2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.................................................6
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В РАЙОНАХ СКЛАДИРОВАНИЯ
СУЛЬФИДНЫХ ОТВАЛОВ ..............................12
1.1. Окислительное выщелачивание сульфидов в зоне гипергенеза........................................16
1.2. Кислотообразующие вещества в атмосфере.......22
1.3. Химические превращения в атмосфере...........26
1.4. Механизмы выпадения оксидов серы и азота на земную поверхность...................................... 28
Глава 2. ОКИСЛЕНИЕ СУЛЬФИДОВ КИСЛОРОДОМ
С УЧАСТИЕМ КАТАЛИЗАТОРОВ .......................32
Глава 3. МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И
ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ...............42
3.1. Выбор условий экспериментального исследования выщелачивания сульфидов............................43
3.2. Выбор методики экспериментального исследования выщелачивания сульфидов............................45
3.3. Методика исследования гидрохимического окисления дисперсных образцов сульфидов......................46
3.4. Методика исследования гидрохимического окисления компактных образцов халькозина.....................49
3.5. Методика количественного определения цинка, меди и железа в растворе и сульфата свинца в твердом остатке....50
3.6. Методика обработки экспериментальных результатов 51
3
Глава 4. ГИДРОХИМИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ СФАЛЕРИТА 53
4.1. Химизм процесса сернокислотного выщелачивания сфалерита с участием азотистой кислоты.................53
4.2. Влияние гидродинамических условий на скорость выщелачивания сфалерита................................57
4.3. Влияние температуры на скорость выщелачивания сфаперита..............................................58
4.4. Влияние концентрации серной кислоты и сульфата цинка на скорость выщелачивания сфалерита....................61
4.5. Поведение серы в процессе выщелачивания сфалерита 67
4.6. Кинетика сернокислотного выщелачивания сфалерита
с участием азотистой кислоты.......................68
4.7. Сравнительная оценка эффективности выщелачивания сфалерита в различных окислительных системах...........69
Глава 5. ГИДРОХИМИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ГАЛЕ! 1ИТА................74
5.1. Химизм процесса сернокислотного вскрытия галенита
с участием азотистой кислоты.......................74
5.2. Влияние гидродинамических условий на скорость окисления галенита.....................................77
5.3. Влияние температуры на скорость окисления
галенита...........................................79
5.4. Влияние концентрации серной кислоты на скорость окисления галенита.....................................81
5.5. Кинетика сернокислотного окисления галенита с участием азотистой кислоты......................................85
5.6. Сравнительная оценка эффективности вскрытия галенита
в различных окислительных системах.................86
16
формацию о механизме окисления руд, проследить порядок, форму и скорост ь выноса из минералов входящих в их состав элементов, выяснить характер воздействия выветривающего агента, определить для минералов ряды устойчивости в данных условиях, уточнить начало процесса и прогнозировать его течение.
/. /. Окислительное выщелачивание сульфидов в зоне
Как показали результаты многочисленных натурных и экспериментальных исследований в окислительном горизонте сульфидных отвалов преобладают кислые сульфатные воды с повышенной концентрацией О2 и тяжелых металлов (Си, РЬ, Ъп, Ре) (Перельман, 1972; Яхонтова и др., 1978; и др.), приоритетное значение в формировании которых принадлежит продуктам окисления пирита - как основного кислотопродуцирующего минерала.
Окисление сульфидных минералов в выходах пород и руд представляет собой комплекс химических и биогеохимических процессов (Ке11у е1 а1., 1988; МогсЫгот, 1982). Окисление пирита проходит в три последовательные стадии, которые соответствуют следующим реакциям:
Окисление Ре82 на первой стадии сопровождается выделением 1440 кДж/моль, на второй - 102 и на третьей - только - 11 кДж/моль. Первые две реакции катализируются мезофильными тионовыми бактериями, особенно вида ТЫоЬасШиз Геггсох1с1ап8,
гипергенеза
2 Ре82 + 702 + 2Н20 = 2Ре804 + 2Н2804, 4Г-е804 + 02 + 2Н2804 - 2Ре2(804)3 + 21Ш, РеЯ, + 7Ре2(804)3 - 8К:0 = 15Ре804 + 8Н2804.
(1.1)
(1.2)
(1.3)
17
которые обычно присутствуют в отвалах пустых пород и дренажных водах (Blowes et al., 1990). Скорость процесса определяет вторая стадия. Однако в натурных условиях скорость процесса, как правило, лимитируется диффузией кислорода в отвалы и горные выработки, поступлением его с атмосферными осадками и поверхностными водами. Выделение больших количеств тепла приводит к повышению температуры внутри отвалов (вплоть до 333 К и выше) (Сауков, 1975; Kellcy et al., 1988) и созданию оптимальных условий для мезофильных микроорганизмов. Биоокисление сульфидов меди, свинца, цинка и других металлов пионовыми бактериями происходит по схеме:
2MS + 02 + 41-Г = 2М2+ + 2S° + 2Н20, (1.4)
2S° + 302 + 2Н20 = 2H2S04 (1.5)
и характеризуется различной интенсивностью (Silver et al., 1974). Поступление металлов в раствор (в мкг/сут) составило: для Си -300 -г- 500, для Zn - 36 ч- 48, для РЬ - 4. Низкие значения для свинца связаны с выпадением в осадок англезита.
В окислении сульфидных минералов тяжелых металлов в зоне гипергенеза участвуют также ионы ЬУ\ образующиеся при окислении пирита. Сернокислое окисное железо - сильнейший окислитель других сульфидов, и потому халькозин, сфалерит и галенит могут окисляться с образованием серной кислоты и растворимых сульфатов меди и цинка и нерастворимого сульфата свинца (Grase, 1980).
8Cu2S + 4Fe2(S04)3 + 6Н20 + 1902 = 16CuS04 + 4FeS04 +4Fe(OH)3, (1.6) 2ZnS + 2Fe:(S04), + 2H20 + 302 - 2ZnS04 + 4FeS04 + 2H2S04, (1.7)
2PbS + 2Fe2(SG4)3 + 2H2Q + 302 = 2PbSQ4 + 4FeSQ4 + 2H2S04. (1.8)
- Київ+380960830922