения в подземных водах в следствие выщелачивания и растворения твердых отходов атмосферными осадками и их инфильтрации в подземные воды . В рассмотренном случае контуром гидрохимического ореола загрязнения служит изолиния со значением коэффициента суммарного загрязнения равного единице.

Коэффициенты контрастности гидрохимических ореолов и потоков загрязнения определяют для каждого загрязняющего компонента относительно значений ПДК (К_к
^пдк
) и фоновых значений (К_к
^ф
).

К_ка
^пдк
=С^а
/ПДК^а
(4.2.1) ;

К_ка
^ф
=С^а
/С_ф
^а
(4.2.2);

Где в формулах (4.2.1) и (4.2.2) применяются обозначения:

С^а
– концентрация компонента А в загрязненных водах (мг/л; мг-экв./л для общей жесткости );

ПДК^а
- ПДК для компонента А (мг/л; мг-экв./л );

С_ф
^а
– фоновая концентрация компонента А (мг/л; мг-экв./л).

Все эти значения (С_ф
^а
, С ^а
, ПДК ^а
) даны в таблице 3.

Таблица 3.

Концентрация загрязняющих компонентов в подземных и поверхностных

водах, их фоновые значения и ПДК (мг/л)

Общую жесткость рассчитывают в ( мг-экв./л ) по формуле :

С^ож
.
=[Ca²⁺
]/20+[Mg²⁺
]/12 (4.2.3);

(ПДК^ож
=7мг-экв./л) .

Оценка степени загрязнения подземных и поверхностных вод производится по суммарному коэффициенту загрязнения вод , который можно рассчитать по формуле :

К_з
= К^пдк
_к
cl
+К^пдк
_к
so
+К^пдк
_кож
+К^пдк
_к
p
+К^пдк
к +К^пдк
_кс
.к
.
+К^пдк
_кс
.с
.
(4.2.4);

Таблица 4.

Коэффициенты контрастности и суммарного загрязнения

гидрогеохимических ореолов и потоков (относительно ПДК)

Рассчитанные значения К^пдк
_к
по 12 скваженам и всех хвостохранилищ приведены в таблице 4. А коэффициенты контрастности по фоновым концентрациям приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Коэффициенты контрастности и суммарного загрязнения

гидрогеохимических ореолов и потоков (относительно фона)

4.3. Литохимические ореолы и потоки загрязнений.

Образование литохимических ореолов загрязнения на рассматриваемой территории связано с накоплением на поверхности ландшафта техногенных отложений резко отличающихся по своему составу от почвенно-покровных отложений естественных ландшафтов в районах рекультивированных территорий и хвостового хозяйства.

Площадь литохимических ореолов загрязнения на территории сельскохозяйственного освоения составляет 450 га.

Для определения инородности техногенных пород для ландшафта Натынского водосбора определяется коэффициент контрастности техногенных литохимических ореолов К_к
(определяется по формуле (4.3.1)).

К_к
=С^а
/С^а
_ф
(4.3.1);

Где введены обозначения :

С^а
– концентрация компонента А в техногенных отложениях в % (данные по хранилищам даны в таблице 6);

С^а
_ф
– фоновые концентрации компонента А( даны в таблице 6).

Коэффициенты контрастности литохимических загрязнений указаны в таблице 7.

Рассматриваемые литохимические ореолы загрязнения контрастны по фосфатам, фторидам, сульфатам, карбонатам, кальцию, железу, титану (табл.7). Техногенные литохимические ореолы являются одной из причин формирования в подземных водах гидрогеохимических ореолов загрязнения.

Временными потоками и подземными водами происходит вынос водорастворимых солей и взвешенных частиц в реку Натынку, где в русловых отложениях формируется литохимический поток загрязнения.

Таблица 6

Состав загрязняющих компонентов в естественных

почвенно-покровных отложений

и техногенных отложений (%)

В результате ветровой и водной эрозии происходит вынос загрязняющих веществ за приделы участков складирования техногенных отложений и формирование переотложений литохимических ореолов загрязнения.

