ВКР ЮВ (1215498), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Характеристика водотоков.
Большая часть водотоков региона носит горный характер: в зимний период полностью промерзают, в теплое время года питание происходит за счет таяния снега и атмосферных осадков. Половодье начинается в первой декаде мая. Наибольший месячный сток приходится на июнь – 30-35%. Сток июля – 25-30%. С августа происходить постепенное, а с осени (октябрь) более интенсивное уменьшение стока до полного его прекращения в конце зимы.
По температурному режиму исследуемые водотоки относятся к холодному типу, что объясняется их питанием. Максимальные температуры наблюдались в середины июля и не превышали 13-15 °С.
Водотоки, дренирующие хребет Кет-Кап, относятся к пресному и ультрапресному семействам. Как правило, большая минерализация воды и большие ее изменения в течение сезона наблюдаются в относительно крупных водотоках. Для всех рек и ручьев в период с июня по сентябрь прослеживается общая тенденция к увеличению содержания растворенных вод. При этом, чем сильнее нарушения поверхности водосбора, чем глубже идет прогрев почвогрунтов, тем больше становится доля грунтовых вод и сильнее проявляется сезонное возрастание минерализации воды.
Все изучавшиеся поверхностные воды относятся к классу нейтральных и слабощелочных, рН варьирует в пределах от 6,6 до 8,2. Кислотно-основные условия этих вод определяются, по всей вероятности, карбонатно-кальциевым (магниевым) равновесием, так как эти ионы преобладают среди растворенных. Поскольку атмосферные осадки, генерирующие сток, являются слабокислыми и имеют величину рН, изменяющуюся от 4,1 до 5,8, очевидно, что подщелачивание вод происходит в процессе взаимодействия с почвой и подстилающими породами, богатыми щелочноземельными элементами. Это подтверждает и тенденция к возрастанию рН в течение сезона, характерная для всех изучавшихся водотоков.
Растворенное органическое вещество, очевидно, влияет на кислотно-основные условия крайне незначительно, ибо содержание его в ручьях невелико (обычно, 2-10 мгО/л) и зачастую не превышает содержания в атмосферных осадках – 3,2 мгО/л в среднем по перманганатной окисляемости. Исключение составляют ручьи, имеющие более пологие залесенныесклоны и не подверженные серьезному антропогенному воздействию (до 14 мгО/л). Эта картина в целом характерна для северных горных рек Дальнего Востока. Подтверждается и вывод, что уничтожение лесов.
Из биогенных составляющих определялись неорганические формы азота – аммоний, нитраты, нитриты и ортофосфаты. Содержание двух последних соединений во всех случаях было ниже пределов обнаружения методов. Наибольшие концентрации аммиачного азота отмечались в ручьях, протекающих в естественных руслах, – 0,1-0,6 мг/л (среднее содержание 0,27); в водотоках с нарушенной поверхностью – 0,05-0,25 мг/л (среднее – 0,1). Очевидно, что скорость нитрификации зависит от окислительно-восстановительного потенциала, а тот, в свою очередь, от нарушенности поверхности водосбора.
В бассейнах некоторых ручьев производилась добыча рудного золота в штольнях и карьерах. При этом использовались аммониты – бризантные смесевые взрывчатые вещества, содержащие в качестве окислителяNH4NO2, и, возможно, азоторганические соединения. Наличие продуктов окисления этих взрывчатых веществ в виде нитратов легко прослеживается по содержанию в изучаемой речной сети – до 8 мг/л. Уровень их не достигает предельно допустимого для рыбохозяйственных водоемов (40 мг/л), но все же заметно превышает фоновые значения – 1-3 мг/л. При этом во всех водотоках от июня к сентябрю содержание нитрат–ионов возрастает [20].
3.2 Методы исследования
Миграция солей металлов изучалась в районах производств с различным способом выщелачивания: кюветным (кучным) и агитационным. Определение содержания тяжелых металлов (ТМ) проводилось рентгенофлуоресцентным методом с предварительным концентрированием на ДЭТАТА-фильтрах. Концентрации макро- и биогенных элементов в природных и техногенных водах проводилось согласно традиционным гидрохимическим методикам количественного анализа.
Рентгенофлуоресцентная спектрометрия (общепринятое обозначение – XRF, РФА, РФС) – метод анализа, используемый для определения концентраций элементов от Бериллия (№ 4) до Урана (№ 92) в диапазоне от долей ppm до 100% в веществах и материалах различного происхождения.
