Экологические основы природопользования
Курс лекций для студентов СПО дневной и заочной форм обучения
Лекция 7 . Проблемы использования и воспроизводства природных ресурсов
Вода является неисчерпаемым природным ресурсом в общепланетарном масштабе, так как ее общее количество на планете поддерживается постоянным влагооборотом между океаном, атмосферой и сушей земного шара.
Вода занимает 70,8% общей поверхности планеты. На долю Мирового океана приходится 97% всех запасов водных ресурсов. Большая часть пресных вод (70%) содержится в ледниках и снежных покровах. На подземные воды приходится 23% запасов пресных вод, следовательно, доступными для использования остаются всего только 7% пресных вод. Ежегодный забор воды в РФ из водных источников для использования составляет 75 млрд м 3 .
Основной проблемой в настоящее время является загрязнение пресных вод различными загрязнителями: пестицидами и ядохимикатами, нефтью и нефтепродуктами, поверхностно-активными веществами. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах.
В табл. 1 представлены данные о содержании некоторых органических веществ в промышленных водах.
Содержание загрязняющих веществ в промышленных сточных водах
Загрязняющие веществаСток в мировом масштабе,
млн т в год
Нефтепродукты
26,563
Фенолы
0,460
Отходы производства синтетических волокон
5,500
Растительные органические остатки
0,170
Всего
33,273
Основными направлениями рационального использования водных ресурсов являются: вторичное использование, применение новых технологий очистки, организационные мероприятия.
Вторичное использование воды применяется на промышленных предприятиях в различных технологических процессах.
Новые технологии очистки воды. В настоящее время применяются более совершенные методы очистки воды: физико-химические, биотехнологические. К физико-химическим методам относятся: радиационные, ионообменные, окислительно-восстановительные и другие методы очистки.
Организационные мероприятия сводятся к административно-правовому и экономическому регулированию водопользования. Отношения в сфере использования и охраны водных объектов регулируются Водным кодексом РФ, принятым 18 октября 1995 г. Государственный экологический контроль осуществляет Государственная инспекция по охране водных ресурсов, которая контролирует состояние водоочистного оборудования, наличие разрешений на водопользование, следит за состоянием водоохранных зон.
Проблемы использования полезных ископаемых
Полезные ископаемые - минеральные образования земной коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их для обеспечения жизнедеятельности человека и в сфере материального производства. Полезные ископаемые делят на твердые (угли, руды, нерудное сырье), жидкие (нефть, минеральные воды) и газообразные (природные горючие и инертные газы).
Классификация полезных ископаемых. Место полезных ископаемых в классификации природных ресурсов определено в лекции 6. (рис. 2). Рассмотрим теперь классификацию полезных ископаемых.
Полезные ископаемые подразделяют на металлические, неметаллические, горючие и водоминеральные (рис. 3
Рис. 3 . классификация полезных ископаемых
Использование полезных ископаемых . В России добывается нефти около 17%, газа - 25%, каменного угля -15%, товарной железной руды - 14% всего объема этих ископаемых, добываемых в мире. Запасы полезных ископаемых позволяют сохранять уровень добычи на протяжении сотен лет, но при условии освоения технологии на более значительной глубине (5-7 км). В целом проблемма количественного роста минерально-сырьевой базы России стоит лишь для ограниченного круга полезных ископаемых (марганец, хром, сурьма, ртуть).
Положение дел в области охраны недр и горной экологии в последние годы значительно ухудшилось. Главными причинами этого являются как общее состояние экономике страны, так и недостаточно продуманные преобразования в системе управления минерально-сырьевым комплексом. Существует множество предпосылок для хищнического освоения минерального потенциала страны.
Растения как индикаторы состава почв. Химический состав почв определяет распространение отдельных видов, а иногда и целых групп растений. Можно наблюдать появление особых форм растений на почвах с повышенным содержанием того или иного химического элемента (уродливость, особая окраска лепестков и др.).
Некоторые виды растений, а иногда сообщества растений избирательно развиваются на разных месторождениях. Такие виды и сообщества служат индикаторами полезных ископаемых. Существуют растения - индикаторы на повышенное или пониженное содержание минеральных веществ в почве, на засоление или повышенную кислотность почв.
На почвах, богатыми минеральными веществами, растут пролески, сныть, растения черноземных степей и низинных болот. На почвах, бедных минеральными веществами, растут росянка, сабельник, подбел, т. е. растения верховых болот. Растения, произрастающие на почвах, богатых азотом (нитратных), - крапива, кипрей, бузина.
Древесные растения по мере убывания требовательности к минеральным веществам в почве группируются следующим образом: 1) ясень, вяз, бук; 2) пихта, ольха черная, липа, граб, дуб, клен; 3) осина, кедр, ольха серая, ель обыкновенная; 4) сосна обыкновенная, береза.
Проблемы использования земельных ресурсов
Виды использования земель. Любой вид использования земель ведет к их деградации. Под деградацией понимается перестройка и разрушение естественных экосистем, снижении и ликвидация их способности обеспечивать устойчивость окружающей среды. Различают два вида использования земель - индустриальное и сельскохозяйственное.
Индустриальное использование земель, начиная от добычи полезных ископаемых и кончая их переработкой, созданием промышленной инфраструктуры и населенных пунктов, сопровождается полным разрушением экосистем, почвенного слоя, нарушением режима водных объектов, загрязнением всех сред.
Сельскохозяйственное использование земель также ведет к уничтожению естественных экосистем и к насаждению монокультур на значительных территориях.
В России застроенные территории занимают порядка 1 млн км 2 , сельскохозяйственные земли - 2,2 млн км 2 , дороги и прогоны - 8,2 тыс. км 2 , водные объекты - 710 тыс. км 2 . Таким образом, можно утверждать, что, как минимум, на 14% территории России нарушены и сильно нарушены экосистемы. Общая площадь таких земель составляет 2,5 млн км 2 . Пострадавшие территории разбросаны пятнами и служат очагами возмущения окружающих их естественных экосистем.
Экологическая роль почвы и ее свойства . Почва образуется из горных пород при длительном воздействии растений, животных, микроорганизмов и климата. В отличие от горной породы почва обладает особым свойством - плодородием.
Плодородие почвы - ее способность удовлетворять потребность растения в необходимых для его жизни веществах. Плодородие зависит от химического состава, физических свойств и водного режима почвы.
Свойства почвы в совокупности создают определенный экологический режим. Итогом процессов, происходящих в почвенной экосистеме, является гумус - органическое вещество почвы, результат взаимодействия живых организмов и материнской породы. В черноземах содержание гумуса может достигнуть 10%, в подзолистых почвах - 2-4%. Толщина гумусового слоя у черноземов на равнине может достигать 60-100 см, а у лесных почв - 10-30 см. Тонкий гумусовый горизонт имеют горные почвы, называемые неполноразвитыми. Разрушение почвы обычно идет путем обеднения ее питательными веществами, ухудшения структуры и вследствие этого - эрозии, т.е.физического уничтожения.
Виды эрозии и меры борьбы с ними. Почвенная эрозия в значительной степени зависит от агротехники обработки земли. Истощенная пахотная земля легче поддается эрозии, так как, теряя гумус, она теряет способность поглощать и удерживать воду. Различаю ветровую и водную эрозии (рис. 4).
