Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Экологические последствия минералого-геохимических преобразований хвостов обогащения Sn-Ag-Pb-Zn руд

ВАК РФ 04.00.24, Экологическая геология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Тарасенко, Ирина Андреевна, Владивосток

ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ Sn-Ag-Pb-Zn РУД (Приморье, Дальнегорский р-н)

На правах рукописи

ТАРАСЕНКО ИРИНА АНДРЕЕВНА

04.00.24 - экологическая геология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научные руководители: кандидат геол.-минерал.наук, доцент А.В.Зиньков доктор технических наук, профессор Н.Г.Шкабарня

Владивосток 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

№ стр.

Введение..........................................................................................................................................................................4

Обзор предшествующих исследований..................................................................................8

Глава 1. Геологический обзор Верхне-Уссурского и Дальнегор-

ского рудных районов...............................................................................................................................................9

1.1. Современные представления о геологической йозиции рудных районов............................................................................9

1.2. Верхне-Уссурский рудный район....................................................................................15

1.2.1 Краснореченский рудный узел..................................................................................16

1.3. Дальнегорский рудный район................................................................................................18

1.3.1. Дальнегорский рудный узел........................................................................................21

I

1.3.1.1. Правобережная группа полиметаллических месторождений................................................................ 22

1.3.1.2. Левобережная группа полиметаллических месторождений.................................................................... 26

1.3.2. Черемуховый рудный узел............................................... 30

Глава 2. Качественная и технологическая характеристика руд.... 33

2.1. Минеральный состав и природные типы руд месторождений Краснореченского рудного узла................................ 33

2.2. Технологическая характеристика руд месторождений Краснореченского рудного узла............................................ 34

2.3. Минеральный состав и природные типы руд месторождений Дальнегорской группы................................................ 40

2.4. Технологическая характеристика руд месторождений Дальнегорской группы........................................................... 41

Глава 3. Инженерно-геологическая характеристика хвостохра-

нилищ.................................................................................................. 44

3.1. Хвостохранилища Краснореченской обогатительной фабрики........................................................................................ 44

3.1.1 «Старое» хвостохранилище КОФ........................................................................44

3.1.2 «Новое» хвостохранилище КОФ..........................................................................45

3.2. Хвостохранилища Центральной (Дальнегорской) обогатительной фабрики................................................................................48

3.2.1. «Старое» хвостохранилище ЦОФ....................................................................49

3.2.2. «Новое» хвостохранилище ЦОФ...........................................52

3.3. Физико-механические свойства эфельных песков;..........................53

Глава 4. Особенности минерального состава хвостохранилищ.... 59

4.1. Краткое петрографическое описание техногенных отложений..................................................................................................................................................59

4.2. Рудные минералы....................................................................................................................................62

4.3. Новообразованные минералы................................................66

4.4. Эпиминеральная зональность хвостохранилищ....................................90

Глава 5. Физико-химические процессы в хвостохранилищах............95

5.1. Растворение гипогенных минералов..........................................................................97

5.2. Биогенное и абиогенное окисление..........................................................................99

5.3. Гидролиз...........................................................................................................................113

Глава 6. Геохимические особенности хвостохранилищ..................................121

Глава 7. Экологическое влияние хвостохранилищ на окружающую среду....................................................................................................................132

7.1. Роль хвостохранилищ в загрязнении окружающей среды. 132

7.2. Разработка и обоснование факторов защиты окружающей среды от техногенного воздействия...................................142

7.3. Геоэкологические исследования природных систем рудных районов Дальнего Востока..........................................................................................148

Заключение....................................................................................................................................................................................155

Список основной использованной литературы..................................................................159

Приложение................................................................................................176

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы диктуется ухудшающимся экономическим положением добычи минеральных ресурсов и необходимостью снижения затрат на извлечение и переработку рудной массы, а также проблемами охраны окружающей среды близлежащих к горнорудным районам территорий. В связи с этим, возрастает значимость геолого-промышленной оценки хвостов обогатительных фабрик, как техногенных месторождений нетрадиционного минерального сырья; исследований особенностей малоизученных техногенных минерализаций, имеющих важное значение как для фундаментальных минералогических исследований, так и для изучения физико-химических процессов в хвостах обогатительных фабрик; оценки масштабов экологического загрязнения регионов и определения мер предотвращения или ограничения отрицательного воздействия хвостохранилищ на окружающую природную среду.

