Введение к работе
Актуальность работы. Ртуть и ее соединения относятся к веществам I класса опасности и являются приоритетными токсикантами, причем наибольшую опасность для окружающей среды и живых организмов представляют органические производные ртути, а именно монометилртуть, которая характеризуется высокой стабильностью и выраженным кумулятивным эффектом (Лапердина Т.Г., 2000). Загрязнение ртутью может быть обусловлено как природными факторами, так и антропогенным воздействием. Одним из серьезных источников загрязнения окружающей среды являются складированные отходы обогатительного производства. Однако, большинство работ, связанных с изучением хвостохранилищ, посвящено распределению ртути между компонентами системы: почвами, отходами, поверхностными и поровыми водами, донными отложениями и растениями (J.Olivero, 1998 H.K.T., Wong, 1999, J.P. Appletion, 1999). Гораздо в меньшей степени затронуты вопросы, связанные с трансформацией ртути и распределением ее химических форм, среди которых чаще всего встречаются неорганические соединения ртути (II), монометил- и сульфид ртути (C. S. Kim, 2004). Подобная ситуация прежде всего обусловлена недостаточным развитием методической базы для определения соединений ртути в природных объектах. В мировой практике для данной цели обычно применяют комбинированные методы анализа, сочетающие газовую или жидкостную хроматографию с различными методами детектирования (атомно-абсорбционной, атомно-флуоресцентной и атомно-эмиссионной спектрометрии, а также масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и т. п.), которые требуют предварительного переведения определяемых форм в раствор, которые зачастую трудоемки, дороги и требуют сложной пробоподготовки (R. Rodil, 2002, Y. Cai, 2003, X. Gaona, 2003). Поэтому существует острая потребность в разработке новых, более простых и экспрессных методов определения соединений ртути в природных средах. Среди подобных методов наиболее перспективным представляется подход, основанный на термическом разделении соединений ртути с последующим элемент-селективным детектированием, например, с применением атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией (ТА-ЭТА-ААС) (Таусон В.Л., 1995) К сожалению, сведения о применении данного метода для определения соединений ртути в литературе весьма ограниченны, а для определения органических производных – отсутствуют вообще. По этой причине развитие и совершенствование метода ТА-ЭТА-ААС для определения соединений ртути в твердых объектах окружающей среды представляется актуальным для изучения ее трансформации и транспорта в природных и техногенных системах.
Цель настоящей работы: изучение распределения ртути и ее соединений между компонентами природной и техногенной систем, сформировавшихся в результате вовлечения в гипергенные процессы высокосульфидных отходов обогатительного производства.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- разработка методики прямого определения неорганических соединений ртути (II), монометилртути и сульфида ртути в твердых объектах окружающей среды методом термического анализа с атомно-абсорбционным детектированием и ее адаптация применительно к твердому веществу отходов колчеданных руд;
- оценка физико-химических параметров (pH, Eh,) и изучение химического состава (содержание органического углерода, макро-катионов, макро-анионов и микроэлементов) природных вод и техногенных растворов (дренажные и поровые растворы) в потоке рассеяния хвостохранилища;
- исследование закономерностей распределения ртути и ее соединений в потоке рассеяния отходов с учётом характеристик твердого вещества и растворов.
Научная новизна.
1) Оптимизированы условия разделения неорганических соединений ртути (II), монометилртути и сульфида ртути в твердом веществе в процессе их термического испарения. Разработана и адаптирована применительно к исследованию природных и техногенным систем гибридная методика определения химических форм ртути методом термического анализа с атомно-абсорбционным детектированием.
2) Впервые изучено распределение химических форм ртути в Урском хвостохранилище и его потоке рассеяния. На основании проведенных исследований предложена схема трансформации ртути в складированном и снесенном веществе высокосульфидных отходов.
Практическая значимость работы.
Разработана методика ТА-ЭТА-ААС определения химических форм ртути для изучения вещественного состава природных и техногенных объектов. На основе полученных данных исследовано распределение ртути и ее соединений и дана реальная оценка масштабам миграции в потоке рассеяния хвостохранилища.
На защиту выносится положения:
1. Разработанная методика определения неорганических соединений ртути (II), монометил- и сульфида ртути в твердых природных и техногенных объектах с применением термического анализа и атомно-абсорбционного детектирования с электротермической атомизацией.
2.Геохимические данные, свидетельствующие о том, что ртуть в кислом дренажном ручье и в реке Ур находится преимущественно в растворенной фракции, причем вниз по течению реки, доля ее возрастает, что свидетельствует как о переходе элемента в раствор с частиц взвеси, так и о его десорбции из донного осадка.
3. Результаты, показывающие, что в потоке рассеяния Урского хвостохранилища доминируют неорганические соединения ртути и метилртуть, а также присутствуют сульфид и ртуть, связанная с минералами первичных руд. Метилртуть формируется в количестве от 8 до 83 мкг/г при взаимодействии органического вещества и высокосульфидного материала отходов. Сульфид ртути в снесённом веществе отходов распределён крайне неравномерно и максимальное его количество обнаружено в местах переслаивания отходов с органическими остатками.
Апробация работы. Представляемая работа выполнялась с 2003 года в лабораториях аналитической геохимии ИГМ СО РАН, лаборатории геохимии благородных и редких элементов и экогеохимии ИГМ СО РАН и аналитической лаборатории ИНХ СО РАН. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на III всероссийской конференции молодых ученых «Фундаментальные проблемы новых технологий в третьем тысячелетии», (2006г Томск, Россия); Всероссийской конференции «Геохимия биосферы» к 90-летию А.И. Перельмана (2006г. Москва, Россия); Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика -2006», (Самара, 26-30 сентября 2006г); Международной молодёжной научной конференции «Горные территории – экологические проблемы городов» (29–30 мая 2007); Международной конференции «Экоаналитика Центральной Азии», (2007 Алматы, Казахстан); V-Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде». Семипалатинский гос. пед. институт. (15-18 октября 2008 г.); Всероссийской конференции «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» (2008 Томск, Россия);The 18th Annual V.M. Goldschmidt Conference (13-18 July 2008,Vancouver Canada); 9 th International Conference on Mercury as a Global Pollutant (7-12 June, 2009, China); VI-Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде». Семипалатинск, Казахстан (4-7 февраля 2010 г.).
Отдельные результаты исследований использованы при выполнении работ по гранту: ИГМ СО РАН ВМТК №2 и интеграционному проекту СО РАН №31. Исследования автора в 2007 получили премию губернатора Новосибирской области для молодых ученых в области наук о Земле.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, включая 3 статьи и 12 тезисов докладов.
Личный вклад автора. В диссертацию вошли результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных при непосредственном участии автора. Анализ литературных данных по теме диссертации, проведение экспериментов, а также метрологическая оценка разработанной методики выполнены автором. Автор принимала активное участие в экспедиционных работах, отборе проб и подготовке проб к анализу. Обсуждение полученных результатов и подготовка материалов для публикаций проводились совместно с научным руководителем, научным консультантом и соавторами.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 142 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, включающих 22 таблицы, 34 рисунка, и заключения. Список литературы содержит 164 наименования работ.
