Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование отходов металлургических предприятий Урала как источников химического загрязнения геологической среды

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Исследование отходов металлургических предприятий Урала как источников химического загрязнения геологической среды"

РГ8 ОА

6661 ;: «О

На правах рукописи

ЗЕМЦОВ НИКОЛАЙ СЕРГЕЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ УРАЛА КАК ИСТОЧНИКОВ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург 1999

Работа выполнена в Уральской государственной горно-геологической академии

Научный руководитель- кандидат геолого-минералогических наук,

доцент А.Г. Талалай

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Р.П. Савелов кандидат геолого-минералогических наук, доцент H.H. Панин

Ведущая организация - ОАО «Уральская геологосъемочная

экспедиция»

Защита состоится 2 марта 2000 г. в 14 часов на заседании диссертационно совета К.063.03.06 в Уральской государственной горно-геологической академ] (620144, г. Екатеринбург, Куйбышева, 30) в III уч. здании, ауд. 3307 (ул. Хохряко! 85).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральск государственной горно-геологической академии.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

сЬз1)°

1БЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

■ктуапьность работы

Окружающая среда и природные ресурсы являются народным богатством и храняются государством и Конституцией РФ. Состояние окружающей среды энтролируется в законодательном порядке и относится к вопросам зсударственной политики.

Для улучшения состояния окружающей среды и ослабления влияния 1грязнения окружающей среды на здоровье человека Госкомэкологии Российской едерации и Правительством Свердловской области разработан Региональный план :йствий по охране окружающей среды (РПДООС) для Свердловской области. Для эстижения цели план предусматривает реструктуризацию промышленного эоизводства, вывод из эксплуатации устаревших и несовершенных производств и Зорудования, внедрение экологически чистых технологий, совершенствование 1стем геоэкологического мониторинга, природоохранные мероприятия по :реработке техногенных отходов.

В связи с этим актуально изучение отходов предприятий металлургической юмышленности Свердловской области и всего Уральского региона как :точников химического загрязнения геологической среды.

Отходы предприятий металлургической промышленности представляют >бой объекты сложного строения. Состав и концентрации элементов-грязнителей в этих объектах меняются в широких диапазонах. Поэтому, для юведения исследований источников и объектов загрязнения окружающей среды ходами металлургических предприятий и геоэкологического мониторинга нужен бкий, эффективный, экспрессный аналитический комплекс, обуславливающий шение следующих задач:

1. Комплексный анализ источников и объектов химического

загрязнения: воды, воздуха, горных пород, почв и техногенных новообразований.

2. Экспрессное проведение исследований непосредственно на отвале, цехе и т.д.

3. Контролирование исходного сырья, выплавляемой продукции образующихся отходов металлургического производства в хо, технологического процесса.

Изучением влияния отходов и техногенных образований металлургическ; предприятий на окружающую среду уже занимались такие ученые как, К. Трубецкой, В.Н. Уманец, О.Н. Грязнов, Э.Ф. Емлин, В.Г. Зотеев, Ю.В. Сороки O.A. Доброва, A.B. Хохряков и др.

Аналитические комплексы для геоэкологических исследований предлагали различными исследователями: В.Т. Суриковым, О.Н. Павловичем, В.И. Коберо В.Н. Музгиным, А.Г. Талалаем, Т.А. Глушковой и др.

Автором предложен аппаратурно-методический комплекс для исследован! загрязнения геологической среды отходами металлургического производстЕ Новизна предложенного комплекса заключается в его гибкости для исследован! источников и объектов загрязнения геологической среды отхода.\ металлургического производства (в основном тяжелыми металлами), позволяющ( проводить экспресс-анализ как в лаборатории, так и на отвале, в цехе и определи легкие элементы, такие как Mg, AI, Si, Ca. Определение этих элементов, например металлургическом шлаке в ходе плавки, затруднено, поэтому методика экспрес определения этих элементов является актуальной и позволит снизить количест: шлака в ходе плавки до минимального уровня, что тоже является актуальным.

Кроме того, комплекс базируется на отечественных приборах и на поряд< отличается по стоимости от импортных аналогов.

Выбранный аппаратурно-методический комплекс применен для исследован! загрязнения окружающей среды отходами металлургических предприятий Урала позволил выявить опасные источники и объекты загрязнения.

[ель работы .

Исследований влияния на окружающую среду отходов металлургических редприятий Урала на как источников химического загрязнения, овершенствование уже существующих и разработка новых методических подходов ля геоэкологических исследований. Совершенствование методических основ для онтроля за ходом технологического процесса выплавки металла с целью меньшения отходов металлургического производства. [аучная новизна

1 .На примере Челябинского электрометаллургического комбината выявлены особенности строения и состава отложений полигонов твердых промышленных отходов металлургических предприятий.

2.Исследовано влияние на окружающую среду полигонов отходов предприятий металлургической промышленности Урала как стационарных источников химического загрязнения.

3.Выявлены закономерности распределения элементов в системе шлакоотвал - прилегающие территории.

4.На современном научном уровне отработана методика экспресс-анализа N^0, А120з, БЮг, СаО в шлаках металлургических производств.

5.Установлено, что грунты территории медеплавильного комбината представляют собой объект техногенного накопления тяжелых металлов.

6.Исследованы закономерности распределения элементов в почвах сельскохозяйственного района как территории с фоновыми содержаниями тяжелых металлов.

рактическая значимость и реализация результатов Практическая значимость работы:

-простота и экспрессность аппаратурно-методического комплекса; -возможность проведения экспресс-анализа непосредственно на объекте исследования: на отвале, в цехе и т.д;

-применение единого аппаратурного комплекса для анализа сыр]

выплавляемого металла и отходов металлургического производства; -возможность использования предложенного аппаратур!: методического комплекса для контроля технологического процесса целью уменьшения отходов металлургического производства; -использование отходов металлургического производства в качест техногенных месторождений, что позволит частично устрани источники загрязнения геологической среды, вследствие чего улучши экологическую обстановку в Уральском регионе; -методика экспресс-анализа N^0, А1203, БЮг, СаО внедрена Челябинском электрометаллургическом комбинате для контроля ходом технологического процесса выплавки металла по составу шлака -геоэкологические исследования почв Верхотурского района легли основу отчета для УралНИИгипрозема.

Защищаемые положения

1. Обоснование экологической опасности отходов предприят! металлургического комплекса как основного источника загрязнен] окружающей среды тяжелыми металлами и необходимости комплексно подхода к изучению многокомпонентных сред.

2. Оптимизация аппаратурно-методического комплекса для исследовал! источников и объектов химического загрязнения окружающей среды отходах металлургических предприятий. Разработанная методика экспресс-определеш петрогенных элементов А1, Са в металлургических шлаках с цель контроля технологического процесса и уменьшения отходе металлургического производства.

3. Рекомендации по методике измерений и обработке результатов экологичесм исследований загрязнения тяжелыми металлами почв, техногенных грунте прилегающих территорий и удаленных от металлургических предприят сельскохозяйственных районов.

Апробация работы

По теме работы были сделаны доклады: на Уральской летней шнералогической школе (Екатеринбург, УГГГА, 1997 г.); Научно-практическом еминаре Международной выставки «УРАЛЭКОЛОГИЯ-97» (Екатеринбург, 1997 ); Международной конференции «Горные науки на рубеже XXI века» Екатеринбург, 1997 г); Международной конференции «Экологическая геофизика и еохимия» (Москва - Дубна, 1998 г.); Научно-практическом семинаре Международной выставки «УРАЛЭКОЛОГИЯ-ТЕХНОГЕН 99» (Екатеринбург, 999 г.). Результаты работы также ежегодно докладывались на НТС Института спытаний и сертификации минерального сырья при УГГГА (1997,1998,1999 г.). 1сходные материалы и личный вклад в решение проблемы

В качестве исходных были использованы материалы исследований Института спытаний и сертификации минерального сырья и фондовые отчеты Уральской осударственной горно-геологической академии.

В основу диссертации положены результаты исследований, в которых автор ринимал непосредственное участие.

Автор выражает глубокую благодарность научному рукободителю иссертационной работы - кандидату геолого-минералогических наук, доценту алалаю А.Г.

