Использование воды при добыче полезных ископаемых
Где могут применяться?
Подземные воды составляют 30% от общих запасов воды на планете.
Их преимуществами является лучшая защищенность от загрязнения, чем у источников на поверхности планеты и они мало подвержены сезонным колебаниям.
В мировом масштабе их эксплуатация покрывает приблизительно 50% потребности в питьевой воде, 20% – в орошении и 40% нужд промышленности.
Сферы использования:
- для питья;
- промышленность;
- орошение;
- строительство;
- сырье для химической и пищевой промышленности;
- отопление и в качестве альтернативного возобновляемого источника энергии;
- лакокрасочное производство;
- медицинские цели – лечение с использованием минеральных вод.
Подземные воды используются в тех же отраслях, что и поверхностные. Исключение составляют минеральные и термальные воды. Они чаще применяются для лечения, в составе реабилитации после травм и тяжелых заболеваний.
Как человек использует?
Подземные воды широко используют в хозяйственной деятельности человека. Требования к качеству, объему предварительной обработки зависят от сферы их применения.
В пищевой промышленности
По данным Европейской экономической комиссии подземные воды – основной источник хозяйственно-питьевого водоснабжения в большинстве европейских стран.
Их доля в общем непромышленном потреблении составляет 48% от их общего объема, использующегося для хозяйственной деятельности человека.
В пищевой промышленности разрешается использовать некондиционные, загрязненные воды. Но только после предварительной очистки, дезинфекции и, при необходимости, дистилляции.
В пищевой промышленности они применяется следующим образом:
- в качестве сырья – для производства столовых, очищенных питьевых вод, при приготовлении газировок, восстановлении соков;
- ликероводочная промышленность – и как источник сырья, и как моющее средство;
- для дезинфекции и очистки оборудования, зданий, сооружений;
- в качестве теплоносителя в системах отопления и хладагента.
Для питья
Человеку при соблюдении правил здорового питания требуется от 1,5 до 3 л воды в день. Это зависит от возраста, веса и его вида деятельности.
Преимуществом подземных вод в этом случае является экологичность. Они меньше подвергаются воздействию антропогенной деятельности человека, чем поверхностные источники.
Например, подземные источники в Мюнхене покрывают 100% потребности города в питьевой воде. В прочих мегаполисах этот показатель варьируется от 11 до 48%.
В сельском хозяйстве
Подземные воды широко применяются для орошения в странах с пустынным и полупустынным климатом, в зонах рискованного земледелия.
Например, в США – до 45%, а в Ливии – 100% сельскохозяйственных угодий обрабатывается с применением ресурсов из подземных горизонтов. В ряде стран разработано строгое водоохранное законодательство.
В первую очередь высококачественные ресурсы применяются для питья, нужд пищевой промышленности. Для орошения – только после удовлетворения потребностей защищенных отраслей народного хозяйства.
Кроме этого, учитывается объем поверхностных источников и возможность их использования для орошения сельскохозяйственных угодий.
В штате Калифорния 85% воды, получаемой из подземных горизонтов, уходит на полив угодий.
В медицине
В медицине подземные воды применяются как для обслуживания лечебных учреждений, так и для терапии различных заболеваний.
Сферы использования:
- обеспечение хозяйственной деятельности стационара, поликлиники;
- приготовление пищи и питьевые нужды;
- дезинфекция;
- изготовление лекарственных препаратов;
- получение дистиллята для обработки инструмента;
- лечебные минеральные и термальные – при санаторно-курортном лечении, для профилактики рецидивов хронических заболеваний.
В промышленности
В промышленности подземные воды используют в качестве сырья для получения полезных ископаемых и для обслуживания производства.
В первом случае количество добываемых микроэлементов должно быть экономически выгодно.
В Варне из рассолов получают хлористый кальций, углекислый и едкий натр. В Германии – рубидий и цезий, в Италии – йод.
Термальные источники, гейзеры – применяют в качестве альтернативного и возобновляемого источника энергии для отопления, производственных нужд.
Какой процент использования в России?