Сущность рентгенофлуоресцентного метода понятна из его названия:
«Рентгено» – используется рентгеновское излучение, источником которого служит, как правило, рентгеновская трубка. Все современные приборы, реализующие рентгенофлуоресцентный метод и предназначенные для массового применения, используют в качестве источника первичного излучения рентгеновскую трубку.
«Флуоресцентный» – используется флуоресценция атомов пробы – вторичное рентгеновское излучение в области длин волн (от десятых долей до десятков ангстрем), вызванное первичным рентгеновским излучением рентгеновской трубки.
Рассмотрим процессы, происходящие при взаимодействии рентгеновского излучения с веществом подробнее.
В результате взаимодействия первичного излучения с веществом пробы происходит либо рассеяние первичных квантов на атомах элементов, составляющих пробу, либо удаление электрона с одной из внутренних атомных оболочек. В последнем случае атом оказывается в возбуждённом состоянии. Избыток энергии сбрасывается в виде кванта флуоресцентного (характеристического) излучения (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 Возбуждение флуоресцентного излучения
Вакансия, возникшая в одной из оболочек, может быть заполнена электронами различных энергетических уровней атома (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2 Заполнение энергетических уровней атома
Все линии спектра, появляющиеся при таких переходах, образуют одну серию линий, обозначаемую так же, как и оболочка начального состояния (K, L, M, N, O, P). Линии K-серии – наиболее коротковолновые, далее в порядке возрастания длин волн расположены L, M, N-серии. В пределах одной серии отдельные линии обозначаются греческими буквами и цифровыми индексами. Самые интенсивные линии серии – α, затем в порядке убывания β и γ. При этом атомы каждого химического элемента излучают кванты со строго определенной энергией, которая фактически не зависит от химического строения вещества. По этой причине вторичное флуоресцентное излучение атома, также называют характеристическим излучением.
Вторичное излучение, соответствующее некоторой длине волны, выделяется различными, в зависимости от конструкции спектрометра, способами и регистрируется датчиком прибора. Скорость счёта электрических импульсов датчика (имп/с) пропорциональна потоку квантов (квант/с) рентгеновского излучения, попадающего на датчик, и является аналитическим сигналом спектрометра (рисунок 3.3).
Рисунок 3.3 Вторичное излучение
Однозначное соответствие между энергией характеристического излучения и атомным номером элемента, позволяют определять перечень элементов, составляющих исследуемую пробу, т.е. проводить качественный анализ. Наличие зависимости между интенсивностью (количеством квантов) характеристического излучения и содержанием в пробе элемента, которому это излучение принадлежит, позволяет определять содержание элементов в анализируемой пробе, т.е. проводить количественный анализ.
Рентгенофлуоресцентный метод обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с другими методами определения элементного состава.
– Первое – это возможность анализа твердых проб без переведения их в раствор, а также возможность анализа жидких проб без отделения органической составляющей. Жидкие пробы наливаются в специальные кюветы, накрываются пленкой для РФА и анализируются как есть. Порошковые пробы измельчаются до необходимой крупности частиц и прессуются в таблетки. При анализе сплавов, поверхность образца затачивается или шлифуется на плоскость. Полученные одним из способов образцы, помещаются в прибор и анализируются.
– Второе – это простота и однозначность рентгеновского спектра. Наличие рентгеновского характеристического спектра K(L)-серии на энергиях, предсказываемых законом Мозли в спектре анализируемого вещества, является прямым доказательством присутствия соответствующего элемента в нем. Это свойство рентгенофлуоресцентного метода позволяет просто и быстро проводить качественный анализ образцов. Например, для определения загрязняющих или ядовитых элементов при проведении различных экспертиз.
– Неразрушающий характер возбуждения аналитического сигнала позволяет анализировать уникальные пробы и пробы, существующие в единичном экземпляре, например, предметы искусства.
– Широкие аналитические возможности, обеспечиваемые диапазоном определяемых содержаний от n·1,0 мг/кг до 100% без концентрирования проб и от n·0,01 мг/кг с концентрированием.
Кроме того, рентгенофлуоресцентный метод позволяет:
– определять общее содержания аналита вне зависимости от его формы нахождения в твердых и жидких пробах;
– определять в одном эксперименте основные и примесные элементы;
– проводить локальный анализ с локальностью от нескольких десятков мкм без вакуумирования образца;
Таким образом, несмотря на невысокую, по современным меркам чувствительность, рентгенофлуоресцентный метод находит свое применение в различных отраслях, как экспрессный, простой и недорогой метод определения элементного состава.
