Исследовательская работа

на тему:

«Что такое терриконы? Какова их судьба?»

Выполнили ученицы 10 класса

МБОУ СОШ № 15

Яковлева Алина и Хадеева Виктория

Учитель: Емельяненко Ольга Михайловна

2014 г.

Содержание

Введение

Цель и задачи

Цель: выяснить воздействие терриконов на окружающую среду и здоровье людей, выяснить, как можно уменьшить негативное воздействие отходов угледобычи.

Задачи:

• выяснить происхождение терриконов;

• выявить химический состав горных пород в терриконах;

• познакомиться с мировым опытом по решению проблем по утилизации отвальной породы;

• выяснить зависимость здоровья людей от интенсивности шахтного производства;

• привлечь внимание гуковчан к проблемам утилизации отвальных пород.

Определение объекта исследования

Объектом исследования являются горные породы, входящие в состав терриконов, а также человек, как он реагирует на этот негативный фактор.

Актуальность

На гербе города Гуково изображены терриконы. А какова их роль, значение? Проведя социальный опрос, мы выяснили , что 33% опрошенных даже не задумывались о вредном воздействии отходов угледобычи; 33% считают, что нельзя свести к минимуму негативное влияние отвальных пород; 55,5% не смогли предложить способы утилизации отходов угледобычи; 78% не имеют понятия о сферах применения химических элементов, входящих в состав терриконов.

В современном мире все большую значимость приобретает проблема экологической деформации территорий под воздействием антропогенного фактора. Вмешательство в природные процессы приводит к загрязнению окружающей среды.

Мы выбрали эту тему исследования, т.к. данная проблема актуальна для г.Гуково, который является шахтёрским городом, что уже подразумевает наличие терриконов. Они не только изменяют ландшафт, но и представляют собой серьезную экологическую проблему. В выработанной породе содержится практически вся таблица Менделеева, включая и радиоактивные элементы. Терриконы создают массу проблем окружающим биоценозам: выветривание и вымывание породы террикона с разнесением по окрестностям, самовозгорание под воздействием химических реакций и деятельности бактерий с выделением в атмосферу парниковых газов, просачивание и выделение в атмосферу радиоактивных газов, метана и т.д.

Исходя из вышеизложенного, мы сделали вывод, что данная проблема требует рассмотрения и срочного принятия мер в системе переработки терриконов.

Гипотеза

Мы предполагаем, что наличие вредных компонентов в угольных отходах шахтёрских городов негативно сказывается на здоровье населения. Можно предпринять меры по минимизации вреда горных пород и использовать слагаемые горных пород на благо человека.

В этом древнем крае, Диком поле Где таит пласты угля земля, Широко раскинувшись на воле, Серебрятся космы ковыля.

По нему неслись степные орды И свистал волосяной аркан, И монгол взирал с кургана гордо На бредущих скорбно полонян.

В дальнем веке в этом диком поле Тайно крепостные мужики Для себя искали лучшей доли, Ставили казачьи городки.

Вьются, словно письмена, проселки, След на них оставили года, Мелкие шахтерские поселки Вырастают нынче в города.

И теперь под благодатным небом Не узнать шахтерские места... С давних пор индустриальным хлебом, Называют уголь неспроста.

Он рекой течет из каждой лавы. Не скудеет древняя земля, Движутся из Гуково составы С тоннами добытого угля.

К солнцу рвется этажами город, За него мы рады всей душой: Как он светел и годами молод, Четверть века - возраст небольшой!

А. Лукьянов

Происхождение террикона.

Террикон или терриконик — отвал, искусственная насыпь из пустых пород, извлеченных при подземной разработке месторождений угля и других полезных ископаемых, насыпь из отходов или шлаков от различных производств и сжигания твёрдого топлива.

Доставленная на породный отвал порода должна складироваться слоями толщиной 0,75м и уплотняться бульдозерами и катками, после чего каждый слой породы закрывается глинистым грунтом по контуру отвала профилактическим слоем шириной 3 метра.