Процент использования подземных вод зависит от их разновидности и степени минерализации. Водоотбор из разведанных месторождений составляет 15,6% их общего запаса в России. Доля альтернативных источников в системе водоснабжения мегаполисов, крупных городов должна составлять не менее 30%.
Применение в России:
- питьевые и хозяйственные нужды – 15,97% от общего объема добычи;
- экономика, социальная сфера – 6,47%;
- потери воды – 1,2%;
- сброс воды при добыче полезных ископаемых – 4,3%.
В последние 20 лет количество подземных вод, использующихся для промышленных нужд, снижается в среднем на 0,60 млн м3/сутки. Но общий показатель их добычи не изменился.
То есть происходит увеличение потребления для питья и орошения, но снижение их использования в производстве. Это связано с более экономным и рациональным применением полезных ископаемых.
Заключение
Подземные воды – это собирательное название всех водоносных горизонтов.
Они различаются по минерализации, глубине залегания, наличию примесей органического и неорганического происхождения. Они применяются для питья, в лечебных и рекреационных целях.
Это стратегический вид ресурсов — единственный надежный источник питьевого водоснабжения населения на период техногенных и природных катастроф.
А какова Ваша оценка данной статье?
АиФ Детская Энциклопедия № 9. Полезные ископаемые 29/10/2004
Что такое обыкновенная вода? Пусть это вам не покажется странным, ребята, но пресная вода… тоже минерал с известной всем формулой H2O. При плюсовой температуре он находится в жидком агрегатном состоянии, а при нуле градусов превращается в кристаллы льда (или кристаллические агрегаты, массу мелких кристалликов). А вот морскую воду, вероятно, можно сравнить уже не с минералом, а с горной породой: в ней растворена и соль натрия, и окислы многих химических элементов – минералов, в том числе сотни тысяч тонн золота и других металлов. Сегодня использовать это “полезное ископаемое” мы еще не можем: извлечение, к примеру, золота из морской воды очень и очень дорого и, как говорится, не рентабельно. Но уже сегодня кое-где в засушливых странах Ближнего Востока морскую воду используют: там работают опреснительные установки, превращающие ее в дефицитную в тех краях воду питьевую.
Подземные воды. Этот понятие в геологии объединяет всю воду, которая находится в почвах, глубоких слоях земной коры и даже в горных породах. Причем эта вода может быть в любом состоянии – твердом, жидком или газообразном. Таким образом, ископаемый лед вечной мерзлоты (вы знаете, что огромная часть поверхности нашей страны так промерзла во время оледенения, что до сих пор оттаять не может!) тоже относится к подземным водам. Но когда мы говорим о воде как полезном ископаемом, то обычно имеем в виду “воду как воду”. Эта подземная вода может быть пресной или минеральной. Под землей иногда текут самые настоящие реки, плещутся огромные озера, запасов одного из которых хватит, чтобы напоить большой город. Пресная вода – настоящее полезное ископаемое. Даже словосочетание “месторождение вод” к большим подземным бассейнам вполне подходит. Многие предполагают, что напоить вдоволь, к примеру, Московскую область можно, используя воду нескольких подземных “морей”, находящихся в окрестностях столицы.
Изучением, поиском и разведкой подземных вод занимаются специалисты-гидрогеологи. Для поисков и добычи этого столь необходимого людям полезного ископаемого бурятся скважины. Скважины, по которым вода поступает на поверхность земли самотеком, под напором, называются артезианскими (по имени французской провинции Артуа, где это свойство подземных вод использовали еще несколько сотен лет назад).
К особому виду подземных вод относятся воды минеральные, насыщенные полезными микроэлементами. Они могут быть и лечебными. Около больших месторождений минеральных вод построены курорты, возникли поселки и целые города, в названии которых есть слово “вода”. Это и знаменитые Карловы Вары в Чехии, и наши Минеральные Воды, Кисловодск, Железноводск и другие. Некоторые минеральные воды содержат так много полезных веществ (бром, йод, калий, литий и др.), что их можно оттуда добывать, как из руды.
