Каустобиолиты

Топливно-энергетические ресурсы составляют угли и нефтепродукты. Основные центры по добыче углей сосредоточены в районах гг. Губахи, Кизела, Гремячинска (Кизеловский угольный бассейн). При добыче каждой тысячи тонн угля шахтным способом на поверхность в среднем доставляется 100—115 м³ «пустой» породы. Породы в отвалах литологически, минералогически и геохимически неоднородны, что определяется вещественным составом угленосной толщи, технологией добычи и переработки минерального сырья, а также процессами преобразования угленосных отвалов в условиях гипергенеза.

Добыча угля в  Кизеловском бассейне ведется с 1797 г. Визейская угленосная формация сложена песчаниками, алевролитами, аргиллитами с прослоями каменного угля. Верхняя часть разреза представлена известняками. Угли высокосернистые, содержат в среднем по бассейну (%): чистый уголь 85, глина 9, пирит 4, прочие примеси 2. Местами содержание пирита возрастает до 9 %.

Отвалы (терриконы) занимают значительные площади (рис. 4). Породные отвалы состоят из обломков аргиллита, песчаника, известняка с включением угля. В них возникает особая физико-химическая обстановка вследствие совместного нахождения углистого вещества и пирита. Перемещение пород на земную поверхность из зоны кислородного дефицита, разгрузка их от горного давления активизируют гипергенные процессы: физическое выветриваиие, окисление, растворение, гидролиз, гидратацию, метасоматоз и др.

Рис. 4. Угольные терриконы на террасе р. Косьвы

В отвалах шахт Кизеловского бассейна установлены минералы: сера, карбиды (муассанит), сульфиды (пирит, марказит), оксиды и гидроксиды (кварц, корунд, гематит, магнетит, лимонит и др.), карбонаты (кальцит, арагонит, сидерит), сульфаты (ярозит, алунит, гипс, барит, мелантерит и др.), силикаты (каолин, муллит, серицит, иллит, хлорит, полевые шпаты и др.). Выделены природные и техногенные минералы: пирит, марказит, ярозит, алунит, гипс и др. Концентрация серы сульфидов в разновозрастных отвалах изменяется от 3 до 8 %. Реакция пород сильнокислая, рН водной суспензии 1,9—2,6, а в отвалах 50-летнего возраста 3,2 . В составе поверхностного стока с территории шахт установлены взвешенные вещества, алюминий, железо. Обнаружены также никель, медь, свинец, кобальт.

Горелые отвалы угледобывающих предприятий представляют собой конусообразные формы – терриконы. Они состоят из пород, извлеченных из шахт, представлены шлако-зольными образованиями, продуктами сгорания и добычи угля.

Характерная реакция — окисление пирита с образованием сульфатов и серной кислоты. Серная кислота разлагает силикаты и алюмосиликаты. В кислой среде (рН=2—3) становятся подвижными многие катионногенные элементы. Растворы обогащаются железом, алюминием, магнием, натрием, калием. Реакции окисления сопровождаются выделением тепла и самовозгоранием отвалов. В местах горения, где температура превышает 1000 °С, развиваются процессы, близкие к эндогенным. Горение отвалов продолжается в течение нескольких лет. В процессе плавления породы появляются новые минералы (сульфиды, хлориды, плагиоклаз, пироксен, оливин).

В результате выветривания, обжига и переплавления, пневматолитовых и фумарольных явлений в отвалах образуется комплекс природно-техногенных минералов. Среди минералов горелых отвалов в Челябинском угольном бассейне описано более 40 видов.

Оценку угольных отвалов производили в качестве сырья для подсыпок на дороги и дорожного покрытия. Вместе с тем отвалы содержат сульфиды железа, меди и других элементов, разложение которых приводит к аномальному загрязнению поверхностных и подземных вод.

Торфяники

Тенгиз газ

Переработка газа при производстве электроэнергии развита на ТЭС и ГРЭС в районе гг. Яйвы, Юго-Камска, Добрянки, Краснокамска, и др.

Техногенные образования - золоотвалы состоят из твердых остатков несгоревшего топлива. Золы представляют собой тонкодисперсный порошок золы – уноса и шлака. Минеральный и химический состав зол переменный. Золотвалы накапливают путем гидронамыва (рис. 5, 6).

