Техногенные трансформации пустынных ландшафтов под влиянием медно-молибденового производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российский Геологоразведочный Университет им. Орджоникидзе

Москва 2013

Реферат на тему:

«Техногенные трансформации пустынных ландшафтов под влиянием медно-молибденового производства»

Подготовила:

студентка группы ЭКО-11

Маслова Любовь

Содержание

Введение

1. Применение медно-молибденовых сплавов

2. Производство

3. Трансформация пустынных ландшафтов под воздействием медно-молибденового производства

4. История возникновения комбината

5. Методика исследований

6. Техногенные изменения пустынных ландшафтов на примере Балхашского медно-молибденового комбината

Заключение

Термины

Введение

Большая часть добываемого молибдена (80--85 %) расходуется в качестве легирующего элемента, при получении специальных сортов стали. Молибден входит в состав многих нержавеющих сталей, кроме того, добавка этого элемента способствует увеличению жаропрочности этих сталей. Сплавы, легированные сорок вторым элементом используются в авиации, ракетной и атомной технике, химическом машиностроении. В чистом виде металл используется при изготовлении деталей электронных ламп и ламп накаливания (аноды, сетки, катоды, держатели нитей накаливания и пр.), молибденовую проволоку и ленту используют в качестве нагревателей для высокотемпературных печей. Широкое применение нашли и некоторые соединения сорок второго элемента. Так молибденовый ангидрид широко применяется в качестве положительного электрода в литиевых источниках тока, MoS2 -- смазочный материал для трущихся частей механизмов, некоторые оксиды молибдена -- катализаторы в химической и нефтяной промышленности.

Совсем недавно мировым лидером по запасам и добыче молибденовых руд по праву считались Соединенные Штаты Америки, где добыча молибденсодержащих руд ведется в Колорадо, Нью-Мексико, Айдахо и ряде других штатов. Однако последние открытия новых богатых месторождений в лидеры вывели Китай, где в добыче заняты семь крупных провинций. Хотя США по-прежнему остаются лидерами в добыче молибдена, бурно развивающаяся экономика Китая, в ближайшее время может вывести эту страну на первое место по добыче сорок второго элемента. К другим странам, обладающими большими запасами молибденовых руд можно отнести: Чили, Канаду (территория Британской Колумбии), Россию (семь разрабатываемых месторождений), Мексику (месторождение La Caridad), Перу (рудник Tokepala), многие страны СНГ и др.

1. Применение медно-молибденовых сплавов

Основной потребитель молибдена (до 85 %) -- металлургия, где львиная доля добываемого сорок второго элемента расходуется на получение особых конструкционных сталей. Молибден значительно улучшает свойства легируемых металлов. Присадка этого элемента (0,15--0,8 %) существенно повышает прокаливаемость, улучшает прочность, вязкость и коррозионную стойкость конструкционных сталей, которые используются при изготовлении самых ответственных деталей и изделий.

Молибден и его сплавы относятся к тугоплавким материалам, а это качество просто необходимо при изготовлении обшивки головных частей ракет и самолетов. Причем использование таких сплавов возможно как в качестве вспомогательного материала -- тепловые экраны, отделяемые от основного материала теплоизоляцией, так и в качестве основного конструкционного материала. Молибден хоть и уступает вольфраму и его сплавам по прочностным характеристикам, однако по удельной прочности при температурах ниже 1 350--1 450 °C молибден и его сплавы занимают первое место, а титано-молибденовые сплавы имеют температурный предел эксплуатации в 1500 °C!

