ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕХНОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД В РАЙОНАХ РАЗРАБОТКИ КАЛИЙНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

П. А. Белкин, В. Н. Катаев

Белкин П. А., Катаев В. Н. Закономерности техногенной трансформации химического состава подземных вод в районах разработки калийных месторождений // Известия УГГУ. 2018. Вып. 2(50). С. 55-64. DOI 10.21440/2307-2091-2018-2-55-64

Актуальность. Калийные соли являются важным и востребованным ресурсом, разработка которого ввиду достаточного уровня обеспеченности и возрастающей потребности в мировом хозяйстве неуклонно возрастает. Добыча и переработка калийных солей приводят к изменениям химического состава различных компонентов природной среды в районах месторождений. В особенности эти изменения характерны для водной составляющей экосистем, к которой относятся подземные воды зоны активного водообмена.
Цель работы. Определение комплекса химических элементов-индикаторов воздействия калийной промышленности на состав подземных вод зоны активного водообмена и характеристика источников поступления этих элементов в водную среду.
Методология исследования. В работе обобщены сведения по крупнейшим калийным месторождениям мира. Описаны особенности их генезиса, способы разработки руд и их обогащения. Приведена характеристика химического состава руд калийных месторождений, отходов калийного производства, а также результаты гидрохимических исследований подземных вод в различных регионах добычи калия.
Результаты. Проведенный анализ показал, что крупнейшие калийные месторождения мира характеризуются преобладанием солей хлоридного типа. Основным минеральным компонентом разрабатываемых калийных залежей в абсолютном большинстве случаев является сильвин, подчиненную роль играют карналлит и группа сульфатных минералов. Преобладающее количество промышленно разрабатываемых калийных руд являются залежами твердых ископаемых солей, добыча которых производится шахтным способом. Технологии обогащения, по сути, представлены
двумя основными методами – флотационным и химическим.
Выводы. В результате исследования выделен комплекс химических элементов, определяющих направление трансформации химического состава подземных вод. С учетом их роли в формировании состава калийных руд, способности к водной миграции и опасности для человека этот комплекс подразделен на ведущие (Cl, Na, K) и второстепенные (S, Ca, Mg) макрокомпоненты солей, ведущие микрокомпоненты солей (галогены, щелочные и щелочноземельные металлы), а также акцессорные микрокомпоненты солей (тяжелые металлы, полуметаллы и неметаллы).