Формирование сектора породного отвала должно осуществляться ярусами высотой 10 метров с последующим покрытием каждого яруса слоем глины 0,5 метра и чернозема 0,3 м. [согласно акту проверки породного отвала шахты «Гуковская» от 31 июля 2006 года, Гаврикова Л.П, Рогальский В.Д., Головков В.В, Лубенцова О.В., Косенко В.К., Ивашечкин В.Н., Поспелов А.М.]

Состав террикона.

По оценкам учёных возможность извлечения угля из насыпных отвалов составляет 28-46%. Кроме того, считается возможным дополнительное выделение из террикона редкоземельных компонентов: галлия, иттрия, циркония, скандия, германия.

В состав террикона входят:

• германий — 55 г/т (рентабельность от 3 г/т);

• скандий — 20 г/т (рентабельность от 10 г/т);

• галлий — 100 г/т (рентабельность с 10 г/т);

Общее количество редкоземельных элементов — 250 г/т.

Продукты переработки породы.

Германий

Свойства: металл с очень высоким электрическим сопротивлением, в 57 тыс. раз большим, чем, например, у меди. Сплав германия с золотом сохраняет цвет золота и расширяется при охлаждении. Добавление двуокиси германия к стеклу позволяет получить оптические стекла с очень высоким показателем преломления.

Сфера применения: используют в качестве катализатора в металлургии и электротехнической промышленности, медицине, производстве бытовых пластмасс. Германиевые диоды, например, используют в изготовлении калькуляторов, полупроводники — в производстве телевизоров. В электронике, также этот металл применяют для фотоэлементов и пленочных сопротивлений. Германий незаменим и в лазерной технике. Солнечные батареи в спутниках связи строят на германиевых подложках.

Стоимость: до 1400 долл./кг.

Скандий

Свойства: мягкий металл, в чистом виде легко поддается обработке — ковке, прокатке, штамповке. Легко растворяется в соляной, азотной и серной кислотах.

Сфера применения: незаменим в авиационной и космической промышленности, автопроме (моторы), криогенной технике, галогеновых лампах. Добавки скандия в сталь и чугун повышают их качество до статуса “спецметаллы высокой прочности”.

Стоимость: около 42 тыс. долл./кг.

Галлий

Свойства: в серной и соляной кислотах растворяется медленно, к азотной кислоте и вовсе устойчив. Расплавленный галлий при температурах выше 300°С взаимодействует со всеми конструкционными металлами и сплавами.

Сфера применения: атомная энергетика, конструирование полупроводниковых лазеров, термоэлементов для солнечных батарей. Используют для холодной пайки керамических и металлических изделий.

Стоимость: порядка 1,5 тыс. долл./кг.

Иттрий

Свойства: легкий и очень прочный металл.

Сфера применения: атомная и авиакосмическая промышленность (изготовление ракет), автомобилестроение.

Стоимость: около 440 долл./кг.

Цирконий

Свойства: сверхпроводник, выдерживает высокие нагрузки. Сгорает в воздухе (температура самовоспламенения — 250 °C) практически без выделения дыма, с высокой скоростью.

Сфера применения: в атомной энергетике используют для изготовления ядерных реакторов. Легирование сталей цирконием повышает их механические свойства и обрабатываемость. Применяют в производстве химических источников света (факелы, осветительные ракеты, осветительные бомбы, фотоавиабомбы), а также для создания костных, суставных, зубных протезов и хирургических инструментов.

Стоимость: около 14 долл./кг.

Не поверите: полученное из одного среднего объема террикона сырье стоит не менее 100 млн. долл.

Проблемы, которые создают терриконы.

Терриконы – визитная карточка города Гуково, его яркий символ. Однако этот символ даёт губительные последствия: он плохо сказывается на экологической ситуации, бьёт по здоровью самих гуковчан, оказывает губительное воздействие на природу.