Рис. 4. Виды почвенной эрозии
Вызванное интенсивное перемещение частиц почвы и подстила-ющих ее пород по земной поверхности (выдувание, развевание, навевание, черные бури и т. д.) называют ветровой эрозией . Она может происходить в любое время года и при любой силе ветра, однако чаще всего при сильных ветрах -15-20 м/с, когда почва взрыхлена и на ней еще не развились сельскохозяйственные культуры.
Водная эрозия представляет собой смыв почвы струйками и ручейками талой или ливневой воды.
Приемы борьбы с эрозией почв весьма разнообразны и зависят от почвенно-климатических и агроэкономических условий. По защите почв от ветровой и водной эрозии разработаны следующие мероприятия:
в районах распространения ветровой эрозии - почвозащитные севообороты с полосным размещением посевов и паров, кулисы, залужение сильно эродированных земель, буфернык полосы из многолетних трав, и др.
в районах распространения водной эрозии -обработка почв и посев сельскохозяйственных культур поперек склона, контурная вспашка, углубление пахотного слоя, и другие способы обработки, уменьшающие сток поверхностных вод.
в горных районах - устройство противоселевых сооружений, террасирование, облесение и залужение склонов, регулирование выпаса скота, сохранение горных лесов.
Заболоченные земли. Болота в России занимают 108,7 млн га, что составляет 6,3% общей площади земельного фонда страны. Болото определяется как географический ландшафт с переувлажненной почвой, специфической болотной растительностью и болотным типом почвообразования, обусловливающим развитие восстановительных процессов и неполное разложение растительных остатков, накапливающихся в виде торфа. Заболачивание возможно только при условии постоянного или длительного переувлажнения почвы.
Образование болот всегда сопровождается накоплением торфа, залежи которого имеют большей частью глубину 2-4 м, (иногда их глубина доходит до 10 м). Торф - это скопление неполностью разложившихся остатков болотных растений, образующееся в условиях избыточной влажности и недостаточной аэрации. Он состоит из органического вещества и золы. Болота бывают низинные, верховые и переходные.
Низинные болота характеризуются сильной обводненностью, проточностью вод, большим видовым разнообразием растительности, значительным колебанием уровнем грунтовых вод, зольностью, высокой степенью разложения торфа.
Верховые болота имеют слабую обводненность, характеризуют- ся застойностью вод, преобладанием сфагновых мхов и ограниченным видовым составом растительности.
Переходные болота занимают промежуточное положение. Им свойственна значительная обводненность и слабая проточность.
Болота представляют собой ценные земельные угодья. После осушения на них ведется добыча торфа. Почвы осушенных болот очень плодородны. На осушенных низинных и частично переходных болотах выращивают лес, картофель, зерновые культуры, капусту, свеклу, лен, при этом урожай зерновых достигает 30-40 ц/га, а картофеля-300-400 ц/га.
Проблемы использования и воспроизводства растительного мира
Рациональное использование растительного мира в России предполагает прежде всего эффективное использование земель лесного фонда России и повышение их продуктивности, а также использование многофункциональных свойств лесных биогеоценозов в интересах народного хозяйства страны в целом, а не только некоторых его отраслей.
Комплексное освоение лесных ресурсов предполагает рациональное и максимальное использование главного продукта леса - деревьев, причем не только стволовой древесины хвойных и лиственных пород, но также переработку отходов лесосечного производства и деревообработки, пней, коры, древесной зелени.
В комплексное освоение входит использование недревесной продукции: плодов, семян, соков, грибов, ягод, лекарственных растений, организация сенокошения, развитие пчеловодства, охоты и использование рекреационных функций лесов.
Воспроизводство растительного мира можно рассматривать в широком биогеоценотическом или экосистемном смысле, т. е. как возобновления сообщества. Воспроизводство может быть естественным, искусственным и комбинированным.
Естественное воспроизводство - процесс образования новых поколений экосистем естественным путем. Оно может протекать стихийно, как процесс самовозобновления - это пассивная форма воспроизводства, а может быть регулируемым процессом, направляемым человеком - активная форма возобновления (выборочная рубка, мероприятия по хранению подроста и т. д.).
Искусственное воспроизводство выражается в том, что семена, растения или их части вводятся в почву не природой, а человеком (посев, посадка, и т. д.).
Комбинированное возобновление - сочетание искусственного и естественного воспроизводства на одном и том же участке.
Проблемы использования и воспроизводства животного мира
Почти во всех экосистемах животные по числу видов преобладают над растениями, хотя биомасса их во много раз меньше. В ненарушенных природных экосистемах каждый вид животного занимает свою определенную нишу и выполняет определенную работу.
Деление животных на полезных и вредных очень относительно: даже общепризнанные вредители оказываются не всегда опасными для природных экосистем.
Рациональное использование диких животных . Животные приносят человеку большую пользу. Они служат пищей, используются для производства одежды, как лекарственное сырье и т. д. Мясную продукцию дают 20 видов диких копытных (особенно лоси, косули, северные олени, сайгаки, кабаны), 7 видов боровой дичи (рябчики, тетерева-косачи, глухари, белая куропатка и др).
На внешнем и внутреннем рынках высоко ценятся шкурки соболей, черно-бурых лисиц, бобров, горностаев, белок и др. К началу XXв. резко сократились запасы пушных и других зверей. На грани полного истребления оказались соболь, калан, речной бобр, морской котик, выхухоль, а также белый медведь, уссурийский тигр, а среди копытных - зубр, пятнистый олень, сайгак, кулан и др.
Продолжаются работы по одомашниванию животных. Например, лось может стать скороспелым мясо-молочным и вьючным домашним животным. В седле лось может нести 80-120 кг, а запряженный в сани -до 300-400 кг. Ведутся работы и изучаются возможности по одомашниванию антилопы канны, мускусного овцебыка и некоторых других видов.
Особо охраняемые природные территории
Особо охраняемые природные территории России являются наименее загрязненными по мировым стандартам территориями, и через несколько лет они могут стать центром экологического возрождения России.
Сегодня в мире существует свыше 2000 заповедников, а в России насчитывается 100 заповедников, в том числе 16 биосферных общей площадью более 34 млн га или около 2,2% территории страны.
Заповедник - особо охраняемая территория, на которой полностью запрещена любая хозяйственная деятельность (включая туризм) в целях сохранения природных комплексов, охраны животных и растений, а также слежения за происходящими в природе процессами.
С помощью заповедников решаются три главные задачи:
охрана флоры, фауны и природных ландшафтов со строго ограниченным или полностью запрещенным пребыванием на его территории;
исследование и контроль состояния экосистем и входящих в них популяций животных и растений (заповедники являются научными учреждениями, где работают биологи разного профиля);
восстановление популяций редких и исчезающих видов растений и животных.
Государственные природные заказники - это временно охраняемые природные комплексы, предназначенные для сохранения, воспроизводства и восстановления одних природных ресурсов (объектов) в сочетании с ограниченным, регламентированным и рациональным использованием других. В России создано более 1500 заказников, которые подразделяются по функциональному назначению: зоологические, ботанические, ландшафтные, гидрологические, геологические .
Национальные природные парки используются в природоохранных, рекреационных, просветительских, научных и культурных целях.
Крупнейший национальный парк Европы “Валдайский” расположен между Москвой и Санкт-Петербургом на площади около 160 тыс. га. В России имеется 35 национальных природных парков общей площадью 7 млн га.
Памятники природы и особо ценные лесные массивы - как правило, образцы типичных ландшафтов, мест произрастания редких и ценных видов растений, обычно выполняющие функции микрозаповедников местного значения. В настоящее время в Российской Федерации охраняется около 8000 памятников природы.
