Техногенное воздействие оказывает существенное воздействие на геосферу, что проявляется в накоплении техногенных грунтов, отвалов месторождений, а также своеобразных техногенных месторождений, многие из которых могут являться (а, в сущности, и являются) ценными источниками минерального сырья.
В расчете на одного жителя Земли ежегодно извлекается из ее недр 50 тонн вещества, при этом лишь 2 тонны превращается в конечный продукт, при этом получается до 0.5 тонн опасных отходов. Например, при добыче железной руды на земную поверхность (за период с 1963 по 1980 гг.) поступило 4.43 млрд. м3 руды, 27.14 млрд. м3 пустой породы, 2.7 млрд. м3 шлаков.
В настоящее время около 50% территории планеты Земля в той иной степени изменены антропогенной деятельностью. На территории крупных промышленных районов, в зоне действия угольных ТЭЦ, в районах добычи различных полезных ископаемых накапливается (или уже было накоплено) огромные количества отвалов пустой породы, различных техногенных отложений, например шлакоотвалов, золоотвалов, хвостохранилищ и др. Кроме того, своеобразные источники минерального сырья могут формироваться при горении (в том числе и катастрофическом) различных отвалов (например, отвалов угольных месторождений).
Попытаемся более подробно рассмотреть некоторые аспекты использования техногенных отложений в качестве нетрадиционных источников минерального сырья. Отмечено, что техногенные месторождения обычно более бедные по сравнению традиционными месторождениями, однако широкая распространенность и доступность, привязанность к промышленным центрам, отсутствие необходимости извлечения сырья из недр, измельченность, значительные объемы позволяют использовать техногенные месторождения. Например, при разработке месторождений олова, в шламах обогатительных фабрик потери олова достигают до 77 %.
Определенная экономическая выгода достигается и при мелком просеве строительных песков, что позволяет получать более богатые концентрации циркона, ильменита, рутила.
При добыче различных руд образуются колоссальные объемы пустой породы, например, при добыче железной руды на земную поверхность поступает в среднем около 5 млрд. м3 руды, около 30 млрд. м3 пустой породы и около 3 млрд. м3 шлаков.
В России общий объем отходов черной металлургии составляет порадка 16 млрд. м3. Общий объем отходов от добычи полезных ископаемых составляет 645 млрд. т/год.
Огромный объем составляют золошлакоотвалы, например, на территории России за период с 1973 по 1997 гг. общий объем золошлаков составил 241439.7 тыс. м3, причем основной объем приходится на Центральный (55975.1) и Уральский (64696.3) экономические районы.
Золы и шлаки ТЭС широко применяются в качестве строительного материала (т.е. источника строительного минерального сырья) для укрепления грунтов и возведения насыпей в дорожном строительстве, для строительства дамб, в промышленном и гражданском строительстве доля засыпок фундаментов.
В золах бурых углей отмечены высокие содержания цинка, свинца, рубидия, стронция, цезия, железа, калия, натрия, кальция и других химических элементов – до 30 % Al2O3, до 65 % SiO2. В хвостоотвалах некоторых обогатительных комбинатов возможно образование высоких концентраций сурьмы, мышьяка, селена.
Отвалы месторождений XVIII-XIX века могут служить в настоящее время богатейшим источником вторичной добычи редкоземельного сырья (редких и редкоземельных элементов).
В отвалах старых месторождений и старых заводов содержится огромное количество химических элементов, причем часто в легкодоступной форме. По подсчетам геологов, в отвалах только 30 медеплавильных заводов Пермской области XVIII-XIX вв. общее количество шлаков составляет более 3.5 млн. тонн, при этом в шлаках содержится более 40 тысяч тонн меди, около 1.5 тысяч тонн ванадия, более 250 тонн никеля, более 100 тонн кобальта, около 30 тонн серебра, более 20 тонн германия и иттрия.
В горящих отвалах ряда месторождений образуются самые различные химические соединения, которые также могут служить источником минерального сырья. В свое время исследования известного минералога Б.В. Чеснокова с сотрудниками из Института минералогии РАН, при изучении горелых отвалов угольных месторождений Челябинской области позволили выявить большое количество различных минералов, многие из которых впервые обнаружены.