Искусственные горы не только наносят ощутимый урон окружающей среде, но и занимают вожделенные гектары под застройку.

Разработан проект, согласно которому на базе закрывающихся шахт будут построены мини-заводы по извлечению из терриконов стратегически важных для страны алюминия, германия, скандия, галлия, иттрия и даже циркония!

Внедри эту технологию — решится целый комплекс проблем:

• экологических (шахтные поселки построены под терриконами),

• социальных (шахтеры будут трудоустроены),

• земельных (территории высвободятся под застройку).

Многие из террикоников горят, и это способствует значительному изменению состава атмосферного воздуха и выпадению кислотных дождей, так как из одного горящего отвала за сутки в среднем выделяется в атмосферу 4-5 т оксида углерода и от 600 до 1100 кг сернистого ангидрида, а также небольшие количества сероводорода, оксидов азота и других продуктов горения.

На землях, занятых под терриконами, почвы, в отличие от природных, в верхних горизонтах нарушены (насыпаны, срезаны, перемешаны). Терриконы загрязняют прилегающие черноземные почвы, делают их непригодными для всего живого. [ http://terrikon.donbass.name/ter_s/347-pererabotka-terrikonov-aktualnost-ne-snizhaetsya.html]

Во влажном воздухе сернистый ангидрид, который выделяется из терриконов, образует серную кислоту, которая вместе с дождями выпадает на землю. Когда в воздух попадает металлическая пыль, то образуются еще более ядовитые соли серной кислоты. [http://ecopeak.ru/arts/4318]

При этом значительное превышение норм отмечается по всем показателям – от обычной пыли до целого ряда химических веществ. Например, максимальные концентрации пыли, сернистого газа и сероводорода превышают норму в 1,8-2,5 раза, и этого уже вполне достаточно для того, чтобы доставить массу дискомфорта гуковчанам.

При горении террикона в радиусе до 3-х км на почву оседают сера и её соединения, нашатырь, фенол и другие ядовитые вещества.

Горение терриконов.

Но терриконы еще и горят. Почему? В угольных породах всегда присутствует минерал пирит, соединение серы и железа. На пиритовой пыли, открытой для воздуха, поселяются колонии бактерий, которые в результате своей жизнедеятельности превращают пирит в чистую серу, окислы железа и в серную кислоту и выделяют при этом много тепла. Эти бактерии называются серными или тионовыми. Жизнедеятельность тионовых бактерий повышает температуру на поверхности отвала до 260°С. При этой температуре сера испаряется и, реагируя с кислородом, содержащемся в воздухе, воспламеняется. Следом за этим загорается и угольная пыль, которой в отвале огромное количество. Загорается и уголь, который находится внутри террикона. При горении температура внутри террикона достигает 1200°С. Свалка превращается в вулкан. Террикон начинает дымиться, а внутри него начинаются самые разнообразные химические реакции, которые практически невозможно регулировать.  Падающая сверху влага не только не гасит зажегшийся террикон, но добавляет жару. Скапливающаяся внутри концентрированная серная кислота, когда в нее попадает вода, нагревается, испаряется и этот жгучий пар, прорывается наружу. Происходит как бы извержение вулкана. Иногда терриконы взрываются, и это настоящая катастрофа.

А в сухое время года терриконы пылят. В пыли, которую ветер несет с террикона, содержатся такие вредные элементы, как никель, свинец, медь, цинк, марганец... 

Серьезную опасность представляют отвальные породы угольных шахт (ОПУШ), количество которых в Ростовской области около 250, что составляет 137000га. 

Способ защиты плоских отвалов от самовозгорания

Изобретение относится к решению экологических задач в горной промышленности и предназначено для предотвращения самовозгорания отвалов, содержащих самовозгорающиеся отходы производства.