Вопросы для самопроверки
Назовите основные методы очистки промышленных вод.
Какие существуют виды полезных ископаемых?
Какие факторы определяют плодородие почвы?
Какие меры позволяют предупредить водную и ветровую эрозию почв?
Какая флора и фауна соответствует каждому виду болот?
Назовите типы и основные задачи особо охраняемых природных территорий России.
Лекция № 6
Тема: Проблемы использования полезных ископаемых
и энергетических ресурсов.
План
2. Проблемы использования полезных ископаемых.
Земля - благодатная планета с огромными и разнообразными природными ресурсами. Основная масса проблем, с которой сталкивается человечество, связана не с нехваткой ресурсов как таковых, а с их неразумной и неэффективной эксплуатацией.
Все используемые человеком природные ресурсы чаще всего разделяют на три категории:
1). невозобновимые,
2). ограниченно возобновимые ,
3). неограниченно возобновимые.
К невозобновимым ресурсам относятся прежде всего полезные ископаемые: нефть, уголь, природный газ, уран (энергетические ресурсы и сырьё для химической промышленности), руды многих металлов, фосфаты, как основа фосфорных удобрений, и минеральное сырьё, используемое в строительстве. Потребление всех этих ресурсов во второй половине XX века очень быстро росло, и геологические запасы многих из них сильно истощены. К подобным веществам можно отнести и такие металлы, как золото и ванадий. В силу своей огромной способности к рассеянию эти металлы дороги, хотя их содержание в литосфере и гидросфере сравнительно велико . Проблема состоит в наличии месторождений, где концентрация металла достаточно велика, чтобы его добыча была экономически целесообразна. В силу наличия больших прогнозных запасов по многим металлам геологоразведка ведётся просто по мере необходимости, поэтому даже при малых сроках обеспеченности нет оснований ожидать возникновения кризисной ситуации по этим ресурсам.
Сохранению многих ресурсов полезных ископаемых способствует многократное использование получаемых материалов. Прежде всего, это относится к переделу металлов. В промышленно развитых странах сбор и переплавка металлического лома играют всё большую роль. Примерно 50 % стали, около 40 % алюминия и до 70 % меди и свинца в промышленно развитых странах используется повторно, и тенденция к росту вторичного использования постоянно растёт.
2. Проблемы использования полезных ископаемых.
Солнечное излучение является источником почти всей энергии, используемой и биосферой, и цивилизацией. Только около 1%" используемой человеком энергии поступает от других источ ников - за счёт добычи и сжигания угля, нефти, природного газа и урана. При этом месторождения угля, нефти и газа - это тоже солнечная энергия, когда-то аккумулированная растениями. До сих пор развитие цивилизации основывалось на освоении всё новых источников энергии и характеризовалось непрерывным ростом её потребления как удельным на душу населения, так и в абсолютных цифрах. До середины XX века дрова и уголь были основными источниками энергии. Начиная с этого времени, в мировом энергетическом балансе всё большую роль играют нефть, газ, а в конце XX века и атомная энергия.
Потребление ископаемых энергетических ресурсов в таких гигантских объёмах ставит перед человечеством ряд насущных и трудных вопросов:
На какое время хватит этих ресурсов и каковы последствия их истощения?
Можно ли их заменить и чем?
Как экономить энергию?
Как решить проблемы загрязнения окружающей среды?
Это комплекс взаимосвязанных проблем, требующих системного подхода, но, к сожалению, до сих пор слишком часто решаемых порознь. Дело в том, что по мере истощения месторождения стоимость добычи растёт. Истратив очень много ресурсов, можно, например, извлечь из Земли и 99 % нефти, но нефть эта окажется дороже золота. При современных технологиях для нефтяных месторождений коэффициент извлечения редко больше 50-60 %.
3. Проблемы использования энергетических ресурсов.
Таким образом, вопрос об эффективной замене тепловой углеводородной энергетики - одна из главных и неотложных проблем, стоящих перед человечеством. При рассмотрении этой проблемы необходимо учитывать, что в настоящее время только четверть ресурсов идут на производство электроэнергии. Остальные используются непосредственно для производства высокотемпературного тепла в промышленности, отопления и приготовления пищи в быту и коммунальном секторе, в качестве горючего на транспорте и в сельском хозяйстве.
Существуют два взаимодополняющих способа решения проблемы исчерпания ископаемых ресурсов: снижение потребления энергии (уменьшение энергоёмкости производства и сбыта) и отыскание альтернативных источников получения энергии.
Первичные источники энергии включают гидроэлектростанции, ветровые, гелиоэлектрические, геотермальные станции и т. д. К категории дров отнесены все виды биомассы, используемые в качестве топлива, - сами дрова, хворост, солома, кизяк, торф и пр.; 1 ЭДж (Эксаджоуль) = 1018 Дж
На пути радикального снижения энергоёмкости развитые страны стоят уже более трёх десятилетий. За это время:
1. разработаны технологии строительства «тёплых домов», в которых удалось в несколько раз снизить потери тепла через стены и окна, что привело к снижению расхода тепла на отопление;
2. модернизация теплоэлектростанций привела к росту коэффициента полезного действия паротурбинных и газотурбинных установок в среднем с 35 до 42 %;
3. у автомобилей и сельскохозяйственной техники в среднем на 25 % снизился расход горючего;
4. сократился удельный расход энергии (на единицу продукции) в энергоёмких отраслях промышленности;
5. ламповая электроника (усилители, измерительная аппаратура, телевизоры, телефонная и радиоаппаратура) полностью заменилась полупроводниковой и интегральными схемами, что привело к сокращению удельного расхода энергии более чем в 100 раз;
6. началось массовое применение экономичных светильников с увеличенным в 10 раз сроком службы и 5-кратным увеличением светоотдачи на 1 Вт потребляемой мощности по сравнению с обычными лампами накаливания.
К сожалению, большинство из перечисленных новшеств пока получило распространение только в наиболее богатых и развитых странах .
Наряду с бытовыми гелиоэнергетическими системами, получившими уже значительное распространение в богатых регионах с солнечным и жарким климатом, в этих регионах уже построен целый ряд промышленных предприятий, работающих на солнечной энергии.
Основной принципиальный недостаток гелиоэнергетики - зависимость от уровня инсоляции, которая распределяется по поверхности Земли весьма неравномерно. Поэтому в регионах, лежащих выше 45-50° широты, а также в регионах с большой облачностью она оказывается практически малоприменимой.
Трезво оценивая совокупные возможности гидроэнергетики, гелиоэнергетики и ветровых электростанций, нельзя не заметить, что они способны покрыть в самом лучшем случае не более половины потребностей человечества в тепле и электроэнергии. Использование горючих ископаемых для производства энергии должно сокращаться, так как эти ценные ресурсы весьма ограничены, а их сжигание ведет к экологической и климатической глобальной катастрофе.
Следовательно, у человечества нет альтернативы использованию атомной энергии для покрытия возникающего энергетического дефицита. Современная атомная энергетика за малыми исключениями использует реакторы, в которых топливом, служит уран-235 (U235). Этот изотоп урана составляет только 0,7 % природного урана, остальное - практически полностью уран-238 (U238), в котором цепная реакция деления не развивается и который ядерным топливом служить не может. При делении ядер U233 высвобождается много энергии, превращающейся в высокотемпературное тепло. Чтобы цепная реакция пошла, необходимо, чтобы хотя бы один нейтрон, вылетевший при делении ядра U235, попал в такое же ядро и был этим ядром захвачен.