Объекты исследований. В Приморье расположено множество горнорудных районов, которые значительно влияют на экономику края. Одним из таких районов является Дальнегорский, в пределах которого располагаются Краснореченская (КОФ) и Центральная (ЦОФ) обогатительные фабрики. Экономическая значимость этих фабрик заключается в получении РЬ-2п и 8п концентратов. Вследствие извлечения и переработки этих концентратов образуются комплексы техногенных отходов. Для исследований последних выбраны четыре хвостохранилища КОФ и ЦОФ, отличающиеся друг от друга составом слагающих их веществ и временем существования.

Цель работы состояла: в минералого-геохимической характеристике хвостов обогатительных фабрик, в оценке физико-химических у-с-^ш&ш! процессов, происходящих в них, и в установлении экологического влияния хвостохранилищ на окружающую среду.

Основные задачи исследований заключались:

в выяснении особенностей малоизученных техногенных минерализаций;

в изучении и моделировании физико-химических процессов, происходящих в хвостохранилищах;

в исследованиях концентраций и распределений компонентов и микроэлементов, необходимых для выяснения металлогенической специализации хвостохранилищ, а также степени однородности техногенных образований;

в оценке масштабов экологического загрязнения горнопромышленных регионов и в выявлении мер предотвращения отрицательного воздействия хвостов обогатительных фабрик на окружающую природную среду.

Фактический материал собран автором в результате полевых исследований (1994-1998 г.г.), проведенных в Дальнегорском и Верхне-Уссурском рудных районах Приморья и в Амурской области.

Методы исследований. Взаимоотношения минералов и минеральных ассоциаций, а также особенности макро- и микрослоистости в эфельных отложениях изучались непосредственно на хвостохранилищах с помощью проходки горных выработок. В ходе работ отобран и проанализирован необходимый материал (около 400 проб) эфельных песков. Получены химические составы 15 минералов, 35 валовых проб и 35 определений фазовых соотношений свинца, цинка и серы в эфельных песках. Выполнено 195 спектральных анализов. Полученные результаты обработаны с использованием методов математической статистики и термодинамического моделирования на основе программного комплекса «Селектор-С».

При проведении исследований эфельных песков хвостохранилищ использовались: наблюдения под бинокуляром, микроскопические определения в проходящем и отраженном свете; иммерсионный, электронно-микроскопический (аналитик, к.г.-м.н. Н.Н.Баринов, ДВГИ ДВО РАН), И К-спектроско пический (Г.А.Нарнов, ДВГИ ДВО РАН), рентгенострук-турный (к.х.н. Т.Б.Афанасьева, С.М.Горюхина, ДВГИ ДВО РАН), элект-ронно-зондовый (к.г.-м.н. В.И.Сапин, ДВГИ ДВО РАН) методы; химические (к.х.н. Г.АБахарева, В.Н.Залевская, Л.В.Шкодюк, ДВГИ ДВО РАН), количественные и полуколичественные спектральные (Л.И.Азарова, Т.К.Бабова и В.И.Сеченская, ДВГИ ДВО РАН) анализы.

Научная новизна работы состоит: в обнаружении и исследовании ранее неизвестных в Приморье минералов; в составлении пространственно-качественных геохимических разрезов хвостохранилищ КОФ и ЦОФ; в выявлении признаков послойного проявления процессов гипергенных преобразований в хвостохранилищах; в получении термодинамических моделей, характеризующих физико-химические процессы в эфельных песках.