А еще в геологии есть понятие термальные воды. Обычно, их присутствие связано с вулканическими процессами, “подземным огнем”. Самые известные термальные источники в нашей стране находятся на Камчатке. Многие из них изливаются на поверхность в виде настоящих фонтанов – гейзеров. Особенно много их в знаменитой на весь мир Долине гейзеров. А среди других государств “страной гейзеров” можно назвать Исландию. Термальные воды уже сегодня с успехом используются в этой стране для отопления жилищ и сельскохозяйственных теплиц; начинают такое делать и жители Камчатки.
Смотрите также:
- Артезианские воды →
- Подземные воды →
- Улетай, туча? →
Также вам может быть интересно
Добыча полезных ресурсов неизменно приносит пользу людям и причиняет вред окружающей среде. Стоит рассмотреть, какие экологические проблемы возникают вследствие этого процесса.
Загрязнение атмосферного воздуха
Влияние добычи полезных ископаемых на окружающую среду всегда было негативным по причине загрязнения природных ресурсов. Из добываемого сырья по делу используется только 5%, остальная часть превращается в отходы. Они возвращаются в природу и наносят ей непоправимый ущерб.
Добыча минеральных ресурсов и горных пород приводит к выбросам в атмосферу углекислого газа, пыли, углеводородов и других химических соединений.
Это происходит за счет применения взрывчатых веществ на месторождениях. После взрывов в карьерах растет уровень запыленности атмосферы. Это неблагоприятно действует на солнечную радиацию, температуру воздуха и осадки.
Отвалы горных шахт или терриконы оказывают серьезное влияние на нижние слои воздуха. Их высота может достигать 80 метров, объем — до 1 миллиона куб. м. В России большое скопление терриконов отмечается на территории Челябинской области в районах активной добычи угля.
Породы, входящие в его состав, включают частицы углерода и серный колчедан, он же пирит, при разложении которого происходит выделение теплоты. Это приводит к возгоранию обвалов. Они могут гореть, не затухая, несколько месяцев подряд. При сгорании выделяется множество вредных газов и химических соединений, тем самым сильно загрязняя атмосферу.
В металлургической промышленности тоже образуется много отходов. На переработку отправляется в среднем 25% от их общего количества, остальная часть выбрасывается. В таких отходах содержится много токсических веществ, они способны мигрировать на большие дистанции — до 200 км.
При обработке железных руд выделяются вредные газы, которые, при попадании в атмосферу, вызывают парниковый эффект и кислотные осадки.
Особенно загрязненный атмосферный воздух наблюдается в районах, специализирующихся на черных металлах.
Для решения проблемы загрязнения атмосферы можно добывать минеральные ресурсы с использованием шахтного метода. Он подразумевает под собой закрытую, подземную разработку месторождений и добычу при помощи постройки шахт.
Деструкция почвенного слоя
Негативное влияние на состояние почв оказывает разработка полезных ископаемых. Все способы извлечения ресурсов заключаются в выемке сырья из земной коры. По этой причине в ней образуются полости, нарушается целостность. При строительстве шахт или карьеров для открытого метода добычи ресурсов часто происходит отчуждение земель на долгие годы. Это приводит к возникновению антропогенных форм рельефа на территориях в районе разработок — обвалам, оползням, карьерам.
При строительстве карьеров слой чернозема снимают и сбрасывают в отвалы. Таким образом, почва становится непригодной для хозяйственного использования. В Белгородской области, в районе Лебединского горно-обогатительного комбината, было уничтожено около 6 миллионов га плодородной земли. Мероприятия, направленные на ее восстановление, не смогли компенсировать такой серьезный урон. Чтобы решить эту проблему, необходимо организовывать транспортировку чернозема и его распределение на бесплодных местностях рядом с истощенными рудниками.
Еще одно негативное последствие добычи полезных ресурсов — загрязнение сельскохозяйственных территорий. Чаще это происходит в процессе транспортировки ископаемых. Пыль распространяется на большие площади и осаживается в почвах и на растениях. Особенно такие выбросы высоки при горнодобыче. В результате образуются техногенные аномалии, где содержание железа и цинка в почве превышает норму в 2-3 раза. На местах сильного запыления земли запрещено разбивать пастбища, рекомендуется отступить на расстояние 8-10 км от карьеров.