Вероятность захвата нейтрона возрастает, если скорость нейтрона мала. Между тем нейтроны, вылетающие из делящегося ядра U235, имеют очень большую скорость (более 10б м/с) - это быстрые нейтроны. Поэтому природный уран подвергают обогащению, увеличивая концентрацию U235 примерно до 2,5-3 %, а сами тепловыделяющие элементы помещают в среду-замедлитель нейтронов, в качестве которой используют воду или графит. Такой реактор называют реактором на тепловых нейтронах, так как замедленные нейтроны движутся со скоростями теплового движения молекул (порядка 103 м/с). Часть нейтронов захватывается ядрами атомов U238, которые после двух бета-распадов превращаются в атомы плутония-239 (Ри239). Реакторы на тепловых нейтронах требуют для своей работы минимального обогащения урана и поэтому нашли широкое применение.
Плутоний Ри239, подобно U23\ обеспечивает самоподдерживающуюся цепную реакцию, а потому может использоваться в качестве ядерного топлива. Таким образом, обеспечив превращение U23S в Ри239, можно использовать и U238 для получения энергии. Однако в реакторах на тепловых нейтронах количество образующегося Ри239 составляет только около 70 % от «сгоревшего» U235.
Следовательно, продолжение строительства атомных электростанций с реакторами на тепловых нейтронах - тупиковый путь, ведущий к относительно быстрому истощению запасов ядерного горючего, так как запасы урана-235 очень невелики (табл. 5.2). Но ядерная технология позволяет получать ядерное горючее с избытком, превращая уран-238 в плутоний путём его облучения интенсивным потоком нейтронов в реакторах на быстрых нейтронах. Такие реакторы требуют большей степени обогащения ядерного топлива, но обеспечивают наработку 1,3 кг плутония из U238 на каждый кг израсходованного плутония (рис. 5.24). Поэтому эти реакторы называются реакторами-размножителями (или бридерами от английского breeder - заводчик).
Таким образом, реальная возможность обеспечить себя практически неограниченными энергетическими ресурсами и при этом избежать экологического кризиса состоит в комбинации атомной энергетики, использующей реакторы-размножители, с гидро- и гелиоэнергетикой.
Рассмотренные методы получения энергии позволяют получать энергию в виде электрического тока и тепла. Однако эти виды энергии не поддаются длительному хранению, а аккумуляторы, как термические, так и электрические, дороги и очень громоздки. Поэтому существует и до сих пор не решена проблема горючего для транспорта и сельскохозяйственной техники, альтернативного нефтепродуктам.
В качестве одного из вариантов решения этой проблемы предлагается применение в качестве топлива водорода, для получения которого путём электролиза воды должна использоваться электроэнергия. Водород сжигается в топливных элементах, непосредственно преобразующих химическую энергию в электрический ток, питающий электропривод транспортного средства. Помимо того, что водород чрезвычайно взрывоопасен, это означает, что человечеству потребуется, по меньшей мере, удвоение установленной мощности электростанций, так как энергопотребление транспорта равно производству электроэнергии для иных нужд. Точно та же ситуация возникнет, если удастся изобрести лёгкие и сверхъёмкие электрические аккумуляторы или использовать в качестве горючего для топливного элемента, например, магний или алюминий (сведения о подобных разработках появлялись в печати). Это означает гигантские дополнительные капиталовложения в энергетику и в создание целой новой отрасли промышленности для производства водорода или его заменителей. Кроме того, при этом принципиальной перестройке должна подвергнутся как сама автомобильная промышленность, так и вся сфера обслуживания автотранспорта.
Существует, однако, альтернатива столь разорительному пути. Нефть - это набор углеводородов, продукт химической трансформации когда-то существовавшей биомассы. Все необходимые компоненты присутствуют и в растительной биомассе сегодня, отсюда прямая возможность получения транспортного горючего из биомассы растений .
Растительная биомасса - самый древний вид топлива, до сих пор широко используемый во всём мире в виде дров, древесного угля, древесных отходов, хвороста, кизяка и обычной соломы. Значительные объёмы бытового мусора, сжигаемого на мусоросжигательных предприятиях, также входят в этот список. Ещё один вид превращения биомассы в высококачественное топливо получил последнее время широкое распространение в Китае и Индии. Растительные и другие органические остатки, в том числе нечистоты, собирают в замкнутые метан-танки, где под действием бактерий идут процессы превращения биомассы в биогаз, состоящий в основном из метана. Твёрдые остатки от процесса используются как удобрение. Эта технология хороша в странах с тёплым и жарким климатом, так как при низких температурах она почти не работает.
Наиболее перспективное использование растительной биомассы для производства автомобильного горючего - это получение этилового и метилового спиртов (этанола и метанола) путём брожения и перегонки. Для этой цели могут использоваться древесные и сельскохозяйственные отходы, городские стоки и т. д. Полученные спирты обходятся дешевле бензина и могут применяться в современных автомобилях при минимальном переоборудовании, а в смесях с бензином - без всякого переоборудования. Первый опыт в этом направлении был осуществлён и накоплен в Бразилии, где 2/3 автомобильного топлива - это этиловый спирт (этанол), и 90 % производимых автомобилей могут работать на чистом этаноле. Около 10 % высококачественного бензина в США содержат до 15 % этанола. Дизельные двигатели прекрасно работают на смеси метанола (метилового спирта) с обычным дизельным топливом.
Таким образом, человечество располагает достаточными ресурсами, чтобы избежать энергетического голода и одновременно отвести от себя угрозу экологической катастрофы, но для этого народы и правительства должны существенно пересмотреть свои взгляды и своевременно и целенаправленно строить новую энергетическую политику.
«Горючие ископаемые» - Свойства полезных ископаемых. Краски, резина, пластмасса, лекарства. Резина. Каменный уголь. Топливо. Пластмасса. Масла. Подстилка для животных. Нефть. Природный газ. Состояние цвет запах горючесть. Удобрение. Выполнил учитель МБОУ СОШ №22 Басырова Глюза Мусавировна. Кокс воск спирт уксус. Первая скважина.
«Подземные богатства» - Какие опасности угрожают водоемам? Полезные ископаемые относятся к неживой природе. Как делятся водоемы по происхождению? Как борются с загрязнением воды? Полезные ископаемые. Какие водоемы вы знаете? Открыты ворота подземной страны, Любые клады на карте найдете вы. О водоемах много знаете вы, Ответы достойны похвалы.
«Полезные ископаемые России» - Особенно богат разнообразными рудными полезными ископаемыми, драгоценными камнями Урал. Кузнецкий и Канско–Ачинский бассейны. Полезные ископаемые платформ. Крупные скопления руд называют месторождениями. Месторождения нефти и газа. Тунгусский бассейн. Северное Забайкалье – золото. Крупнейшие угольные бассейны России:
«Урок полезные ископаемые» - Практическая работа. Разгадаем кроссворд. Рудные. Драгоценные. Химические. Типы полезных ископаемых. Цель урока: Узнать о разнообразии полезных ископаемых. Каменный уголь Нефть Торф. Урок по окружающему миру. -шахта Месторождение Карьер. Шахта Карьер месторождение. Найти на карте Новосибирской области месторождения полезных ископаемых.