Именно из-за этого наибольшее распространение при изготовлении обшивки и элементов каркаса ракет и сверхзвуковых самолетов получают молибден и ниобий, а также их сплавы, обладающие большей удельной прочностью до 1 370 °C по сравнению с танталом, вольфрамом и сплавами на их основе. Из жаропрочных сталей, легированных сорок вторым элементом изготовляют оболочки возвращающихся на землю ракет и капсул, сотовые панели космических летательных аппаратов, тепловые экраны, теплообменники, обшивку кромок крыльев и стабилизаторы в сверхзвуковых самолетах. Кроме того, молибден используют в сталях, предназначенных для некоторых деталей прямоточных ракетных и турбореактивных двигателей (заслонки форсунок, лопатки турбин, хвостовые юбки, сопла ракетных двигателей, поверхности управления в ракетах с твердым топливом). От материалов, работающих в таких условиях, требуется не только высокое сопротивление окислению и газовой эрозии, но и высокая длительная прочность и сопротивление удару. Всем этим показателям при температурах ниже 1 370 °С отвечает молибден и его сплавы.

2. Производство

Первоначально молибденовые руды подвергаются обогащению, для чего применяется флотационный метод, основанный на различной поверхностной смачиваемости минералов водой. Тонкоизмельченную руду обрабатывают водой с добавлением небольшого количества флотационного реагента, который усиливает различие в смачиваемости частиц рудного минерала и пустой породы. Сквозь образующуюся смесь интенсивно продувают воздух; при этом его пузырьки пристают к зернам тех минералов, которые хуже смачиваются. Эти минералы выносятся вместе с пузырьками воздуха на поверхность и таким образом отделяются от пустой породы.

Обогащенный подобным образом молибденовый концентрат содержит 47--50 % самого молибдена, 28--32 % серы, 1--9 % SiO2, кроме того, присутствуют примеси прочих элементов: железо, медь, кальций и другие. Концентрат подвергается окислительному обжигу при температуре 560--600 °С в многоподовых печах или печах кипящего слоя. При наличии в концентрате рения во время обжига образуется летучий оксид Re2O7, который удаляют вместе с печными газами. Продуктом обжига является так называемый «огарок» -- загрязненный примесями МоО3.

Чистый МоО3, необходимый для производства металлического молибдена, получают из огарка двумя способами. Первый -- возгонка при температуре около 1000° С, второй способ -- химический, по которому огарок выщелачивают аммиачной водой. При этом молибден переходит в раствор (молибдат аммония). Раствор очищают от примесей меди, железа и прочих элементов, затем нейтрализацией или выпариванием и последующей кристаллизацией выделяют полимолибдаты аммония -- в основном парамолибдат (NH4)6Mo7O24*4H2O. Уже после чего прокаливанием парамолибдата аммония при 450--500 °С получают чистый МоО3, содержащий не более 0,05 % примесей.

Бывает, что вместо обжига молибденовый концентрат разлагают азотной кислотой, при этом осаждают, получившуюся молибденовую кислоту МоО3•Н2О, которую растворяют в аммиачной воде и получают парамолибдат аммония. Определенная доля сорок второго элемента остаётся в первичном растворе, из которого молибден извлекают ионным обменом или экстракцией. При переработке низкосортных концентратов, которые содержат 10--20 % молибдена, огарки выщелачивают Na2CO3, из полученных растворов Na2MoO4 осаждают СаМоО4, используемый в черной металлургии. Иным методом -- с помощью ионного обмена или жидкостной экстракции раствор Na2MoO4 переводят в раствор (NH4)2MoO4, из которого затем выделяют парамолибдат аммония.

молибден сталь флотационный

3. Трансформация пустынных ландшафтов под воздействием медно-молибденового производства

В сферах воздействия производств цветных металлов при поступлении промышленных выбросов в атмосферу и воду происходит сильная геохимическая трансформация ландшафтов, изменение геохимической сферы обитания растений и животных и как следствие этого - накопление ингредиентов выбросов почвами и растениями, что создает экологическую опасность использования этих территорий под сельское хозяйство. Экологически опасные ситуации создаются при интенсивном техногенном воздействии на с/х земли, крупные массивы пахотных и орошаемых земель. Зримые экологические последствия от потребления продуктов сельского хозяйства, выращенных в сферах воздействия черной и особенно цветной металлургии. Кроме того, воздействие производств цветных металлов особенно ощущается в пределах природных биогеохимических провинций, где наблюдается аномально высокие содержания тяжелых металлов в почвах и растениях. Наложение аэротехногенных аномалий микроэлементов на природные создает высокую степень экологической опасности как для ландшафта, так и для человека. Особенно неблагоприятно использование для орошения на поливных землях условно очищенных сточных вод производств цветных металлов в пустыне и полупустыне.

