ТЕХНОГЕННЫЕ МИНЕРАЛЫ КАК ПОКАЗАТЕЛИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ГОРОДА ДЕГТЯРСКА

II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

ТЕХНОГЕННЫЕ МИНЕРАЛЫ КАК ПОКАЗАТЕЛИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ГОРОДА ДЕГТЯРСКА

Братанов Н.С. 1
1
Козлов П.С. 1
1
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

 Введение

Три года назад мне посчастливилось стать воспитанником музейного научного общества учащихся (МНОУ) «Рифей» при геологическом музее. В период 2011-2015гг. отряд МНОУ исследовал карьер Дегтярского месторождения колчеданных руд и территорию бывшего рудного склада у шахты Капитальная 2 в городе Дегтярске, расположенные в восточной части города (рис.1). В западном отвале карьера месторождения нами было обнаружено множество обломков (5-10см) и глыб (до 0, 5м) глыб пиритовой руды. В восточной части города мы обратили внимание на небольшую речку, вода в которой имеет коричневатый цвет и неприятный запах, по запаху серы нам стало понятно, что эта жидкость содержит большое количество серной кислоты.

В одном из маршрутов у заброшенной шахты Капитальная 2 было установлено, что территория города сильно загрязнена. После этого нами была поднята проблема исследования возникновение техногенных минералов и их влияние на окружающую среду. Для этого нам потребовалось изучить более 12 научных источников, совершить 7 маршрутов по местам нахождения техногенных минералов и провести 5 экспериментов. В ходе изучения было выявлено, что проблемы техногенеза и его влияния на окружающую среду изучались на разных месторождений. Но Дегтярское месторождение не имеет такого описания. Поэтому можно сделать вывод о том, что степень изученности данной темы крайне мала. Вследствие чего не было возможности получить чёткую информацию из специализированной литературы. Для этого мной был проведен сбор материалов по 7 маршрутам на территории бывшего рудного склада Дегтярского месторождения, проведены 5 экспериментов с целью установления техногенно образованных минералов. Результатом исследования стали выводы о влиянии сезонных минералов на окружающую среду.

Гипотеза исследования: если на колчеданные (пирит-халькопиритовые) руды, извлечённые из шахты на поверхность земли, воздействуют природные факторы (осадки, газовый состав атмосферы, температура и др.), то они разрушаются с образованием минералов-сульфатов - новых образований техногенного происхождения.

Объект исследований: заброшенный распределительный рудный склад шахты Капитальная 2.

Предмет исследований: минералы техногенного происхождения, образующие сталактиты и сталагмиты.

Цель исследования: установить состав техногенных минеральных образований и обосновать их влияние на территорию бывшего рудного склада у шахты Капитальная №2.

Задачи:

1. Изучить специальною литературу по минералогии и техногенезу.

2. Провести детальное обследование и фото документацию бывшего рудного склада.

3. Выявить источник образования и формы натёчно-капельных и натёчных техногенных образований.

4. Отобрать и исследовать свойства образцов натёчно-капельных и натёчных образований (сталактитов и сталагмитов) голубого и зелёного цвета.

5. Осуществить эксперименты с образцами техногенных минеральных образований по выявлению их химического и минерального состава.

6. Обосновать негативное воздействие техногенных образований на окружающую среду.

7. Разработать предложения по охране окружающей среды гор. Дегтярска.

Методы исследования: изучение специальной литературы, исследовательский, микроскопический и фотографический методы, экспериментальный метод по изучению химического состава и свойств техногенных минералов – сульфатов. На стадии проведения и осмысления итогов экспериментов и обсуждения результатов исследований использован метод анализа.

Глава 1. Теоретическая часть

Моё знакомство с минералами началось в геологическом музее-кабинете Центра дополнительного образования детей, где в витринах я увидел множество минералов. В этой главе я рассматриваю понятие «минерал», «техногенный минерал», и в чём состоит их отличие.

1.1. Понятия «минерал» и «техногенные минералы»

Существует множество определений понятия «минерал», которые приводятся в научной и популярной литературе. Приведём некоторые их них из доступной литературы. Из книги Б.З. Кантора [Коллекционирование минералов (1991)] я узнал, что термин «минералогия» был введён в 1636г. итальянским учёным Б. Цезием и происходит от латинского слова «минера» -

руда, камень. Из этого стало понятно, что изначально это понятие тесно связывалось с практикой, то есть добычей полезных ископаемых. Интересно и то, что «…по мере развития минералогических знаний понятие «минерал» постепенно сужалось: вначале из него были исключены окаменелые остатки животных и растений, затем горные породы, природные жидкости и газы и, наконец, некристаллические, так называемые аморфные тела…» (стр. 17).

Определение понятия «минерал» из других источников, это:

1) «… природные химические соединения, реже самородные элементы. Они возникают в результате разнообразных геологических процессов, совершающихся в земной коре, и встречаются преимущественно в твёрдом, а иногда в жидком и газообразном состояниях…» (Бетехтин, 1951, стр. 8);

2) «…природное тело, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов в земной коре» («Геологический словарь для школьников», 1989, стр. 89);

3) «Ныне к минералам относят кристаллические продукты геологических процессов, существующие в виде конкретных химических и физических тел» [Кантор, 1991, стр. 17-18].

Понятие «техногенные минералы» несколько запутанное, в литературе не сразу удалось найти чёткое определение этому, так как в самих этих двух словах есть противоречие. Заключается оно в том, что по определению «минерал это природное химическое соединение». Поэтому образования, похожие на минералы и образовавшиеся в результате хозяйственной деятельности человека в строгом смысле нельзя называть минералами. Но за последние десятилетия учёными-минералогами на Урале в горящих отвалах Челябинского буроугольного бассейна найдено 209 минеральных видов, в том числе 46 новых [Авдонин, Поленов , 2002]. Образовались эти минералы в результате добычи угля человеком и воздействия природных факторов (вода, атмосфера, ветер, огонь и др.) на извлечённые угли и пустые породы. То есть действия человека с привлечением техники привели в итоге к образованию минералов на поверхности земли. Поэтому в работе используется термин «техногенные минералы», под которым понимается специфические образования на поверхности земли, по химическому составу близкие к минералам, но образовавшиеся при участии человека и природных факторов.

Таким образом, понятие «техногенный минерал» отличается от понятия «минерал», что тесно связано с деятельностью человека.

1.2. Техногенез и техногенез колчеданных месторождений

Термин «техногенез» впервые был употреблён академиком А.Е. Ферсманом (1934г.) для обозначения группы геохимических явлений, входящих в широкий класс гипергенных процессов. «Под именем техногенеза мы подразумеваем совокупность химических и технических процессов, производимых деятельностью человека и приводящих к перераспределению химических масс земной коры… Техногенез есть геохимическая деятельность человечества» [Емлин, 1991]. Таким образом, техногенез есть взаимодействие человека, техники и природы. Техника, управляемая человеком, в этом случае выступает как геологический фактор, преобразующий природу.

Урал богат месторождениями колчеданных руд. В научной работе Э.Ф. Емлина «Техногенез колчеданных месторождений Урала» (1991) говорится, что «…по разнообразию процессов, сопровождающих промышленную разработку, с колчеданными могут сравниться только угольные месторождения. Сдвижения горных масс, обрушения, оползни. Техногенные землетрясения, сели, возгорание руд, взрывы сульфидной пыли. минерализация вод, коррозия машин и механизмов, деградация почвенного профиля, разрушение биогеоценозов, эндемические болезни – вот далеко неполный перечень явлений, сопровождающих промышленную эксплуатацию сульфидных руд» (Емлин, 1991, стр.8).

Из этих определений можно сделать вывод о том, что образование техногенных минералов тесно связано с техногенезом колчеданных месторождений.