Вредные вещества, проникающие в почвы, бывают токсичны. Они попадают сначала в растительность, затем в организм человека с пищей. Рядом с месторождениями магнезита в радиусе 30 км образовывается пустошь — живые существа погибают из-за смены кислотно-щелочного состава почв в таких местах.
Постоянная добыча полезных ископаемых приводит к регулярному уменьшению их запасов и истощению недр земли. В составе руд наблюдается снижение металлов, из-за чего увеличиваются объемы добычи. Как итог, наблюдается рост отходов, вредящих литосфере.
Загрязнение водного пространства
Один из результатов добычи полезных ресурсов — истощение и осушение водоемов, их загрязнение. На месторождениях каменной соли образуются галитовые отходы — побочный продукт производства хлорида калия. С осадками они попадают в водоемы, которые используют для подачи питьевой воды в близлежащие населенные пункты.
При добыче угля на территориях, расположенных вблизи месторождений, всегда откачиваются подземные воды. По этой причине происходят следующие вещи:
- воронкообразное понижение уровня подземных вод — возникает после их откачки;
- пересыхание родников и небольших рек;
- исчезновение ручьев.
Предприятия угольной промышленности также сбрасывают много сточных вод. В результате их функционирования истощаются запасы подземных водных ресурсов из-за осушения и использования месторождений угля.
Поверхностные водоемы загрязняются сбросами неочищенных сточных вод с карьеров и шахт. В них попадают соли, токсические вещества, отходы и металлы.
По причине загрязнения водного пространства исчезают целые экосистемы. Погибают микроорганизмы, рыба и прочие обитатели водоемов. Для людей тоже существует определенный вред — зараженная вода используется в бытовых целях. Чтобы снизить уровень загрязнения водных ресурсов, необходимо уменьшить количество сточных вод, усовершенствовать систему их очистки.
Влияние на флору и фауну
Деятельность горнодобывающей отрасли связана с образованием отходов. В их составе встречаются горные породы, обедненные руды и химические вещества. При извлечении из-под земли, они вступают в химические реакции, не поддающиеся контролю. В результате это может привести к серьезным последствиям для экологии.
В местах добычи пропадают растения, нарушается привычная среда обитания живых существ. Не все животные и насекомые способны адаптироваться к перемене условий, в результате чего они покидают эти места или погибают. С учетом бурного развития добывающей деятельности человека это станет большой проблемой в вопросах охраны природы и ее обитателей.
При освоении месторождений минеральных ресурсов из-за нарушения растительного покрова разрушаются пастбища, что приводит к дефициту пищи для скота. Процесс разработки мест добычи ресурсов подразумевает загрязнение пылью и сточными водами больших территорий радиусом до 30 км. Вредные вещества, при попадании на землю, уничтожают все живое на своем пути. После этого перестает расти трава, деревья, кустарники. В результате в поисках пищи мигрируют целые популяции.
Для компенсации вреда, причиненного человеком флоре и фауне, необходимо удобрять почвы, регулярно высаживать леса и организовывать пастбища вдали от мест разработок.
Отсутствие мер по решению проблем, возникающих при добыче полезных ресурсов, усугубляет ситуацию. Экологическая обстановка определяет не только качество окружающей среды, но и состояние здоровья людей. При серьезных масштабах ущерба, нанесенного человечеством природе, еще существует возможность вернуть ей первоначальный вид.
( 7 оценок, среднее 4.86 из 5 )
Добыча полезных ископаемых из вод складывается из бурения и оборудования добычных скважин, откачки вод, технологии извлечения изних полезных компонентов, сброса и захоронения или утилизации отработанных вод.
Успех разработки месторождений гидроминерального сырья определяется физико-геологическими условиями залегания вод и концентрацией полезных компонентов.
Добыча минерализованных вод имеет много общего с нефтедобычей.Месторождения вскрываются системой скважин, оборудованных фонтанной арматурой (при самоизливе) или насосами. Добыча может эффективно вестись с поддержанием пластового давления путем подачи в залежь отработанных вод, что обеспечивает одновременное решение задачинтенсификации добычи и сброса отработанной веды.