Рис. 5. Схема размещения золоотвала ТЭС, сформированного гидротранспортированием с характерной литодинамической зональностью: 1- зона «пляжа» (крупнозернистый песок с щебенкой и дресвой); 2 – промежуточная зона (крупно- и среднезернистый песок); 3 – зона пруда-отстойника (мелкозернистый песок, суглинок, ил)

Рис. 6. Схема формирования золоотвала в долине р. Левихи (г. Губаха)

Золы и шлаки используют в строительстве и промышленности (строительная керамика, асфальтобетон, золобетон, гравий обжиговый и безобжиговый). Уровень использования золошлаков составляет (%): в США – 25, Великобритании – 53, Франции – 65, Германии – 79. В Дании золу тепловых электростанций выводят выгодно для себя в Норвегию.

Шлаковые шарики

Добыча нефти осуществляется в Красновишерском, Соликамском, Усольском, Березниковском, Чусовском, Добрянском, Краснокамском, Осинском, Чернушенском, Куединском, Ординском, Уинском и других районах. В процессе добычи нефти на местах установки «качалок» возникают аварийные ситауции. В определенных условиях при хорошей фильтрации пород под «качалками» могут образоваться нефтескопления.

Переработка нефтепродуктов производится в районе г. Перми. При переработке нефтепродуктов случаются переливы, утечки сырья и продуктов переработки в водоносные комплексы. На первом водоносном комплексе происходит их временное сохранение. Это явление давно замечено. С целью улучшения экологической обстановки и ликвидации загрязнения нефтепродуктами водоносных комплексов проводят переработку продуктов утечек. Имеется положительный опыт переработки «местоскоплений бензина» на территории предприятия Пермнефтеоргсинтез. «Местоскопления керосина» известны в пределах крупных аэропортов.

Попутные воды и рассолы сопровождают нефтяные месторождения и извлекаются при добыче нефти. Они представляют собой гидроминеральное сырье, обогащенное солями йода, брома и других галогенидов. Имеется опыт оценки ресурсов гидроминерального сырья и добычи из него галогенидов.

В случае, когда попутные рассолы (воды) нефтяного месторождения фильтруются через древние коры выветривания, обогащенные медью, золотом, ураном, стронцием, ванадием, ртутью и другими металлами (например, среднедевонский этап корообразования на Восточно-Европейской платформе), рассолы ведут себя как растворитель этих металлов и могут быть существенно обогащены ими. Опыт подземного выщелачивания золота в свердловской области, обогащение солей Верхнекамского месторождения показывают принципиальную возможность получения металлов из этих горизонтов.

1. Карбонатный ряд

   Содовое производство. На ОАО «Березниковский содовый завод» (БСЗ) применяется аммиачный способ получения соды. Отходы складированы в действующей и старой карте намыва (шламонакопителях), которые ограничены дамбами из щебня и дресвы известняка. Площадь действующей карты составляет около 155 га, старой – около 89 га. Мощность накопленного шлама увеличивается в северо-восточном направлении от 2.5 до 15 м. Объем шламов превышает 10 млн. м³.

В процессе производства образуется хлорид кальция, составляющий большую часть отходов производства. В шламонакопители отходы поступают в виде пульпы, в которой преобладает жидкая фаза (98%). Жидкая фаза пульпы из производственного цикла имеет щелочные значения водородного показателя (рН – 12.3) и минерализацию – 179 г/л. В ее составе содержится (мг/л): хлоридов – 106360; сульфатов – 7200; кальция – 41100; натрия и калия – 25860; аммония – 200. В отходах действующей карты содержание (мг/кг): сульфатов (12350) в 40 раз, хлоридов (11912) в 37 раз, натрия (4184) в 54 раза, соединений азота (114) в 3.5 раза больше, чем в отходах старой карты. В верхней части разреза до глубины 1-1.5 м осадки имеют мягко-пластичную консистенцию с влажностью 53-62 %, ниже, в слое от 1.5 до 3.2 м, находится шлам текуче-пластичной консистенции с влажностью 54-66 %, а глубже 3.2 м шлам приобретает текучую консистенцию и влажность 71-76 %.

Преобладающим минералом складированных отходов является кристаллический (до 58 %) и скрытокристаллический (до 70 %) кальцит, суммарно - в пределах 79-97 %; другие карбонаты: арагонит (1-2 %), доломит (до 1 %); гидрооксид кальция в кристаллическом (портландит до 27 %) и рентгеноаморфном состоянии; кварц (1-8 %); калиевые полевые шпаты (до 1 %), редкие минералы техногенного происхождения - эттрингит (водный сульфат кальция и алюминия) и таумасит ( водный сульфат-силикат кальция).

По запасам кальцита согласно классификации Кокаровцева шламохранилище согласно авторской оценке может быть отнесено к «крупным» месторождениям по запасам шлама с оптимальными характеристиками и к «очень крупным» по общим запасам шлама (Блинов и др., 2004) .