Практическая ценность работы заключается:

в изучении особенностей малоизученных техногенных минерали-заций, имеющих важное значение для фундаментальных минералогических исследований и представляющих определенную ценность для ряда смежных с минералогией наук;

в проведении геолого-промышленной оценки хвостов обогатительных фабрик с определением геохимической специализации отходов рудообогащения, в геолого-технологическом картировании хвостохранилищ и подсчете их потенциальных ресурсов;

в оценке масштабов экологического загрязнения горнопромышленных регионов и в определении мер предотвращения отрицательного воздействия хвостохранилищ на окружающую среду;

в выявлении факторов экогеохимической оценки высокосульфидных объектов, включающих исследование роли хвостохранилищ КОФ и ЦОФ в загрязнении воздушного бассейна, установление агрессивности

техногенных вод, определение характера экотоксичности элементов, выяснение вероятности аварийных ситуаций, разработку и обоснование методов защиты окружающей среды от техногенного воздействия;

в применении полученных факторов экогеохимической оценки высокосульфидных объектов к выяснению экогеохимической опасности Бамского умеренносульфидного золото-серебряного месторождения (Амурская область) в процессе его разведки и будущей разработки.

Апробация работы. Основные результаты исследований изложены в 10 печатных работах. Отдельные положения диссертации докладывались на научных конференциях: Первом (1995 г.) и Втором (1997 г.) международных форумах студентов и аспирантов стран Азиатско-тихоокеанского региона (г.Владивосток); XXXVI (1996 г.) и XXXVII (1997 г.) научно-технических конференциях ДВГТУ (г.Владивосток); Дальневосточной региональной конференции молодых ученых (г.Владивосток, 1997); заседании Ученого Совета ДВГИ ДВО РАН (1998 г.).

Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 218 страниц, изложена на 123 страницах текста и состоит из введения, 7 глав, заключения и приложения. Она содержит 67 рисунков и 19 таблиц. Список использованной литературы включает 247 наименований.

Защищаемые положения.

1. Гипергенные преобразования хвостов обогащения Sn-Ag-РЬ-2п руд выразились в незначительном изменении гипогенных минералов, слабом распространении продуктов окисления и растворения в хвос-тохранилищах ЦОФ и «новом» КОФ, что свидетельствует о начальной стадии развития зоны окисления. Преобладание гипергенного материала над гипогенным, развитие карбонатов и гидроксидов совместно с сульфатами позволяет соотносить степень изменения эфельных песков «старого» хвостохранилища КОФ со срединной стадией развития зоны гипергенеза.

2. Практическое подобие типоморфных геохимических ассоциаций (В, Си; V, Оа, А&, Со, Сс1, В1, Сг, N1; РЬ, 2п) «нового» хвостохранилища КОФ ассоциациям 2-ого слоя «старого» хвостохранилища КОФ свидетельствует о послойном проявлении процессов гипергенных преобразований в эфельных отложениях.

3. Факторы экологической оценки таких высокосульфидных объектов, как хвостохранилища КОФ и ЦОФ, приемлемы и для выяснения экогеохимической опасности умеренносульфидных месторождений в процессе их разведки и позволяют получить представления о нарушениях экологического баланса территорий за счет потенциального сброса в природную среду потоков металлов и техногенных реагентов при будущей их разработке.

Благодарности. Автор благодарен за плодотворное сотрудничество научным руководителям кандидату геолого-минералогических наук А.В.Зинькову и доктору технических наук Н.Г.Шкабарне; за ценные советы, консультации и критические замечания докторам географических наук: П.В.Елпатьевскому, Б.В.Преображенскому; докторам геолого-

минералалогических наук: О.В.Авченко, Л.М.Грамм-Осипову, Ю.А.Мартынову, В.Д.Мельникову, В.Г.Хомичу, С.А.Щеке; кандидатам геолого-минералогических наук: Г.В.Ботрякову, Г.П.Василенко,

A.С.Ваху, С.П.Гарбузову, О.И.Горбатюку, В.И.Гвоздеву, Р.И.Полевских,

B.И.Сапину, А.К.Седыху, Б.Л.Столову; кандидатам химических наук Т.Б.Афанасьевой и Г.А.Бахаревой; сотрудникам ДВГИ ДВО РАН Л.И.Азаровой, Т.К.Бабовой, Н.Н.Баринову, ААВржосеку,

C.М.Горюхиной, В.Н.Залевской, В.Ф.Заниной, Г.Б.Молчановой, Г.АНарнову, В.И.Сеченской Л.В.Шкодкж, сотруднику АмурКНИИ ДВО РАН В.В.Стрихе.