В переработке добытых вод используются три основных технологических направления:
· галургическая схема переработки рассолов с многостадийной упаркой (подгалургическим методом понимают получение солей при помощи последовательных процессов растворения и кристаллизации);
· схема, использующая осадительные методы, сорбцию, экстракцию и концентрирование упариванием;
· схема селективного извлечения микрокомпонентов без извлечения основных солей.
Выбор схемы переработки зависит от минерального состава вод, потребностей в продукции и экологических требований.
На сегодня мировое производство йода оценивается в 15-20 тыс.т/год, в России же сейчас производят только 200 т/год, при потребностидо 800 т/год. Мировое производство брома около 450 тыс.т/год, а потребность России достигает 20 тыс. т/год. Производство брома организованона АО «Галоген» – 2 тыс. т/год.Разведанное Астраханское газо-конденсатное месторождение подземных вод способно обеспечить Россию бором, йодом. Не менее богатыбромом, стронцием, калием, и литием Оренбургское газоконденсатноеместорождение и подошвенные воды севера Тюменьских газовых месторождений.
В последние годы ООО «НПЦ Подземгидроминерал» выполнил оценку термальных георесурсов с оценкой их гидроминерального состава, которая показала целесообразность их использования не только как источник теплового потенциала.
В настоящее время ведутся разработки новых технологий переработкигидроминеральното сырья, потребность в которых чрезвычайно велика,так как их отсутствие сдерживает освоение гидроминеральных ресурсовстраны и не позволяет ликвидировать дефицит производства многих редких элементов.
ДОБЫЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА ЗЕМЛИ
Общие представления о тепле Земли
Тепло Земли, или общее теплосодержание нашей планеты нетруднооценить, учитывая значение ее массы и усредняя температуру, которую вцентре внутреннего ядра можно принять равной 4500°С (Е.А. Любимова).Фактически потенциал геотермальной энергии можно признать практически неисчерпаемым.
Принято считать, что строение Земли – это литосфера до глубины150 км, представленная силикатами и окислами, а ядро – расплав железа.Есть и другое представление-о ядре Земли. Вернадский В.И. и Ларин В.И.считают, что в верхней его части (150-2300 км) присутствуют сплавы исоединения кремния, марганца и железа, ниже располагаются металлы срастворённым в них водородом, а глубже гидриды металлов.
Известно, что металлы способны растворять в одном объёме тысячиобъёмов водорода. Химическая реакция взаимодействия водорода с металлами образует качественно новое соединение – гидрид. При определенных изменениях давления и температуры происходит дегазация сплавов. Удаляясь от центра Земли, водород диффундирует к поверхности. Наэтом процессе основана одна из гипотез образования воды и месторождений нефти и газов. Обсуждается также гипотеза, что отработанные нефтяные месторождения со временем можно будет отрабатывать повторно.
Водород- ценное энергетическое сырьё. Его можно получить электролизом воды, но при этом затраты на его получение не компенсируютсяэффектом от его использования.
Заманчиво уловить движущийся к поверхности из глубин Земли водород. Но как это сделать? Промышленность освоила бурение только до10 км. Если будет разработана технология бурения на большие глубины,можно будет получить водород по одной из технологических схем подземного растворения солей или подземной выплавки серы, нагнетая в оченьглубокую скважину воду, и от ее взаимодействия с металлами (напримерMg) извлекать водород и тепло.
Изменяющиеся по сезонам года интенсивность солнечной радиации итемпература земной поверхности вызывают годовые колебания температуры верхних слоев земной коры. На глубине 20-25 м залегает нейтральный слой, а его температура, как правило, на 1-1,5 °C превышает среднегодовую температуру воздуха в конкретном районе.