Автор признателен кандидату технических наук Глушковой Т.А. за помощь и □действие при выполнении работы, научные консультации, советы и екомендации. Особую благодарность за помощь и содействие в написании работы втор считает своим долгом выразить д.г.-м.н., профессору Давыдову A.B., д.ф.-.н., профессору Давыдову Ю.Б., заведующему кафедрой геоинформатики к.г.-м.н., оценту Писецкому В.Б., к.г.-м.н., доценту Макарову А.Б., к.г.-м.н. Минцеву А.И., [адяк A.B., Локтионову О.Э., А.И., Шарову С.И., Бурову И.Б. и др., а также всем этрудникам Института испытаний и сертификации минерального сырья при ГГГА и кафедры геоинформатики.

Публикации

По теме диссертации опубликовано девять работ. Структура работы

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, спис использованной литературы и содержит 163 страницы печатного текста, 25 тaбл^ 48 рисунков. Список литературы состоит из 96 наименований.

В первой главе рассмотрены особенности строения полигонов тверд! промышленных отходов металлургических предприятий Урала (на примере ЧЭМ1 Во второй главе рассмотрены методы и аппаратура для определения элементно состава продукции и отходов металлургических предприятий. В третьей гла рассмотрен методический подход для анализа химического загрязнен геологической среды. В четвертой главе приведены результаты геоэкологическ исследований шламоотстойника ЧЭМК, грунтов комбината «Уралэлектромедь» почв Верхотурского района.

I. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ ПРОМЫШЛЕННЬ ОТХОДОВ ГОРНО-СКЛАДЧАТОГО УРАЛА

Геологическая среда, согласно определению Е. М. Сергеева, - это люб] горные породы и почвы, слагающие верхнюю часть земной коры, котор] рассматриваются как многокомпонентные системы, находящиеся под воздействи! инженерно-хозяйственной деятельности человека, в результате чего происход изменение природных геологических и возникновение новых антропогенш процессов, что, в свою очередь, вызывает изменение инженерно-геологическ условий определенной территории.

Таким образом, геологическая среда представляет собой комплексн) оболочку, включающую в себя горные породы, подземные воды, биоту, различи! геофизические поля (гравитационное, сейсмическое, электромагнитнс геотемпературное и т.д.). Верхняя граница геологической среды - земн поверхность, через которую происходит энергомассообмен с атмосфере гидросферой и биосферой, а также техносферой. Нижняя граница в естественш

словиях, как правило, - подошва зоны свободного водообмена подземных вод, в арушенных - поверхность, ограничивающая глубину проникновения техногенных арушений геологической среды.

Неотъемлемой частью геологической среды стали техногенные образования, олигоны твердых бытовых и промышленных отходов. Исследованиями этих бъектов занимались Трубецкой К.Н., Уманец В.Н., Никитин М.Б., Емлин Э.Ф., 'разное О.Н., Талалай А.Г., Рудницкий В.Ф. и др. Для Уральского региона арактерны отходы предприятий металлургии. В настоящее время накоплены громные массы отходов как самой металлургической промышленности, так и редприятий добычи и переработки сырья для металлургической промышленности.

Отвалы металлургических предприятий представляют собой довольно ножные объекты. Основные черты строения геологической среды этих бразований можно рассмотреть на примере отвала Челябинского чектрометаллургического комбината (АО "ЧЭМК").

Шлаковый отвал ЧЭМК имеет изометричную в плане форму (соотношение азмеров в плане около 1,5:1), плоского типа (соотношение площадей верхнего и ижиего основания менее 2). Площадь шлакового отвала около 38 га. Высота эртов отвала в настоящее время около 20 м. По данным бурения скважин Южно-ральской геологоразведочной партии мощность тела отвала колеблется от 16,4 до

1 м.

В образовавшийся шлаковый отвал вывезено шлака (млн. т.):

Производства низкоуглеродистого феррохрома Силикотермического силикокальция Ферросилиция и ферросиликохрома Углетермического силикокальция Углеродистого и передельного феррохрома Ферромолибдена Ферровольфрама

0,53 1,0 0,02 3,3 0,5 0,53

8,2

Помимо вышеуказанных шлаков в отвал поступили: шла среднеуглеродистого феррохрома, ферротитана, отсевы шихтовых материало] выломки футеровки печей и ковшей, а также отходы электродного производства другие материалы, приобретенные комбинатом и пришедшие в негодность.

Вывалка шлака и отходов производилась практически хаотично, бе соблюдения системы складирования. Вследствие этого строение отвала достаточн сложное. Большая часть поверхности отвала покрыта пылью различны производств, которая в последующем проходит процессы литификаци (слёживания), превращаясь в слабо сцементированные тонкообломочные породь Распределение шлаков по поверхности и в разрезе тела отвала неоднороднс каменистые шлаки чередуются с пылями, саморассыпающимися шлаками другими отходами промпроизводств.

В элементы, характерные для отвала, т.е. в геохимический спект техногенных образований, можно включить: титан, марганец, молибден, мед1 никель, барий, кобальт, ванадий, бериллий. Для отдельных разновидностей шлако отмечается присутствие скандия, германия и индия.

В целом полигоны отходов предприятий металлургического производств отличаются сложным строением и составом. Отходы различных металлургически предприятий могут коренным образом отличаться друг от друга как по спектр элементов, так и по диапазону их концентраций. Поэтому для исследования отходо металлургических предприятий нужен гибкий аналитический комплекс II. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПРОДУКЦИИ I ОТХОДОВ

Для определения элементного состава применяют различные методы химические, физико-химические, спектральные, рентгеноспектральные, атомно абсорбционные и др. (Алексеев В.Н., Вольдсет Р., Бахтияров A.B., Афонин В.П Гуничева Т.Н., Пискунова Л.Ф., Талдеши Ю., Клер Э. и др.).

Рентгеноспектральные методы анализа занимают далеко не последнее мест среди количественных методов исследования элементного состава и являютс

перспективными. В связи с развитием науки и техники стало возможным создание малогабаритных экспресс - анализирующих систем, в том числе для анализа на пегкие элементы (с атомным номером менее 20).

Исследования, представленные в настоящей работе, были выполнены с использованием рентгенофлуоресцентного сканирующего кристалл-цифракционного спектрометра «Спектроскан» и модернизированного эентгеновского бездифракционного анализатора «Барс ЗМ».

Спектрометр «Спектроскан» является малогабаритным отечественным прибором, который можно использовать для решения широкого круга технологических и экологических задач.

Маломощная рентгеновская трубка облучает исследуемую зону образца диаметр зоны около 10 мм). Возбуждаемое этим излучением характеристическое флуоресцентное излучение образца попадает на- фокусирующий кристалл-шализатор 1лБ(200), который в зависимости от угла падения излучения последовательно выделяет характеристические линии элементов, входящих в состав збразца, согласно формуле Вульфа-Брэгга: п ■ Я, = 2 • (1 ■ эт в , где Л, - длина волны падающего излучения; п - порядок отражения кристалла (п=1,2,);

2-е/ - постоянная кристаллической решетки кристалла - анализатора; в - угол падения излучения на кристалл.

Диапазон определяемых элементов наиболее широко распространенной лодификации прибора - от кальция до урана. Пределы обнаружения для юльшинства элементов составляют 5-20 г/т (при анализе по линиям К - серий :арактеристического излучения), исключением являются Са (аналитической линией шляется Кр-линия) и элементы от молибдена до сурьмы, для которых пределы »бнаружения составляют величину порядка 0,05-0,1%. Энергетическое разрешение ¡0 эВ (по линии железа Ка).

«Спектроскан» может работать как в автономном режиме, так и на линии ЭВМ типа IBM и позволяет выполнять экспрессный анализ проб различного состав и агрегатного состояния на широкий круг элементов.

Анализатор рентгеновский бездифракционный "Барс-3" (модернизированный предназначен для экспрессного определения элементов от магния до молибдена (п< К - серии рентгеновского излучения) и от магния до урана (по L- сери рентгеновского излучения).

Анализатор состоит из двух блоков: пульта управления (габариты, мм 160x190x360), датчика (габариты, мм - 156-156-316), которые соединены межд; собой кабелем. Масса анализатора не более 13 кг. Анализируемые объекты порошкообразные пробы крупностью. 0,05-0,07 мм (шлаки, сырье, продукция' сплавы (в том числе в виде цельного куска), стружка и т.д.

