4.3.3. Формы миграции редких металлов

Как уже отмечалось ранее, важнейшим техногенно обусловленными процессом, приводящим к загрязнению водной среды в исследуемом районе, является миграция элементов в составе сточных, а также рудничных вод. Поэтому одновременно с количественной оценкой общего уровня загрязненности были изучены и основные формы техногенной миграции редких элементов с рудничными водами.

Диапазоны и средние значения валовых содержаний редких и рассеянных элементов в рудничных водах приведены в табл.4.19, а для сравнения - их ПДК (СанПиН) в воде. Хотя содержание таких редких элементов, как РЗЭ, Ga и некоторых других (справочник ПДК), в настоящее время не нормируется, современные достижения биологии и медицины, связанные с оценкой биологической роли, активности и токсичности редких металлов (Израэльсон и др., 1973) подтверждают актуальность изучения поведения этих элементов. Некоторые исследования (Рассеянные элементы.., 2004; Моисеенко и др., 1996) и приведенные в данной работе результаты убедительно доказывают интенсивную техногенно обусловленную миграцию редких и рассеянных элементов при освоении апатитонефелиновых месторождений.

Таблица 4.18

Сезонные валовые концентрации редких и рассеянных элементов

в поверхностных водах рек района исследования, мкг/л

Показатель	Саамская		Юкспоррйок		Белая
	май	июль	май	июль	май	июль
рН	8.83	7.98	8.42	8.01	6.94	8.00
Sr	525	540	226	150	331	816
Ba	123	53	72	27	89	87
Li	6.8	1.7	1.3	0.96	3.2	0.9
Rb	42.5	39	33	12	42	41
Cs	25.5	12.5	19	13	4.2	12
Ga	3	1.4	11	0.3	15	0.1
Be	0.45	0.15	0.15	0.09	18.1	0.09
V	7.3	8.3	6.3	4.7	12.8	5.4
Ti	280	69	25	12	35.5	30
La	28	14	22	9.9	25	7.3
Ce	54.2	36	31	5.2	19.3	14
Y	6.7	-	0.91	-	1.3	0.4
Yb	0.37	-	0.045	-	-	-
Nd	22.5	-	-	-	2.7	-
Pr	6.6	-	-	-	0.7	-
Sc	3.4	0.6	3.9	1.2	-	-
Al	4600	1570	510	421	920	670
Mn	86	13.8	43	8.7	13.9	16
Cr	7.95	4.9	1.8	2.7	4.9	2.5

ПРИМЕЧАНИЕ. Прочерк - отсутствие данных.

Рисунок 4.39 демонстрирует распределение редких элементов в рудничных водах различных горизонтов рудника "Расвумчоррский". Содержание типоморфных редких элементов в рудничных стоках с достаточной надежностью коррелирует (r = 0.650, n = 36) с содержанием их в руде (корреляционная связь достоверно устанавливается при r = 0.449, p = 0.01). С увеличением значения рН рудничных вод уменьшается валовое содержание редких элементов в рудничных водах (рис.4.40), что согласуется со значениями рН осаждения соответствующих гидроксидов (Лурье, 1979). Валовые содержания Li, Rb, Be, V, Ti превышают значения ПДК (несмотря на высокие значения рН миграционной среды).

Так как важнейшим техногенным процессом, приводящими к загрязнению водной среды в исследуемом районе, является миграция элементов в составе сточных, рудничных и карьерных вод, то наряду с количественной оценкой уровня загрязненности поверхностных вод были изучены и основные формы техногенной миграции редких элементов. Диаграммы распределения редких элементов по двум основным формам миграции в составе рудничных вод представлены на рис.4.41.

Рис.4.39. Содержание редких элементов в рудничных стоках рудника "Расвумчоррский" (2004 г.)

Установлено, что преобладающей формой миграции с рудничными стоками редких щелочных металлов Li, Rb, Cs (91-95%) является растворенная, а для всех остальных - взвешенная (рис.4.41). Доля взвешенной формы для редкоземельных элементов (Ce, Y, La и Ва) составляет 60-64% от валового содержания, для V, Ti, Be и Ga - 67-96%.

Достоверно установлена корреляционная связь между содержанием органических веществ в рудничных стоках (r = 0.99, р = 0.01) и концентрациями Ti, Al (по перманганатному индексу); содержанием (r = 0.99) и Na, K; содержанием (r = 0.99) и Mg, Na, K, Mn, Sr; содержанием F (r = 0.99) и La, Ce; содержанием Ca (r = 0.99) и Rb; содержанием Na (r = 0.99) и K, Li, Cs. Выявлена обратная корреляционная зависимость между содержанием (r = -0.99) и Na, K, Mn, а также рН (r = -0.99) и содержанием La, Ce.