1.3. Природные формы выделения минеральных

натёчных образований

С натёчными образованиями знаком каждый человек. Мы часто наблюдаем их зимой и ранней весной в виде обычных ледяных сосулек под козырьками крыш или в пещерах. Такие образования получили название сталактиты, от греческого слова «сталактус»-натёкший по капле.

Сталактиты образуются в результате капания коллоидов - гелей, обогащённых различными химическими элементами за счёт разрушения первичного вещества, например, снега (Н2О), известняка (СаСО3) или пластов соли (NaCl) и гипса (CaSO4*2H2O). Коллоидные растворы, мигрируя по трещинкам в породах, в конечном итоге достигают пустот и обволакивают их стенки. Постепенно теряя испаряющуюся в полое пространство воду, они густеют и под влиянием силы тяжести свисают с верхних частей пустот в виде сталактитовых, почковидных, гроздьевидных и прочих форм. В таком виде они в конце концов затвердевают. В нижних частях пустот за счёт падающих капель возникают поднимающиеся кверху конусообразные сталагмиты. В натёчно-капельных сталактитах и натёчных сталагмитах могут встречаться такие минералы, как кальцит, галит, гипс и другие (Бетехтин, 1951).

В пещерах «Дружба» и «Кунгурская» я наблюдал ледяные сталактиты и сталагмиты. Реже встречались сталагнаты – формы, образующиеся в результате срастания при образовании сталактитов и сталагмитов.

После маршрутов по рудному складу Дегтярского месторождения я понял, что сталактиты и сталагмиты образуются и по таким необычным образованиям, как колчеданная руда.

Глава 2. Исследование техногенных минералов-сульфатов заброшенного

рудного склада Дегтярского колчеданного месторождения

Дегтярское месторождение колчеданных руд расположено в 30км юго-восточнее нашего города Ревды (рис. 1). История его освоения охватывает период с 1914г. по 1995гг. (прилож. №1). В 1995 году оно было закрыто в связи с нерентабельностью отработки (хотя руды ещё полностью не были выработаны) и частично затоплено грунтовыми водами.

2.1. Характеристика района исследования

Бывшие рудные склады колчеданной руды находятся в городе Дегтярске, в 40м восточнее заброшенной шахты Капитальная 2. В 20 м севернее шахты сосредоточены отвалы пустой породы, образующей террикон высотой около 40 метров (рис. 2, 3).

Руда Дегтярского месторождения состоит из сплошного мелкозернистого колчедана, содержащего незначительное количество нерудных компонентов. Минералогический состав первичных руд глубоких горизонтов месторождения примерно следующий: сульфиды - пирит- 80-85%, халькопирит, сфалерит и др. сульфиды - 4-7 %; нерудные минералы (кварц, барит и серицит) -12-15 % (Иванов, Меркулов, 1937). Крупные глыбы колчеданных руд (до 30*40 см) встречаются часто вокруг рудного склада, мелкие обломки (5-10 см) в больших количествах обнаруживаются по всей площади террикона у шахты Капитальная 2.

2.2. Методика исследований

Исследования осуществлялись поисковым отрядом МНОУ «Рифей»в течение 2011-2015гг. в полевой и камеральный периоды.

Полевой период.В результате маршрутных поисков совершено 5 маршрутов, в ноябре 2011г. поисковым отрядом впервые были выявлены натёчные образования. Замечены они были с террикона по характерному зелёному и голубому цвету на западной стенке, под крышей разрушающейся постройки. После детального обследования оказалось, что эта постройка - бывшие склады колчеданной руды Дегтярского отработанного месторождения. У здания удалось найти только несколько крупных штуфов руды (величина до 30см), которые выделялись желтым цветом на фоне снега (рис. 9). Некоторые из них с поверхности были покрыты землистым агрегатом зеленовато-голубого цвета, что свидетельствовало об их разрушении. На снегу выделялись следы от буровато-коричневой жидкости, которая капала с кончиков сталактитов. Внутри помещения были обнаружены мелкие обломки руды (до 8см), покрытые чёрной плёнкой окислов (рис. 7).

Примерно в средней части западной стенки склада, под карнизом между первым и вторым этажами на высоте от 3 до 4 м было обнаружено множество мелких сталактитов (рис. 5,8) голубовато-зелёного и голубого цвета длиной до 35см, в основании 2-3см в диаметре. На кончиках сталактитов повсеместно отмечались капельки буровато-коричневого цвета (рис. 9,10), которые очень медленно капали и падали на сталагмиты. От увлажнённой поверхности сталагмитов и глины исходил неприятный запах серы. Некоторые из сталактитов после обрушения лежали обломками на сталагмитах (рис.11,12). В поперечном сечении обломков сталактитов было отмечено концентрически - зональное строение. Некоторые обломки имели трубчатое строение, т.е. в них имелись отверстия диаметром до 8 мм (рис. 13,14).

Сталагмиты также имеют голубой или голубовато-зелёный цвета и иную пологую конусовидную поверхность (рис11,12). Внутри помещения они образуют удлинённые тела (до 35см) неправильной формы (рис.8.). Размер их в длину не превышал 20 см, в диаметре – от 3-5 см, редко максимально от 0,3 до 0, 4 м (рис.12, 15, 16). В поперечном сечении строение сталагмитов слоистое, за счет чередования слоёв голубовато-зелёного цвета различных оттенков. Поверхности сталагмитов не ровная - бугристая, внутри их нередко отмечаются пустоты, с что свидетельствует об их натёчном образовании из растворов, имеющих голубой и голубовато-зелёный цвета.

Сталагнаты обнаружены в основном на стенках внутри постройки (рис. 17,18). Их размер по длине варьирует от 10-15 см, достигая участками 0,7м. Диаметр сталагнатов от 1,5-3см до 5 см максимум. Цвет сталагнатов практически не отличается от цвета сталактитов. На рис. 18 видно, что сталагнаты образованы на стенке и с ними рядом видны сталактиты с каплей серной кислоты на их кончиках. Нередко обнаруживаются образования, подобные сталагнатам, образованные на стенках внутри постройки в виде тонких струйчатых форм кремового и зеленого цветов (рис.17), что, вероятно, свидетельствует о разном минеральном составе разрушающейся породы (руды) и ином химическом составе растворов.

Как выше сказано, первые образцы сталактитов и сталагмитов были нами отобраны в начале зимы в 2011г. Мы не знали, какие свойства они имеют и предполагали, что они могут растаять под воздействием плюсовой температуры. Поэтому эти образования были zтемпературе +21 градус Цельсия. В результате этого самого простого эксперимента (эксперимент №1) выяснилось, что «сосульки» - сталактиты, а также сталагмиты не растаяли. Через 2 дня они покрылись белой порошковидной массой. Мы пришли к выводу о том, что это не ледяные, а какие-то иные, вероятно, минеральные образования, так как невооружённым глазом было видно их крупнокристаллическое строение.

Камеральный период. В геологическом музее-лаборатории в начальный период изучалась специальная литература по минералогии и техногенезу. В результате поисков нужной информации использовано 11 литературных источников, а также Интернет-ресурс, позволивший собрать недостающую информацию о деятельности Дегтярского рудника (приложение №1). По историческим фотографиям (Интернет, рис. 1а.) установлено, что обследованные нами разрушающиеся постройки ранее назывались сортировочным рудным складом, располагались они вблизи шахты Капитальная 2, из которой на склад поступала колчеданная руда. Здесь она сортировалась и затем отгружалась в вагоны для перевозки по железной дороге на Средне - Уральский медеплавильный завод (СУМЗ, гор. Ревда).