Таблица 7

Коэффициенты контрастности основных техногенных загрязнителей литохимических ореолов

На этих данных таблиц можно построить карту техногенных ореолов загрязнения (Приложение 3).

5.Процессы техногенной метаморфизации состава вод и пород.

При попадании сточных вод в природный ландшафт для них изменяются кислотно-щелочные и кислотно-восстановительные условия. В результате этого, у некоторых загрязняющих веществ, происходит резкое снижение миграционных способностей за счёт их осаждения. Процессы осаждения трудно растворимых веществ CaCO_3,
CaF₂
, CaHPO₄
описываются уравнениями:

Сa²⁺
+2F^-
« CaF₂
¯

Ca²⁺
+HPO₄
^2-
«CaHPO₄
¯;

Ca²⁺
+CO₃
^2-
« CaCO₃
¯;

Возможность прохождения процесса определяется насыщенностью (r) вод соединением .

При r < 1 – раствор недонасыщен соединением_.

r = 1 – наблюдается равновесие между жидкой и твёрдой фазой.

r > 1 – раствор перенасыщен соединением и происходит осаждение его из раствора.

Расчет насыщенности грунтовых вод трудно растворимыми соединениями производился в следующей последовательности.

1. Определение молярных концентраций основных компонентов, содержащихся в водах:

c_i
= (C_i
/ M_i
)´10^-3
, (4.1);

где C_i
– заданная концентрация i-го компонента в мг/л; M_i
– молекулярная масса i-го компонента.

2. Расчёт ионной силы раствора (I):

(4.2);

где z_i
– заряд i-го компонента.

3. Определение коэффициента активности (j) по закону Дебая-Гюккеля, который в упрощенном виде может быть рассчитан как:

, – для одновалентных ионов(4.3);

, – для двухвалентных ионов (4.4);

4. Определение активности (a):

a_i
= j_i
c_i
, (4.5); 5. Расчёт насыщенности (r):

, (4.6); где – растворимость соединения Me_z
X_y
в воде.

Для CaCO₃
L=10^-8.3
, CaF₂
L=4*10^-11
, CaHPO₄
L=2.7*10^-7
.

Таким методом можно рассчитать насыщенность вод CaHPO₄
, CaF₂
и CaCO_3
.

Так как при значениях рН менее 8 в составе вод преобладают ионы первой стадии диссоциации угольной кислоты – HCO₃
^-
, требуется предварительный условный перерасчет активностей ионов HCO₃
^-
в активности ионов СО₃
^2-
.

Диссоциация угольной кислоты происходит следующим образом:

Н₂
СО₃
« Н⁺
+ НСО₃
^-
« Н⁺
+ СО₃
^2-
,

Для второй стадии диссоциации справедливо выражение:

, (4.7);

где – константа второй стадии диссоциации угольной кислоты (10^-10,3
), а .

Тогда активность ионов CO₃
будет определяться как:

(4.8);

Все расчёты сведены в таблицу 8.

Таблица 8

Расчет насыщенности сточных вод трудно растворимыми соединениями

По результатам таблицы можно сделать вывод , что СaF₂
и CaCO₃
осаждается в хвостохранилеще рудопромывки и флотации ( т.к. их растворы перенасыщены (r>1)) , а CaHPO₄
находится в растворе в состояние недонасыщенности т.к. (r<1).

Библиографический список
.

1. Комисарчик М.А. Формирование техногенных ореолов и потоков загрязнения природных вод района Егорьевского месторождения фосфоритов: Автореф. дисс. … канд. геол.-мин. наук – СПб, 1993 –22с.

2. Лукашев К.И., Лукашев В.К. Геохимия зоны гипергенезиса. – Минск: Наука и техника, 1975.

3. Мирзаев Г.Г., Иванов Б.А., Щербаков В.М. Картографический метод исследований в инженерной экологии / ЛГИ, Л., 1998.

4. Пашкевич М.А. Геохимия окружающей среды / СПГГИ., СПб., 1997.

5. Перельман А.И. Геохимия природных вод. – М.: Наука, 1982.