Некоторые техногенные горные породы и минералы, образующиеся при техногенных катастрофах, или являющиеся шлаками могут служить источником высококачественного ювелирного и поделочного сырья. Например, тенгизит, образовавший при катастрофе (мощном и длительном пожаре на нефтяном месторождении Тенгиз в Западном Казахстане), является по своим ювелирным качествам весьма ценным ювелирным сырьем (исследования С.С Потапова).
Известно и образование техногенного рубина в шлаках Cr-V производства (впервые обнаружен автором статьи) и в реакторе вторичного риформинга природного газа (исследования С.С. Потапова с соавторами и Прудникова А.М.).
Матрица шлака Cr-V производства на 75% сложена редким минералом дяоюдаитом, зерна которого имеют размер от 1 мм до 22 мм в длину (среднее – 11 мм) и на 20% рубином с размером зерен от 1 мм до 24 мм в длину (среднее 12 мм).
Особый интерес вызывает изучение техногенных отложений городов и иных урбанизированных территорий – культурного слоя для которых характерны специфические геохимические процессы, и накопление различных химических элементов – свинца (до 1670 мг/кг), меди (1000 – 7700 мг/кг), цинка (1500 мг/кг), кобальта (100 мг/кг), олова (до 30000 мг/кг) и др. (данные по культурным слоям 17-19 века Москвы, Санкт-Петербурга, Челябинска, Ульяновска и других городов (исследования автора).
Накопление химических элементов в культурном слое связано с производственной и хозяйственно-бытовой деятельностью человека в прошлые века. Следует отметить, что большой объем грунта, с высоким содержанием химических элементов перемещается при строительстве и предшествующих им археологических раскопок. В дальнейшем загрязненный грунт используется для строительства или просто складируется, что является не только важной технологической и производственной проблемой, но и экологической проблемой. Необходима разработка технологии (и вероятно определенных законодательно-экологических актов) по извлечению химических элементов из техногенных отложений города, так при современных темпах строительства (в крупных городах) возможна (и необходима) побочная переработка строительных отвалов.
Можно сделать выводы, что при изучении техногенных отложений как возможных и достаточно доступных источников минерального сырья необходимо решить следующие основные вопросы:
Разработка определенной законодательной базы, с тем чтобы обязать местные власти как можно более полно использовать техногенные месторождения, что позволит, к примеру, создать новые рабочие места, там, где разработка месторождений закончена или нерентабельна, но существуют многочисленные отвалы.
Разработка рентабельных методов изучения (минералогические, геохимическое, экономическое) крупных отвалов месторождений, особенно расположенных вблизи горно-обогатительных, горно-химических или химических комбинатов.
Разработка (или использование уже известных) технологий для извлечения как минералов, так и химических элементов из техногенных отложений.
Разработка экологических мероприятий при вторичной переработке техногенных месторождений.
Использование техногенных месторождений как нетрадиционных источников минерального сырья является как существенной возможностью сохранения минеральных ресурсов, так и переработки (экологически обоснованной) многочисленных отвалов месторождений, хвосто-и шламохранилищ, техногенных грунтов и отложений, а также использования некоторых отходов в качестве дешевого строительного материала и даже поделочного и ювелирного сырья.
А.А. Каздым
Кандидат геолого-минералогических наук
Использованная литература
Каздым А. А. Техногенные минералы культурных слоев города // Минералогия техногенеза-2001. Под ред. С.С Потапова. Миасс, Имин УрО РАН, 2001. С. 40-61.
Каздым А. А. Техногенные неогеологические отложения – культурные слои и процессы аутигенного минералообразования // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». 2001, № 5. С. 45-53.
Каздым А. А. Культурный слой как один из видов техногенного литогенеза и его литогеохимические особенности // Минералогия техногенеза –2002, под ред. С.С Потапова. Миасс, Имин УрО РАН, 2002. С. 226-247.
Каздым А.А. Геохимические и физико-химические характеристики техногенных отложений урбанизированных территорий (на примере г. Москвы) // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности», 2002, № 6. С. 52-57
Каздым А. А. Минералогическое и микроморфологическое изучение культурного слоя // Минералогия техногенеза – 2004, под ред. С.С. Потапова, Миасс, Имин УрО РАН, 2004. С. 165 – 182.
