Оценка эколого-ресурсной функции литосферы территории города воронежа по компоненту «подземные воды» Белозеров д.А., научн. Рук. Косинова и.И., проф., д.Г.-м.Н (вгу, Воронеж)

Воро́неж — город в России, административный центр одноимённой области. Расположен на берегах Воронежского водохранилища реки Воронеж, в 8,5 километрах от впадения её в реку Дон, в 500 км от Москвы. Не являясь городом-миллионником, Воронеж образует агломерацию численностью более миллиона человек, которая включает города Нововоронеж (40 тыс. человек в 2005г.), Семилуки (23,3 тыс человек в 2005), Рамонcкий район (30 тыс. человек 1 января 2007 года) и др.

В связи с ростом населения, развития города появилась проблема дефицита качественной питьевой воды.

В геологическом строении территории принимают участие образования кристаллического фундамента и платформенного чехла. Первые представлены сложно дислоцированными и метаморфизированными породами докембриям. Разрез платформенных отложений начинается терригенно-карбонатными породами девона, которые перекрываются терригенными меловыми отложениями, и завершается субаквальными и субаэральными образования неогена и квартера.

Изучаемая территория расположена в юго-восточной части Московского артезианского бассейна в пределах северо-восточ­ного склона Воронежского кристаллического массива. Осадочный чехол бассейна сложен палеозойскими, мезо-кайнозойскими и четвертичными образованиями, среди которых выделяются толщи водопроницаемых и водоупорных пород.

В настоящее время водоснабжение города Воронежа осуществляется преимущественно из неоген-четвертичного водоносного горизонта, а именно водоносный верхнечетвертичный аллювиальный горизонт, слабоводоносный донской водно-ледниковый горизонт, водоносного плиоценового аллювиального горизонта. В целом горизонт безнапорный. В связи с этим, в местах неглубокого залегания вод и взаимосвязи с вышележащими водоносными подразделениями, горизонт потенциально подвержен загрязнению. Это уже имеет место на водозаборах г. Воронежа: №6 и №9 воды загрязнены нефтепродуктами, гексаном, толуолом, бензолом и ацетоном. Источником загрязнения являются бывшие поля фильтрации завода СК им. Кирова и промышленная зона с.Никольское, расположенные в области питания четвертичных гидрогеологических подразделений. В воде обнаружены микрокомпоненты, в единичных случаях содержание которых превы­шает ПДК: бром – 1 мг/дм³, бор – 0,75 мг/дм³, марганец – 0,12 мг/дм³, кадмий – 0,02 мг/дм³ г.Воронеж; ртуть – 0,003 мг/дм³; по единичным пробам отмечается значительное содержание Na – 288 мг/дм³ и К – 310 мг/дм³, встречаются воды со значительным содержанием Fe – 2 мг/дм³ и аномально высокими значениями NO₃ до 612 мг/дм³(водоносный верхнечетвертичный аллювиальный горизонт). Отмечается присутствие общего железа, по содержанию преимущественно не превышающее ПДК, хотя в ряде проб его содержание весьма значительно. Таким образом, общее качество вод четвертичного водоносного горизонта не удовлетворяет экологическим нормам.

Основной перспективой экологического использования подземной гидросферы является использование девонского водоносного горизонта, а именно водоносного локально слабоводоносного петинско-воронежского терригенно-карбонатного комплекса и слабоводоносного локально водоносного саргаевско-нижнесемилукского терригенно-карбонатного комплекса.

В пределах изучаемой территории данный горизонт развит почти повсеместно. Мощность обводненной толщи в среднем составляет 14-27 м. Воды комплекса меняются от весьма пресных до слабосолоноватых, преобладают воды весьма пресные гидрокарбонатного натриевого, гидрокарбонатного магниево-кальцие­вого и натриево-кальциевого, реже сульфатно-гидрокарбонатного магниево-кальциевого и смешанного типов. Содержание нитратов не превышает 9 мг/дм³, что удовлетворяет требованиям СанПиН. Содержание общего железа в целом не превышает норматива, но по единичным пунктам опробования доходит от 0.3 до 1 мг/дм³ .

Эффективное и научно обоснованное использование водоносных горизонтов позволяет с одной стороны удовлетворить потребности населения в чистой воде, обеспечить достаточный уровень здоровья жителей города, с другой стороны сохранить существующие водоносные горизонты, избежав их истощения и загрязнения.

РАЗДЕЛЕНИЕ СУЛЬФАТОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ИСПАРИТЕЛЬНОМ БАРЬЕРЕ В ТЕХНОГЕННОЙ ЗОНЕ ОКИСЛЕНИЯ БЛЯВИНСКОГО КОЛЧЕДАННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (Ю. УРАЛ)

Блинов И.А., научн. Рук. Белогуб Е.В., доц., к.г.-м.н. (ИМин, УрОРАН, Миасс)

Колчеданные залежи являются природной концентрацией сульфидов различных металлов. В окислительной обстановке сульфиды превращаются в легкорастворимые соединения, которые часто содержат потенциально опасные для живых организмов вещества [1]. Известно, что сульфиды имеют различную устойчивость к окислению, связанную со структурой, химическим составом, электропроводностью, дефектами кристаллической решетки и другими факторами [2]. В зависимости от устойчивости минералов создается некоторая последовательность перехода металлов в растворенное состояние, но характер миграции и последовательность «вывода» сульфатов из раствора в твердое вещество остаются недостаточно изученными. Один из способов «промежуточной» фиксации металлов – осаждение из раствора на испарительном барьере в виде сульфатов.

Объект исследования – Блявинское колчеданное месторождение, которое отрабатывалось в 1940-80-х гг. В настоящее время там остался затопленный карьер с обнаженными в стенках забалансовыми сульфидными рудами и сульфидсодержащими метасоматитами.