Анализатор имеет сменные головки, каждая из которых настроена на четыр определенных элемента, например: 1- Fe, Си, Zn, Pb; 2 - Ti, Cr, Ni, Mn; 3 - Mg, Al Si, Ca и т.д.

III. МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДО! МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Для того, чтобы выявить степень и пути химического загрязнения геологическо! среды отходами металлургических предприятий (или других промышленны; предприятий), необходимо проводить исследования: почв, в том числе техногенн< измененных; горных пород и продуктов их переработки; поверхностных вод и boj зоны аэрации; загрязнения воздуха.

Для проведения этих исследований предлагается использование аналитической комплекса, состоящего из двух приборов: рентгенофлуоресцентного сканирующей кристалл-дифракционного спектрометра «Спектроскан» и модернизированной рентгеновского бездифракционного анализатора «Барс ЗМ».

Данный комплекс позволяет проводить комплексный анализ объектов водных, воздушных проб, а также почв, горных пород, руд, тверды: промышленных отходов. Совместное использование этих приборов облегчаете:

ем, что размеры пробоприемных устройств совпадают. Пробы, приготовленные ля одного прибора, могут анализироваться на другом. «Барс ЗМ» является [ереносным прибором и позволяет проводить анализ в цехе, на отвале, в поле и т.д. 'роме тяжелых металлов, которые являются основными загрязнителями кружающей среды отходами металлургических предприятий, анализатор «Барс М» позволяет проводить анализ на петрогенные элементы (легкие), такие, как VI, Са.

Для этих приборов уже имеется ряд тестированных методик для анализа •азличных продуктов. Автором была проведена исследовательская работа, езультатом которой стали разработка и опробование нескольких методик пределения элементного состава различных продуктов.

Для исследования химического загрязнения окружающей среды отходами ¡еталлургических предприятий на рентгеновском кристалл-дифракционном пектрометре «Спектроскан» применяются следующие тестированные методики:

1 .Методика определения содержаний хрома, марганца (МпО), железа (Ре20з), обальта, никеля, меди, цинка и свинца в порошковых пробах почв и донных тложений (МВИ № ЭС 114-94).

2.Методика определения содержаний хрома, марганца, железа, кобальта, икеля, меди, цинка, мышьяка, свинца, вольфрама, рубидия, стронция, иттрия, иркония, ниобия, молибдена в порошковых пробах горных пород, руд и продуктов х переработки (МВИ № 6-94).

3.Методика определения содержаний металлов (В1, РЬ, Си(И), Со, Ре(Ш), 4п(П), Сг(Ш), V) при анализе вод на сорбционных целлюлозных ДЭТАТА -жльтрах рентгенофлуоресцентным методом (МВИ№ 8-93).

4. Методика определения ионов металлов (свинца, цинка, меди, никеля, рома, кобальта, железа, марганца) в питьевой, природной и очищенных сточных одах (МВИ № ЭС 883-94).

На рентгеновском бездифракционном анализаторе «Барс-3 М» в налитической лаборатории Испытательного центра проведен ряд исследований.

Цель исследований - определение возможности анализа почв, горных пород, руд твердых промышленных отходов на анализаторе «Барс-3 М». В работ использованы государственные стандартные образцы различных типов поч; горных пород, руд, донных отложений и зол бурого угля, а также шлаки различны производств ЧЭМК (низкоуглеродистого феррохрома; высокоуглеродистог феррохрома, ферровольфрама) и НТМК. Исследованы руды, поступающие н ЧЭМК с различных месторождений: марганцевые руды, хромитовые руд Донского месторождения, месторождения Хары, Верхне-Уфалейског месторождения. Исследовались элементы А1, 51, Са, Мп, Сг, Бе, концентраци которых изменялись в широких диапазонах. Рассматривались различные способ пробоподготовки и степень измельчения проб. В результате исследовани отработаны методики: определения элементного состава в горных породах, рудах почвах; определения MgO, А120з, 8 Юг, СаО в шлаках ЧЭМК.

Предложенная методика анализа шлаков позволяет оперативно анализироват шлаки, в том числе непосредственно в цехе и на отвале. Анализ одной проб] занимает от 3 до 15 минут, в зависимости от требуемой точности и количеств определяемых элементов.

В табл. 1 представлены диапазоны содержаний элементов в шлаках погрешность их определения данной методикой.

Таблица

\ МбО А1203 СаО

f 1.5 3.7 18 11

С мах , % 3 6,4 50 22

О", % 0.05 0.14 0.85 0.44

а, % - погрешность определени По результатом измерений определена воспроизводимость и правильност методики. Воспроизводимость методики (82ВОспр, %): М§0 - 0.026, А1203 - 0.179, - 1.510, СаО - 0.126.

По результатам вычислений систематическая ошибка в измерения отсутствует.

V. ТРАНСФОРМАЦИЯ ОТХОДОВ В СУБАЭРАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ И ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

Отходы предприятий, попадающие в отвалы и другие места накопления шламонакопители, склады и т.д.), под воздействием окружающей среды одвергаются трансформации.

Выделяют два типа трансформации: физическая и химическая.

При физической трансформации происходит частичное разрушение и плотнение (слёживание). Межпоровое пространство заполняется мелкими астицами и продуктами привноса (процесс кальмотажа). К химическим процессам рансформации относятся реакции окисления.

Загрязнение геологической среды техногенными отходами происходит эрогенным и гидрогенным путем. К аэрогенному загрязнению относится в первую чередь пыление, которое происходит при выгрузке шлаков и при ветровой эрозии твапов. Размеры зоны и направление аэрогенного загрязнения зависят от ветров, реобладающих в данном регионе, температурного режима и режима атмосферных садков. Результатом аэрогенного загрязнения является загрязнение почв. 1тмосферный бассейн является только транспортирующей средой. Гидрогенное агрязнение определяется режимом наземных и грунтовых вод. Характер и скорость ыноса веществ из отходов зависят от условий омывания шлаков водой, количества режима атмосферных осадков, количества наземных вод и свойств самих шлаков.

Загрязнение подземных вод происходит в результате выщелачивания агрязняющих компонентов атмосферными осадками и инфильтрации их через лощадь отвала до уровня грунтовых вод. Интенсивность загрязнения зависит от пособности элементов к выщелачиванию, фильтрационного объема атмосферных од и защитных свойств зоны аэрации. Обогащенные загрязняющими веществами в езультате выщелачивания атмосферные осадки поступают на подошву отвала, а атем попадают в подземные воды.

Защищенность подземных вод определяется глубиной залегания подземных од, мощностью слабопроницаемых отложений в разрезе, фильтрационными

свойствами пород. Существенную роль также играют активная пористость абсорбционные свойства пород.

В результате воздействия отходов металлургических предприятий I окружающую среду в ней происходит накопление элементов-загрязнителей. Г опасности вещества, попадающие в окружающую среду, делятся на 3 класса (ГОС 17.4.1.02-83): I - мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, селен, цинк, фтор, бенз(а)пирен; - бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром; III - барий, ванади вольфрам, марганец, стронций, ацетофенон.

Загрязнению отходами металлургических производств прежде все! подвергаются грунты отвалов и почвы близко расположенных территорий. В Таб. 2 приведены уровни загрязнения почв для различных элементов.

Таблица

Показатели уровня загрязнения почв и донных осадков (по ВСЕГИНГЕО, 1995)

Токсичные вещества Содержание, мг/кг

допустимое умеренно опасное опасное чрезвычайно опасное

Свинец До 125 125-250 250-600 >6000

Мышьяк До 20 20-30 30-50 >50

Цинк До 500 500-1500 1500-3000 >3000

Медь До 200 200-300 300-500 >500

Никель До 150 150-300 300-500 >500

Хром До 250 250-500 500-800 >800

Ванадий До 225 225-300 300-350 >350

Результатом трансформации и воздействия на геологическую среду отходе металлургического производства является её загрязнение тяжелыми металлам

эдержание этих элементов в почвах, фунтах, воде и т.д. нормируется, так как >вышенные концентрации тяжелых металлов опасны для человека и живых >ганизмов. Поэтому необходим контроль за состоянием окружающей среды, юбенно в районах крупных металлургических предприятий.

С целью выявления источников и объектов химического загрязнения автором юведены исследования, результаты которых приведены ниже, [ламонакопитель ЧЭМК

Овражно-балочный шламонакопитель ЧЭМК построен в две очереди: первая ,ана в эксплуатацию в 1964 г, вторая - в 19В0 г.