Значительное место в камеральный период уделялось экспериментальным работам. В этот период последовательно проведены дополнительные эксперименты и получены результаты:

  • выращены монокристалл (8см), друзы (5 на 7 см) и щетки (в диаметре до 10см) кристаллов медного купороса (природный аналог - минерал халькантит) из пересыщенных (концентрированных) растворов медного купороса (эксперимент №2);

  • определены некоторые физические свойства и твердость (2-3) техногенных минералов (таблица №1) с применением шкалы твёрдости Мооса (эксперимент №3);

  • определена медь в растворённых сталактитах, сталагмитах

землистой мелкокристаллической массе, который сильно влияет на образование z x зелёной окраски минералов-сульфатов (эксперимент №4);

  • методом определения удельного веса установлено, что исследуемые техногенные кристаллические образования имеют удельный вес от 1,50 до 2,15 г/cм3 (эксперимент№5).

В результате изучения литературы и проведённых экспериментов мы пришли к выводу о том, что техногенные минеральные образования могут быть отнесены к группе минералов-сульфатов, обогащенных железом с примесью меди.

2.3. Формы выделения техногенных образований

На исследуемой территории в результате поисковых маршрутов обнаружены натёчно– капельные образования - сталактиты, и натёчные - сталагмиты и сталагнаты (см раздел 2.2 и рис.4,5). Они различаются, главным образом, по месту своего образования, формой тел и тем, что на кончиках сталактитов всегда обнаруживаются капельки серной кислоты (рис.9,10). Первые два обнаруживались как внутри, так и снаружи здания, сталагнаты – только внутри постройки.

Кроме натёчно-капельных и натёчных образований на территории выявлены конусовидные кучи увлажнённого глинистого материала с примесью обломков сталактитов и натёками сталагмитов. Их скопления приурочены как у внешней стороны здания (рис.14), так и внутри его (рис.12). С внешней стороны они сильно увлажнены и пластичны независимо от минусовой температуры. Глинистый материал прилипал к ступням обуви даже при температуре - 20°. Глинистый материал увлажнён не только водой, но и серной кислотой, от чего вблизи этих образований ощущается характерный резкий неприятный устойчивый запах, похожий на запах серы. Порошковидные и землистые формы выделения часто обнаруживаются внутри помещения

(рис.15).

Таким образом, кроме сталактитов и сталагмитов в районе исследования обнаруживаются и другие техногенные образования.

2.4. Эксперименты по установлению состава техногенных

минералов-сульфатов

Гипотеза экспериментов (№1-5): если первичные колчеданные руды разрушаются в условиях техногенеза, то химические реакции в условиях поверхности земли приводят к образованию комплекса новых образований (сульфаты, серная кислота, минерализованные растворы и др.), которые влияют на загрязнение поверхности земли, грунтовых вод и атмосферы.

Теоретическое обоснование находки сульфатов меди на бывших рудных складах

Рассмотрим процессы химического выветриваниясульфидных руд в природных и техногенных условиях, для того, чтобы понять процесс образования вторичных минералов, происходивших в естественных условиях и с участием человека.

В естественных условиях с поверхности колчеданных месторождений образуется зона окисления сульфидных руд. На Дегтярском месторождении она описана С.Н. Ивановым и М.И. Меркуловым в 1937[Меркулов]. С поверхности, на выходе рудного тела на поверхность, она состояла из так называемой «железной шляпы», сложенной бурым железняком (лимонитом) и сульфатов железа и меди. Под «шляпой» залегали безмедистая сыпучка пирита и вторичные руды, состоящие из богатых медью сульфидов – ковеллина (CuS) и халькозина (Сu2S). Зона первичных колчеданных руд, состоящая из пирита (FeS2) с примесью халькопирита (CuFeS2), была вскрыта только скважинами на глубине около 130-170 м. Разложение колчеданных пиритовых с халькопиритом руд происходило в результате химических реакций, приведённых в работе академика В.И. Смирнова «Зона окисления сульфидных месторождений» (1955, стр. 62-63).

Oкисление пирита идёт по схеме:

2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4 или 2пирит +7кислород+2вода =

При наличии раствора невысокой кислотности и при наличии кислорода закислый сульфат переходит в окислый сульфат:

12FeSO4+6H2O+3O2=4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3

4FeSO4+2H2SO4+O2=2Fe2(SO4)3+2H2O

Окисление халькопирита идет по схеме:

В условиях водно-воздушного окисления и растворения изменение халькопирита идёт с умеренной скоростью

CuFeS2+4O2=CuSО4+FeSО4

В природных условиях эта реакция незначительна.

Гораздо быстрее окисляется и растворяется халькопирит окислым железным сульфатами, давая те же сульфаты меди и железа:

СuFeS4+2Fe2(So4)3=CuSo4+FeSO4+2S

СuFeS4+2Fe2(So4)3+2H2O+3O2= CuSo4+FeSO4+2H2SO4

Преобразование руд в сортировочном складе после закрытия месторождения в 1995г. происходило в условиях техногенеза:

1) Первичные руды были извлечены шахтным способом и в раздробленном состоянии доставлены на поверхность в сортировочный склад.

2) В период закрытия Дегтярского рудника (1995г.) часть руды осталась не вывезенной на СУМЗ и была сосредоточена на 2-м этаже.

3) После закрытия рудника крыша сортировочного склада вскоре была разобрана, удалены рамы и двери, в связи с чем на руду стали воздействовать природные факторы, в результате чего здание стало интенсивно разрушаться.

4) Под воздействием внешних природных факторов (осадков, температуры, газов атмосферы, солнца, ветра, и т.д.) оставшиеся руды стали разрушаться в результате химических реакций с участием, главным образом, воды и кислорода, но уже в условиях техногенеза.

5) Быстрому разрушению руд способствовало то, что они были измельчены, в результате чего к минералам-сульфидам интенсивно поступали вода и кислород, происходили химические реакции с образованием техногенных образований.

[Э.Ф. Емлин (1991, стр. 51)] для условий техногенеза приводит такие реакции. Окисление пирита идёт по схеме:

2FeS2+7H2О=2FeSO4+2HSO4

Образуется закисный сульфат, переходящий в окисный сульфат

12FeSO4+6H2O+3O2=4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3

4FeSO4+2H2SO4+O2=Fe2(SO4)3+2H2)+2H2O

Окисление халькопирита идет по схеме: в условиях водно-воздушного окисления и растворения изменение халькопирита идёт с умеренной скоростью

CuFeS2+4O2=FeSО4

Гораздо быстрее окисляется и растворяется халькопирит окислым железным сульфатами, давая те же сульфаты меди и железа:

СuFeS4+2Fe2(So4)3=CuSo4+FeSO4+2S

СuFeS4+2Fe2(So4)3+2H2O+3O2= CuSo4+FeSO4+2H2SO4

Вывод: химические реакции разрушения пирита и халькопирита в обоих случаях весьма близки. В их результате образуются сульфаты железа и меди, а также серная кислота. Можно предположить, что в условиях техногенеза химические реакции с разрушением первичных сульфидов руд происходили быстрее, чем в естественных условиях без участия человека, так как они были раздроблены.

Выявление меди Гипотеза эксперимента: если в растворённых сталактитах, сталагмитах и землистой мелко кристаллической массе содержится металл медь, то он почти мгновенно образуется на железном гвозде в виде тончайшей плёнки.