Как сказано ранее, высокие значения рН среды способствуют образованию нерастворимых гидроксидов редких и рассеянных элементов, а также сорбции редких элементов гидроксидами макрокомпонентов рудничных вод: Fe (pHoc -6), Al (pHoc 3.3-5.2), а также Ti, Mn. Установлены достоверные корреляционные связи (табл.4.20) между концентрациями Al и Mn, Sr, Cr, Ba, Ti, La, Ce, Y, Be (r = 0.873-0.975, p = 0.01); Mn и Sr, Cr, Ba, Ti, La, Ce, Y, Be (r = 0.861-0.975, p = 0.01); Ba и Ti, La, Ce (r = 0.843-0.937, p = 0.01); Ti и La, Ce, Be, Y, Li (r = 0.845-0.979, p = 0.01); Be и Mg, Al, Mn, Sr, Cr, V, Ti, La, Ce (r = 0.845-0.964, p = 0.01); Li и Rb, Cs (r = 0.845-0.910, p = 0.01).

Рис.4.40. Зависимость валовой концентрации редких элементов от рН рудничных вод (рудник "Расвумчоррский", 2004 г.)

Рудничные воды содержат до 7110 мкг/л Al (табл.4.19) и, как установлено, до 99% Al и 89% Mn находится в рудничных водах во взвешенной форме.

Ранее, в разделе 2.1 рассмотрены процессы выщелачивания приоритетных элементов-загрязнителей из отвальных пород уртита. Здесь же основное внимание уделено миграции типоморфных редких элементов в составе стоков выщелачивания "хвостов" обогащения апатитонефелиновых отходов.

Рис.4.41. Распределение редких и рассеянных элементов по формам миграции в рудничных водах рудника "Расвумчоррский" (2004 г.), рН 8.77-9.36

Стоки образуются в результате взаимодействия значительных по площади и объему складируемых техногенных массивов отходов, возникающих в процессе апатитовой флотации, с атмосферными осадками. Содержание типоморфных редких элементов в стоках (табл.4.19 и рис.4.39), сформированных в результате растворения и выщелачивания минеральных отходов, коррелирует (r = 0.998, р = 0.01, n = 18) с содержанием (табл.4.20) этих элементов в "хвостах" обогащения.

На рисунке 4.42 приведены диаграммы распределения типоморфных редких элементов в оз.Б.Вудъявр по двум основным формам миграции в районе поступления загрязненных вод от рудников "Кировский" и "Юкспорр" в озеро (район рассеивающей дамбы), а также в месте стока из него.

В растворимой форме в озеро поступает около 65% Be; 70% V; 80-82% Li, Ga и 12% Ba; 15% Ti, Ce; 20-30% La, Y, Yb. В результате перераспределения загрязняющих элементов в водоеме и трансформации миграционных форм в районе стока из озера доля растворимой формы типоморфных редких элементов увеличивается до 50% для Ce, Y; 55% - Ti; 65% - La; 90% - Ba. Доля растворимой формы Be не меняется (60-63%).

Таким образом, в районе выноса из оз.Б.Вудъявр не только уменьшаются валовые концентрации типоморфных редких элементов, в первую очередь в результате дифференциации (седиментации) взвешенного материала, поступающего со сточными и рудничными водами, но и в миграционном потоке, выносимом из озера, увеличивается доля мелкодисперсных и растворенных форм редких элементов.

Таблица 4.19

Содержание редких и рассеянных элементов в рудничных водах

и стоках хвостохранилища

Показатель	Сток хвостохранилища, мкг/л	Рудничные (карьерные) воды, мкг/л	ПДК
рН	8.03-8.03	8.77-9.36	-
Al	2330-2530 2430	3140-7110 4938	500 (СанПиН)
Sr	525-526 525.5	798-2114 1701	2000, 7000 (СанПиН)
Ba	60-99 79.5	71-100 87	100 (СанПиН) 700 (ВОЗ)
Li	5.7-5.7 5.7	6-9.3 8	30 (СанПиН)
Rb	59-60 60	244-290 269	100 (СанПиН)
Cs	5.2-7.3 6.25	18-20 19	-
Ga	0.7-0.9 0.8	0.1-4.4 2.6	-
Be	0.27-0.54 0.41	0.32-0.88 0.66	0.2 (СанПиН
V	14.8-15.6 15.2	21.2-51.1 32.1	1, 100 (СанПиН)
Ti	131-138 135	163-428 300	100 (СанПиН)
La	7.2-8.7 8	60-93 75	-
Ce	10-19 15	116-172 152	-
Y	2.3-2.6 2. 5	5.3-15 10	-
Yb	0.3-0.42 0.37	1-2 1.8	-
Mn	230-234 231.95	13-20 18	5 (ЕС) 100 (СанПиН)
Cr	1.6-2 1.8	9.5-14.7 11	50-500(СанПиН)

ПРИМЕЧАНИЕ. В числителе указаны max-min, в знаменателе - среднее значение. Прочерк - отсутствие данных.