Каздым А. А. Химические элементы в древних техногенных отложениях (культурном слое) как индикаторы производственной и бытовой деятельности человека //Экологические системы и приборы, № 11, 2004. С. 15-20.
Каздым А.А. Техногенные отложения древних и современных урбанизированных территорий (палеоэкологический аспект). М., Наука. 2006. 158 с.
Каздым А.А. Техногенные минералы и техногенное минералообразование // История науки и техники, № 6, 2007. С. 52 – 60.
Каздым А.А. Техногенные минералы и техногенное минералообразование // Экологические системы и приборы, № 5, 2008. С. 3 – 9
Каздым А.А. Техногенные отложения и техногенное минералообразование. М.: Изд. «ИП Скороходов», 2008. 132 с.
Каздым А.А. Техногенные отложения и техногенное минералообразование. М.: РИС ФГУП ВИМС, 2010. 178 с.
Каздым А.А. Геохимические и литолого-микроморфологические особенности древних техногенных отложений г. Челябинска // Прикладная аналитическая химия, Т. II, №2 (4), 2011. С.46-50.
Каздым А.А. Геохимические особенности свалок несанкционированных бытовых отходов г. Ульяновска // Прикладная токсикология. Том III. №1 (7), 2012. С.18-26.
Каздым А.А. Техногенные отложения и техногенные геохимические аномалии на территории г. Москвы // Прикладная Токсикология, Том III, №2(8), 2012.С. 10-19.
Каздым А.А. Техногенные отложения и техногенные аномалии на территории г. Москвы // Вестник молодых учёных. Серия «Прикладная математика и механика», т. 3, №2, 2012. С. 9 – 19.
Каздым А.А. Техногенные грунты и техногенные отложения, техногенные ландшафты и культурный слой – современные проблемы классификации и систематики // Грунтоведение, №1, 2014. С. 54-70
Каздым А.А. Отвалы и техногенные отложения как возможные источники сырья // ЭНЕРГИЯ, №9, 2014. С. 60-64
Каздым А.А. Техногенные отложения и геохимические аномалии Москвы // Энергия, № 10, 2015. С. 75-80
Каздым А.А. Локальные свалки бытовых отходов в г. Ульяновске – геохимические параметры // Сборник научных трудов Всероссийского научно-методического семинара «Землеустройство и кадастры: исторический опыт, Научно-образовательные технологии, инновационные практики», Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина, 2016. С. 367-376
Каздым А.А., Сорокина Е.С., Иоспа А.В., Сахнов А.А. Рубин-дяоюдаоитовые шлаки Среднего Урала – первая находка // Актуальные вопросы литологии. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2010. С. 115-116
Иоспа А.В., Каздым А.А. В.В. Состав и свойства шлаков Cr-V производства // Геолого-археологические исследования в Тимано-Североуральском регионе. Доклады 16-ой научной конференции, Сыктывкар, 2013. С. 68-72.
Лазарева Е. В., Бортникова С. Б., Шуваева О. В., Мазеева Л. П. Особенности исходных и вторичных соединений сурьмы в зоне окисления отходов цианидного передела //Минералогия техногенеза – 2000, под ред. С.С. Потапова. Миасс, Имин УрО РАН, 2000. С. 24-
Леонова И. В., Сиденко Н. В. Минеральные формы As и Se в фумаролах горящих отходов Беловского цинкового завода // Минералогия техногенеза – 2002, под. ред. С.С. Потапова. Миасс, ИМин УрО РАН, 2002. С. 52-58
Лунев Б. С., Наумов В. А., Наумов О. Б. Позитивная роль техногенеза в формировании месторождений // Минералогия техногенеза – 2000, под ред. С.С. Потапова. Миасс, ИМин УрО РАН, 2000. С. 185-195.
Потапов С. С., Лютоев В. П., Ракин В. И., Потапов Д. С., Исаев В. А., Прудников А. М., Каздым А. А., Богданов А. Г. Техногенные рубины: генезис, кристалломорфология, спектроскопия // Минералогия техногенеза-2004. Под ред. С.С. Потапова, Миасс: Имин УрО РАН, 2004. С. 6-14.