Доставка отходов производится гидротранспортом. Сооружение подключено «грязному оборотному циклу» и выполняет двойную функцию: пруда осветления емкости для складирования твердой фазы отходов производства ЧЭМК и эразивного завода.

В накопитель поступают стоки котельной кислородной станции, газоочистки, :ха извести, технологическая вода, а также ливневые стоки с территории юмплощадок и складируются следующие отходы производства: шлаки [зкоуглеродистого феррохрома, отходы графитизации, коксовая мелочь, шламы жрой очистки печей, отсевы известняка. Кроме того, поступают отходы Зразивного завода: шламы электрокорунда нормального, шламы корунда 1гниевого - кремниевого, шламы электрокорунда циркониевого, лом карбид -емниевых плит, материалы текстильные вторичные.

Из материалов исследований проведенных в 1994 году следует, что дрохимический режим подземных вод, несмотря на подпертый режим шьтрации, не претерпел кардинальных изменений. Уровень загрязнения >дземных вод, благодаря высокой сорбционной способности покровных инистых отложений, не превышает допустимого уровня. Загрязняющие гредиенты весьма интенсивно разбавляются чистыми стоками ЧГРЭС и водами регового регулирования. Соответственно в реке Миасс, выполняющей роль гественной дрены, поступление загрязняющих компонентов не установлено.

Загрязнение почв и грунтов Верхней Пышмы

Многолетнее функционирование комбината «Уралэлектромедь» привело накоплению широкого спектра тяжелых металлов в окружающей среде территор комбината и города Верхняя Пышма.

В сентябре 1998 года проведено детальное опробование территор комбината с шагом отбора проб 50 м по трем профилям.

В результате исследований выявлено, что загрязнение почв Верх: Пышминского промузла несет комплексный характер. По мере уменьшения степе загрязнения снижается комплексность и концентрации элементов-индикатор Наиболее почвы загрязнены медью (по всей территории комбината концентрац меди выше ПДК).

В комплексе элементов-индикаторов загрязнения техногенных грунтов отложений территории комбината выявлены следующие тяжелые металлы, ме, цинк, никель, сурьма, мышьяк, свинец, хром. Содержание меди, свинца и цш местами более 1 %.

Содержания цветных металлов в техногенных грунтах достаточно высо] сопоставимы с содержаниями в природных рудах, что дает основание ^ вторичного извлечения полезных компонентов.

По результатам исследований состояния почв и техногенных грунт территории комбината «Уралэлектромедь» можно отметить следующее:

1. В почвах и грунтах происходит накопление меди, цинка, нике. сурьмы, мышьяка, свинца, хрома.

2. Под влиянием металлургического производства происход изменение геологической среды не только на территории комбината, не на прилегающих территориях.

3. Выявлено, что содержание некоторых элементов в почвах техногенных фунтах настолько велико (например, содержание ме; свинца и цинка местами более 1 %), что возможно их дальнейц

использование для извлечения полезных компонентов в качестве техногенных месторождений полезных ископаемых. 1грязнение почв Верхотурского района

В 1997 году Институтом испытаний проведены исследования почв фхотурского района в качестве фоновых, не несущих на себе следы химического грязнения отходами металлургического производства. Исследования проведены ) заказу УралНИИгипрозема.

На территории Верхотурского района расположены два промышленных )едприятия: Верхотурский леспромхоз и Верхотурский леспромкомбинат. Эти эедприятия относятся к лесопромышленному комплексу и не являются грязнителями геологической среды.

Исследован состав почвы на 14 горизонтах, начиная от поверхности 1хотного слоя до глубины 120 см. Для этого отобраны пробы почв в нескольких >зяйствах Верхотурского района: Меркушинском, Кордюковском, Дерябинском, расногорском и «Авангард». Пробы почв исследовались на :нтгенофлуоресцентном кристалл-дифракционном спектрометре «Спектроскан».

По результатам исследований можно сделать вывод:

1. Почвы насыщены тяжелыми металлами: цинком, кобальтом, хромом, никелем, марганцем, ванадием.

2. Наблюдается превышение ПДК по цинку (класс опасности I), кобальту, хрому и никелю (класс опасности II). Содержания элементов марганца, ванадия находятся на уровне ПДК. Загрязнение почв имеет допустимое значение (по данным по ВСЕГИНГЕО).

3. В результате исследования нескольких горизонтов почв обнаружена корреляция между содержаниями тяжелых металлов в поверхностном слое почвы, исчезающая с увеличением глубины.

Причиной загрязнения предполагается аэрогенное техногенное воздействие >упных металлургических предприятий в связи с преобладанием в области ветров падного и юго-западного направлений. Источниками загрязнения могут быть

Нижнетагильский металлургический, Красноуральский медеплавильн комбинаты, Среднеуральский медеплавильный и Серовский металлургическ заводы.

Загрязнение почв районов, где нет крупных промышленных предприят: свидетельствует о необходимости дальнейшего изучения всех почв в Уральск регионе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Геологическая среда представляет собой оболочку, состоящую из верх! части земной коры (почвы, горные породы, техногенные новообразован подземные воды, биота и т.д.), ограниченную сверху атмосферой, снизу подоше зоны свободного водообмена, в пределах которой техногенное воздсйсте человека вызывает изменение природных геологических условий.

Отходы промышленной деятельности человека не только изменя геологическую среду, но и являются источниками ее загрязнения. К настояще времени накоплены огромные массы различных отходов, которые являют источниками экологической опасности.

Основным источником загрязнения геологической среды Уральского регис тяжелыми металлами являются отходы металлургических предприятий. Сложь строение полигонов отходов металлургического производства и их варьируют состав являются основным осложняющим фактором при их изучении: отхо, разных типов металлургического производства могут коренным образом отличат! друг от друга как по составу элементов, так и по диапазону их концентрат Поэтому нужен гибкий инструмент исследований, способный решить эту задачу.

2. Среди методов анализа элементного состава целым рядом достоинств, I решения описанных задач, отличается рентгенофлуоресцентный. К достоинств этого метода относятся простота анализа и пробоподготовки, возможное проведения как качественного, так и количественного анализа, малое время анали определение широкого круга элементов в различных диапазонах их концентрат Особо следует выделить такое преимущество рентгенофлуоресцентного мете

ализа, как экспресс-анализ петрогенных элементов (Б!, А1, Са, Mg, Б т.д.). В :тоящее время разработаны отечественные приборы для итгенофлуоресцентного анализа («Спектроскан», «Барс - ЗМ», и т.д.), которые по зим параметрам не уступают импортным аналогам, а в ряде случаев превосходят , но по цене значительно дешевле.

3. Для выявления источников и объектов химического загрязнения логической среды отходами металлургических предприятий предложено пользовать аналитический комплекс, состоящий из двух приборов: нтгенофлуоресцентного кристалл-дифракционного сканирующего спектрометра пектроскан» и рентгеновского бездифракционного анализатора «Барс-ЗМ». нный комплекс обладает гибкостью в исследовании объектов и необходимой шостью для решения поставленных задач. Особое преимущество комплекса слючается в возможности экспресс-анализа петрогенных («легких») элементов и пользовании тестированных методик для анализа химического загрязнения ружающей среды отходами металлургического производства.

4. Загрязнение от отходов металлургического производства распространяется в ружающей среде различными путями. Аэрогенным путем пыли, выбросы и т.д. ремещаются на большие территории. Размеры зон химического загрязнения югенным путем отходами металлургического производства зависят в основном

направления преобладающих в районе ветров и климатических условий. В ¡ультате гидрогенного загрязнения происходит распространение тяжелых галлов на глубину. Поэтому при исследовании загрязнения окружающей среды <одами металлургического или любого другого производства необходимо изучать :тав геологической среды как на поверхности, так и на глубине.

Одним из путей устранения источников химического загрязнения логической среды тяжелыми металлами является их переработка с. целью влечения полезных компонентов (содержание металлов в отходах галлургического производства достигает 1% и выше)

Результаты исследования почв Верхотурского района легли в основу отчета; УралНИИгипрозема.

Методика экспресс-анализа MgO, AI2O3, Si02, СаО в металлургических шла1 на рентгеновском анализаторе «Барс - ЗМ» внедрена на Челябинск электрометаллургическом комбинате для контроля технологического проце( выплавки металла. Публикации

1. Глушкова Т.А., Тапалай А.Г., Земцов Н.С., Надяк A.B. Экспресс-анш металлургических шлаков// Техногенез и экология: Инф.-темат. сборник. Екатеринбург: НТО «Горное», 1996. - С. -101-109.