Теплопроводность пород зависит в основном от их состава, плотности и типа тектонической структуры.Вследствие разнообразия геологического строения различных районов геотемпературное поле изменяется весьма неоднородно. Например, вмощной толще молодых кайнозойско-мезозойских отложений СеверногоКавказа глубина залегания изотермы 100°С (температура, удовлетворяющая требованиям теплоснабжения) в Грозном, Махачкале и других районах составляет около 2 км, даже нефть из глубоких скважин добываетсяс температурой более 100 °С. В условиях Санкт-Петербурга температура100 °С в гранито-гнейсах гарантируется лишь на глубине 3,5 км. B вулканических районах Японии граниты с температурой более 200°С залегают на глубине 2 км (район Огачи), а на некоторых участках даже на меньшихглубинах температура достигает 250°С. Еще более высокие температурыожидаются вблизи очагов вулканов. На склоне вулкана Авача, недалеко отПетропавловска-Камчатского на глубине 4 км температура будет не менее400°С.
Геотермальные ресурсы
При освоении тепла Земли добывается энергия, полученная от извлеченных на земную поверхность природных или техногенных теплоносителей. Это добытый из скважины природный пар (до 250-350 °С), термальные воды (45-150 °С), горячие рассолы (до 200-300 °С), нефтегазовыесмеси. Техногенные теплоносители – это нагнетаемые с поверхности водаили жидкости с низкой температурой кипения (углекислота, фреоны идр.), нагретые при фильтрационном теплообмене твердыми горячимипородами.
Под геотермальными ресурсами понимается часть теплосодержаниятвердой, жидкой и газообразной фаз земной коры, которую экономическицелесообразно извлечь из недр для использования.
Сотрудниками СПГГИ (ТУ) и ФГУП «Недра» предложено геотермальные ресурсы подразделить на две группы.
A. Геотермальные ресурсы естественных коллекторов – гидрогеотермальные. Они промышленно эксплуатируются фонтанными (Исландия,Венгрия, Россия, Китай и др.) и циркуляционными системами (Франция,США, Германия, Дания, Украина, Польша, Швейцария и др.).
Б. Геотермальные ресурсы слабопроницаемых горных пород.Технология их извлечения находится на экспериментальном уровне, созданы только опытные циркуляционные системы с искусственными коллекторами (Фэнтон Хилл – США, Корнуэлл – Англия, Тырныауз – Россия, Хиджиори – Япония, Баден-Вюртемберг – Германия, Солтс – Франция).
Их общий потенциал определяется как теплосодержание толщи литосферы на предельную глубину бурения.Геотермальные ресурсы мира оцениваются в 137 трлн. тонн условноготоплива (т у.т.), что в 10 раз превышает суммарные топливные ресурсыЗемли.
На территории России они на доступных глубинах (до 6 км) в 4-6раз превышают ресурсы углеводородов и по оценке СПГГИ (ТУ) составляют для нужд теплоснабжения – 57 трлн. т у.т., в том числе для отопления – 31 трлн. т у.т. Геотермальными ресурсами теплоснабжения охваченапочти вся территория России, прогнозные технически доступные ресурсыобеспечивают нужды горячего водоснабжения на 95 % территории, отопления – на 69 %, а экономически целесообразные – соответственно на88 и 55%
К сожалению, добыча геотермальной энергии эффективна только натерритории ее использования, но зато добытые геотермальные ресурсымогут обеспечить потребителя теплом и электроэнергией в трудно доступных, удаленных и неосвоенных районах.
Строительство станций геотермального теплоснабжения (СГТ) стимулирует освоение геотермальных ресурсов и обеспечивает полную автоматизацию и безопасность добычи геотермальной энергии.
Опыт показал, что добыча и использование теплоты недр на действующих зарубежных и отечественных предприятиях в благоприятных геотермических условиях экономически высоко эффективны.
Использование СГТ обеспечивает возможность отопления, индивидуального теплоснабжения жилых, производственных зданий и сооружений.
Циркуляционная технология обеспечивает замкнутый цикл оборота геотермального теплоносителя и не допускает сбросов в окружающуюсреду.
Созданная СПГГИ (ТУ) карта прогнозных, технически доступных ресурсовгеотермального теплоснабжения, отражает геолого-геотермические условия экономических районов территории позволяет оценивать реальнуюсырьевую базу геотермального источника энергии.