Ход эксперимента. В 3-х 0,5л банках разводим 3 раствора. Первый-раствор медного купороса (МК), в котором заведомо известно, что в его составе имеется медь. В двух других банках растворяются испытуемые образцы техногенного сталактита и мелко - кристаллического голубовато-зелёного вещества землистой структуры, предварительно размельчённые в ступе до порошковидного состояния. Мы предполагаем, что в них должна содержаться медь. Далее в каждую банку мы одновременно опускаем гвоздь длиной 100 мм и в течение 15-20 сек., наблюдаем, что произойдёт в результате погружения железного гвоздя в растворы. Через это время одновременно достаём гвозди и видим, что все 3 образца покрылись тонкой плёнкой металлической красноватой меди. Причём, гвоздь, опущенный в раствор МК, имеет более густую окраску, а остальные 2 - менее интенсивную. Можно предположить, что в составе этих растворов содержание меди несколько меньше, чем в МК, но она присутствует в составе натёчно-капельных и землистых техногенных образований. Химическая реакция для МК с осаждением меди на поверхности железного гвоздя записывается следующим образом:

CuSO4*5H2O+Fe = FeSO4*5H2O + Cu

Таким образом, можно сделать вывод о том, что, во-первых, в состав сталактитов (сталагмитов) и землистой техногенной массы входит медь и, во-вторых, эти образования могут быть отнесены к солям - купоросам, т.е. сульфатам железа с примесью в них меди. Большим источником железа в этих образованиях являются первичный минерал – пирит и халькопирит, меди - халькопирит.

Серная кислота Как было сказано выше, в результате химических реакций с участием воды и кислорода за счёт пирита и халькопирита образуется серная кислота – Н2SO4. В районе исследования серная кислота нами обнаружена в виде капель на кончиках сталактита (рис.9). Она имеет коричневый цвет и резкий запах серы. При температуре около -20° она не замерзала и увлажняла сталагмиты и вязкую глинистую массу под карнизом, сильно прилипающую к подошвам обуви. По нашим наблюдениям, летом и осенью на территории исследования наблюдались небольшие водоёмы шириной от 1м до 8м, длиной до 15м, заполненные жидкостью коричневого цвета (рис.12,13).

Диагностика сульфатов с помощью метода вытеснения жидкости (определение удельного веса) Гипотеза исследования: если удельный вес техногенных медь-содержащих минералов кристаллического строения, слагающих сталактиты и сталагмиты, близки по удельному весу (Q) к сульфату железа Q=1,8 – 1,95 г/см 3 и медному купоросу Q =2.1-2,3 г/ см3, то исследуемые техногенные образования можно отнести к группе минералов –сульфатов железа и меди.

Ход эксперимента. В эксперименте применён метод вытеснения жидкости (вода) (Бетехтин, 1951, стр.62-63). Использованы выращенные кристаллы медного купороса (минерал-эталон) и техногенные образования натёчно-капельных образований тёмно-зелёного и зеленовато-голубого цвета. Величина образцов составляла 2,0 -2,5 см в поперечном сечении.

Использовались: мензурка (V=100мл), наполненная водой до отметки 60мл, любительские весы с навесками для измерения веса и кристаллы М.К. 3 образца однородные обломки сталактитов и сталагмитов (по 3 образца) (3).

Предварительно взвешенные образцы, закреплённые на тонкой леске толщиной 0,1 мм, погружались на дно мензурки, затем производился отсчёт вытесненного объёма воды

(г /см3). Производилось 3 замера. Подсчитывались средние значения по весу (Р) и объёму вытесненной воды (V), данные заносились в таблицу №1. Удельный вес (Q) рассчитывался по формуле Q= Р : V.

Итоговая таблица результатов эксперимента по определению

удельного веса техногенных образований

Таблица №1

Характеристика исследуемых техногенных минералов

Результаты эксперимента (n=3)

Формула минерала

Вес, г

Объём

вытесн. воды, см3 (мл)

Уд. вес

г /см3

Предпол.

минерал,

его уд.вес в

г / см 3

Медный купорос эталон (кристаллы, цвет синий)

4,88

2,27

2.15

Халькантит

2,1-2,3

CuSO4*

5H2O

Сталактит (цвет тёмно-

зелёный, в центре канал)

3,18

2,12

1,50

Мелантерит

1,89-1,95

FeSO4*

7H2O

Сталагмиты:

а) светло-зелёного цвета, мелкопористый, мелко (1-2мм) зернистый, кристаллический

б) светло-зелёный с голубым оттенком, слоист, средне (3-4мм) кристаллический

5,90

3,82

3,24

2,33

1,82

1,64

Мелантерит

1,89-1,95

Мелантерит

1,89-1,95

FeSO4*

7H2O

FeSO4*

7H2O

Вывод: сталактиты и сталагмиты, вероятней всего, состоят из мелантерита.

Был установлен удельный вес кристаллов медного купороса - техногенный минерал – эталон - 2,15 г/см 3, что соответствует значению 2,1-2,3 г/см 3 минерала халькантита, пяти водного сульфата меди. Для сталактитов получены значения 1,50 г/см 3, для сталагмитов – 1,64 и 1,82 г/см 3. Значение 1,82 г/см 3 близкое к значению удельного веса мелантерита - сульфата железа (1,89-1,95 г/см 3). Первые два значения оказались несколько ниже, чем удельный вес мелантерита, хотя испытуемые образцы отобраны из одного участка – сталагмита, расположенного под сталактитом.

Исследование физико-химических свойств минералов-сульфатов. Для уточнения названия минералов, были определены некоторые свойства этих же минералов-сульфатов цвет, блеск, спайность, твёрдость, растворимость и запах (см. табл. 2).

Твердость определялась с использованием шкалы твёрдости Мооса. Свойства эталона-медного купороса близки к халькантиту. Теногенный минерал, слагающий сталактиты и сталагмиты, по свойствам близок к мелантериту [Вертушков, Авдонин, 1992]. Но твёрдость этого минерала немного больше и равна 2,5.

Результаты исследования техногенных минералов-сульфатов,

из которых состоят сталактиты и сталагмиты (2-3)

Таблица 2.

№п.п.

Кристаллические

и натёчно- капельные образования

Некоторые физические и химические свойства

Цвет

Блеск

Спай-

ность

Твёр-

дость

Растворимость

Запах

Приме-

чание

1

Выращенные кристаллы медного купороса (эталон)

синий

стек-лянный

совершен.

2,5

хорошо

раствор.

в воде

нет

Для сравне-ния

2

Сталактиты:

тёмно-зелёный

стек-лянный

совершен.

2,5

хорошо

раствор.

в воде

слабый

аналог. №3

3

Сталагмиты:

зелёный,

голубоват- зелёный.

стек-лянный

совершен.

2,5

хорошо

раствор.

в воде

слабый

аналог.

№2

Судя по физико-химическим свойствам, минералы, которыми сложены сталактиты и сталагмиты, по своим свойствам близки к сульфатам меди-халькантиту (эталон медный купорос) и железа – мелантериту.

Глава 3. Влияние техногенных минералов-сульфатов на окружающую среду города 1 Дегтярска

В результате проведения комплекса экспериментов и применения литературных источников, можно прийти к выводу, что сталактиты и сталагмиты состоят из техногенного минерала голубовато-зелёного цвета, который отнестится к мелантериту – семиводному сульфату железа. В его составе присутствует примесь меди. Для детального определения этого техногенного минерала необходимы более точные методы исследования.

Мелантерит можно отнести к сезонным минералам [Сребродольский, 1989], так как в летний и осенний периоды он полностью растворяется дождями, а поздней осенью и в начале зимы он вновь образуется, слагая натёчно-капельные техногенные образования. При попадании искусственного и солнечного света и при окислении поверхность сталактитов и сталагмитов покрывается белёсым порошком, рассыпающимся от прикосновения. Это свидетельствует об обезвоживании мелантерита. Состоит мелантерит из железа, серы, воды и примеси меди. Растворяясь, он в конечном итоге загрязняет почву, подземную и поверхностную воду и атмосферу.

В связи с разработкой и добычей руд месторождения экологические проблемы на Дегтярском руднике возникали и раньше. Например, В.Н. Авдонин и Ю.А. Поленов (2002) приводят такой факт. «За 50 лет эксплуатации (1937-1987гг.) из Дегтярского месторождения техногенными потоками в окружающую среду вынесено более 50 тыс. т меди, около 147 тыс. тонн цинка, более 225 тыс. тонн железа и почти 1 млн т серной кислоты, сульфат-иона (328 500 т при пересчете на элементарную серу)» [Авдонин, Поленов, 2002, стр. 370-372].