2. Талалай А.Г., Макаров А. Б., Глушкова Т.А., Земцов Н.С., Макарова Ю.. Афонин К.В. Хром в отходах промышленных производств УралаУ/Уральа летняя минералогическая школа -97: Тез. докл. - Екатеринбург: УГГГА, 1997. --108-109.

3. Талалай А.Г., Глушкова Т.А., Локтионов О.Э., Буров И.Б., Земцов Н.С., Афон К.В., Жарников М.Ю., Надяк A.B. Аппаратурно-методическое обеспечен исследований техногенных месторождений и объектов окружающей среды Техногенез и экология: Инф.-темат. сборник. - Екатеринбург: НТО «Горное! 1997.-С. -57-63.

4. Земцов Н.С. Экспресс-анализ хрома в природных и техногенн: образованиях//Уральская летняя минералогическая школа -97: Тез. докл. Екатеринбург: УГГА,1997. - С. -108-109.

5. Талалай А.Г., Глушкова Т.А., Игумнов С.А., Локтионов О.Э., Папулов Н. Буров И.Б., Надяк A.B., Земцов Н.С. Рациональный комплекс лабораторш методов для экологического контроля и систем мониторинга техногенш месторождений // «УРАЛЭКОЛОГИЯ-97»: Тез. докл. научно-практическо семинара на Международной выставке. - Екатеринбург, 1997. - С. -64.

6. Талалай А.Г., Глушкова Т.А., Локтионов О.Э., Буров И.Б., Земцов Н.С., Афон; К.В., Жарников М.Ю., Надяк A.B. Аппаратурно-методическое обеспечен

исследований техногенных месторождений и объектов окружающей среды // Горные науки на рубеже XXI века: Материалы Международной конференции 1997. - Екатеринбург: УрО РАН, 1998. - С-460-467.

Земцов Н.С. Экспресс - анализирующие устройства для анализа отходов производства и объектов окружающей среды // Международная конференция :<Экологическая геофизика и геохимия»: Тез. докл. -Москва-Дубна, 1998. -С. -154156.

Земцов Н.С. Отходы металлургических предприятий Урала как источник <имического загрязнения геологической среды // «УРАЛЭКОЛОГИЯ-ГЕХНОГЕН-99»: Тез. докл. научно-технической выставки. - Екатеринбург, 1999. •С.-43-144.

Глушкова Т.А., Земцов Н.С. Аналитическое обеспечение геологических и жологических исследований природных и техногенных объектов// Проблемы безопасности и совершенствования горных работ (Мельниковские чтения): Гезисы докл. Международной конференции. - Москва - Санкт-Петербург - Пермь, 1999.-С.-42-43.

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Земцов, Николай Сергеевич

1. Геологическая среда полигонов твердых промышленных отходов горноскладчатого Урала.

1.1. Определение понятия «Геологическая среда».

1.2. Характеристика отходов металлургических предприятий Урала.

1.3. Основные черты строения геологической среды полигонов твердых промышленных отходов на примере АО «Челябинский электрометаллургический комбинат» (ЧЭМК).

2.Методы анализа элементного состава продукции и отходов.

2.1. Химические методы обнаружения.>.

2.1.1. Гравиметрический анализ.

2.1.2. Титрометрический анализ.

2.1.3. Электрохимические методы.

2.2. Спектральные методы.

2.2.1. Метод фотографического спектрального анализа.

2.2.2. Метод фотоэлектрического спектрального измерения.

2.3. Другие методы анализа элементного состава.

2.4. Рентгенофлуоресцентный анализ.

2.4.1. Физические основы рентгенофлуоресцентного метода.

2.4.2. Аппаратура.

2.4.3. Интенсивность характеристического излучения.

2.4.4. Мешающие факторы и способы их учета.

3. Методология исследования промышленных отходов металлургических предприятий.

3.1. Исследование химического загрязнения рентгеновским кристалл-дифракционным спектрометром «Спектроскан».

3.1.1. Исследование почв.

3.1.2. Исследование горных пород руд и твердых промышленных отходов.

3.1.3. Исследование водных объектов.

3.2. Определение элементного состава на рентгеновском бездифракционном анализаторе «Барс - ЗМ».

3.2.1. Экспресс анализ (МвО, А1203, 8Ю2, СаО) металлургических шлаков.

4. Трансформация отходов в субаэральных условиях и загрязнение геологической среды.

4.1. Твердые промышленные отходы.

4.2. Трансформация отходов в субаэральных условиях и загрязнение геологической среды.

4.2.1. Шламонакопитель ЧЭМК.

4.2.2. Загрязнение почв и грунтов Верхней Пышмы.:.

4.2.3. Загрязнение почв Верхотурского района.

Введение Диссертация по географии, на тему "Исследование отходов металлургических предприятий Урала как источников химического загрязнения геологической среды"

Актуальность работы

Окружающая среда и природные ресурсы являются народным богатством и охраняются государством и Конституцией РФ. Состояние окружающей среды контролируется в законодательном порядке и относится к вопросам государственной политики.

Для улучшения состояния окружающей среды и ослабления влияния загрязнения окружающей среды на здоровье человека Госкомэкологии Российской Федерации и Правительством Свердловской области разработан Региональный план действий по охране окружающей среды (РПДООС) для Свердловской области. Для достижения цели план предусматривает реструктуризацию промышленного производства, вывод из эксплуатации устаревших и несовершенных производств и оборудования, внедрение экологически чистых технологий, совершенствование систем геоэкологического мониторинга, природоохранные мероприятия по переработке техногенных отходов.

В связи с этим актуально изучение отходов предприятий металлургической промышленности Свердловской области и всего Уральского региона как источников химического загрязнения геологической среды.

Отходы предприятий металлургической промышленности представляют собой объекты сложного строения. Состав и концентрации элементов-загрязнителей в этих объектах меняются в широких диапазонах. Поэтому, для проведения исследований источников и объектов загрязнения окружающей среды отходами металлургических предприятий и геоэкологического мониторинга нужен гибкий, эффективный, экспрессный аналитический комплекс, обуславливающий решение следующих задач:

1. Комплексный анализ источников и объектов химического загрязнения: воды, воздуха, горных пород, почв и техногенных новообразований.

2. Экспрессное проведение исследований непосредственно на отвале, в цехе и т.д.

3. Контролирование исходного сырья, выплавляемой продукции и образующихся отходов металлургического производства в ходе технологического процесса.

Изучением влияния отходов и техногенных образований металлургических предприятий на окружающую среду уже занимались такие ученые как, К.Н. Трубецкой, В.Н. Уманец, О.Н. Грязнов, Э.Ф. Емлин, В.Г. Зотеев, Ю.В. Сорокин, O.A. Доброва, A.B. Хохряков и др.

Аналитические комплексы для геоэкологических исследований предлагались различными исследователями: В.Т. Суриковым, О.Н. Павловичем, В.И. Кобером, В.Н. Музгиным, А.Г. Талалаем, Т.А. Глушковой и др.

Автором предложен аппаратурно-методический комплекс для исследования загрязнения геологической среды отходами металлургического производства. Новизна предложенного комплекса заключается в его гибкости для исследований источников и объектов загрязнения геологической среды отходами металлургического производства (в основном тяжелыми металлами), позволяющей проводить экспресс-анализ как в лаборатории, так и на отвале, в цехе и определять легкие элементы, такие как Mg, AI, Si, Ca. Определение этих элементов, например в металлургическом шлаке в ходе плавки, затруднено, поэтому методика экспресс-определения этих элементов является актуальной и позволит снизить количество шлака в ходе плавки до минимального уровня, что тоже является актуальным.

Кроме того, комплекс базируется на отечественных приборах и на порядок отличается по стоимости от импортных аналогов.

Выбранный аппаратурно-методический комплекс применен для исследований загрязнения окружающей среды отходами металлургических предприятий Урала и позволил выявить опасные источники и объекты загрязнения.