Принятые в работе условные обозначения и сокращения

КОФ - Краснореченская обогатительная фабрика, ЦОФ - Центральная (Дальнегорская) обогатительная фабрика.

Таблицы результатов анализов: пробы с индексами К-„. и Д-.„ -из коллекции автора; обозначение «-» - не определялось, н.о. - не обнаружено, сл - следы.

ОБЗОР ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Работы предшественников по изучению хвостохранилищ КОФ и ЦОФ преследовали, главным образом, узковедомственные цели. Вопросам же научного характера внимание практически не уделялось.

В 1967 году под руководством Л.Л.Мизина, проводились изыскательские работы на «старом» хвостохранйлище ЦОФ с целью определения фильтрационных характеристик грунтов естественного основания и намывной плотины. Одновременно С.И.Школьным с сотрудниками велись топогеодезические и инженерно-геологические изыскания на участке производственного водоснабжения и «старого» хвостохранилища ЦОФ, а в 1969 году на участке хвостового хозяйства КОФ. За фильтра^-ционными свойствами грунтов основания и плотины ведется постоянный контроль служб АО «Дальполиметалл».

В 1989 году Г.П.Василенко с коллективом исследователей на «старых» хвостохранилищах КОФ и ЦОФ проводились работы по Программе ГКНТ СМ СССР «Рациональное использование минерального сырья». На «старом» хвостохранилище КОФ было пробурено 5 скважин, глубиной 18-32 м. В результате установлены: гравитационная зональность эфельных отложений; увеличение содержаний силикатной фракции от устьев скважин к их забоям; накопление рудных компонентов на верхних уровнях хвостохранилищ; качественная характеристика минерального состава хвостохранилища (гранат, каолинит, карбонат, кварц, слюды, сфен, турмалин, хлорит, арсенопирит, галенит, ильменит, касситерит, магнетит, пирит, пирротин, сфалерит, титаномагнетит, халькопирит и шеелит); образование железистых «рубашек» вокруг обломков пород и минералов. На «старом» хвостохранилище ЦОФ было пробурено 10 скважин средней глубиной 25 м и сделаны следующие выводы: минеральный состав песков представлен геденбергитом, ильва-итом, кальцитом, кварцем, сфалеритом, галенитом, пиритом, халькопиритом, магнетитом, самородным висмутом, пирротином и продуктами его дисульфидизации; окисление верхних горизонтов хвостохранилища проявлено в меньшей степени, чем его приплотиковых частей (фазовый анализ 4 проб на Zn)■, в результате гипергенного преобразования нижние горизонты хвостохранилища обогащены РЬ, Ъ\\, Ag и С&

Как видно из обзора результатов, полученных предшественниками, хвостохранилища, в свете поставленных в настоящей работе задач, являются малоизученными объектами, что свидетельствует об актуальности предлагаемых исследований, их практическом и научном значении.

Глава 1. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЗОР ВЕРХНЕ-УССУРСКОГО И ДАЛЬНЕГОРСКОГО РУДНЫХ РАЙОНОВ

Южное и Смирновское месторождения расположены в пределах Краснореченского рудного узла, который охватывает часть площади Верхне-Уссурского рудного района.

Месторождения: Второе Советское, Партизанское, Садовое, Николаевское, Первое Советское, Верхнее, Малышевское и Майминовское - находятся в пределах Дальнегорского рудного района.

1.1. Современные представления о геологической позиции рудных районов

Верхне-Уссурский и Дальнегорский рудные районы находятся в восточной части Сихотэ-Алинской складчатой системы, которая характеризуется многоярусным строением. Нижний структурный ярус (складчатое основание) соответствует геосинклинальной стадии, завершившейся орогенезом, а верхний (вулканический пояс) - стадии текто-но-магматической активизации (дейтероорогенез) [Михайлов, 1989].

В последнее время исследователи в пределах нижнего структурного �