«Заглянем в кладовые Земли» - Повернулся влево, вправо. Приседанье сделал справно, Клювиком почистил пух, Поскорей за парту плюх. Проверка домашнего задания. Где? - Какие изделия изготавливают из гранита? Отгадайте загадку. Вспомните, с какими камнями мы познакомились в прошлом учебном году? Второй конкурс. Определите, что объединяет слова каждой строчки.
«Полезные ископаемые и минералы» - Является составной частью земной коры, горных пород, руд, метеоритов. Физкультминутка. Береги полезные ископаемые, родную природу! Насосы и земснаряды для дноуглубления и добычи полезных ископаемых. Тест «Проверь себя» на тему: Чем различаются минералы? Какие полезные ископаемые добываются на территории Воронежской области?
Всего в теме 29 презентаций
- Вспомните, какими полезными ископаемыми богата Евразия.
- Чем объяснить различия в размещении полезных ископаемых магматического и осадочного происхождения?
Распространение полезных ископаемых . Недра нашей страны богаты различными полезными ископаемыми. Полезные ископаемые - это минеральные образования земной коры, которые могут эффективно использоваться в хозяйстве. Скопления полезных ископаемых образуют месторождения, а при больших площадях распространения - бассейны.
Полезные ископаемые формируются в ходе геологической истории под влиянием внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) процессов. В мощных рыхлых отложениях осадочного чехла древних платформ заключены почти все наиболее значительные месторождения горючих ископаемых. Среди них наибольшее значение в нашей стране имеют нефть и природный газ севера Западной Сибири, Волго-Уральского бассейна. Менее богаты месторождения равнин Северного Кавказа и острова Сахалин.
В палеозойских и мезозойских отложениях платформенных областей из отложений органических веществ, накапливавшихся долгое время на дне мелководных водоемов, образовались многочисленные месторождения каменного и бурого угля.
Наиболее важное хозяйственное значение имеют высококачественные коксующиеся угли, используемые в металлургии. Крупнейшие месторождения каменного угля в европейской части России находятся в районе Воркуты, в восточной части Донецкого бассейна. Бурые угли добывают в Подмосковном бассейне. В Сибири самыми знаменитыми и давно освоенными являются месторождения каменного угля, часто коксующегося, Кузнецкого бассейна (Кузбасс). Добываются они открытым и подземным способами. Но особенно велики запасы угля Тунгусского, Ленского, Канско-Ачинского и других бассейнов, расположенных в слабозаселенных районах России. В стране весьма существенны запасы торфа и горючих сланцев.
Месторождения рудных полезных ископаемых часто связаны с теми районами платформ, где близко к поверхности подходит фундамент или более молодые интрузии кристаллических пород. Среди них месторождения железных руд Курской магнитной аномалии, Алданского щита, Ангаро-Питского и Ангаро-Илимского районов, а также железных и никелевых руд Кольского полуострова и полиметаллических руд окрестностей Норильска.
Но особенно богаты разнообразными рудными ископаемыми горные области. Здесь сосредоточены месторождения руд цветных и редких металлов: меди (Урал, Забайкалье), свинца и цинка (Алтай, Приморский край, Северный Кавказ), олова (Восточная Сибирь и Дальний Восток), сырье для получения алюминия - бокситы и нефелины (Северный Урал, Красноярский край).
Рис. 19. Полезные ископаемые России
Месторождения золота располагаются в Восточной Сибири, Якутии, на севере Дальнего Востока. Наиболее крупное месторождение платины находится на Урале.
По рисунку 19 определите местонахождение крупнейших месторождений и напишите их названия на контурной карте.
Из неметаллических полезных ископаемых важное значение для хозяйства страны имеют месторождения алмазов в вулканических породах западной Якутии, Архангельской области, апатитов на Кольском полуострове, калийных солей в Поволжье, Кировской области, на западном склоне Урала. В недрах России располагаются залежи графита (Урал, Восточная Сибирь, Дальний Восток), каменной соли (Урал), поваренной соли (Поволжье), слюды (Восточная Сибирь), а также разнообразного сырья для производства минеральных строительных материалов - граниты, доломиты, известняки, гравий, высококачественные глины и т. д.
Рис. 20. Залегание нефти и газа
Как вы думаете, из каких районов России был привезен гранит, использованный для облицовки набережных Москвы, Санкт-Петербурга?
Минерально-сырьевая база нашей страны . Для минерально-сырьевых ресурсов страны характерны следующие черты:
- огромное их количество;
- крайняя неравномерность размещения;
- большое различие в условиях эксплуатации;
- возможность частичной компенсации истощенных месторождений полезных ископаемых путем разведки и освоения новых месторождений.
Занимая ведущее место в мире по запасам многих полезных ископаемых, Российская Федерация развивает свою экономику почти полностью на основе собственных минерально-сырьевых ресурсов. Но несмотря на это, необходимо помнить, что полезные ископаемые, накопленные за всю историю развития Земли, при их исчерпании невозобновимы. Это заставляет задуматься об их рачительном, бережном использовании. В связи с этим разрабатываются и широко применяются новые технологии добычи полезных ископаемых, обеспечивающие минимальные потери сырья при добыче и переработке и максимальное использование добытого сырья.
Экологические проблемы, связанные с добычей полезных ископаемых . Извлечение из недр земли огромных масс вещества не проходит бесследно. Человек создает антропогенные формы рельефа - карьеры, терриконы, обширные пустоты в земной коре и т. д.
В зоне Курской магнитной аномалии (КМА), например, особенно сильное влияние на окружающую среду оказывают предприятия железорудной промышленности. При открытом способе добычи руды образуются большие отвалы пустой породы. Водооткачка и водозабор на промышленные и коммунальные нужды способствуют общему иссушению территории, что приводит к пылеобразованию и ускорению нежелательных экзогенных процессов. Кроме того, это грозит обрушением и просадками грунта.
Рис. 21. Образование рудных полезных ископаемых
Восстановление нарушенных горными работами земель проводится по следующим направлениям: использование черноземных почв, срезаемых при вскрышных работах, для землевания малоплодородных участков; выравнивание поверхности путем засыпки оврагов, рекультивация отвалов; создание лесных санитарно-защитных зон вокруг городов Губкин, Старый Оскол, Новый Оскол, Белгород и крупных рабочих поселков.
Проблемы возникают и при добыче строительных материалов. Например, при добыче высококачественных гранитов Карелии остается очень много обломков, из которых можно было бы получить дополнительное количество стройматериалов. Таким образом, проблема безотходного производства тесно связана с проблемой очистки площадей от обломков и загрязнения атмосферы от пыли.
Добыча таких строительных материалов, как песок, гравий, известняк, тоже приводит к образованию карьеров, уродующих ландшафт, нарушающих естественный ход природных процессов в нем.
Вопросы и задания
Истощением запасов в горнопромышленных районах, где горнодобывающие предприятия вынуждены осваивать запасы более бедных руд, а с другой стороны, промышленное освоение руд более низкого качества стало экономически целесообразным в связи с возникновением новых эффективных технологий добычи, обогащения и переработки полезных ископаемых. Так, если в первой половине XX в. для получения одной тонны медного концентрата требовалось извлечь из недр, переработать 40 тонн рудной массы, то сегодня для этого требуется уже 130-150 тонн.