Цель работы

Исследований влияния на окружающую среду отходов металлургических предприятий Урала на как источников химического загрязнения, совершенствование уже существующих и разработка новых методических подходов для геоэкологических исследований. Совершенствование методических основ для контроля за ходом технологического процесса выплавки металла с целью уменьшения отходов металлургического производства. Научная новизна

1. На примере Челябинского электрометаллургического комбината выявлены особенности строения и состава отложений полигонов твердых промышленных отходов металлургических предприятий.

2. Исследовано влияние на окружающую среду полигонов отходов предприятий металлургической промышленности Урала как стационарных источников химического загрязнения.

3. Выявлены закономерности распределения элементов в системе шлакоотвал - прилегающие территории.

4. На современном научном уровне отработана методика экспресс-анализа М^О, А1203, 8Ю2, СаО в шлаках металлургических производств.

5. Установлено, что грунты территории медеплавильного комбината представляют собой объект техногенного накопления тяжелых металлов.

6. Исследованы закономерности распределения элементов в почвах сельскохозяйственного района как территории с фоновыми содержаниями тяжелых металлов.

Практическая значимость и реализация результатов Практическая значимость работы:

-простота и экспрессность аппаратурно-методического комплекса; -возможность проведения экспресс-анализа непосредственно на объекте исследования: на отвале, в цехе и т.д; -применение единого аппаратурного комплекса для анализа сырья, выплавляемого металла и отходов металлургического производства; -возможность использования предложенного аппаратурно-методического комплекса для контроля технологического процесса с целью уменьшения отходов металлургического производства; -использование отходов металлургического производства в качестве техногенных месторождений, что позволит частично устранить источники загрязнения геологической среды, вследствие чего улучшить экологическую обстановку в Уральском регионе; -методика экспресс-анализа А120з, БЮг, СаО внедрена на

Челябинском электрометаллургическом комбинате для контроля за ходом технологического процесса выплавки металла по составу шлака;

-геоэкологические исследования почв Верхотурского района легли в основу отчета для УралНИИгипрозема.

Защищаемые положения

1. Обоснование экологической опасности отходов предприятий металлургического комплекса как основного источника загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами и необходимости комплексного подхода к изучению многокомпонентных сред.

2. Оптимизация аппаратурно-методического комплекса для исследований источников и объектов химического загрязнения окружающей среды отходами металлургических предприятий. Разработанная методика экспресс-определения петрогенных элементов Гу^, А1, 81, Са в металлургических шлаках с целью контроля технологического процесса и уменьшения отходов металлургического производства.

3. Рекомендации по методике измерений и обработке результатов экологических исследований загрязнения тяжелыми металлами почв, техногенных грунтов прилегающих территорий и удаленных от металлургических предприятий сельскохозяйственных районов. Апробация работы

По теме работы были сделаны доклады: на Уральской летней минералогической школе (Екатеринбург, УГГГА, 1997 г.); Научно-практическом семинаре Международной выставки «УРАЛЭКОЛОГИЯ-97» (Екатеринбург, 1997 г); Международной конференции «Горные науки на рубеже XXI века» (Екатеринбург, 1997 г); Международной конференции «Экологическая геофизика и геохимия» (Москва - Дубна, 1998 г.); Научно-практическом семинаре Международной выставки «УРАЛЭКОЛОГИЯ-ТЕХНОГЕН 99» (Екатеринбург, 1999 г.). Результаты работы также ежегодно докладывались на НТС Института испытаний и сертификации минерального сырья при УГГГА (1997, 1998, 1999 г.). Исходные материалы и личный вклад в решение проблемы

В качестве исходных были использованы материалы исследований Института испытаний и сертификации минерального сырья и фондовые отчеты Уральской государственной горно-геологической академии.

В основу диссертации положены результаты исследований, в которых автор принимал непосредственное участие.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю диссертационной работы - кандидату геолого-минералогических наук, доценту Талалаю А.Г.

Автор признателен кандидату технических наук Глушковой Т.А. за помощь и содействие при выполнении работы, научные консультации, советы и рекомендации. Особую благодарность за помощь и содействие в написании работы автор считает своим долгом выразить д.г.-м.н., профессору Давыдову A.B., д.ф.-м.н., профессору Давыдову Ю.Б., заведующему кафедрой геоинформатики к.г.-м.н., доценту Писецкому В.Б., к.г.-м.н., доценту Макарову А.Б., к.г.-м.н. Минцеву А.И., Надяк A.B., Локтионову О.Э., А.И., Шарову С.И., Бурову И.Б. и др., а также всем сотрудникам Института испытаний и сертификации минерального сырья при УГГГА и кафедры геоинформатики. Публикации

По теме диссертации опубликовано девять работ. Структура работы

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и содержит 163 страницы печатного текста, 25 таблиц, 48 рисунков. Список литературы состоит из 96 наименований.

В первой главе рассмотрены особенности строения полигонов твердых промышленных отходов металлургических предприятий Урала (на примере ЧЭМК). Во второй главе рассмотрены методы и аппаратура для определения элементного состава продукции и отходов металлургических предприятий. В третьей главе рассмотрен методический подход для анализа химического загрязнения геологической среды. В четвертой главе приведены результаты геоэкологических исследований шламоотстойника ЧЭМК, грунтов комбината «Уралэлектромедь» и почв Верхотурского района.

Заключение Диссертация по теме "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", Земцов, Николай Сергеевич

Результаты исследования почв Верхотурского района легли в основу отчета для УралНИИгипрозем.

Методика экспресс анализа окислов петрогенных элементов MgO, А120з, ЭЮг, СаО в металлургических шлаках на рентгеновском анализаторе «Барс -ЗМ» внедрена на Челябинском электрометаллургическом комбинате для контроля технологического процесса выплавки металла.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Геологическая среда представляет собой оболочку, состоящую из верхней части земной коры (почвы, горные породы, техногенные новообразования, подземные воды, биота и т.д.)ограниченную сверху атмосферой, снизу подошвой зоны свободного водообмена, в пределах которой техногенное воздействие человека вызывает изменение природных геологических условий.

Отходы промышленной деятельности человека не только изменяют геологическую среду, но и являются источниками ей загрязнения. К настоящему времени накоплены огромные массы различных отходов, которые являются источниками экологической опасности.

Основным источником загрязнения геологической среды Уральского региона тяжелыми металлами являются отходы металлургических предприятий. Сложное строение полигонов отходов металлургического производства и их варьирующий состав являются основным осложняющим фактором при их изучении, отходы разных типов металлургического производства могут коренным образом отличаться друг от друга как по составу элементов, так и по диапазону их концентраций. Поэтому нужен гибкий инструмент исследований, способный решить эту задачу.

2. Среди методов анализа элементного состава целым рядом достоинств отличается рентгенофлуоресцентный метод. К ним относятся простота анализа и пробаподготовки, возможность проведения как качественного, так и количественного анализа, малое время анализа, определение широкого круга элементов и диапазонов их концентраций. Особо следует выделить такое преимущество рентгенофлуоресцентного метода анализа, как экспресс анализ петрогенных элементов (Si, Al, Са, Mg, S т.д.). В настоящее время разработаны отечественные приборы для рентгенофлуоресцентного анализа («Спектроскан», «Барс - ЗМ», и т.д.) которые по своим параметрам не уступают импортным аналогам, а в ряде случаев превосходят их, но по цене значительно меньше.

3. Для выявления источников и объектов химического загрязнения геологической среды отходами металлургических предприятий предложено использовать аналитический комплекс, состоящий из двух приборов: рентгенофлуоресцентного кристалл-дифракционного сканирующего спектрометра «Спектроскан» и рентгеновского бездифракционного анализатора «Барс-ЗМ». Данный комплекс обладает гибкостью в исследовании объектов и необходимой точностью для решения поставленных задач. Особое преимущество комплекса заключается в возможности экспресс анализа петрогенных («легких») элементов. В работе рекомендовано использование гостированных методик для анализа химического загрязнения отходами металлургического производства.

4. Загрязнение от отходов металлургического производства распространяется в окружающей среде различными путями. Аэрогенным путем пыли, выбросы и т.д. перемещаются на большие территории. Размеры зон химического загрязнения аэрогенным путем отходами металлургического производства зависят, в основном, от направления преобладающих в районе ветров и климатических условий. В результате гидрогенного загрязнения происходит распространение тяжелых металлов на глубину. Поэтому при исследовании загрязнения окружающей среды отходами металлургического, или любого другого, производства необходимо изучать состав геологической среды, как на поверхности, так и на глубине.