Для регулирования потоков техногенных веществ в природе необходимо как нормирование выбросов для всего ландшафта в виде предельно допустимых выбросов для металлургического производства в определенных зональных условиях, так и установление ПДК ингредиентов выброса для элементов и компонентов ландшафта (атмосферы, вод, почв, растений, животных). Нормирование потока выбросов металлургического медно-молибденового комбината в пустынные ландшафты осложняется недостаточной изученностью миграций кислых выбросов в щелочной среде серо-бурых пустынных почв, поэтому исследования носили ландшафтно-геохимическую направленность.

4. История возникновения комбината

Отыскать в Прибалхашье месторождения молибдена - такое задание в 1941 году получили геологоразведчики. И они успешно выполнили это ответственное правительственное задание - в пустынном районе, восточнее Коунрада, ими было открыто молибденовое месторождение. А горняки без геологической документации заложили эксплуатационную шахту. Уже осенью 1941 года Восточно-Коунрадский молибденовый рудник был сдан в эксплуатацию и начал выдавать молибденовую руду. Весной на руднике были заложены еще две шахты, здесь появились первые землянки, а затем и дома. От Коунрада сюда была проложена железнодорожная ветка. В июне 1942 года на рудник пришел первый состав. Балхаш стал, наряду с медью, поставщиком молибдена.

5. Методика исследований

Геохимическую техногенную трансформацию пустынных ландшафтов исследовали в сфере воздействия Балхашского медно-молибденового комбината. Оценена техногенная трансформация ландшафтов под воздействием медно-молибденового производства. Выделены техногенные модификации природно-территориальных комплексов, урочищ и групп урочищ, даны их геохимические характеристики. Геометрию сфер воздействия также установили при картировании техногенных аномалий в почвах и растениях. Распределение выбросов загрязняющих веществ комбината в пустынных почвах изучали в геохимически сопряженных ландшафтах.

Установление ареала техногенного воздействия по существующим программам расчета распределения выбросов в атмосфере и по эмпирическим зависимостям между содержанием загрязняющих веществ в воздухе и поступлением их на земную поверхность дало представление о геометрии техногенных аномалий в ландшафтах. Отбор проб почв и растений производился на различном удалении от комбинатов с учетом геохимического сопряжения автономных и подчиненных ландшафтов, связанных миграцией химических элементов. Это дало возможность проследить транзит, аккумуляцию и вынос элементов в геохимически сопряженных элементарных ландшафтах в зонах сильного воздействия производства сравнить со значениями, присущими фоновым комплексам. В почвах определяли валовое содержание 40 элементов при помощи спектрального анализа.

6. Техногенные изменения пустынных ландшафтов на примере Балхашского медно-молибденового комбината

С выбросами комбината загрязняющих веществ в ландшафты наряду с тяжелыми металлами поступает большое количество серы (сернистого ангидрида, серной кислоты), что сильно подкисляет почвы. Серо-бурые пустынные почвы характеризуются щелочной реакцией (рН 8-9). В зоне сильного воздействия комбината рН снижается до 6,5-6,4, а иногда и до 3,8. В техногенно-трансфрмированных почвах на территории комбината отклонение от присущего им среднего значения рН достигает в некоторых случаях 3-4 единиц. Особенно интенсивно подкисляется верхний горизонт серо-бурых почв.

Рассмотрим техногенную трансформацию почв непосредственно на территории комбината. Ландшафтно-геохимические наблюдения проводили в природных комплексах техногенно-трансформированной озерной террасы. Для всей территории характерно высокое содержание меди, свинца, серебра, молибдена. Техногенная аномалия почв сформировалась под воздействием воздушного поступления выбросов, что подтверждается распределением металлов по профилю: содержание их с глубиной снижается в 25-30 раз.

