Формы нахождения свинца, цинка, меди и молибдена в почвогрунтах и отходах обогащения руд Джидинских месторождений.
Проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами в наше время стоит особенно остро. Причиной загрязнения в первую очередь являются промышленные объекты. В данной работе рассмотрен район Джидинского вольфрамо-молибденового комбината, расположенного в окрестностях г. Закаменск Республики Бурятия, функционировавшего более 60-ти лет и в настоящее время законсервированного. Здесь на территории, непосредственно прилегающей к бывшим обогатительным фабрикам и городу, сосредоточены отходы обогащения молибденитовых и сульфидно-гюбнеритовых руд, общая масса которых составляет около 40 млн. тонн. Предварительные исследования [5] показали, что под влиянием просачивающихся атмосферных осадков в хвостохранилищах происходит окисление сульфидных минералов с образованием серной кислоты и выносом тяжелых металлов. При этом загрязняются поверхностные и подземные воды, повышается содержание тяжелых металлов и других потенциально токсичных микроэлементов в почвах прилегающей к хвостохранилищам территории, изменяется состояние растительности, нарушается микроэлементный баланс в пищевых цепях экосистем [10]. Эколого-геохимическими исследованиями 2003-2006 гг. уровень загрязнения рыхлого покрова территории свинцом, цинком, кадмием, молибденом, медью по шкале экологического нормирования для почв со слабокислой и кислой реакцией оценен как высокий и очень высокий.
Для корректной оценки уровня загрязнения ландшафта в природоохранных и санитарно-гигиенических целях важна информация не о валовом содержании металлов в воде, почве, а о доле подвижных, легкорастворимых соединений, доступных для растений. Чтобы оценить опасность загрязнения территории тяжелыми металлами, нужно знать формы их нахождения и условия перехода в подвижное состояние. Для диагностики форм нахождения металлов широкое распространение в практике геохимических и геоэкологических исследований получили методы последовательных селективных экстракций.
Использовался метод селективной экстракции, разработанный Tessier A. и др. [11], который позволяет определять следовые количества тяжелых металлов в пяти геохимических фракциях: 1 - ионнообменной, 2 - карбонатной, 3 - оксидов Fe и Mn, 4 - органических веществ, 5 – силикатном остатке. Методика включает разделение этих фракций методом последовательных вытяжек и определение в них следовых количеств металлов. Определение валового содержания Cu, Zn, Pb в вытяжках произведено методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии [8]. Валовое содержание Мо в вытяжках и содержание подвижных форм Мо определены фотометрическим методом [1]. рН водной суспензии образцов определялся по методике [9]. Подвижные формы Cu и Zn определены по ГОСТам [2, 3].
Для исследования форм нахождения тяжелых металлов были взяты пробы техногенных песков (отходы обогащения молибденовых и сульфидно-вольфрамовых руд Джидинского вольфрамо-молибденового комбината) и почвогрунтов в окрестностях Закаменска. Для определения подвижных форм использовались пробы, высушенные и просеянные через сито 1 мм. Образцы для селективной экстракции были высушены при 105ºС в воздушно-проточной печи и перетерты в агатовой ступке для гомогенизации.
При определении подвижных форм применяются растворители, которые извлекают доступную для растений часть тяжелых металлов. Для определения подвижных форм Cu и Zn в данной работе использовали ацетатно-аммонийный буфер с рН 4,8 [2, 3], который действует в основном на карбонатную фракцию. Полученные данные свидетельствуют, что содержание подвижных форм Сu и Zn в исследуемых техногенных песках на порядок превышает ПДК для почв, приведенных в Перечне [4]. Содержание Сu и Zn в подвижных формах примерно соответствует содержанию их в ионообменной и карбонатной фракциях. Вероятно, этот буфер может частично извлекать тяжелые металлы, адсорбированные на оксидах железа и марганца, а также связанные с органикой.
В почвогрунтах содержание подвижных форм Сu меньше предела обнаружения для всех образцов, кроме отобранного в районе молибденового месторождения, а содержание подвижных форм Zn не превышает ПДК только в двух образцах.
Содержание подвижных форм Мо в почвогрунтах низкое, соответствует содержанию этого элемента в ионообменной фракции, в то время как в техногенных песках – превышает сумму ионообменной и карбонатной фракций. Некоторая часть подвижных форм Мо может находиться во фракции оксидов железа и марганца, а также в органическом веществе.
Свинец во всех исследованных образцах техногенных песков и в пробе почвы концентрируется в ионообменной, карбонатной фракциях и фракции оксидов железа и марганца. Поскольку для других элементов содержание их в подвижных формах примерно соответствует содержанию в трех упомянутых фракциях, можно заключить, что доля подвижных форм Pb и в почвах и в техногенных песках высока. Здесь можно уже говорить о зоне окисления рудных месторождений, где свинец присутствует главным образом в виде англезита и церуссита.
Главное отличие почвогрунтов от техногенных песков заключается в присутствии в них гумусовых веществ. Взаимодействие ионов тяжелых металлов с гумусом может быть описано как ионообменные реакции, адсорбция на поверхности, хелатирование, реакции коагуляции и пептизации. Устойчивость комплексных соединений зависит от свойств взаимодействующих компонентов и реакции среды. Общий порядок стабильности комплексных соединений с тяжелыми металлами выглядит следующим образом [7]:
Pb2+>Cu2+>Ni2+>Co2+>Zn2+>Cd2+>Fe2+>Mn2+
Помимо этого существует сильная конкуренция за ионы металлов между органическими соединениями и другими комплексующими агентами, такими, как сульфиды или гидроксиды [6]. В присутствии кислорода сульфиды будут окисляться прежде, чем кислород начнет окислять гумус. Но даже когда сульфиды окислятся, гумусовые вещества и гидроксиды железа способны обеспечить связывание тяжелых металлов. Содержание металлов в виде подвижных форм в этом случае на два порядка ниже, чем количество металлов, выделяемых в анаэробной кислой фазе. Возможно, благодаря этим процессам, содержание подвижных форм металлов в изученных нами почвогрунтах сравнительно мало. По этой же причине медь в большинстве почвенных образцов содержится только в органической и силикатной фракциях.
На миграционные возможности тяжелых металлов в почве большое влияние оказывают кислотно-щелочные условия и окислительно-восстановительная обстановка. По классификации А.И. Перельмана Cd, Pb, Zn, Cu, Ni относятся к элементам, хорошо мигрирующим в кислых водах окислительной и глеевой обстановок и осаждающимся на щелочном барьере. Молибден подвижен в окислительной обстановке и инертен в восстановительных (глеевой и сероводородной) обстановках [7]. Результаты наших исследований показывают, что увеличение содержания Zn и Pb в ионообменной фракции соответствует понижению рН суспензии образцов (рисунок). При подкислении среды эти элементы переходят в подвижные формы. В загрязненных почвах цинк накапливается во фракции оксидов железа и марганца и в силикатной фракции. В техногенных песках концентрация цинка в силикатной фракции существенно выше, чем во фракции оксидов. Можно предположить, что в техногенных песках сульфиды цинка окислены в меньшей степени, чем в почвогрунтах. График рН водной суспензии образцов повторяет контур графика подвижных форм (рисунок, Б). Это можно объяснить тем, что и рН, и содержание подвижных форм в техногенных песках определяется в основном карбонатной фракцией.
Скачать реферат