В России отмечается прогрессирующее снижение содержания железа в добываемых рудах. Так, с 1950 по 1984 годы расход сырой руды на получение 1 тонны железа в товарной руде увеличился в 1,5 раза. Баланс горнодобывающего производства железной руды, по данным за 1977 год, выглядел следующим образом: суммарное извлечение из недр горной массы 1,3 миллиарда тонн, в том числе рудная масса - 39%, товарная руда - 19%, железо в товарной руде - 11 процентов. Отмеченные тенденции развития горнопромышленного производства суммируются и в усложнении горногеологических условий добычи полезных ископаемых. Открытый способ разработки месторождений требует строительства исполинских разрезов и карьеров, из которых ежегодно извлекаются десятки миллионов тонн горной массы. К ним относится крупнейший на Среднем Урале Качканарский карьер производительностью более 40 миллионов тонн в год. Впечатляет и глубина карьеров и разрезов. В нашей стране в Челябинской области расположен самый глубокий угольный разрез - Коркинский. Здесь горные работы достигли отметки более 400 метров. За 60 лег эксплуатации извлечено из недр около 2,0 миллиардов тонн горных пород. Еще более сложные производственно-технические задачи возникают при эксплуатации глубоких и сверхглубоких шахт при подземном способе добычи. Расширяется список шахт, уходящих на глубину 1000- -1500 метров. Такой глубины достигают рудники наТал-нахском месторождении около Норильска.
В конце 80-х - начале 90-х годов XX в. стабилизировалось извлечение из недр железных , медных, свинцово-цинковых, никель-кобальтовых, вольфрамо-молибденовых, апатито-нефелановых, фосфоритных руд, слюды-мусковита, хризотил-асбеста (табл. 9.3,9.4).
Извлечение полезных ископаемых составляет 65-78 % и менее от их количества, содержащегося в рудах, включая потери цветных металлов при металлургическом переделе.
В конце XX - начале XXI столетия при общем снижении потерь в недрах при добыче полезных ископаемых по ряду их потери все еще велики: по калийным солям - свыше 50%, по нефти - 55-60% и более, по углю - - в среднем по стране - 14- 15%, а на некоторых месторождениях 30-40%.
Значительный ущерб государству наносит некомплектная добыча и переработка минерального сырья, приводящая к потере ценных компонентов. Так, извлечение гелия из природного газа упало с 85,2 % в 1991 году до 34,9 % в 1993 году, серы из нефтяного газа с 86,5 % в 1990 году до 72,9 % в 1993 году.
Извлечение сопутствующих компонентов при переработке минерального сырья представлено в таблице 9.5.
Извлечение сопутствующих компонентов в цветной металлургии сохраняется на уровне 10-30 %, редко 50 %, хотя стоимость их составляет около 30 % от стоимости всей товарной продукции.
Так, залив Каспийского моря Кара-Богаз-Гол представляет собой огромную мелкую чашу, площадью свыше 12 тыс. км 2 , куда через узкий пролив врываются массы каспийской воды. Жаркое солнце пустыни, постоянные ветры испаряют ее в этой чаше, сгущая до насыщенной многими солями рапы - исходного сырья для химического производства. Процесс шел веками, поистине наслаивались несметные солевые запасы. Несмотря на то, что в рассолах залива есть почти все элементы таблицы Менделеева, добывают здесь главным образом сульфат натрия. Другие примеры. В процессе обогащения руд продолжает теряться более "/ 3 олова и около "/ 4 железа, вольфрама, молибдена, оксида калия, пятиокиси фосфора, получаемого из фосфорной руды. Потери при обогащении превышают потери при добыче по железу более чем в 7 раз, по вольфраму и олову - в 5 раз. К этому следует добавить, что при обогащении твердых рудных полезных ископаемых.обычно образуется до 30% отходов, а при технологическом переделе - до 40% отходов в виде шлаков и пылей. При обогащении угля образуется до 20% отходов в виде шлаков и хвостов обогащения, при сжигании угля - до 30% отходов. В итоге из ежегодно добываемой горной массы более 90% превращается в процессе разработки месторождений и переработки добытых полезных ископаемых в промышленные отходы, вещества, не находящие применения в существующем промышленном производстве.
Большой ущерб наносится стремлением предприятий к выборочной отработке лучших участков месторождений, что приводит к накоплению запасов полезных ископаемых худшего качества и потере их промышленного значения. Неудовлетворительно используется при добыче нефти - нефтяной газ. В 1991 году в России его было сожжено в факелах более 10 млрд. м 3 . Большая часть из этого объема приходится на Тюменскую область. Продолжаю! накапливаться в огромных количествах в отвалах вскрышные породы и отходы переработки минерального сырья, в значительной части пригодные для использования в народном хозяйстве. Острой проблемой остается застройка площадей залегания полезных ископаемых, что влечет дополнительные потери в недрах, а впоследствии к большим затратам на их добычу.
38. Влияние добычи и использования полезных ископаемых на окружающую природную среду. Факторы нарушения её состояния (геомеханические, гидрологические, химические и др.)
В XX столетии разработка месторождений полезных ископаемых сосредоточивается в литосфере, а процессы переработки добытых полезных ископаемых в той или иной мере охватывают всю биосферную оболочку нашей планеты. В мировом хозяйстве в процессе промышленного использования вовлекается не более 1% общего объема вещества биосферы. Этот факт нередко используется для того, чтобы показать, что масштабы производственной деятельности в рамках литосферы ничтожно малы. Однако при этом не учитывается более важный факт - активное воздействие горнопромышленного производства на биосферу. Широкое пользование недрами в современных условиях нарушило течение важнейших геохимических процессов, в первую очередь оно повлияло на соотношение материального баланса обмена в природном круговороте.
В настоящее время с горнопромышленным производством связывается поступление в природный кругооборот значительного количества техногенного вещества в виде горной массы, растворимых и летучих веществ - промышленных стоков, дымов и возгонов, а также высоких концентраций тяжелых металлов.
Продукты разработки месторождений и переработки добытых полезных ископаемых являются основным источником поступления техногенных продуктов в природный кругооборот . Так, по данным экспертов ООН, в 1976 году из недр нашей планеты в процессе добычи полезных ископаемых извлекалось 100 миллиардов тонн горной массы. В начале 90-х годов XX в. в связи с ростом масштабов горных работ в мировом хозяйстве извлекается ежегодно около 120 миллиардов тонн горных пород.
Объем вовлекаемых в хозяйственную деятельность горных пород, таким образом, в 4 -5 раз превышает количество природного вещества, которое ежегодно поступает в природный круговорот в процессе водной и ветровой денудации континентов (табл. 9.6).
Следует учесть, что эти процессы являются основными, формирующими геологический облик, рельеф нашей планеты в течение ее геологической истории. Захватывая, казалось бы, ничтожную часть литосферы, производственная деятельность оказывает самое серьезное воздействие на качество и продуктивность других разновидностей природных ресурсов. С предприятиями горнопромышленного производства связаны значительные поступления вредных для окружающей природной среды веществ в атмосферный воздух. Ежегодно в мировом хозяйстве от промышленных установок выбрасывается в атмосферу свыше 200 млн. тонн пыли, около 100 млн. тонн сернистого ангидрида, более 250 тысяч тонн свинца, а также цинк, медь, ртуть и другие токсичные элементы. Выпадая на земную поверхность в виде различных «смогов», «кислотных дождей», эти токсичные элементы наносят большой вред биоте и биосфере в целом, и в первую очередь человеку, его здоровью.