Наши наблюдения показывают, что на исследуемой территории в гор. Дегтярске загрязнение окружающей среды продолжается. Одна из причин состоит в том, что из сортировочного накопительного блока при закрытии Дегтярского рудника в 1995 году часть колчеданной руды из шахты Капитальная 2 не была вывезена. В условиях техногенеза под воздействием внешних факторов рудная масса стала разрушаться с образованием комплекса химических соединений – сульфата железа - мелантерита, серной кислоты и других соединений, которые в свою очередь, накапливаясь, активно влияли и разрушали рудный склад.

После более детального изучения стало понятно, что виной всему стал «техногенез» - вмешательство человека в природу. При извлечении из шахты огромное количество колчеданной руды оказалось на поверхности. Пирит - халькопиритовая руда в разрушающихся складах подверглась воздействию природных факторов.

«Средний химический состав руды первичного колчедана с глубины 190м: сера-45,7%, железо-40,52%, цинк-1,38%, медь-0,90%, что в сумме составляет 88,57%. Кроме того, в руде имеются золото, серебро и в весьма незначительном количестве мышьяк, кадмий, селен…» (Иванов, Меркулов, 1937, стр. 68). В рудах, таким образом, содержится большое количество серы и при контактах с осадками (дождевая вода, растаявший снег) началась образовываться серная кислота, которая ускорила разрушение руды. Приток воды и кислорода в разы увеличил количество серной кислоты. Кислота начала проникать в разрыхлённую кусковую массу руды, разрушая всё больше руды на пути просачивания. В результате химических реакций стали образовываться сезонные техногенные минералы меди и железа или купоросы разного цвета: синеватые, зелёные и белые. Их голубовато-зелёный цвет свидетельствует о насыщенности медными растворами. Образование купоросов хорошо описано в книге М.В. Ломоносова «О слоях земных» (1949). Значит, подобные явления были выявлены и ранее. В прошлом веке подобные ситуации подробно описаны в книге [«Зона окисления сульфидных месторождений» (Смирнов, 1955)].

За 20 лет на исследуемой территории накопились техногенные образования, которые, безусловно, загрязняют почву, поверхностные и подземные воды. В результате испарения выделяющейся серной кислоты загрязняется атмосфера. Эти вещества богаты такими металлами, как железо, медь, цинк, а также кадмий, мышьяк и сера. Они токсичны, их негативное влияние на здоровье человека, например, приводятся такие сведения

[Емлин, 1991; Гавриленко, 1993]:

а) железо: аэрозоли, содержащие соли железа, при длительном воздействии на xxxxxxxxчеловека вызывают разновидность пневмокониоза, возможны бронхиты и сухой xxxxxxxxплеврит. При повышенном содержании железа в воде до 0,2 мг/л гибнут некоторые xxxxxxxxвиды рыб.

б) сера: наряду с углеродом, азотом, калием, хлором относится к важнейшим xxxxxxxxбиофилам; токсичны её летучие соединения серная кислота, сероводород, серный и xxxxxxxxсернистый газ. При попадании в содержащих серу кислот в почвы и их закислении xxxxxxxxрезко снижается интенсивность кругооборота органических веществ;

в) медь: соединения меди раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных ddddddddпутей и желудочно-кишечного тракта, и приводит к расстройству нервной ffffffffffffсистемы. При хронической интоксикации возникают функциональные расстройства ffffffffffffнервной системы, нарушение функций почек, печени, онкология. Так же избыток nnnnnnnnмеди в почве (более 60 мг/кг) вызывает хлороз растений, а при значительном nnnnnnnnповышении её содержания в почве (до 110-3000 кг/кг) гибнут беспозвоночные.

г)цинк: длительная интоксикация (5-20 лет) приводит к желудочно- кишечным fgsssssdрасстройствам, увеличению числа ОРЗ, кариесу зубов, изменению морфологического gkfkfkfkсостава крови, повышению заболеваемости детского населения. Цинк являясь nnnnnnnмутагеном, эмбриотоксичен.

Таким образом, техногенные минералы – сульфаты негативно влияют на человека и являются показателем загрязнения окружающей города Дегтярска.

3.1. Негативное влияние добычи колчеданной руды.

На окружающую среду гор. Дегтярска пути решения экологических проблем

Добыча медноколчеданной руды на Дегтярском месторождении безусловно сыграло очень важную роль в производстве черновой меди на Среднеуральском медеплавильном заводе (гор. Ревда), особенно в трудные годы Великой Отечественной войны 1941-1945гг.

Но несмотря на положительные результаты, после закрытия Дегтярского рудника в 90-х годах прошлого столетия в районе отработанного месторождения за годы образовалось множество проблем. На встрече с главным инженером-экологом города Дегтярска Л.В. Кузнецовой (10 апреля 2015г.) выяснилось, что в 2012 году Президент России В.В. Путин (Поручение от 21.09.2012г. №Пр-2516) давал поручение Министерству природных ресурсов Свердловской области о завершении инвентаризации объектов накопленного экологического ущерба на территории Свердловской области. В документе говорится, что «при подготовке информации необходимо учитывать, что в перечень объектов накопленного экологического ущерба включаются объекты, характеризующиеся высокой степенью негативного воздействия, существование которых прекращено в 90-х годах прошлого столетия». Инвентаризация должна была произойти и в городе Дегтярске, в районе отработанного месторождения, который безусловно относится к объектам накопленного экологического ущерба. Но до настоящего времени такая инвентаризация, по документам Кузнецовой Л.В., не произведена.

Исследуя карьер и его окрестности в течение 2010-2015гг., наше МНОУ выделяет следующие проблемы, требующие решения:

  1. Загрязнение почвы, подземных и поверхностных вод продуктами гидратации колчеданных руд, рудничными самоизливающими водами и образующихся на глазах у человека техногенных образований, как например, сульфатов железа и меди (мелантерит, халькантит и др.), серной кислоты и другими.

  2. Наличие в черте города двух громадных терриконов пустой отвальной породы высотой до 70-75 м. вблизи отработанных шахт Капитальная 1 и 2. По сведениям, на этих отвалах японские специалисты, которые приезжали в администрацию города

для заключения договора о закупке и переработке этих отвалов у себя в Японии, зафиксировали повышенный радиационный фон. Однако эти данные никем не проверены и не подтверждены.

  1. Обрушение скальных пород над бывшими шахтными выработками с образованием

отрицательных форм рельефа с глубиной провалов до 25м.

  1. Отработанный карьер месторождения площадью около 43 га на восточной окраине города не рекультивирован, что создаёт угрозу жизни дегтярцев.

3.2 Пути решения проблем города Дегтярска

Более чем более чем 20 лет проблемы защиты окружающей среды в районе города Дегтярска остаются не решёнными, несмотря на документы высокого уровня.

Пути решения некоторых экологиских проблем города Дегтярска. Несмотря на неудовлетворительное состояние экологической ситуации в районе города Дегтярска, в окрестности города проектируется предприятие по переработке 10 тысяч тонн сурьмяных концентратов в год с получением товарной сурьмы и её трёхокисы.

Если этот проект будет запущен, то в районе гор. Дегтярска экологическая обстановка ещё усугубится загрязнением атмосферы города за счёт розы ветров, направленной в сторону города, и гидросферы поэтому нами выдвигаются рекомендации по охране окружающей среды:

1) необходима очистка территории от остатков колчеданных руд и новообразованных техногенных образований (сульфаты, глина с кислотой, кислота и вода, насыщенная кислотой);

2) Необходимо разрушить опасные постройки и затем утилизировать строительные материалы (битый кирпич и железобетон; металл), представляющие угрозу жизни горожан, особенно детей.

