Оценка экологического состояния горнопромышленной техногенной системы оловосульфидных месторождений Комсомольского района Дальнего Востока методом физико-химического моделирования

• Автор: Костина, Алена Михайловна
• Шифр специальности: 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 235 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Геологическая характеристика Комсомольского рудного района и минералогогеохимические особенности рудной минерализации
1.1 Основные черты геологического строения
1.2 Особенности рудной минерализации района и типы рудных тел
1.3 Минеральные ассоциации и стадии первичного минералообразования
1.4 Минералого-геохимическая характеристика первичных руд Комсомольского района
Глава 2. Физико-химическое моделирование и современные вычислительные средства
2.1 История развития методов физико-химического моделирования
2.2 Физико-химическое моделирование и эксперимент
2.3 Методические и теоретические вопросы физико-химического моделирования в геохимии
2.4 Применение методов физико-химического моделирования для изучения экологических проблем, связанных с отходами горнорудного производства
2.5 Методология физико-химического моделирования
2.6 Физико-химическое моделирование на ЭВМ
2.6.1 Метод подстановок констант реакций при расчете гетерогенных равновесий
2.6.2 Метод минимизации энергии Гиббса при расчете гетерогенных равновесий
Глава 3. Горнопромышленная техногенная система и ее генетическая характеристика
3.1 Характеристика горнопромышленной техногенной системы
3.2 Генетическая характеристика зоны гипергенеза
3.2.1 Экспериментальное исследование механизма окисления главных сульфидов
3.2.2 Факторы формирования зоны гипергенеза
Глава 4. Физико-химическое моделирование гипергенных процессов, протекающих в горнопромышленной техногенной системе Комсомольского района
4.1 Физико-химическое моделирование процессов окисления сульфидов в руде на месторождениях Солнечное, Придорожное, Фестивальное и Перевальное
4.2 Физико-химическое моделирование процессов, протекающих в хвостохранилищах, на основании данных бурения хвостов

4.2.1 Взаимодействие влажных хвостов действующего хвостохранилища с
атмосферой и водой (I модель)
4.2.2 Взаимодействие влажных хвостов закрытого хвостохранилища с атмосферой и водой (II модель)
4.2.3 Взаимодействие сухих хвостов с атмосферой и водой (III модель)
4.3 Взаимодействие сухих хвостов с атмосферой и водой при разных соотношениях сульфидов с вмещающей породой
4.4 Взаимодействие сухих хвостов с атмосферой и водой при разных отношениях вода - порода
4.5 Взаимодействие сухих хвостов с атмосферой и водой в зависимости от содержания в системе серы
4.6 Рассмотрение процессов минералообразования в диапазоне положительных температур
4.7 Верификация результатов, полученных при моделировании
Глава 5. Оценка экологического состояния горнопромышленной техногенной системы
5.1 Мероприятия по улучшению экологической обстановки в Комсомольском
оловорудном районе
Заключение
Список литературы
Приложения

Введение
Актуальность работы. Почти вековое развитие горнорудной промышленности на Дальнем Востоке привело к появлению многочисленных канав, расчисток, карьеров, штолен и хвостохранилищ, что способствовало созданию горнопромышленных техногенных систем, в которых благодаря увеличению доступа агентов выветривания к сульфидам активизировались гипергенные и техногенные процессы. Техногенные системы и происходящие в них процессы способствуют значительному нарушению природного равновесия и приводят к накоплению токсичных элементов в поверхностных и грунтовых водах, атмосфере, почве, растительности и живых организмах, включая человека.
Трудоемкие и дорогостоящие мониторинговые работы в горнорудных районах позволяют оценить экологическое состояние экосферы только в определенный промежуток времени и прогнозировать процессы ее загрязнения на ближайшие годы. К сожалению, они не дают полную картину окисления сульфидов, процесса современного техногенного минералообразования из высококонцентрированных поровых растворов и количественной оценки процесса выноса широкого спектра элементов в гидросферу на всем протяжении существования системы. Использование программного комплекса физико-химического моделирования «Селектор» позволяет это сделать в лабораторных условиях и прогнозировать экологическое состояние техногенной системы не только на ближайшие годы, но и на десятилетия и даже столетия.
Объектами исследований являются руды и хвостохранилища Комсомольского оловорудного района.
Основной целью данной работы является оценка процессов окисления сульфидов и современного техногенного минералообразования, протекающих в горнопромышленной техногенной системе, и их воздействие на гидросферу Комсомольского района.
Для достижения намеченной цели было необходимо решить ряд задач:
1. Охарактеризовать первичный состав руд и отходов обогащения рассматриваемой горнопромышленной техногенной системы;
2. Сформировать физико-химические модели (собрать данные об объекте, провести схематизацию, подобрать и согласовать термодинамические параметры) и смоделировать процессы, протекающие в руде и на хвостохранилищах;
3. Оценить воздействие хвостохранилищ на гидросферу в различные периоды существования и показать их роль в загрязнении окружающей среды в дальнейшем;

2.5 Методология физико-химического моделирования
Развитие геологических наук на современном этапе, как в прочем и в других областях знаний, во многом обусловлено внедрением нового методологического подхода к исследованиям, который можно назвать модельным. В течение длительного периода геология шла по пути эмпирических обобщений. Расширение и усложнение наших знаний о природе, а главное - внедрение методов точных наук (в том числе, физической химии) проявило ограниченные возможности эмпирического подхода и заставляет переходить геохимию к другому типу исследований, использующему теоретические модели.
Проблемы, связанные с использованием теоретических моделей, обсуждались во множестве науковедческих и философских публикаций. Не углубляясь в детали, суть метода моделирования может быть изложена достаточно коротко. В этом методе объект исследования замещается моделью, т. е. становится более простым и доступным для изучения, а результаты исследования модели переносятся на свойства объекта (Гричук, 2000).
Отметим два важных обстоятельства. Во-первых, модель никогда не может быть полностью изоморфна объекту, иначе замена объекта моделью при исследовании не даст никаких преимуществ. Выбор основных отношений зависит от целей исследования и является субъективным, при этом a priori неизвестно, достаточен ли он для достижения поставленной цели. Это делает необходимым этап проверки соответствия объекту -верификации модели. Во-вторых, не построение модели, а изучение ее свойств является главным этапом исследования. Модель - это инструмент, а не цель работы. Модель должна обладать прогнозными свойствами, некоторые ее следствия должны соответствовать неизвестным еще свойствам природного прототипа.
Общую схему исследования, использующего модельный подход, можно представить так, как показано на рисунке 2.1. По результатам изучения свойств природного объекта (объектов) - прототипа - проводится схематизация, т. е. исследователь выбирает существенные для дальнейшего изучения свойства прототипа и строит из них логическую схему. Затем, с привлечением законов точных наук на основе логической схемы строится теоретическая модель. Теоретическая модель исследуется, определяются ее свойства - следствия модели. Часть следствий используется для доказательства работоспособности модели (верификации), и часть - для прогноза неизвестных свойств природного прототипа.