Одним из путей устранения источников химического загрязнения геологической среды тяжелыми металлами является их переработка с целью извлечения полезных компонентов(содержание металлов в некоторых отходах металлургического производства достигает 1 % и выше)

Библиография Диссертация по географии, кандидата геолого-минералогических наук, Земцов, Николай Сергеевич, Екатеринбург

1. Макаров А.Б., Талалай А.Г. Методические рекомендации по эколого-геологическому картированию и составлению эколого-геологических карт масштаба 1:200000 1:100000. -Екатеринбург.: Институт испытания и сертификации минерального сырья при УГГГА, 1996. -51 с.

2. Черняев В.Ф. Системы и управление в инженерной геологии // Инженерная геология. 1988. № 5. -С.-3-21.

3. Бондарик Г.К. Общая теория инженерно-технических систем // Теоретические основы инженерной геологии: Социально-экономические аспекты. М.: Недра, 1985. С.-36-45.

4. Бондарик Г.К. Общая теория инженерной (физической) геологии. М.: Недра, 1981.-256 с.

5. Епишин В.К. Природно-техническая система. Свойства природно-технических систем // Теоретические основы инженерной геологии: Социально-экономические аспекты. М.: Недра, 1985. С. -36-45.

6. Промышленные отходы ЧЭМК: состав, направления использования / Талалай А.Г., Макаров А.Б., Глушкова Т.А., Карнаухов В.Н., Огородников Г.А., Воронов Ю.Н. Екатеринбург: НТО «Горное», 1995. -62 с.

7. Гуменник И.JI., Матвеев A.C., Панасенко А.И. Классификация техногенных формирований при открытых горных работах // Изв. вузов. Горный журнал, 1988. -№ 12. С. -53-54.

8. Трубецкой К.Н., Рогов Е.И., Уманец В.Н., Никитин М.Б. Обоснование объемов и сроков освоения техногенных месторождений // Изв. вузов. Горный журнал, 1988. -№ 2. С. -9-12.

9. П.Секисов Г.В., Таскаев A.A., Воробьева А.Е. Техногенные минеральные объекты// Изв. АН КиргССР. Физ.-техн. и матем. науки. 1988. -№ 2. - С,- 7275.

10. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н., Никитин М.Б. Классификация техногенных месторождений и основные факторы их комплексного освоения// Комплексное использование минерального сырья. 1987. -№12. -С. -18-23.

11. Коняев В.П., Крючкова J1.A., Туманова Е.С. Техногенное минеральное сырьё России и направления его использования. Информационный сборник. Вып. 1 / АО «Росснедра». -М. 1994. 42 с.

12. Рябинин В.Ф. Новые направления использования промышленных отходов медеплавильного производства (на примере СУМЗ) // Техногенез и экология. Инф.темат. сборник. Екатеринбург: НТО «Горное». 1996. - С. - 56-60.

13. Хохряков A.B., Головизникова И.В. О Техногенных месторождениях Свердловской области// Геологический журнал. -1994. -№ 10. С. - 111-116.

14. Останенко Н.Н, Кропивницкий H.H. Технология металлов. -М.: Высшая школа. 1970.

15. Лохтин Ю. М. Основы металловедения. -М.: 1975.

16. Глушкова Т.А., Талалай А.Г. Идентификация марок сталей по химическому составу: методические указания. Екатеринбург, 1996.

17. Земцов Н. С. Отчет по производственной практике. -Екатеринбург: 1994.

18. Бахтияров А. В. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ в геологии и геохимии. -Л.: Недра, 1985.

19. Испытательный центр: возможности и перспективы // Сборник статей. -Екатеринбург, 1996.

20. Марочник сталей и сплавов / Сорокин В.Г., Волосникова A.B., Вяткин С. А. и др. -М.: Машиностроение, 1989.

21. Смагунова А. Н. Козлов В. А. Примеры применения математической теории эксперимента в рентгенофлуоресцентном анализе. -М., 1983.

22. Дерфель К. Статистика в аналитической химии. -М.: Издательство «Мир», 1994.

23. Нормы радиационной безопасности (НРБ-96): Гигиенические нормативы. -Москва: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996.-127 с.

24. Березкин В.В., Вайгачев А.А и др. Идентификация марок сплавов рентгенорадиометрическим методом // Вопросы атомной науки и техники. Серия: техническая физика и автоматизация. Выпуск 1/2 (48).-М.: 1993.

25. Афонин В.П., Гуничева Т.Н., Пискунова Л.Ф. Рентгенофлуоресцентный силикатный анализ. -Новосибирск: Наука, 1984.

26. Вольдсет Р. Прикладная спектрометрия рентгеновского излучения . -М.: Атомиздат, 1977.

27. Нахмансон М.С. Идентификация продуктов при проведении рентгеновского количественного анализа с использованием автоматических квантометров. -Л.: Машиностроение, 1980. Вып. 23,- С,- 13-20.

28. Телдеши Ю., Клер Э. Ядерные методы химического анализа окружающей среды: Пер. с англ. канд. хим. наук Родина С.С.-М.: «Химия», 1991.

29. Глушкова Т.А. Ядернофизический анализ в системе рационального природопользования: Дис. кан. техн. наук. -Екатеринбург, 1995.

30. Афонин В.П. Современное состояние рентгенофлуоресцентного анализа.// Российский химический журнал. -1994. -Т.38. -№1. С. -53-57.

31. Калинин Б.Д., Плотников Р.И. Оценка погрешности рентгеноспектральногоанализаУ/Заводская лаборатория. -1994. -№ 9. -С. -21-22.

32. Батырев В.А., Резникова Н.З. Влияние гетерогенности образца на точность рентгеноспектрального анализа сталей и сплавов // Заводская лаборатория. -1974.-№ 12.-С.-1469-1471.

33. Калинин Б.Д., Плотников Р.И. Рентгеноспектральный анализ сталей и сплавов И Заводская лаборатория. -1986. -№ 2. -С. -22-29.

34. Калинин Б.Д., Плотников Р.И., Токарева Е.Г. Инструментальная погрешность рентгеноспектрального анализа продуктов черной металлургии // Заводская лаборатория. -1977. -№ 2. -С. -26-28.

35. Величко Ю.И., Калинин Б.Д., Межевич А.Н., Плотников Р.Н., Ревенко А.Г. Исследование зависимости величины теоретических поправок от химического состава проб при рентгеноспектральном анализе сталей // Заводская лаборатория. -1977. -№ 4. -С. -437-442.

36. Блохин М.А., Швейцен И.Г. Рентгеноспектральный справочник. М.: Наука, 1982.-376 с.

37. Капелькина Л.П. Экологические аспекты оптимизации техногенных ландшафтов. -Санкт-Петербург: «Наука», ПРОПО, 1993. -191 с.

38. Анализатор рентгеновский бездифракционный Барс-3. Формуляр, ведомость ЗИП, инструкция изготовления образцов на изделия, техническое описание.1994.

39. Талалай А.Г., Александрова Ж.Н., Глушкова Т.А., Федоров В.А. Лабораторный практикум по ядерной геофизике. Методические рекомендации. Екатеринбург, 1993 г. -90 с.

40. Алексеев В.Н. Количественный анализ. Под. ред. д-ра хим. наук Агосяна. Издание 4-е переработанное. -М.: «Химия», 1997. -504 с.

41. Глушкова Т.А., Талалай А.Г., Земцов Н.С., Надяк A.B. Экспресс-анализ металлургических шлаков// Техногенез и экология. Инф. темат. сборник. -Екатеринбург: НТО «Горное», 1996.-С.-101-109.

42. Розенберг Я.Д., Шведов Л.В., Венецкий С.И. Краткий справочник ферросплавщика. Москва: Металлургия, 1964.-344с.

43. Талалай А.Г., Макаров А.Б., Зобнин Б.Б. Техногенные месторождения Урала, методы их исследования и перспективы переработки. Екатаринбург 1998.-29 с.

44. МВИ № ЭС 114-94. Методика определения содержаний металлов в порошковых пробах почв методом рентгенофлуоресцентного анализа. Санкт- Петербург. НПО «Спектрон», 1994.

45. МВИ № 6-94. Методика определения содержаний элементов в порошковых пробах руд, горных пород и продуктов их переработки методом рентгенофлуоресцентного анализа. Екатеринбург: Испытательный центр, 1994 г. Согл.ВНИИМ им. Д.И. Менделеева.