3) претворение экологических решений в жизнь позволит не только улучшить экологическую обстановку в городе Дегтярске, но и будет иметь экономическую выгоду для населения.

Входе работы были выделены основные экологические проблемы исследуемой территории и приведены возможные способы рекультивации с учётом месторасположения объекта исследования, что позволит сделать рекультивацию не только менее затратной, но и позволит так же извлечь некоторую выгоду.

Ключевые экологические проблемы гор. Дегтярска,

возникшие в связи с влиянием добычи медноколчеданной руды на окружающую среду и пути их решения

Таблица №3

Экологические проблемы

Пути и способы решения

Предполагаемая экономическая

эффективность

1. Загрязнение почвы, подземных и поверхностных вод

1. Сбор техногенных вод, их очистка

2.Вывоз и утилизация глыб колчеданных руд на СУМЗ

3. Утилизация техногенных продуктов разложения руд (сульфатов железа и меди, серной кислоты)

1. После отчистки техногенных вод заметно улучшится экологическая обстановка, после чего воду на Дегтярских водонапорных башнях не придется дополнительно отчищать воду от примесей.

2. Из колчеданных руд на СУМЗе смогут выделить черновую медь, которая впоследствии будет отправлена на дальнейшее производство.

3. Скорейшая утилизация техногенных продуктов позволит сохранить большее количество гектаров земли от загрязнения, что в последствии позволит сократить затраты на восстановление экологической обстановки в г. Дегтярске.

2. Наличие двух громадных терриконов пустой (?) отвальной породы высотой до 70-75 м.

1. Комплексное исследование и опробование отвалов горных пород;

2. Вывоз и переработка отвальных пород с извлечением полезных компонентов

1. Позволит уточнить содержание полезных ископаемых в терриконах и уточнить выгоду от переработки терриконов.

2. За последние годы способы извлечения полезных ископаемых были усовершенствованы, что может позволить получить из терриконов полезные металлы и минералы.

3. Освободятся от отвалов терретории, которые могу быть использованы для застройки.

3. Обрушение скальных пород над бывшими шахтными выработками

4. Не рекультивированный отработанный карьер месторождения площадью около 43 га

1. Засыпка провалов нейтральными природно-техногенными образованиями

2. Превратить отработанный карьер в 2 позитивных экскурсионных объекта: а) «Северный» - геолого-минералогического и б) «Южный» - экологически ориентированного туризма

1. Деньги, полученные от продажи меди, могут пойти на засыпку провалов, что сократит возможность обрушения скальных пород и позволит обеспечить безопасность местному населению и инфраструктуре.

2. Превращение отработанных карьеров в 2 экскурсионных объекта позволит не засыпать данные карьеры (не нести затраты), а использовать их с наименьшими потерями для бюджета, превратив в экскурсионные маршруты для минералогических экскурсий, которые позволят обезопасить и облагородить территорию карьеров и содержать их в надлежащем порядке.

Заключение

В результате исследования техногенных образований бывшего распределительного склада колчеданной руды шахты Капитальная 2, установлено, что одним из результатов химического выветривания руды на бывшем Дегтярском руднике являются натёчно-капельные и натёчные образования – сталактиты, сталагмиты и сталагнаты, а также рыхлые глинистые образования, сильно увлажнённые серной кислотой. В результате проведения пяти экспериментов обосновано их техногенное происхождение. Техногенный минерал, из которого они состоят, представлен семиводным сульфатом железа – мелантеритом с примесью меди, таким образом подтверждена гипотеза исследования и достигнута цель работы.

В городе Дегтярске после закрытия рудника продолжается загрязнение окружающей природной среды (вода, почва, воздух), так как мелантерит является показателем высокого уровня загрязнения такими высоко токсичными образованиями, как: железо, медь, цинк, кадмий, мышьяк и др., а также серной кислотой. Все они негативно влияют на здоровье людей и всего живого.

В этой связи мы обращаемся к специалистам отдела природопользования администрации ГО Дегтярска, чтобы они обратили внимание на проблему загрязнения окружающей среды за счёт разрушения оставшихся колчеданных руд на территории бывшего Дегтярского рудника.

Литература

1. Авдонин В.Н., Поленов Ю.А. Очерки об уральских минералах. Екатеринбург, 2002.

2. Баландин Р.К. Геологическая деятельность человечества. Техногенез. Минск, «Вышейшая школа», 1978.//

3. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. Гос. изд-во геологической литературы. М., 1951. Стр. 62-63, 96-97, 308-309.//

4. Вертушков Г.Н., Авдонин В.Н. Таблицы для определения минералов по физическим и химическим свойствам. М., «Недра», 1992. Стр. 138-142, 284-285, 310-311.

5. Гавриленко В.В. Экологическая минералогия и геохимия месторождений полезных ископаемых. Санкт-Петербург, 1993. Стр. 11-12, 51-52, 71-72.

6. Емлин Э.Ф. Техногенез колчеданных месторождений Урала. Свердловск. Издательство Уральского университета, 1991. Стр. 5-11, 22-24, 50-52, 62-63.

7. Иванов С.Н. Меркулов М.И. Дегтярское колчеданное месторождение. М.-Л., 1937. Стр. 4-6, 61-65, 78.//

8. Кантор Б.З. Беседы о минералах. Изд-во «Астрель»,1997.

9. Краткий геологический словарь для школьников. Под редакцией Г.И. Немкова. М., «Недра», 1989.

10. Ломоносов М. О слоях земных. Госгеолиздат, 1949. Стр. 3-13, 128-130.//

11. Смирнов С.С. Зона окисления сульфидных руд. Изд-во Академии наук СССР. М.-Л., 1955. // Стр. 46-47, 62-63, 111-112, 132.

12. Сребродольский Б.И. Тайны сезонных минералов. Издательство «Наука» 1989. 143 с.

Интернет ресурс: «Рудники Урала - Дегтярский рудник. Эпизоды 1-2.».

Приложения №1 и №2

Приложение №1

История Дегтярского медноколчеданного месторождения: основные даты

Дегтярское медноколчеданное месторождение расположено в 35 километрах к юго-западу от Екатеринбурга и 380 километрах от Воронцовского (действующего месторождения Полиметалла), в Свердловской обл. (Ср. Урал, Россия).

1888 год. Открытие месторождения в результате геолого-съёмочных работ под руководством А.П. Карпинского.

1904 год - возник небольшой поселок углежогов и дегтярей, получивший название Дегтярка. Первыми поселенцами Дегтярска были углежоги, выжигавшие древесный уголь для доменных печей Ревдинского железоделательного завода А.Н. Демидова. Попутным промыслом была выгонка дегтя из бересты, смолы и сосновых пней. Постепенно на восточном склоне горы, которая носит сейчас имя Караульной (высота 436.5 м, раньше она называлась Лабаз-Камень или Лабаз), В северной части Лабаз-Камня еще в конце XIX века находились в эксплуатации два рудника – Дегтярский и Истокинский (Дегтярский Ревдинский рудник), разрабатывавшие карьерами бурые железняки «железной шляпы». С углублением работ в карьерах оказалось, что под бурым железняком Истокинского рудника залегает серный колчедан в верхних горизонтах, частью выщелоченный и рассыпающийся в песок зерен пирита и кварца. Об этом песке упоминал еще в 1891 году Л.П. Карпинский. Позднее В.В. Никитин указал ряд признаков, установивших, что в Истокинском руднике эти колчеданные пески представляют несомненно разрушенную «голову» колчеданной залежи, подобной Калатинской. Позже в северной части горы Лабаз-Камень началась эксплуатация карьера «Ревдинский разрез» по добыче серного колчедана для нужд сернокислотной промышленности и на пороховых заводах. При разрезе возник поселок Ревдинская Дегтярка. Старый поселок на юго-восточной стороне Лабаз-Камня стал называться Северской Дегтяркой. Соседствующие поселки относились к разным Ревдинской (принадлежавшей горнопромышленнику Солодовникову) и Сысертской (принадлежащей горнопромышленному обществу Сысертского горного округа) дачами, граница которых проходила как раз между поселками. Находившийся на горе Лабаз караул Сысертского округа дал ей новое название—Караульная.Поиски на горе Лабаз бурых железняков увенчались успехом и в 1911-1913 годах начали закладываться первые разведочные шахты, образуется контора Дегтярского рудника (первый заведующий А. Рябов).