Поскольку скорость осаждения металлов на ДЭТАТА-фильтры играет важную роль в процессе получения достоверной информации о содержании элементов в пробе, появляется необходимость выбрать оптимальные условия для получения результатов с наименьшей погрешностью. Оптимальная скорость концентрирования находится в пределах 3,6-4,0 см3/мин. Хотя согласно методике разрешается использовать скорость сорбции до 5 см3/мин.
3.3 Результаты исследования
При любом способе выщелачивания в результате реакций окисления и комплексообразования в растворимые формы переходят кроме благородных металлов (золото и серебро):
| 2Au + 4NaCN + H2O + 0,5O2 → 2Na[Au(CN) 2] + 2NaOH | (3.1) |
еще и кадмий, кобальт, медь, железо, ртуть, никель, цинк, свинец и ряд других, как образующих растворимые комплексы, так и использующиеся в технологии извлечения золота и серебра из жидкой фазы. Содержание этих металлов в продуктивных растворах по мере выщелачивания руды будет неуклонно возрастать. При значительной концентрации металлов (особенно меди) раствор «стареет», т.е. постепенно утрачивает способность обменивать золото и требует обезвреживания и замены. Таким образом, появляется проблема излишка воды. Причем воды загрязненной тяжелыми металлами (ТМ). Каким-то образом, ее рано или поздно придется утилизировать или сбросить в окружающую среду.
Обезвреживание проводится в щелочной среде гипохлоритом кальция:
| CN– + OCl–→ CNO– + Cl– | (3.2) |
И если оптимальный диапазон pH-раствора при выщелачивании составляет 10,5-11,5, то при обезвреживании pH должно быть больше 11,5. Только в этих условиях при небольшом избытке ClО– гарантируется быстрый и полный гидролиз хлорциана:
| CN– + Cl 2→Cl– + СlCN и далее ClCN + 2OH–→NCO– +Cl– +H2O | (3.3) |
Образующиеся в процессе хлорирования малотоксичные цианаты могут окисляться гипохлоритом до азота и углекислого газа:
| 2СNO–+ 3OCl–+ H2O → N2+ 2CO2 + 3Cl–+ 2OH– | (3.4) |
В дальнейшем, при снижении щелочности раствора цианаты гидролизуются с образованием аммонийных ионов:
| NCO– + 3H2O → NH4++CO2 + OH– | (3.5) |
Цианидные комплексы металлов окисляются в щелочной среде по следующей схеме:
| Zn(CN)42– + 4OCl– + 2OH– → 4CNO– + Zn(OH)2+4Cl– | (3.6) |
| 2Cu(CN)32– + 7OCl– + 2OH– + H2O→ 6CNO– + 2Cu(OH)2+7Cl– | (3.7) |
Более устойчивые к окислению гипохлоритом гексацианоферраты (II) переходят в гексацианоферраты (III):
| 2Fe(CN) 64– +OCl–+ H2O →2Fe(CN) 63– +Cl–+ 2OH– | (3.8) |
Ионы Fe(CN) 64–связываются с катионами Cu и Zn в малорастворимые соединения ферроцианидного типа и накапливаются в хвостохранилище. Миграционная способность их снижается, но по сравнению с рудным состоянием, где элементы входят в кристаллическую решетку, она намного выше, да и трудно представить, чтобы реагенты во всех реакциях находились в эквимолекулярных количествах. А это значит, что какая-то часть останется в растворенной форме, тем более не все из них и вступают в приведенные реакции осаждения.
В результате обезвреживания мы получаем раствор, состоящий в основном из NaOH(10·n г/л), ионов Ca2+, Cl̄, CONH32– (n·г/л). Содержание остальных компонентов, которые можно смело назвать микроэлементами калия, магния, сульфатов, нитратов, нитритов, фосфатов, тяжелых металлов и т.д., зависит от состава руды, рудоподготовки, особенностей обезвреживания и других технологических процессов. После отстаивания и разбавления до предельно допустимых норм по натрию или другому лимитирующему компоненту эти растворы вполне пригодны для сброса в гидрологическую сеть. В этом, по-видимому, нет ничего нового, но на практике бывает следующее – технический водозабор в проекте есть, а сброс обезвреженных растворов не предусмотрен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