Однако на этом негативное воздействие отмеченных промышленных выбросов не заканчивается. Большинство техногенных продуктов и элементов, например тяжелые металлы, способны накапливаться в почве, растениях, в пищевых цепях, многие из них в природных условиях становятся более токсичными и опасными, определяя появление вторичного загрязнения. Развитие горнодобывающих предприятий связано с нарушениями в водоснабжении. Так, при добыче угля на шахтах Ростовской области на каждую тонну добываемого угля приходится откачивать свыше 20 кубических метров пластовой воды, а при добыче
железных руд на ряде карьеров Курской магнитной аномалии - до 8 кубических метров на каждую тонну железной руды. Необходимость откачки воды из карьера приводит к образованию так называемых
депрессионных воронок, связанных с интенсивным понижением уровня грунтовых вод. В результате иссякают водозаборы - высыхают колодцы, исчезают родники, ключи, ручьи, а за ними и многие малые реки, обнаруживается значительный недостаток воды в почвах, что отражается на урожае сельскохозяйственных культур.
За последние 30-40 лет в Мировом океане пробурено более 2000 скважин, из них только в Северном море, начиная с 1964 года, пробурено 1000 и оборудовано 350 промышленных скважин. Из-за незначительных (безаварийных) утечек на буровых ежегодно теряется 0,1 млн. тонн нефти, но аварийные ситуации также нередки. Большие массы нефти с суши поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнения нефтью из этого источника превышает 2,0 млн. тонн в год. Со стоками промышленности и нефтеперерабатывающих заводов в море ежегодно попадает до 0,5 млн. тонн нефти. Судьба разлитой в море нефти определяется суммой следующих процессов: испарение, эмульгирование, растворение, окисление, образование нефтяных агрегатов, седиментация и биодеградация. Попадая в морскую среду, нефть оказывает губительное влияние на ее обитателей - растения, животных, микроорганизмы. Особую тревогу вызывает загрязнение нефтью внутренних водоемов (рек и озер), особенно при освоении запасов нефти в Западной Сибири.
Горнопромышленное производство начинается с нарушения земельных угодий. Эти нарушения особенно впечатляющие в открытых разработках. Еще сравнительно недавно мы восхищались могуществом человека, наблюдая за развитием гигантских разрезов и карьеров.
Здесь могущество человека, его техническое оснащение воплощалось особенно наглядно и ярко. Однако довольно быстро стало очевидным, что появление взамен привычного ландшафта - техногенного, «лунного», как его называют часто, мало кому может понравиться.
Открытая добыча связана с формированием значительного по размерам отвального хозяйства. Так называемые пустые породы, образуя отвалы, значительные площади земель, в том числе и сельскохозяйственных, пахотных. Процессы ветровой и водной эрозии на отвалах вызывают деградацию растущих вблизи карьеров лесов, в результате выбросов большого количества пыли падение урожайности сельхозугодий, создают неблагоприятные
условия для проживания людей вблизи такого горнодобывающего предприятия.
Во всем мире суммарная площадь нарушенных горными работами земель превышает 6 млн. га. К этим землям следует присовокупить также сельскохозяйственные и лесные угодья, на которые горнопромышленное производство оказывает непосредственно негативное воздействие. Подсчитано, что в радиусе до 35-40 километров от действующего карьера урожайность сельскохозяйственных культур обычно снижается на 30% в сравнении со средним уровнем .
Другим крупнейшим источником поступления техногенных элементов и химических соединений в природный кругооборот является энергетика, которая использует преимущественно минеральное топливо - нефть, газ, уголь. Ежегодно получаемая тепловая и электрическая энергия в сумме сопоставима с энергией крупных вулканических извержений и в настоящее время составляет около 0,4% от рассеивающейся энергии Солнца на нашей планете. По мнению Н. Ф. Реймерса (1984), современная энергетика способна изменять примерно на 0,7 градуса среднегодовую температуру биосферы, что служит причиной весьма существенных изменений в окружающей среде. В течение XX в. годовой объем выделяемых в окружающую среду веществ в энергетике увеличился до величин, сопоставимых с природными процессами, но что особенно важно, он сделался сопоставимым с техногенными материальными потоками, которые возникают в процессе добычи полезных ископаемых. Например, количество серы и железа, которое образуется при сжигании минерального топлива, сопоставимо с количеством специально организованной для получения этих элементов добычи. Количество поступающего в техногенные потоки при сжигании топлива алюминия и кремния даже на один-два порядка превосходит объемы специальной добычи этих полезных ископаемых. Подсчеты показывают, что вместе с продуктами сгорания минерального топлива образуются техногенные потоки таких элементов, как медь, ванадий, цинк, никель, титан, магний, натрий, хлор, ртуть, а также олово, золото и серебро, которые сопоставимы с объемами специализированной добычи этих элементов из недр. Следовательно, технологии получения энергии в этом случае необходимо комбинировать с технологиями получения металлов.
В сравнении с природными процессами - речной сток, биологическая продукция на суше и на море - техногенные процессы характеризуются быстрым ростом количественных показателей. Негативное воздействие горнопромышленного производства на окружающую среду многообразно и значительно. Это существенно отражается на экономической эффективности общественного производства, а также на качестве источников других природных ресурсов. К сожалению, до недавнего времени отсутствовали единые методы комплексного учета всей суммы факторов, отрицательно влияющих на окружающую среду. Количественные критерии чаще всего носили поэлементный характер. В последние годы ряд специалистов в области охраны окружающей, среды попытались комплексно оценить влияние горной промышленности на окружающую среду. Были составлены качественные классификации, отражающие причины и характер нарушений элементов естественной среды в результате ведения горных работ. Одну из таких классификаций приводят В. Н. Мосинец, М. В. Грязнов (1978) в своей работе:
Относительная оценка непосредственного количественного действия различных видов работ на окружающую среду приведена в таблице 9.7.
Из приведенных классификаций и материалов следует, что решению проблемы охраны окружающей среды при добыче и использовании полезных ископаемых должна предшествовать разработка мер по ее защите от вредных воздействий, комплексно отвечающих на вопросы: что следует защищать в первую очередь, от чего защищать и как защищать.
39. Рациональное использование полезных ископаемых. Охрана недр.
Современные технологии и геолого-экономические методы оценки запасов полезных ископаемых в недрах базируются на анализе закономерностей концентрации основных компонентов и сопутствующих. При этом практикуется определение запасов сопутствующих полезных ископаемых, которые в процессе вскрытия месторождения будут изыматься из недр. На основе таких оценок проектируются горнодобывающие предприятия по комбинированной выемке сопутствующих полезных ископаемых. Возможности комплексного использования месторождений учитываются при разработке долгосрочных программ геологоразведочных работ по подготовке минерально-сырьевых баз важнейших территориально-производственных комплексов, горнопромышленных районов
и центров.
Поисково-разведочными работами на месторождениях руд черных металлов изучается распределение таких попутных компонентов, как титан, ванадий, кобальт, медь, с соответствующим подсчетом запасов. При геологическом изучении угольных месторождений вмещающие и вскрышные породы исследуются как возможное сырье для производства строительных материалов, для закладки подземных выработок. Так, в Канско-Ачинском бассейне в породах вскрыши Барандатского угольного месторождения разведаны запасы каолиновых глин и сидеритов. Геологическое изучение месторождений руд цветных металлов включает детальный анализ распределения основных компонентов, а также сопутствующих минералов. Медноколчеданные месторождения исследуются в части распределения редких и рассеянных элементов. По комплексности использования сырья отечественная цветная металлургия находится на уровне наиболее технически развитых стран (рис. 9.12).