1907г. - начата систематическая разведка месторождения бурением, на основе

которой в 1914 г. произведён подсчёт запасов медной руды и начата промышленная

разработка.

В1914 году начинается разработка Дегтярского месторождения серного колчедана. Около месторождения был образован посёлок Дегтярка.

В начале 1914 года сделано экономическое обоснование и намечена закладка двух главных эксплуатационных шахт «Москва» и «Петербург». 26 сентября (4 октября по новому стилю) 1914 года геолог округа Артемьев подписал первый обоснованный подсчет запасов руды. Этот день считается датой начала промышленной эксплуатации Дегтярского рудника. В 1916 году было добыто 17 тысяч тонн руды, но стволы шахт «Петербург» и «Москва» были пройдены лишь до глубины 27 м и рассечены рудные дворы на горизонте 26 м. К концу 1917 года была достроена железная дорога до Ревдинской Дегтярки и тупик к Ревдинскому (Истокинскому) карьеру. Первоначально рудник на горе Лабаз назывался Сысертским Дегтярским рудником, а возле Ревдинской Дегтярки - Ревдинским Дегтярским рудником. Позже при разведках обнаружили, что оба рудника разрабатывают одно Дегтярское медноколчеданное месторождение (как оказалось позже - крупнейшее в мире). После революции в 1917 году Дегтярский рудник был разрушен и законсервирован, а шахты затоплены грунтовыми водами.

Население покинуло поселок, здесь проживало по переписи населения 1920 года всего 50 человек. В 1922 году возобновилась отгрузка из отвалов ранее добытой руды.

Грузили ее вручную в небольшие вагонетки и конной тягой отвозили на эстакаду, построенную вдоль железной дороги. В ноябре 1925 года Дегтярский рудник передается английскому акционерному обществу «Лена Голдфилс Лимитед».

Концессия получала право эксплуатации горных богатств на сибирской реке Лене, на Алтае и на Урале (бывшие Сысертские и Ревдинские горные округа). Концессия могла «строить и оборудовать заводы, фабрики и мастерские для переработки руд и для выработки из них фабрикатов, полуфабрикатов и побочных продуктов». Она была обязана проводить горные и другие работы на основе передовых достижений науки и техники. Концессия обязана была вложить 32 миллиона золотых рублей, из них 5,5 до 1 января 1929 года. Отчисления в пользу Советского Союза — 5—7 %. Между ЦК профсоюзов и главной конторой концессии в Москве был договор об условиях труда рабочих: восьмичасовой рабочий день для взрослых, соблюдение техники безопасности, выдача спецодежды. Интересы рабочих на руднике защищал рудничный комитет профсоюзов. Специалисты компании «Лена Голдфилс Лимитед» на строительстве Дегтярского рудника (1925-1927 года.)

1926 год- концессия начала горные работы на Ревдинском карьере.

Откачали воду, привезли небольшой экскаватор и 4 автомашины Сантинель, паровой двигатель. В карьере они не нашли применения, да и руда из карьера не удовлетворяла концессию. 1935 год-Разрез закрыли в связи с отработкой запасов.

Уже в 1927 году работы были переключены на восстановление затопленных шахт. С помощью примитивной техники — пневматических насосов — удалось осушить затопленные шахты «Москва» и «Петербург». Последняя шахта была переименована в «Лондон».Первые шахты. Вначале руду выдавали из шахты конным воротом, а затем были установлены маломощные электрические подъемные лебедки. Весь труд на поверхности и в шахте оставался ручным, появились только первые перфораторы. Доставка руды производилась тачкой и маленькой вагонеткой. Лес для шахт спускали с горы Лабаз по специальным желобам.

1928 год- концессия начала строительство двух новых шахт,

получивших названия «Нью-Йорк» и «Берлин», ствол первой был заложен в мае, а второй — в начале декабря того же года. Обе шахты были наклонными с углом 62 градуса. Все шахты - «Лондон», «Москва», «Нью-Йорк» и «Берлин» были сбиты между собой по нескольким горизонтам. По плану индустриализации на Урале в соответствии с решением XVI съезда ВКП(б) было запланировано построить Среднеуральский медеплавильный комбинат и Дегтярский рудник как сырьевую базу этого комбината. 1933 год проведена коренная реконструкция рудника, запроектировано и начато строительство двух капитальных шахт, рассчитанных на вскрытие и полную отработку Дегтярского месторождения с проектной мощностью 4 млн. тонн руды в год.

Проект строительства карьера не был принят, так как страна не обладала тогда достаточно мощной техникой для ведения открытых горных работ. Так, в проект Дегтярского рудника было заложено вскрытие месторождения двумя однотипными капитальными шахтами и рядом мелких шахт вспомогательного назначения.

1936год- шахты получили новые имена:

шахта «Лондон» стала «Комсомольская», шахта «Берлин» была переименована в «Большевик». Шахта «Нью-Йорк» была первоначально названа «Пионер» (как шахта-новатор), а через полгода получила свое окончательное название — «Первомайская».Шахта «Лондон», 1935 год. В 1939 году начала выдавать руду шахта «Капитальная №2», а в 1940 году – шахта «Капитальная №1». Постройка капитальных шахт позволила значительно увеличить добычу руды и обеспечить нужды Среднеуральского медеплавильного завода. Строительная площадка шахты «Капитальная №2», на проходке ствола возведен временный деревянный проходческий копер. На западе от горы Лабаз поднялись ввысь 45-метровые металлические копры шахт «Капитальная №1» и «Капитальная №2» и массивные надшахтные здания. Около них белели корпуса рудоподъема, бытовых комбинатов, цехов и складов, протянулась шеренга мачт электропередачи.Ствол шахты «Капитальная №1» заложили на расстоянии 260 метров западнее рудного тела и при его проходке столкнулись с водоносными известняками. Такое расстояние от рудного тела гарантированно исключало

Рис.1.1

влияние кислой воды на ствол и околоствольные породы. Строительство шахты «Капитальная №2» было сопряжено с рядом трудностей. Опыты проходки подобных крупных шахт не было. Заложенный ствол был пройден, а 19 метров с временным креплением, но оказался в зоне плывунов и произошел обвал. Авария

произошла между сменами и не повлекла жертв, но начатую работу пришлось забросить, а заложить новый ствол на 230 метров западнее. Ствол заложили на расстоянии 330 метров от рудного тела, в далеком лежачем боку месторождения. Такое расстояние от рудного тела гарантировало защиту шахтного ствола и породы от разъедания кислыми водами. После отработки шахты в него спустили известковое молоко для нейтрализации кислой среды. Руда из шахты по конвейеру поступала в бункеры и далее по наклонным галереям поступала на рудосортировку, где отгружалась в вагоны. Сейчас наклонной галереи между зданием шахты и рудосортировкой нет. С 1938 года начал работать гидромедьцех. Под открытым небом был устроен большой отстойник для шахтной воды. Освобожденная от ила чистая кислотная вода протекала по серии деревянных желобов, заполненных железными обрезкамиНебольшой прудок у шахты «Капитальная-2» Во время медленного движения воды происходила реакция замещения: медь в растворе сернокислой меди замещалась на железо, получался уже раствор сернокислого железа (железного купороса), медь же выпадала на дно желобов в виде бурой массы, огребалась в отстойники, а из них — в ящики. Густая масса высушивалась и получалась цементационная медь. Ее отправляли на СУМЗ в медеплавильные печи. Шахтные воды после гидромедьцеха нейтрализовались известью в специальных установках цеха нейтрализации, и только после этого спускались в большой пруд-отстойник. Чистая вода из него сбрасывалась в Волчихинское водохранилище реки Чусовой. 1940 год - на комбинате работало 2520 рабочих, и население поселка выросло до

19 000 жителей.

