Исследование отходов металлургических предприятий Урала как источников химического загрязнения геологической среды

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ УРАЛА КАК ИСТОЧНИКОВ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ
Стр.
Общая характеристика работы.............................................4
1. Геологическая среда полигонов твердых промышленных отходов горноскладчатого Урала...................................................10
1.1. Определение понятия «Геологическая среда».......................10
1.2. Характеристика отходов металлургических предприятий Урала.......19
1.3. Основные черты строения геологической среды полигонов твердых
промышленных отходов на примере АО «Челябинский электрометаллургический комбинат» (ЧЭМК).....................21
2.Методы анализа элементного состава продукции и отходов...............42
2.1. Химические методы обнаружения л- ;..............................42
2.1.1. Гравиметрический анализ.................................... 43
2.1.2. Титромстрический анализ.................................... 44
2.1.3. Электрохимические методы....................................46
2.2. Спектральные методы.............................................52
2.2.1. Метод фотографического спектрального анализа................52
2.2.2. Метод фотоэлектрического спектрального измерения............52
2.3. Другие методы анализа элементного состава.......................52
2.4. Рентгенофлуоресцентный анализ...................................55
2.4.1. Физические основы рентгенофлуоресцентного метода............55
2.4.2. Аппаратура..................................................63
2.4.3. Интенсивность характеристического излучения.................70
2.4.4. Мешающие факторы и способы их учета.........................72
3. Методология исследования промышленных отходов металлургических предприятий.........................................................74
3.1. Исследование химического загрязнения рентгеновским кристалл-
дифракционным спектрометром «Спектроскан».........................76
3.1.1. Исследование почв...........................................76
3.1.2. Исследование горных пород руд и твердых промышленных отходов........................................................... 78
3.1.3. Исследование водных объектов............................... 80
3.2. Определение элементного состава на рентгеновском
бездифракционном анализаторе «Барс - ЗМ»..........................82
2
3.2.1. Экспресс анализ (MgO, А1203, Si02, CaO) металлургических шлаков............................................................ 84
4. Трансформация отходов в субаэральных условиях и загрязнение
геологической среды..................................................98
4.1. Твердые промышленные отходы......................................98
4.2. Трансформация отходов в субаэральных условиях и загрязнение геологической среды.............................................103
4.2.1. Шламонакопитель ЧЭМК.......................................104
4.2.2. Загрязнение почв и грунтов Верхней Пышмы..........:........129
4.2.3. Загрязнение почв Верхотурского района......................138
Заключение.............................................................150
Список литературы......................................................153
Геологическая среда как подсистема природно-технической системы (по Г.К. Бондарику) обладает специфическими, системными свойствами: целостностью, организованностью, неоднородностью, иерархичностью, устойчивостью, управляемостью, способностью к адаптации и др. Функционирование технической подсистемы указанной системы возможно лишь в определённых границах изменения состояния геологической среды, описываемого некоторыми параметрами. Область, в пределах которой допустимо изменение этих параметров, носит название области гомеостазиса системы. Эта область определяет устойчивость и взаимосвязанное с ней управление системой. Задача управления фактически состоит в достижении оптимального режима функционирования технической подсистемы, т.е. геологической среды. Нарушение гомеостатических пределов влечет за собой необходимость проведения защитных мероприятий и тем самым введения в систему новых объектов управления[7].
Устойчивость и возможность управления таких сложнодинамических систем, как природно-технические, неодинаковы в различных технологических условиях. Характерной чертой устойчивости сложно-динамических систем является многомерность, т.е. способность системы ассимилировать разнообразные воздействия внешней среды. Отсюда следует, что абсолютно устойчивая система (идеальная) не изменяется ни при тепловых, ни при механических, ни при химических и других воздействиях. Чем более многомерна устойчивость многомерной системы, т.е. чем от большего числа элементов она зависит, тем в меньшей степени изменение отдельного компонента оказывает влияние на состояние всей системы, и тем в большей степени эта система устойчива.
Свойства геологической среды определяют основные требования к информации, необходимой для анализа её изменения при техногенном воздействии, на всех стадиях проектной и производственной деятельности.
Техногенное воздействие на геологическую среду в рамках природнотехнических систем (ПТС) вызывает в ней ряд изменений, которые могут негативным образом отражаться на функционировании системы. По отношению к источнику воздействия (техногенному компоненту системы) геологический компонент играет роль объекта, подвергающегося воздействию (первичное воздействие). Однако в случае качественного своего изменения последний сам может оказаться источником дополнительного (вторичного) воздействия.
Опыт показывает, что наибольшее влияние в плане изменения геологической среды оказывают длительные воздействия. Кратковременное воздействие, если оно по интенсивности не превосходит деструктивный уровень, обладает меньшим изменяющим потенциалом, чем воздействие менее интенсивное, но осуществляемое постоянно или в течение большого промежутка времени. Длительное техногенное воздействие на геологическую среду обуславливает взаимодействия на двух уровнях.
На первом уровне наблюдается взаимодействие факторов, воздействующих с геологической средой (энергии, биомассы или вещества), вызывающее её изменение в целом или отдельных её компонентов. В этом случае геологическая среда в системе играет роль объекта. С учетом наиболее часто встречающихся видов массо- и энергообмена источников с окружающей средой можно считать, что результатом взаимодействия на первом уровне, как правило, является нагревание, механическое, химическое и биологическое изменение геологической среды (или отдельных её компонентов), что обуславливает изменение инженерно-геологических и экологических условий.
Па втором уровне происходит взаимодействие между измененной геологической средой и техногенными объектами, а также объектами косной и живой природы, включая человека (в рамках ПТС), для которых геологическая среда является средой существования или обитания.
16