Нами было замечено, что вдоль временных водотоков на сульфидсодержащих породах в стенках карьера образуются зональные корки сульфатов меди, цинка, железа, магния и других металлов, представленные минералами групп кизерита, халькантита, мелантерита, копиапита, пиккерингита, бледита и др. Зональность проявлена в цвете, минеральном и химическом составе корок. Было установлено, что в водотоках с менее концентрированными растворами сульфаты меди и цинка осаждаются дальше от водотока, а сульфаты железа – вблизи него. Для концентрированных растворов наблюдается обратная зональность – ближе к истоку образуются медистые сульфаты, сульфаты железа – дальше.

Традиционно считается, что зональность образования сульфатов металлов обусловлена растворимостью соответствующих соединений. Однако, наблюдаемая на Блявинском месторождении зональность не всегда соответствует последовательности выпадения солей при испарении растворов, предполагаемой исходя из растворимости.

Для понимания характера разделения металлов на испарительном барьере были проведены опыты. В сосуд насыпался кварцевый песок, который заливался искусственным двухком­понентным сульфатным раствором различной концентрации или реальным трещинным раствором. Анализировались пробы, отобранные со дна, середины и поверхности сосуда после полного испарения раствора. В результате экспериментов была выявлена зональность распределения металлов: в опытах с искусствен­ными сульфатными смесями большее содержание металлов в сульфатах наблюдалась приповерхностных слоях. В опытах с трещинными водами обратная ситуация – большая минерализация на дне.

В результате всех опытов показано, что цинк в сульфатном растворе обладает наибольшей подвижностью, в верхних слоях он имеет бόльшую концентрацию как в опытах с искусственными смесями, так и с реальными трещинными водами. Зональность распределения железа и меди различна в зависимости от концентрации исходного раствора, а также длительности опыта.

Исходя из этих данных, можно предположить, что при низких концентрациях веществ в растворах основным фактором, определяющим зональность распределения металлов в сульфатах является подвижность катионов в электролите. При испарении воды пересыщение наступает не сразу, катионы в разбавленных растворах имеют большой потенциал для движения в электрическом поле, создаваемом между электролитом и воздухом. Катионы успевают мигрировать. Последовательность выпадения сульфатов металлов из растворов, близких к пересыщению, определяется растворимостью соответствующих солей.

Работа поддержана грантами министерства образования и науки РФ (РНП 2.1.1.1840) и РФФИ (07-05-00824).

Литература

1. Емлин Э. Ф. Техногенез колчеданных месторождений Урала. Свердловск: Изд-во Урал. ун-та, 1991. 256 с.

2. Эммонс В. Вторичное обогащение рудных месторождений М., Л.: Объединенное научно-техническое издательство НКТП СССР, 1935. 479с.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАКОВ

Боков Д.А., научн. рук. Блинов С.М., доц., к.г.-м.н.

(ПГУ, Пермь)

Рациональное использование природных богатств – одна из важнейших задач современной науки и техники. При выплавке в год чугуна и стали около 100 млн. т образуется не менее 10 млн. т шлаков. При этом, если доменные шлаки используются достаточно широко – в качестве строительных материалов при изготовлении бетонных и шлакобетонных изделий, производстве цемента, дорожно-строительных работах, то сталеплавильные шлаки (кроме мартеновских) используются значительно меньше [1].

С целью возможности вторичного применения были исследованы металлургические шлаки ООО «Камасталь», которое согласно официальным данным ежемесячно выплавляет порядка 27 тыс. т. стали. Исследования включали силикатный, рентгенофазовый и атомно-абсорбционный анализ шлакового вещества, общий химический и микроэлементный анализ водной вытяжки.

Исследованный шлак характеризуется преобладаем в своем составе оксидов железа (7,8 % Fe₂O₃ и 25,4 % FeO) и оксида кальция (29,4 %). Содержание диоксида кремния 14,8 %, оксида алюминия − 3,3 %, значительно содержание оксида марганца (II) − до 6,1 %. Присутствуют TiO₂, P₂O₅, щелочи (Na₂O и K₂O) и др. По величине модуля основности (отношение содержания CaO и SiO₂) шлак с производства относится к основным шлакам, величина модуля основности значительная − 1,98.

В минеральном составе согласно данным рентгенофазового анализа основной составляющей является ларнит (ортосиликат кальция Ca₂(SiO₄). Кроме того, присутствует магнетит и кальцит. Отдельный анализ поверхностной рыхлой составляющей показал, что она образована кальцитом.

Полученные результаты показали, что возможно применение данного шлака в качестве сырья для производства щебеночно-песчаных смесей в дорожном строительстве (ГОСТ 3344-83). Однако высокие содержания оксидов FeO и MnO ограничивают его использование для производства шлакового щебня и песка для бетонов (ГОСТ 5578-94). Использование технологии патента [2], которые позволяют получать строительные материалы из высокоосновных шлаков металлургического производства путем введения в шлаковый расплав, после основного процесса выплавки стали, модифицирующей кремнеземсодержащей добавки, делает возможным получение из шлака заполнителя пригодного к  использованию в дорожном строительстве и производстве бетона.

Особенности минерального состава – преобладание лар­нита и высокий модуль основности (1,98) – позволяют отнести исследованный шлак к самораспадающимся. Дальнейшего исследования требует вопрос изменения шлака в поверхностных условиях с течением времени и возможности использования вещества, образуемого в результате силикатного распада, которое вполне может быть пригодно к использованию в производстве цемента. После стабилизационного процесса возможно использование шлакового материала будет связано с производством фракционного щебня.