На Качканарском комбинате (Свердловская область) впервые в мировой практике на комплексной основе налажено производство высококачественного сырья (концентрата) из бедных по содержанию
железа (менее 20 %) руд (рис. 9.13.). Наряду с железным концентратом на этом предприятии важнейшим продуктом является ванадий. Производятся и другие попутные компоненты.
При разработке полиметаллических месторождений, кроме основных металлов, определяются запасы попутной меди, благородных металлов, кадмия, селена, висмута, теллура, а в баритово-полиметаллических -запасы барита. Бокситовые месторождения исследуются также с учетом использования основного минерала не только для глиноземного производства, но и в абразивной промышленности для получения электрокорунда и ферросплавов. В бокситовом сырье определяется также промышленная ценность ванадия, бериллия, скандия и других попутных элементов. Вмещающие породы исследуются как сырье для производства огнеупоров, керамзита, щебня и других строительных материалов.
При разведке нефтяных и газовых месторождений определяются компонентный и химический составы нефти и растворенного газа, товарные качества нефти, определяющие ее промышленную ценность. В растворенном и попутном газе изучаются концентрации гелия, сероводорода, углекислого и других газов. На некоторых месторождениях определяются запасы в нефти металлов, серы и других компонентов. На месторождениях агрохимического сырья при геологоразведочных работах большое внимание уделяется изучению возможностей комплексного использования этих руд. Например, на Селигдарском месторождении апатитов была определена возможность получения флюсов и гематитового концентрата для стекольной промышленности.
Комплексным минеральным сырьем является твердое минеральное топливо - уголь, горючие сланцы. В нем различаются горючая часть (88-60 %) и балласт (12-40 %). Горючая часть содержит углерод, водород, а также примеси кислорода и азота, серу. В органической горючей части во многих случаях присутствует пирит (марказит). Балласт состоит из смеси минералов окиси кремния, глинозема, карбонатов (извести), а также сульфатов, железа, никеля, хрома, ртути и редких металлов.
Многие из этих компонентов балластной части легко возгоняются при сжигании и вместе с дымовыми газами поступают в атмосферу. При сжигании такого топлива на крупных тепловых электростанциях, а также при производстве кокса большое внимание уделяется предварительному извлечению этих соединений в процессе обогащения, например, серного колчедана. Так, с разреза «Кимовский» и угольных шахт «Мосбасса» (Тульская область) ежегодно отправляется на обогащение более 2 млн. т угля, содержащего до 10 % примеси серного колчедана (пирита).
На углеобогатительной фабрике уголь из разреза или шахты проходит специальное обогащение, что позволяет получать твердое топливо - товарный угольный концентрат, не содержащий вредных примесей серы (серного колчедана), глину для производства кирпича на местном кирпичном заводе. Пиритный концентрат является ценным сырьем для производства серной кислоты.
Пользование недрами для разработки месторождений полезных ископаемых требует применения наиболее рациональных эффективных методов извлечения из недр основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых . Наряду с расширением масштабов применения открытого способа добычи угля, руд черных и цветных металлов, агрохимического сырья большое внимание уделяется совершенствованию систем подземной добычи, В результате значительно повысилось извлечение запасов, что позволило существенно увеличить производство минерального сырья при экономии трудовых и капитальных затрат. Например, сквозное извлечение железа с 1960 по 1980 гг. увеличилось с 68,2% до 73,7%, а апатитов - с 84 до 87,8%, калийных солей - с 26,8 до 32,7%. Сквозное извлечение угля увеличилось за этот период с 69,7 до 81,4 процента. С 60-х годов XX в, развиваются и мощности по обогащению железной руды: производство концентрата с содержанием железа более 65% только в период с 1965 по 1975 год увеличилось в 63,5 раза, а производство железорудных окатышей - нового вида железорудной продукции - увеличилось за этот же период в 40 раз. Десятки миллионов тонн угля теряются в отвальных породах, которые образуются на разрезах и шахтах.
Уголь в отвальных породах может служить надежной базой обеспечения местных потребностей в топливе. В нашей стране на Коркинском разрезе (Челябинская область) более 30 лет работает гидравлический крутонаклонный сепаратор, позволяющий извлекать из отвальных углистых пород разреза ежегодно более 250 тысяч тонн угля. В настоящее время такие установки работают в Подмосковном бассейне и других. Применение установок на угольных разрезах и шахтах позволяет существенно снизить себестоимость добываемого угля и повысить степень извлечения угля из недр при добыче. При разработке месторождений в 90-х годах XX в. увеличилась степень извлечения руды из недр. С помощью открытого способа добычи цветных металлов извлекается около 70% полезных ископаемых. На рудниках и шахтах при подземном способе добычи широко используются системы закладки выработанного пространства. Применение закладочных комплексов позволяет в 3- -5 раз снизить потери руды в недрах, улучшить качество добываемого сырья, в несколько раз снизить трудовые затраты. В результате ежегодные безвозвратные потери руды цветных и редких металлов в недрах снизились на 1,5 миллиона тонн. Значительные резервы имеются для повышения качества и производительности работ в связи с применением прогрессивных методов добычи - кучного и подземного выщелачивания, позволяющих отрабатывать запасы бедных, забалансовых руд, хвостов обогащения.
Отмеченные направления совершенствования разработки месторождений полезных ископаемых требуют создания специализированных высокопроизводительных машинных комплексов, широкого внедрения автоматизации и телемеханизации, решения сложных задач совершенствования технологических процессов добычи на комплексной основе.
Охрана недр.
В соответствии с основами законодательства Российской Федерации о недрах выделяются первоочередные объекты охраны и защиты, те принципиальные методы и способы защиты, с помощью которых возможно достижение максимального положительного эффекта (табл. 9.8). К охране недр предъявляются следующие требования:
1. Полное и комплексное геологическое изучение недр.
2. Соблюдение установленного порядка предоставления в пользование недр, исключая самовольное.
3. Полное извлечение из недр и рациональное использование запасов основных и совместно залегающих полезных ископаемых и содержащихся в них компонентов.
4. Исключение вредного влияния связанных с пользованием недр на сохранность запасов полезных ископаемых.
5. Охрана месторождений полезных ископаемых от затопления, обводнения, пожаров и других неблагоприятных воздействий, снижающих качество полезных ископаемых и промышленную ценность месторождений или осложняющих их разработку.
6. Запрещение необоснованной и самовольной застройки площадей залегания полезных ископаемых и соблюдение установленного порядка использования этих площадей для других целей.
7. Исключение вредного влияния связанных с пользованием недр работ на сохранность эксплуатируемых и находящихся на консервации горных выработок, буровых скважин и подземных сооружений.
8. Запрещение загрязнения недр при подземном хранении нефти, газа и иных веществ, захоронении вредных веществ и отходов производства, а также при сбросе сточных вод. До начала строительства горного предприятия местные органы управления оформляют на основании лицензии специальным актом горный отвод - выделенный участок недр для разрешенной разработки месторождения, регистрируемый в органах Государственного комитета по надзору за безопасным ведением работ в промышленности и горному надзору.
Таким образом, при добыче и освоении полезных ископаемых охрана окружающей природной среды приобретает с каждым годом все большее значение. Для решения данных проблем в России разрабатываются республиканские и региональные программы.
Loading...