Очень высокое для района исследования количество серы обнаружено в техногенных солончаках. Большое количество серы обусловлено, по-видимому, не только техногенным воздействием на почву выбросов комбината, но и накоплением в верхних ее горизонтах сернокислых солей металлов, которые поднимаются из грунтовых вод и осаждаются на испарительном барьере. Однако повышенное содержание серы в техногенном солончаке обусловлено главным образом выбросами сернистого газа в атмосферу.

Для техногенных солончаков характерен максимум содержания меди, свинца и серебра в горизонтах А? и А, где осаждаются ингредиенты выбросов на испарительном и сероводородном барьерах. Минимум концентрации техногенных элементов, кроме молибдена, отмечается в горизонте В. Молибден интенсивно мигрирует по профилю почв, и содержание его наоборот, увеличивается в нижнем горизонте.

Рассматривалось также воздействие выбросов комбината на ландшафт возвышенных, денудационных равнин, увалистых на дислоцированных породах с щебенчато-суглинистым покровом с серо-бурыми почвами под полынно-солянковой растительностью.

В пределах природного фона в горизонте А содержатся молибден, марганец, хром. Ряд интенсивности накопления микроэлементов в нижних горизонтах почв В несколько изменяется. Так, если в горизонте А медь преобладает над свинцом и серебром, то в горизонте В микроэлементы выстраиваются в следующий ряд в убывающем порядке: свинец, медь, хром, серебро, ванадий, никель, кобальт и др. В этих почвах вниз по профилю снижается содержание практически всех микроэлементов, причем интенсивность накопления меди, свинца, серебра в 14-16 раз (см. рис.)

С удалением от комбината на расстояние 5,5 км ряд накопления микроэлементов остается прежним, но интенсивность накопления меди, свинца, серебра снижается в 3-4 раза, причем аккумуляция их в горизонте В уменьшается втрое (см. рис. ). В зоне слабого воздействия комбината (на расстоянии 13,5 км) наблюдается перестройка ряда накопления, медь перемещается на третье-четвертое место в ряду, интенсивнее накапливаются свинец, хром и серебро. Картина поведения остальных элементов прежняя, они слабо аккумулируются почвами.

Рис. 2 Изменение содержания меди в почвах по мере удаления от Балхашского комбината: 1 - Валовое содержание; 2 - кислотные формы; 3 - водорастворимые формы

С удалением от комбината валовое содержание тяжелых металлов в почве резко снижается. Удалось проследить зависимость между содержанием в почвах тяжелых металлов и гумуса. В серо-бурых почвах содержание его в аккумулятивном горизонте может достигать 2-3%, резко убывая вниз по профилю. В различных природных комплексах мелкосопочника иногда наблюдается увеличение концентраций элементов в трансэлювиальных и элювиально-аккумулятивных комплексах наветренных к комбинату склонов.

В сфере воздействия металлургических пределов комбината и хвостохранилища площадью 20 км.кв. наибольшей трансформации подвержены природные комплексы низких песчаных и песчано-галечниковых террас озерной котловины с серо-бурыми почвами и солончаками под полынно-солянковой растительностью. Наиболее высокое содержание ингредиентов выбросов в почвах зафиксировано в сфере сильного влияния комбината в точках, приближенных к хвостохранилищу. Максимальное меди (до 300-400 •10*-3%) и серебра (до 200-300 • 10??%) обнаружено в почвах на наветренных склонах террасы (см.рис ) вблизи хвостохранилища. В целом интенсивность накопления микроэлементов убывает в следующем порядке: свинец, медь, серебро, хром, цинк, никель, марганец, кобальт.