1943 год - открылся Дегтярский ремонтно-механический завод, выпускавший запасные части и оборудование для шахт рудника. В творческом содружестве с институтом «Унипромедь» была успешно разработана и внедрена система профилактического заиливания глинистой пульпой отработанных блоков, что исключило возникновение пожаров (опасного разогрева рудного массива) и создало условия для применения высокопроизводительных систем разработки с массовым обрушением. В итоге в два раза повысилась производительность труда на шахтах и на одну треть сократилось число рабочих промгруппы. 1948 год - был построен глинозавод производительностью 500 м3 глинопульпы в сутки. Глину добывали в глиняном карьере на горе Лабаз.

1940-1950 годы - Наиболее острая пожарная обстановка.

Пожары на шахтах «Москва» и «Комсомольская» перешли в постоянно действующие, а в 1944 году пожар на шахте «Большевик» привел к полной консервации шахты. Активизировались окислительные процессы на шахтах «Капитальная №1» и «Капитальная №2», отрабатывающих горизонт 70 м.В 1945—1946 годах пожарное состояние рудника еще более осложнилось. Пожаром оказалось охвачено около 50% рудных площадей, а к концу 1947 года пожарами было поражено уже 82% рудной площади.

В1954 году посёлку был присвоен статус города.

1959 год. Летом город Дегтярск посетил будущий президент США Никсон;

по одной из версий, его родители или другие родственники владели национализированными шахтами в тогдашнем посёлке Дегтярка — именно это стало причиной его визита.

1 мая1960 года- над небом Дегтярска советские силы ПВО сбили американского лётчика-шпионаПауэрса

на самолёте U-2. Также был случайно сбит перехватчик МИГ-19, пилотировавшийся старшим лейтенантом Сергеем Сафроновым. Вся трагедия разыгралась в небе над Дегтярском во время первомайской демонстрации и самолёт Сафронова мог врезаться в многотысячную демонстрацию[3], если бы не его героический поступок — он сумел отвести самолёт за город, тем самым спасши человеческие жизни, но лишившись своей. В начале 2000-х годов Сергею Сафронову установлен памятник

1950—1960 годы-на руднике продолжалось интенсивное развитие горных работ, механизация и автоматизация производственных процессов.

.Рудник превратился в передовое, ведущее горнорудное предприятие цветной металлургии страны.Самоходное оборудованиеВ камере блока № 3—5 была сооружена конструкция искусственной потолочины, представляющая собой монолитный железобетонный свод, опирающийся пятами на рудные целики. Радиус контура свода составил в свету 7,5 м, пролет в свету 12 м, высота 3 м. Свод был армирован внутренней и наружной сетками, сваренными непосредственно в шахте на специальных шаблонах. 1959 год-на Дегтярском руднике применяли подземное выщелачивание меди.

За полгода из удалённой выклинки месторождения была добыта 461 тонна меди, средняя концентрация ее в продуктивных растворах достигала 6 г/л, извлечение меди из шахтных вод составляло 89 %. Производительность на одного рабочего в смену в среднем составляла 78 кг металла. При этом подача раствора сначала осуществлялась на небольшой участок зоны обрушения, а затем через 35 закачных скважин, глубиной от 12 до 40 м, в ненарушенную часть отрабатываемой залежи. Шахтные воды после прохождения через рудный массив стекали по дренажным канавкам нижележащих горных выработок в сборники раствора, из которых насосами подавались на поверхность в прудок-отстойник. Отстоянный от взвесей продуктивный раствор поступал на цементацию. После цементации очищенный от меди раствор сливался в прудок-накопитель, из него насосом подавался в напорный бак, из бака самотеком по коллектору стекал в скважины. Первые опыты с искусственными растворителями при добыче меди проводились в 1964 году на Дегтярском руднике, в качестве растворителя применялся раствор H2SO4 + NaCl.Однако, при наличии достаточных запасов медных руд для традиционной добычи, подземное выщелачивание их применялось только для отработки потерь при очистной добыче. Помимо основных капитальных шахт были и другие - шахта «Колчеданная», шахта №2, шахта №3 - на севере, шахта «Ново-Вспомогательная» напротив шахты «Капитальная №1», на юге - шахта №14, шахта №15, шахта №17, шахта «Южная», шахта Дюпарка и другие разведочные, которые были пройдены по жиле, не имеющей промышленной мощности.

1961 год - Пик добычи приходился на, тогда было добыто 2708 тысяч тонн руды.

Снижение объемов добычи руд после 1962 года связано с уменьшением запасов медноколчеданных руд и отработкой основных эксплуатационных горизонтов. Протяженность горных выработок по простиранию рудного тела достигала около 4800 метров, а суммарная протяженность всех выработок была во много раз больше. В 1970 году на базе Дегтярского, Крылатовского, Гумешевского и Пышминского рудников создается Дегтярское рудоуправление, которое стало обеспечивать рудой медеплавильные предприятия Среднего Урала. Ныне полу заброшенное здание Дегтярского рудоуправления К концу девятой пятилетки (1975 год) сдается в эксплуатацию горизонт 550 м и ведутся работы на горизонте 610 м. На Дегтярском руднике была построена первая в мире промышленная установка бактериальной добычи меди - в шахту закачивали жидкость, насыщенная определенными бактериями, которые в процессе своей жизнедеятельности переводили нерастворимые в воде руды в хорошо растворимые. После этого насыщенный обогащенный раствор выкачивали на поверхность и извлекали из него полезные металлы. По мере отработки балансовых запасов с 1971 года началось снижение добычи.

1970 год- закрытие шахты «Капитальная №1»

1994 год- закрытие шахты «Капитальная №2». Запасы серной руды были полностью отработаны в 1979г., медно-цинковой руды в 1995 году. Вторая половина 1990-х годов Начало консервации рудника и погашению подземных выработок; развитие вспомогательных производств, совершенствование известкового производства, в больших объемах шла откачка воды из подземного пространства и ее очистка.

1995 год- приступили к заиливанию горных выработок по горизонту 610 м.

Затопление выработок было взято под контроль, этаж 550—610 м был затоплен за месяц. В дальнейшем затопление горных выработок и выемочного пространства происходило по 10-15 м/месяц. Все выемочное пространство, пустоты по руднику в целом были затоплены 14 мая 1999 г. Уровень воды по стволам стабилизировался. После затопления горных выработок и стабилизации депрессионной воронки поднялся уровень грунтовых вод в целом по рудному полю, наблюдался подъем воды в районе ранее отработанного карьера «Колчеданный» в северной части месторождения. Карьер «Колчеданный». Генеральные пересчеты запасов руды были произведены в 1953 и 1972 годах после погашения пожаров на руднике и отработки балансовых запасов Некоторое количество запасов полезных ископаемых еще осталось в разрушенных целиках, а также за контурами балансовых запасов. Полная отработка месторождения с целью извлечения этих руд в ближайшее время не предвидится, хотя при определенных условиях теоретически возможна, например открытым способом или методом выщелачивания. 2012 год - в районе старого «Колчеданного» карьера началось строительство завода по переработке металлургических шлаков. Но строительство не пошло по причине митинга местных жителей. Завод предполагалось снабжать привозными отходами, а на выходе получать щебень, воду и полезные металлы.

ё38

Просмотров работы: 912