Цель изобретения - повышение эффективности защиты отвалов от самовозгорания путём предотвращения поступления кислорода в отвал при его формировании, а также со стороны внешних откосов.

Поставленная цель достигается тем, что породу, склонную к самовозгоранию, смешивают с высокозольными влажными илами и полученную породную массу, не­склонную к самовозгоранию, складируют в отвал, внешние откосы которого предварительно защищены от воздухопроницаемости.

Известен способ защиты отвалов от самовозгорания.

Способ осуществляется следующим образом.

На спланированной площадке укладывают антифильтрационный слой. Затем формируют массив отвала из пород, склонных к самовозгоранию. В массив по поверхности отвала прокладывают перфорированный трубопровод, в который подаются растворы , содержащие культуру аэробных бактерий, связывающих кислород и цементирующих поры и трещины минералов, и вещества, обеспечивающие жизнедеятельность бактерий. При этом продукты жизнедеятельности бактерий цементируют каналы прохождения кислорода в массив отвала. В результате обеспечивается защита отвалов от самовозгорания.

Основным недостатком способа является низкая эффективность, обусловленная необходимостью постоянной подачи в отвал технологических растворов с большими финансовыми затратами.

Известен способ предотвращения горения отвалов, включающий послойное формирование отвалов ярусами из склонных к самовозгоранию пород, с последующим уплотнением, переслаиванием , закрытием внешних откосов негорючими материалами.

Недостатком такого способа является то, что при послойном складировании пород, склонных к самовозгоранию, из-за длительного контакта породы с кислородом начинается окисление горючих веществ отвальной массы, в связи с чем её температура может повышаться до 70-80°С, и независимо от температуры воздуха в отдельных местах отвала на глубине 2-3метров от поверхности, куда поступает достаточное количеств воздуха, образуются очаги самовозгорания, которые перемещаются в сторону откоса, откуда за счёт ветрового напора и конвекций поступает воздух.

Наиболее близок к изобретению является «Способ предотвращения горения отвалов». Способ заключается в том, что предотвращается перемещение отдельных очагов горения в сторону откосов и уменьшается воздухопроницаемость к центру отвала.

Поставленная цель достигается тем, что отвал формируют послойно ярусами из пород склонных к самовозгоранию, затем слой уплотняют, переслаивают, после чего закрывают внешние откосы негорючими материалами. В процессе отсыпки слоев по периметру отвала на высоту яруса формируют вертикальный изолирующий слой из инертных материалов.

Способ осуществляется следующим образом:

После снятия почвенного слоя в пределах земельного отвода плоского отвала производят доставку пород, склонных к самовозгоранию, к месту послойного складирования с уплотнением катками и у основания каждого, вновь формируемого яруса, вертикально по периметру первого и последующего слоев. завозят и укладывают изолирующий слой из инертных материалов по мере формирования отвала до проектной высоты.

Недостатком является низкая эффективность защиты от возникновения очагов горения. И ввиду того, что внешние откосы отвала закрывают после формирования яруса, не исключается контакт отвальной массы с кислородом воздуха.

Известен способ складирования породы, вытекающий из описания изобретения -SU-1542620, «Способ переработки угля»; Описанный способ заключается в следующем: складирование породы производится в отсыпаемый отстойник послойно. По мере формирования слоя определённой толщины сооружается дамба с глиняным замком вокруг отсыпаемого отстойника и слив осветления ( вода с микронными фракциями пустых пород) поступает, в действующий отстойник. После окончания отсыпки очередного слоя отсыпаемого отстойника слив осветления переключается на него. Из отстойника часть воды с высокозольными илами дренируется, закупоривая поры в отвальной породе.