Рис. 3. Спектр микроэлементов в геохимическом сопряжении мелкосопочника в 5 км от Балхашского комбината в зоне интенсивности воздействия:1 - вершинная поверхность; 2 - склон сопки западной экспозиции; 3 - подножье склона

В зоне сильного воздействия комбината в солончаках интенсивно накапливается молибден. Им обогащены все горизонты, но с глубиной его содержание уменьшается. Обратная зависимость наблюдается в солончаках на рудных аномалиях: содержание молибдена резко увеличивается с глубиной.

По данным рентгенфлюоресцентного анализа пустынных растений установлено, что вредные выбросы в атмосферу медно-молибденового комбината влияют на соотношение микроэлементов в листьях, причем среди тяжелых металлов преобладает медь. В зоне сильного воздействия производства содержание меди в листьях превышает пороговые концентрации, определяющие нормальное функционирование высшей растительности, и является высокотоксичным. Также в пустынных растениях интенсивно накапливаются хлор и сера в наибольших количествах. Объясняется это их способностью образовывать в почвах хорошо растворимые и подвижные соединения, доступные растениям. В растениях пустыни содержание серы варьирует от 0,19 до 1,4%. Для них характерно высокое содержание хлора, солеустойчивость, которая прямо связана с газоустойчивостью. Сведа высокая, боялыч, эфедра - газоустойчивые виды. Указанная растительность интенсивно захватывает фосфор, калий, кальций, магний, а также медь, которой содержится больше по сравнению с другими элементами. В проанализированных растениях меди содержалось 0,001-0,07%, что на три порядка превышает пороговую концентрацию.

Заключение

Для техногенных пустынных ландшафтов характерны интенсивная механическая денудация и эоловый перенос микроэлементов, слабая их водная миграция. Отмечается общая тенденция увеличения насыщенности водорастворимыми формами тяжелых металлов. С нарастанием засоления серо-бурых пустынных почв увеличивается количество подвижных форм тяжелых металлов, максимум их наблюдается в серо-бурых солонцеватых почвах и солончаках. Менее интенсивно в верхних горизонтах почв накапливаются молибден и мышьяк, обладающие сильной подвижностью в щелочной среде.

В зоне сильного влияния Балхашского комбината в радиусе до 4,5 - 5 км суммарный ККф основных загрязнителей > 400

Интенсивного влияния от 5 до 10 км, а в северо-восточном направлении до 20 км суммарный ККф = 100

В зоне слабого влияния от 20 до 45 км суммарный ККф = 10 - 20.

Ряды интенсивности, построенные по ККф характеризуют уровень техногенного воздействия.

Воздействие медно-молибденового производства на пустынные ландшафты прежде всего индуцируется повышением содержания меди в почвах во всех трех формах. Индикатором воздействия может служить как ее валовое содержание, так и содержание в вытяжках Тамма и водной. Чтобы очертить сферу воздействия, достаточно определить содержание меди в двух верхних горизонтах серо-бурых почв А0 (0-2 см), А1 (2-10 см) и в верхних горизонтах солончаков (10 - 20 см). Выявлены следующие закономерности миграции тяжелых металлов в данной среде: с нарастанием засоления серо-бурых пустынных почв увеличивается количество подвижных форм тяжелых металлов, максимум их наблюдается в серо-бурых солонцеватых почвах и солончаках.

Для почв, испытывающих сильное техногенное воздействие, характерен ход кривой содержания тяжелых металлов с резким падением (на два - три порядка) с глубиной. Кривая с двумя аномально высокими значениями (в верхних горизонтах и в почвообразующей породе свидетельствует о формировании техногенной аномалии либо на древней засоленной коре выветривания, либо в пределах ореола рассеивания рудной аномалии. Кроме того, отмечаются малоконтрасные геохимические аномалии, обусловленные ландшафтно-геохимическими барьерами.

В целом для техногенных пустынных ландшафтов характерны интенсивная механическая денудация и эоловый перенос микроэлементов, слабая их водная миграция и перераспределение в системе автономный-подчиненный ландшафты. Ландшафты низких террас и пониженных равнин подвержены потенциальной опасности загрязнения вследствие доминирования солончаков и солонцов, обладающих большими поверхностями испарительных и биогеохимических барьеров, а также из-за вновь сформированных здесь техногенных барьеров.