Ключевые слова: подземные воды; химический состав; месторождения калийных солей; техногенез; производственные отходы; геохимические
индикаторы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов А. А., Воронова М. Л. Галогенные формации. М.: Недра, 1972. 328 с.
2. Rauche H. Die Kaliindustrie im 21. Jahrhundert. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2015. 580 p.
3. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Соли. М.: МПР России, 2007. 47 с.
4. Баяндина Э. О., Кудряшов А. И. Нерастворимый остаток Верхнекамского месторождения. Пермь, 2015. 102 с.
5. Тетерина Н. Н., Сабиров Р. Х., Сквирский Л. Я. и др. Технология флотационного обогащения калийных руд / под ред. Н. Н. Тетериной. Пермь: ОГУП «Соликамская типография», 2002. 484 с.
6. Страхов Н. М. Основы теории литогенеза. М.: Изд-во АН СССР, 1962. Т. III. 552 с.
7. Кореневский С. М. Комплекс полезных ископаемых галогенных формаций. М.: Недра, 1973. 300 с.
8. Garrett D. E. Potash: deposits, processing, properties and uses. London: Chapman & Hall, 1996. 374 p.
9. Бачурин Б. А. Экологические проблемы горнопромышленных районов Пермского края // Экология и промышленность России. 2006. № 4. С. 32–35.
10. Кудряшов А. И. Верхнекамское месторождение солей. 2-е изд., перераб. М.: Эпсилон Плюс, 2013. 368 с.
11. Пермяков Р. С., Ковалев О. В., Пинский В. Л. и др. Справочник по разработке соляных месторождений. М.: Недра, 1986. 212 с.
12. Бельтюков Г. В. Карстовые и гипергенные процессы в эвапоритах: дис. ... д-ра геол.-минерал. наук. Пермь: Перм. гос. университет, 2000. 337 с.
13. Бачурин Б. А., Мурзаев В. М., Одинцова Т. А. Эколого-геохимическая характеристика отходов калийного производства // Горные науки на рубеже XXI века: материалы Междунар. конф. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. С.408–417.
14. Тютюнова Ф. И. Гидрогеохимия техногенеза. М.: Наука, 1987. 335 с.
15. Гольдберг В. М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М.: Недра, 1984. 262 с.
16. Мироненко В. А., Мольский Е. В., Румынин В. Г. Изучение загрязнения подземных вод в горнодобывающих районах. Л.: Недра, 1988. 279 с.
17. Горбунова К. А., Максимович Н. Г., Андрейчук В. Н. Техногенное воздействие на геологическую среду Пермской области: препринт. Свердловск: УрО АН СССР, 1990. 44 с.
18. Белкин П. А. Результаты изучения влияния ионообменных процессов на состав подземных вод Верхнекамского месторождения солей // Проблемы геологии и освоения недр: труды XX междунар. симпоз. им. акад. М. А. Усова студентов и молодых ученых. Томск: Изд-во ТПУ, 2016. Т. 1. С. 626–628.
19. Belkin P. A., Menshikova E. A., Kataev V. N. Infuence of ion exchange processes on the composition of the groundwater from the Upper Kama potash salt deposit // SGEM2016 Conference Proceedings. 2016. Book 3. Vol. 3. Р. 173–180. DOI: 10.5593/SGEM2016/HB33/S02.022.
20. Хайрулина Е. А. Максимович Н. Г. Влияние стоков солеотвала калийного предприятия на химизм приповерхностной гидросферы // Геохимия ландшафтов и география почв: докл. Всерос. науч. конф. М.: МГУ, 2012. С. 340–342.
21. Хайрулина Е. А. Техногенная трансформация ландшафтно-геохимических процессов в районе добычи калийно-магниевых солей // Теоретическая и прикладная экология. 2014. № 3. С. 41–45.
22. Хайрулина Е. А., Максимович Н. Г. Влияние шламохранилища с солесодержащими отходами на приповерхностную гидросферу // Геоэкологическая безопасность разработки месторождений полезных ископаемых. Сергеевские чтения. М.: РУДН, 2017. Вып. 19. С. 429–434.
23. Щукова И. В., Ушакова Е. С. Подземные воды Соликамской градопромышленной агломерации // Интернет-Вестник ВолгГАСУ. 2012. № 2 (22).
24. Щукова И. В. Современное состояние подземных вод района развития соляного карста на территории Пермского края // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 12-1. С. 37–42.
25. Otero N., Soler A. Sulphur isotopes as tracers of the infuence of potash mining in groundwater salinisation in the Llobregat Basin (NE Spain) // Water Research. 2002. Vol. 36, Issue 16. Р . 3989–4000.
26. Bauer M., Eichinger L., Elsass P. et al. Isotopic and hydrochemical studies of groundwater fow and salinity in the Southern Upper Rhine Graben // Int. Journal Earth Sci. (Geol Rundsch) 94. Р . 565–579.
27. Durand S., Chabaux F., Rihs S., Duringer P., Elsass P. U isotope ratios as tracers of groundwater inputs into surface waters: Example of the Upper Rhine hydrosystem // Chemical Geology. 2005. 220 (1-2). P. 1–19.
28. Lucas Y., Schmitt A. D., Chabaux F., Clément A., Fritz B., Elsass P., Durand S. Geochemical tracing and hydrogeochemical modelling of water-rock interactions during salinization of alluvial groundwater (Upper Rhine Valley, France) // Applied Geochemistry. 2010. 25 (11). P. 1644–1663.
29. Siefert B., Büchel G., Lebküchner-Neugebauer J. Potash mining waste pile Sollstedt (Thuringia): Investigations of the spreading of waste solutes in the Roethian Karst // Grundwasser. 2006. 11 (2). P. 99–110.
30. Бачурин Б. А. Геохимическая трансформация отходов горного производства // Минералогия техногенеза: матер. науч. семинара. Миасс, 2007. С 177–188.
31. Перельман А. И. Геохимия природных вод. М.: Наука, 1982. 154 с.
32. Bąbel M., Schreiber B. C. Geochemistry of Evaporites and Evolution of Seawater // Treatise on Geochemistry. Second edition / Ed. by Heinrich D. Holland and Karl K. Turekian. Oxford: Elsevier, 2014. P. 483–560.