Недостатком является то, что поскольку целью изобретения является не защита отвалов от самовозгорания, а очистка воды путём её дренирования через отвальную породу, в отсыпаемый отстойник поступает вода, содержащая микронные фракции пустых пород. При прохождении слива через слой породы твёрдые частицы (илы) скапливаются в верхних слоях отсыпаемого отстойника, а в нижние слои поступает вода с небольшим содержанием твердого, что не обеспечивает защиту породы от самовозгорания из-за неравномерности её смешивания с илами. Кроме того, в предложенном способе требуется большой расход воды и сооружения для её сброса.

Предложенный способ защиты плоских отвалов от самовозгорания заключается в следующем: после снятия почвенного слоя формируют котлован с выемкой глины, достаточной для формирования воздухонепроницаемого вала до проектной высоты. До начала отсыпки породной массы по всему периметру участка формируют воздухонепроницаемый вал шириной не менее 2 м, для чего используют глину, выбранную при формировании котлована с добавлением семян трав.

После формирования вала в котлован автотранспортом доставляют на складирование породу совместно с высокозольными илами- отходами продукта обогащения с содержанием твёрдого порядка 700г/л. При этом высокозольные влажные илы равномерно заполняют трещины и поры породной массы, вытесняя кислород воздуха. Образуется не склонная к самовозгоранию плотная однородная породная масса, исключающая поступление кислорода воздуха в процессе отсыпки породы в отвал, в результате чего не происходит реакция окисления породной массы, способствующая возникновению очагов самовозгорания.

Воздухонепроницаемый вал защищает отвал от поступления кислорода воздуха со стороны внешних откосов. Наращивание вала производят с незначительным опережением фронта отвалообразования по мере его заполнения и так до проектной высоты с последующей рекультивацией и засыпкой плодородным слоем с добавлением семян трав. В процессе отсыпки породы в отвал происходит уплотнение породной массы автотранспортом, доставляющим на складирование породу с илами, и бульдозером в процессе разравнивания отвала.

На рисунке изображен предложенный породный отвал со схемой его формирования. С целью предотвращения размывания изолирующего слоя природными осадками по периметру отвала, по достижении проектной высоты, верхний слой отвала отсыпают вогнутым фронтом.

На фабрике проведён опыт.

В форму поместили смесь породы с высокозольными илами. После высыхания смеси, её удалили из формы. Образовалась твёрдая монолитная породная масса без раковин и трещин. Техническим результатом изобретения является надежная защита отвала от самовозгорания, низкие затраты и защита окружающей среды.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 Способ защиты плоских отвалов от самовозгорания, включающий подготовку основания отвала, доставку породы к месту её складирования автомобильным транспортом , отсыпку породы, склонной к самовозгоранию на подготовленное основание с последующим уплотнением, закрытием внешних откосов негорючими материалами, обработку породы смесью воды с высокозольными илами. Отличающийся тем, что породу, склонную к самовозгоранию, предварительно смешивают с высокозольными влажными илами, получают не склонную к самовозгоранию породную массу, из которой формируют отвал.

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что с целью защиты внешних откосов от воздухопроницаемости краевых (внешних) частей отвала до начала отсыпки породной массы по всему периметру отвала формируют воздухонепроницаемый вал с его последующим опережающим наращиванием до проектной высоты.

Реферат

Изобретение относится к решению экологических задач в горной промышленности и предназначено для предотвращения самовозгорашш отвалов, содержащих самовозгорающиеся отходы производства. Техническим результатом является надежная защита отвала or самовозгорания, низкие затраты и защита окружающей среды. Способ включает подготовку основания отвала, доставку породы к месту ее складирования автомобильным транспортом, отсыпку породы, склонной к самовозгоранию на подготовленное основание с последующим уплотнением, закрытием внешних откосов негорючими материалами, обработку пор* ни-,■ смесью воды с высокозольными илами. При этом породу, склонную г. самовозгоранию, предварительно смешивают с высокозольными влажшгд’: илами, получают не склонную к самовозгоранию породную массу, которой формируют отвал. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Референт Т.Р. Григорян

(нужно ли это?)