Термины

Мг • экв .В России для измерения жёсткости воды чаще используется нормальная концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм иона кальция или 12,16 миллиграмм иона магния.

Т.е . это или 20.04 или 12.16 милиграмм.

Солевой Профиль почвы -- кривые, изображающие изменение с глубиной содержания суммы солей и отдельных их ионов.

Денудация -- снос, удаление продуктов выветривания. Главной движущей силой в процессах Д. является сила тяжести, проявляющаяся либо непосредственно, либо через движение разл. подвижных сред. Различается Д. в узком понимании как снос, удаление выветрелого материала посредством плоскостного смыва и гравитационных движений (перемещений) и в широком смысле как совокупность процессов, посредством которых осуществляется удаление продуктов выветривания (комплексная Д.) с последующей их аккумуляцией на поверхностях.

Солончаки, почвы, формирующиеся обычно при засолении почв степей, пустынь и полупустынь в условиях выпотного водного режима (соли поднимаются в верхние почвенные горизонты вследствие испарения с поверхности грунтовых вод). Профиль С. слабо дифференцирован на горизонты. С поверхности часто залегает солевой горизонт (пухлый, корковый и т. д.), затем слабо выраженный или остаточный гумусовый горизонт с прожилками и пятнами солей, глубже -- засоленная порода или водоносный слой.

Солонцы, почвы, формирующиеся в условиях непромывного водного режима при накоплении в почвенном поглощающем комплексе натрия (от 10--15 до 70% ёмкости поглощения), поступающего из почвенного раствора или грунтовых вод (процесс осолонцевания). Профиль С. расчленён на почвенные горизонты: А -- элювиальный, или гумусовый (мощность от 2--3 до 15--25 см, содержание гумуса от 1--5 до 9--10%); В -- иллювиальный, или солонцовый (10--20 см); ВС -- переходный (здесь возможно скопление гипса, сульфата натрия и др.); С. -- материнская порода. С. характеризуются щелочной реакцией, высоким содержанием соды (NaHCO3)

СЕРО-БУРЫЕ ПОЧВЫ

Серо-бурые почвы пустынь занимают вместе с песками, такырами, такыровидными почвами и солончаками 140 млн. га, или 6,3% территории страны. Поверхность серо-бурых почв покрыта коркой палево-серого цвета -- А0 ниже которой расположен слоеватый горизонт А1 мощностью 5-- 10 см, затем горизонт В -- уплотненный, оглиненный, буроватого или красновато-бурого цвета с пятнами и потеками карбонатов и еще ниже -- иллювиально-солевой горизонт В с кристаллами гипса. Реакция почвы щелочная. Содержат до 1% гумуса. Водорастворимые соли расположены в пределах первого метра. Серо-бурые почвы различают по карбонатности, солонцеватости и солончаковатости.

Геохимические барьеры

- участки земной коры, на к-рых в направлении миграции хим. элементов одна устойчивая геохим. обстановка на относительно коротком расстоянии сменяется другой. При этом происходит уменьшение миграц. способности отд. элементов и их избират. накопление вплоть до образования пром. рудных тел. Примерами Г. б. могут служить участки смешения пресных и мор. вод в устьях рек, границы зон пластового окисления, дегазация глубинных растворов в областях активного вулканизма, контактово-метасоматич. и др. природные процессы. Все они объединяются единой сущностью геохим. явлений. Так кислотно-основные и окислит.-восстановит. Г. б. могут возникать как на границе зоны окисления, так и в результате направленной эволюции эндогенных растворов.. Существует два типа Г. б. - техногенные и природные. Последние в свою очередь подразделяют на механич., связанные с изменением механич. переноса, физико- химические, вызванные сменой параметров состояния (темп-pa, давление, pH, Eh и т.д.), и биогеохимич., обязанные накоплению хим. элементов организмами.

Размещено на Allbest.ru