46. МВИ № ЭС 8-93. Методика определения содержаний металлов Bi, Pb, Cu(II), Ni, Co, Fe(III), Mn(II), Cr(III), V при анализе вод на сорбционных целлюлозных ДЭТАТА фильтрах рентгенофлуоресцентным методом. Санкт- Петербург, НПО «Спектрон»., 1994.

47. МВИ № ЭС 883-93. Методика определения тяжелых металлов в питьевой, природной и очищенной сточной водах (МВИ). Санкт Петербург, НПО «Спектрон»., 1993.

48. Макарова Ю.А. Тяжелые металлы в почвах и грунтах Вехне-Пышминского промузла/ Дисс. магистра. -Екатеринбург 1999.

49. Гапонцев Г.П. и др. Информационный отчет по эколого-геохимическим исследованиям г. Верхняя Пышма -В. Пышма, 1992.

50. Петров K.M. Геоэкология. Санкт-Петербург 1994. -216 с.

51. Делятский С., Зайонц И., Чертков Л.,Экзарян В. Экологический словарь. -М.:Конкорд-Эке пром., 1993. -208 с.

52. Рабальсий Н.Г., Малярова М.А., Горбатовский В.В., Рыбальская В:Ф., Красюкова Т.В., Левин C.B. Экология и безопасность. Справочник, том 2, часть III. М.:ВНИИПИ, 1993. -388 с.

53. Отчет по результатам комплексных научно-исследовательских работ по оценке возможности использования шламов Челябинского электрометаллургического комбината и Абразивного завода для изготовления строительных материалов: Челябинск 1994. -33 с.

54. Макаров А.Б., Талалай А.Г., Макарова Ю.А. Грунты территорий промышленных предприятий возможное сырье для извлечения металлов // Техногенез и экология: Инф. темат. сборник. - Екатеринбург, 1997. - С. -116.

55. Семячков А.И. Оценки и прогноз геохимического загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами под воздействием шлаковых отвалов // Известия Уральской государственной горно-геологической академии: Екатеринбург, 1998.-С.-199-204.

56. Атлас Свердловской области: Екатеринбург, 1997. -49 с.

57. Отчет о поисково-разведочных работах для водоснабжения г. Верхотурье: -Екатеринбург, 1995.

58. Б.В. Ерофеев Сборник нормативных актов по экологическому праву Российской Федерации. В 2 т. -М: Институт международного права и экономики, 1995. Т.2. -375 с.

59. Богдановский Г.А. Химическая экология: Учебн. пособие. -М.: Изд-во МГУ1994.-237 с.

60. Макаров C.B., Шагарова Л.Б. Под ред. проф. Порядина. А.Ф. Экологическое аудирование промышленных производств. М.: НУМ1Д Госкомэкологии России, 1997. - 144с.

61. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: Пер. с англ. В 2 т. -М.: Мир, 1993. Т 1.-424с.

62. Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). -Екатеринбург :УИФ «Наука», 1994. -279с.

63. Глушкова Т.А., Талалай А.Г., Земцов Н.С., Надяк A.B. Экспресс-анализ металлургических шлаков/ Техногинез и экология: Инф. темат. сборник. -Екатеринбург: НТО «Горное», 1996. -С. -101-109.

64. Земцов Н.С. Экспресс анализирующие устройства для анализа отходов производства и объектов окружающей среды // «Экологическая геофизика и геохимия»: Тез. докл. Международной конференции. -Москва-Дубна, 1998. -С-154-156.

65. Талалай А.Г., Макаров А. Б., Глушкова Т.А., Земцов Н.С., Макарова Ю.А., Афонин К.В. Хром в отходах промышленных производств Урала // Уральская летняя минералогическая школа -97: Тез. докл. -Екатеринбург, УГГГА, 1997. -С-108-109.

66. Земцов Н.С. Экспресс-анализ хрома в природных и техногенных образованиях // Уральская летняя минералогическая школа -97: Тез. докл.

67. Екатеринбург, УГГТА, 1997. -С -108-109.

68. Земцов Н.С. Отходы металлургических предприятий Урала как источник химического загрязнения геологической среды // «УРАЛЭКОЛОГИЯ-ТЕХНОГЕН-99»: Тез. докл. научно-практической выставки, -Екатеринбург, 1999.- С. -143-144.

69. Емлин Э.Ф. О геотехносфере Урала // Изв. вузов. Горный журнал. -Екатеринбург, 1993. -№ 3. С. -135-137.

70. Емлин Э.Ф. Техногенез новейший тип геологической истории рудных месторождений Урала // Горный журнал. - Екатеринбург, 1993. -№5. - С. -43126.

71. Грязнов О.Н. Оценка экологической обстановки промышленно городских агломераций методом инженерно-геологического картирования//

72. УРАЛЭКОЛОГИЯ ТЕХНОГЕН 99»: Тез. докл. научно-практической конференции на Международной выставке. - Екатеринбург, 1999. - С. -110111.

73. Грязнов О.Н. Оценка состояния геологической среды горнодобывающих районов методом геоэкологического картирования // Тез. докл. научно-практической конференции по переработке техногенных образований. -Екатеринбург, 1997. С. -17.

74. Грязнов О.Н. Геологическая съемка как метод контроля состояния окружающей среды горнодобывающих районов / «УРАЛЭКОЛОГИЯ 96»: Тез. докл. научно-практического семинара на Международной выставке. -Екатеринбург, 1996. - С. -112-113.

75. Емлин Э.Ф. Техногенез медноколчеданных месторождений Урала. -Екатеринбург: УрГУ, 1991. 256 с.

76. Хохряков A.B. Экологические проблемы Урала / Изв. вузов. Горный журнал. Екатеринбург, 1993. -№6. - С.-95-96.

77. Михайлова Т.Л., Хохряков A.B. Рациональное землепользование в цветной металлургии // Изв. вузов. Горный журнал. -Екатеринбург, 1993.-№ 6. С. -96-102.

78. Зотеев В.Г., Костерова Т.К., Тагильцев С.Н. Проблемы охраны геологической среды при переработке и захоронении техногенных отходов / Изв. вузов. Горный журнал. Екатеринбург, 1993. -№ 6. - С. - 192-195.

79. Пантус С.К., Тлеугабулов Б.С., Семячков А.И. Исследование неготивного влияния отвалов на окружающую среду // «Уралэкология 96»: Тез. докл. научно-практической конференции на Международной выставке. -Екатеринбург, 1996. - С. - 30-31.

80. Зотеев В.Г. Защита окружающей среды при переработке техногенных образований. Проблемы и пути их решения // «Уралэкология 96.»: Тез. докл. научно-практической конференции на Международной выставке.

81. Екатеринбург, 1996. С. - 168-69.

82. Талалай А.Г., Макаров А.Б., Федоров Ю.Н., Буров И.Б. Мониторинг природных сред и техногенных объектов (литомониторинг) // «Уралэкология -98»: Тез. докл. научно-практической конференции на Международной выставке. Екатеринбург, 1998. - С. -184-185.

83. Брусницын В.Д. Подвижные формы металлов в почвах и грунтах г. Екатеринбурга и его окрестностей // Техногенез и экология. Инф. темат. сборник. Екатеринбург, 1997. - С. - 33-39.

84. Талалай А.Г., Макаров А.Б., Глушкова Т.А. Основы литотехногенеза // Техногенез и экология. Инф. темат. сборник. Екатеринбург: НТО «Горное», 1996.-С.-4-17.

85. Соболев И.С., Хохряков A.B. Экологическая безопасность и перспективные методы освоения техногенных месторождений // «Уралэкология -97»: Тез. докл. научно-практической конференции на Международной выставке.

86. Екатеринбург, 1997. С. - 79-80.

87. Макаров А.Б., Талалай А.Г. Геоэкологические иследования и литомониторинг техногенных объектов и месторождений // «Уралэкология -97»: Тез. докл. научно-практической конференции на Международной выставке. Екатеринбург, 1997. - С. - 161-162.

88. Талалай А.Г., Давыдов Ю.Б., Макаров А.Б. и др. Комплексные геоэкологические исследования техногенных месторождений // Инф. бюлл. УАИГ «Инженерная геофизика в Уральском регионе»: Тез. научно-практической конференции. -Екатеринбург, 1995. С. - 25.