Потапов С. С., Лютоев В. П., Ракин В. И., Каздым А. А., Богданов А. Г. Техногенный рубин //Материалы к Х съезду Российского минералогического общества «Минералогия во всем пространстве сего слова». Санкт-Петербург, 2004. С. 77-79
Прудников А. М., Исаев В. А., Горох А. В., Шалаев Р. В. Техногенный рубин из реактора рифторминга природного газа // Сучаснi проблеми географiï Украïни та Донбасу. Тези доповiдей II Облaстнiй науково-прaктичнiй конференцiï, 28 сiчня 2003 р. Донецьк: ДОУ, 2003. С. 21-22
Разин А.Д., Каздым А.А., Геохимические характеристики локальных и стихийных свалок бытовых отходов в городе Ульяновске // Экологические системы и приборы, №11, 2013. С. 44-52
Сорокина Е. С., Иоспа А. В., Каздым А. А. Техногенный рубин в шлаках Cr-V производства // Десятые Всероссийские научные чтения памяти ильменского минералога В.О. Полякова. Под ред. С.С. Потапова. ИМин УрО РАН, Миасс, 2009. С. 101-102.
Сорокина Е. С., Каздым А. А., Иоспа А. В. Техногенный рубин в шлаках Cr-V производства //6-ая Международная научная школа молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых». М.: ИПКОН РАН, 2009. С. 326-327.
Сорокина Е.С., Каздым А.А., Иоспа А.В., Кривощеков Н.Н., Рассулов В.А. Техногенный рубин в шлаках феррохромового производства // Маркшейдерия и Недропользование, №2, 2010. С. 33-35
Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П. Минерально-сырьевой комплекс и естественная биота Земли // Геоэкология. 2002, № 6. С. 483-489
Огородникова Е. Н., Николаева С. К. Техногенные грунты. М., Изд. МГУ, 2004. 250 с.
Потапов С. С., Мороз Т. Н., Лютоев В. П. Геологическая позиция, химический состав и спектроскопические особенности тенгизитов – индикаторов специфических высокотемпературных процессов. // Минералогия техногенеза – 2001, под ред. С.С Потапова. Миасс, ИМин УрО РАН, C. 77-87
Потапов С.С. Рочев А.В., Кабанова Л.Я., Лютоев В.П., Чурин Е.И. Минералогия, петрография и причина окраски индигофорстерита // Минералогия техногенеза – 2001, под ред. С.С. Поапова. Миасс, ИМин УрО РАН, 2001. С 88-98.
Потапов С.С., Максимов В.А. Тенгизит как ювелирно-поделочный камень и технология его обработки // Минералогия техногенеза – 2002, под ред. С.С. Потапова. Миасс, ИМин УрО РАН, 2002. С.300-305
Сиденко Н.В., Лазарева Е.В., Поспелова Л.Н., Летов С.В. Образование минералов меди и цинка в горящих овалах Беловского цинкового завода (Кемеровская обл.) //Минералогия техногенеза – 2000, под ред. С.С. Потапова. Миасс, ИМин УрО РАН, 2000. С. 7-23.
Сокол Э.В., Максимова Н.В. Природа, химический и фазовый состав энергетических зол бурых углей Челябинского бассейна // Минералогия техногенеза – 2000, под ред. С.С. Потапова. Миасс, ИМин УрО РАН, 2000. С. 127-145
Хазанов М. И. Искусственные грунты, их образование и свойства. М. Наука, 1975. 135 с.
Харитонов Т.В. Первые техногенные месторождения Пермской области // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти Н.П. Чирвинского. Вып. 8. Пермь, 2005. С. 228- 237
Чесноков Б. В. Новые минералы из горелых отвалов Челябинского угольного бассейна (сообщение десятое – обзор результатов за 1982-1955 гг.) // Уральский Минералогический сборник. 1997. № 7. С. 5-12.
Чесноков Б.В. фундаментальные характеристики минерализации горелых отвалов Челябинского угольного бассейна // Минералогия техногенеза – 2001, под ред. С.С. Потапова. Миасс, ИМин УрО РАН, 2001. С. 9-15
